タツゥのブログ一覧

今日は、なぜかお腹が痛い・・・。

４月２４日に書いた内容の続きです。
引越しなどで、タンスを運ぶと階段の下側の方が重い想いをするので、なるべく上側を担当したくなります。このような経験から人は次のように考えます。

”物を傾いた状態で、その両端を支持すると、下側にかかる力の方が大きくなる”

これが、クルマがブレーキングで前傾姿勢になったときに前輪の荷重が増えると思い込む原因になっているように思います。がしかし、実際は全然違います。

タンスを運ぶときに下側の方が重くなる理由は２つ
１、重心が下側にズレた分だけ下側の荷重分担が増加する。（４月２４日の計算と同じ）
２、タンスはつかみどころがなく、上側で支える人は背面垂直方向にしか力をかけられない。
　　下側の人は、背面と下面に垂直な力をかけることができる。
　
ここで大事なのは、２の”タンスはつかみどころがない”というところです。
極論を言えば、タンスに十分なつかみどころがあり、かつ十分な強度があれば、上側の人だけでもタンスを同じ姿勢に保つことができます。
携帯電話の上側を持って傾斜した姿勢で保持させることができるのと同じです。
当然この場合、下側の人にかかる力は０になります。


この絵で、上側の人は背面にＲ２の力をかけることはできますが、Ｆ２は摩擦力になるため、滑りやすいものの場合はＦ２は小さくなります。
これに対し、下側の人は、Ｆ１の力を下面垂直方向にかけることができるため、斜面方向の力は全て下側の人にかかることになり、下側の人は背面垂直方向と下面垂直方向の両方の力が必要になり、上側の人よりも重い想いをする。

ところが斜面下側に前方を向けた車輌が後輪にのみ効くサイドブレーキで停車しているときを考えると
この場合は斜面方向の力は後輪のタイヤと路面の摩擦力Ｆ２のみとなるため、前輪には斜面に垂直方向の力しかかからず、後輪には斜面垂直方向の力と摩擦力が同時にかかり、
前輪よりも後輪にかかる力の方が大きくなります。

明日はイヤ～な健康診断です。
本来は会社が僕らの健康管理のためにやってくれていることなので、感謝すべきなのですが、どうにもあのバリウムを飲む検査がイヤです。
そして、最後に健康相談コーナというのがあります。
看護婦さん　「痩せてるけど、ちゃんと食べてますか？」
僕　「食べてません」
看護婦さん　「ちゃんと食べてください」
僕　「食べずに太る方法はないのでしょうか？。太りにくい食べ物があるように、少ししか食べなくても太れる食べ物のがあるはずです！。教えてください！！」
看護婦さん　「そんなものはありません！！！！！」
といういつものやりとりが待っています。

今日のお題は荷重移動です。
コーナリング中の車輌ではコーナ内側から外側へ荷重が移動するというのは誰でも知っているし雑誌などにも載っているのですが、具体的計算式が書いていない場合が多く、その結果間違った認識があるような気します。

それは、”ロール剛性を上げると荷重移動は減る”というものです。
これはあっているようで全然あっていません。

正しくは、”重心が地面より上にある場合で、かつロールセンタが重心より下にある場合、ロール剛性を上げると重心の横方向移動による荷重移動が減る。”です。
普通のクルマは重心が地面より上にあり、ロールセンタも重心点より下にあるので、この部分は省略したとしても問題ないとしても、”重心の横方向移動による”というところを省略すると具合が悪いです。

さらに、そもそも重心の横方向移動などトラックならまだしも、スポーツ走行をするクルマでは、ほとんどないので無視したところで大した問題はありません。
実際上問題になるのは、重心が地面より上にあることによる力のつり合い変化により発生する荷重移動です。

これは、クルマに働く外力（重力、遠心力、タイヤの垂直反力、タイヤの横方向反力）のつり合いを計算すれば容易に求めることが可能なのですが、なぜかロール剛性などの概念を持ち出して、バネ反力から荷重移動量を算出している記述を見かけます。
そのため、間違った結果になっているのですが、あまりにもそのような記述が多いので、自分が間違っているのではないかと思い、今回改めて計算してみることにしました。

