ハイドロニューマチック・サスペンション

概要

液体は複雑な経路（通路）の回路でも隅々まで流れる反面、高圧でも圧縮されない（体積が変わらない）ため、ロッドやリンクでは難しい自由な経路での力の伝達に向いている。パスカルの原理でも知られるとおり、伝える力の大きさを簡単に変えることができ、油圧装置は建設機械などの重機をはじめ、広く普及している。
また、回路の途中にオリフィス（絞り弁）を設けることで、液体が移動する際に抵抗が発生し、減衰力が得られる。
一方、気体は圧力をかけ続けると体積は際限なく縮小するが、それに比例して反発力も大きくなるため、密閉容器に閉じ込めると非常に優れたばね材となる。
この二者を組み合わせ、それぞれの性質を応用した機械がハイドロニューマチックシステムである。
これを初めて自動車に取り入れ、実用化したのはフランスの自動車メーカーであるシトロエンである。シトロエンの一技師であったポール・マジェス (en:Paul Magès 1908 - 1999) の20年に及ぶ研究と実験により、まず1954年にトラクシオン・アヴァン 15 Six のリアサスペンションに試験的に導入され、翌1955年に発表されたDSでは、根幹を成すシステムとして採用された。
DSでは、サスペンション、ブレーキブースター（倍力装置 = サーボ）、パワーステアリングにオイルポンプで発生させた油圧が用いられ、さらにセミオートマチックトランスミッションのクラッチ断続と変速動作（ギアセレクト）もその油圧で行う点が画期的であった。自動クラッチとギアセレクター以外は SM、CX、BX にも採用されたが、BX 以降のパワーステアリングは普通の油圧式になった。
サスペンションのみでの利用では、トラクシオン・アヴァン 15 Six、ID、H の救急車、SM、GS、GSA、CX、BX の例があり、XM では前後それぞれ3スフェア、2ダンパーのコンピュータ制御によるハイドラクティブサスペンションへと進化した（トラクシオン・アヴァンとHは後輪のみ）。
ハイドロニューマチック・サスペンションは、気体をばね力に、液体をダンパーおよび車体の支持に用いるもので、これをダブルウィッシュボーン、ストラットやトレーリングアームなど、さまざまなサスペンション形式と組み合わせることで、ハイドロニューマチックサスペンションとなる。
エアサスペンションとの違いは、ばねに加わる力が変化した場合、すなわち、アーム類がストローク（車高が変化）したときには液体の容積を増減して対応し、気体の出し入れは行われない。そのため、システムにエアコンプレッサーは不要であるが、車重を支えるための高圧オイルポンプが必要になる。
ハイドロニューマチック・システムでは、高圧オイルがサスペンションだけでなく、DSではギアセレクターとクラッチコントロール、ブレーキ、パワーステアリングに、SM、CXではブレーキ、パワーステアリングに使われている。なぜ高圧を用いるのかは、航空機の概念と同様、配管を含めシステム構成部品の全てを小型軽量化できるからである。
それらは全てパイプで繋がっており、エンジンの動力で高圧ポンプを動かし、アキュムレーター（蓄圧器）の基部のレギュレーター（調圧器）により油圧が制御されてアキュムレーター（写真参照）に蓄油されている。(140bar - 170bar)
油圧に関するトラブル時には、ブレーキ系を「優先」させるプライオリティー・バルブがあり、前輪ブレーキの油圧は残される合理的システム（フェイルセーフ）である。
後輪ブレーキには後輪のサスペンション油圧が使われる。従って、いかなる場合でもブレーキが作動しないことはなく、安全性は充分に保障されている。
作動油は、初期の植物性オイル、LHS（ピンク色）・LHS2（茶色）から、鉱物性オイルのLHM（緑色）へ、さらに化学合成オイルLDS（オレンジ色）と変遷している。
最初期のLHSはブレーキフルードと同等であり、現在もフランスの古いシトロエンオーナー達は、DOT-3のブレーキフルードにひまし油を加えてLHSを自作して使用している。

