E36 M3 フロントサスペンション再設定変更

サスペンションの固有振動数計算で気になっていたフロントとリアの固有振動数の差

サスペンションの本を読んで調べると、
その車両の基準値の比率を崩さずに希望の固有振動数に揃える
もしくは、前後で固有振動数の差が大きくならないように配慮するのが基本なので

リアスプリング18.35kgf/mm、固有振動数2.33Hzを基準としてのフロントスプリングレートは
8.39kgf/mm

現状は10kg/mm 固有振動数2.53Hzで少々硬いようです。

耐荷重を調べるとメインスプリングはSWIFT Z65-127-100 なので 720kg
前軸単輪重量387.97kgで見ると、
720kg ÷ 371kg =1.86G
少し足りないかなぁ、、、

スプリングのストローク量はメインスプリング72mm+プライマリスプリング26mmで98mm
ダンパーストロークは95mm
超ギリギリ、、、バンプラバーのストローク分を考えると「滑り込みアウト」ですね
ストラットに付くスタビライザーを釣るベンドラムアームのブラケットが邪魔で自由長の長いスプリングが組めないのが苦しいところです。

って事で固有振動数を考えると、スプリングレートは8.39kgf/mm
フロントのバネ上重量は387.97kg 最大荷重倍数を2Gで設定すると775.94kg
この用件を満たすスプリングを探すと
アイバッハ 0800-250-0475
8inch(205mm) 8.48kgf/mm ストローク112mm 耐荷重949kg
220mm程のスプリングまでなら組み込めるので収まりますね、

シングルスプリングも面白そうだったんですが、BTZさんからの提案で、
メインスプリング14kgf/mm
プライマリースプリング20kgf/mm 密着荷重450kg
この組み合わせのほうが高荷重域まで姿勢変化が抑えられ、ボトムスピードが稼げるとの事、、、

合成レートを求めてみると
(14x20)/(14+20) = 8.24kgf/mm
固有周波数2.35Hz

固有振動数も近似値でイイ感じです。
このセッティングのポイントはプライマリーの密着荷重450kgにあって、
バネ上重量387.97kgより62.03kgも多い点で、1G状態ではプライマリースプリングが密着せず
62.03kg ÷ 8.24kgf/mm =7.53mm
1G状態から7.53mmストロークするまでは8.24kgf/mm その先は14kgf/mmの可変レートになります。

バンプラバーをセカンダリースプリングに使うBMWのノーマルセッティングに近い考えですね
つまり、、、
ツインスプリングの合成レート8.24kgf/mmをメインレートに使いフラットな乗り心地を作り
メインレート14kg/mmをバンプラバーの様に使い高荷重域での姿勢変化を抑える。

早速スプリングを手配して、設定変更に掛かります。
設定変更点は
①、スプリング変更
メインスプリング
SWIFT Z65-127-100 ID65 自由長127mm 10kgf/mm 耐荷重730kg から

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SWIFT Z65-127-140 ID65 自由長127mm 14kgf/mm 耐荷重938kg へ変更

プライマリースプリング
アイバッハ ERS MF68-065-0148 ID65 自由長68mm 14kgf/mm 密着荷重375kg から

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ベステックス ID65 自由長68mm 20kgf/mm 密着荷重450kg に変更

②ダンパーストローク量調整
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バンプラバーのセカンダリースプリング要素を除くためにバンプラバーをメタルコンタクト防止程度に短く調整

③アライメント変更
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セルフアライニングトルクを増すためにキャスター角を増やします。

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足回りを分解して、、、
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倒立ストラットASSYを分解
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中に入ったバンプラバーを見ると、結構バンプラバーつかってます(笑)
ちなみにノーマルのビルシュタインは3山入っているそうです。

ストロークを稼ぐためにさらに一山切断、
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ここまでツメるとメタルコンタクトえお防ぐ為だけですね、、、
再組み立てしてストロークを測定すると123mm
元が95mmだったので28mm増やしました。

