ときどき「マツダ車はロール軸が前下がりなので、ハンドリングがシャープなんだよ」みたいな話を聞くことがありますね。
マツダ車に限らず大体前下がりではあるんですが、それはいいとして、ロール軸を前下がり方向に傾けるとオーバーステアになっていき、後ろ下がり方向に傾けるとアンダーステアになっていく。
これって、どうしてそうなるんでしょうか？？
サスペンション・メカニズムの中でもトップレベルに難しい話題かもしれません。
今回はインターネット上に存在する説明の中で一番分かりやすい説明……を目指して書きます！笑
さて、まずはこちらの図をご覧ください。
何度か書いていますが、タイヤのグリップというのは荷重の少ない範囲では正比例っぽく増えてくれるけど、荷重が増えていくにしたがって、グリップ力がどんどん頭打ちになっていくという性質があります。
これ、例えば左右のタイヤに均等に200kgfかかってる場合と、そこから100kgf荷重移動して「100kgfと300kgf」になった場合とでは、荷重移動した後のほうが合計のグリップが減ってしまう、ということになります。
アウト側のタイヤが200kgf→300kgfになったことで増えるグリップ力よりも、イン側のタイヤが200kgf→100kgfになったことで減るグリップのほうが大きいからです。
そのため「そもそも荷重移動させない」、つまり荷重移動量を減らすということがトータルグリップを高くすることに繋がります。
だからこそスポーツカーは重心高を低くしたり、トレッドを広げたりするわけですね。
というわけで、タイヤは荷重移動量が大きいほどトータルグリップが減る。
これがひとつ大事なことなので、覚えておいてください。
あとでもう一度出てきます。
ところで、ロール軸というのは前後のロールセンタを結ぶ軸のことなので、ロール軸が前下がりってことは「フロントのロールセンタが低くて、リヤのロールセンタが高い」ってことです。
だから例えばアンダーがひどいクルマのリヤ車高をすこし上げてやると、ロール軸がより前下がり方向に傾くことで、アンダーステアがちょっとマシになります。
でも人によっては車高じゃなくて、ばねやスタビを交換して対策する人もいますよね。
これ、どっちでもＯＫです。
車高とばね、どっちを変えてもステア特性は変わります。
どちらを変えるかは、アライメントとかストロークとか、他の要素との兼ね合いで決めましょう。
ロール軸を前下がりにすると何故オーバーステア方向になるのか？という問題のキモは、この「車高とばねのどっちを変えてもステア特性が変わる」というところにあります。
ここを理解するとロール軸の働きが理解できます！
というわけで今度は、こちらの図をご覧ください。
いつもはダブルウィッシュボーンのイラストを使うのですが、今回はシンプルにするためストラットで説明します。
さらに分かりやすさのために、左右輪のある２輪モデルではなく、アウト側１輪だけを使って説明しますね。
イン側はまぁ、逆方向になるだけなので、あとで頭の中で組み合わせてください^^
で、このクルマがコーナリングして横Ｇがかかると、
ボディはこんなふうにロールします。
ところで、ここから車高を変えずにロールセンタだけ上げるとこういう状態になるわけですが、
こういう状態のサスペンションは、同じ力で横に押されたとしても、ちょっとしかロールしません。
図のように、アームが突っ張るような角度になるからです。
これがいわゆる「重心とロールセンタとの距離が短い」ってやつで、車高を下げるとたくさんロールするし、車高を上げると少ししかロールしなくなる理由です。
でも、ちょっと待ってください。
このとき、横Ｇ…つまり黒い矢印で示した横方向にかかっている力の大きさは同じです。
力の大きさが同じなのに、アームの角度が変わっただけでロールが減って、ばねにかかる力が少なくなる。
これっておかしいと思いませんか？
ロールが小さくなった分の力は、一体どこに行っちゃったんでしょうか？
結論から言うと、直接タイヤに力がかかっています。
「ばねを経由していない」という言い方も出来ますね。
クルマが荷重移動するときの力の伝わり方というのは、「ばねを経由して伝わる荷重」と「アームを経由して伝わる荷重」の２つに分かれるんです。
このうち「ばねを経由して伝わる荷重」の分だけクルマはロールするわけですが、その割合が少ないと、ロールは少なくなるわけです。
アームが突っ張るような角度になっているほど、「アームの割合」が増えて「ばねの割合」が少なくなります。
このときの「アームが突っ張っている」というのが、つまり「ロールセンタが高い」ということを表しています。
さて、ここで冒頭のタイヤ特性の話に戻りましょう。
タイヤは荷重移動量が大きいとトータルグリップが減ってしまう、という話でしたね。
例えばフロントのばねを硬くするとアンダーになる、というのは、クルマがロールしてボディが斜めに傾いたときに、フロントorリヤのうち硬いほうのタイヤがたくさん荷重移動するようになるからです。
結果、フロントタイヤのトータルグリップが減って、アンダーステアになる。
この理屈はロールセンタで変わる荷重、つまりアームを経由して伝わる荷重に関しても同じで、フロントorリヤのうち「たくさん突っ張っているほう」のタイヤがたくさん荷重移動します。
フロントのアームの突っ張る角度がキツければ、フロントがたくさん荷重移動します。
リヤのほうが突っ張っていれば、リヤがたくさん荷重移動します。
そしてリヤの荷重移動量が増えると、リヤのトータルグリップが減って、ステア特性がオーバーステア側に変化するわけです。
ただしクルマ全体としての荷重移動量は「車重」「重心の高さ」「横Ｇ」「トレッド」の４要素で決まるので、伝わる荷重の大きさが「ばね経由なのか？アーム経由なのか？」というのはあくまで割合を決めるだけであり、総量が変わるわけではありません。
極端な話、重心の高さとロールセンタの高さを同じにすると、ばね経由で伝わる荷重がゼロで、アーム経由で伝わる荷重が100％の「まったくロールしないクルマ」になりますが、そういうクルマでもハンドル切ってコーナリングすれば普通に荷重移動します。
もし重心が高いクルマだったら、普通にたくさん荷重移動して、ひどいと横転します。
多少はロールさせてあげないと、いろいろ都合悪いんですけどね。
そんなわけでロール軸のセッティング…というかアームの突っ張り方の前後バランスの話でした。
このセッティングは重量バランスが50：50に近いクルマほど敏感で、重量バランスが前後どちらかに偏っているクルマほど鈍感になります。
なので実際にはロードスターとかS2000のセッティングはアンダーとかオーバーを車高で調整する機会が多いと思いますし、FF車などはそうでないことが多いと思います。
また「ばねを経由しない荷重」という意味では減衰力の前後バランスを変えてもステア特性は変わりますが、減衰力の場合はバンプとリバウンドで働きが変わるのと、ダンパが「動いている間」しか効かないので、そういう面でちょっと意味合いが変わります。
サスペンションにはいろんな要素があって難しいんですが、ロール軸を変えると具体的にどこがどうなるのか？というのが気になったとき、この記事がお役に立てたら幸いです^^
良ければこちらも参考にしてください^^
重心位置
荷重移動とステア特性
ロールセンタまわりのモーメントの釣り合い
