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オートバイのサスペンションは、車両の操縦性と制動性能に貢献するとともに、路面騒音、凹凸、振動から乗員を快適に隔離することで、安全性と快適性を提供するという二つの目的を果たします。
一般的なオートバイは、フロントサスペンション用に一対のフォークチューブ、リアサスペンション用に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を備えています。 [ 1 ]
現代のオートバイで最も一般的なフロントサスペンションは、テレスコピックフォークです。その他のフォーク設計としては、スプリング付きパラレルリンクで支持されるガーダーフォーク（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式フォーク（1960年代以降は一般的ではありません）などがあります。
グリーブスなどの一部のメーカーは、モトクロスバイクのフロントサスペンションにスイングアーム式の機構を採用した。また、ベスパなどのスクーターにも、片持ち式の同様の機構が用いられている。
アスカニオ・ロドリゴがマッシモ・タンブリーニのコンセプトに基づいて開発したハブセンターステアリングは、サスペンションとステアリングを統合した複雑なフロントスイングアーム代替システムであり、ビモータ・テージやヴァイラスなどのプロジェクトに見られる。
スコットは1908年にテレスコピックフォークを備えたオートバイを製造し、[ 2 ] [ 3 ] 1931年まで一部のモデルでそれを使い続けました。[ 4 ] 1935年、BMWは油圧式ダンパー付きテレスコピック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となりましたが、[ 5 ]デンマークのニンバス社は1934年にダンパーなしのテレスコピック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テレスコピックフォークを使用しています。フォークは、余分なスプリングエネルギーを油圧で減衰する、単純に覆われた長いコイルばねとして理解するのが最も簡単です。これにより、フロントホイールは路面の不完全さに反応し、オートバイの残りの部分はその動きから隔離されます。
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、フォークを回転させることでバイクの操舵が可能になっている。フォークの下部には前輪の車軸が取り付けられている。
従来の伸縮式フォークでは、下部、つまりフォーク本体（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」）に沿って上下にスライドします。フォークチューブは、フォークオイルがフォーク内部に漏れないように、鏡面仕上げでなければなりません。初期のロードスターやオフロードバイクなどでは、フォークチューブが蛇腹状のプラスチック／ゴム製の保護用「ゲートル」で覆われているものもあります。
「倒立フォーク」（USDフォーク）は、インバーテッドフォークとも呼ばれ、従来のテレスコピックフォークとは逆向きに取り付けられます。スライダーボディは上部にあり、トリプルクランプに固定され、スタンションチューブは下部にあり、アクスルに固定されます。このUSD方式には、(i)モーターサイクルのバネ下重量が軽減されること、(ii)ねじり剛性が高まり、ハンドリングが向上すること、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)従来のテレスコピックフォークよりも高価であること、(ii)オイルシールが破損するとダンピングオイルがすべて漏れる可能性があることです。USDフォークは一般的にスポーツバイク に採用されていますが、ホンダ・ヴァルキリーにもUSDフォークが採用されていました。
オートバイのサスペンションは、スプリングが完全に伸びた状態でも常に圧縮状態にな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かかる際の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状態の長さと、バイクとライダーの重量によって圧縮された状態の長さの差を「トータルサグ」または「レースサグ」と呼びます。トータルサグは、通常の走行条件下で底付きやトップアウトを防ぐために、サスペンションの初期位置を最適化するように設定されます。「底付き」とは、サスペンションが機械的にそれ以上圧縮できないところまで圧縮された状態を指します。「トップアウト」とは、サスペンションが完全に伸びきり、機械的にそれ以上伸びきれない状態を指します。プリロードを増やすと、スプリングにかかる初期力が大きくなり、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力が小さくなり、トータルサグが増加します。
オートバイの中には、フォーク内部の空気圧を変えることでプリロードを調整できるものがあります。フォーク上部のバルブでフォークに空気を追加したり、フォークから空気を抜いたりできます。[ 6 ] 空気圧が高いほどプリロードが大きくなり、その逆もまた然りです。
