こんにちは、Aさん。

前回までの【解説編】で基本的な回答をお届けしましたが、ここからは、私が最も大切にしているオートバイの乗り方『セルフステア ライディング』の解説をお届けします。

あなたに「フルロックする様に！」と指導したインストラクターの方が居る様に、オートバイの乗り方は人によって様々で、その理由も様々です。『セルフステア ライディング』は、私自身がオートバイとの会話の中で見つけた乗り方ですが、実際に一般道での利用だけではなく、極限までオートバイの性能を引き出す競技の中で育み、実践して、確かな実績を残してきた方法ですから、きっと役に立つ解説もあると信じています。

Hello, Mr. A.

In the previous [Explanation], I gave you a basic answer, but from here on, I will explain the way of riding a motorcycle that I value the most, "self-steering riding".

Just like the instructor who told you to "full lock!", people have different ways of riding motorcycles, and there are also different reasons for doing so. "Self-steering riding" is a way of riding that I discovered in conversations with motorcycles, but it is a method that has been cultivated and practiced not only on public roads, but also in competitions that bring out the performance of motorcycles to the limit, and has a proven track record, so I believe that there will be some useful explanations.
　　 　　　

"セルフステア ライディング"とは、オートバイに特有の優れた操縦性を与えている セルフステア の機能を、無駄なく最大限活用する乗り方の事です。そして、セルフステアの機能は、ライダーの操作に殆ど依存せず、オートバイが自ら安定して安全に走行する機能ですから、“セルフステア ライディング”はライダーがハンドル操作を殆どしない乗り方の事です。

そこで、セルフステアを正しく理解する為に、その機能を実現させている「キャスター角」や「トレール量」などの要素別に詳しく解説をします。なお、「リアステア」という多くのライダーが無意識に使っている後輪特有のステア機能も一緒に考えるべきですが、その解説は別の機会に譲り、今回は前輪だけに注目して解説を進める事をご了承下さい。
　
　

キャスター角の理解には注意が必要です。
あなたも体験していると思いますが、オートバイと自動車とでは、旋回時の操縦性や特性は全く異なります。それは、旋回の原理や車両構造が基本的に異なるからです。しかし、残念な事に、自動車と同じ理論でオートバイを語る傾向が強く、キャスター角についても、自動車の場合と同様に「直進安定性を高める」と表現される例が多くあります。けれども、それは決して正しい理解とは言えません。オートバイにとってキャスター角は、結果的にトレール量を生み出して直進安定性を得ている面はありますが、本質的には「旋回のきっかけ作り」をする為の要素であり、それは直進安定性を乱す要素でもあるからです。

It is important to be careful when understanding caster angle. As you may have experienced, the maneuverability and characteristics when turning are completely different between motorcycles and cars. This is because the principles of turning and the vehicle structures are fundamentally different. Unfortunately, however, there are many cases where the caster angle of motorcycles, just like that of cars, is described as "improving straight-line stability." However, this is by no means an accurate understanding. For motorcycles, caster angle does ultimately create trail and provide straight-line stability, but in essence it is an element that "creates an opportunity to turn" and disrupts straight-line stability.
　　

　　
■ キャスターアクション / Caster Action

自動車とオートバイとでは、キャスター角の目的が異なっている事は、それぞれの角度にも表れています。自動車は直進安定性を高める必要があるのですが、キャスター角は 3度から 5度程度で、オートバイの 25度から 30度程度の角度と較べると大幅に小さく、一見、直進安定性が少なく思えます。しかし、直進安定性の為に必要なキャスター角はその程度で充分なのです。一方、オートバイのキャスター角が大きいのは、直進走行から車体を傾けて旋回を始める際、前輪が旋回方向へと向きを変える「キャスターアクション」を獲得する為に必要だったと考えられます。「キャスターアクション」とは、下の図で解説している通り、操舵軸（操舵回転軸）よりも 車輪やサスペンション、ハンドル周りのステアリング系の重心位置が上にある事が要因となって、静止状態であっても、直立状態から車体を傾けただけで、傾けた方向へ自動的に操舵（前輪の向きが変化）する事になります。そして、その時、キャスター角がついている事によって、自動的に前輪のキャンバー角（路面に対する傾きの角度）が車体を傾けた角度よりも大きくなり、前輪はより大きな旋回力が得られる仕組みになっています。これが、オートバイにおける「キャスターアクション」の働きですが、その一方で、キャスターアクションによる操舵角が大きくなるにつれて、路面から受けている反力によって、更にその操舵角が大きくなるという少しやっかいな特性も持っています。

