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何かに憑りつかれたようにブレーキの話ばかりしてますが、最後に。

ブレーキのフェード（fade）と言うと、数年前、ふじあざみラインで観光バスが横転した事故が記憶に新しいですが、フェードはなぜ起こるのでしょうか？


１　ブレーキを踏むと熱エネルギーに変わるから？

NHKラジオでこの件について取り上げたとき、NHK御用達の自動車評論家である雉沢国沢さんが、ゲストで電話出演し解説されていましたが、「ブレーキを踏むとですね、熱エネルギーに変わるんですね・・・」「で、その熱エネルギーが・・・」「熱エネルギーが・・・」と言うばかりで、全く要領の得ない話をしていました。

この時スタジオにいたのは真下さんというベテランアナで、この方は頭の回転も早く、普段は「～という事ですね？」とゲストの話の要点を上手くまとめて聞き返し、視聴者に解りやすく伝えるのが得意な方でしたが、さすがに国沢さんの難解な話はまとめられず、困っている様子でした。

まあ、私が聞いていても、何を言ってるか全く解らなかったぐらいなので、真下さんはもちろん、車に詳しくない一般視聴者はチンプンカンプンだった事でしょう（苦笑）


２　パッドの表面が高温になってツルツルに滑るから？

と直感的に思う方もいるでしょうが、パッドの場合は摩擦係数と温度の関係をグラフにすると通常は山型になるようで、摩擦係数のピークをどこに持っていくかで、街乗り用とレース用とでは違いを持たせているようです（後者の方が、より高い温度にピークを置く設計）
つまり、「高温になるとツルツルに滑る」は間違いです。

なお、ローターのような金属の場合は、温度が上がれば摩擦係数も上がるのが一般的なようです（下図参照）


↑摺動用銅合金の高温環境下における摩擦摩耗特性より


３　パッドとローターの間に膜ができるから？

ブレーキを踏み続けるとパッドもローターも摩擦熱でかなりの高温になりますが、ローターは鉄（鋳鉄）なのでさすがに溶ける温度まで行きませんが、パッドは結合剤に使われるフェノール樹脂などの化学物質が溶解（気化）し、その気化した化学物質等が間に挟まれることで、摩擦係数が低下します。
そのため、ブレーキを踏んでも効かない状態になります。

その昔、最初のマイカー（HC型マツダルーチェSG-X）でフェードしかかったことがあります。
もちろんエンジンブレーキも効かせていたんですが、それでもダメでした。
※フロントはベンチレーテッドディスクでしたが、昔の車なんで14インチ用で厚みも薄く、放熱性能が低かった。

ターンパイクや箱根新道だとフェードした車のための退避路がありますが、80年代当時、あそこに突っ込んでる車（スカイラインRS）を見た事があります。
ですが、昨今ではどの車もブレーキの大型化により耐フェード性が大幅に向上しているので、あの退避路が何のためにあるのか解らない、若い一般ユーザーも多いのではないでしょうか？
※事故を起こした運転手も確か25歳だったと思うが、さすがにプロだからフェードを知らないはずはないが、頭では解っていても経験がなかったのでしょう。


４　ウォーターフェードとは？

同じ理屈で、ウォーターフェードという現象もあります。
水たまりを派手に走行したときなどに、パッドとローターの間に水（の膜）が挟まれるからですが、ネットで「ウォーターフェード」と検索すると、なぜかトップに表示されるのがGAZOOのページ。


↑GAZOOより

「摩擦材が濡れることで、制動力が弱くなる」だなんて・・・まあ理由はともかく、肝心の対処法が逆ですね（教習所で習ったハズですが？）


ネットにはフェイクとまではいかなくても、間違った情報を流すサイトがあまりにも多く、有名企業でも実際に書くのは下請けライターだったり、それをチェックするのも文系の広報担当だったりするので、当てにならないものが多いが、昨今は検索するとそういうサイトばかりが上位に表示されるので、実に困ったものです。
※その企業あるいは製品への信頼性にも関わると思うので、もっとしっかりチェック体制を整えて欲しいですね。

以前、「日本車のブレーキが効かないと言う人は、単に踏めていないだけ」だと結論しましたが、これに対し「理論ではそうかもしれないが、理論と実際は違う」と主張する人もいるかと思いますので、面白いデータを紹介します。


昔のカー雑誌では、毎号新型車をJARIに持ち込んでフルテストし、大学教授や自動車評論家が開発者やJARIの研究員も交えたところで、数値結果を踏まえながら車を論評するという真面目なコーナーがありました。

車の性能が上がったことで、90年代に入る頃にはほぼ無くなりましたが、今から40年ほど前の84年のモーターファン「TEST＆REPORT」より、ブレーキテスト（100キロからの制動距離）の結果を10台分ピックアップします。


１　テスト結果

・42m台　1台（シビック3ドア25iの42.3ｍ）
・43m台　1台（ミニカエコノターボGの43.8ｍ）
・45m台　4台
・46m台　2台
・49m台　2台（ゴルフ3ドアCi左ハンドルの49.1ｍ、セドリックセダンV30Eブロアムの49.8ｍ）

