トーションバーサスペンション

トーションバーサスペンションは、トーションスプリングサスペンションとも呼ばれ、トーションバーを主な荷重支持スプリングとして使用する車両サスペンションです。長い金属バーの一方の端は車両のシャーシにしっかりと取り付けられ、もう一方の端はレバー、つまりトーションキーで終わります。トーションキーはバーに対して垂直に取り付けられ、サスペンションアーム、スピンドル、または車軸に取り付けられます。ホイールの垂直方向の動きにより、バーは軸を中心にねじれ、バーのねじれ抵抗によって抵抗されます。バーの有効バネ定数は、バーの長さ、断面、形状、材料、および製造プロセスによって決まります。

トーションバーサスペンションは、T-72、レオパルド1、レオパルド2、M26パーシング、M18ヘルキャット、M48パットン、M60パットン、M1エイブラムス（第二次世界大戦の多くの戦車がこのサスペンションを使用）などの戦闘車両や戦車、およびフォード、クライスラー、GM、三菱、マツダ、日産、いすゞ、LuAZ、トヨタの最新のトラックやSUVに使用されています。クラス8のトラックメーカーであるケンワースも、 1981年頃まで、K100CおよびW900Aモデルにトーションバーサスペンションを提供していました。

メーカーは、通常、エンジンの重量を補正するために、トーションバーまたはキーを変更して車高を調整します。

トーションバーサスペンションの主な利点は、バーの弾力性によるソフトな乗り心地、耐久性、車高の簡単な調整、車幅に沿った小型プロファイルです。コイルスプリングよりも車内の容積をあまり占有しません。

トーションバーは、20 世紀中頃に、ユニタリー構造が採用され始めたころ、量産ロードカーで人気が最高潮に達しました。ユニタリーボディフレームの応力と金属疲労の仕組みがあまり理解されていなかった当時、トーションバーは中央構造の補強部分、通常はバルクヘッドに取り付けることができるため、車両設計者にとって非常に魅力的でした。マクファーソンストラットを使用してコイルスプリングによる独立したフロントサスペンションを実現するには、車の前面構造に強力なタレットを設置する必要がありました。

欠点は、コイル スプリングとは異なり、トーション バーは通常、プログレッシブ スプリング レートを提供できないことです。ほとんどのトーション バー システムでは、トーション バーをフレーム クロス メンバーに接続するボルトを調整するだけで、車高(および多くのハンドリング機能) を変更できます。このタイプのサスペンションを備えたほとんどの車では、トーション バーを交換して異なるスプリング レートにすることは通常簡単です。縦方向のトーション バーは乗員室の下に伸び、床を持ち上げて内部スペースを狭めますが、横方向のシステムでは、トーション バーの長さは車両の幅によって制限されます。

一部の車両では、トーションバーを使用して自動水平調整を行います。モーターを使用してバーにプレストレスを与え、負荷に対する抵抗力を高め、場合によっては（モーターの動作速度に応じて）、道路状況の変化に対応します。高さ調節可能なサスペンションは、車両を3つの車輪で持ち上げ、残りの車輪をジャッキの助けを借りずに地面から持ち上げるホイール交換モードを実装するために使用されています。この例は、油圧ポンプが圧力リザーバーをプライミングし、終端球に油圧オイル（LHM）を供給してサスペンションを実現する、油圧空気圧サスペンションを使用する車両です。ライドハイトは、油圧接続パイプを使用してフロントサスペンション球とリアサスペンション球をクロスリンクすることで維持されます。（前の2つの文は、2つの異なる油圧空気圧サスペンションシステムに言及しており、トーションバーのコンテキストでは無視するのが最善です。サスペンションの高さ調整によるホイール交換の原理は、段落の前半で既に説明しました）。

トーションバーを採用した最初の車両は、JG パリー・トーマスが設計し、1920年から1923年にかけて製造されたレイランド エイトであったが、1919年に特許を取得したそのリアサスペンション^[1]は、バーがリーフスプリングを補完するだけだったため、レイランドによって1966年の出版物^[2]で遡及的に「トーションバーアシスト」と名付けられた。製造された車は24台未満（レーシングバリアントを含む）で、サスペンションが再び使用されたのは数年後のマールボロ・トーマスのレーシングカーのみであった。

1923年にパリー・トーマスは板バネのない真のトーションバー設計を特徴とする改良設計の特許を取得しましたが、^[3]発明者が1927年に自動車事故で亡くなったため、それ以上の開発はできませんでした。そのため、この発明は1931年に特許を取得し、後に多くの設計に使用されたポルシェGmbHの功績とされることが多いです。 ^{[4] [5]}

