続・車やバイクはなぜ曲がるのか(コーナリングパワーと揚力係数まで)

トゥギャッター編集部 @tg_editor

N輪車の安定性のまとめの続編、今回は車とバイクの曲がる際の原理の違いをわかりやすく解説です。 「車やバイクはなぜ曲がるのか(コーナリングフォースとキャンバースラスト)」togetter.com/li/1115591 @Polyhedrondiaryさんから #トゥギャトピ

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary

四輪車と二輪車のコーナリングの原理についてまとめました。 アンダーステア・オーバーステアといった動的な特性以前の，単なる定常円旋回の話に留まってますが，知らずに乗ってる人も多いはず。 なお私自身は昔ゼファーχ乗り，その後ママチャリ&ミニバン乗りですが，以前はまったく知らなかった…

Masami @mi3003

「ほらー、ライダーは曲がる方向見てるじゃーん」と思う私は未だに "バンク" がよくわかってないんだろうなぁ… （´-`）.｡oO（行きたい方向を見ると曲がるんよ… #miR25 twitter.com/polyhedrondiar…

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四輪車と二輪車って，カーブに用いる力が違ってて興味深い。 四輪では「コーナリングフォース」，二輪では「キャンバースラスト」がメイン。 タイヤの役割｜二輪車用タイヤ | 株式会社ブリヂストン bridgestone.co.jp/products/tire/… pic.twitter.com/QuCHQUnEDI

2017-05-30 21:32:39

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実は鉄輪のような「硬くて変形しない」と思われる車輪でも細かく見ると(弾性)変形してるので，コーナリングフォースもキャンバースラストも発生するんです 直感には反するけど，「剛性が高い」ということは，「ばね定数が大きい」ということと等価なので，僅かの変形でも大きな応力がはたらきます

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円錐を転がす場合もキャンバースラストが出ています。 接地面が(進行方向に)幅のない線ということはできないので，円弧を描くべき円錐側面の接地点が内側に歪められています

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転がした円錐が曲がる件，「内周外周の速度差で曲がる」といっても，それだと「モーメント(偶力)」しか発生しなくて，ヨーレートがつくだけで重心の位置は変わりません。横向きの「力」を発生させてカーブするには，キャンバースラストが必要なんです。

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操舵できない後輪は駆動や制動で横力を発揮できないので，滑り角による変形が必要です。実際は四輪全てに滑り角がついてます。 軌道上を走る車両はカントの影響..「車やバイクはなぜ曲がるのか(コーナリングフォースとキャンバースラスト)」togetter.com/li/1115591#c37…

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(地面を走る)車両のコーナリングで重要なのは，操舵する前輪だけでなく，後輪にも滑り角(二輪ならキャンバー角)がついて，全てのタイヤに内向きの力(求心力)がかかっているということ。 twitter.com/Polyhedrondiar…

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四輪車でハンドルを切ると，まず操舵輪である前輪に滑り角がついてコーナリングフォースが発生する。これは重心回りのヨーモーメントを与え，これにより回頭が始まると，(操舵輪でない)後輪にも滑り角がつく。 そして四輪すべてのコーナリングフォースの合力によって安定旋回に入る。

2017-05-30 21:40:44

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もし前輪しか横向きの力を受けないなら，車体は遠心力でお尻を外に振られて大変なことになる。 この図だと前輪だけにコーナリングフォースがかかってるようにも見えるけど，後輪にもかかってる。 twitter.com/Polyhedrondiar…

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四輪車は，四輪にかかる力の，重心回りのモーメントが打ち消し合うことで，定常円旋回を実現している。 Handling 102, part 2 - Cornering and Tire Patch. ffcars.com/FAQ/handling10… pic.twitter.com/JUzuSQrdqF

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FF車では操舵も駆動も前輪だけど，だからといって後輪がただの飾りってわけでは(もちろん)なくて，コーナリングにおいて重要な役割を担ってる。 後輪を巨大なボールベアリングにすり替えたFF車がカーブでどんな挙動をとるか，想像してみるとしっくり来るかも。

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タイヤにかかるコーナリングフォースって，飛行機の翼にかかる揚力に似ている。 つまり，迎角(気流と翼のなす角)が滑り角(進行方向とタイヤのなす角)に対応してて，揚力がコーナリングフォースに対応してる。 twitter.com/Polyhedrondiar…

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滑り角とは，タイヤの進行方向とタイヤの向きがなす角。これがあると，タイヤは接地面に限り進行方向と平行になるので全体としてひしゃげる。その変形で横力が生じるわけだ。 コーナーリング・フォース www5.plala.or.jp/Fulcrum/eng/co… pic.twitter.com/yUR5bXzjFF

2017-05-30 21:37:19

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ふつう翼形は，迎角がゼロでもプラスの揚力を生むよう設計されてるけど，上下対称な翼形もあって(垂直尾翼とか)，その場合「迎角ゼロなら揚力ゼロ」で，タイヤの「滑り角ゼロならコーナリングフォースゼロ」と対応 Angle of Attack aviationchief.com/angle-of-attac… pic.twitter.com/sqAZsTWyuq

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揚力とコーナリングフォースのアナロジー， も少し専門的にも，(翼でなく)気流に対して垂直な成分を揚力と言うことと，(タイヤでなく)進行方向に対して垂直な成分をコーナリングフォースと言うことが綺麗に対応してるの面白い。

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さらに，揚力もコーナリングフォースも，角度が小さい範囲では線型近似が成り立って，力の大きさが迎角や滑り角に比例するとして解析する点が同じ。 その比例定数を「揚力係数」，「コーナリングパワー」といって，それぞれ翼形や気流の条件，タイヤ特性や路面状況との関連が詳しく調べられている。

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ちなみに，変化が小さい範囲で線型近似が成り立つのは，ごくごく一般的な現象。 キャンバースラストも，キャンバー角が小さければそれに比例する。比例定数を「キャンバースラスト係数」といって，これもコーナリングパワー同様，タイヤの空気圧や温度や材質や形状，荷重によって影響を受ける。

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary

望ましい飛行のために翼形がいろいろ工夫されているのと同様に，望ましい走行のためにタイヤも日夜研究されているんだよね。 こういう，一見異なる対象なのに，原理の深いところでつながっている，その本質には似通った点がある，ていう話，大好きだ。