基本的なフォーク設計では、ダンパーロッドシステムというシンプルな構造を採用しており、フォークオイルがオリフィスを通過することで減衰力が制御されます。製造コストは低いものの、このようなフォークは調整が難しく、スライダーの低速では減衰力が弱すぎ、高速では減衰力が強すぎる傾向があります。どのような調整設定も妥協の産物となり、減衰力が柔らかすぎたり硬すぎたりする状態になります。フォークは油圧ダンパーとして機能するため、フォークオイルの粘度を変えることで減衰率も変化します。テレスコピックフォークの中には、外部から減衰力を調整できるものもあります。
より洗練されたアプローチは、内部カートリッジとバルブシステムを使用するカートリッジフォークです。 [ 7 ]スライダーの低速での減衰は、はるかに小さなオリフィスによって制御されますが、スライダーの高速での減衰は、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複数あり、バルブ内のオリフィスを覆って屈曲し、高および中サイズのバンプでの高速スライダーの動き中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、わずかな力で持ち上がり、オリフィスを通して流体が流れるものがあります。一方、他のスプリングは、持ち上げて流体を流すために、より大きな力を必要とします。これにより、フォークは減衰特性が段階的に変化し、小さな凹凸では硬く、大きな凹凸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）は一方向にのみ流体を流すため、一方のスプリングセットが圧縮減衰を、もう一方のスプリングセットが伸張減衰を制御します。これにより、減衰を個別に設定することが可能になります。
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カートリッジフォークのように動作させるためのアフターマーケットパーツです。[ 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、ダンピングにほとんど影響がなく、代わりに「エミュレーター」がダンピング機能を担います。エミュレーターには、フォーク速度が低い場合のダンピング用に非常に小さなオリフィスがあり、フォーク速度が高い場合のダンピング用に調整可能なシムスタックがあります。
2007年に登場したガス封入式カートリッジフォークは、標準フォーク内にガス封入式カートリッジを組み込んだ構造になっています。このキットは、レギュレーションでフォークの完全交換は禁止されているものの、純正フォークの改造は認めら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力学」の記事のブレーキに関するセクションを参照してください。
オートバイにテレスコピックフォークが装備されている場合、前輪にかかる追加荷重はフォークを介して伝達され、フォークが圧縮されます。このフォークの短縮により、バイクの前部が下がり、これをブレーキダイブと呼びます。リーディングリンク式フォークとは異なり、テレスコピックフォークは特にこの現象が起こりやすいです。
ブレーキング時のノーズダイブは、ライダーにとって不安なものであり、まるでバイクの前方に投げ出されそうになるような感覚を覚えるかもしれません。バイクがノーズダイブしてフロントフォークが底付きすると、ハンドリングやブレーキングにも問題が生じる可能性があります。サスペンションの役割の一つは、タイヤと路面との接触を維持することです。サスペンションが底付きすると、本来の動きができなくなり、路面との接触を維持する役割を果たせなくなります。
ブレーキング時の過度なノーズダイブは不安を招き、底付きはトラクションの喪失につながる可能性があるが、適度なノーズダイブはバイクのキャスター角とトレール量を減らし、旋回性を向上させる。これは、コーナー進入時に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ある。
テレスコピックフォークのブレーキング時のノーズダイブは、フォークスプリングのバネレートを上げるか、フォークの圧縮ダンピングを上げることで軽減できます。しかし、これらの変更はいずれも、フロントエンドが硬くなるため、荒れた路面での乗り心地を悪化させます。1980年代には、様々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試みました。
カートリッジフォークの登場により、従来のダンピングロッドフォークよりも低速時の減衰力が高く、高速時の減衰力が低いという特性が実現したため、独立したアンチダイブ機構は一般的に使用されなくなった。
テレスコピックフォークにおけるブレーキ時のノーズダイブを軽減または解消するもう一つの方法は、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部品をオートバイのフレームに接続することです。
フォークのデザインによっては、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、解消、あるいは逆転させることも可能です。アールズフォークは後者の例で、フロントブレーキを強くかけると、バイクのフロントエンドが実際に持ち上がります。BMWのテレレバーフォークは、ダイブをほぼ完全に解消するように設計されており、メーカーが望めば完全に解消することも可能でした。ウラルの一部のバイクに採用されているようなリーディングリンク式フロントフォークも、ダイブを軽減または解消するように設計できます。
ザクソン・モトッド（BMWではテレレバーとして販売）は、フレームに取り付けられ、スプリングを支える追加のスイングアームを備えている。これにより、従来のテレスコピックフォークのようにブレーキング時にキャスター角とトレール量が減少するのではなく、増加する。
