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kazu XXさんから前後重量配分が50:50でないときの考え方について質問があったので、ロータスエリーゼを題材に考えてみたいと思います。

エリーゼの前後重量配分は３６：６４で、車重はドライバーと燃料などを含めて１０００ｋｇくらいだと思うので、この値で計算することにします。

まずは、前輪と後輪の１輪あたりの垂直荷重を求めます。

前輪垂直荷重：Ｆｚｆ
Ｆｚｆ＝１０００×９．８０６×０．３６／２
　　＝１７６５（N）

後輪垂直荷重：Ｆｚｒ
Ｆｚｒ＝１０００×９．８０６×０．６４／２
　　＝３１３８（N）

次に、１．２Ｇで走行中の横荷重を求めます。
横方向も垂直方向と同様に前後重量配分に応じた力がかかります。

前輪横荷重：Ｆｙｆ
Ｆｙｆ＝１０００×９．８０６×１．２×０．３６／２
　　＝２１１８（N）

後輪横荷重：Ｆｙｒ
Ｆｙｒ＝１０００×９．８０６×１．２×０．６４／２
　　＝３７６５（N）

垂直荷重と横荷重（＝コーナリングフォース）から必要なスリップアングルを求めます。
今回は３種類のタイヤの組み合わせで検討してみます。

Ａ仕様：前後同一サイズで205/45R16
Ｂ仕様：前205/45R16、後225/45R17
Ｃ仕様：前205/45R16、後245/40R17

とは言うものの、タイヤのサイズ別の実測データがないので、”幅広、低偏平率タイヤの方がグリップが高いのである”という仮定の下に、計算上都合のよい係数をかけてタイヤサイズ違いの特性を作ることにしました。
従って、実際は小なり大なり今回の値とは異なると思いますが、考え方という観点で見ていただければと思います。

それでは、まずＡ仕様です。


Ａ仕様は前後同サイズのタイヤを使っています。
前輪、後輪の垂直荷重に相当するコーナリングフォースを推定し、そこからスリップアングルを求めるます。
前輪は１．２Ｇで旋回するために必要な横荷重２１１８Ｎをスリップアングル７．５°で発生できます。
しかし、後輪は必要な横荷重３７６５Ｎを発生することができません。

垂直荷重が３１３８Ｎの場合、発生可能な横荷重の最大値は３５３３Ｎです。
３５３３Ｎの横荷重で発生できる旋回横Ｇは３５３３／３１３８＝１．１２６Ｇです。

従って、実際には前輪も１．１２６Ｇ相当の横荷重以上を発生しても意味がない（スピンする）ので、１．１２６Ｇ相当の横荷重である１９８７Ｎが発生するようなスリップアングルで走行することになります。
このときのスリップアングルは５°なので、後輪よりも３°少ないスリップアングルになります。
スリップアングルが前輪の方が少ないので、見た目的にはゼロカウンターに近い状態です。

次はＢ仕様です。
Ｂ仕様は前輪に対し、後輪をやや幅広にした仕様です。
今回は、この仕様が前後バランスのいいタイヤ特性になるように設定してみました。



この仕様では、後輪も１．２Ｇの旋回をするために必用なコーナリングフォースである３７６５Ｎを発生することができています。
かつ、前輪も後輪も１．２Ｇ相当のコーナリングフォースが最大コーナリングフォースになっていて、前輪、後輪のグリップを使い切った状態なので無駄のない状態と言えます。

スリップアングルを見ると前輪７．５°、後輪８°とほぼ同じであり、前後重量配分が50:50のクルマに前後同サイズのタイヤを履かせたときとだいたい同じ状態となりました。

最後にＣ仕様です。
Ｃ仕様はＢ仕様よりさらに幅広にした仕様です。

この仕様の場合、後輪は垂直荷重３１３８Nで最大コーナリングフォース３８８６Ｎを発生することが可能です。
しかし、前輪が１．２Ｇしか発生できないので、後輪も１．２Ｇ相当のコーナリングフォースである３７６５Ｎしか使いません。
このときの後輪スリップアングルは６．３°で、前輪の７．５°よりも１．２°小さい値になっています。

という感じに考えればよいと思うのですが、結局のところ前後重量配分だけではなんとも言えず、前後のタイヤ特性の組み合わせを合わせて考える必要があるので、実際のタイヤ選択に当たっては、タイヤメーカからタイヤの特性図を入手し、タイヤを選択したいものです。

しかし！！
タイヤメーカは、タイヤにとって最も大切な「スリップアングル－コーナリングフォース線図」をユーザーに公開していないのはいかがなものか？思う今日このごろです。

ところで、今回の説明では、まるでＢ仕様こそが最速仕様であると感じたと思うのですが、実際はコーナ立ち上がりでは後輪にグリップの余裕がないと加速ができないので、Ｃ仕様みたいな組み合わせの方がラップタイムとしては速いと思います。