ゼロカウンター

今日はゼロカウンターについて考えてみたいと思います。

ゼロカウンターとは、コーナリング中において、前輪の向きと車体の向きがほぼ一致した状態、すなわち舵角がゼロのカウンタステアを当てた状態を言います。

見た目がカッコいいのと、プロドライバーが”舵角を少なく”と繰り返し発言するので、ゼロカウンターで走行することが最速の走り方なのではないか？と思っている人もいるのではないかと思います。

実際に最速ラップをたたき出す人達の走りを見ると、ゼロカウンター状態になっていないので、ゼロカウンターが最速の走り方でないことは明らかなのですが、その理由を考えてみることにします。

まず、タイヤの横方向グリップ力を決める要素を挙げてみましょう。

１、タイヤと路面の摩擦係数
２、垂直荷重
３、タイヤ横滑り角（＝スリップアングル、スリップ角）
　※横滑り角とはタイヤの転がる方向とタイヤが実際に進行する方向との角度のこと

ゼロカウンターと関係あるのは３のタイヤ横滑り角です。
タイヤは横滑り角がないと横方向のグリップ力を発生することができません。
これ大事です。

正しくは、「横方向の力がタイヤの接地面に加わると、タイヤが変形するため、タイヤの転がる方向とタイヤの進行方向に角度差が生じる。」ですが、事象としてはどちらも同じです。

タイヤは横滑り角がないと横方向のグリップ力を発生できないという事実を踏まえて、ゼロカウンターについて考えます。

具体的な数値で説明した方がわかりやすいので、具体的な数値で考えます。
ただし、計算が面倒なので荷重移動と内輪と外輪のハンドル切れ角の差は無いものとします。

例えば、僕のＳ２０００（車重ｍ：１３５０ｋｇ）が横加速度ａ：１．２Ｇで旋回していたとします。

このときに必用な１輪あたりのタイヤの横方向グリップ力Ｆｙ（Ｎ）は

Ｆｙ＝ｍ×ａ／４
　＝１３５０×９，８０６×１．２／４
　＝３９７１（Ｎ）

垂直荷重は車輌に働く地球の引力に等しいので、重力加速度を９．８０６ｍ／ｓｅｃ２とすれば、１輪当たりの垂直荷重Ｆｚ（N）は

Ｆｚ＝１３５０×９．８０６／４
　　＝３３０９（N）

次に、タイヤの横方向グリップ力（＝コーナリングフォース）と垂直荷重、横滑り角の関係を表したグラフから、３９７１Ｎのコーナリングフォースを発生するために必用な横滑り角を求めます。

これは実測結果を用いるしかないので、以下の文献から引用しました。
①タイヤの力学と操縦安定性
②フラットベルト式 サスペンションタイヤ試験機

①と②に出てくる実測結果はタイヤサイズも試験設備も異なるのですが、重ねてみるとそこそこ同じ結果になっていました。
僕のＳ２０００で使っている255/40R17の場合はもう少しグリップが高いと思うので、今回は②のグラフを１．１倍したもので考えることにしました。（１．１倍にしたのは後々都合がいいからです）



グラフから３９７１Ｎのコーナリングフォースを発生させるためには、約８°のスリップアングルが必用だということがわかります。

つまり、普通のグリップ走行かゼロカウンター状態かに関係なく、Ｓ２０００が１．２Ｇで旋回しているときは、４輪のタイヤ横滑り角は８°以上になっているということです。

この状態を絵で表してみます。
旋回半径は２３ｍです。

１、前後タイヤの横滑り角が等しいとき


２、ゼロカウンター状態のとき


ゼロカウンター状態では、前輪横滑り角よりも後輪横滑り角の方が大きくなります。
前輪の横滑り角が最大のコーナリングフォースを得られる角度だとした場合、後輪の横滑り角は必要以上に大きな横滑り角になるということです。

仮にタイヤの特性上、横滑り角が過大でもコーナリングフォースの低下がないとすれば、過大な横滑り角でも問題がないように思います。
しかし、実際は転がり抵抗が増えるので、加速が悪くなったり、滑り角が大きいだけに磨耗が多くなり、いいことはありません。


今回の内容については、実測結果を基にしているわけではないので、本当のところはわかりませんが、前後に同じタイヤもしくは同じような特性を持ったタイヤを使う場合には、ゼロカウンター状態で走ってもいいことはないので、実際にはゼロカウンターで走る人がいないのだろうと思います。