ホサック/フィオール（BMWではデュオレバーとして販売）は、サスペンションとステアリングの力を完全に分離するシステムです。ノーマン・ホサックによって開発されましたが、クロード・フィオールやジョン・ブリテンがレーシングバイクに採用しました。ホサック自身はこのシステムを「ステアリング付き直立型」と表現しています。2004年、BMWはこの設計をベースにした新しいフロントサスペンションを搭載したK1200Sを発表しました。
1993年に発売されたヤマハGTS1000には、片持ち式フロントスイングアームサスペンションが採用されていた。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た。1949年から1951年の間にドイツのImme R100モーターサイクルには片持ち式ガーダーフォークが使用され[ 9 ]、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採用されている。さらに最近では、1998年から2003年の間にItalJetの「ドラッグスター」スクーターにも片持ち式スイングアームサスペンションが採用されていたが、GTS1000とは異なり、上部コントロールアームはなかった。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だけの役割を果たしていた。
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を特徴としている。
従来型のオートバイ用フォークではなく、ハブセンター式ステアリングシステムを使用する利点は、ハブセンター式ステアリングでは、ステアリング、ブレーキ、サスペンションの機能が分離されている点です。
フォークの場合、制動力はサスペンションに伝達されますが、この状況ではサスペンションが圧縮され、サスペンションストロークが大幅に消費されるため、路面の凹凸やその他の不整地への対応が非常に困難になります。フォークが沈み込むと、バイクのステアリングジオメトリも変化し、バイクの挙動が不安定になり、逆に加速時には反応が鈍くなります。また、ステアリングがフォークを介して作動するため、スティクションが発生し、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の長さは、ヘッドストックに対して大きなレバーとして機能することを意味し、フォーク、ヘッドストック、フレームが非常に頑丈である必要があり、バイクの重量が増加します。
ミード＆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、ディファジオ・ハブセンター・ステアリングの改良版を採用しており[ 10 ] 、制動力は（ステアリングヘッドを通さずに）ピボットフォークを介してフレームに伝達される。これにより、ニュートラルなステアリングとブレーキダイブの防止が可能になった。
フロントサスペンションは第一次世界大戦前にほぼ普遍的に採用されていたが、リアサスペンションをバイクに採用したメーカーは第二次世界大戦後までほとんどなかった。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販売されていた。その中でも特筆すべきは、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、そして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ホイールが支えられた1913年のポープである[ 12 ]。
第二次世界大戦前と直後のオートバイのいくつかは、スプリングで吊り下げられたプランジャーによって後車軸の垂直方向の動きが制御されるプランジャーサスペンションを使用していた。 [ 13 ]
プランジャー式サスペンションを採用したオートバイの著名なメーカーには、Adler、Ariel、BMW、BSA、Indian、MZ、Saroléa、Norton、Cossack/Ural、Zündappなどがある。
プランジャーサスペンションは、圧縮と伸張の両方でスプリングとダンピングを備えた高度なものになり得たが、次の 3 つの欠点があった (ほぼ普遍的に採用されたスイングアームと比較して)。 (i) ホイールのトラベルが制限される、(ii) ホイールが必要な垂直軸からずれる可能性がある、(iii) 製造とメンテナンスのコストが高い。
基本的なオートバイのスイングアームは四角形で、短い辺の1つがベアリングを介してオートバイのフレームに接続され、回転できるようになっている。[ 14 ] もう1つの短い辺は、後輪が回転する後車軸である。長い辺は、コイルスプリング付きの1つまたは2つのショックアブソーバーを介してオートバイのフレームまたはリアサブフレームに接続されている。
市販のオートバイのスイングアームは厳密には長方形ではないが、その機能は長方形として考えることでより理解しやすくなる。
スイングアームがモーターサイクルの片側にのみある場合、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）をモーターサイクルに導入しました。注目すべき例としては、ホンダVFR800と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を容易にしますが、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）スイングアーム構成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。このため、スポーツバイクでこの構成が使用されているのを見ることはほとんどありません。注目すべき例外としては、耐久レースで使用することを目的としたドゥカティ916、軽量化のために中空構造になっているMVアグスタf4（マグネシウムバージョンも利用可能）、そして純粋にスタイリング上の理由で片側スイングアームが採用されたドゥカティ1098があります。