アッパーマウントは向きを変えて、45度方向にアジャストできる向きに変更
キャンバー&キャスターを増す方向に調整
これで足りなきゃ、下側にワッシャー&キャンバー調整ボルトで追い込みます。
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ストラットASSYにスラストベアリング、プライマリー、メインスプリングを組み込み、一気に組み上げて、
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BTZさんのドライブでテスト走行

路上に出る段差一発で開口一番、、、「硬い、、、」
さすがに14kgf/mmは攻めすぎかと思っていたところ、、、
路上に出すと、意外なほど路面からの当たりは柔らかい
1G+7mmまでの8.23kgf/mmが効いていて、乗り心地は固有振動数を揃えただけあってフラット感が増し快適、
流石に大きな段差だと14kgf/mmの硬さが出て「乗り心地が悪い」のギリギリ一杯、ホンダType-R系の乗り心地に近いです。

初期の低レート領域で初期のステアリングレスポンスは眠いほど穏やか
又、ブレーキを必要としないコーナーでの初期旋回も8.24kgf/mmの領域まではパワーオフだけで「スっ」とフロントが沈むので扱いやすいです。
ペースを上げて、入力が大きくなるとメインレート14kgf/mmで支えるのでフルボトムせず姿勢を維持して粘ります
ドライバーへ荷重移動感を伝えて、且つ姿勢変化を抑えたソリッドな動き

感覚的には、「4倍硬いノーマルBMW」です(笑)
「硬いけどより動く脚」ってヤツですが、この辺りが街乗り仕様の限界点かもしれませんねぇ
もう少し乗ってスプリングが落ち着いたところで次は車高を考えてみます。


曲技トレーニング11,12回目

今回の曲技トレーニングはadvanceの科目を意識したシーケンスを組みました。
梶さんの後席でのシーケンスは初めてです。
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飛べば飛ぶほど難しく感じて、上達している感覚がありません(笑)

1. スピン
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スピンエントリーでエレベーターを引き過ぎ 両翼剥離(普通の失速)に入ってからラダーを入れる
両翼剥離状態での超外滑り旋回、科目として成り立っていない
シーケンス最初の科目からコケる、
なにやってんだ、、、

2. インメルマンターン
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250km/hからエントリー なかなか上手く出来たと思うけど 最後の1/2ロールで沈みラインが出せず

3. 45°ダウンライン
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角度の認識と保持が甘く、角度が浅い 角度を決めた後にジワジワラインが変わってしまう

4. 5/8ループから背面45°ライン 背面レベルオフ
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水平を確立してからエントリーする事、
エントリーから5/8ループは良い感じ、背面45°ラインは角度浅い
背面状態でのピッチが確立出来ないので速度が安定しない
姿勢安定は前回よりはマシ程度、まだまだ自由にはならない

5. 背面旋回180°
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バンクが安定せず旋回率が変わる 旋回角度の認識が甘い135°旋回でロールアウト
背面での地上目標の見え方がイメージできていない、

6. 背面45°アップラインからシャーク トゥース
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苦手な背面引き起こしだか次第に体が慣れてきている
45°アップライン角度浅い
垂直降下に入ったところでヘディングのズレに気付くが後の祭り 30°程ズレて出てくる
確実に”0”点だね、、、

7.チャイニーズループ
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250km/hからの5Gエントリーは描けるが頂点のエルロンロールでエネルギー不足になり垂直降下
ロール開始の姿勢は良かったが、1/2ロールに至るまででエネルギーロスしている

8.ハンマーヘッド
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250kmからのエントリー
90°アップラインの姿勢を作った後にジワジワと姿勢が変わっていく
ラダーを入れる時には弱背面寄り(100°位)になり反転が上手くいかない

9.右エルロンロール
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200km/hからのエントリー
やはりロール後半にかけてピッチが下がりラインが沈む

