アクティブサスペンション

アクティブサスペンションは、車載制御システムを使用して、シャーシまたは車両フレームに対する車輪と車軸の垂直方向の動きを制御する自動車サスペンションの一種です。従来のパッシブサスペンションは、静的サポートを維持し、路面による車輪の垂直方向の動きを減衰させるために大きなスプリングのみに依存しています。アクティブサスペンションは、真のアクティブサスペンションと、アダプティブまたはセミアクティブサスペンションの2つのクラスに分けられます。アダプティブサスペンションは、変化する道路や動的条件に合わせてショックアブソーバーの硬さのみを変更しますが、アクティブサスペンションは、何らかのタイプのアクチュエータを使用して、各車輪でシャーシを独立して上げ下げします。

これらの技術により、自動車メーカーは、コーナーを曲がるときにシャシーを道路と平行に保ち、車体と地面の不要な接触を防ぎ（特に窪みを乗り越えるとき）、全体的に優れたトラクションとステアリング制御を可能にすることで、乗り心地と車のハンドリングを向上させることができます。車載コンピューターは、車両全体のセンサーから車体の動きを検出し、そのデータを使用してアクティブサスペンションとセミアクティブサスペンションの動作を制御します。このシステムは、コーナリング、加速、ブレーキを含む多くの運転状況で車体のロールとピッチの変動を事実上排除します。バスなどの商用車に使用する場合、アクティブサスペンションを使用して車両の床を一時的に下げることもできるため、乗客が車両に乗り降りしやすくなります。

スカイフック理論とは、理想的なサスペンションは、まるで海抜一定高度に続く空中の架空のフックから吊り下げられているかのように、重量移動や路面の凹凸の影響を受けず、車両が安定した姿勢を維持できるようにするというものです。

実際のスカイフックは明らかに非実用的であるため、^[1]実際のアクティブサスペンションシステムはアクチュエータの動作に基づいています。仮想線（垂直加速度ゼロ）は、車体に設置された加速度センサーによって提供される値に基づいて計算されます（図3を参照）。動的要素は線形スプリングと線形ダンパーのみで構成されているため、複雑な計算は必要ありません。^{[2] [3]}

通常のスプリングダンパーサスペンションでは、図1のように車両はスプリングとダンパーを介して地面に接します。スカイフック理論と同等の安定性を得るには、図2のように車両はスプリングを介して地面に接し、ダンパーは仮想線を介して地面に接する必要があります。理論的には、減衰係数が無限大に達した場合、車両は仮想線に完全に固定された状態となり、車両は揺れません。

最初に導入されたアクティブ サスペンションは、独立したアクチュエータを使用してサスペンションに独立した力を加え、乗り心地を改善します。この設計の欠点は、コストが高く、装置が複雑で重量が増し、実装によっては頻繁にメンテナンスが必要になることです。メンテナンスには特殊なツールが必要になる場合があり、問題によっては診断が難しい場合があります。

油圧作動式サスペンションは油圧を使用して制御されます。最初の例は 1954 年に登場し、シトロエンのポール・マジェスが開発したハイドロニューマチックサスペンションです。油圧は高圧ラジアルピストン油圧ポンプによって供給されます。センサーは車体の動きと車両の乗り心地を継続的に監視し、油圧高さ補正装置に常に新しいデータを提供します。数ミリ秒のうちに、サスペンションは車体を上下させる反力を生成します。運転操作中、封入された窒素は瞬時に圧縮され、それまでの車両で使用されていたスチールスプリングの 6 倍の圧縮率を実現します。 ^[4]

実際には、このシステムには望ましいセルフレベリングサスペンションと高さ調節可能なサスペンション機能が常に組み込まれており、後者は車両速度に連動して、車両が高速で下がるときに 空力性能が向上します。

このシステムは、不整地を含む直進走行では驚くほど優れた性能を発揮しましたが、ロール剛性についてはほとんど制御できませんでした。^[5]