例題が具体的でないと間違いの元なので、今回は自走式郵便ポストにスイングアーム式サスペンションとハイパコのバネを装着した特殊車輌で計算してみました。

計算式中のｈｇは重心高、ｈｒはロールセンタ高、Ｔはトレッド、ａは横加速度、ｇは重力加速度です。

バネ反力はロール剛性が上がるほど（ｈｇ－ｈｒが小さくなるほど）横加速度による変化量が小さくなるので、荷重移動が小さくなるように思えるのですが、実際はサスペンションアームを回転させようとする力をきちんと計算すると、バネ反力＝タイヤの垂直反力ではないことがわかります。

昨日の夜はルマン２４時間レースをテレビで見ていたら、電話がかかってきて、さらに電話をはしごしたら朝の４時半になっていまいました。
その時点ではまだトヨタは１台が健闘してたものの、眠って昼過ぎに起きたら、リタイアしてました。
やっぱりぶっつけ本番は厳しかったようです。
普段の足グルマにアウディＡ３を持っているので、アウディの優勝、しかも日本で活躍している、アンドレ、ブノワ組の優勝はうれしいのですが、やはり日本車に勝って欲しかったので残念でした。

今日の計算は重心高です。
以前からＳ２０００の重心高ってどのくらいなんだろう？って思ってたのですが、ネット検索するとＳ２０００の重心高の数値が出てこない代わりに、重心高の計算式が出てきて、簡単に算出できることがわかりました。
算出するためには、自動車会社が国交省当局に申告している最大安定傾斜角度を用います。
これは整備書などに記載してあります。
Ｓ２０００の場合は整備書に記載してあり、左右ともに５７ｄｅｇだそうです。

計算式は、自動車検査独立行政法人なる団体が発行している審査業務規定、第４章、新規検査及び予備検査というところに書いてある式を使うことにしました。
この式は、車輌の最大安定傾斜角度を算出するための式なので、重心高を求めるための式ではないのですが、逆に最大安定傾斜角度が既知の場合は、この式に最大安定傾斜角度を代入することで重心高を求めることができます。
ちなみに、重心高は車輌の前輪を持ち上げて軸重の変化量から計算すると書いてありました。
僕が４月２４日に計算した軸重変化は車高調により車高を変えていたのでﾎｲｰﾙﾍﾞｰｽが変化するのですが、前輪を持ち上げた場合は、ﾎｲｰﾙﾍﾞｰｽは変化しないので、若干違う式なっていますが、傾斜角が小さいときはほぼ同じ計算結果でした。

最大安定傾斜角度：β（ｄｅｇ）は、安定幅をＢ（ｍｍ）、重心高をＨ（ｍｍ）とすれば

　　β＝ＡＴａｎ（Ｂ／Ｈ）　・・・　式１

ここで、安定幅Ｂは、重心が左右中心にない場合は左右別々に求めるのですが、Ｓ２０００では、左右の最大安定傾斜角度が同じなので、安定幅も同一の値とすることにしました。

安定幅なる言葉は初めて見たのですが、安定幅Ｂは次式で算出します。

　Ｂ＝（ｃｏｓα×（ｗｆ・Ｔｆ＋ｗｆ・Ｔｒ））Ｗ

ここで、ｗは車重、ｗｆは前輪荷重（片側）、ｗｆは後輪荷重（片側）、Ｔｆは前輪ﾄﾚｯﾄﾞ、Ｔｒは後輪ﾄﾚｯﾄﾞです。
αは前輪ﾄﾚｯﾄﾞと後輪ﾄﾚｯﾄﾞを結んだ線と進行方向のなす角度です。
ﾎｲｰﾙﾍﾞｰｽをＬ（ｍｍ）とすれば
α＝ＡＴａｎ（（Ｔｒ－Ｔｆ）／（２Ｌ））
Ｓ２０００の場合、Ｔｆ＝１４７０ｍｍ、Ｔｒ＝１５１０ｍｍ、ﾎｲｰﾙﾍﾞｰｽＬ＝２４００ｍｍなので
α＝０．４７７ｄｅｇ
Ｓ２０００は崇高な重量配分５０：５０なので、Ｗｆ＝Ｗｒ＝３１０ｋｇｆ
したがって、安定幅Ｂは
Ｂ＝（ｃｏｓ０．４７７°×（３１０×１４７０＋３１０×１５１０）／１２４０＝７４５ｍｍ
前後重量配分が５０；５０の場合、計算が面倒な人は
（１４７０＋１５１０）／４＝７４５ｍｍでも十分と思われます。

