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2014年08月04日

スリップアングルを考える

スリップアングルを考える

酔った勢いで書く今回の誰得考察はスリップアングルについてです。
普段は聞くことのない言葉ですが、これには運転と密接な関わりがあると思います。



早速ですが、皆さんは普段運転していてカーブを曲がる時にどのような操作をしますか?
おそらく大体の方は「ハンドルを回す」と答えるでしょう。
もちろん大正解です。

では、「なぜ車はハンドルを回すと曲がるのか?」を考えてみるとどうでしょう?
大体の方は「ハンドルを回すことでタイヤの向きが変わり、その方向に車が進むから」と答えると思います。

私が思うに、この回答は不適切だと思います。
なぜでしょう?

結論から先に言うと、「タイヤの転がる方向、または車の進む方向」と「タイヤが実際に進む方向」にはズレがあります。
これが「スリップアングル」と呼ばれるものです。

「スリップ」と聞くと滑っているような感じがしますが、いかがでしょう?
実際のところ、低速で走行しているときは滑っていないように感じると思います。
ですが厳密にはハンドルを切った瞬間からスリップアングルは発生しているのではないでしょうか?

なぜそう思うかというと、


「左右どちらかにハンドルを目いっぱい切った場合、重量物(エンジンなど)の下にあるタイヤの形状は変化するのでは」



と考えた場合、重量物の下にあるタイヤのゴムは最初から潰れています。
そこにハンドルを切ることで生まれた横の力が加わると、ねじれている(くの字のような)状態になると思います。
次に、タイヤはゴムでできているので、元の状態(真っ直ぐ)に戻ろうとします。
そして、その元に戻ろうとしている力は遠心力によってカーブの外側に向かって捩れ続けようとする力に対抗しているものと考えられます。
これら一連の力の流れで車が曲がっているのではないかと考えています。
上記のように考えた場合、タイヤはハンドルを切った瞬間から横に滑っていると考えられるのではないでしょうか?

ここまで考えてみると前輪のみにスリップアングルが発生するような書き方になってしまいました。
ですがこの文章を書いている途中に、それは間違った考えではないかと気づきました。
なぜなら車にはタイヤが4本ついているからです。
ということは、前輪だけでなく後輪にもスリップアングルが発生している可能性が出てきました。

また、直進時でもスリップアングルはついているのではとも考えることができるのではないでしょうか。
それはトー角の存在です。
これが最初からついている場合、タイヤの進行方向と実際に進む方向が常に異なっていると考えられます。
(逆説になりますがトー角が0の場合、直進時のスリップアングルは0になると思います)

そしてこのスリップアングルにはどうやら最適な角度、もとい最も曲がる角度があるようです。
この文章を見ている人は「じゃあ何度だよ」と思うでしょう。
私も知りたいのですが、走行中にしか計ることはできなさそうなので実際に計ることは困難だと思います。

そこで、スリップアングルがその角度に対して大きいと、どのようなメッセージが車から出てくるかを考えてみたいと思います。
実体験ですが、知らない道を運転していた時のことです。
一見きつくなさそうなカーブを曲がるためハンドルを切ると、奥のR(半径)が非常にきつくなっておりハンドルを切り足しました。
するとタイヤからスキール音とは違う、聞いたことのないような音がしました。
「ゴゴゴゴゴゴ」という音です。
通常スキール音が鳴る時はタイヤの中心部が減っていたのですが、このときはショルダー部が異様に削れていました。

その理由を今さらながらに考えてみると、先に書いてある通り、曲がっている最中のタイヤは捻れています。
捩れているということはタイヤのショルダー部も一緒に変形しています。
そしてこのことから、本来曲がることができる速度とアングルの量に対してそれ以上ハンドルが切られていると、これに比例してショルダー部の変形が大きくなると考えることができます。
端的に言ってしまえば「ハンドルをこじっている」状態です。
ということは、ショルダー部の捩れる力が通常よりも大きかったため、普通はあまり減らないショルダー部が著しく減ってしまったのではと考えられます。
ついでにふと思ったのですが、これは扁平率の高いタイヤだったり、サイドの剛性が低いタイヤだとこの現象が起こりやすいのではないでしょうか?

…個人的にですがコーナリング時のショルダー部の減りを抑えるためにキャンバーをつけるという選択もあると思います。
キャンバー角をつけるということはトー角も変わるような気がするので、車の特性がどう変わるのかというのも気になるところです。



長くなってしまったので今回はここで一旦終了とします。
思い出した時に続きのような文章を書くかもしれません。

最後にWTF的な動画をどうぞ。




すごく楽しそう(小並感)
ブログ一覧 | 考えるシリーズ | クルマ
Posted at 2014/08/04 01:39:56

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