マドをそっと開けてみる～♪
冬の風のにおいがした～♪
雪が降る季節になりました。
「さて、冬枯のけしきこそ、秋にはをさをさおとるまじけれ」と徒然草の第19段にあるように、冬は秋とは違った風情があるように感じます。
これが「もののあはれ」ってやつなんでしょうか？
あぁどうもおばんでございます。
パスワードを忘れてログインできなかったり、髪を切ったらあだ名が鳥の巣からタワシへとランクアップした自分です。
当たり前のことを当たり前に書いていく、お久しぶりの誰得シリーズ本編でございます。
今回は皆様ご存知の『荷重移動』を、一見関係なさそうな『ブレーキング』に結びつけるとどうなるかについて書いていこうと思います。
え？「荷重移動とブレーキだあ？荷重移動はコーナリングに使うもんだろ？」って？
確かにその通りなんですが、実は荷重移動の使い道はそれだけではありません。
効果的にブレーキをかける時にも使うことができます。
なぜなら、荷重移動というのは結局のところ、タイヤのグリップ力を引き出すための手段であることから、乗り物の基本的な動きである進む・曲がる・止まるの全てに使うことができるためです。
が、兎にも角にもしっかり止まれない(減速できない)と曲がるものも曲がりません。
もっと言うと、曲がるのは進入速度を誤らない限りどうとでもできます。
だからこそ減速の基本を先にやってしまおうという狙いです。
しっかり止まれなければ、しっかり曲がることはできないんですからね。
愛車をカスタムしていらっしゃる方々から怒られるかもしれませんが、基本的にただ車高を落としただけであったり、サスペンションを硬くしただけの市販車は(程度の違いはあるでしょうが)制動距離がほぼ確実に延びてしまいます。
なぜなら、前輪への荷重の移動量が減るということは、ブレーキがタイヤの回転を止める力(以下、制動トルクとします)が荷重の移動量の減少によって小さくなったグリップ力に比べて相対的に大きくなってしまうため、前輪が滑りやすくなるためです。
簡単に言うと、車高を落としたりサスペンションを硬くするとブレーキによって発生する制動トルクとタイヤのグリップ力のバランスが崩れて制動距離が延びてしまうんですね。
これは物理的にしょうがないことなんですが、この問題はある程度までは解消できます。
それが今回やっていく内容なので、怒らずに干し柿でも食べながらご覧ください。
はじめに、今回の大きなテーマは
『どうすればより安全に止まれるか』について書いていきます。
実は今回の内容なんですが、前までは「このやり方は急制動以外では使う必要や場面はないだろう」と思っていたため、続きは書かないとしていたのですが、よくよく考えてみると雪道などの滑りやすい道で普通に止まる時にも使えるんじゃないのかという事に気づきました。
今さら思い直すなんてバカで計画性のない人間ですねぇ。
それでは、どうすれば荷重移動をブレーキングに活かせるかについてですが、やり方は非常に簡単です。
それは、
ちょっと待つ
･･････簡単すぎて申し訳ないんですが、これだけです。
もちろんABSがついていても、です。
実は、ブレーキはただ踏めばいいってものでも、蹴り飛ばせばいいってものでもないんですね。
そりゃあこれから止まろうって時にちょっと待とうなんて書くと、なんで待つ必要があるんだと思うかもしれません。
一見矛盾しているように見えますが、これにはちゃんとした理由があります。
この理由と意味がわかる方はこの先を見る必要はありませんので、ご自身のお時間を有意義にお使いください。
まさに釈迦に説法、孔子に論語、英語だと(ちょっと意味が違いますが)Preaching to the choirですから。
理由を書いていく前に、以前からこのシリーズでブレーキと荷重についてアレコレ書いてきたのをおさらいしてみましょうか。
1. ほとんどの市販車のブレーキは前輪から滑り出す
2. タイヤは多少滑らせたほうがグリップする
3. ブレーキをかけると前側が下がり、加速すると前側が上がる
4. ほとんどの市販車は進む力よりも止まる力のほうが強い