重心高Ｈを求めるには、式１を変形して

　Ｈ＝Ｂ／ｔａｎβ
　　＝７４５／ｔａｎ５７°
　　＝４８４ ｍｍ

本日のまとめ
ノーマルＳ２０００の重心高は約４８４ｍｍらしい。
（参考）低重心のＺＮ６は４６０ｍｍです。

リバウンドスプリングをもうちょっと調べてみると、ＡＳＭのブログにちゃんと記載がありました。
しかもグラフまで載っていてわかりやすいです。
どうやら、ＳＲＥの場合はガス圧分だけリバウンドスプリングで縮み側に荷重をかけて、ケースに対する０Ｇ荷重（プリロード）を０（Ｎ）にするのが目的のようです。

確かにド・カルボン式の場合はプリロード０だと思ってても実際にはガス圧分だけプリロードがかかってるので、好ましくないのかもしれません。
なので目的は伸び側ストロークを少なくすることではないということがわかりました。

ＳＲＥはプリロード嫌いなんでしょう。
僕も嫌いです。
スプリングでプリロードをかけると
１、伸び側ストロークが減る。
　伸び側ストロークなんてあまりなくてもいい気がするけど、そもそもがほとんどないのでさらに減らす
　のは好ましくないはず。
２、タイヤが地面から離れるとき、着地するときの荷重変動が大きい。
　地面から離れる直前までは、タイヤにプリロード荷重と同じ荷重がかかっているけど、離れた瞬間に
　０になってしまい、反対側の荷重が急に増加する。

とは言うもののどうせスタビライザーが効いていてプリロードがかかったのと同じ状態になるのであまり気にしなくていい気もしますね。
それよりも縮み側ストロークの方が大事な気がするので、底付きしてたら迷わずプリロードかけた方がいいように思います。

昨日はスーパー耐久レースをツインリンクもてぎまで見に行ってきました。
帰ってきてからＲＥＶＳＰＥＥＤ６月号を購入。
昨日中にデータロガー旋回編をアップする予定が、ＲＥＶＳＰＥＥＤに書かれているＡＳＭ Ｓ２０００の記事にでてきたリバウンドスプリングが気になって気になってしょうがなかったので、自分なりに理解してみました。そしたら眠くなったので睡眠。
なので、データロガーは後まわしにして今日はリバウンドスプリングです。

先日、友人と電話をしていたらちょうど話題になったリバウンドスプリング。
なんじゃそれ？ということで話を聞いてみると、バンプストップラバーのリバウンド版。
さらにラバーではなく金属スプリングにしたものだということがわかりました。
そもそも伸び側ストロークの少ない僕らの車にはあまり意味ないんじゃない？ってことで話を片付けたものの、ＡＳＭ Ｓ２０００が採用している。
いやっ、ＡＳＭはどうでもいいとしても、天下のザックスレースエンジニアリングが採用している。
これは、なにかあるに違いない。と思ったわけです。
で、考えたのがこちら



結果としては、あまり意味ないんじゃないかなぁ～というのが感想です。
伸び側のストロークが減るものの、普通のダンパでプリロードをかけたときのように、急激な荷重変化がでないので、伸び側ストロークを減らしつつ、接地時の荷重変化を小さくするって感じなんでしょうか。
そもそもプリロードという考え方がナンセンスな気がしてならないものの、伸び側ストロークが少ない方がカッコいい、じゃなかった車輌姿勢が安定するのかもしれないので、実際に試してみないとわからないですね。

ＲＥＶＳＰＥＥＤのリバウンドスプリング解説は意味不明で役立たずなのですが、９４ページのバネ＆ダンパーという記事はとってもお勉強になるのでダンパー好きの人は読んだ方がいいと思います！