1934年の前輪駆動のシトロエン トラクション アバントは、独立したフロント トーション バー サスペンションと、同じくトーション バーでバネが張られたフレキシブルなトレーリング デッド アクスルを特徴とする、量産車でこのアイデアを初めて実装した車でした。アクスル ビームの柔軟性により、ツイスト ビームアクスルのようなホイール ロケーション機能が実現しました。^[6] また、1930年代には、ポルシェの最初のフォルクスワーゲン ビートルのプロトタイプにトーション バーが組み込まれました。特に横置きスタイルです。チェコスロバキアのタトラは1948年にT600 タトラプランでリア トーション バー サスペンションを採用しました。これはタトラで唯一採用されたサスペンションでした。^[7]

このシステムは、1934年にスウェーデンのストリッズヴァグンL-60戦車で初めて軍事的に使用されました。サスペンションは、ポルシェの従業員でトーションバーサスペンションの特許も個人的に持っていたカール・ラーベを含むドイツのエンジニアによって開発されました。^{[8] [9] [10]}

トーションバーは、ルノー、シトロエン、ポルシェ/フォルクスワーゲンなどのヨーロッパ車で広く採用され、1930年代にはマティスやローアなどの無名メーカーでも採用され、1950年代にはアメリカのパッカードでも採用されました。パッカードは前後両方にトーションバーを使用し、乗り心地を向上させるために前後システムを相互接続しました。1940年代後半以降のモーリスマイナーとオックスフォードは、ライリーRMモデルと同様に、シトロエンに非常によく似たフロントトーションバーシステムを採用しました。1961年に発表された革新的なジャガーEタイプは、シトロエンやモーリスマイナーに非常によく似たトーションバーフロントサスペンションと、同心スプリング（コイルオーバー）付きの4つのショックアブソーバーを使用した独立したコイルスプリングリアサスペンションを備えていました。

アメリカ車におけるトーションバーの初期の採用は、デトロイトのハドソン自動車会社によるもので、同社は 1934 年のハドソン車とテラプレーン車に革新的なフロント アクスル フレックス サスペンションを導入し、1935 年には、車を安定させるためのアンチロール バーとして、リア アクスルにリンクされた横方向のトーションバーが必要であることを認識しました。単一のトーションバーは、リア アクスルの後ろのフレーム側面に取り付けられ、アームとリンクによってスプリングU ボルトプレートの前側に取り付けられました。アクスル フレックスは、1936 年モデルで廃止されました。

グラディオン・M・バーンズとウォーレン・E・プレストンは1934年にトーションバーサスペンションの米国特許を申請し、2年後に承認された。^[11]特許の元々の特徴は、現在チューブオーバーバー（TOB）設計と呼ばれているもので、1960年代に限定的に使用されたのみであった（たとえば、LVTP-7 ）。バーンズはアメリカ陸軍兵器部に勤務していたが、トーションバーは1943年のT70 GMCまでアメリカの装甲車設計には使用されなかった。このサスペンションは、GMの技術者ロバート・シリングがPz. IIIから派生したものである。^[12]

戦後、トーションバー式フロントサスペンションの使用は、1948年のモーリス マイナー、その大型版モーリス オックスフォード MO、高級モデルのモーリス シックス MS、および後者 2 つのモデルの高級版でウォルズレー バッジが付けられたモデルに始まる、英国モーリス車の決定的な特徴となった。これらの車の設計者、アレックイシゴニスは、トラクション アバントのサスペンションにヒントを得たが、モーリス車は後輪駆動で、後車軸には従来のリーフ スプリングを使用していた。マイナーはトーションバー式レバー アーム ダンパーを使用し、オックスフォードとシックスは革新的なテレスコピック ダンパーを使用していた。マイナーは1972年までほとんど変更されることなく生産され、その後、フロントサスペンションにトーションバーレバーアームダンパーシステムを採用したモーリスマリーナに置き換えられました。このシステムは世界で最後に導入された新車のひとつで、1984年まで生産されていました。オックスフォード/シックスのプラットフォームは、イシゴニスのトーションバーシステムを採用したいくつかの改訂シリーズを経て開発され、1959年にコイルスプリング、ロアウィッシュボーン、レバーアームダンパーを備えたフロントサスペンションを採用した 新しいファリーナオックスフォードが導入されました。

トーションバーの最も有名なアメリカの乗用車への応用は、1957年モデル以降のすべてのクライスラー製品に採用されたクライスラーシステムであり、インペリアル クラウンシリーズ、クライスラー ウィンザー、デソート ファイアドーム、ダッジ コロネット、プリマス ベルベデールなどの車種に採用されたが、クライスラーの「トーションエア」サスペンションは前車軸専用であった。同じ基本システム (縦方向マウント) は、1981年にKカーが導入されるまで維持された。1976年のダッジ アスペンで導入された再設計されたトーションバー サスペンションでは、横方向に取り付けられたトーションバー (おそらくフォルクスワーゲン タイプ3乗用車に基づく) が導入され、1989年に生産が終了するまで (クライスラーのMプラットフォームを使用) 採用された。ダッジ ダコタとデュランゴのいくつかの世代では、フロントサスペンションにトーションバーが使用されていた。

