オートバイのサスペンション

オートバイのサスペンションには、車両の操縦性とブレーキングに貢献するとともに、車両の乗員を道路の騒音、衝撃、振動から快適に遮断して安全性と快適性を提供するという 2 つの目的があります。

典型的なオートバイには、フロントサスペンション用の一対のフォークチューブと、リアサスペンション用の1つまたは2つのショックアブソーバーを備えたスイングアームがあります。 ^[1]

現代のオートバイのフロントサスペンションの最も一般的な形式は、テレスコピックフォークです。その他のフォーク設計には、スプリング付き平行リンクに吊り下げられたガーダーフォーク（1940 年代以降は一般的ではありません）や、ボトムリーディングリンク設計（1960 年代以降は一般的ではありません）があります。

一部のメーカー（Greeves など）は、モトクロス デザインのフロント サスペンションにスイング アームのバージョンを採用しました。このアイデアの片側バージョンは、ベスパなどのモーター スクーターにも使用されています。

マッシモ・タンブリーニに関連したコンセプトに基づいてアスカニオ・ロドリゴが開発したハブセンターステアリングは、ビモータ・テシやヴァイラス・モーターサイクルなどのプロジェクトに見られるように、サスペンションとステアリングを伴う複雑なフロントスイングアーム代替システムです。

スコットは1908年に伸縮式フォークを備えたオートバイを製造し、^{[2] [3]}、1931年までいくつかのモデルでそれを使い続けました。^[4] 1935年にBMWは油圧減衰式伸縮式フォークを備えたオートバイを製造した最初のメーカーになりましたが、^[5]デンマークのニンバス社は1934年に減衰のない伸縮式フォークを製造していました。今日のほとんどのオートバイは、フロントサスペンションに伸縮式フォークを使用しています。 フォークは、余分なバネエネルギーを油圧減衰する、単にケースに入った長いコイルスプリングと理解するのが最も簡単です。フォークにより、前輪は路面の凹凸に反応し、オートバイの残りの部分はその動きから分離されます。

フォークの上部は、トリプル ツリー クランプ(英国では「ヨーク」と呼ばれる)でバイクのフレームに接続されており、これによりフォークを回転させてバイクを操縦できます。フォークの下部には前輪の車軸が取り付けられています。

従来の伸縮式フォークでは、フォーク本体の下部(英国では「フォーク スライダー」 ) がフォーク チューブ(英国では「フォーク スタンション」 ) を上下にスライドします。フォーク チューブは、フォーク オイルをフォーク内に密封するために鏡のように滑らかでなければなりません。特に初期のロードスターやオフロード バイクのフォーク チューブの中には、プラスチック/ゴム製の保護「ゲートル」で囲まれているものもあります。

「上下逆」(USD) フォークは、倒立フォークとも呼ばれ、従来の伸縮フォークと比較して逆向きに取り付けられています。スライダー本体は上部にあり、トリプルクランプに固定されており、スタンションチューブは下部にあり、車軸に固定されています。この USD 配置には、(i)オートバイのバネ下重量が軽減され、(ii)ねじり剛性が向上し、ハンドリングが向上するという 2 つの利点があります。USD フォークの 2 つの欠点は、(i) 従来の伸縮フォークよりも高価であること、(ii) オイルシールが故障すると減衰オイルがすべて失われる可能性があることです。^{[要出典] USD フォークは}スポーツバイク によく見られますが、ホンダ ヴァルキリーはUSD フォークを採用していました。

オートバイのサスペンションは、完全に伸びているときでも、スプリングが常に圧縮されるように設計されています。プリロードは、オートバイとライダーの重量がサスペンションに作用する初期位置を調整するために使用されます。

サスペンションが完全に伸びた長さと、バイクとライダーの重量によって圧縮された長さの差は、「トータル サグ」または「レース サグ」と呼ばれます。トータル サグは、通常の走行状況でサスペンションの初期位置を最適化して、ボトムアウトやトップアウトを回避するように設定されます。「ボトムアウト」は、サスペンションが機械的にこれ以上圧縮できない点まで圧縮されたときに発生します。トップアウトは、サスペンションが完全に伸び、機械的にこれ以上伸びなくなったときに発生します。プリロードを増やすと、スプリングにかかる​​初期の力が大きくなり、トータル サグが減少します。プリロードを減らすと、スプリングにかかる​​初期の力が小さくなり、トータル サグが増加します。

一部のバイクでは、フォーク内の空気圧を変えることでプリロードを調整できます。フォークの上部にあるバルブで、フォークから空気を追加したり放出したりできます。^[6] 空気圧が高くなるとプリロードも大きくなり、逆もまた同様です。

