不整地走行車両のサスペンション装置の設計･製作

近年、日本においては集中豪雨など自然災害が頻発するようになっている。このような災害が生じると舗装路が崩壊する、泥濘地化するなどの事態となる。このような中で迅速な災害支援を行うには不整地を走破する車両が求められる。そこで、本研究では不整地を走行する小型車両（以下、小型ATV：All-Terrain Vehicle）の開発にあたり、サスペンション装置を設計･製作する。

小型ATVの設計においては、適当な指標が見当たらないことから、米国で開催される小型ATVを題材にした学生によるものづくり競技であるBaja SAEの規則に準拠させることにする。同規則であるBaja SAE rulesでは、サスペンション装置に関して次の要件が定められている。
・岩、砂岩、丸太などの障害物を乗り越える
・急こう配を登坂できる
・泥濘地、降雪や降雨に対応できる
Baja SAEに出場する車両を調査した結果、最低地上高が約300mm、サスペンションの稼働量が約200mmであることから、これらの値を参考にして設計目標値を設定した。加えて、サスペンション形態については、前輪をダブルウイッシュボーン式、後輪に関しては、トレーリングアーム式とした。設定したサスペンションの設計目標値を表１(省略)に示す。

本研究においては詳述しないが、後輪は発進時などに接地力を高める目的でトレーリングアーム式を採用している。なお、本車両は後輪駆動である。

前節で述べたように前輪サスペンションは、ダブルウイッシュボーン式を採用している。この形式は、例えば学生フォーミュラ自動車など高速で舗装路を走行する車両に用いられる。この場合、タイヤの接地性を優先させるために、上側のアームに上反角を設けバウンド時にキャンバー角がネガティブ状態になるように設計される。本車両では、200mmの稼働量確保を重視し、バウンド時にキャンバー角を変化させない設計とした。図１に設計した前輪サスペンションの概観を示す。

また、一般的にステリアング特性を考慮すれば、スクラブ半径を出来る限り小さくすることが求められる。しかしながら、本研究車両は主として不整地を走行することから、この一般則に準拠させなかった。一方でキャスタ角は、４度に設定した（図２）。

続いて、製作について述べる。

Ａアームの製作

Ａアームは、ダブルウイッシュボーンを構成する上下のアームであり、鋼管によりトライアングル状に構成される。従って、溶接ひずみなどの影響を抑える製作方法が求められる。そこで、定盤に加工を施し、位置精度を確保して溶接を実施した。

アップライト（ナックル）の製作

学生フォーミュラ自動車などでは、アップライトはアルミニウム合金より切削加工で製作される。本車両は、不整地を走行するため、舗装路での走行と比較してアップライトへの入力荷重が大きくなることが想定され、破損した場合の補修のしやすさも考慮して、鋼材を用いた溶接構造を採用した。図４にアップライトの断面図、そして図５に製作したアップライトの概観を示す。

なお、ハブとホイル間には、スペーサを付与することで、サスペンション稼働時にホイルとＡアームが干渉しないようにしている。

実構成に関して説明する。アップライトの基本構造材は角形材を使用し、ハブ軸受部を切削加工して圧入する構造とした。また、操舵系部品や制動系部品を取り付けるためのブラケット類は、基本材とした鋼材に溶接した。これらブラケット材は、角型鋼材に追加工して製作される。軸受部は、ボルト締結としているため、交換などの補修作業に対応できる。

装置全体組立

製作したＡアーム、アップライト、市販品のコイルスプリング一体型ショックアブソーバなどの一式を組み立てた前輪サスペンション装置を図６に示す。

車両として組み立てた後、不整地試験路を設定し走行試験を行った。結果、高さ 220mm の障害物を乗り越えることが確認できた。

本研究では、小型不整地走行車両の前輪サスペンション装置の設計、製作、試験を行った。その結果、次の知見が得られた。

（１）稼働量200mmを有する前輪サスペンション装置（等長Ａアーム･ダブルウイッシュボーン式）の設計･製作を行い、これを具体とした。
（２）不整地を想定した簡易試験路において、走破性能を確認することができた。

今後の課題として、泥濘地などの不整地を走行させ、さらなる改善を図っていく予定である。