サスペンションに詳しい方に（自動車工学的な見地にて）質問します。特にリアですが、バネとダンパーが同軸になっていない車種（トーションビームその他で見かける）

Question

ですが、なぜ位置を変えるのでしょうか。そのメリット・期待できる効果は何でしょうか。

昔はどうだったか知りませんが、今どきバネとダンパーを組んで装着するのは難しくないと思いますし、同じ位置で作用した方がいろいろ良いのではと思えます。ブッシュの逃げなどを考えると、わずかながら作用開始に時間差が生まれると思いますし。

http://blogimg.goo.ne.jp/user_image/38/0f/19386d5cf565166a203bcda2d9c21f47.jpg

バネとダンパーの位置を変える理由について解説お願いします。

Answer 1

ストラットだと高いでしょ。
同じ位置だと構造が複雑で組み立てがめんどうでしょ。ばねがびよ～んってなっちゃうかもしれないし。
広い場所が有るんだったら何もそんなことしなくてもいいんじゃない？

Answer 2

gomogomoninnjaさんへ

良い所に着目されましたね。d(^^)
パッと読みではkaitaishinsyo_01さんの回答に1票を差し上げたいと思います。

これは、サスペンション形式によっても違った考え方をしないといけないでしょう。
今回の話題からは外れますが、ストラット式、及びダンパーに曲げの力を負担させる事でタイヤの位置決めを行う構造だったら、ダンパー(擦動軸)とスプリングを同軸配置、そしてオフセットさせる事で、擦動抵抗を軽減出来たりします。ので、これは同軸に配置すべきでしょう。

リアサスにおける別配置。
ご指摘のトーションビームや、欧州車でそれ以前に主流だったトレーリングアーム、日本車で一時隆盛したセミトレ等に見られます。
主な採用理由は、上下方向の寸法短縮じゃないでしょうか。車室内に飛び出さない様に配置するのは中々難しい物だと感じます。(FD3S等は、噴飯物のアッパーアームの短さでしたし d(^^;)

>ブッシュの逃げなどを考えると、
>わずかながら作用開始に時間差が生まれると思いますし。
アームが剛体として機能するなら、時間差は生じません。kaitaishinsyo_01さんの回答を推す第一の要因です。(笑)
もし、何らかの意図で、何らかの力や動きを発生させるなら、それは同軸か同軸では無いかで違う物ではありません。横gでトーイン傾向を付けてスタビリティーを確保する。その為にオフセット配置が巧く使える。のなら、否定される物じゃ無いと思うのです。d(^^;)

トレーリングアームでもトーションビームでも、更にはVolvoがやった、独立の様なリジットの様な、そんな構造でも、丈夫なサブフレーム(サスペンションメンバー)に一旦装着し、これを車体にゴム浮かしする。
車体との結合点の選び方と、bushの剛性(肉抜き ?)の取り方によって、横gでトーイン、は実現出来ます。パナールロッド(ラテラルリンク)無しにです。
ポルシェ928のバイザッハアクスルで広く知られる様に成った、後輪のコントロールでの操安性確保は、その量が大きくて4WSに成るか、小さくてパッシブで済ませて誰にも気付かれないかの差異に関わらず、全て、設計者の意図の下に機能しています。どう動くか、それが意図した通りの効果を発揮しているか、と言う検証無くして路上に出ては来ません。ご安心下さい。

・・・と書いてから追加。
もし、ダンパーに正しく伸縮の動きが入って行かないと想像されるなら、それは寧ろダンパーのbushの方の問題に成るでしょう。関節部にゴムbushを選んだ時点で、動きについては曖昧さを許していると考えるべきです。
ゴムbushは硬度と同時に、すぐり(肉抜き)の量や方向で、かなりの異方性が与えられます。これを活かして、トレーリングアーム形式でも横gでのトーイン傾向を付けた、とVWは豪語しました。
同軸で無い配置で、タイヤのストローク通りにダンパーが伸縮されていない。と考えて問題にするなら、ダンパーの結合部をアイ(目玉)構造にし、ピローボール(金属球)化すべきです。(bush2個に軸を通して締め付ける様な構造は× d(^^;)
それをしていない時点で、曖昧さも込みで十分な性能に仕上がってると考えているんじゃないでしょうか?
と、ピロbushも使った事が有る私は思うのでした。


