この話題は、理論(単位)と実際の境目で延々決着がつかない話ですね、、
●理論（単位）で言えば「プリロードを掛けてもスプリングレートは変わりません」
これはスプリングレートの表記自体でも表されていて、
「１０ｋｇfmm」の表記は10ｋｇｆの力が加わると1mmスプリングが縮みます」って意味なので
スプリングを縮めていっても一定のレートです。
プリロードを掛けてスプリングを縮めて硬くなるなら「10kgfmm」の表記自体が成り立たない事になります。
●実際で言えば「プリロードを掛けるとサスペンションの動きは明らかに硬くなる」
これは実際に直巻きスプリングを用いる車高調整式サスペンションを自分でセッティングしたことのある方なら体感している事で
確かに体感はスプリングが硬くなる感覚を受けます。
何が起こっているかを考えるために、「スプリングレートの表記は何なのか？」から調べてみると
スプリングの設計により特性は異なりますが、一例として「とあるスプリングの特性」を調べてみると
●このスプリングは自由長から縮み始めから全ストロークの30%ほどは安定レートの10ｋｇｆｍｍに向かってスプリングレートが0kgfmmから立ち上がっていきます。
●全ストロークの30％でレートが安定して、全ストロークの70％まで10kgfmm付近でストロークに伴い緩やかに上昇しつつ安定推移します。
●全ストロークの70％から先は線間密着（スプリングが完全に潰れて鉄の塊になった状態）の∞kgfmmに向かってスプリングレートが高くなります
スプリングが自由長から線間密着してしまう間のレート変化は設計次第で変化しますが、「レート立ち上がり」、「安定レート」、「線間密着までの変化特性」は共通です
このレート変化特性の中の安定レート域の固さが「表記されるスプリングレート」になり、例で挙げたスプリングは「10kgfmmのスプリング」として販売されます。
つまり、、、表記では「荷重に対してのスプリング変形量は一定」と表しますが、それはそのスプリングを表現するための代表的なレートであり
スプリングレートはストロークにより変化しています。
これでも実際に「プリロードの変化が体感できない仕様」と「わずかなプリロード変化で大きく体感できる（硬くなる）仕様」が存在します。
このプリロード変化に対しての影響は、「ダンパーのストローク量とスプリングの有効ストローク量」の関係により変化します。
●ダンパーストロークに対してスプリング有効ストロークが等しい場合
プリロード0でしか使用できません、理由はプリロードを掛けるとスプリングの有効ストローク以上にストロークしてしまうので、塑性変形域に入りスプリングが壊れます
●ダンパーストロークに対してスプリング有効ストロークが長いが、あまり余裕がない場合
例を挙げて説明すると、
100ｍｍのストロークするダンパーに有効ストローク133mmのスプリングを組み合わせた場合
プリロード０でのスプリング有効ストロークの70％使っています。
この状態でのスプリングレートは「レート立ち上り部分から全ストローク70％の領域」を使っているので、表記レートより実レートは低い状態になっています。
このサスペンションにプリロード30㎜を掛けるとスプリングは130㎜ストロークする事となり有効ストロークの99％を使います。
この領域になると有効ストロークの70％～99％までのレートが高くなる領域に掛るので、表記レートより実レートは高い状態になっています
この平均スプリングレート変化を体感しているのが「プリロードを掛けると硬くなる」の原因だと考えます。
プリロードが掛ったスプリングのストローク後半の固さを感じているのであれば、
自由長が長いスプリングに交換すれば安定レート域に収まり乗り易さにつながると考えます。
●ダンパーストロークに対してスプリング有効ストロークが長く、ダンパーストロークがスプリング有効ストロークの50～60％ほどの場合
例を挙げて説明すると、
100ｍｍのストロークするダンパーに有効ストローク180mmのスプリングを組み合わせた場合