このシステムのバリエーションを使用して、何百万台もの量産車両が製造されてきました。

コリン・チャップマンは、レーシングカーのコーナリング性能を向上させるために、1980年代に油圧サスペンションのコンピューター管理という独自のコンセプトを開発しました。ロータスは、1985年式エクセルに電動油圧式アクティブサスペンションを搭載したプロトタイプシステムを開発しましたが、他のメーカー向けに多くのデモカーが製造されたものの、一般向けに販売することはありませんでした。

センサーは車体の動きと車両の乗り心地を継続的に監視し、常に新しいデータをコンピューターに提供します。コンピューターがデータを受信して​​処理すると、各ホイールの横に取り付けられた油圧サーボが作動します。サーボ制御サスペンションは、運転操作中に車体の傾き、沈み込み、沈み込みに対してほぼ瞬時に反力を生成します。

1990年に日産は、日産Q45とプレジデントに使用されたフルアクティブサスペンションと呼ばれる油圧サポート付きマクファーソンストラットベースのセットアップを導入しました。このシステムは、油圧オイルポンプ、油圧シリンダー、アキュムレーター、ダンピングバルブを使用し、フロントとリアのストラットアセンブリの2つの独立した回路を接続しました。その後、システムは運動エネルギーを回収して、車のバランスを継続的に維持します。^[6]このシステムは改訂され、現在は油圧ボディモーションコントロールシステムと呼ばれ、日産パトロールとインフィニティQX80に搭載されています。

ウィリアムズ・グランプリ・エンジニアリングは、 1992年にチームのF1マシンに、デザイナー兼空気力学者のフランク・デルニーが考案したアクティブサスペンションを準備し、非常に成功したマシンを作り上げ、国際自動車連盟はウィリアムズF1チームと競合他社との差を縮めるためにこの技術を禁止することを決定した。^[7]

コンピューター アクティブ テクノロジー サスペンション (CATS) は、道路状況を分析し、電子制御ダンパーを介してサスペンション設定を毎秒最大 3,000 回調整することで、乗り心地とハンドリングの最適なバランスを調整します。

1999年のメルセデス・ベンツCLクラス（C215）では、高圧油圧サーボを電子計算で制御するアクティブボディコントロールが導入され、この機能は現在でも利用可能です。車両はカーブで積極的に傾くように設計され、乗員の快適性を向上させることができます。^{[8] [9]}

アクティブアンチロールバーは、急なコーナリング時にドライバーまたはサスペンション電子制御ユニット(ECU) の指示に従って強化されます。最初の量産車は1988 年の三菱ミラージュ サイボーグでした。

完全にアクティブに電子制御された量産車では、電子計算と組み合わせた電気サーボとモーターの応用により、フラットなコーナリングと道路状況への即時の反応が可能になります。

ボーズ社には概念実証モデルがある。ボーズの創設者アマー・ボーズはMIT教授時代に長年にわたり特殊なサスペンションの開発に取り組んでいた。^[10]

電磁アクティブサスペンションは、各車輪に取り付けられたリニア電磁モーターを使用します。このサスペンションは応答が非常に速く、モーターを発電機として使用することで消費された電力を回生できます。これにより、油圧システムの応答時間の遅さと消費電力の高さという問題がほぼ克服されます。電子制御アクティブサスペンションシステム（ECASS）技術は、1990年代にテキサス大学電気機械センターによって特許を取得しており^[11]、L-3エレクトロニックシステムによって軍用車両での使用のために開発されました。^[12] ECASSを搭載したハンビーは、車両オペレーターへの吸収力、安定性、操縦性の点で、すべての性能評価で性能仕様を上回りました。

• ミシュランの2004年のアクティブホイールには、インホイール電動トラクションモーターに加えて、そのホイールのトルク配分、トラクション、旋回操作、ピッチ、ロール、サスペンションダンピングを制御するインホイール電動サスペンションモーターが組み込まれています。^{[13] [14]}