この結果から、軽はブレーキがプアーで止まれないとか、ドイツ車はブレーキがよく効くという、
カーマニアが抱く一般的なイメージが、誤りである事が解ります。

なお、試験の時期と天候は、1位のシビックが1月の晴れ（0-5℃）、2位のミニカが6月の曇り（15-16℃）、9位のゴルフが7月の曇り（26-28℃）、10位のセドリックが9月の曇り/雨（21-25℃）でした。


２　シビック　VS　セドリック

栄えある1位と10位の比較です。

シビックは試験時重量1,089kg＆WB2,380mmに対し、セドリックは1,725kg＆WB2,730mmのため、この数値だけで荷重移動の指数を取ると、シビック0.458に対し、セドリック0.632です。
更に、セドリックの方が重心が高いのは明白であり、おそらくシビックの1.5倍くらいの荷重移動量と思われます。

一方、タイヤはシビックの185/60R14のアスペック（現在のアドバンdBに相当）に対し、セドリックは185SR14のGTスペシャル（一番安いラジアル）

つまり、
荷重移動とタイヤのグリップ力の差が、そのまま結果に出た形です。

なお、セドリックは曇り一時雨という状況での結果であり、多少割り引いてみる必要はあります。


３　ブルーバード　VS　サンタナ

同じ小型車で、WBが2,550mmと全く同じ、重量もタイヤもほぼ同じ2車ですが、ブルの45.7mに対し、サンタナが45.6mと似たような結果でした。

なお、座談会ではブルはブレーキの話題は出なかった（可もなく不可もなく・・・で恐らくカットされた）のに対し、サンタナは「（ドイツ車らしく）非常によく効く」（影山日大教授）、「パワフル」（山口京一氏）といった意見が上がっていた。

つまり、
フィーリングと制動力（距離）は、無関係である事が証明されました。

なお、このサンタナは日産製であり、右ハンドル化に伴いサーボを右側に移動させています（左サーボのままだと、リンクが増えるのでフィーリングが悪化する）


４　全般に数値が悪いのは？

タイヤ性能の差と（当時は小型車でも175/70R13辺りが標準）、あとはABSを装着した車が1台もなかったことが影響していると思われます。

事実、2年後の86年12月に行われたルーチェ（HTV6ターボロイヤルクラシック）のテストでは、試験時重量とWBが1,785kg＆2,710mmとセドリックと同等であるにもかかわらず、42.6ｍを記録していますが、タイヤが195/65R15のレグノでABSが標準だったからです。
※00年式ミレーニアだとマツダの社内テストで39ｍだそうですが、タイヤは215/55R16、EBD付ABSに進化しています。

つまり、
ブレーキ自身の制動力が、低かった訳ではないのです。
※今も昔も、タイヤをロックさせる能力は同じ。

以上より、今まで考察してきた内容を、そのまま裏付けるものとなりました。
※制動距離は「主にタイヤに従う」、「荷重移動が影響する」だけで、ブレーキの能力は関係しない（不動の事実）


余談ですが、清水和夫氏などは、未だにようつべで日本車とドイツ車の制動距離を比較してあーだこーだ言っているようですが、カーマニアに「高性能なブレーキほど、制動距離が短い」と信じる人が多いのは、この手の自動車評論家の影響が大きいと思う。
昔のように、本物の専門家（メーカー技術者や大学教授等）を交えたところで、正しい情報を伝えるべきですね。

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。

文章で読むと、つい納得してしまいますが、タイヤの慣性モーメントは（I＝M×R^2）なので、同じ速度なら大型タイヤほど、また同じタイヤなら速度が速いほど回転を止めにくくなりますが、積載量が影響することはありません。
※あくまで「基本的には」という話。実際にはタイヤの変形等により影響がない訳ではない。

となると、スピードをあげればブレーキの限界を超える事もありますが、「過積載によってブレーキの限界を超える」には今一つ説得力がありません。


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。

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す。


「タイヤのおはなし」より


３　結局、荷重移動じゃないの？

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、荷重移動は大きくなります。
同一車両（ホイールベースは変わらない）で過積載をすれば、重量も増え、重心も上がるので、尚更です。

ということで、「主には荷重移動による後輪タイヤの摩擦力の減少、これにゴムの特性によるタイヤの摩擦力の相対的な減少が加わり、更にはその他の細かい要因が重なって、制動距離が延びる」のが正解だと思います。

前回EBDの話をした時に、荷重移動についてきちんと理解できていなかったため、タイヤと同じように回転モーメントだけで考え、「前後の重量配分が5：5で、かつミッドシップのように重心の近くに荷重が集まっている車が理想」みたいな事を書きましたが、誤りでした（該当部分は削除済）

そこで今回は、荷重移動について、改めて力学的に考察します。


【仮説】
ネットで調べると、どうやら次が正答のようです。
・⊿W＝Mαh／L（荷重移動＝質量×加速度×重心高さ÷ホイールベース）
では、なぜこの式が導き出されるのかを考えてみます。
※以下、⊿Wは⊿Fで表します（個人の趣味）