今回の趣旨に沿わない回答を長々と書く方が居るので、以下余談。(苦笑)
スプリングは、プログレッシブに動作させたい物です。
ダンパーは逆にストレートに。
なので、2輪車の後輪を例に採ると、リンク式はスプリングに使いたいし、昔ながらの2本配置はダンパーの動作に向いている事に成ります。
又、トヨタは以前に、この別配置でダンパーの動き出し減衰力を締め上げ過ぎると言った(大)失敗をやっています。(アッパーマウントのゴムを柔らかくし過ぎた)
各社、解っているかいないか判りませんが、教訓としては既に業界に蓄積された内容ですので、そう案ずる事も無いのではないかと愚考する次第です。

Answer 3

●スプリングとダンパーの位置について
スプリングもダンパーもできるだけレバー比の大きなところが望ましいです。

●どうしてダンパーはスプリングと異なる位置に配置されるのか？
ダンパーはストローク移動速度（ピストンスピード）に対して次のような特性を持たせます

・小さいピストンスピード … 大きな減衰力変化（ピストンスピードの変化に対して，減衰力を大きく変化させる）
・大きなピストンスピード … 小さな減衰力変化

●どうしてピストンスピードで減衰力変化を変えるのか？
・旋回初期 … 車体がロールする時のピストンスピードは0.1m/s以下と小さいため，ロールを抑えたい
・細かい道路凹凸 … ピストンスピードが0.3m/s以上になると，減衰力そのものは大きいが，ピストンスピードの変化に対しては鈍感にして操舵感を安定させる

●レバー比が大きいと？
レバー比が大きいと，ピストンスピードを大きくできますので，ロール抑制の特性をより簡単につくれます。

●どうしてスプリングはレバー比を大きくできないのか？
ダンパーのレバー比を優先し，さらにスプリング外径を考えると，どうしてもダンパーよりレバー比が小さいところへの配置になります。

●ブッシュ変形の時間差は？
時間差はありますが，問題は，ブッシュの三次元変形です。マルチリンクのように積極的に三次元に動かすと，設計ジオメトリが入力の大きさで変わることになります。このため仮想転舵軸をもたせるより実転舵軸が好ましいとか，しっかりしたダブルウィッシュボーン式が好ましいなどのご意見がでてくることになります。

●誤解
工順や組み立て性は第1の理由ではありません。もしスプリングとダンパーを別配置して組み付け時間を短くするだけなら，レバー比の高い側にダンパーを置く必要はありません。

簡単ですが，ご参考になれば幸いです。

Answer 4

トーションビームサスペンションでコイルオーバー式を採用しない理由。

・ストラットタワーを小さくできる。(=ショックアブソーバ取り付け部径が小さい）→車室空間の拡大
・部品形状がそれぞれシンプルになり、部品コストを下げられる。
(ショックアブソーバにスプリングシートを設けなくて良い、トーションビームにスプリングシートを一体成型 etc)
・生産性が良い(スプリングコンプレッサなどを用いる必要が無い)

＞今どきバネとダンパーを組んで装着するのは難しくない
「できる」ということと、「簡単にできる」ということは生産上大きな違いを持ちます。

以上のような理由だと思います。自動車工学とはいっても生産工学っぽいですけど。

そもそも、トーションビーム式は量販車に多く採用されコスト低減の重要性が高いです。

アームの剛性を十分に取れていれば、「時間差」などはありません。
また、トーションビーム式サスペンションとしてASSYで開発するため、ブッシュ硬度などもすべて含めて開発されています。

Answer 5

あくまで素人考えですが…

バネは基本的に上下方向の衝撃に対する衝撃吸収を期待されていますが、ダンパーは回転(ロールやピッチ)に対する緩衝もその機能の範疇でしょう。受け持つ役割が異なれば、当然ながら最適な配置も違ってきます。
さらに、例えばトーションビーム式であれば、ビーム部分のねじれなどもサスペンション構造の一部として考慮されています。バネ・サスペンションとはかなり異質な部材が、別の方向(バネとほぼ直行する方向)に配されているのですから、バネとショックを同軸にしても最適とはいえないでしょう。