コルベットのリーフスプリング

コルベットのリーフスプリングは、従来のコイルスプリングの代わりに繊維強化プラスチック（FRP）のモノリーフスプリングを使用するタイプの独立サスペンションです。これは、もともとこのサスペンションが開発され、最初に使用されたアメリカのスポーツカーであるシボレーコルベットにちなんで名付けられました。 ^{[2] [3] [4] [ 5] [6]} このサスペンション構成の注目すべき特徴は、モノリーフスプリングをライドスプリングとアンチロールスプリングの両方の役割を果たすように取り付けることです。自動車のサスペンション設計でリーフスプリングが使用される多くのケースとは対照的に、このタイプではスプリングを位置決めリンクとして使用しません。このサスペンションタイプは、数世代のシボレーコルベットと最もよく関連付けられていますが、この設計は、ゼネラルモーターズの他の量産車、ボルボカーズ、メルセデスベンツスプリンターバンにも使用されています。フィアットは、 FRPモノリーフスプリングの代わりにマルチリーフスチールスプリングを使用した同様の構成の車を製造しました。

リーフスプリングサスペンションの構成は独立しており、片方の車輪の動きがもう一方の車輪の位置によって決定されない。^{[6]サスペンションが圧縮される際の車輪の動きを定義するために} コントロールアームが利用される。通常のコイルスプリングは、車幅に渡る単一のFRPスプリングに置き換えられている。コイルスプリングを使用する独立サスペンションシステムと同様に、また一般的なリーフスプリングで支えられたホッチキス後車軸とは異なり、サスペンションの運動学はコントロールアームによってのみ定義される。

コイルスプリングサスペンション設計と同様に、FRPモノリーフスプリングは車両の重量を支えます。しかし、FRPリーフスプリングは、スチールコイルや従来のスチールマルチリーフスプリングとはいくつかの重要な点で異なります。FRPプラスチックスプリングは、スチールと比較して、重量あたりのひずみエネルギー貯蔵量が4.3〜5.5倍です。^[7]これにより、特定の用途ではスプリングが軽量になります。第4世代コルベットで使用されている単一のFRPモノリーフフロントスプリングは、同等のコイルスプリングセットの33％の重量です。^[8]同様の用途でFRPと従来のスチールリーフスプリングを比較すると、軽量化はさらに大きくなります。第3世代コルベットでは、標準のマルチリーフスチールスプリングの代わりにオプションのFRPモノリーフスプリングが提供され、22キログラム（48ポンド）のスチールスプリングが3キログラム（7ポンド）のFRPスプリングに置き換えられました。 [ ^{9]ボルボは、第2世代}XC90のリアサスペンションにFRPスプリングを使用することで、コイルスプリングを使用した設計と比較して5キログラム（10ポンド）の軽量化を実現したと主張している。^[10]

多葉鋼板ばねの板の相対的なスライド運動は、ばねの圧縮に対してスティクションベースのヒステリシスをもたらします。このスティクションはサスペンションのコンプライアンスを低下させ、乗り心地とハンドリングの両方を損なう可能性があります。^[11]個々の板がないため、モノリーフスプリングはスティクションを回避します。^[8]

FRPスプリングは、優れたサイクル寿命と耐腐食性を備えていると宣伝されています。^[8] GMが第3世代コルベットのスプリングを比較したテストでは、マルチリーフスチールスプリングは20万回のフルトラベルサイクル後に破損する可能性が高いことがわかりました。交換用のFRPリーフスプリングは、200万回のフルサイクル後も性能の低下は見られませんでした。^[9]

パッケージングは​​、コイルスプリングと比較した場合、用途に応じて、横方向の FRP リーフスプリングの利点と欠点の両方として挙げられます。FRP スプリングは通常、サスペンション内で低い位置にセットされるため、重心が低くなります。また、メーカーはスプリングマウントを高くする必要がなくなり、サスペンション周りの荷重フロアが平らになります。^[10]ジェームズ・シェフターは、C5 以降のコルベットで使用されている OEM コイルオーバーダンパースプリングを使用すると、シャーシエンジニアはショックタワーを垂直に上げるか、内側に移動させる必要があったと報告しています。後部では、これによりトランクスペースが減少します。前部では、エンジンパッケージングに干渉します。リーフスプリングを使用すると、スプリングをシャーシの下に邪魔にならないように配置でき、ショックアブソーバーアセンブリの直径をダンパーとスプリングではなく、ダンパーのみの直径に抑えることができます。^[12]ただし、レースカーの設計などの他の用途では、車両の幅にまたがる必要があるため、設計上の大きな制限が生じます。コイルスプリングとトーションスプリングは、レース用途に適したパッケージオプションを提供します。FRPスプリングは、コイルスプリングに比べて入手性や選択肢が限られています。^[13]市販車のFRPスプリングとコイルスプリングを比較した場合、コストが高いことも欠点として挙げられています。^[14]

