私と一緒にこのウサギの穴を掘り下げてみる気があるなら、サスペンションブッシュの数値を見てみましょう。形容詞はありません - 「しっかりとした感触」や「正確なハンドリング」はありません。力がどのように伝わり、変形がどのように起こり、データがドライバーの知覚とどのように結びつくのか。
まず問題を枠組み化します。サスペンション ブッシュは、工学用語では等方性ではありません。 3 つの独立した動作軸があります。ラジアル - ホイールの移動方向に沿って、衝撃の伝達を制御します。軸方向 - 車両の横軸に沿って、コーナリング負荷時のアライメント変化を制御します。ねじれ - ピボット軸の周りで、サスペンションの関節の自由度を制御します。これら 3 つの剛性値は開発時に個別に指定されます。単一の硬度数値から導き出されるわけではありません。
[図 3-1: ブッシュ力 - 変位ヒステリシス ループ - Figures/03-fig1-hysteresis-loop.md を参照]
最初に注目する数値はラジアル剛性です。 D セグメントの高級セダンのフロント ロア コントロール アームの油圧ブッシュを例に挙げます。その半径方向の静的剛性は、800 ～ 1,500 N/mm の範囲に収まる可能性があります。その数字はどこから来たのでしょうか?バネ下の共振周波数から逆算しています。タイヤ、ホイール、ブレーキディスク、コントロールアームの一部などのばね下の質量は数十キログラムです。ブッシュの半径方向剛性を備えた質量スプリング システムを形成します。このシステムの固有振動数が車体の曲がりモードやエンジンのアイドル状態の励起と一致すると、キャビンのブームが発生し、いくらデッドニングしても修正できません。したがって、ブッシュのラジアル剛性は、車両内のあらゆる既知の構造モードと励振周波数を回避するために正確に設定する必要があります。それは単なる静的剛性です。動的剛性 (動的荷重下でゴムが示す剛性) は、ゴムの配合物と励起周波数に応じて、静的剛性より 20 ～ 50 パーセント高くなります。キャリブレーション中は、単一のデータ ポイントではなく、両方のデータ ポイントの曲線を描画します。
軸方向の剛性の計算はさらに複雑です。コーナリング中、横風、道路のキャンバーなどによってタイヤが横力を発生させると、その力はサスペンション リンクを通ってサブフレームに伝わります。ブッシュの軸方向剛性が不足すると、荷重によりトー角が変化します。トー角が変化すると、車両のヨーレート応答が変化します。コーナリングフォースが直線的に増加することを期待してステアリングホイールを回します。ブッシュが柔らかすぎると、横方向の力がブッシュの変形を吸収するのに十分に蓄積されていないため、ステアリング入力の最初の部分が鈍く感じられ、その後突然鋭くなります。この非線形なステアリング応答は、ドライバーの信頼を著しく損ないます。逆に、硬すぎると、舗装の凹凸による小さな横方向の乱れが直接ステアリングホイールに伝わり、高速道路の長いクルーズでは手が疲れてしまいます。そのため、高級車はこのパラメータに膨大な時間を費やしています。目標は、リニアなステアリング応答を保証しながら、横方向外乱のフィルタリングを最大化することです。それを達成するには、珍しい素材が必要ではありません。両方の条件を同時に満たす狭い範囲が見つかるまで、軸方向の剛性値を繰り返し、テストにテストを繰り返し、客観的な測定と主観的な評価を繰り返すことが重要です。
[図 3-2: ばね下質量 - ブッシュ剛性振動モデル - Figures/03-fig2-vibration-model.md を参照]
ねじり剛性。サスペンションが循環すると、コントロール アームがピボットを中心に回転します。ブッシュのねじり剛性が高すぎると、この回転に抵抗が生じます。これは小さな振幅で最も明確に現れます。微細な路面のテクスチャでは、高周波で小さな振幅のサスペンション応答が要求されますが、ブッシュが自由に回転できない場合、その動きは抑制されます。その結果、シャーシが「鈍感」または「鈍感」になり、道路情報が遮断されます。ただし、低くしすぎると運動学的精度が低下するため、サスペンションストロークを通じてトレッド幅、キャンバー、トーが設計目標から大きく外れ、タイヤの接地性が損なわれるため、低くしすぎることもできません。したがって、ねじり剛性も正確なバランスをとる必要があります。つまり、運動学的精度を維持しながら、可能な限り低くするということです。高級車はここでより厳密になる傾向があります。量販車は「運動学が許容範囲内」で止まるかもしれませんが、高級車はねじり剛性をさらに少し低くして、乗り心地のしなやかさと表面の繊細さの最後の増分を追求します。