基本的なフォーク設計では、単純なダンパー ロッドシステムを使用しており、減衰はオリフィスを通るフォーク オイルの通過によって制御されます。製造コストは安いものの、このようなフォークは調整が難しく、スライダー速度が低いときには減衰が小さすぎる傾向があり、スライダー速度が高いときには減衰が大きすぎる傾向があります。調整設定は常に妥協点となり、柔らかすぎる減衰と硬すぎる減衰の両方が発生します。フォークは油圧ダンパーとして機能するため、フォーク オイルの重量を変えると減衰率が変わります。一部の伸縮式フォークには、減衰の外部調整機能があります。

より洗練されたアプローチはカートリッジフォークで、これはバルブシステムを備えた内部カートリッジを使用します。^[7]低速スライダーでの減衰ははるかに小さなオリフィスによって制御されますが、高速スライダーでの減衰は、フォークオイルのバイパスバルブとして機能する柔軟なシムのシステムによって制御されます。このバルブには、さまざまな厚さのシムが多数あり、バルブのオリフィスをカバーして、高速および中速のバンプでのフォークの減衰を制御します。

シム (または「リーフ スプリング」) の中には、小さな力で持ち上げられるものがあり、流体がオリフィスを流れるようになっています。他のスプリングは、持ち上げて流れを流すために大きな力を必要とします。これにより、フォークにディグレッシブダンピングが与えられ、小さなバンプでは硬くなり、大きなバンプでは比較的柔らかくなります。また、スプリング (またはシム) は一方向の流れしか許さないため、1 セットのスプリングで圧縮ダンピングを制御し、別のスプリングでリバウンド ダンピングを制御します。これにより、ダンピングを個別に設定できます。

カートリッジ エミュレーターは、ダンパー ロッド フォークを実質的にカートリッジ フォークのように動作させるアフターマーケット部品です。^[8]ダンパー ロッドのダンピング オリフィスは非常に大きく作られているため、実質的にダンピングには影響がなく、代わりに「エミュレーター」がダンピング機能を引き継ぎます。エミュレーターには、低速フォーク ダンピング用の非常に小さなオリフィスと、高速フォーク ダンピング用の調整可能なシム スタックがあります。

2007 年に発売されたガス充填カートリッジ フォーク^[要出典]は、標準フォークにガス充填カートリッジが取り付けられたものです。このキットは、規則によりフォークの完全な交換は禁止されているものの、元のフォークの改造は許可されているスーパースポーツ クラスのレースに適しています。

走行中のオートバイのブレーキをかけると、荷重移動と呼ばれる現象により、前輪にかかる荷重が増加し、後輪にかかる荷重が減少します。詳細な説明と計算例については、 「自転車とオートバイのダイナミクス」の記事のブレーキのセクションを参照してください。

バイクにテレスコピックフォークが装備されている場合、前輪に加わった負荷はフォークを介して伝達され、フォークが圧縮されます。フォークが短くなると、バイクの前端が下がります。これをブレーキダイブと呼びます。テレスコピックフォークは、リーディングリンク設計とは異なり、特にこの傾向が強くなります。

ブレーキダイブはライダーにとって不安なものであり、バイクの前方に投げ出されそうになるかもしれません。バイクがフロントフォークの底まで沈むと、ハンドリングやブレーキの問題も発生します。サスペンションの目的の 1 つは、タイヤと路面の接触を維持することです。サスペンションが底まで沈むと、本来の動きがなくなり、接触を維持するのに役立たなくなります。

過度のブレーキダイブは不安を招き、底付きするとトラクションが失われる恐れがありますが、ある程度のブレーキダイブはバイクの傾斜とトレイルを減らし、より簡単に曲がれるようになります。これは、コーナーの入り口で トレイルブレーキングを行うレーサーにとって特に重要です。

テレスコピック フォークのブレーキ ダイブは、フォーク スプリングのバネ定数を上げるか、フォークの圧縮ダンピングを増やすことで軽減できます。ただし、これらの変更を行うと、フロント エンドが硬くなるため、荒れた道路でのバイクの乗り心地が悪くなります。1980 年代には、さまざまなメーカーが次のようなアンチ ダイブ方式でこの問題を回避しようとしました。