ハイドロニューマチック・サスペンションの動的作動

路面上を走行している状態では、路面の状態により車輪は上下動をしている。この車輪の動きは図1に示すように路面の凸部での車輪の上昇はサスペンション・アームを上方に動かす。この動きはロッドを介してサスペンション・シリンダーに伝えられる。シリンダー内の作動油(オイル)はダンパーを通過してスフェアに入ってエアばね（GAS）を圧縮する。
路面の凹部における車輪の動きに対しては、エアばねは膨張してスフェア内のオイルはダンパーを通過してシリンダー側に出る。ダンパーはスフェアの基部にあり、その部分を通過してオイルが出入りする仕組みとなっている。
この作動は短時間内の車輪の速い動きの際の状態である。
約2秒以下では車高修正機能は働かないが、これは後述するハイトコレクターのダッシュ・ポットの作動によっている。

ハイドロニューマチック・サスペンションの静的作動

気体の性質としてボイルの法則、フランスではマリオットの法則と呼ばれる。「一定温度下での気体の圧力と体積は反比例する」ので、気体を2分の1の体積まで圧縮すると圧力は2倍になる。すなわち「ばね力」も2倍になる。
その性質を車のサスペンションに利用したのがエアサスペンションで、人や荷物を積んだ時はばねレートが上がり、それらをおろすと元のばねレートに戻るので軟らかいばねレートを設定できる利点がある。この場合には積載時にエア容積は圧縮されてより硬いばねレートが得られるため、通常設定ではボトミング（底突き）することもない。
バネとダンパーは、スフェア（写真参照）と呼ばれる金属製のボールとそれに繋がるシリンダーで構成されている。
ダンパーはスフェアの基部にあり、その部分を通過してオイルが出入りする仕組みとなっている（ダンパーに付いては後述する）。
スフェアの内部はゴム膜で仕切られており、シリンダー側にはオイルが反対側には窒素ガスが封入されている。（図2参照）
窒素ガスがバネ、オイルがロッドの働きをし、1つの車輪に対して1組のスフェア（球体）とサスペンション・シリンダーが配置される。
スフェア内の窒素ガスは密閉されているが、オイルは車高調整やばねレート調整の際に出入りできる構造になっている。
リザーバー・タンクに貯められたオイルは、高圧ポンプでアキュムレーター（蓄圧器）と呼ばれる高圧容器に送り込まれる。アキュムレーターの基部にあるレギュレータにより、この油圧が140 - 170barに保たれるよう制御される。
サスペンションではアキュムレーターで一定圧に保たれたオイルが、ハイトコレクター・バルブ（車高調整弁）、サスペンション・シリンダーの順にオイルラインで繋がっている。（図3、左参照）

