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イイね!
2014年09月16日

技術と学術の二人三脚 後編

さて、解答編です。




この画像に写っている、致命的な欠点・・・



それは








キャスター角です。



このプロトタイプは、後輪のキャスター角がネガティブキャスターになってしまっていたのです。



注:画像だと、ストラットの傾斜=キャスター角のように書いてしまっていますが、キャスター角というのは、転回軸を横からみた時の傾斜角の事なので、ストラットの傾斜角=キャスター角ではありません。
ストラットの場合は、アッパーマウントの回転軸中心から、ロアアーム先端のポールジョイントを結ぶ仮想キングピン軸(最近はキングピンとは言いませんけど)を横から見た傾斜角がキャスター角ですので、ご注意を。

ただし、構造的にストラットの傾きがキャスター角の変化に比例するのも間違いないので、相対的に判断する場合は、ストラットの傾きで判断してもいいと思います。




何故、後輪のキャスターがネガティブでは駄目なのかという事を、一から説明すると、イラスト等を多用し、文章を駆使し、一晩中かけて徹夜で書かないと、とても説明できないので、






今回のブログでは、説明は大幅に端折りますので。(´・ω・`)



今回のお話は、何故プロトタイプフレームは失敗したのかというのが主題ですので。


まず、自分が最初にフレームを作ろうとした時に考えたのは、(インプレッサの)フロントのサスペンション構成を、そのままリアに持ってきていいのか? という問題です。

この時の自分は、サスペンションについての知識は殆ど無く、せいぜいストラットとかダブルウィッシュボーンなどの形式名や、キャンバーやトーがどこの角度の事なのかという初歩のアライメント知識くらいしかなく、サスペンションがどんな働きをしているのか、フロントとリアのサスペンションが、それぞれどんな動きをしているのかといった事は、まったく解りませんでした。

なので、まずはフロントとリアのサスペンションの働きを調べることにしました。



その時点で、アライメントの勉強の為に色々な本は持っていたのですが、はっきりいって漠然と読んでもまるで理解できず、ただ持ってるだけで本棚の肥やしになっていた



この本を、「フロントのサスをリアに持ってきたらどうなるのか?」という、唯一点の着眼点でのみ読み漁っていったところ、いろいろ解り始めたわけです。

そして、一番最初に解ったことが

一般的に車のフロントはバンプトーアウト、リアはバンプトーイン。

この約束事だったのです。
特にリアのバンプトーインは絶対必要。トーアウトはありえない。

ただ、この時は、どうやって、それらのロールステアを行っているのかまでは理解してなかったんです。


ですが、早く実際の製作を始めたかった僕は、ここで見切り発車をしてしまうわけです。

この時の僕は思いました。

フロントのサスペンションはバンプトーアウトだから、そのままリアに持っていくのは危険。

だったら、そのサスペンションを前後逆にしたらいいんじゃね?(´・ω・`)


それで生まれたのが、インプレッサのフロントサスを完全に前後逆転にしたレイアウトのリアサス構成だったわけです。

この時、制作上の問題点の一つに、どうやってストラットマウントの位置を決めるかというものがありました。何もない空間座標上に、誤差なくマウントを製作するというのは、とても無理難題でした。

そして、その時に行ったのが、実際にインプレッサのボディから型をとるという手段でした。

そして、件のプロトタイプフレームは、インプレッサのフロントサス形状から3次元的にコピーし、それを前後方向に180度逆にしたアライメント要素を持つリアサスペンションとなったのです。

前後方向を逆転・・・

つまり、キャンバーはそのままですが

トーのプラスマイナスは逆転

そして


キャスターも逆転することになったわけです。



ちなみに、これを作成している途中で、どうやってロールステアが生み出されるのかは理解できたので、トーコントロールリンクの構成は、その理解の下に製作され、この時点でもう前後逆転レイアウトは、当初の目的上の必要性はなくなっていたのですが、実際に作ってみると、他にも利点があったので、このレイアウトはそのまま継続されました。

余談ですが



BRZが発表されたとき、そのフロントロアアームを見て、思わず麦茶吹いた。(´・ω・`)
ここで弁明しときますけど、僕がこの構成で作り始めたのは、BRZが世に出てくるより4年も前ですから、決してパクッたわけじゃないですよ。(´;ω;`)


んで、まぁトーの変化は理解できてたんですが・・・

ここから長い間


キャスターとキャンバーの関係には気付かなかったんですよ・・・(´・ω・`)



気付いたときには、



ここまで出来てしまっていました。(´・ω・`)