• ACT: Marzocchi 社によって開発され、Buell RR 1200 (1988) などの Buell バイクに装着されました。
• ANDF (アンチ ノーズ ダイブ フォーク): これは、いくつかのスズキ GSX モデルと RG250 に取り付けられました。
• AVDS（自動可変ダンピングシステム）：これは多くのカワサキのオートバイに搭載されていました。
• NEAS (新型電動サスペンション): スズキ GSX-R 1100 および GSX-R 750 リミテッド エディションに装備されています。
• PDF (ポジ ダンプ フォーク): これは、スズキ RG500、GSX1100E/GS1150E、GSX-R 750 に装備され、以前のアンチ ダイブ ユニット (ブレーキが作動するとブレーキ液圧によってメカニズム内のバルブが閉じ、ダンピング オイルの流れが制限され、フォークの圧縮が遅くなる) の強化版でした。PDF ユニットは、圧縮ストローク自体に完全に依存している点を除いて、同様の方法で動作します。バルブはスプリング式なので、ホイールがバンプにぶつかると、バルブがシートから跳ね返り、オイルの流れが一時的に回復して、サスペンションがショックを吸収できるようにします。
• TCS (トラベルコントロールシステム): 可変ダンピングを備えたアンチダイブシステム。TCS は FZ 400 R (1984 年、日本市場のみ) で導入されました。
• TRAC (トルク反応アンチダイブコントロール): ホンダが開発した、フロントサスペンションに完全に組み込まれたシンプルな機械システムです。フロントブレーキキャリパーはヒンジに取り付けられており、ブレーキ動作で発生したトルクを使用してフォーク内のバルブを操作し、ブレーキ中のオイルの流れを抑制します。このシステムは、1983年から2000年までのゴールドウィングシリーズ、パシフィックコースト、CB1100F、CB1000C、VFR750Fなど、多くのオートバイに装備されていました。

以前のダンピングロッドフォークよりも低速ダンピングが大きく、高速ダンピングが小さくなるカートリッジフォークの登場により、独立したアンチダイブ機構は一般的に使用されなくなりました。

テレスコピックフォークのブレーキダイブを軽減または排除する別の方法は、リアクティブリンクまたはトルクアームを使用して、トリプルクランプを介してブレーキコンポーネントをオートバイのフレームに接続することです。

フォークの設計によっては、フロント サスペンションに悪影響を与えることなく、ダイブを軽減、排除、または逆転させるものもあります。後者の 1 つにEarles フォークがあります。フロント ブレーキを強く踏むと、バイクの前端が実際に上がります。BMW のテレレバー フォークはダイブをほぼ排除するように設計されており、メーカーがそうすることを選択した場合は、ダイブを完全に排除するように設計することもできます。一部のUral バイクで使用されているようなリーディング リンク フロント フォークも、ダイブを軽減または排除するように設計できます。

Saxon-Motodd ( BMWでは Telelever として販売) には、フレームに取り付けられてスプリングをサポートする追加のスイングアームがあります。これにより、従来のテレスコピック フォークのように減少するのではなく、ブレーキング中にレイクとトレイルが増加します。

ホサック/フィオール ( BMWでは Duolever として販売) は、サスペンションをステアリング力から完全に切り離します。これはノーマン ホサックによって開発されましたが、クロード フィオールとジョン ブリテンがレースバイクで使用しました。ホサック自身は、このシステムを「ステアリング アップライト」と表現しました。2004 年に BMW はこの設計に基づいた新しいフロント サスペンションを備えた K1200S を発表しました。

片持ち式フロントスイングアームサスペンションは、1993年に発表されたヤマハGTS1000で使用されていました。GTSは、ジェームズ・パーカーが設計したRADD社のフロントサスペンションを使用していました。片持ち式ガーダーフォークは、1949年から1951年の間、ドイツのImme R100オートバイで使用されていました^[9] 。また、ベスパスクーターには片持ち式トレーリングリンクフォークがあります。より最近では、1998年から2003年の間、イタルジェット「ドラッグスター」スクーターも片持ち式スイングアームサスペンションを使用しましたが、GTS1000とは異なり、上部コントロールアームはなく、ドラッグスターのサスペンションの上部はステアリング入力を伝達するためだけに使用されていました。

ハブセンターステアリングは、フォークの代わりにエンジン/フレームの下部から前輪の中心まで伸びるスイングアームが特徴です。

従来のオートバイフォークの代わりにハブセンターステアリングシステムを使用する利点は、ハブセンターステアリングがステアリング、ブレーキ、サスペンションの機能を分離していることです。