5. タイヤのグリップ力＝路面とタイヤの摩擦係数×荷重(垂直抗力)
6. 荷重＝車重(質量)×時間あたりの速度の変化量(加速度)
7. 加速度＝速度の変化量÷速度の変化に要した時間
8. 総荷重量＝車両総重量
大体こんなとこでしょうか？
他には、荷重の移動量を決める要素であるホイールベースの長さや、タイヤの性能曲線は弧を描くこと、止まる際のスリップ率(前後方向の滑り率)から見るABSの役割などなどが関わってくると思います。
しかしながら、普段の運転では流石にここまで覚えおかなければならない必要はないでしょうし、もしあったとしても、何かの話のタネとしてごま塩程度に覚えておくだけにしたほうがいいかと思います。
普段の運転で一番大事なのは、これらを極力使わない・使わなければならない場面にならないようにすることなんですからね(;^ω^)
まずは1の
「ほとんどの市販車のブレーキは前輪から滑り出す」から。
ではなぜ市販車は前輪から滑り出すように作られているんでしたっけ？
スピンしちゃうと危ないからでしたね。
この詳細は
以前にも書いたので今回は簡単に流しますけど、これは運転だけでなくチューニングやセッティングなどを通しても非常に重要なことになるので最初に持って来ました。
市販車の全体における大前提と言い換えてもいいくらいです(･＿･)
次に2の
「タイヤは多少滑らせたほうがグリップする」ですが、
詳しい説明が面倒なのでこれはまぁそんなもんかと思ってください。
納得できない方はフォーミュラEを思い浮かべるといいかもしれません。
あれは電気自動車なので排気音は静かですが、そのぶんスキール音やロードノイズが目立ちます。
レースなどでグリップ力を無駄にすることは基本的にはないでしょうから、スキール音が鳴る＝タイヤを限界まで使っていると考えることができるかと思います。
今度は3と4の
「タイヤのグリップ力＝路面とタイヤの摩擦係数×荷重(垂直抗力)」と、
「荷重＝車重(質量)÷時間あたりの速度の変化量(加速度)」に移ります。
ここで重要になるのは荷重をかけすぎてグリップが失われるまでの時間です。
2ではタイヤは多少滑らせたほうがグリップすると書きました。
ですが、多少滑らせたほうがグリップするからとはいえ、急な操作をしたらすぐにグリップが完全に失われてしまう(音が高くなる)のはなんとなくわかりますよね？
急ブレーキをしたらすぐにタイヤが完全に滑ってしまいますが、その短時間の間にも確実にグリップが失われつつある時間は存在します。
しかしながら、確かに存在するからといって、ごく短時間でその範囲内に留めておくように操作するのは難しいです。
こればかりは練習や経験、そして路面状況を読み取るなどの経験からなる予測がモノをいうので、全ての方が確実に毎回できるわけではありません。
特定の場所でABSをわざわざ外しているような腕自慢の連中でも油断してフラットスポットを作っちゃうことがあるんですから。(ABS付きの車でもフラットスポットができるそうです)
さてここで一つ簡単な問題です。
平坦な乾燥路をAさん、Bさん、Cさんの車が走っているとします。
いずれの車も時速100kmになるまでフル加速してからすぐに急ブレーキをしました。
Aさんは一気に床までブレーキを踏み続け、Bさんは先にブレーキを少し踏んでから床まで踏み込み、Cさんはポンピングブレーキをしました。
この場合、誰が最も短い距離で止まれたでしょうか？
(※ただし、車両の装備、性能、重量やサスペンション形式などの差は考えないものとし、前後共に油圧式ディスクブレーキが装着された車両とします。また、いずれの車両にもABSは装着されていないものとします)
･
･
･
えーと･･････簡単すぎましたか？
ご活躍されていらっしゃる方々はわかりきっているかもしれませんが、答えはBさんです。
制動距離はB＜A＜Cの順に長くなります。(路面状況によってはAとCの順番が逆になることもあります)
なぜこうなるかというと、これには荷重を構成する要素である加速度とタイヤのグリップが関係しているためです。
