マクファーソンストラット式サスペンションの解説

マクファーソンストラット式サスペンションの解説

起源と発展

マクファーソン式と呼ばれる、支柱一本で車輪を支える画期的な仕組みを持つ緩衝装置は、その名前の由来となったマクファーソン氏によって考案されました。この緩衝装置は、それまでの複雑な仕組みに比べて単純ながらも、高い性能を発揮しました。

１９６０年代に入ると、イギリスの自動車製造会社フォードとドイツの自動車製造会社べエムヴェーがこの画期的な仕組みにいち早く注目し、自社の車に取り入れ始めました。その後、１９６６年には日本の代表的な大衆車である初代カローラにも採用され、その優れた性能と製造のしやすさから、瞬く間に国内の自動車製造会社全体に広まりました。特に前輪を駆動する車においては、エンジンを置く場所の空間を有効に使えるという利点があり、多くの車種で採用されるようになりました。

当初は主に前の車輪に使われていましたが、その後、技術の進歩とともに後ろの車輪にも使われるようになりました。さらに、ただ衝撃を吸収するだけでなく、路面状況や車の状態に合わせて緩衝装置の硬さを自動で調整する技術や、コンピューター制御によってより精密な調整を行う技術など、様々な制御技術と組み合わせることで、より高度な性能を実現しています。

このように、マクファーソン式緩衝装置は時代に合わせて改良が加えられ、自動車の乗り心地や運転の安定性を向上させる上で、なくてはならないものとなっています。現在も進化を続けており、自動車技術の発展を支える重要な部品の一つと言えるでしょう。

構造と特徴

マクファーソン方式と呼ばれるサスペンションは、車輪を支える部品と、衝撃を和らげる部品、車体を支えるバネが一つにまとまった、柱のような部品を使います。この柱のような部品は、車体に取り付けられた握りこぶしのような形の部品に直接つながっています。

このような単純な構造のおかげで、部品の数が少なくなり、軽くなります。部品が少ないと、作るための費用も抑えられます。また、柱の下にある握りこぶしのような部品には、ハンドル操作を伝えるための部品も付いています。つまり、この柱のような部品は、衝撃を吸収するだけでなく、ハンドル操作も伝える役割も持っているのです。

一つにまとまった設計なので、場所も取りません。特に、エンジンが前にある車で、前輪を駆動する車では、エンジンのある場所の設計がしやすくなります。

このサスペンションは、小さな車から大きな車まで、幅広く使われています。乗り心地は少し硬めですが、ハンドル操作は正確で、路面の状況がよく伝わってきます。そのため、運転の楽しさを求める人に向いています。

ただし、路面からの振動が車体に伝わりやすいので、乗り心地を重視する車にはあまり使われません。また、衝撃を吸収する部品とバネが一体になっているため、部品が壊れやすく、修理費用が高くなることもあります。

部品の配置や設計によって、乗り心地や操縦性を調整することができます。例えば、バネの種類や硬さを変えたり、衝撃を吸収する部品の働きを調整することで、様々な車種に合わせた設定ができます。このように、マクファーソン方式のサスペンションは、単純ながらも奥が深く、様々な工夫が凝らされているのです。

乗り心地への影響

自動車の乗り心地は、路面からの振動をいかに抑えるかで決まります。その役割を担うのがサスペンションであり、マクファーソン・ストラット式サスペンションは、その代表的な形式の一つです。この形式は、部品点数が少なく、軽量でコンパクトな構造が特徴であり、前輪駆動車に多く採用されています。

マクファーソン・ストラット式サスペンションは、ショックアブソーバーを内蔵したストラットが、車体とタイヤを繋ぐ重要な部品です。路面からの衝撃を吸収する際に、ストラットには様々な力が加わります。例えば、路面の凹凸を乗り越える際の反発力や、ブレーキをかけた際の制動力などです。これらの力は、ストラット内部で摩擦を生じさせる原因となります。ストラット内部の摩擦は、サスペンションの動きを阻害し、乗り心地を悪くする可能性があります。ゴツゴツとした振動が車内に伝わりやすくなり、快適な乗り心地を損なうのです。

この問題を解消するために、様々な工夫が凝らされています。その一つが、コイルスプリングの取り付け位置をストラットの中心からずらすことです。コイルスプリングは、路面からの衝撃を吸収するためにストラットに取り付けられていますが、このスプリングをストラットの中心から意図的にずらして取り付けることで、ストラット内部に発生する摩擦の影響を軽減させることができます。具体的には、スプリングの反発力によって生じるモーメントを、ブレーキや路面からの反発力によって生じるモーメントと相殺するように調整することで、ストラットにかかる負担を軽減し、滑らかな動きを実現しています。

このように、一見単純な構造に見えるマクファーソン・ストラット式サスペンションですが、乗り心地を向上させるための様々な工夫が凝らされています。これらの技術により、路面からの振動を効果的に吸収し、快適な運転を可能にしているのです。