10.45°アップライン
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特に角度を意識しながら姿勢を作ったので良かったとは思うが、
地上のジャッジには浅く見えた、、、

11.ループ
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シーケンスが終わった後の残り高度でオマケ練習低い高度でのループなので頂点からの引き起こしが無意識に強くてなる
引き起こし過ぎは剥離からスナップする危険があるので要注意
速度管理が出来ていればこんなミスはしないはず

シーケンス全般的に見た傾向としては、

①45°のライン精度が悪く浅くなる傾向
②ラインを確立した後に舵(エレベーター)が残りラインから離れて行く
③スピードコントロール精度が悪い 科目の出口で次の科目のエントリースピードに合わせるように組み立てるが、引き起こしのリードの読みが悪く狙った速度を超過する
④背面旋回での旋回角の認識がまだまだ

つまり姿勢認識が悪く機体を制御しきれていない、
要は姿勢(フライトパス)のズレに気付くのが遅いから操作遅れてになって後手を踏んでいる、
認知、判断、操作が反射的に出来ていない、または遅い

⑤何となく今までエルロンロールに苦手意識を持ったいたが、今回のフライトでエルロンロールに問題がある事が明確になった

具体的には不要なエレベーター操作でヘディングが変わり、ラインも下がる
速度の少ない状態でのロールほど顕著に現れるのでラインを維持するためのラダー&エレベーターのコーディネーションが出来ていない事になる

今までのトレーニングで
「僅かにピッチアップしてフルエルロン」
「フルエルロンで入り背面で一瞬エレベーターダウン」
の2種類のエルロンロールの方法を教った。

前者はピッチアップでのライン誤差を負い、エルロンのみでロールして
ロール中のエレベーター操作によるヘディング誤差を排除する飛び方

後者はヘディング誤差のリスクを取り
ロール中にエレベーター操作を行い積極的にラインを保つ飛び方

どちらにしても必要な操作とタイミングを確立させて練習すれば必ず出来る
前向きに考えれば、シーケンス全般で足を引っ張っている科目なので習得すれば間違いなく眼からウロコのブレイクスルーが来る!!

苦手科目から「軸の通ったエルロンロール」になるまで研究と練習ですね、、、


E36 M3 リアスプリング設定変更

次期スプリングが決定したので交換です。

設定変更で次の問題は車高調整
E36のリアサスペンションはスプリング別置きなのでスプリング自由長が厳しくなります。

ジャッキUPしてスプリングを取り外してスプリング交換と構成部品を変更
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今回は 0100=060-0140(100mm 14kg)から 0120-060-0180(120mm 18kg)への交換なので
レートUP分で約9mmと自由長UP分で20mm ,合計で29mmは高くなり、

今までがタイヤがフェンダーに被る程の車高だったので10mm車高を上げるので
10/1.5= 6.67mm

29mm-6.67mm= 22.33mmほどスプリング部分で下げるのが目標になり、
車高を合わせ込むためにスプリング取り付け部分の構成部品を調整していきます。

1、ベアリング交換
スプリングのねじりフリクション低減のt=12mmの樹脂製のベアリングを取り外し
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t=5mmの金属製のニードルローラーベアリングに変更で-7mm
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HI3C0597
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パーツ記事
Φ65 Φ60ニードルローラーベアリング

2、前回の車高調整の時に入れた6mmのラバーシートを撤去して-6mm

これで-13mmなので
22.33mm – 13mm = 9.33mm
レバー比が入るので 9.33mm x 1.5 = 13.995mmほど目標車高より高くなります。

一度組んでみて、実際の車高変化を見てから追い込みます。
これでダメならt=2.2mmのフリクションレスシートx2を外します。
ジャッキから下ろして車高変化を実測すると約15mmUP
少し走って馴染めば計算値に近付くでしょう