• 2017年に導入されたアウディのアクティブ電気機械式サスペンションシステム。各車輪を個別に駆動し、現在の道路状況に適応します。各車輪には、48ボルトの主電気システムで駆動する電気モーターが付いています。その他のコンポーネントには、ギア、内部チタントーションバーを備えた回転チューブ、カップリングロッドを介してサスペンションに最大1,100 Nm（811.3 lb-ft）を加えるレバーがあります。フロントカメラのおかげで、セダンは早い段階で路面の凹凸を検知し、アクティブサスペンションを予測的に調整します。車が路面の凹凸に到達する前でも、アウディが開発したプレビュー機能はアクチュエーターに適切な移動量を伝え、サスペンションをアクティブに制御します。コンピューター制御のモーターは路面の凹凸を感知し、うねりを越えるホイールからサスペンションを持ち上げることができるため、乗り心地が向上します。これにより、よりフラットな走行が可能になり、コーナーでのロールが減少し、より信頼性の高いハンドリングダイナミクスが得られます。^{[15] [16] [17] [18] [19] [20] [21]}

アダプティブまたはセミアクティブシステムは、ショックアブソーバーの粘性減衰係数を変更することしかできず、サスペンションシステムにエネルギーを追加することはできません。アダプティブサスペンションは一般に応答時間が遅く、減衰係数の値の数も限られていますが、セミアクティブサスペンションは応答時間が数ミリ秒近くで、幅広い減衰値を提供できます。したがって、アダプティブサスペンションは通常、異なる減衰係数に対応するさまざまなライディングモード（コンフォート、ノーマル、スポーツなど）を提案するだけですが、セミアクティブサスペンションは、道路状況や車のダイナミクスに応じて、リアルタイムで減衰を変更します。セミアクティブサスペンションは介入に制限がありますが（たとえば、制御力はサスペンションの現在の速度ベクトルとは異なる方向を持つことはできません）、設計コストが低く、消費エネルギーもはるかに少なくなります。最近では、セミアクティブサスペンションの研究がその機能に関して進歩し続けており、セミアクティブサスペンションシステムと完全アクティブサスペンションシステムの差は縮まっています。

このタイプは、最も経済的で基本的なセミアクティブサスペンションです。ショックアブソーバー内の油圧媒体の流れを変えるソレノイドバルブで構成されており、サスペンションセットアップの減衰特性が変わります。ソレノイドは制御コンピュータに接続されており、制御アルゴリズム（通常はいわゆる「スカイフック」技術）に応じてコマンドが送信されます。^{[引用が必要]}

このタイプのシステムは、キャデラックの コンピュータコマンドライド（CCR）サスペンションシステムに使用されています。最初の量産車^[22]は、1983年のセミアクティブトヨタ電子制御サスペンションを搭載したトヨタソアラでした。

1985年、日産は「スーパーソニックサスペンション」と呼ばれる同様のバージョンを使用したショックアブソーバーを導入し、マイクロコンピュータが解釈する情報を提供する超音波センサーを追加しました。ステアリング、ブレーキ、スロットル、車速センサーからの情報と組み合わせて使用​​します。ドライバーが制御するスイッチが「オート」に設定されていると、調整情報信号がショックアブソーバーを変更します。スイッチが「ソフト」、「ミディアム」、「ハード」設定になっている場合は、自動調整が制限される場合があります。ソナーモジュールを使用しない修正バージョンも使用され、設定を手動で選択できるようになりました。^{[23] [24]}この実装は現在、業界全体で多くのメーカーによって使用されており、モンローショックアブソーバーによってCVSAe（連続可変セミアクティブエレクトロニクス）と呼ばれています。

2008年、日産GT-Rの導入に伴い、日産とビルシュタインが共同で「DampTronic」を開発した。DampTronicは、車両ダイナミクス制御技術と連携してトランスミッションのシフトポイントを変更できる、選択可能な3つのドライバー設定を提供する。設定は、ノーマル、コンフォート、またはRとラベル付けされており、自動調整の場合はノーマル、高速走行の場合は「R」設定、ツーリングやより柔軟な乗り心地の場合は「コンフォート」に設定できる。「R」モードでは、車両はヨー角速度を利用してステアリング角度を減らし、より鮮明で伝達性の高いステアリングを実現できる。一方、「コンフォート」設定では、「ノーマル」またはコンピューターで決定されたサスペンション設定と比較して、垂直G負荷が少なくなる。^[25]