プリロード０でのスプリング有効ストロークの55％使っています。
この状態でのスプリングレートは「レート立ち上り部分から全ストローク70％の領域」を使っているので、表記レートより実レートは低い状態になっています。
このサスペンションにプリロード30㎜を掛けるとスプリングは130㎜ストロークする事となり有効ストロークの72％を使います。
スプリングストロークに余裕があるので「有効ストロークの70％～99％までのレートが高くなる領域」ほとんど掛らないので、表記レートより実レートは低い状態のまま
平均スプリングレートへの影響が少ない状態になります。
同じプリロードを掛けてもスプリング有効ストロークが長いほど影響が出にくいって事になります。
ただし実際にはここまで寸法的な余裕がある車高調は少ないので、できるだけ影響が出ないように
可能な限り長いスプリングを入れて影響を抑えるって感じになります。
以上の事から、プリロードの影響は以下の条件で表面化します。
ダンパーストロークとスプリングストロークの関係次第でプリロード変化に対しての感度が変わり
●スプリングストロークが短い（自由長が短い）ほどプリロードの影響を受けて実効レート変化が大きく
●スプリングストロークが長い（自由長が長い）ほどプリロードの影響に対しての感度が低く実効レート変化が少なくなる
プリロードによる体感をセッティングに反映させる方法は以下になります。
●プリロードを掛けた状態でスプリングの固さを感じるならば
同じレートで自由長がより長いスプリングに交換しプリロードを掛けた状態でのレート変化の影響を抑え
●プリロードが掛ったスプリングのストローク後半の固さを必要とするのであれば（車両の操縦性に対して）、
同じ自由長でレートUPを行いプリロードを抜きます。
「プリロードにより何が起こっているか」をスプリングの有効ストロークを目安に推測していけば
次の仕様を考える手掛かりとなります。
プリロード調整とスプリングの特性 ②
ブログランキングに参加しています、記事を気に入っていただけましたら
↓クリックしていただけると嬉しく思います。
にほんブログ村
全般ランキング
はじめまして
記事を見ての感想です
半分正しく半分間違いという感じですね
プリロードを30ミリ掛けても1Gからのストロークは同じだということを見逃していませんか？
1G状態を理解していない方が多いので気になっています
UWさま
コメントありがとうございます
プリロードを掛けると掛けないでは
定荷重に対する1Gからのストローク量は変化します
なぜならば、～kg/mmのスプリングレート表記は
スプリング自由長から線間密着までの間の安定したスプリングレートを代表して表記しているからです、
スプリングレートは
自由長からストロークするに従い次第に表記レートに向けて立ち上がり
安定レート域を過ぎて線間密着に近づくにつれて表記レートより高くなります。
30mmプリロードを掛けることにより、
1Gでのダンパーストロークの伸びと縮みの割り振りが変化し
30mm伸び側が減少して
30mm縮み側が増えます
この事により
スプリングストロークを30mm深くストロークさせる事になるので
動領域のレートを積分すると表記レートより高くなります。
このスプリングの特性は
同じレートのスプリングでも有効ストロークが短いスプリングの方がダンパーストローク亮に対しての影響度が大きく顕著に表れる事になります。
ご指摘の「1Gからのストロークが同じ」と言うのは
「～kg/mm」の単位だけで事象を捉えた事であり
実際のストロークに伴うスプリングレート変化を見ていない事ではないでしょうか？
SWIFT(トーハツ)のHPに掲載されたスプリングレートグラフも同じ傾向が表記されています。
後半にプリロードによるダンパーストロークとスプリングストロークの変化は書いたつもりですが
私の書き方が悪いようですね
まぁ、、、
あくまでも所詮は「素人の独学」でしかないので参考までに