早速、テストに出掛けると

HI3C0594
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リア18kgは思ったより硬くないです
計算値でもホイールレートは9kg/mmなので理論値と体感値はほぼ一致
リアに荷重が移る加速状態、旋回姿勢共に良くなってます。
レートUPでリアの姿勢安定が良くなっているのでリアタイヤの様子がハッキリと伝わるのが好印象

デメリットとしては、
リアの車高UPが原因となる前下がり姿勢でフロントのキャスターが減少
リアのトゥがアウトに入り、キャンバーはポジティブ方向に変化、これらが重なり直進安定性が著しく悪化
ブレーキングでフロント荷重にするとピッチングが大きくリアが巻き込みたがります、、、
パワーONでの狙ったリアの動きは出ているので車高調整でリアを下げてバランスを取り直します。

もう一つの狙いのフロントとリアの固有周波数を近似値にする(サスペンションのストロークスピードを揃える)ことでの乗り心地が向上

荒い道路工事で切り刻まれた路面は流石にメインレートの硬さは感じますが

主要国道、県道程度の路面コンディションなら、最小限にピッチングを押さえ込んたスポーツサスペンションらしいフラットライドに変化

今までの14kgf/mmもシナシナと良く動く脚でしたが、
適度な硬さとストロークの収斂の良さで18kgf/mmの方が好印象です。

「車の動きの観察」と「スプリングを馴染ませる」為に100kmほど西へ いつもの遊び場所を経由して御殿場の友人邸へ

いつもの遊び場所に寄り道して車両の動きを観ると、
ブレーキングで前荷重にするとぴくぴくとテールスライドに入りたがる
完全なるオーバーステア、、、
車の向きが変えてパワーを入れると、トラクションによりスライドがピタリと収まりスリップアングルを維持した安定した旋回姿勢

ホイールレートは前後で近似値なっているので、入り口のオーバーステアはリアの車高が原因ですね

御殿場の友人邸に到着して工具を借りて出先で設定変更
フリクションレスシート2枚(2.2mm x2)を取り外して -4.4mm
レバー比1.5で 6.6mmほど車高down

リア車高を調整して早速テストへ
御殿場から山中湖への籠坂峠を抜けるルート
6.6mmも一気に下げたので入り口オーバーはほぼ解消
ツーリングペースなら操作に対するレスポンスも早く乗り心地もフラットで良い感触

リアサスペンションのおおまかな設定が決まってきたので、スプリングシートに追加加工して車高を調整します。

良い仕上がりになりそうです♪


適切なスプリングの選定方法を考える ① バネ上重量と固有振動数

前回のフロント設定変更の際に感じたリアサスペンションのレート不足によるロールオーバーステア傾向
フロント設定変更前にも同じ傾向にはあったのですが、パワーONでの旋回力の足しに使える程度だったので
「パワースライド遊び=楽しさ」で良しとしていましたが

設定変更でプリロードによる伸び縮みストロークの適正化(縮みストローク増し)
によりフロントの旋回力が増加した事によりロールオーバーステア傾向がより顕著になりました。

こんな経緯でリアスプリングの設定の見直しに入り
改めて「適切なスプリングレート」を考えてみました。

最初に、車両に求める運動性を定める為にホイールレートとバネ上重量によるサスペンションの固有振動数を決めます。

つまりは「どんな使い方をするか?」を定めます。

用途別によるサスペンション固有振動数の傾向は
高級車           1.0~1.5Hz
乗用車 街乗り~ワインディング  1.5~2.2Hz
乗用車 ワインディング~サーキット 2.2~2.7Hz
主にサーキット走行  3.0Hz~

タイラップ号の使い方は「街乗り~ワインディング」
なので狙う振動数帯は2.3Hz付近になりますので
この周波数になるように前後スプリングレートを設定します。

次に求める固有振動数からスプリングレートを導きます。
最初に前後重量配分(重心位置)から前、後軸重量を求め、更に1輪荷重を求める
車両重量合計 1489.33kg
モーメント合計 2030.386.16kgfmm
ホイールベース2710mm
アーム(重心位置) 1363.29mm
前後重量配分 49.7:50.3
前軸重量 740.2kg
後軸重量 749.1kg