加速してからすぐに一気にブレーキを踏むと時間あたりの速度の変化量が大きくなるのは加速度を求める計算式を見ればわかるかと思います。
加速度が大きくなると、タイヤに大きな荷重がかかります。
ここで大事なのは、その大きな荷重がどこにかかるかなんですが、どこにかかるかっていうと･･････そりゃあ主に前のタイヤですよね？
ブレーキをかければ前に傾きますし、離せば前が上がりますし。
でもよく考えてみてください。
タイヤって確かに荷重をかければグリップ力が増えますが、どこまでもグリップしましたっけ？
もちろん違いますよね。
1で書いたように、ほとんどの市販車のように前輪が先に滑り出すように作られているというのは、前輪のグリップ力の限界がほぼそのまま制動距離の限界になることを意味します。
そのため、市販車で制動距離を短くしようとした場合、前に荷重をかけて前輪のグリップ力を高めながらも、前輪を完全に滑らせないようなセッティングやチューニングをする必要があります。
こう考えると市販車のブレーキセッティングとかチューニングってめんどくさいですね。
別の見方をするならば、(少なくともスポーツグレードの)市販車のブレーキと足はそれだけ詰められて作られているということでもあります。
足とブレーキは切っても切れない関係ですから。
もうちょっと突っ込んだ説明として、タイトル画像のように
車やバイクのサスペンションは必ず地面から見て斜めに取り付けられているというのがあります。
結論から先に書くと、このサスペンションの取り付けの傾き(キャスター角)がなければブレーキをかけても車は傾かないので、タイヤが滑りやすくなります。
なぜなら、地面と垂直に取り付けられたサスペンションだと減速時にバネが縮まない＆ブレーキはタイヤの回転を止めるためのものだからです。
この場合、慣性力にしたがって車体は進行方向に対して水平に進もうとするため、車体は地面と水平方向の直線運動にしかなりません。
つまり、地面と垂直方向に取り付けられたサスペンションだと地面に対して水平方向に変形するしかできないんですよ。
あくまでブレーキはタイヤの回転を止めるためだけにあるものなんですから。
となると、これではグリップ力を高めるための荷重を十分に得ることができませんよね？
上から押さえつける力である荷重と垂直抗力は実質的に同じものなんですから。
さらに、タイヤだけを見た場合、荷重があまりかかっていない状態というのはタイヤが滑りやすい状態になっているため、滑って止まれなくなる危険性が高くなります。
このため、サスペンションに最初(取り付け時)から傾きを与えておくことで、減速によって発生する前後方向の慣性力を上下の回転運動に変えてタイヤにかかる垂直抗力を増やし、グリップ力を高めてしっかり止まれるようになっているんですね。
以上のことを簡単にまとめると、キャスター角があることでブレーキをかけるとサスペンションが縮み、サスペンションが縮むことで前に荷重が移動し、荷重が移動することで車体が傾き、車体が傾くことでさらにサスペンションが縮み・・・･･･といった流れになります。
さらに、ブレーキのピストンサイズは前後で違うという要素もあります。
なぜなら、ブレーキはパスカルの原理とテコの原理を用いてブレーキフルードがピストンを押すことで制動トルクを高めていますよね？(わからない方はとりあえず油圧ジャッキの仕組みと同じだと思ってください)
そこで、ちょっとパスカルの原理とはどういったものだったか思い出してみてください。
「静止流体が密閉容器の中に入れられている状態で各分子が静止している場合、あらゆる地点の圧力は等しくなる」といったものでしたよね？
また、圧力を求める公式は
圧力＝力の大きさ(N)÷力を受ける面積(平方メートル)
でしたね？
このことから、もしピストンが複数個あったとしても、それぞれの面積が同じならば全てのピストンにかかる力も等しくなります。
この時に上のキャスター角で書いたモデル(前後に車体が傾かない＝ピッチングが発生しないモデル)で考えた場合、ブレーキをかけると前後に同じ制動トルクが発生してしまうため、安全のために前輪を先に滑らせようという目的を達成できなくなってしまいます。
