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子供もやってるカウンターステア(二輪車で旋回に入るには)

二輪車は,その特性上,直進から旋回に移るのにハンドルを逆に切る必要があって,実はみんな無意識にそれをしている,という話です。 あのウィルバー・ライトも言ってるので間違いないよ!?
物理 車両工学 カウンターステア バイク 二輪車 操舵 自転車 ステアリング 力学
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問題

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
車で直進から右旋回に移るには,右にハンドルを切ればいい。 では,自転車やバイクなどの二輪車で,直進中にハンドルを右に切ると(パルス状の右回りトルクを加えると)次のどの状態に落ち着くか?
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
これ,正解は左旋回でした。 需要あるか微妙ですが,以下解説です twitter.com/Polyhedrondiar…

カウンターステアとは

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
カウンターステアっていうと,四輪でも二輪でも「高速でコーナリングする際にレーサーが用いる高等テクニック」的なイメージあるけど,実はそうでもないって話しますね Countersteering en.m.wikipedia.org/wiki/Counterst… pic.twitter.com/UmVfHijZ8k
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{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
カウンターステアは,「曲がる方向と逆にハンドルを切る」つまり右カーブなら「操舵輪(前輪)に左方向の舵角をつけて右に曲がる」ってことなんだけど,意外にもみんなが普通に自転車に乗るときもこの操作をしてるんです。 自転車に乗れるなら,小さい子供でも無意識にカウンターステアを当てている。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
そのカウンターステアが起こるのは,直進からコーナーに入るときで,右旋回に入るときなら最初ちょっとだけ左にハンドルを回している。 なぜかというと,二輪車では,直進時に直立している車体を,旋回中は倒さないといけないから。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
右旋回なら右に車体を倒して曲がるわけなんだけど,右に車体を倒すためには,ハンドルは逆に左に切らなきゃならない。 なぜなら,ハンドルを右に切ってしまうと,前輪が地面から右向きの力を受けることになり,車体が左に傾いてしまうから。遠心力で外に振られると言ってもいい。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
そして車体が右に傾き始めると,前輪のジャイロ効果やトレールが発揮するロール復元力により,ハンドルは自然に右に切れて安定的な右旋回に入る。 前後輪の軌跡がこうなっているのを見ると,納得しやすいかも知れない。 pic.twitter.com/PdsP3FXTVs
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{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
あ,図は左旋回だった。。(詰めが甘い…)

ライト兄弟もよく知ってたらしい

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
ライト兄弟が自転車屋をやっていて,その技術にも詳しかったことは有名だけど,カウンターステアについて述べた言葉も残ってるらしい。 Distributed Intelligence In Design - Google ブックス books.google.co.jp/books?id=HdJVF…
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
ウィルバー「何十人もの自転車乗りに,どうやって左に曲がるか尋ねたが,ただの一人も初めから正しく事実を答えた者はいなかった。彼らはほとんど一様に,左に曲がるにはハンドルバーを左に回すと言った。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
しかし重ねて問うと,何人かは,最初に少し右にハンドルバーを回し,それで車体が左に傾くと左に回すことで,内側に傾いた円旋回になることに同意してくれた。」

カウンターリーン

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
二輪車のカウンターステア,直進から右旋回に移るのに,まず最初に左にハンドルを切るわけだけど,これはハンドルに左回りのトルクを入れるののほかに,ハンドルにはトルクを入れずに体重移動をすることでも可能。 このやり方は,特にライダーの質量比が大きい自転車で有効。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
右旋回したいときにどうするかというと,次のような手順になる。 ①車体を左に傾けるように体重移動する ②ライダーと車体が後ろから見て「く」の字になり,重心が下がる ③車体が左に傾くことで,(ジャイロ効果やキャスター効果で)ハンドルが自然に左に切れる(←これがカウンターステア)
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
④前輪接地点には左に横力がかかる(トレールがあるので)一方,ライダー+車体の重心は慣性で直進するため,車体が右に傾く ⑤車体が右に傾くことで,ハンドルが自然に右に切れて,右旋回に入る

結論:直進から旋回に入るにはカウンターステアが必須

{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
無風状態で,水平面を直進する二輪車がカーブする場合には,必ずカウンターステアが起こっている。 なぜなら,二輪車がカーブするには内側にライダー+車体が倒れて重心を接地点より内側に移す必要があるけれど,これにはカウンターステアが必須だから。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
荷重移動だけで車体を倒せるのでは?と思うかも知れないが,それで倒せるのは車体のみで,ライダーも含めた重心を横に動かすことはできない。 しかし,(横風等の外力がなければ)ライダー車体系に作用する横力はタイヤ接地点からしか得られない。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
だから,まずカウンターステアで反対方向の横力を得て重心を遠心力で外に動かし,そのことによって車体を曲がりたい方向に倒す必要がある,というわけだ。 力学的に極めてまっとうな説明で,文句のつけようがないと思うのだが,納得できるだろうか。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
二輪車が旋回を始めるのに,カウンターステアが必須なこと,知らなかったのでかなり意外だった。 でも確かに横風とか地面の傾斜がなければ,カウンターステアのほかに定常旋回に入る手段ってないよね。あれこれ考えても思い当たらない。
{3,5/2} 大二十面体 @Polyhedrondiary
それとも何か見落としている…? そもそも自転車やバイクが「直進してる」と言っても,舵角の細かいブレは常にあるわけで,それを「カウンターステア」として利用してるのだろうから,そんなの無意識だし,仮に意識しても気づかない程度なのかも知れない。

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コメント

moheji @mohejinosuke 2017年6月6日
バイクの方がわざと極端にやったときそうなるのはわかりやすい。 ただ、初心者だと旋回でハンドル握りしめたままお地蔵さん化する方の害が大きいからセルフステアを実感させる方が先かなあという感じもする。
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