誰得なテーマでひっそり忘備録のように書いていくこのシリーズ。
今回はコーナリングの要ともいえる
『慣性』について主に考察していきます。
早速ですが、
前回からの続きです。
なぜ慣性がコーナリングの要となるのかというと、コーナリング時の動きは外部からの力を受けない限り、常に一定の大きさの円を描くように曲がり続けます。
そして、常に同じ大きさの円を描くためには『2つの力』がつり合っていることが必要条件となります。
次に、慣性力には
『遠心力』と
『向心力』の2種類の力があります。
この2つの力がコーナリングにおいて車体に大きな影響を与えるんですね。
例を出すと、交差点などを右に曲がる時、我々ドライバーは曲がる方向とは逆の左へ引っ張られるような感じがありますよね?
スピードを上げたり、ハンドルをたくさん回したりすると一層この感覚は強くなります。
この場合、乗員は左へ引っ張られているというのに、乗り物は右へと進んでいきますよね?
それでも、コーナリングの途中でスピードを上げたりハンドルを切り増ししない限り、乗り物は同じ大きさの円を描くように曲がり続けます。
もちろん、実際は摩擦による減速が加わるのでこの通りではありませんが、エネルギー保存の法則のみに照らし合わせて考えた場合、物体は等速円運動をし続けると考えられます。
ではなぜこのような事が起こるのでしょう?
もちろん、遠心力によって進行方向と逆向きの力が発生することはご存知の通りです。
ですが実際は遠心力とは切っても切り離せないもう一つの力である向心力が存在しているからなんですね。
これは単純に遠心力の反対方向にかかる力だと思っても問題はないと思います。
(大学で物理を修めた方やこれから習う方においては、この考えは正しくありません。
大学物理になると、回転座標系(非慣性系)であるか慣性系であるかを考えながら数式を解く必要があるようです)
今回はわかりやすさを重視して考察していくので、遠心力を求める公式は使用しません。
一応公式を書いておくと、“回転物の質量×回転半径×回転速度の2乗”となります。
ごましお程度にでも覚えとけば役に立つかもしれません。
さて、長くなりましたがここからが今回の本題。
向心力は車やバイクの場合、グリップ力として扱われるので、比較的どうとでも調整がしやすいものです。
極端に言ってしまえば、
太い黒光りのツルツルしたスリックタイヤを履くだけで最大の向心力が得られることになります。
ですが問題は遠心力(コーナリングフォース)のほうです。
遠心力だけは調整がしづらく、比較的簡単に解決できる方法が見受けられません。
ではなぜ解決しづらいのか?
まずは下記の図をご覧ください。
第一に、定常円を描く場合の必要条件として『遠心力と向心力が釣り合っていること』が挙げられます。
これはつまり、
『最大グリップを出した場合の最大コーナリングフォース』がどのくらいなのかを求めることに繋がります。
次に遠心力を求める上で重要になってくるのが
『重心の位置』です。
この重心の位置というのは結局のところ、最も重い重量物の位置に左右されるといっても過言ではありません。
ならば車で一番重いのは何でしょう?
前に何度も書いていますが
エンジンですよね。
ということは、エンジンの位置によってコーナリングの特性が変化するのは当然のことです。
さぁ、では前後それぞれにエンジンがある場合どうなるかについてやっていきましょうか(ΦωΦ)
横の回転軸を車体の中心点Oとして考えた場合、最も重い重量物であるエンジンは中心点Oから離れれば離れるほどトータルでの遠心力が大きくなっていきます。
また、グリップ、つまり向心力は必ず遠心力に負けてしまいまうという決まりごとが存在します。
どんな方法で向心力が大きくなろうとも、です。
これらの常識を踏まえた上で、以下の図をご覧ください。
条件としては中心点Oを基点にした場合の遠心力の大きさを考えていきます。
今回は車体を回転させるのではなく、円を回転させた場合で考えます。
イメージしにくい方は、自分が遊園地のコーヒーカップに乗ってグルグル回っているところを想像してください。
それでもイメージしにくい方は、物凄い勢いで回転しているラ○ホテルの回転ベッドの上で回っている様子を思い浮かべてください。
どちらの場合も一番の重量物はご自身ですので、カップやベッドの上で様々な立ち位置をお試しいただくとより一層お楽しみいただけるかと思います(*^ω^*)
フロントエンジンの場合:
この形式の特徴は前輪、つまり
フロントの向心力が先に限界を迎えることになります。
中心点から前方へ離れた所に最も重い重量物があるんですから。
そしてすべての図に共通していることですが、この遠心力による作用は(回転)速度が上がれば上がるほど大きくなっていきます。
リアエンジンの場合:

この形式の特徴は前輪とは逆で、
リアが先に限界を迎えることになります。
理由は前輪のモデルで書いたことと逆で、後方へ離れた所に最も重い重量物があるからです。
後輪駆動の一部車種では最初から前後のタイヤサイズが異なるものもあります。
例えば最近発売された車の中では、ホンダ・S660のタイヤサイズは前輪より後輪のほうが太くなっています。(フロント 165/55R15 リア 195/45R16)
なぜ太くなっているのかというと、この車は上の図ほどではないにせよ、中心点Oよりも後方にエンジンが搭載されているMRなので、最初から後輪が滑りやすい性質を持っています。
なので、後輪のタイヤを太くすることでトラクションや横のグリップを稼いでいるんですね。
他の後輪駆動車も同じような理由で後輪のタイヤを太くしてタイムの短縮に繋げることが多いですよ(=゚ω゚)
実は似たような効果を得るための超お手軽セッティングもありますが、あまり推奨はしません(;・∀・)
ここまで書きましたが、「じゃあド真ん中にエンジン置けばいいんじゃね?」と思った方もいらっしゃるでしょう。
それこそが大正解ですが、少なくともいまだに市販車では実現されていません。
なぜなら中心にエンジンを置こうとした場合に最も邪魔になるのがドライバーだからなんですね。(正確にはドライバースペースです)
なんという矛盾でしょうか。
速い車を作る上でどうしても直面してしまうジレンマですね(;-ω-)
さていかがでしたか?
今回はこれでいったん終わりにして、最後はいよいよ姿勢制御の大切さとエンジン位置によるコーナリング特性を結び付けていきます。
それでは、また(=ω=)ノ