The different purposes of caster angle between automobiles and motorcycles are also reflected in their respective angles. Cars need to improve straight-line stability, but the caster angle is about 3 to 5 degrees, which is significantly smaller than the 25 to 30 degrees of motorcycles, but that is enough for straight-line stability. On the other hand, the large caster angle of motorcycles is thought to be necessary to obtain the "caster action" that causes the front wheel to change direction in the direction of the turn when the vehicle starts to lean from a straight line and turn. "Caster action" occurs when the center of gravity of the steering system, such as the wheels and suspension, is higher than the steering axis. And at that time, the caster angle automatically makes the camber angle of the front wheel (the angle of inclination in relation to the road surface) greater than the angle at which the body is tilted, giving the front wheel greater turning force. This is the function of "caster action" on a motorcycle. Also, as the steering angle increases, the reaction force from the road surface makes the steering angle even larger, which is a bit of a nuisance.
　　

以上の通り、オートバイでは、「キャスターアクション」で旋回を助けると同時に、その弊害と危険性を避ける為に、キャスター角は 30度以内の設定がされていると考えられます。そして、同時に、一般的なテレスコピック形式のフロントサスペンションでは、路面追従性を高めて、路面の凸凹によるフロントタイヤのグリップ喪失を防ぐ為にも、フロントフォークを後傾させる必要があり、現在の様な角度設定になっているとも言えます。つまり、キャスター角はオートバイ特有の特性の為に設定され、決して直進安定性の為の設定だとは言えませんし、フロントサスペンションの形式が変われば、当然ですが、最適なキャスター角の設定も変化する事が考えられます。

なお、自動車が基本の学問である自動車工学では、「キャスターアクション」の定義もオートバイとは異なっています。自動車のキャスターアクションとは、「走行時、ハンドルを切った際、自動的に直進状態へと戻ろうとする作用であり力の事」を指しています。つまり、自動車の「直進安定性」とは、旋回中にハンドルから手を離すと、操舵輪（主に前輪）が直進状態へと戻る作用であり、それを生み出している要素の一つがキャスター角です。しかし、オートバイでの旋回時には同様の作用は無く、キャスター角の目的が全く異なっている事が理解できるでしょう。

As mentioned above, in motorcycles, the caster angle is set to within 30 degrees to help turning with "caster action" while avoiding its disadvantages and dangers. At the same time, in the telescopic type, which is a common front suspension, the front fork needs to be tilted backward to improve road following and prevent the front tire from losing grip due to unevenness in the road surface, so it can be said that the current angle is set. In other words, the caster angle is set due to the characteristics unique to motorcycles, and it can never be said to be for straight-line stability.

Please note that in automotive engineering, a field based on automobiles, the definition of "caster action" is different from that of motorcycles. In the case of automobiles, caster action refers to the force that automatically returns the car to a straight-line state when the steering wheel is turned while driving. In other words, the "straight-line stability" of an automobile is the action of the steering wheel returning to a straight-line state when the hands are taken off the steering wheel while turning, and one of the factors that creates this is the caster angle. However, there is no similar action when turning on a motorcycle, so you can see that the purpose of the caster angle is completely different.
　
　　

■ 考察 / Considration

余談ですが、キャスター角が異常に大きく設定されている例を紹介します。それは、トラックレーサーと呼ばれている、トラック競技やマラソンなどで使用される車椅子です。

As an aside, I will introduce an example where the caster angle is set abnormally large. It is a wheelchair called a track racer, which is used in track events and marathons.