セルフレベリング・システム

負荷積載時に車体が沈み姿勢変化をした際には、それを補正するためにシリンダー内のオイル量を増加させて、常に車高を一定に制御するセルフレベリング機構を備えている。
その制御は前後に各1個ずつ配置されたハイトコレクター・バルブで行われる。
各ハイトコレクター・バルブには左右のサスペンション・シリンダーからのオイルライン1本とアキュムレーターからのオイルライン1本、リザーバー・タンクに帰るオイルライン1本の計3本が繋がれた3方向スライドバルブである。
ハイドロニューマチック・サスペンションでは、純粋に機械的なもので前後共にサスペンション・アーム軸にあるアンチロール・バーの捻じれの平均値である中央部の変位を、DSでは前後共に「左側ボディー」に固定されたハイトコレクターのスライド・バルブに1m近い長さのロッドで伝えている。
実に「おおざっぱ」であるが、これで充分に機能していることが重要であり、ハイドロニューマチック・サスペンションでは反応時間を意図的に遅らせる装置ダッシュポットをハイトコレクター内部に持っている。
サスペンション・シリンダーに出入りする油圧を3方向バルブで制御する際に、ニュートラル・ポジションから変位する（上下させる）際には、スライド・バルブを動かして供給するのだが、この際には自由にオイルが移動する方のパイプを閉ざしてしまい、ダッシュポットを無理に通過させるのでサスペンション・シリンダーへの油圧供給を始めるのが遅くなる。
ニュートラル・ポジションに戻る際には、内部の自由にオイルが移動できる方のパイプが開いているので、車高の修正は速やかである。
正常位置から上下に変位する場合には「反応は遅く」、戻る時には速やかになる。
路面変化に追従して車高が速やかに変位していると、時間の遅れは必ずあるので、逆に逆にとなるからであり、短時間の変位は無視するのが正しい。
この条件は「機械式であろうと」、「電子式であろうと」同じである。
ダッシュポットの構造は、中心に0.3mm径の孔がある5.8mm径の円盤(FOIL-WASHER)8枚から成る。
ハイト・コレクターは全車種に共通なので流用が出来るし、この装置の故障はほとんどない。
手動車高調整時の作動
手動車高調整は運転席のレバーによって行われる。
車高調整のレベル幅は車種のシリンダー設計によって異なるが、その作動方式には差はない。
最高位置（MAX）と最低位置（MIN）との高さの違いはDSでは9cm - 28cmと最大である。従って、この間にはNormalからMAXまでは3段階あるが、GSでは2段階になっている。
運転席からの手動操作用の長いロッドは各ハイトコレクターのスライド・バルブを動かし、それぞれの決められた車高位置でシリンダー長の修正が完了するように設定されている。このため、手動による操作は、同時にアンチロールバーによる作動と連動する。
これは、図3の右側上図2枚で"Load"とは関係のないものと見た作動に一致する。手動による車高変化では、ばねレートには変化は生じないし、車高が変わった位置でセルフ・レベリングは行われる。
ここでMIN位置はサスペンション・シリンダーの油圧が0の状態であるが、MAX位置では最大油圧(170bar)がスフェアに掛かるので、最も圧縮された状態になるから「その状態を続ける」のはスフェアの寿命を著しく短くするのでタイヤ交換時以外には推薦されない。
荷重変動時の作動
通常走行時ハイトコレクターバルブは閉まっているが、荷物を積むなどして車高が下がるとバルブが押され、サスペンション・シリンダーがアキュムレーターオイルラインと繋がり、アキュムレーター側は高圧であるのでサスペンション・シリンダー側にオイルが流れ込む、オイルが流れ込むと車高が修正され、それにともない押されたバルブも元に戻りオイルの供給は止まる。（図3、右上参照）
荷物を降ろすと今度は車高が上がり先ほどとは逆にバルブが引っ張られて、サスペンション・シリンダーがリザーブタンクオイルラインと繋がり、圧力の掛かっていないリザーバータンクにオイルが戻る。オイルが戻ると車高が下がり引っ張られたバルブも元に戻る。（図3、右下参照）
ここで重要なことは、前後のハイト・コレクターは独立しているが、左右のサスペンション・シリンダー、すなわち左右輪は1本のオイルラインによって連結されているので、左右関連している点である。
この左右のサスペンション・シリンダーが油圧配管を共有しているから、第3のスフェアと2つのダンパーを追加し、センサーからの情報をコンピュータ制御して関連を増強したり、独立させたりしたハイドラクティブ・サスペンションが生まれた。
ハイドロニューマチック・サスペンションでは、電気的なセンサーを使わず機械的変化で各装置を制御することが特徴となっている。

ジャンボ(B747)のランディングギヤ・ストラット

747のストラットは「エア・オイル・タイプ」であるが、ダイアフラムの無い典型的シリンダー型であり、ハイドロニューマチック・サスペンションのようなダイアフラムのあるブラダ型では無い。
全オイル量は80リットルある。下端のオイル注入孔からストラット頂部の空気注入孔から鉱油があふれるまで入れる。この時の内筒の長さは最短である。そこで頂部注入孔からエアを2,000PSi（1PSi=0.07bar）になるまで注入する。この方式はエア・バネの典型的構造で、ダンパーを持つ。
圧力ゲージがあり750 - 1,750PSiの測定範囲で、双曲線グラフの指定範囲内にあることを離陸時に調整する。携帯式窒素ガスボンベでその都度注入調整する。
B-747の操縦系統は4系統あり、それぞれ独立しているので、作動油の全量は680リットルあるので、リザーバータンクも巨大であり、高空での気泡化を防止するために2 - 3気圧に加圧されている。
高圧ポンプはシリンダーとピストンが常に回転し、斜板の角度を変える「可変容量型ポンプ」であり出力0 - 160リットル/分であり、アキュムレターを持たない。
他の形式のエア・オイル式サスペンション・ストラットを参考に紹介した。(B-747:Training-Manual,1984)