正しい理論を教えて頂ければ嬉しく思います
今後ともよろしくお願いいたします
こんにちは。
１Gで50㎜縮むバネがあったとします。
これに20㎜のプリロードをかけます。
すると１Gでは（自由長に対して）何ミリ縮みますか？
答えはもちろん50㎜です。お分かりですよね。
50㎜縮んだ状態から、さらに１G相当の荷重をかけます。
バネはさらに50㎜（自由長に対して100㎜）縮みますよね？
これにプリロードは、関係ありますか？
＞30mmプリロードを掛けることにより、
＞1Gでのダンパーストロークの伸びと縮みの割り振りが変化し
＞30mm伸び側が減少して
＞30mm縮み側が増えます
ここまでは正しいです。
＞この事により
＞スプリングストロークを30mm深くストロークさせる事になる
ここが間違っています。スプリングストロークは、同じなのです。
関係あります
スプリングのストロークは有限なので
ダンパーストロークとの関係次第ではスプリングの有効ストロークを越えて塑性変形します。
最悪の場合は線間密着します。
他の影響に関してはブログに書きました
お勉強頑張ってください
他の意見にならって、
１Gで50㎜縮むバネがあったとします。
プリロードで１Gかけた状態のバネは、その分の反発力を持っていますよね。
その状態に車体荷重で１Gかけても、
バネは縮まないっていう予想です。
その原理として、
全長調整式ではなく、ネジ式車高調使ったことある人なら分かりやすいと思いますが、
プリロードかけるほど車高も上がっていきますよね。
なので、
例えば、4輪とも50mmプリロードかける意味合いとしては、
走行中、１Gより軽くなる部分をストロークさせない、伸びない。
ブレーキングでリヤ荷重が抜けて、
リヤのバネは伸びようとするけど、伸びない、
車体姿勢の前かがみを抑制できる。
旋回加速中なら、フロントが伸びない分、
プッシングアンダーの抑制。
まあ、少々だと思いますけど。
ボンズＳ１５さま
コメントありがとうございます
プリロードを理解するうえでの表現方法は「プリロードの目的」さえ理解できれば反発力でもなんでも良いのですが、、、
プリロードの目的はあくまでも
「サスペンション（ダンパー）ストロークの伸びと縮みの割り振り調整」です。
「サグ出し」といわれるサスペンションセッティングの基本事項で、
ストローク量の割り振り調整なので1ｇ状態でスプリングに入力される力の総量は絶対に変化しないので、「反発力」などの力のニュアンスを入れないほうが混乱しません
ボディを支える支点高さの変化でしかありませんから
調整結果として車高変化が発生しますが、車高とサグ出しは本来は個別に設定する調整項目ですので、
全長調整やアッパーマウントにスペーサー追加なので車高は別管理が必要です。
サスペンションセッティングは各個人の好みですが
プリロードを使ってサスペンションの伸びストローク規制で姿勢変化量を調整することは僕は選びません
理由としては
伸び切り状態ではサスペンションとしての路面追従が不可能なので駆動輪ではトラクション切れが発生し、操舵輪では旋回時のインリフトが発生してピーキーな挙動が発生します。
実際に走行中の車両のタイヤを動画撮影すると、バウンスとロールが複合して発生しているのが見えるので
伸び縮み共にかなりのストロークを必要としています。
また、速度が高まるほど路面からの入力が大きくなりバウンス量が増えるので、伸び切りで引き落とされる感覚が強くなり直線でも「車を信じられない感覚」が拭えません
僕の唯一知っている方法ですが、
車両の旋回特性を変化させずに姿勢変化だけを抑えるには、前後のばね上固有振動数を調べて前後の固有振動数バランスを崩さすに高めて、
求められた固有振動数から、ホイールレートを計算し、レバー比とＡＣＦを織り込みスプリングレートを求めて交換して
レートにあわせたダンパー減衰力を計算し設定します。
高レート化の後に「サグ出し」を行い変更前と同じサグを設定してスプリングが遊んだ場合に
「遊び」を埋めるのがヘルパースプリング
