2025/06/09
ブレーキの話(追記)
前回までに「制動距離に、車重は影響しない」と書きましたが、「じゃあ、なぜ大型車はエアブレーキのような強力なブレーキを備える必要があるのか?話が矛盾しているじゃないか」と納得できない人もいると思うので、おまけで。
おそらくそういう人は、ブレーキによってタイヤの回転を止めるのと、タイヤによって車を停止させるのとを混同しているのではないでしょうか?
※実際、ネット上にはそういう論調のサイトが殆ど。
1 ブレーキによってタイヤの回転を止めるには?
まずは、ブレーキ単体の制動力の話から。
ディスクブレーキなら、ブレーキによってローター(タイヤ)の回転を止めるには、ローターとパッド間の摩擦力を考える必要があります。
※通常、フルブレーキングすれば即座にホイールロックが起きるため(ABSがない場合)、静止摩擦で考える。
ホイールロック、つまり回転が完全に止まった状態の静止摩擦力(f=μN)において、μはローターとパッド間の摩擦係数、Nは垂直抗力(パッドを押し付ける力の反力)ですが、大型車ほどタイヤの慣性モーメントが大きいので、ローターの回転を止めるにはより大きな垂直抗力、つまりは油圧よりも強力なエアが必要になります。
※なお、「ローターやパッドを大型化して接触面積を増やし、(ブレーキ単体の)制動力を上げる」などと平気で言う自動車評論家もいますが、接触面積がいくら増えようが摩擦力は上がりません(∵摩擦力は見掛けの面積に依存しない)
2 タイヤによって車を停止させるには?
物体は力を加えなければ(停止しているか)等速直線運動を続けますが、車という物体に働く力のうち、制動力とは何かというと、普通は「(ブレーキを掛ける事によって生じる)タイヤと路面間の摩擦力(=前方に働く力)の反力」を指します。
つまり車の制動力を考える場合、ブレーキ単体の制動力ではなく、(前回までに書いたように)タイヤと路面間の摩擦力を考える必要があります。
※タイヤという弾性体の場合、クーロンの摩擦法則に完全に従う訳ではなく、定速走行時においても凝着と滑りが同時に発生するという複雑な摩擦挙動を示しますが、同じくABSがなくホイールロックが起きた状態(スリップ率100%→動摩擦)で考えます。
・f’=μ’N(動摩擦力=滑り摩擦係数×垂直抗力)
ここでN=Mg(垂直抗力=質量×重力加速度)より、f’=μ’Mg
つまり、車の制動力=滑り摩擦係数×質量×重力加速度
要するに、タイヤと路面間の摩擦力は車重と比例関係にあり(タイヤに掛かる荷重=垂直抗力となるため)、車重が倍になれば運動エネルギーも倍になりますが、同時に摩擦力(⇔制動力)も倍になるので、制動距離は同じという事です。
※厳密に言えば、タイヤの摩擦係数は荷重に対して一定ではなく、また荷重移動の程度によっても各タイヤの滑り摩擦係数は変化するため、完全な比例関係にはならないが、ここでは影響は無視する。
要は、車の制動力(制動距離)を考えるにあたっては、
・ブレーキは、ローター(タイヤ)の回転さえ止められれば十分で、それ以上に強力であっても宝の持ち腐れである。
・制動距離は、タイヤが同じなら(荷重移動等の細かい要因を考えなければ)車重に関わらず一定である。
という話です。
P.S.
前に紹介したリンク先が、過去に価格コム上で炎上していたようです(笑)
真っ向否定する人も多いようですが、「ブレーキ強化→制動距離が短縮される」と思い込んでいる人は、まず1と2を区別できていないのだと思う。
かつてブリヂストンが、「タイヤは(ハガキ1枚に)命を乗せている」とCMしていましたが、走る・曲がる・止まるはタイヤと路面と間の摩擦力があるから可能な訳で、いかに高性能なエンジンやブレーキの車であろうとも、タイヤの能力以上のことは出来ません。
更に追記)
【それでもまだ納得できない方へ】
以前にも書きましたが、運動エネルギーと仕事の関係から、次の式が成立する。
・質量×速度の二乗÷2=制動力×制動距離
※ベクトルの向きは真逆。
式を変形すれば、
・制動距離=質量×速度の二乗÷(制動力×2)
ここで制動力=質量×重力加速度×滑り摩擦係数なので、これを代入すれば、
・制動距離=速度の二乗÷(重力加速度×滑り摩擦係数×2)
つまり、道路構造令にあるように、
・L= v0^2 /(2×g×f)となります。
L:制動距離(m)
v0:制動開始時の速度(m/s)
g:重力加速度(9.8m/s^2)
f:すべり摩擦係数
※ネット上には法令すら否定して自己の主張を繰り広げる人もいますが、当たり前ですが法令は物理法則に基づいて作られているため、法令を否定=物理法則を否定しているのと同じ行為です。
Posted at 2025/06/09 17:03:32
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