フォークの場合、ブレーキ力はサスペンションを介して伝わり、サスペンションが圧縮されてサスペンションのトラベル量が大幅に消費されるため、凹凸やその他の道路の不規則性への対応が非常に難しくなります。フォークが沈むと、バイクのステアリングジオメトリも変化し、バイクはより神経質になり、逆に加速時にはより怠惰になります。また、フォークを介してステアリングが機能すると、スティクションの問題が発生し、サスペンションの有効性が低下します。一般的なオートバイのフォークは長いため、ヘッドストックの周りの大きなレバーとして機能し、フォーク、ヘッドストック、フレームを非常に頑丈にする必要があります。これにより、バイクの重量が増加します。

ミード・アンド・トムキンソン・レーシングチームが製作した耐久レースカー「ネッシー」は、ディファツィオのハブセンターステアリング^[10]の改良版を使用しており、ブレーキ力は（ステアリングヘッドではなく）ピボットフォークを介してフレームに伝えられた。これにより、ニュートラルステアリングが可能になり、ブレーキダイブが起こらなくなった。

第一次世界大戦前にはフロントサスペンションがほぼ普遍的に採用されていたが、第二次世界大戦後までいくつかのメーカーはリアサスペンションをバイクに採用しなかった。しかし、リアサスペンションを備えたオートバイは第一次世界大戦前に一般に提供されていた。これらの中で注目すべきものは、フロントとリアの両方に空気圧サスペンションを備えた1909年のASL、^[11]リーフスプリングで吊り下げられたスイングアームを備えた1913年のインディアンシングル、およびコイルスプリングでそれぞれ吊り下げられた一対のプランジャーで支えられた車輪を備えた1913年のポープである。^[12]

第二次世界大戦前と戦後直後のいくつかのオートバイは、後車軸の垂直方向の動きがスプリングで吊り下げられたプランジャーによって制御されるプランジャーサスペンションを使用していました。 ^[13]

プランジャーサスペンションを備えたオートバイの有名なメーカーとしては、Adler、Ariel、BMW、BSA、Indian、MZ、Saroléa、Norton、Cossack/Ural、Zündappなどがあります。

プランジャーサスペンションは、圧縮とリバウンドの両方でスプリングとダンピングを備えた高度なサスペンションでしたが、（その後継となるほぼ普遍的なスイングアームと比較して）次の 3 つの欠点がありました。（i）ホイールの移動が制限される、（ii）ホイールが必要な垂直軸から外れる可能性がある、（iii）製造と保守にコストがかかる。

基本的なオートバイのスイングアームは四角形で、片方の短い辺はベアリングでオートバイのフレームに接続され、回転することができます。^[14] もう一方の短い辺は後輪が回転する後車軸です。長い辺は、コイルスプリング付きのショックアブソーバー1つまたは2つでオートバイのフレームまたは後部サブフレームに接続されています。

量産バイクではスイングアームは正確には長方形ではありませんが、そのように考えると、その機能はより簡単に理解できます。

スイングアームがバイクの片側だけにある場合、これは片側スイングアームと呼ばれます。1981年、BMWはR 80 GSモデルで片側スイングアーム（モノレバー）をバイクに導入しました。注目すべき例としては、ホンダVFR800、BMW RシリーズおよびKシリーズがあります。片側スイングアームは後輪の取り外しが容易になりますが、一般的にリアサスペンションのバネ下重量が増加します。これは、従来の（両側）スイングアームセットアップと同じねじり剛性を与えるために必要な追加の材料によるものです。^{[引用が必要]}このため、スポーツバイクがこのセットアップを使用しているのを目にすることはめったにありません。注目すべき例外は、耐久レースに持ち込むことを意図していたDucati 916、軽量化のために内部が中空になっているMV Agusta f4（マグネシウムバージョンも利用可能）、および純粋にスタイリング上の理由で片側スイングアームが与えられたDucati 1098です。^{[引用が必要]}

多くのシャフトドライブバイクでは、ドライブシャフトはスイングアームの長辺の片側に収納されています。注目すべき例としては、BMWが片持ちスイングアームを採用する前の1955年以降のすべてのBMWモデル、ウラル、多くのモト・グッツィ・ツイン、ホンダ・ゴールドウイング、ヤマハXSイレブン、ヤマハFJR1300などがあります。

BMW R シリーズと K シリーズは、スイング アームに組み込まれたシャフト ドライブと片側スイング アームを組み合わせ、この組み合わせはパラレバーとして販売されています。新しい Moto Guzzi のオートバイは、 CA.RC (「CArdano Reattivo Compatto」 - コンパクト リアクティブ シャフト ドライブ) として販売されている同様の配置を使用しています。