ここで半年くらい、ずっと悩みました。


修正するか、やり直すか、このまま行くか


気持ち的には、このまま行きたい気持ちの方が強かったです。なにしろ、かけた時間と金額が膨大です。


なので、いろいろな専門家に機会があるたびに相談してみたものです。


ある時、とある足回りの専門家に質問する機会がありました。その方は、第一回日本GPで、某日本人ドライバーのチームにメカニックとして携わったという方なんですが、そんな方との一問一答

「後輪にネガティブキャスターを持つ後輪駆動車ってどうですかね?」
「とても低い速度域でドリフトできる車になるんじゃない(笑)」
(´・ω・`)デスヨネー

それはそれで楽しそうだとも思いつつ、ミドシップでドリ車なんぞ危なすぎました。


他にも、いくつかの方に教えを請うたりしたわけですが、最終的に廃棄して完全に作り直すという決断に至ったわけです。



まぁ、5年間でメタルワークの環境が、大幅に強化されていたというのも大きいです。

パイプざぐり機の導入により、ラウンドチューブの加工性が劇的に変わっていましたしね。

なにしろ、あのプロトタイプ、ジオメトリ意外にも、重量やらエンジン下のクリアランスなど、色々と問題も抱えていましたので。


そして・・・





プロト廃棄から1年ちょっとで、このあたりまでのフレームをつくり

次の1年間ハーネスで苦しめられ

今年はようやくエンジン始動に成功

といったところまできて、今に至るわけです。





そんなわけで、この改造車製作に注ぎ込んだ20代は、技術と学術の二人三脚のような日々でした。

これからも、それはしばらく続きそうです。


おわり


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Posted at 2014/09/17 01:16:47

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この記事へのコメント

2014年9月17日 4:00
何と! そこだったんですか?!
全然気付きませんでした。 ってか、私も構造とかには
疎いので、ダメなの?って思っちゃいますが♪(笑)
ここまで作ったものを破棄する思い切りの良さと、
ストイックにジオメトリーを追求する姿勢には、
頭が下がります。 スゴイです。 マジで。

AZ-1のリヤもアルトワークスのフロント足回りを、
そのまま反転してリヤに組み込む構造になってるんですが
どーなんでしょね?(^^;) フロントの足回りがそのまま
リヤにあるので、トー調整もアルトワークスのフロントの
トー調整と同じように出来たりします♪(笑)

by TAK♪
コメントへの返答
2014年9月17日 11:53
AZ-1のリアサスがフロントの反転!?

ちょっとググッてきます!!



・・・うわぁ・・・まじだぁ・・・ 

すげぇ、フロントのテンションロッド取付部が、リアではトレーリングアームになってる!!

これは悪く言えばコストカットの手抜き、良く言えば大変合理的で、レース等での補修部品の部品点数低減に役立つ。

フロントのテンションロッドがそのままスタビライザーなのは、軽の他車種でもあるコストカット手法だけど。


ネットにあった写真をよく見てみましたが、AZ-1ってタイロッド前引きなんですね。

それが反転してリアでは後ろ引きになってますが、あの配置であれば、ちゃんとトー変化はイン方向に動きますから、スタビリティは確保されてます。

そんでキャスターがネガティブであるはずがない(笑)ので、まったく問題なく、ちゃんとMRの足回りになってると思いますよ。


まぁ、ストイックに追求というと聞こえはいいんですが、実際その机上の理論と、素人工作で、狙った動きになるのかどうかは、実際走らせて見ないとわからないんですよね。
その辺りは実践主義なんですが。

なので、僕はこーいう、自分の作った足回りが、ちゃんと自分の考えたようい動くかどうか見たいというのが、今の車造りの動機になってるので、ナンバー取得よりも、プライベートの試験走行場所確保に奔走しているわけです。(笑)


キャスターが何故まずいのかは、補足で書いて見ますね。
2014年9月17日 20:00
どうも。
元AZ-1乗りです。
確かにそのまんまですね。びっくりするくらいまんまです。
実はコーナリング時にトー変化が激しく挙動が安定しないという致命的な欠点がありました。
もちろんサーキットレベルの話ですが。
本気の人はトーを制御するアームを追加するほどです。
そこらあたりの話はみんカラ内でも出てると思いますが参考になれば。

詳しいことは自分にもよくわからないですが既製品のセッティングでも泥沼化するのに白紙からって。。。
頭が湧いちゃいそうです。
密かに読み物として楽しんでいますのでがんばってください。
あ、お互い若くないので程々にねwww
コメントへの返答
2014年9月17日 22:22
そいや、AZ-1乗ってましたね。
いつのまにか乗ってて、いつのまにか降りてたけど(笑)

