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イイね!
2014年12月23日

姿勢変化と荷重移動は分けて考えることが大事

例えばですが、「○○をするとロールが増えるので、外側のタイヤにしっかり荷重が乗る」といった表現を目にすることがあります。
自動車工学を学んだ方はこういう表現をすることはまずありませんね。
では、これが間違いか?というと、必ず間違いであるということも言えません。
難しいですね。

ロールやピッチングといった「車両姿勢の変化」というのは、「各タイヤにかかる荷重が移動すること」とは分けて考えることが、正しい理解に繋がります。
実際には「姿勢変化」と「荷重移動」は密接に関わり合っているものですから、分けて考えたあとで、ふたたび組み合わせるということが必要になるのですが、順番としては先に「分けて考えることが出来る」ということを覚えたほうが、たぶん分かりやすいのではないかと思います。

ごっちゃになってよく分からなくなってしまう場合は、極端な例で考えてみましょう。

たとえばバネやスタビを硬くすると、ロール角は減りますね。
これは「同じ力を受けたときの車両姿勢の変化が少なくなる」という意味で、例えば「受ける力が大きくなると車両姿勢の変化も大きくなる」わけですが、ここは当然「受ける力は同じである」という前提で考えます。
実際には同じではないので、正しく理解できたあとは、受ける力が変化した場合について考えていくことも大事です。
でも今は面倒なので、受ける力が変化しようがしまいが「まったく姿勢変化しないクルマ」を想像して考えてみることにしましょう。
ばねレートが無限大でブッシュ硬度も無限大、ボディ剛性も無限大とします。
ちなみにタイヤの剛性が無限大だとグリップしてくれないので、タイヤ剛性については残念ながら除外します。

このクルマがカーブを曲がるとき、果たして荷重移動は発生するでしょうか?
荷重移動は、クルマの重心高さが地面高さよりも上にあれば発生しますから、例え姿勢変化しないクルマであってもカーブを曲がれば荷重移動が発生します。

ところが、このことは感覚的にいまいち分かりにくいことのようです。
ばねレートは無限大であっても、カーブを曲がれば荷重移動はきちんと発生します。
次のような例で考えてみましょう。

まず頑丈な机と、大体ですが週刊少年ジャンプを10冊重ねたくらいの大きさの長方形の鉄の塊を用意します。
ずっしり重いのですが、あなたは力持ちなので、大きな鉄の塊を持ち上げてしまうことくらいへっちゃらです。
ちゃらへっちゃらです。

その鉄の塊は、机の上に縦にして置きます。
縦に置いているのでちょっと不安定ですが、鉄の塊はずっしり重いので、やっぱり不安定じゃありません。
次に、机と鉄の塊との間に「感圧紙」を挟みます。
「感圧紙」とは、そこにかかる圧力の大きさに応じて色が変化する紙のことです。
分からない方は画像検索でググってみてください。
ここでは特別に、ゴムシートのような性質を併せ持つ感圧紙を使用することにします。

そして机と鉄の塊との間に感圧紙を挟んだら、今度は僕の登場です。
僕は、鉄の塊の「上のほう」をしっかりと持って、「横に」ぐぐーっと押してみます。
机と鉄の間に挟まれた感圧紙はゴムシートのような性質を併せ持っていますから、鉄の塊は横に動くことはありません。
鉄の塊はずっしりと重いので、頑張って横に押しても、びくともしません。
顔を真っ赤にしながら横に押しますが、びくともしません。
うーん、僕のへなちょこ!

「ちょっと代わって」と言って、今度は、あなたがやってみることにします。
あなたはこないだ超サイヤ人に目覚めたので、とっても力持ちです。
机の上に縦に置かれた鉄の塊の上のほうを、小指で押してみました。
すると、ずっしりと重い鉄の塊が、なんと簡単に傾いてしまったではありませんか!
小指の力を緩めたら、傾いた鉄の塊は元に戻りました。
ふたたび小指に力を込めると、鉄の塊はふたたび傾きました。
くいっ、くいっと、何度も押すと、くいっ、くいっと、何度も傾きます。
僕はその横で「なんじゃそりゃー!」と目を見開いてびっくりしています。

何がすごいって、そんなに大きな鉄の塊を載せてもびくともしない、机の頑丈さにびっくりです(そっちか)

以上は簡単な実験ですが、ここで、あなたが小指で押す前に僕がチャレンジした直後の感圧紙の状態をチェックします。
僕が鉄の塊を押す前は、感圧紙の色はきれいに均一です。
ところが、僕が顔を真っ赤にして鉄の塊を横に押したあとは、押された反対側の部分のほうが色が少しだけ濃くなっています。
それまで均一だった荷重が、横に押されたことで、偏りが発生したということです。
つまり、荷重移動した。