操縦安定性への影響

自動車を意のままに操るためには、操縦安定性が重要です。この操縦安定性に大きく関わる部品の一つに、マクファーソンストラット式サスペンションがあります。この形式のサスペンションは、車輪を支える支柱であるストラットが、路面からの衝撃を直接受け止める構造となっています。そのため、ストラットの強度が操縦安定性に直結するのです。

もしストラットの強度が不足していると、路面からの衝撃を受けた際にストラットが変形してしまい、自動車の挙動が不安定になります。例えば、カーブを曲がるときにハンドル操作に対する反応が遅れたり、路面の凹凸で車がふらついたりする原因の一つとなります。

このような問題を防ぐためには、ストラットの変形を最小限に抑える設計が重要です。かつては、タイヤの接地点と操舵軸の延長線が路面で交わるように設計する「ゼロスクラブ操舵理論」に基づいた設計が主流でした。この設計では、路面からの衝撃が操舵機構に伝わりにくく、安定した操舵性能が得られると考えられていました。

しかし、技術の進歩とともに、今ではより高度な設計が可能になっています。例えば、コンピューターによるシミュレーション技術を用いて、様々な路面状況や運転状況を想定した上で、ストラットの形状や材質を最適化しています。また、電子制御技術を駆使することで、走行状況に応じてサスペンションの硬さを自動的に調整するシステムも開発されています。

これらの工夫によって、ストラットの強度を高め、変形を抑制することで、高い操縦安定性を実現しているのです。これにより、ドライバーは安心して運転を楽しむことができます。

今後の展望

自動車の未来を考える時、欠かせない要素の一つに、車の土台となる走る仕組み、つまり「足回り」の進化が挙げられます。中でも、マクファーソン式支柱型緩衝装置は、その簡素な構造と高い性能から、多くの車に採用されてきました。この装置は、乗り心地と運転のしやすさの両立を目指し、今もなお進化を続けています。

これまで、この装置は、様々な改良を経て、より洗練されたものへと変化してきました。部品の素材を見直すことで、軽くて丈夫な仕組みにしたり、取り付け方を工夫することで、車内の空間を広く使えるようにしたりと、様々な工夫が凝らされてきました。そして現在では、電子制御技術との組み合わせにより、更なる進化を遂げています。路面の状況や運転の仕方、車の速度などに合わせて、装置の働き具合を自動で調整する、賢い仕組みが登場しているのです。

これからの車は、単に乗り物としてだけでなく、乗る人にとってより快適で、安全な空間となることが求められます。そのため、この装置の進化にも大きな期待が寄せられています。例えば、路面の凹凸を細かく感知し、振動をほとんど感じさせない滑らかな乗り心地を実現したり、急なハンドル操作やブレーキ操作時にも、しっかりと車体を支え、安定した走行を可能にするなど、安全性も一層高まると考えられています。さらに、車の動きを制御することで、エネルギーの無駄を省き、燃費を向上させることにも貢献するでしょう。

自動車技術の進歩と共に、マクファーソン式支柱型緩衝装置も進化を続け、より快適で安全、そして環境にも優しい運転を実現していくことでしょう。それは、未来の車社会を支える、重要な技術の一つとなるに違いありません。

様々な種類

自動車の走る、曲がる、止まるという基本動作を支える上で、路面からの衝撃を吸収し、車輪を常に路面に接地させておく役割を果たす部品が「懸架装置」、いわゆるサスペンションです。その中でも、マクファーソン式と呼ばれる形式は、現在多くの乗用車に採用されています。このマクファーソン式サスペンションは、一見すると単純な構造に見えますが、実は車種や目的に合わせて様々な改良が加えられています。

まず、操縦安定性を高める工夫として、ストラットと呼ばれる支柱の取り付け角度を調整する手法が挙げられます。ストラットの角度を変えることで、タイヤが路面に接する角度やサスペンションの動き方が変化し、自動車の挙動に影響を与えます。例えば、高速走行時の安定性を重視する車種では、ストラットを垂直に近づけることで、車体の傾きを抑え、安定した走行を実現しています。逆に、小回りの良さを重視する車種では、ストラットを寝かせることで、軽快なハンドリングを実現しています。

次に、耐久性を高める工夫も重要な要素です。オフロード車やスポーツカーなど、過酷な条件で使用される車種では、サスペンションにかかる負担も大きくなります。そこで、これらの車種では、ストラットの素材をより強度が高いものに変更したり、ストラットの太さを増したりすることで、耐久性を向上させています。また、路面からの衝撃が特に大きいオフロード車では、サスペンションのストローク量、つまりサスペンションが伸縮できる長さを大きく設計することで、悪路での走破性を高めています。

このように、マクファーソン式サスペンションは、基本的な構造は同じでも、細かい部分で様々な改良が加えられています。これらの改良により、多様な車種や用途、ドライバーの好みに合わせた、最適な乗り心地や操縦性を実現しているのです。