そこで、油圧で押されるピストンの面積を前後で異なるサイズにする(前の面積を大きくする)ことによって、ピストンにかかる圧力が前後共に同じ量であってもフルードがより大きな面積のピストンを押すことになり、ピストンを押す力の大きさを増やすことができるため、前輪が先に滑るようにできるのではないでしょうか？
とはいえ、これはあくまで自分の想像なので、本当のことや詳しいことはお近くの本職の方に聞いた方がいいと思います。
こんなチンケでしょうもない仮説よりもっと興味深いお話が聞けるでしょうから。
もしかしたらピストンサイズの違いは単純に、荷重が前にかかることでグリップ力が高まるからピストン面積を大きくしてるだけなのかもしれませんけどね。
話を戻しまして、
図を用意するのが面倒だったのでわかりにくくかったかもしれませんが、以上がブレーキをかけた時は車体の中心あたりを支点にして車は前後方向に円を描くように傾く理由でした。
この理由を今回のテーマに当てはめた場合、一気にブレーキをかけると一気に前に傾くため、ほとんど前のタイヤしか止めるのに使っていないこととなります。
また、ポンピングブレーキも前のめり→前が浮く→前のめりを繰り返すので、こちらもほとんど前のタイヤしか使えていないことがわかります。
でもタイヤは前後についているものですし、せっかく後ろにもついてるんですから、それをただ転がせておくのは何だか勿体なくありませんか？
というわけで、後ろのグリップ力も増えるようなブレーキをしてみようじゃないかというのか今回の狙いになります。
トラクションをかけるためだけに後ろのタイヤがあるわけではないんですから。
そして、車はブレーキを踏むだけで前後のブレーキがきくようにできているんですから。
え？じゃあバイクはどーすんだって？
とんでもなく適当ですが、バイクの場合は後ろのブレーキを足元でチョチョイのチョイってやればいいんですから別に今更詳しく書かなくたっていいんじゃないんですか？
ブレーキによる姿勢制御といった面では原理も同じですし、バイクに乗ってる方は自然と体で覚えるでしょうし。
いかんせんバイクは速度が落ちるほど直進性における不安定さが増していく乗り物ですからね。
ほら、ジャイロ効果ってあるじゃないですか。
それに、バカで計画性のない自分ごときがわかるくらいですから、多分バイクの場合は教習所レベルで教わるんじゃないんでしょうか？
バイクは前のめりになりすぎたり、短時間で一気に前に傾かせると乗ってる本人が落車しちゃいますよね？
だからといって前輪のブレーキを緩めてしまうと、今度はその緩めたぶん制動距離が延びてしまいます。
これじゃあ危ないので、後輪のブレーキも使って姿勢をなるべく水平に保つことで、前後のタイヤをしっかり使いながら安全に止まれるようにしていますよね？
んで、これを誰でも簡単にできるようにしたのがホンダのコンビブレーキとかいう電子制御システム・・・･･･なんですよね？
本当のところはバイクは乗ったことないのでわかんないですごめんなさい(;'A`)
ここまで読んで、「ん？じゃあ車でもバイクと同じように前後のタイヤを使ったブレーキングができちゃうんですよとかほざく気かこのバカは」と思った方。
大正解なんですけど、車でバイクと同じことをやるのは流石にムリです。
ですが、8で書いたように
「総荷重量＝車両総重量」ですので、タイヤにかかる重さの合計は常に一定なため、前にかかる荷重を減らせば自動的に後ろの荷重が増えることになると思いませんか？
あっ、もちろん空力などの外的要因は無視した場合ですよ。
バイクも車もブレーキは必ず前輪のほうが強く効き、前輪が先に滑り出すようにできています。
前輪に比べて効きは弱くできていますが、車はブレーキを踏むだけで後輪にもブレーキがかかります。
この理由を以前に「後輪が先に滑ると危ないから」と書きましたが、実はもう一つあります。
上で書いた荷重のかかり方です。
キャスター角の存在によって、減速時は前輪にかかる荷重は後輪よりも大きくなります。
