瞬間中心(IC)とは、サスペンションの、アッパーとロワのコントロールアームの中心線が交差する点で、その特定の瞬間のストロークで、ホイールが回転する仮想のピボットです。ロールセンター(RC)は、そこから導かれ、ICから、タイヤの接地面まで線を引き、その線が、車両の中心線と交差する場所が、ロールセンターです。どちらの点も、サスペンションが動くにつれて動きます。
ロッドエンドを使った、リンク式サスペンション(3リンク、4リンク、調整可能なコントロールアーム)を仕様決定したり、チューニングしたりする場合、この2つの点が、明示的に考えていたかどうかにかかわらず、実際に制御しているジオメトリです。
瞬間中心の求め方
ダブルウィッシュボーンのサスペンションでは、作図は単純で、アッパーとロワのコントロールアームの中心線を、交差するまで延長します。その交点が、車のその側の瞬間中心です。それは、物理的なボルトやベアリングではなく、ホイール/アップライトのアセンブリが、シャシーに対して、瞬間的にどう回転しているかを示す、幾何学的な作図です。
ICは固定されていません。サスペンションが圧縮または伸びると、コントロールアームの角度が変わり、ICもそれとともに、ときには劇的に動きます。マクファーソンストラットのサスペンションでは、同様の作図が使われ(ストラット軸に垂直な線が、存在しないアッパーアームの代わりになります)、マルチリンクや3リンク/4リンクのサスペンションも、どのリンクが働いているかが分かれば、同じダブルウィッシュボーンの考え方に帰着できます。
瞬間中心からロールセンターへ
片側のICが求まったら、そこから、そのタイヤの接地面の中心まで、線を引きます。反対側でも同じことを行います。2本の線が交差する場所(サスペンションが左右対称であれば、通常は、車両の中心線上)が、ロールセンターです。その点から、地面までの垂直距離が、ロールセンターの高さです。
これが重要なのは、ロールセンターと、車両の重心(CG)との間の垂直方向の隙間が、てこの腕、つまり、ロールモーメントアームを生み出すからです。コーナリングの力は、CGに作用し、サスペンションは、RCで、それに抵抗します。そのアームが長いほど、コーナリングの力が、シャシーをロールさせるてこの力が、大きくなり、スプリングとスウェイバーが、それを抑えるために、より懸命に働かなければなりません。
なぜロールセンターの高さは、「高いほど常に良い」ではないのか
ロールセンターが高いほど、ロールモーメントアームが短くなり、ボディのロールが減ります。これは直感的です。それほど明白でないのは、RCを上げすぎると、別の問題、つまり、ジャッキングが生じることです。
テスラ モデルSとフォードGTのサスペンションに携わった、エンジニアのHuibert Meesは、広く引用される解説で、その仕組みを明確に説明しています。サスペンションを、どの瞬間でも、タイヤの接地面から、瞬間中心まで伸びる、単一の仮想のリンクと考えてください。コーナリングの力が、接地面を内側に押し、その仮想のリンクが、急な角度にあると、その力の一部が、リンクを直立させる方向に向け直され、サスペンションを圧縮するだけでなく、そのコーナーで、シャシーを上方に押し上げます。計算は、単純な三角法です。
ジャッキング力=コーナリングの力×sin(ロールセンター線の角度)
実際の、典型的な故障例は、初期のVWビートルや、トライアンフ・スピットファイアで使われた、スイングアクスル式のリアサスペンションで、本質的に非常に高いロールセンターを持つ設計です。激しいコーナリング中に、外側のホイールが、ボディの下に潜り込み、シャシーが、自分自身を持ち上げ、ドライバーが、ステアリングをまっすぐに戻した後も、持ち上がったままになることがありました。これは、あらゆるロールセンターの判断に伴うトレードオフの、極端なバージョンです。RCが低いと、スプリングで抑えるべきボディのロールが増え、RCが高いと、ロールは減りますが、注意すべき、ジャッキングの傾向が強まります。
ロールセンターの移動:固定された点ではない
静的な車高で計算したロールセンターは、スナップショットにすぎません。サスペンションが、バンプ、ドループ、ボディのロールを通して動くにつれて、各側のICは、独立して移動し、RCは、両側の接地面とICを結ぶ線が交差する場所であるため、RCも動きます。特に、ボディのロール中は、外側と内側の瞬間中心が、反対方向に動くため、2本のロールセンターの線は、静止時とは、著しく異なる点で、交差することがあります。
hpacademy.comフォーラムの、サスペンションのチューニングに関する議論で活動している、チューナーたちは、実用的な経験則に収束しています。一般に、ロールセンターが車高とともに上下に動く(車高/レイクを通じて、ハンドリングバランスを動かす手段になります)ことは、望ましいが、車がロールするときに、左右にどれだけ移動するかは、最小限に抑えるべきだというものです。左右への大きな移動は、車のロール挙動を一貫性のないものにし、コーナーごとに、予測しにくくして、ほとんどの製作者にとって、静的なRCの高さの数値そのものよりも、実際的な懸念事項です。
リジッドアクスルと独立懸架
上記のジャッキングの問題は、各側が、独立して動ける独立懸架に特有のものです。リジッドアクスル(固定式)には、その故障モードがなく、両方のホイールは、アクスルチューブで、強固に接続されているため、片側が、もう一方とは独立に、ボディの下に潜り込むことは、できません。つまり、リジッドアクスルのロールセンターは、ジャッキングを生じさせることなく、はるかに高い位置に置けます。
Meesの解説によれば、リジッドアクスルのロールセンターは、通常、同等の独立懸架よりも、およそ3〜4倍高くなります。これは、業界標準の数値ではなく、1つの技術記事から得られた、エンジニアの作業上の推定値として扱ってください。正確な比率は、特定のアクスルとスプリングのジオメトリに、大きく依存します。
瞬間中心とロールセンターの並列比較
| 瞬間中心(IC) | ロールセンター(RC) | |
|---|---|---|
| 表すもの | ある瞬間における、片側のサスペンションの仮想のピボット | コーナリング時の横方向の力が、ばね上質量に受け止められる点 |
| 求め方 | 延長したコントロールアームの中心線の交点 | ICから接地面への線と、車両の中心線との交点 |
| ストロークに伴って動くか? | はい、連続的に | はい。高さ(バンプ/ドループ)と、横方向の位置(ロール)の両方 |
| 設計での主な用途 | キャンバー変化、トレッド変化、運動学 | ロールモーメントアーム、ジャッキングの挙動、フロント/リアのハンドリングバランス |
| 1つの重要な注意点 | 2つの定義が存在し、SAEの力に基づくロールセンターは、ほとんどの製作者が手計算する、幾何学的/運動学的なものと、常に同じ点とは限らない |
ロッドエンドを使ったサスペンションで、これが重要な理由
ロッドエンド、ハイムジョイント、調整可能なリンクが、コントロールアームの取り付け角度を変えるたびに、その側の瞬間中心が動き、したがって、ロールセンターも動きます。これが、調整可能なリンクのサスペンションでの、ロールセンターのチューニングの背後にある、仕組みのすべてで、ここで扱った概念とは別の、より実践的な問題です。
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