ゼネラルモーターズは、1960年に初めて軽量ピックアップトラックにトーションバーを採用しましたが、1963年に段階的に廃止され、2WDトラックのフロントには従来のコイルスプリングが使用されています。乗用車で初めて使用されたのは1966年で、Eプラットフォーム車両（オールズモビル・トロネード、キャデラック・エルドラド）、4WD S-10ピックアップ、オプションのAWDを備えたアストロバンから始まり、1988年以降は4WDのフルサイズトラックとSUV（GMT400、GMT800、GMT900シリーズ）にも使用されています。

ポルシェは、1948年から1989年の964導入まで、356および911シリーズに4輪トーションバーサスペンションを使用していました。このサスペンションは、 914のフロントサスペンションや、924、944、968のリアサスペンションにも使用されています。ホンダも、第3世代のシビックや、バラード、第1世代のCRXなど、同じプラットフォームで構築された他の派生モデルにフロントトーションバーを使用しました。

第二次世界大戦中のドイツのパンター戦車には、二重のトーションバーが装備されていました。^[要出典]入手可能な合金鋼から必要なバネ定数と最大弾性曲げ角度を得るためには、戦車の幅よりも長いバーが必要でした。そこで、設計者のエルンスト・レールは、バーを実質的に半分に折りたたむサスペンションを考案しました。各車輪に対して、1本のロッドがサスペンションアームに取り付けられ、もう1本はフレームの近くの点に取り付けられました。戦車の反対側では、2本のロッドが互いに接続され、ピボットに取り付けられました。^[要出典]サスペンションアームのたわみにより、二重のトーションバーの両方の半分がねじれました。タイガー戦車やパンター戦車（および他の多くの第二次世界大戦時代の戦車やAFV）で使用されているトーションバーサスペンションの欠点は、車体底部に脱出ハッチを組み込むことができなかったことです。これは、トーションバーの配置により、乗組員がそのようなハッチにアクセスできなくなるためです。しかし、板ばね、コイルばね、渦巻きばねがないため、側面脱出ハッチを含めて車体側面の広い範囲が空いていることが多く、腹部ハッチの目的である上部ハッチがすべて開かないような状態で戦車がひっくり返ることはまれでした。

現代の主力戦車の多くは、アメリカのM1エイブラムス、^[13]ドイツのレオパルド2、^[14]中国のMBT-3000 ^[要出典]など、トーションバーサスペンションを使用していますが、ロシアのT-14アルマータなどの最新世代の戦車は調整可能な油圧サスペンションを使用しています。^[要出典]トーションバーサスペンションは、サイズが小さく、積載量が非常に大きく、比較的整備が容易なため、戦車に最適ですが、欠点がないわけではありません。トーションバーの移動距離が大きく、弾性が高いため、戦車が移動中または突然停止したときに「揺れ」が生じます。揺れを補正するには、砲安定装置を使用する必要があります。主力戦車は自動車に比べて重量が非常に重いため、突然の衝突や操縦の際にトーションバーが破損する危険性がはるかに高く、すぐに交換しないとサスペンションの低下により車両の操縦性に影響が出る可能性があり、極端な場合にはサスペンションの容量低下によりさらにトーションバーが破損し、車両が動かなくなる危険性があります。

トーションバーは、ホンダ CB450などの古いオートバイや、 1950 年代のPanhard Dyna XやPanhard Dyna Z などの自動車で、従来のコイルバルブスプリングの代わりに使用されることがありました。また、 DMC デロリアン自動車のドア機構や、トヨタ カローラ (E30)の一部モデルのトランクリッドにも使用されていました。

• 米国陸軍資材司令部(1963)。「第 11 章: サスペンション システム」。自動車組立: 資材の研究開発。第 3 巻。米国政府印刷局。
• Xu, Guoying; Xue, Dabing; Wang, Tao (2017). 無限軌道車両サスペンションシステムの開発と主な研究状況(PDF)。工学研究の進歩。第 138 巻。装甲部隊工学アカデミー。
• メルホフ、ヴォルフガング。ハックバース、エルンストマイケル (2015)。 Fahrmechanik der Kettenfahrzeuge (無限軌道車両の運転機構) (PDF)。ドイツ連邦軍大学、Universitätsbibliothek。ISBN 978-3-943207-13-2。