その後、あなたが小指で鉄の塊を押すと、鉄の塊は傾きます。
感圧紙に接している角っこの部分だけ、めちゃくちゃに色が濃くなっています。
当然ですね、ずっしりと重い鉄の塊のすべての荷重がそこにかかっているわけです。
これはクルマで言えば、片輪が浮いているような状態と同じですね。
そのまま力を加え続けると、横転してしまいますね。

さて以上は例え話ですが、「横に押してもびくともしないが、実際には荷重は移動している」というイメージを持ってもらえたら、と思って書きました。
クルマの場合はバネがついているので、このような状況だと、ロールしてしまいます。
ただしもしも鉄の塊のように、バネレートが無限大に近いようなクルマだったら…つまり走行中どんなに力が加わっても姿勢変化しないようなクルマだったら、荷重移動量が増えていき限界に達したところで内輪が浮きはじめ、やがて横転します。

というわけでロールをしようがしまいが、(クルマの重心点が地面高さよりも上にあって)タイヤがグリップしている状態で重心点に横力が加われば、ちゃんと荷重移動は発生するということです。
この場合、見た目の姿勢変化は重要ではなく、実際に4つのタイヤに加わる荷重がそれぞれどの程度の大きさなのかということが重要で、例えば感圧紙のようなものを使えばそれを知ることが出来るかもしれませんが、実際にはそれを計測することはとても難しいです。
ともかく、「姿勢がどのように変化するか」ということと、「荷重がどれくらい移動したか」ということは切り離して考える、ということが重要で、それを理解するためには「まったく姿勢変化しなくても荷重移動は発生する」というケースをイメージすることが理解の助けになるのでは、と思います。







ところでクルマがロールした状態では、重心位置が外側下方に移動するので、そのことが荷重移動量そのものに影響を与えます。
そのため「ロールの大小は荷重移動にまったく関係がない」とは言い切れないのが実際のところです。
ただし20度も30度もロール角がつくようなクルマは別にして、スポーツ走行用に足回りの硬められたクルマでは、それが影響する量というのは大きくありません。
無視できる大きさではないが考慮に含めるほどの大きさでもない、という意味で、ただの豆知識として頭の片隅にでも入れておく程度にするのがよいと思います。
どちらにしろ過度のロールはスポーツ走行に不向きであるということは一般によく知られているわけですしね。

またクルマがロールしている状態では、重心位置だけでなくロールセンタも移動します。
クルマをロールさせる力 = ロールモーメント ≒ 重心点~ロール軸間の距離×重心にかかる横力 なので(※)、ロールによって重心やロールセンタが変化するとロール量が変化するというのも当然ですね。
(※1…ロールした状態では重心にかかる重力の影響もありますが書いてるとキリないので割愛します。苦笑)
(※2…左右のバネレートが異なる範囲ではロールセンタも変わるし、ジャッキアップ特性でも変わるし、そもそもダンパのガス圧やブッシュにかかる力やタイヤのばねなど、左右で異なる要素はとても多いため、厳密にやろうとするとほんとにキリがないのでこのへんはあまり突き詰めようとせずほどほどにしておくようにしましょう。苦笑)

そういった絡みがあって、ロールの大きさは荷重移動に少し影響を与えます。
ただし、だからと言って、ロール剛性を半分にすれば荷重移動量が倍になるかというと、そうではありません。
このあたりの感覚を身につけることが、ロールを正しく理解することに繋がるかもしれませんね。








いろいろ書きましたがが今日は「姿勢変化と荷重移動は分けて考えることが大事」ということが書きたかったのでした。
とても混同しやすい要素なので、よく分からなくても無理はないのですが、混同しやすいものは分けて考えよう、分けて考えようという意識を持つことが大事だと思います。
そして次にカラオケ行ったときはちゃらへっちゃらを歌いたいと思います。
ブログ一覧 | 日記
Posted at 2014/12/23 21:53:50

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この記事へのコメント

2014年12月24日 22:11
ひとつだけ。
ロールの大きさは荷重移動とは無関係ですが、ロールしきるまでの時間、戻るまでの時間がクルマの速さの重要な要素です。

硬いバネと低い減衰力のショックアブソーバーの組合せが今回のテーマの最終的な出口になります。

際限なく動き(荷重移動)を早くするのは不可能ですが、合わせる基準はタイヤになります。

理論と現実が出会うとまた違った世界に浸れますよ。

ヒントにでもなれば幸いです。
コメントへの返答
2014年12月26日 0:19
ロールしている最中の内外輪にかかる荷重のことでしょうか^^
あまり詳しいことは分かりません…。
外輪のことを考えるとバネがエネルギ吸収してる時間は短くしたいし、内輪のことを考えるとバネが蓄えたエネルギが減衰されてしまうのは勿体無いですね。

ん~、あんまりヒントを活用できてないかもです^^;
2014年12月26日 23:07
手のひらの上に1gの1円玉を乗せて、手を上下に動かしても何も起きませんが、1gのふくらませた風船を乗せて動かす場合はゆっくり動かさないと手から風船が離れてしまいます。
もちろん両手で上下で挟んで動かせば追従します。