これにドライバー&ナビの重量を加えて 設計単位重量 77kg x 2 = 154kg
アーム 1350mm
モーメント 154kg x1350mm 207900kgfmm
車両重量合計 1489.33kg + 154kg 1643.33kg
モーメント合計 2030386.16kgfmm + 207900kgfmm = 2238286.16kgfmm
アーム(重心位置) 2238286.16kgfmm ÷1643.33kg = 1362.043mm
前後重量配分 49.75 : 50.25
前軸重量 825.94kg
後軸重量 817.39kg

前単車輪重量、825.94kg ÷ 2 = 412.97kg
後単車輪重量、817.39kg ÷ 2 = 408.70kg
この前単車輪重量からバネ下重量を減じた値がバネ上重量になるので、、大物を拾い出してみると
フロントばね下重量
ホイール重量 7.2kg
タイヤ重量10kg
フロントサスペンション系重量 7.8kg  
合計25kg

リアばね下重量
ホイール重量 7.2kg
タイヤ重量10kg
リアサスペンション系重量 18.8kg
合計36kg

フロントバネ上重量は412.97kg - 25 kg = 387.97kg
リアバネ上重量は408.70kg - 36 kg = 372.7kg

求められたバネ上重量と固有振動数(用途)を固有振動数の式に代入してホイールレートを求めると

固有振動数=√(スプリングレートNm ÷ 単輪バネ上重量) ÷(2π)

フロント
√(X ÷387.97) ÷ (2π) =2.3
√x ÷ √387.97 ÷ 2π= 2.3
√x ÷ 19.696 ÷ 6.2831= 2.3
√x = 2.3 x 19.696 x 6.2831
√x = 284.63
x=81013.93Nm
81013.93÷9.81÷1000
8.25kgf/mm

リア
√(X ÷372.7) ÷ (2π) =2.3
√x ÷ √372.7 ÷ 2π= 2.3
√x ÷ 19.305 ÷ 6.2831= 2.3
√x = 2.3 x 19.305 x 6.2831
√x = 278.98
x=77829.84Nm
77829.84÷9.81÷1000
7.93kgf/mm

リアはレバー比1.5なので
ホイールレートx(レバー比の2乗)=スプリングレート
x’=7.93 x 1.5 x 1.5
x’=17.85kgf/mm

アイバッハスプリングのカタログから耐荷重を2G(372.7kg x レバー比1.5 x 2G =1118.1kg )を満足する18kgf/mm付近のスプリングを調べると
0120-060-0180
自由長120mm
スプリングレート18.35kgf/mm
ストローク61mm
密着荷重1120kg
密着荷重がギリギリですが何とか収まってます。

このスプリングを採用するので念のために固有振動数を求めると
単位換算とホイールレート
18.35kgf/mm=18.35x9.81x1000
18.35kgf/mm=180013.5Nm
レバー比1.5でホイールレートを求めると
ホイールレート=180013.5÷1.5÷1.5
ホイールレート=80006Nm
固有振動数
x=√(80006Nm ÷ 372.7バネ上重量) ÷ (2π)
x=2.33Hz

狙いどころには十分入っています♪
固有振動数2.33Hzでのフロント及びリアスプリングレートは
フロント 8.39kgf/mm
リア 18.35kgf/mm

現状は10kgf/mmのスプリングが入っているのでフロントが僅かに硬い設定になります。
現状の固有振動数を調べると
フロント 10kg/mm 2.53Hz
リア 14.28kg 2.06Hz
前が硬くて後が柔らかいのが数値でも確認出来ます。
ココまでの計算でリアのレート不足感覚は数値でも確認でき、次のスプリングの選定も完了

リアレートUPでフロントとリアの固有振動数を近付けてフラット感のある乗り心地と運動性の向上を狙います。