FRP 横方向リーフ スプリングの利点は、広い間隔で回転可能なマウントで支えられている場合、アンチロール バーを置き換えることができることです。通常、十分なライド レートを提供するスプリングには、サスペンションのロール レートを高めるための補助スプリング (アンチロール バー) が必要です。車両全体で横方向リーフ スプリングの両側を結合すると、アンチロール バーのような動作が得られます。コルベットのエンジニアは、この特性により、より軽量のアンチロール バーを使用でき、^[9]第 7 世代コルベットの一部のバージョンではリア アンチロール バーが不要になったと述べています。^[15]

どちらかの車輪が上方にたわむと、スプリングの中央スパン（ピボットマウント間の部分）は下方にたわみます。両方の車輪が同時に上方にたわむ場合（たとえば、道路の凹凸にぶつかったとき）、中央セクションはピボットマウント間で均一に曲がります。ロールでは、1つの車輪だけが上方にたわみ、スプリングの中心がS字カーブを形成する傾向があります。その結果、サスペンションの片側のホイールレートは、もう一方の側の変位に依存します。^{[8] [9] [13]}スプリングがアンチロールバーとして機能する程度は、ピボットマウント間の距離と剛性に依存します。^[8]

単純化された平らな長方形のバネがこの原理を示しています。バネの右側を曲げると、左側が上がります。比較すると、剛性のある中央マウント（第2世代および第3世代のコルベットやその他の車）では、片側が曲げられても、もう片側は動きません。^[6]

多くのメーカーが、アンチロール効果のある横方向のリーフスプリングで支えられた独立したフロントまたはリアサスペンションを採用した車両やコンセプトを製造しています。

• シボレー コルベット: C4 1984–1996 (フロントのみ、中央に取り付けられたリア スプリングにはアンチロール効果がありません)、C5–C7、1997–2019 (フロントとリア)。
• ゼネラルモーターズの W プラットフォーム車: 第 1 世代 (ルミナ、グランプリ、リーガル、カトラス シュプリーム)。
• ゼネラルモーターズ E プラットフォーム車: (エルドラド、トロナド、リビエラ、レアッタ、アランテ)。^[16]
• ボルボ960（1995年モデルから）は1997年から1998年モデルにかけてS90（セダン）/V90（ワゴン）に改名された。^[17]
• ボルボV90とボルボXC90（第2世代）。^{[18] [19]}
• メルセデス・ベンツ・スプリンターバン（前部のみ、後部はホッチキス）。^[20]
• オペル GT : 1969～1973 (フロントのみ)、コイル スプリング付きトレーリング アーム、パナール バー (リア)。
• スマートフォーツーMk1-Mk3（マクファーソンストラットを使用）。^[21]
• フォルクスワーゲン1リッター車、プロトタイプ。^[22]
• インディゴ3000はスウェーデン製の少量生産ロードスター。横方向のリーフスプリングのアンチロール特性のため、この車には独立したフロントアンチロールバーは採用されていない。^[23]
• フィアット128は、より伝統的な多葉鋼板スプリングを使用した同様のシステムを採用していましたが、アンチロール効果を得るために2つのピボットが構成されていました。^[24]
• トライアンフ スピットファイアとトライアンフ GT6の後期モデルの一部では、アンチロール ピボット マウントを備えたリア横方向のスチール リーフ スプリングが使用されていました。
• 初期のフォード車の横置きリーフスプリングとソリッドアクスルのフロントサスペンション。

いくつかの自動車会社は、コルベットと同様の方法で支えられた横方向複合板ばねを使用したサスペンション設計の特許を申請しています。

• フォード・グローバル・テクノロジーズ、2006年、特許番号7029017、横方向リーフスプリングを備えた自動車用ホイールサスペンション。^[25]
• ポルシェAG、2000年、特許番号6029987、自動車用フロントアクスル。コルベットで使用されているものとほぼ同じ横方向のリーフスプリングシステムで支えられたストラットサスペンションシステムについて説明しています。ポルシェの特許では、この配置の有益な安定化効果について言及しています。^[26]
• ホンダ、1992年、横置きリーフスプリング式サスペンション特許第5141209号。^[27]
• ダイムラークライスラー、2004年、特許番号6811169、従来型またはアクティブサスペンションシステムの下部コントロールアーム機能も果たす複合スプリング設計。^[28]
• ZFは2009年10月に、複合スプリングベースのリアサスペンションを使用したコンセプトリアサスペンションデザインを発表しました。ストラットベースのサスペンションは、ライドスプリングとアンチロールスプリングの両方として機能する横方向のリーフスプリングを使用しています。ZFのコンセプトは、リーフスプリングをサスペンションリンクの1つとして使用する点で、コルベットで使用されているシステムとは異なります。^{[29] [30]}

• 板バネ