「余った伸びストロークを有効に使ってイン側のタイヤを使う」のがテンダー（アシスト）スプリングやプライマリースプリングです。
つまりサグを理解すれば全長調整式でもヘルパーやテンダースプリングが必要になります
プライマリースプリングはもう少し難しくて
プライマリースプリングの使い方は１g密着するのは伸び側の制御に使って
1ｇ密着しないのは、縮み側の姿勢調整に使います。
（バンプラバーより粘るので旋回特性に癖が出るので好き嫌いが分かれます）
返信ありがとうございます。
車好きで自分で弄ってますが、間違った思い込みだったり、
考えが変わってきたりで、いつも車のことばかり考えています。
なので、こういうやりとりはすごくためになります。
ぼくが書いたプリロードをかける意味合いっていうのは、
行きすぎですね(笑)
思いつくままに書いたけど、デメリットのほうが大きいと思ってます。
自分のも、プリロード０で使ってます。
本題です。
ぼくもそうですが、他の方も引っかかっている部分、
“プリロード30㎜を掛けるとスプリングは130㎜ストロークする事となり有効ストロークの99％を使います。”
もう一度考えてみたんですが、
スプリングを140mm縮める荷重があるとして、
[プリ０]
ダンパー100mm縮んだところでバンプタッチ
ダンパーストローク100mm
スプリングの0～100mm部分のレートを使っている
[プリ30]
ダンパー100mm縮んだところでバンプタッチ
ダンパーストローク100mm
スプリングの30～130mm部分のレートを使っている
プリ０に比べて固く感じる
実際、車のストロークは同じだけど、
スプリングストロークの浅い部分を使うか、
深い部分を使うかの違い。
こういう解釈で合っていますか？
これで合っているなら、
他の皆さんが言っていることも、
ダンパーストローク、スプリングストロークの混同を除けば、
お互い間違ってなさそうに思いました。
噛みあってないだけ？
ボンズS15さん
「実際、車のストロークは同じだけど、
スプリングストロークの浅い部分を使うか、
深い部分を使うかの違い。」
その通りです。
僕の伝えたかった意図を理解して頂き嬉しく思います。
プリロードの主目的はサグ管理ですが、同時にスプリングストロークの使う範囲も変化してしまうことが問題で、
この事がドライバーが受けるフィーリングを変化させて誤解や混乱を招いています。
基本的に車高調整サスペンションは自由長が長く取るのが難しいので影響が顕著に現れます。
しかもこの影響は大きく、
同一レートでも自由長変更してより長い（短い）スプリングに変更したり
同一自由長で有効ストロークがより長い（短い）スプリングに変更するとフィーリングは大きく変化します。
もちろん長くする方が、深くストロークした時の粘りが良くなります
この変化の違いはアイバッハやハイパコへスプリング交換でのインプレで多くの方が感じています。
現状のスプリングレートで問題が無いとして、、、
プリロードによるサグ管理を行った上でスプリングとダンパーストロークの関係を数値で扱ってセッティングを繰り返すと
トラクション、乗り心地ともに自分好みに近づける事が出来ます。
（数値化して扱わないと比較と考察ができません）
先に「ばね上固有振動数によるレート管理」を理解する事をオススメしますが、、、
ちょっと計算が面倒ですがエクセルで式を組むと理解できます。
計算式は他車に乗り換えてもパラメーター変更で使えるので
一度挑戦してみてはいかがでしょうか？
他の方は1Ｇ状態での話だけで「走行中のフルストローク付近までのイメージ」にたどり着いていないと思っています
僕の文才が乏しいことも原因ですが、、、
話を戻しますが。
根幹的な部分です、ここが食い違っていると大きくズレたままなので。
まずボクの意見は前の二人とたぶん同じです。
１Gにこだわっているわけじゃなく、例として挙げやすいので、
例えば、１００キロの車体として、
１Gで縮む量が１００ミリのスプリングがあるとします。
