自動車サスペンションの設計プロセス

自動車のサスペンション設計は自動車工学の一側面であり、乗用車やトラックのサスペンションの設計に関係します。他の車両のサスペンション設計も同様ですが、プロセスは十分に確立されていない可能性があります。

このプロセスには

• 適切な車両レベルのターゲットを選択する
• システムアーキテクチャの選択
• 各ボールジョイントまたはブッシングの「ハードポイント」または理論上の中心の位置を選択する
• ブッシングのレートの選択
• サスペンションの負荷を分析する
• バネ定数の設計
• ショックアブソーバー特性の設計
• 各部品の構造を強く、硬く、軽く、安価になるように設計する
• 結果として得られた設計の車両ダイナミクスを分析する

1990 年代以降、マルチボディシミュレーションと有限要素ソフトウェアの使用により、この一連のタスクはより簡単になりました。

部分的なリストには以下が含まれます:

• 最大定常横加速度（アンダーステア​​モード時）
• ロール剛性（横加速度1gあたりの度数）
• 乗車頻度
• 横方向の荷重伝達率の前後分布
• ロールモーメントの前後配分
• さまざまな荷重状態での車高
• アンダーステア​​勾配
• 回転半径
• アッカーマン
• ジョウンス旅行
• リバウンド旅行

車両全体の目標が特定されると、それを使用して 2 つのサスペンションの目標を設定できます。たとえば、全体的なアンダーステア​​の目標は、Bundorf 分析を使用して、各端からの寄与に分解できます。

通常、車両設計者は一連の制約内で作業を行います。車両の両端に選択されたサスペンション アーキテクチャは、これらの制約に従う必要があります。車両の両端では、スプリングの種類、スプリングの位置、ショック アブソーバーの位置がこれに含まれます。

フロントサスペンションについては、以下の点を考慮する必要がある。

• サスペンションの種類（マクファーソンストラットまたはダブルウィッシュボーンサスペンション）
• ステアリングアクチュエータのタイプ（ラックアンドピニオンまたは循環ボール）
• ステアリングアクチュエータの位置はホイールセンターの前か後ろか

実際には、リアサスペンションにはさらに多くのサスペンションタイプが考えられます。

ハードポイントは、サスペンションの 静的設定と運動学を制御します。

静的設定は

• つま先
• キャンバー
• キャスター
• 設計荷重時のロールセンター高さ
• 機械式（またはキャスター式）トレイル
• アンチダイブとアンチスクワット
• キングピン傾斜
• スクラブ半径
• スプリングとショックアブソーバーの運動比

運動学は、サスペンションが動くとき、通常はロールやステアリングなどの重要な特性がどのように変化するかを説明します。

• バンプステア
• ロールステア
• 牽引力ステアリング
• ブレーキフォースステア
• ロール時のキャンバーゲイン
• ロール中のキャスターゲイン
• ロールセンターの高さ増加
• ステアリング角度によるアッカーマン変化
• ロールでのトラックゲイン

これらのパラメータの分析は、グラフィカルに、またはCADによって、あるいは運動学ソフトウェアを使用して行うことができます。

ブッシング、ボディ、その他の部品のコンプライアンスによって、サスペンションの挙動が変わります。一般的に、ブッシングを使用してサスペンションの運動学を改善することは困難ですが、それが機能する例の 1 つに、ツイストビーム リア サスペンションで使用されるトー コントロール ブッシュがあります。より一般的には、現代の自動車のサスペンションには、騒音、振動、ハーシュネス(NVH) ブッシュが含まれています。これは、ロード ノイズや衝撃音の原因となる振動や力の主な経路として設計されており、運動学にあまり影響を与えずに調整できるようになっています。

レーシングカーでは、ブッシングはハンドリング性を高めるために真鍮やデルリンなどの硬い素材で作られる傾向があります。乗用車では、快適性を高めるためにブッシングは柔らかい素材で作られる傾向があります。一般的な物理的観点から言えば、固体部品の質量と機械的ヒステリシス（減衰効果）は、弾性と同様に動的解析で考慮する必要があります。

基本的な形状が確立されると、サスペンションの各パーツにかかる負荷を予測できます。これは、接触面の最大負荷ケースを決定し、各パーツの自由体図を描いて力を計算するという単純なものから、荒れた道路でのサスペンションの動作をシミュレートし、発生する負荷を計算するという複雑なものまであります。多くの場合、同様のサスペンションで測定された負荷が代わりに使用されます。これが最も信頼性の高い方法です。

次に、荷重と形状を使用してアームとスピンドルを設計します。この過程で、サスペンションの基本的な形状に関して妥協を強いられる問題が必ず見つかります。

• 自動車シャーシエンジニアリングの原理 - J. Reimpell H. Stoll JW Betzler - ISBN  978-0-7680-0657-5
• レースカーの車両ダイナミクス - William F. Millikenと Douglas L. Milliken。
• 車両ダイナミクスの基礎 - Thomas Gillespie。
• シャーシ設計 - 原理と分析 - William F. Millikenおよび Douglas L. Milliken。

シミュレーションと直接方程式: Abramov, S.、Mannan, S.、Durieux, O. (2009)「SIMULINK を使用したセミアクティブ サスペンション システム シミュレーション」。International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation、1(2/3)、101 - 114 http://collections.crest.ac.uk/232/1/fulltext.pdf