軽量化ばかりが正義じゃない!! 実は知らない?? 意外と複雑なバネ下事情

 クルマ好きの間で、まことしやかに伝わる「バネ下重量の軽量化」についての効果。しかし実は、バネ下は軽いほうがいい、とは一概にはいえず、「バネ下軽量化によって現れるデメリット」も結構あるのです。

 本稿では、バネ下質量の軽量化の真実と、一般道で一般的なユーザーが感じることのできる効果について、考えていきたいと思います。

文/吉川賢一、写真/NISSAN、TOYOTA、HONDA、足成

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■軽くすれば万事いい、というわけではない

市販車とレーシングカーでは、バネ下重量の事情が大きく異なる。一概に公道で走るクルマに軽量化を求めるとデメリットもある

 タイヤ・ホイールは路面形状に沿って動き回るパーツですので、バネ下の軽量化は、主に乗り心地や音振といった「快適性」に影響してきます。

 一般的に、タイヤやホイールといったバネ下にある重量物が重くなるほど、少し荒れた路面を走った際、サスペンションが路面の凹凸を吸収しきれず、車体側が揺らされる現象が増します。

 乗り心地の用語で、「バネ下のバタつき」と表現される現象です。自動車メーカーのテストドライバーは、ホイール質量が1kgでも変わるならば、バネ下のバタつきによる車体の揺れを抑制するため、ダンパーのチューニングもセットで変更したくなるといいます。

 しかし、軽くすれば万事いい、というものではありません。バネ下質量が変わると、バネ下の質量とタイヤ縦バネで決まる、「バネ下共振周波数」が変わります。これによって、走行中にブルブルとした車体振動が生じてしまう可能性があるのです。

 クルマには、エンジンやトランスミッション、サスペンションメンバー、排気管など、様々な構造物がゴムマウント(バネ要素)を介して搭載されており、それぞれに固有値(固有振動数)があります。この固有値同士が重なると、ある走行条件に至った際に、異常振動を生じてしまいます。

 自動車メーカーでは、これらの固有値同士がぶつからないよう、固有値を分散させる振動設計を必ずしています。

 しかし、ユーザー側でメーカーの想定してない重さのホイールに変えることでバネ下質量が大きく変わり、それによって固有値が重なってしまうことが起きると、車体がブルブルするような異常振動を引き起こす可能性があるのです。

 ホイールだけでなく、タイヤのインチアップや、空気圧が変わっても(=タイヤの縦バネが変わる)、固有値の分散設計が想定した範囲を外れ、異常振動が発生するリスクもあります。「バネ下を軽量化したのにどこか走りがすっきりしない」ときは、こうした不具合が起きている可能性があります。

■シーンによっては、ハンドリングも改善

200台限定のシビック リミテッドエディション。サーキット専用車と言えば足回りはガチガチにするのが定説だったが、逆に鍛造ホイールによって剛性をコントロールし、「しなり」を活かした高いレベルの走行安定性を実現した

 重心から遠いところにある重量物が、わずかでも軽量化されれば、ハンドリングの初期応答が上がる可能性はあります。

 ただし、1~2kgホイールの質量が変わったくらいで、その違いを感じ取ることは、キレイな路面のテストコースでない限りほぼ不可能。路面がフラットではない公道では、軽量化による差異は埋もれてしまいます。

 しかし、タイヤが上下動しやすくなることで、路面追従性が上がり、ワインディングのようなシーンでの安定性は改善してきます。

 また、街中の一般道でも、バネ下のバタつきが減ることで、乗り味がすっきりと感じることもあります。サーキット走行では、縁石があるコーナーで、タイヤが跳ねる量を軽減できるので、ラップタイムを改善することができるかもしれません。

 ちなみに、改良新型のホンダシビックタイプRに採用されている、BBSとの共同開発の新型20インチ鍛造ホイールは、BBSの鍛造ならではの「しなる特性」を利用し、コーナリング中にギャップを乗り越えてもグリップが抜けないことを狙っているそうです。

 ホンダの開発担当者によると、サーキットでの検証実験では、ドライバーから大好評だったそうです。なおリム厚は、現行比25%も低減した最薄リム厚を実現しています。

 「サーキット走行には軽量高剛性なホイールが適している」という従来知見を覆すホンダの開発エンジニア達の発見と、それを実現したBBSの努力が見事に実を結ぶことになった、良い事例です。

■バネした軽量化でもっとも効果があるのは燃費だ

バネ下重量の軽量化は、わずかではあるが燃費向上にも効果がある

 例えば、カローラ(車重1200kg)クラスの小型車に採用されているタイヤサイズ(205/55R16)の場合、アルミホイールが約8kg、タイヤが約8kgで、トータルで約16kgの重量になります。

 また、スカイライン(車重1800kg)クラスの大型車に採用されるタイヤサイズ(225/55R17)の場合だと、アルミホイールが約12kg、タイヤが約10kg、トータルで約22kgとなります。これが、18インチや19インチとなるとさらに重たくなり、30kg近くにも。

 タイヤ・ホイールの質量は、車重に対する割合はおおよそ5%、もし、このうち1%(16kgのタイヤ・ホイール質量だと約3.2kgの軽量化に相当)でも減らすことができれば、0.1km/Lは改善できる可能性はあります。

 また、発進した瞬間の動き出しも、軽やかさを感じられるかもしれません。わずかな効果ではありますが、「ちりも積もれば山となる」もので、「燃費」には効果があるといえます。

■「どこまでがバネ下か?」 実は決まりはない

いったいどこまでが「バネ下」なのか、実は意外な決め方をしているのだ。写真はR35 GT-Rのフロント部

 タイヤやホイール、ブレーキローター、キャリパー、サスペンションのハブは、タイヤの上下動に伴って動くので「バネ下」に含みます。

 ですが、ブレーキホースやサスペンション、ダンパー(細かく分ければ、ピストンやロッド、ケースなど)、コイルスプリングなど、これらは片方が車体側に固定されている半可動アイテムであり、その全てを「バネ下」とはいいがたいところ。

 実は、「こうした半可動アイテムの質量の何%をバネ下質量として計算に入れるのか」は、設計者の判断によって、定義されています。

 「50%で計算するか、25%で計算するか」によって、バネ下質量の設計値も、若干ながら影響を受けるため、過去の設計経験と、設計者のセンスとによって決めている、というのが実情です。

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