バネ下質量

車両のバネ下質量（俗にバネ下重量）は、サスペンション、車輪またはトラック（該当する場合）、およびそれらに直接接続されている他の部品の質量です。これは、車体と、その内部またはそれに取り付けられている他の部品を含むサスペンションによって支えられるバネ上質量（または重量）とは対照的です。バネ下質量の構成要素には、車軸、ホイールベアリング、ホイールハブ、タイヤ、およびドライブシャフト、スプリング、ショックアブソーバー、およびサスペンションリンク の重量の一部が含まれます。車体内側に取り付けられた（つまり、ドライブシャフト上にあり、車輪またはそのハブの一部ではない）ブレーキは、車両のバネ上質量の一部です。

一般的なホイール/タイヤの組み合わせのバネ下質量は、その組み合わせのバンプ吸収/路面追従能力と振動絶縁との間のトレードオフを表しています。路面のバンプや表面の凹凸によりタイヤが圧縮され、バネ下質量に力が加わります。次に、バネ下質量は、この力に反応して独自の動きをします。持続時間が短く振幅の小さいバンプの運動振幅は、重量に反比例します。路面のバンプから容易に跳ね返る軽いホイールは、不完全な路面を追従する際のグリップが高く、グリップが安定します。このため、特に高性能アプリケーションでは、より軽いホイールが求められます。ただし、軽いホイールは振動を吸収しにくくなります。路面の凹凸はサスペンションを通じてキャビンに伝わり、乗り心地とロードノイズが悪くなります。ホイールが追従する持続時間が長いバンプの場合、バネ下質量が大きいほどホイールによって吸収されるエネルギーが多くなり、乗り心地が悪くなります。

空気入りタイヤや弾性タイヤは、バネのない質量にいくらかの弾力性を回復させることで役立ちますが、タイヤの柔軟性から得られる減衰は、燃費と過熱を考慮すると制限されます。ショックアブソーバーがある場合は、これもバネの動きを減衰させるため、ホイールのバウンスを最適に減衰させるよりも剛性を低くする必要があります。そのため、ホイールは、停止する前に、各バンプの後に振動します。未舗装道路や舗装がゆるい道路では、誘発された動きによって小さなバンプが生成されます。これは、丸太でできた道路のバンプの小型版に似ているため、波状、ウォッシュボード状、または「コーデュロイ」と呼ばれます。これにより、後続の車軸でホイールのバウンスが持続し、バンプが大きくなります。

バネ下質量が大きいと、急加速や急ブレーキ時のホイール制御の問題も悪化します。車両のホイールが垂直面内で適切に配置されていない場合 (ホッチキス駆動、単純な板バネで支えられたライブ アクスルを備えた後輪駆動車など)、加速や急ブレーキによって発生する垂直方向の力とバネ下質量が大きいことが組み合わさって、深刻なホイール ホップが発生し、トラクションとステアリング制御が損なわれる可能性があります。

バネ下質量の有益な効果は、アスファルトやコンクリートの路面の砂利など、路面の高周波の凹凸が車体からより完全に分離されることです。これは、タイヤとバネが別々のフィルターステージとして機能し、バネ下質量がそれらを分離する傾向があるためです。同様に、量産車では、フレームとサスペンションの間にゴム製のブッシングを使用すること、フレームまたは車体の柔軟性、およびシートの柔軟性によって、防音と防振が改善されます (ハンドリングは犠牲になります)。

バネ下質量は、車両のサスペンションの設計やその部品の材料を選択する際に考慮すべき事項です。ビーム アクスルサスペンションは、反対側の車輪が 1 つの固定ユニットとして接続されており、車輪が吊り下げられて別々に動く独立サスペンションシステムよりもバネ下質量が一般的に大きくなります。差動装置などの重い部品は、車体に直接接続することでバネ上質量の一部にすることができます (ド ディオン チューブリア サスペンションなど)。アルミニウム、プラスチック、カーボン ファイバー、中空部品などの軽量材料を使用すると、コストの増加や脆弱性を犠牲にして、さらに重量を軽減できます。

「バネ下質量」という用語は、ダンロップタイヤ会社の数学者アルバート・ヒーリーによって造られた。彼は1924年11月に自動車技術者協会で、サスペンション設計に厳密な分析的アプローチを取った最初の講義の1つ、「サスペンションシステムの一部としてのタイヤ」を行った。 ^[1]この講義は100ページの論文として出版された。^[2]

インボード ブレーキはバネ下質量を大幅に削減できますが、ハーフ アクスルと (等速)ユニバーサル ジョイントにかかる負荷が大きくなり、簡単には収まらないスペースが必要になります。デファレンシャルまたはトランスアクスルの隣にある場合、特にレースなどの過酷な使用状況では、ブレーキからの廃熱によってデファレンシャルが過熱したり、その逆が起きたりすることがあります。また、ブレーキによって生じるモーメントがサスペンション アームに作用しないため、アンチダイブ サスペンション特性を実現するのが難しくなります。

チャップマンストラットはドライブシャフトをサスペンション アームとして使用しているため、必要な部品の重量は 2 つではなく 1 つだけです。ジャガーの独立後部サスペンション(IRS) も同様に、サスペンションの上部ウィッシュボーン アームをドライブ シャフトに置き換え、一部のバージョンではブレーキを車体内側に取り付けることで、バネ下質量を削減しました。

スクータータイプのオートバイは、エンジン、ギアボックス、ファイナルドライブが一体化したシステムを使用しており、これはリアサスペンションの一部として回転するため、部分的にバネ下になっています。この配置は、非常に小さな車輪の使用と関連しており、路面追従性に関する評判の悪さをさらに引き起こしています。^{[引用が必要]}

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