油圧ブッシュは、数学の別の章に値します。内部構造には、オリフィスによって接続された 2 つの流体室があります。ブッシングにせん断力がかかると、一方のチャンバーが圧縮され、もう一方のチャンバーが膨張し、流体がオリフィスを通って押し出されます。流体力学の原理: 流量は差圧に比例し、流れ抵抗に反比例します。オリフィスが小さいほど、流れ抵抗が大きくなります。特定の圧力では、流れが少なくなり、特定の力の下での変形が遅くなります。それはより高い減衰です。オリフィスが大きいとその逆となり、減衰が小さくなります。この減衰の大きさは何を決定するのでしょうか?衝撃エネルギーがどれだけ早く消散するかを決定します。
[図 3-3: 油圧ブッシュのオリフィスの流体力学モデル - Figures/03-fig3-orifice-model.md を参照]
具体的には、適切に調整された油圧ブッシュは、段差での転がりなどのステップ力入力を受けると、変位が急速にピークに達し、二次的なオーバーシュートなしに最小限の時間でゼロに戻る応答曲線を生成します。固体ゴムブッシュ、同じ入力: より高いピーク変位、およびリバウンドにはいくつかの減衰振動が含まれます - それがあなたが感じる「余震」です。アフターマーケットの調整が不十分な油圧ブッシュ。ダンピングが強すぎて衝撃が不必要に激しく感じられるか、ダンピングが弱すぎて純正よりも振動が大きくなります。それが、アフターマーケットの油圧ブッシュがほとんど適切に機能しない理由です - 誰も流体通路の校正をしませんでした。オリフィスの直径と流体の粘度は基本的にランダムです。 1 つ取り付けると、シャーシが荒くなったり、ぐらぐらしたりするかのどちらかになります。 OEM が見つけた正確な最適点に到達することはありません。
ここで、見落としがちな計算がもう 1 つあります。それは、ブッシュの剛性が車両の走行固有振動数と結びついていることです。乗り心地は、バネ上質量の固有振動数 (通常は 1 ～ 1.5 Hz の範囲) に大きく影響されます。この周波数は主にバネ定数とバネ上質量によって設定されますが、ブッシュの直列剛性が影響します。ブッシングは力の経路に沿ってスプリングと直列になっているため、ブッシングが柔らかいほど、システム全体の剛性が低くなり、固有振動数が低下します。より柔らかいブッシュに交換すると、車両の固有振動数がわずかに下方にシフトします。おそらく誰も意識的にヘルツの何分の一も感じていないかもしれませんが、開発中にこのカップリングは完全に考慮されます。
最後に、ブッシュの交換を延期した場合のコストという、最も実用的な計算で締めくくりましょう。 OEM フロント ロア コントロール アーム ブッシュ - 部品自体の価格は数百ドル、工賃はさらに数百ドルから千ドルかかる場合があります。交換をスキップします。ゴムは完全に剥離するまで疲労し続けます。これで、金属と金属の接触が実現しました。コントロールアームのピボットボアが埋まり、コントロールアームはスクラップになります。衝撃荷重は減衰せずに真上に伝わります。ダンパーのオイルシールは高周波スパイクによって叩かれます - ダンパーはスクラップです。エア サスペンション車の場合、追加の衝撃荷重によりエア スプリング ブラダーの疲労が早くなります。エア ストラット アセンブリの稼働時間は数千、場合によっては 10 グランドを超えます。追加してください。ブッシュに数百ドルを節約すると、数万ドルの修理代が発生する可能性があります。これは憂慮すべきことではありません。フリートのメンテナンス データによって何度も検証されます。
結論は次のとおりです。サスペンション ブッシュの計算は、3 軸の独立した剛性校正、油圧減衰周波数の選択性、動的剛性曲線のマッチング、車両の固有振動数との結合、経年劣化のカスケード コストなど、いくつかのキーワードに要約されます。非常にシンプルに見えて、信じられないほど複雑な計算が行われるパーツです。幸いなことに、車の所有者として、これを苦労する必要はありません。知っておく必要があるのは 2 つのことだけです。アフターマーケット品は使用しないこと、間隔が経過したら点検し、必要に応じて交換することです。残りはデータに任せましょう。