多くのシャフトドライブ式オートバイでは、ドライブシャフトはスイングアームの長い方の片側に収められています。代表的な例としては、BMWが片持ち式スイングアームを採用する以前の1955年以降のすべてのBMWモデル、ウラル、多くのモト・グッツィのツインモデル、ホンダ・ゴールドウイング、ヤマハXSイレブン、ヤマハFJR1300などが挙げられます。
BMWのRシリーズとKシリーズは、スイングアーム内に内蔵されたシャフトドライブと片持ち式スイングアームを組み合わせたもので、この組み合わせはパラレバーとして販売されている。新型のモト・グッツィのオートバイも同様のシステムを採用しており、CA.RC（「カルダノ・リアッティヴォ・コンパット」 - 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。
チェーン駆動のオートバイでは、通常、チェーンの張力を調整するために、リアアクスルをスイングアームに対して前後方向に調整できますが、一部のモデル（1971/72年式のトライアンフやBSAの4ストローク、ドゥカティ860 GTSやダルマ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。
オートバイの後部サスペンションに使用されている油圧式ショックアブソーバーは、基本的に他の車両用途で使用されているものと同じです。
オートバイのショックアブソーバーは、ほぼ必ずコイルスプリングを使用するという点で、他のものとは若干異なります。つまり、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るコイルスプリングです。
リアショックの調整機能に関しては、全く調整機能のないものから、プリロード調整のみのもの、長さ、プリロード、そして4種類の減衰力調整が可能なレーシングショックまで、幅広い種類があります。ほとんどのショックは内部にオイルリザーバーを備えていますが、外部にリザーバーを備えたものや、エアアシスト式減衰機能を備えたものもあります。
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やアグレッシブさなどを考慮して、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つ搭載された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指すために用いられ、オフロードバイクを説明する際によく使われます。
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に進歩しました。これらの進歩の主な目的と成果は、リアホイールの上下動範囲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るようになる以前は、ほとんどのオフロードバイクのリアホイールトラベルは約3.5 ～ 4 インチ（9 ～ 10cm ）でした。この時期の終わりには、これらのバイクのほとんどが約12インチ（ 30cm） のリアホイールトラベルを実現していました。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、ツインショックバイクよりもはるかに優れていました。したがって、この設計の違いは、オートバイを分類する際によく使用されます。 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（後にヴィンセント）のシステムを除けば、モノショックモーターサイクルが標準となったのは1980年代以降であり、現在ではビンテージモーターサイクルを分類するために「ツインショック」という用語が使われている。この区別は、ビンテージモーターサイクル競技で使用されるクラス分けを提供する上で重要である。例えば、ビンテージモトクロスレースは、古いモトクロスモーターサイクルで行われる。性能の良いモノショックモーターサイクルが競技を独占するのを防ぐため、モノショックモーターサイクルとツインショックモーターサイクルには別々の競技クラスがあり、直接競合しないようにしている。
シングルショックアブソーバーリアサスペンションを備えたオートバイでは、シングル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、この唯一のショックアブソーバーはリアホイールの前にあり、リンクを使用してスイングアームに接続します。このようなリンクは、リアの減衰率が上昇するように設計されてい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この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レーサーで使用され、その後2003年のホンダCBR600RRスポーツバイクで使用されましたが、ダンパーの上部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から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隔離することを目的としています。[ 19 ]