【仮説の証明】
まず、停止状態での重心まわりのモーメントを考えます。
図1のように、単純化して1本の赤い棒として捉えると、各モーメントが釣り合っている状態です。

図1

なお、ここで前輪と後輪の反力をそれぞれf1,f2とし、重心からの距離をl1,l2とすると、モーメントのつり合い式は、f1×l1＝f2×l2となります。


次に、ブレーキによる慣性力が働くと、図2のように重心を中心にして前のめり＝転倒させるモーメントが働きます。
このモーメントは、質量×加速度×腕の長さ（重心高さ）＝Mαhで表せます（①）

図2

この時、前輪には圧縮荷重（⊿f1×l1）が、後輪には引張荷重（⊿f2×l2）が掛かります。

圧縮荷重と引張荷重の合計（荷重移動量）は、図3のように⊿F×Lとなります（②）

図3

そして、①（転倒させるモーメント）＝②（荷重移動量）のため、Mαh＝⊿FLになるので、
・⊿F＝Mαh／L
（証明終わり）


【結論】
荷重移動は、
・質量と加速度（減速G）、及び重心の高さに比例する。
・ホイールベースの長さに反比例する。

よって、車重が軽く、重心が低く、ホイールベースが長い車の方が、荷重移動量は少ないことになります。


なお、前に紹介したリンク先（クルマが重くなっても制動距離は変わらない）には「前輪荷重が大きい車ほど、荷重移動により制動距離は長くなる」と書かれていましたが、上記の式を見ても解るように、これも誤りです。
※荷重移動量が同じなら重心が前後どちらにあっても前傾角度は同じなので、それよりも荷重移動量の大小の方が重要。もっとも、同じ荷重移動量の車同士の比較であれば、重心が前にある車ほど後輪の引張荷重が大きくなるので、（EBDがないと）制動距離が延びる可能性はある。

つまり、空荷の軽バンの制動距離が他の軽乗用車に比べて長かったからと、「前輪荷重が大きい車ほど、荷重移動により制動距離は長くなる」と結論付けるのは、少々乱暴です。
※ちなみに、前傾角度はサスペンションの固さにもよるので、前傾角度の大きさ＝荷重移動の大きさではなく、レーシングカーのように姿勢変化が少ない車でも荷重移動は確実に起こっています。

EBDについては、よく下のようなグラフで説明がなされます。
※Electronic Brakeforce Distribution（電子制御制動力配分装置）



本田技研工業のHPより


つまり、「積載荷重が大きくなると、後輪は前輪よりも制動時の荷重がより増大するので、EBDにより後輪の制動力配分を増大させることで、停止距離を短くできる」といった説明です。

しかし、これは「重ければ重いほど、ブレーキが効かなくなる（のでブレーキを強くする必要がある）」という、一般ユーザーの誤解に基づいた間違った説明です。
※なぜ誤解であるかについては、前回までのブログで書いた通り。

本田が「難しい話をしてもどうせ一般ユーザーには伝わらないだろうから」と、敢えて（ユーザーの誤解に迎合して）解りやすく説明したのか、あるいは文系の広報担当者が勝手に要約（解釈変更）したのかは解りませんが、いずれにしても「自動車メーカーなのに正確な情報を伝えていない」という点で、いかがなものかと思います。


積載時に後輪へのブレーキ配分を増すのは、正しくは「荷重移動量が増えることで、前輪の荷重が増す一方、後輪の荷重が減るため」であり、言い換えれば、
前のめりが酷くなるからです。

前のめりが酷くなると、前輪の荷重＝摩擦力は増えるが、後輪の荷重＝摩擦力は減るので、簡単に言うと前はブレーキがモロに効くが、後ろは浮いちゃって効かない状態になります。
※つまり、本田の説明は真逆だということ。

そこで、前輪に対して後輪のブレーキの効きを強くする（同じ踏み込み量でも後輪を早めに効かせる）ことで後輪の摩擦力を上げ、制動距離を短くしようという仕組みが、EBDです。
※ちなみにマツダは、ミレーニアのビデオカタログの中で「（定員乗車時に）EBD非装着車だと、車の荷重移動によって後輪のブレーキ力が不足し、制動距離が延びてしまいます」と正しく説明しています。


本物のプロドライバーは、このような物理の原則をまさしく身をもって体感しているため、次のような自動車評論家には決して真似の出来ない素晴らしい話ができるのです。




SCORPION MAGAZINEより


全文はこちら↓
プロに教わるドライブルートの走り方①【ドライビングポジション＆視線の置き方】
https://www.abarth.jp/scorpion/for-beginners/5168

プロに教わるドライブルートの走り方②【コーナーのライン取り＆ステアリング操作】
https://www.abarth.jp/scorpion/for-beginners/5229

プロに教わるドライブルートの走り方③【ブレーキング＆荷重移動】
https://www.abarth.jp/scorpion/for-beginners/5304