もう 1 つの方法は、 MagneRideというブランド名の磁性流体ダンパーを組み込む方法です。これは当初、 GM向けに Delphi Corporation によって開発され、他の多くの新技術と同様に、Cadillac STS (2002 年モデル以降) および 2003 年以降の他の GM モデルの一部に標準装備されました。これは、数十年にわたって高級 GM 車両で使用されてきたセミアクティブ システム (「自動路面感知サスペンション」) のアップグレードでした。より高速な最新のコンピューターと組み合わせることで、すべてのホイール サスペンションの剛性を個別に変更できます。これらのダンパーは米国での使用が増えており、すでに一部の外国ブランドにリースされています。主に高価な車両で使用されています。^{[引用が必要]}

このシステムの開発には 25 年かかりました。ダンパー液には金属粒子が含まれています。車載コンピューターを通じて、ダンパーのコンプライアンス特性は電磁石によって制御されます。基本的に、ダンパーの磁気回路への電流の増加は、回路の磁束を増加させます。これにより、金属粒子の配列が変化し、流体の粘度が上昇して圧縮/リバウンド率が上昇します。一方、電流が減少すると、粒子が反対方向に整列してダンパーの効果が和らぎます。金属粒子をディナー プレートに例えると、端に並んでいる間は粘度が最小限に抑えられます。反対の端では、90 度に整列して平らになります。そのため、流体の粘性が大幅に高まります。金属粒子の配列を変えるのは、電磁石によって生成される電界です。ホイール センサー (サスペンションの伸長について)、ステアリング、加速度センサーなどのデータからの情報を使用して、その時点での最適な剛性が計算されます。システムの高速反応（数ミリ秒）により、例えば、特定の瞬間に道路の凹凸を 1 つの車輪でよりスムーズに通過することが可能になります。^{[引用が必要]}

暦年別:

