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2025/06/15

過積載だとなぜ止まれないか?【改訂版】


過積載の大型車の場合、実際に制動距離が延びてしまいますが、何故でしょう?


1 ブレーキの限界を超えるから?

これまた前に紹介したリンク先には、「本来ならば10トンの荷物を満載する事を前提にブレーキを設計しているのに、それに4割増し或いは8割増しもの荷物を積んだら、ブレーキが完全にタイヤを止められなくなるのは当然の事です。」と書かれていましたので、まずはこれを検証します。

まず、基本となるタイヤの慣性モーメントとトルクは、
・慣性モーメント I=M×R^2(M:質量、R:回転半径)
・トルク T=I×α(α:角加速度)
なので、大径タイヤほど回転を停止させるためには大きな力が要りますが、ここでは積載量は直接的には影響しません。
※タイヤのたわみ=転がり摩擦が増える分の影響は多少ある。

次に、実際に走行している自動車を考える場合、直進運動する車両の慣性を、駆動軸に関する慣性モーメントに等価させて考える必要が出てきます(いわゆる等価慣性モーメント)

等価慣性モーメントの式は、直線運動の運動エネルギーと回転運動の運動エネルギーが等しいと置いて求められます。
例)大型で15t積んだ時と、過積載で25t積んだ時の比較。
・総重量25,000kg、車輪径1,000mmの車軸換算の等価慣性モーメント(全輪合計)は、
I=M×R^2=25,000kg×(1.0m/2)^2=6,250kgm^2
・これが総重量30,000kgに増えると、
I=M×R^2=35,000kg×(1.0m/2)^2=8,750kgm^2

という訳で、過積載になれば等価慣性モーメントが増えるので、同じ制動トルクであれば、タイヤが回転を止めるまでに余計に時間がかかる事になります。
このタイヤが回転を止めるまでの時間は等価慣性モーメントに比例するので、10t増しで過積載した場合、1.4倍となります。
※但し、回転が完全に止まらないと制動力が働かないという訳ではないので、時間が1.4倍に伸びても制動距離が1.4倍に延びる訳ではない。


2 タイヤの(摩擦力の)限界を超えて滑るから?

オーバースピードでコーナリングした場合など、タイヤの摩擦力(横力)を越える外力(遠心力)が加わると、当然滑ってしまいます。
ブレーキでも同じことが起こりますが、滑りはじめても一気にグリップが抜けて滑るのではなく、高めの摩擦力が維持されます(氷上路など水の膜によって摩擦係数が極めて低くなるケースを除く)

ここからは余談ですが、「タイヤがロックすると、自動車を止めようとする力は走行抵抗だけになる」と考える人が、大学教授や理系技術者などでも一定数いますが、以前「餅は餅屋」と書いたように、彼らとて必ずしも専門家ではないため、一般論で述べているだけです。
※専門家によって書かれた本(渡邉徹郎著「タイヤのおはなし」)に、「ゴムのように弾性を示す材料ではクーロンの摩擦法則に従わないケースがほとんどであり、その挙動は大変に複雑です」と記載があるように、一般論を当てはめて考えるのは誤りで、例えば同じ荷重(車重)なら、接触面積が広い方が摩擦力(グリップ)は上がるので、レーシングカーは太いタイヤを使っている。

また、以前書いたように車両総重量=荷重なので、たとえ過積載をしたとしても、タイヤの摩擦力も荷重に比例して上がるため、原則的には制動距離には影響しません。
ただ、荷重が増えると下図のように摩擦係数は下がるので、荷重と摩擦力の関係は完全比例にはならず、制動距離にも影響するのは事実でしょう。


「タイヤのおはなし」より


3 では、荷重移動はどう影響する?

前回書いたように、荷重移動は⊿F=Mαh/L、つまり大型トラックのように重くて重心が高い車ほど、(ホイールベースの長さを勘案しても)荷重移動は大きくなります。

乗用車で1名乗車と5名乗車では、総重量はせいぜい20%の差ですが、それでも100キロからのフルブレーキングで(EBDがないと)車両1台分くらいの差が出るので、制動距離を40Mと45Mとすると、制動距離の差は12.5%になります。
これに対し、大型トラックで空荷時と最大積載時の総重量(~25t)を比べると、150%もの差になり、更に過積載(例えば10t上乗せ)すると、総重量は250%の差。
これを単純計算すれば、過積載(10t上乗せ)時の制動距離は、積載量を守った時に比べて、12.5%×100/20≒62.5%増、約1.6倍になります。
※空荷時との比較では更に伸び、約2.5倍になる。


ということで、表題に対する答えですが、
・主たる要因は慣性力の増大、すなわち荷重移動の増大による(後輪)タイヤの摩擦力の減少。
・それ以外にも、等価慣性モーメントの増大による制動時間の増大や、ゴムの特性によるタイヤの摩擦力の相対的な減少など、種々の要因が影響する。
という話になるかと思います。

Posted at 2025/06/15 08:57:54

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