そこでさらに考えていただきたいのですが、減速の荷重移動によって静止時よりも前側に荷重が移動した状態だと、前側にかかる荷重が増えるため、前輪のグリップ力が一時的に増えることになりますよね？
ということは、この時だけは前輪に大きな制動トルクをかけても滑りにくくなっていると思いませんか？
なぜなら、荷重移動によって一部の荷重が増える＝その部分のグリップ力が一時的に増えることになるんですから。
キャスター角の存在によって車は車体の中央あたりを中心に円運動をするため、車体はタイヤを追い越そうとするように傾きます。
さらに、この法則に8の
「総荷重量＝車両総重量」であることを当てはめると、前方向の傾きを少し抑えてあげる(一気にブレーキを踏まない)ことで後ろのタイヤにいつもよりちょっとだけ荷重が増えるため、その増えた荷重の分、後ろのグリップ力をもう少しだけ引き出せるのではないでしょうか？
ただし、この時気をつけてほしいのは、前輪が完全に滑ってしまうことです。
制動トルクの大きい前輪が完全に滑ってしまうということは、元々制動トルクが小さくできていて、まだ転がっている後ろのタイヤに全グリップ力＆全制動力の大半を預けてしまうことを意味します。
せっかく前に移動させた荷重が抜けてしまうんですから、これじゃあ制動距離は延びてしまいますね。
制動力を構成する要素であるグリップ力と制動トルク。
この2つには密接な関係がありますが、あくまでもグリップ力と制動トルクは別物です。
制動力を十分に発揮させるのに必要なのが荷重と摩擦からなるグリップ力です。
ですが、(抵抗を無視した場合は)いくらグリップ力を高めてもブレーキをかけなければ制動トルクを得ることはできません。
反対に、ブレーキをかけて制動トルクを増やしても、グリップ力が低ければ(荷重がかかっていなければ)制動力を発揮させることができません。
ですので、荷重移動と聞くとコーナリングに限ったことかと思うかもしれませんが、ブレーキを効果的にかけようとする時にも欠かせない要素になります。
正直めんどくさいでしょうが、これがただブレーキを踏めばいいってものではない理由です。
今回も長くなりましたが、簡単に今回の要点をまとめると、
ブレーキングでは一気に目的の踏み残りしろまで踏まずに
乗り物に準備する時間を与えよう
ということでした。
こうすることで前のめりになるのをある程度は抑えることができるので、前後のタイヤを効率的に使って止まれるんじゃないかなと思います。
しかし、何よりも大事なのは必ず止まるということです。
止まらなければならない場面では、すんごい前のめりになったとしても必ず止まらなければなりません。
あくまで今回のは効果的に止まるための一つの手段、もっと言えば非常停止用の手段だと自分は思っています。
ですので、本来は使わないに越したことはないとも思っています。
止まれるならば、ゆっくりブレーキを踏めば乗り心地もいいんですから。
それに、多分今時の車にはEBD(電子制御ブレーキシステム)という便利な装置がついているでしょうから、今時の車ならばただブレーキを思いっきり踏んだほうが短い距離で止まれるかもしれません。
電子制御とか技術の進歩ってのは凄いもんですね (´,,・ω・,,`)
あと、念のために付け加えておきますが、特定の場所でいきなりこれを使ってブレーキでタイムを詰めようとするのは絶対にやめてください。
それは最後の最後まで残しておいたほうがいい手段ですし、失敗した時の大きなリスクに比べてリターンが少ないです。
コースにもよるかもしれませんが、コース全体で減速する時間と距離を考えてみると、割に合わないことがわかると思います。
素直に直線で速度を稼ぐようなラインに変えてみるほうがもっと効果的ですし、何より危なくありません。
それに、長いコースだと疲れますしね。
あくまでも今回のテーマは『荷重移動を使って安全に止まってみよう』です。
決して『ブレーキングでタイムを詰めてみよう』ではありません。
ブレーキングでタイムを詰める前にはまだまだやれるであろうことがたくさん残っています。
それに気付いていないだけです。
ちょっと書き方が強くなりすぎたかもしれませんが、今回は以上です(･ω･)ﾉｼ