風船に働く空気抵抗があるから離れてしまいますよね。

クルマに置き換えるとこの空気抵抗がショックアブソーバーの減衰力で、風船が手から離れないように上から押える力がバネです。

重心に働く重心を動かそうとする力とその逆(慣性)と追従と動きの早さの関係のイメージのつかみ方です。

荷重移動の早さを邪魔するのが減衰力であり、バネの力は追従する早さを高める指標になります。

また、サスペンションにおいてジオメトリーの考え方でロールセンターに固執する人が多いですが、重要なのはロールセンターではなく、キャンバーアクションであってロールセンターではありません。
タイヤに働く外力(路面からの反力)がどのくらいの大きさでロール剛性に寄与するかが重要で、ロールセンターはその説明の一部にすぎません。

3D-CAD上で実際にシミュレーションして荷重を掛けて動かしてみると良く分かるのですが、路面との接点が移動しながらストロークするのに対し、ストローク量に対しこの移動量が大きい場合、大きなアンチロールジオメトリーとなって引っ掛かる感じが生まれます。

ジャッキアップ現象は何キロの反力となっているか計算して上で、アーム配置がどれくらいの影響を及ぼすのか、車高ダウンでロールセンターが変化したたけでその反力が影響するほど大きいのか、検算してみるとよいと思います。

NA、NBロードスターのリアはピロ化すると正しいキャンバーアクションになりアンチロール力が大きくなってジャッキアップ現象が出てきます。
NCはそれをキャンセルしつつも他でアンチロール力を作っています。

アンチロール力とアンチスクワット力とタイヤの特性で最終的に減衰力を決めます。
そして荷重移動にはエンジンやブレーキも関係します。
全てを正しく、より早いタイミングにリセットし直すのは個人では無理だと思います。
出来たところで得られるものはタイムアップのみですから、目的がそうでない場合は本来無駄なことです。

理論は一部しか説明(解明)されていませんので、現実は真逆の印象になることが多すぎます。

正直、理屈は考えないでゲームを攻略するように繰り返し走るだけのほうが幸せになれますよ・・・
コメントへの返答
2014年12月27日 0:55
>1円玉と風船の違い
なるほど!分かりやすいです。
減衰力が内輪を持ち上げる方向に作用する、っていうことですね。

そこのあたりを書いた減衰力に関するいい文献って、探してもあんまり出てこないんです。
例えば各輪にフラットベルト式タイヤ試験機を備えたロードシミュレータを誰か作ってくれたら、減衰力を変えてコーナリングフォースの変化のデータ取れたりしないかなーとか思って、そういうグラフあったら見てみたい!って思ってるのですが、そんなのどこもないですよね…^^;

コメント頂いた内容についていろいろ質問したいのですが、「そこもうちょっと詳しく知りたい…」という部分が多すぎてコメント欄でやりとり出来る量を超えてしまうので、自粛します(苦笑)

>理屈は考えないでゲームを攻略するように繰り返し走るだけのほうが幸せになれます

僕はラップタイムを縮めるために理論を知りたいわけではないので大丈夫です、ご心配ありがとうございます。
足回りは面白いので、こうやってひとつひとつ知らないことを知れるようになるだけで楽しいですよ^^
2014年12月27日 12:09
シミュレータ作っても実車でやるのと大差ないので出来ないと思いますよ。
実車でロガー使っているので同じことです。
テスト用の部品を作る技術があるなら実車の部品も作れますし。

シミュレータは「乗る」ことが出来ないので、最高の測定機、「ドライバー」がないので試験レベルが大きく劣ります。

で、いくつか仕様を変えたデータを比較した結果、力の大きさは重要ではなく、動きの早さが重要だということがわかりました。

力の大きさの考え方としては、車重50kgもの差がALTみたいなサーキットで0.2秒の差にしかならず、減衰力やバネの前後バランスではそんな大きな差は生まれないってことです。

メインのバネの硬さ、ジオメトリーと減衰の関係、ゴムブッシュorピロ、タイヤの特性。
これらが重要項目で、変化が大きいです。
大きいですが、上記の0.2秒にもなりません。
なのでみなさんがいじらないところになります。

いじらなくてもドライバーが補正出来るので必須ではありません。

クルマでなんとかしようとしてタイムが上がらないのはそのためです。

テストを繰り返すのは賢くないです。
物好きの馬鹿がやることであり、無駄なことです。
シミュレーターがいくら精密でも「間違った値」を信じることは出来ないからです。
間違った値と思いたい結果の検証実験にものすごく時間が掛かります。

間違いと正しいは同じことなので、自分でやらないのがベストです。
コメントへの返答
2014年12月28日 14:46
ちょっと前提の省略が多くてうまく読めなくなってきたので、やはりコメント欄でのやりとりには限界がありますね^^;

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