AZ-1のリア挙動不審の話をざっとググッてみました。
アルト系のFFのフロントサスをそのまま持ってきているから、アライメント変化が不安定というのは、どうなんでしょうね。

激しいというのが、いったいどれほどのもので、どういったものなのか。

たとえば、AZ-1をアライメントテスターにかけて、センサーを付けた状態でリアのストロークをさせてみます。その時、トーがどの程度変化しているのかで、ロールステアの度合いがわかるわけですが・・・

ネットで見た画像を見る限りは、AZ-1のトーコントロールロッドの位置と長さは、それなりに適正な位置にあるように思えます。

となると、どちらかというと怪しいのは、ブッシュのヘタリ・・・もしくは元々の剛性不足なのかもしれませんが、コーナリング時の横力にアーム剛性が負けて、コンプライアンスステアで悪い動きをしているのかもしれません。

リアサスの構成にアームを追加するというのは考えにくいので(マルチリンクに大改造)、おそらくトーコントロールの部分を社外品に交換するのでしょうけど、ジョイント部の剛性を強化ブッシュか、ピロボールに変えるのかもしれませんね。

もしくは、もう一つ考えられるのは、アーム長の短さによる、スカッフ変化の激しさです。
これは、トー変化ではありませんが、激しいロールをした時の挙動不振な動きとなります。

もしスカッフ変化が原因であれば、FFのアルトのフロントでなら問題なかった変化量が、MRのAZ-1のリアでは問題になるというのは納得できます。
リアの動きというのは、走行姿勢に重大な影響を与えますので。

その場合、サスを硬めて、ストロークを規制するというのは、一つの解決策といえますね。

ナンバー付車両で、合法的にアーム長変えるのは、かなり無理がありますからね。(笑)


そういえば、マツダのRX-8プラットフォームにも、リアのトーコントロールキャンセルロッドなんて商品がありました。
強度の方向に指向性を持たせたブッシュによって、意図したコンプライアンスステアを起こさせる事を計ったトーコントロールが、それまでの古典的FRの挙動になれたユーザーに受け入れられなかったという、考えさせられる事例だと思います。



今も人気のロータス7系の古典的スポーツカーの多くがリアはリジットです。
挙動変化の「素直さ」という点で見ると、あれはある意味優れているのかもしれません。
2014年9月18日 21:22
遅コメ失礼します。

三次元の設計や製作は永遠の課題です。
足元にも及びませんが私も、アクスルを切った貼ったしてショックの取り付け位置と角度を溶接しようとしましたが3Dで高さや位置やキャンバー角などがどうしても出せずです。

定盤などで基準になるものが無いと無理でした。

画像のフレームだとよじれて狂ってしまいそうですが取り外し可能な補強はされますか?あまり神経質になると重くなりそうですが・・・・・
コメントへの返答
2014年9月18日 22:00
設計も難しいですが、それを実際に作る事は更に難しいということがよく解った数年間でした。

パソコンで何mmと打てば、図面には正確無比にその線が引けるんでしょうが、じゃぁ実際その正確無比に実物切り出すにはどーすんのって話で。

正確な測定がいかに難しいかということは、物づくりに携わる方は誰しもがよく解ることだと思いますが、二次元の測定でも正確には難しいのに、三次元的な測定というのは、今も永遠の課題です・・・



フレーム二号機の製作時は、学生時代に大の苦手で「こんなん何の役にたつっちゅうねん」と毎日呪っていた数学の勉強をやり直すこともありました。
空間の座標を求めるときに、数学が必要になるんですね。


もちろん、今のフレームは、まだ未完成状態ですよ。
設計図も引かない、現物あわせ工法なので、先に補強を全部やってしまうと、水周り油周り、ハーネス、ABCペダルの各種ケーブル等の取り回しの経路を塞いでしまう可能性が大きかったため、エンジン搭載ができるところまで作ってから、フレーム作りを途中で止めて、前途した部品を全て取り付けた状態で、補強できる空間を割り出した後に、フレームの製作が再開されます。

なので、これボディとフレームは仮付け状態で、すぐに外せます。

2014年9月18日 22:40
うん、さっぱりわからん!
わたしは走行部品触らんでよかった。
もし、やるときは勘?というか感覚で設計して
1/10でラジコン作って走行試験して
納得いったらソレでGOするんだろうなぁ。
頭より手を動かさんと何もできんので。