チェーン駆動のオートバイの場合、通常はスイングアームに対して後車軸を前後に調整してチェーンの張力を調整できますが、一部のモデル（1971/72 年式の Triumph および BSA 4 ストローク、Ducati 860 GTS、Darmah 900 など）ではスイングアームのピボット ポイントで調整を行います。

オートバイのリアサスペンションに使用される油圧ショックアブソーバーは、他の車両用途で使用されるものと基本的に同じです。

オートバイのショックアブソーバーは、ほとんどの場合コイルスプリングを使用しているという点で若干異なります。言い換えると、リアサスペンションのスプリングは、ショックアブソーバーの上または周囲に取り付けられたコイルスプリングです。

調整に関しては、リアショックには、まったく調整がないものから、プリロード調整のみのもの、長さ、プリロード、4 種類のダンピングの調整が可能なレーシングショックまで、さまざまな種類があります。ほとんどのショックには内部にオイル リザーバーがありますが、外部にオイル リザーバーがあるショックや、空気補助ダンピングを備えたショックもあります。

多くの企業が、オートバイ用のカスタムメイドのリアショックを提供しています。これらのショックアブソーバーは、オートバイの特性、ライダーの体重、ライダーの好みのライディングスタイル/アグレッシブさを考慮して、特定のオートバイとライダーの組み合わせに合わせて組み立てられます。

ツインショックとは、ショックアブソーバーが 2 つあるオートバイを指します。一般的に、この用語は特定の時代のオートバイを表すために使用され、オフロードオートバイを説明するときに最もよく使用されます。

1970 年代後半から 1980 年代にかけて、オートバイのリア サスペンションの設計と性能は飛躍的な進歩を遂げました。これらの進歩の主な目的と結果は、リア ホイールが上下にどれだけ移動できるかで測定されるリア ホイール トラベルの増加でした。リア サスペンションの性能に重点が置かれたこの時期以前は、ほとんどのオフロード オートバイのリア ホイール トラベルは約 3.5～4 インチ (9～10 cm) でした。この時期の終わりには、これらのオートバイのほとんどでリア ホイール トラベルは約 12 インチ (30 cm) でした。この時期の初めには、このレベルの性能を達成するためにさまざまなリア サスペンション設計が使用されていました。しかし、この時期の終わりまでには、ショック アブソーバーを 2 つではなく 1 つだけ使用する設計が広く受け入れられ、使用されるようになりました。シングル ショック アブソーバー サスペンションの性能は、ツイン ショックのオートバイよりもはるかに優れていました。したがって、この設計の区別はオートバイを分類するために簡単に使用されます。 1920年代に開発され特許を取得したベントレーとドレイパーのシステム（ニューインペリアルとブラフスーペリアのマシン）とHRD（後のヴィンセント）のシステムを除き、モノショックのバイクが標準となったのは1980年代になってからのことで、現在では「ツインショック」という用語がビンテージバイクの分類に使用されています。この区別は、ビンテージバイクの競技に使用されるクラスを提供するという点で重要です。たとえば、ビンテージモトクロスレースは、古いモトクロスバイクのために開催されます。より優れた性能のモノショックバイクが競争を独占するのを防ぐために、モノショックバイクとツインショックバイクには別々の競技クラスがあり、直接競争しないようにしています。

シングルショックアブソーバーのリアサスペンションを備えたオートバイでは、単一のショックアブソーバーがリアスイングアームをオートバイのフレームに接続します。通常、この単一のショックアブソーバーは後輪の前にあり、リンケージを使用してスイングアームに接続されます。このようなリンケージは、リアの減衰率が上昇するように設計されることがよくあります。^[15] 1972年、ヤマハは、モトクロス世界選手権に出場するオートバイにモノショックシングルショックアブソーバーリアサスペンションシステムを導入しました。^[16]ルシアンティルケンスによって設計されたサスペンションは非常に成功したため、他のオートバイメーカーも独自のシングルショックアブソーバー設計を開発しました。^[16]ホンダのバージョンはプロリンク、カワサキはユニトラック、スズキはフルフローターと呼ばれています。^{[17] [18]}ホンダのユニットプロリンクは、最初にホンダRC211V MotoGPレーサーに使用され、その後2003年のホンダCBR600RRスポーツバイクに使用されました。これは、ダンパーアッパーマウントをフレーム自体に接続するのではなく、リアスイングアームサブフレーム内に収めることで、リアサスペンションによって伝達される望ましくない力からフレームとステアリングヘッドを分離することを目的としています。^[19]

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