スイングアクスル

スイング アクスルは、 1903 年にエドモンド ルンプラーが後輪駆動車の後車軸用に設計し特許を取得した、シンプルなタイプの独立懸架装置です。これは自動車のサスペンションにおける革命的な発明で、駆動輪 (動力輪) が独立して凹凸のある路面を追従できるようになり、車輪が路面との接触とグリップ力を維持できるようになりました。さらに、各車輪のバネ下重量が軽減されたため、車輪の動きが車両全体に与える影響が少なくなりました。自動車への最初の応用はルンプラー トロフェンワーゲンで、もう 1 つの初期の例として 1923 年のタトラ 11があり、その後、メルセデス 130H/150H/170H、スタンダード スーペリア、フェイスリフト前のフォルクスワーゲン ビートルとその派生車のほとんど、シボレー コルヴェア、横転しやすいM151 ジープなどが続きました。

後期の自動車のリア スイング アクスルの多くには、ドライブシャフトをシャーシに取り付けられたディファレンシャルに接続するユニバーサル ジョイントがあります。スイング アクスルには車輪にユニバーサル ジョイントがありません。車輪は常にドライブシャフトに対して垂直です。そのため、この設計はステアリング動作を必要とする自動車の前輪には適していません。ただし、1963 年型ジープ ワゴニアの市場導入時には、ディファレンシャルがハーフシャフトの 1 つに固定されたままの簡略化されたバリエーションがオプションで提供されていました。

スイング アクスル サスペンションでは、リーフ スプリングとショック アブソーバーがよく使用されていましたが、後のメルセデス ベンツのアプリケーションではコイル スプリングが使用され、VW ビートルのスイング アクスルにはトーション バー スプリングが使用されました。

スイング アクスル コンセプトに固有の問題として、ロール センターが非常に高くなることがほぼ避けられず、コーナリングや横方向のコーナリング力が加わったときに有害なジャッキング効果やキャンバー変化が発生することが挙げられます。単純な形状のため、設計の自由度が大幅に制限されます。

スイング アクスルは、駆動されていない前車軸または後車軸用の低コストで耐久性のある独立サスペンション ソリューションとしても使用できます。前車軸と後車軸を備えたTatra 17は、その初期の例です。また、ソッピースやフォッカーなどの初期の航空機 (1910 年以前) でも使用されていましたが、通常はゴム製のバンジーが使用され、ダンピングはありませんでした。

スイング アクスル サスペンションには、一般的なライブ アクスルに比べて 2 つの利点があります。

• デファレンシャルをシャーシに取り付けることでバネ下重量を軽減
• 反対側の車輪のキャンバー変化を排除します

• ジョイントされたハーフシャフトの半径が車軸アセンブリ全体の半径の半分未満であるため、ビーム車軸設計に比べて、単輪キャンバーの変化が大きくなります。
• サスペンションの負荷軽減（またはリバウンド）時に「ジャッキアップ」を行うと、両側でキャンバーが正に変化し、（極端な場合には）車が転倒する可能性があります。
• コーナリング力によるキャンバーの変化は、後輪の接着力の低下を引き起こし、オーバーステア（車両がスピンする原因となる動的に不安定な状態）につながる可能性があります。これは、エンジンの質量によって後輪にかかる横方向の重力加速度が大きくなるため、リアエンジン設計でスイング アクスルが使用されている場合に特に深刻な問題となります。減速中のキャンバーの変化は、リフトオフ オーバーステアの深刻度を増す可能性があります。

いくつかのエンジニアリング オプションにより、スイング アクスルの取り扱いの問題を制限できますが、成功の度合いはさまざまです。

• アンチロールバー: 設計オプションとして、スイング アクスル車のハンドリングを改善できるフロント アンチロールバー (重量移動をフロント アウトボード タイヤに移し、リアのスリップ アングルを大幅に低減) により、オーバーステアの可能性を回避します。
• シングルピボットポイント: メルセデスベンツは、差動装置の下、つまり車軸よりかなり下に位置するシングルピボットポイントを備えたスイングアクスルを製造することで、ハンドリングの問題に対処しました。この構成により、「ジャッキアップ」の傾向が大幅に減少し、その後のローピボットスイングアクスルを装備した車は、そのハンドリングが当時の出版物で賞賛されました。ローピボットスイングアクスルは、メルセデスベンツW108 280SEと300SELで1972年まで生産され続けました。これは、1970年代初頭に世界最速の量産セダンであった300SEL 6.3に装備されました。AMG改造6.3も、標準のスイングアクスルでレースに出場しました。^[1]
• タイヤ圧差:ルノー・ドーフィン、フォルクスワーゲン・ビートル、初代シボレー・コルヴェア(1960–1964) は、スイング アクスル サスペンションのオーバーステア特性 (具体的には、前輪のタイヤ圧が低く、後輪のタイヤ圧が高いこと)を排除するために、タイヤ圧差戦略を採用していました。このオーバーステア特性はアンダーステア​​を引き起こしていました。タイヤ圧差戦略には大きな欠点がありました。オーナーやメカニックが、前輪のタイヤを過剰に空気を入れたり (つまり、他のサスペンション システムを備えた他の車の一般的な空気圧に)、4 つのタイヤすべてを同じ空気圧にしたりすることで、うっかりして簡単にオーバーステア特性を再び導入してしまう可能性があるのです。このオプションの有効性は、1960 年代の米国の訴訟で批​​判されました。^[2]
• Z バーとロール誘発スプリング: メルセデスベンツは、ローピボット スイング アクスルを補助するために、差動装置の上に横向きに取り付けられたコイル スプリングを導入しました。このコイル スプリングは、片側からもう一方の側へ荷重を伝達し、一方の車輪が上がるともう一方の車輪を押し下げます。このコイル スプリングはリア サスペンションの耐荷重性を高めるため、乗り心地のしなやかさを維持するために、通常のスプリングの代わりに新しい低圧スプリング セットが採用されました。同様の効果は、アンチ ロール バーではなく、フォルクスワーゲンの Z バーによって実現されました。どちらのデバイスも、片方の車輪への入力に対するリア アクスルの応答を分散するため、片方の車輪に過度のキャンバーが発生する傾向が減ります。これらのソリューションは、スイング アクスルとビーム アクスルの特性の妥協点となりますが、乗り心地は低下します。
• キャンバー補正装置: 横方向のリーフスプリングがハーフシャフトの外側の端とサスペンションアセンブリの下に接続され、コーナリングフォースやリバウンドによって生じる可能性のある正のキャンバーに抵抗します。これは1964年のコルヴェアで導入された成功したソリューションであり、ポルシェ356スーパー90およびそれ以降の一部のモデルにも工場で取り付けられました。^[3] アフターマーケットのキャンバー補正装置は、ポルシェ、VW、初期のコルヴェアで利用できます。