とりあえずあなたの研究熱心には感服するわ。
コメントへの返答
2014年9月18日 23:21
僕が理解してる範囲のジオメトリは、全然難しい話じゃないですよ。

幾何学を考えるとややこしくなってくるのかもしれないけど、ようは、走行中の4輪のタイヤのキャンバーとトーをどう動かしたいかという話ですから。

旋回中にフロントがトーインになればオーバーだし、アウトならアンダー
逆にリアはトーインになればアンダーだし、アウトならオーバー

ロール時にネガティブキャンバーを起こして設置面を稼ぐというのは巷では有名な話。

そういうアライメント変化を、狙い通りにどうやって動かすのかを、各種アーム配置や長さや、ブッシュの歪みとかで作り出すのがジオメトリ

貴方の方が理系頭なのだから、理解するのは造作もないことと思いますけども


ちなみに、マルチリンクは、もう何がなにやら分からなくなるので、素人には理解不能です。(笑)

2014年9月20日 19:31
理系ちゃうで、農業系やw
数学は赤点ばっかりだったよ。

また次回のミーティングのときにでも説明してください。
あ、木材?でもいいから模型ないと理解できんと思うけどね。
コメントへの返答
2014年9月20日 22:49
その関西言葉使う時、神楽坂さんはどんなイントネーションで言うのか、私気になります!

バイオマンは理系。(´・_・`)
こちとら国文学でい

赤点どころか数IIで0点とって、その先ゆくのを完全に諦めたんだぜ。

木材なんか使わなくても、方眼紙とコンパスあれば、誰でもわかるよ。
古典的なダブルウィッシュボーンかストラットなら。

ただ、今現在うちのガレージはちと問題発生中で、とても人を招待できる状態ではないので、また来春あたりにでも(´・_・`)
2014年11月28日 0:44
ご無沙汰しております。

面白そうな本ですね。
行きつけの書店に入荷依頼のファックスしておきました。
ヒマを見つけてぼちぼちと読もうと思います。

あと、私は理系でして数学は旧帝大レベルまでがっつりやりましたが、
生物選択でしたので、物理は習っておりません。
大学に入ってからもどうにも苦手で、最後は捨てました。
でも、趣味の勉強って全く別ですよね。不思議なものです。

あと、結局まだセラに乗っていますよ。その節は失礼いたしました。
娘が気に入ってしまったので、また車検を取ることに決めました。
MX-6あたりに乗り換えようと思ったんだけどな-。
コメントへの返答
2015年1月1日 14:27
ご無沙汰しております。

返信が遅れに遅れてすいません。
職業柄11月後半から12月末までは、一切プライベートな時間がないものですから・・・

かといって、自分はせっかく内容のある濃ゆいコメントをして頂いた方に、うすっぺらい返事だけの返信というのはしたくないので、ちょっと時間がかかってしまいました。すいません。

足回りに限ったことではないですが、車というのは学問として奥が深いです。

その中でも、自分は足回りにもっとも興味が向いたようです。
もともとはそれほど興味がなく、どちらかというとカスタマイズの花形ポジションであるエンジンの方に目線がいっていたのですが、この一連の改造車制作で、視線は足回りに釘づけになりました。

エンジン等の他の自動車ジャンルは、DIYで修理をする上で最低限の知識と理解があればいいと割り切りました。
エンジンチューニングは、これからも手を出すことはないでしょう。


元々、奥が深すぎるジャンル。
人生の大半を、その事の理解に費やせるメーカー技術者ですら、一生費やしても境地に辿りつけるかどうかというものを、いっかいの素人が、それも普段の仕事の余暇に費やせる時間では、一ジャンルに絞り込むしかないし、それですら、どれほどの解を得られるのかなど知れたものですが、それでも尽きぬ疑問難問を1個1個理解できたときの喜びは人生を豊かにしてくれます。

それゆえに、普通科高校初級レベルで諦めてしまった数学のハンデは、そうとう大きなもので、今も悩みのタネですが。


セラ懐かしいですね。

確かに、学生の頃、免許取得して最初に欲しかった車はセラでした。
いろいろな紆余曲折があり、結局縁はありませんでしたし、多分よしんばセラに乗ってたら、今のこの場所には立っていませんでしたが、それでも今の自分の中で特別なポジションにいる車ではあります。


ドアダンパー等の専用部品供給が怪しい処ですが、中身はターセルあたりだったはずで、まだまだ維持する為の消耗部品に困る年代ではないと思うので、もうしばらく付き合うのもいいのではないでしょうか。

ガラス割れたら修理できるのかどうかは謎ですが・・・

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人生とは前向きに生きていくしかないが、後ろ向きにしか理解できないものである。 そんな人生送ってます。 名前が微妙にころころ変わりますが、基本的な名前は”...
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