• 1954年:シトロエン トラクション アバント15-6H:後輪に自動水平調整式シトロエンハイドロニューマチック サスペンションを装備。 ^{[引用が必要]}
• 1955年:シトロエン DS、四輪すべてに自動水平調整式シトロエン ハイドロニューマチック サスペンションを採用。
• 1957年:キャデラック エルドラド ブロアム: セルフレベリング GMエアサスペンションの初登場
• 1967年:ロールスロイス シルバーシャドウ4輪すべてに部分荷重支持油圧式サスペンションを装備。フロントシステムは1969年に廃止された^[要出典]
• 1970年:シトロエン SM、四輪すべてに自動水平調整式シトロエン ハイドロニューマチック サスペンションを装備。^{[引用が必要]}
• 1970年:シトロエン GS、四輪すべてに自動水平調整式シトロエン ハイドロニューマチック サスペンションを採用。
• 1974年:シトロエン CX、四輪すべてに自動水平調整式シトロエン ハイドロニューマチック サスペンションを採用。
• 1975年:メルセデスベンツ 450 SEL 6.9 4輪すべてにハイドロニューマチックサスペンションを装備。
• 1982年:シトロエン BX、四輪すべてに自動水平調整式シトロエン ハイドロニューマチック サスペンションを装備。^[要出典]
• 1979年:メルセデスベンツ W126 LWB v8モデルのオプションとして4輪すべてにハイドロニューマチックサスペンションを装備
• 1983年：トヨタ・ソアラ：世界初、電子制御式ショックアブソーバー制御アクチュエータ（バネ定数、減衰力可変）を搭載したTEMSを搭載^[26]
• 1985メルセデスベンツ 190E 2.3-16 16v モデルのオプションとして、4 輪すべてに部分荷重支持ハイドロニューマチックサスペンションを装備。Evo 1 および Evo 2 モデルでは標準装備。
• 1985年：日産はセドリック、グロリア、日産ローレルにオプションで超音波セミアクティブサスペンションセンシング「スーパーソニックサスペンション」を導入し、フロントとリアサスペンションのマクファーソンストラット内にアクチュエーターを統合した。^[27]
• 1986年：ジャガーXJ40、セルフレベリングサスペンション。^[28]
• 1986年:メルセデスベンツ W126 LWB v8モデルではオプションとして電子制御アダプティブダンピングを備えた4輪すべてにハイドロニューマチックサスペンションを採用
• 1987年：三菱ギャラン（6代目） - アクティブコントロールサスペンション（ダイナミックECS）を搭載。車高と減衰力を自動調整することで、快適な乗り心地と操縦安定性を実現します。
• 1989:シトロエン XM -自動調整のスプリング レートとダンパーを備えた、4 つの車輪すべてにセルフレベリングのセミアクティブHydractive を搭載。
• 1989:メルセデスベンツ R129部分荷重支持ハイドロニューマチックサスペンション、自動調整スプリングレートおよびダンパーオプション (ADS)
• 1990年:インフィニティQ45と日産プレジデント「フルアクティブサスペンション（FAS）」、アクティブサスペンションシステム
• 1990年:フルハイドロニューマチックアクティブサスペンションを搭載したトヨタセリカ(ST183) アクティブスポーツと、トヨタエレクトロニックモジュレーテッドサスペンション(TEMS) セミアクティブサスペンションを搭載した4WS GT-R
• 1992:シトロエン エグザンティアVSX - 4輪すべてにセルフレベリング、セミアクティブHydractive 2 を搭載し、スプリングレートとダンパーを自動的に調整します。 ^{[引用が必要]}
• 1993 年:キャデラック、RSSロード センシング サスペンションを搭載したモデルがいくつか登場。RSS は標準システムとCVRSS (連続可変ロード センシング サスペンション) システムの両方で利用可能でした。ショック アブソーバーの減衰率を15ミリ秒ごとに監視し、2 つの設定から選択しました。^{[引用が必要]}
• 1994年：トヨタ・セルシオが初のスカイフックエアサスペンションを導入^[29]
• 1994: Citroën Xantia Activa - 自動水平調整機能付き、油圧アンチロールバーと自動調整スプリングレートおよびダンパーを備えた 4 つの車輪すべてに完全アクティブ Hydractive を装備。
• 1998:ランドローバー ディスカバリー シリーズ 2 - アクティブ コーナリング エンハンスメント。一部のバージョンに電子制御油圧アンチロール バー システムが装備され、コーナリング時のロールが軽減されました。
• 1999:メルセデスベンツ C215セルフレベリング フルアクティブ油圧アクティブボディコントロール。S、CL、SL モデルで利用可能
• 2000 シトロエン C5 ハイドラクティブ 3 または ハイドラクティブ 3+
• 2002年:キャデラック セビルSTS、初代マグネライド^[30]
• 2004:ボルボ S60 RおよびV70 R (Four-C、「連続制御シャーシ コンセプト」の略称、セミアクティブ)
• 2006 シトロエン C6 - ハイドラクティブ 3+
• 2010:アルファ ロメオ MiToクローバーリーフ (マセラティのスカイフック技術に基づく DNA システム)
• 2012:ジャガー XF スポーツブレーキ、セルフレベリング エア サスペンション。^[31]
• 2013:メルセデスベンツ W222 : オプションのマジックボディコントロール。路面スキャンエレクトロニクスを備えたセルフレベリングフルアクティブ油圧システム。
• 2013:フォルクスワーゲン Mk7 ゴルフ Rユーザー選択可能な電子制御ショックダンピング (ダイナミック シャシー コントロール (DCC))
• 2019年：トヨタ アバロンツーリングモデル（アダプティブ バリアブル サスペンション（AVS））
• 2025年: Nio ET9（スカイライドフルアクティブサスペンション）^[32]

• トヨタ アクティブコントロールサスペンション
• ハイドロニューマチックサスペンション
• アクティブボディコントロール

• ナイ、ダグ（1992）。グランプリカーの歴史：1966-91。ヘイズルトン出版。ISBN 0-905138-94-5。
• Cox, Ronald W. (1986)。Lotus アクティブサスペンション技術用に開発された電子機器。米国: General Motors。2013 年 6 月 17 日のオリジナルからアーカイブ。2013年 1 月 17 日閲覧。