ラルフ・ネーダーは1965 年の著書「Unsafe at Any Speed」で、1960 年から 1963 年モデルの初代シボレー コルヴェアのスイング アクスル設計の欠陥に関連する事故や訴訟について詳しく述べています。ネーダーは、経営陣がコスト上の理由でフロントアンチロール バーを廃止した後、経営陣と争ったシボレーのエンジニアを特定しました。1964 年モデルには、リアの横方向リーフ スプリングに加えて、フロント アンチロール バーが標準装備となり、緊急時の操縦時の安定性が向上しました。第 2 世代コルヴェア (1965 年から 1969 年) では、真の独立後輪サスペンション(IRS) システムを採用しました。

ヒルマン・インプの設計者は、比較的低速で衝突したコルヴェアの問題から学び^{[4] 、リアに}セミトレーリングアームサスペンションを備えたリアエンジン車を設計しました。適切なハンドリングバランスを得るために、彼らは実際にフロントにスイングアクスルジオメトリを使用し、ステアリングピボットをシングルスイングウィッシュボーンの外側の端に取り付けました。これによりアンダーステア​​が強くなり、タイヤの摩耗が不均一になったため、スイングアクスルピボットポイントを下げることで前輪のポジティブキャンバーを減らす改造が行われました^{[5] 。これを実行するためのアフターマーケットキットも利用可能で、安価な代替手段は、ウィッシュボーンに対する}キングピンキャリアの傾斜を変更するためにテーパーシムを挿入することでした。

スイング アクスルは、1960 年代後半にド ディオン チューブアクスルに取って代わられ、一般的に使用されるようになりましたが、ライブ アクスルは依然として最も一般的でした。近年、ほとんどのリア サスペンションは、より現代的な独立サスペンションに置き換えられており、スイング タイプとド ディオン タイプはどちらも現在では事実上使用されていません。

唯一の例外はチェコのトラックメーカーであるタトラで、同社は1923年以来、より一般的なソリッドアクスルの代わりに、中央の「バックボーン」チューブにスイングアクスルを使用しています（モデルTatra 11）。このシステムは、劣悪な道路やオフロードでより高い剛性と優れたパフォーマンスを発揮するとされています。そこでは、他のすべての条件が同じであれば、道路での安定性の低下は、荒れた地形での安定性の向上によって補われ、オフロードでの速度を上げることができます。これは、オフロードシャーシのねじれが大きな問題となる可能性がある、長い6輪以上の車両で特に顕著です。

スイング アクスル コンセプトの別の用途は、フォードのトラック用フロント サスペンション「ツイン I ビーム」です。このシステムはソリッド アクスルを備え、4 輪駆動バージョンでは「ツイン トラクション ビーム」と呼ばれ、動力を伝達します。これは独立したサスペンション システムで、各タイヤは他のタイヤの位置に影響を与えずに上下します。各タイヤは標準スイング アクスル サスペンションと同様に円弧を描いて動きますが、アクスルのピボット ポイントを反対側のフレーム レールの下部に取り付けることで、下部コントロール アームが実質的に長くなります (つまり、左下部コントロール アームは右フレーム レールでピボットし、その逆も同様です)。ピボット ポイントが低くなり、アームが長くなったことでキャンバーの変化が減り、その影響は、ピボット ポイントがほぼ同じサイド フレーム レール上にある上記の後輪のパワー スイング アクスルよりもはるかに危険が少なくなります。^[6]ツイン I ビーム サスペンションには、キャスターを制御するために両側に追加の半径アーム リンクが含まれています。^[7]

ツイン I ビーム サスペンションではキャンバーの変化が軽減されますが、A アーム サスペンション システムはホイールを平行四辺形の動きに制限し、サスペンションの移動中におけるキャンバーの変化をさらに最小限に抑えます。

1956年シリーズ1のロータス・イレブン・スポーツレーサーは、フォードE93セダンから派生したスイングアクスル・フロントサスペンションを採用した。^[8]

ウィキメディア・コモンズには、スイング アクスル サスペンションに関連するメディアがあります。