荷重０の状態から
１、そのバネに重り100キロ乗せた状態と
２、スプリングシートで100ミリプリロード掛けた状態
どちらも100ミリ縮みますよね？
この状態で、車が乗っかるとそこからバネは何ミリ縮みますか？
１、100ミリ（縮み合計200ミリ）
２、０ミリ（縮み合計100ミリ）
つまり、２は、プリ０と縮み合計は同じ
縮めていくとレートが変化するっていうのは理解しています。
が、車が一緒、荷重が同じなので、
プリロード掛けても、
そこまでのストロークを使わないってだけで、
それ以上の荷重部分はスプリングストロークの同じ部分を使っているという考えです。
プリロード掛けると硬く感じるっていうのは他の要素だと予想。ここでは一旦置いときましょう。
・プリロード掛けた部分から0荷重スタートではない
・プリロード掛けてレートが変化しようが、同荷重では、スプリングストロークの同じ部分を使う。
別の例として、
”「実際、車のストロークは同じだけど、
スプリングストロークの浅い部分を使うか、
深い部分を使うかの違い。」”
これに関しても、ダンパーストロークが
スプリングの浅い部分、深い部分で活きるかったいうだけで、
プリロード有り無しで、同じ荷重で比較のときは、
スプリングも同じ部分、同レートで動いていると思います。
どうでしょうか？
ボンズＳ１５さん
仰りたい事が見えてきました。
表現を合わせてお話すると
確かに荷重と1Ｇ付近でのレート変化に関してはプリロードの有無により変化することはありません
静止状態での１Ｇ荷重（=車両重量）は変化しません
ただし、コレは実走行時を考えるとマクロな視点であり
走行時に与える影響を考える事を優先して考えています。
実際に走行してストロークしている状況では
ばね上固有振動数以下の車両運動による姿勢変化量は意外と少なく、ロール方向でも最大荷重となる片輪走行時でも最大２Ｇまでですので、ストロークとレートで割り算すれば最大ストロークを確保することは容易に管理できます。
しかし、完全平滑な路面は現実には存在せず、路面にはギャップが存在するので実走行では最大２Ｇを許容するストロークを超えてサスペンションは動きます。
ばね上固有振動数を超える速い入力に関してはばね上（ボディ）は動かずにばね下（タイヤからサスペンション）だけが自由運動するので入力を満足するストローク量が無ければフルボトムします。
（ダンパーの縮み高速域の減衰力でブレーキは掛かりますが、、、）
この領域になると、ダンパーストロークに対して十分なスプリングストロークを持っていないサスペンションはプリロードを掛けた分だけストロークの深い領域を使うことになり
後半のレートが高まる領域を使うことになります。
「硬くなった」と感じる原因はこの領域のお話です。
つまり、プリロードを掛けても車両の姿勢変化に及ぼす影響は少なく
（スプリングストロークが短いスプリングほど僅かですがロールピッチに関しては平均レートが高い方にシフトするのので減少しますが）
ギャップ通過時の深いストローク領域での硬さを主に感じることで「プリロードを入れると硬くなる」って感覚が生じます。
デジタル的な視点で見れば縮みストロークに伴いレートが上がってくるのは確かなので、「奥だけ固い、浅いところは変化しない」って事になりますが
ギャップ通過時の早い入力（15Hz）付近では人間の感覚ではデジタル的には知覚できずに、動いた縮みストローク領域の平均レートをアナログ的に感じます。
特に寸法が限られ、ストローク量が短い車高調整式サスペンションだとおのずとスプリングの自由長が制限されスプリングストロークが十分に取れないので、ノーマル形状よりも顕著に影響が出ます。
実際にフロントだと80ｍｍくらいのダンパーストロークのサスペンションにスプリングストローク120ｍｍを満足するスプリングを組めるほど余裕はありませんよね
（自由長はスプリングの設計に寄りますが240ｍｍくらいは必要になります）
これで少しお話が整理できていますか？
文才が無いので分かりにくくてすみません