ハイドラクティブ（イドラクティヴ）・サスペンション

基本的にはハイドロニューマチックサスペンションの左右が関連している点を利用して、前後の各中央に1スフェアと2ダンパーを追加して、各輪を1ユニット(スフェア、ダンパーとシリンダー)に独立させた「ハード・モード」と2ダンパーを介して関連した3スフェア構成の「ソフト・モード」の2サスペンション・モードを選択できる方式に改良した。
この画期的な方式は、1つの車が、2つの「硬軟サスペンション」を持ち、且つ瞬時にこれらを切り替えられることを意味する。
これらの選択は下記各部センサーからの情報を中央コンピューターにより制御すると共に、手動でも切り替えができる。
センサーには、ハンドルの切れ角・回転速度、アクセル開度・開閉速度、ブレーキ圧、車速、車の揺れを感知し、その情報をもとにコンピュータがオイルバルブを開閉して制御する。
その後、ハイドラクティブII、ハイドラクティブIII、ハイドラクティブIII+（プラス）と変化する。
ハイドラクティブIIIでは、サスペンション系とハンドル、ブレーキ系のオイル経路を完全に分離。また、車速や路面状況に応じて車高の自動制御も行われる。
ハイドラクティブIII にはハイドラクティブIIIとハイドラクティブIII+ が存在する。
ハイドラクティブIIIではハイドロニューマチックと同様サスペンション・スフェアは4個である。
ハイドラクティブIII+はハイドラクティブI や IIと同様前後に一つずつの追加スフィアを持ち硬軟
モードの切り替えも自動で行う。硬軟切り替えのタイミングは "SPORT" ボタンで選択が可能である。
初代C5において、III及びIII+はエンジンにより組み合わせが決められている。ガソリンエンジンの2.0モデルは前期型ではIII+であったが後期型ではIIIに変更された。

プジョーとハイドロ

シトロエンとプジョーの業務提携により、PSA・プジョーシトロエンが発足。それによりシトロエンとプジョーはOEM関係になる。そうなると、当然スプリングも共有することになり当初企画されていたBX（プジョー・405とプラットフォーム共有）はシトロエン側の開発構想が押しつぶされ、バネのサスペンションとされ、これにより、シトロエンのハイドロはピリオドを打つはずだった。
しかし、これにより提携当初から両社の方向性に違いを感じていたシトロエン側の技術者および、地域ディーラーの怒りが爆発しPSAグループに猛抗議した結果、BXのサスペンションは当初の企画どおりハイドロニューマッティックが採用された。現在、もはやCセグメントの車種への投入は望めないものの、上級グレードのサスペンションとしてのみ採用されるようになり進化を続けている。

ハイドロニューマチックサスペンションの今後

日本国内では2015年にC5の販売が終了(フランス本国でも2017年で終了)したため現在は国内において新車でハイドロニューマチックサスペンション及びハイドラクティブサスペンションの車両は購入することはできない。また、シトロエン本社からは、今後ハイドロニューマチックサスペンションやハイドラクティブサスペンションの車両を製造する計画はないと発表されている。
しかし今までのハイドロに変わるサスペンションとして電気式サスペンションが開発されている。
また2017年上海モーターショーで発表された新型C5エアクロスには、次世代ハイドロとも目される「プログレッシブ・ハイドロリック・クッション（PHC）」が搭載されることが明らかにされたほか、2018年発売のC4カクタスにもPHC搭載モデルが用意された。