ご存知の通り、車椅子の進行方向の調整は手で駆動する左右の後輪への入力の調整で行ないます。ただ、競技トラックやマラソンコースの様に、比較的単純なコースレイアウトの場合は、後輪から遠く離れた位置に前輪を配置して、そのホイールベースの長さによって車体の直進安定性を高めて、選手は全力で後輪を駆動できる様に配慮された設計になっています。そして、画像の通り、とても大きなキャスター角になっている事が一般的です。 これは、一見、選手が操舵ハンドルを操作しやすい為になっていると思われがちですが、それとは別な狙いがある事が分かります。それは、旋回を効率良く行なう為だと考えられます。つまり、キャスター角が大きい程に、同じ操舵角であっても、キャスターアクションの効果によって、旋回に及ぼす力が大きくなるのです。その結果、小さな操舵角であっても、効果的に旋回が行なえるのです。しかし、大きなキャスター角には弊害もあります。それは、例え直進中であっても、路面の影響や駆動力の不均等などによって、常に左右どちらかに旋回を始めてしまう事です。だから、この弊害への対策として、トラックレーサーの前輪操舵部には強力なダンパーやスプリングを装着されていて、常に直進方向を保つ仕組みになっているのです。そして、旋回の際には、操舵ハンドルで操舵すると、自動的にその位置で操舵角が固定され、直進に戻った際には、操舵ハンドルで固定を解除すれば、ダンパーとスプリングの働きで直進状態に戻る仕組みになっています。更に、この仕組みがトラックレーサーで有効な理由は、前輪荷重の少なさです。キャスター角が大きな車両の場合、前輪（操舵輪）を操舵すると、車体の重さで操舵輪側の車体が下がります。そして、操舵で直進状態に戻す際には、その下がった車体を上げる力も必要になり、前輪荷重が大きな車両では大きな力が必要になる弊害があります。しかし、トラックレーサーの場合は、基本的に前輪荷重は小さく、選手の操作で充分に対応は可能な筈で、問題視はされていないでしょう。また、旋回時に固定する操舵角は、車体や選手の特性、或いは走行レーンなどによって細かく調整が可能になっていると思われます。

As you know, the direction of the wheelchair is adjusted by adjusting the input to the left and right rear wheels, which are driven by hand. However, in the case of relatively simple course layouts such as competition tracks and marathon courses, the front wheels are placed far away from the rear wheels, and the length of the wheelbase increases the straight-line stability of the body, so that the athlete can drive the rear wheels with all their might. And as you can see in the image, it generally has a very large caster angle. At first glance, this may seem to be to make it easier for the athlete to operate the steering wheel, but it turns out that there is a different purpose. It is thought to be to make turns more efficient. In other words, the larger the caster angle, the greater the force exerted on the turn, even with the same steering angle. As a result, even with a small steering angle, the turn can be made effectively. However, a large caster angle also has a disadvantage. That is, even when going straight, the wheel will always start turning to the left or right due to the influence of the road surface or uneven driving force. Therefore, to counter this problem, the front wheel steering of track racers is equipped with powerful dampers and springs, which are designed to keep the car moving in a straight line at all times. When turning, the steering wheel is used to steer, and the steering angle is automatically fixed at that position. When the car returns to a straight line, the steering wheel is released, and the dampers and springs return the car to a straight line. Another reason why this mechanism is effective on track racers is the small front wheel load. In the case of a vehicle with a large caster angle, when the front wheel (steering wheel) is steered, the weight of the vehicle lowers the body on the steering wheel side. Then, when steering to return the car to a straight line, a force is required to lift the lowered body, and a vehicle with a large front wheel load has the disadvantage of requiring a large force. However, in the case of track racers, the front wheel load is basically small, and the driver's operation should be able to handle it sufficiently, so it is not considered to be a big problem.
　

　
トレール量を理解する事はとても大切です。
そして、多くの人は、トレール量が「直進安定性」を生み出している要素だと理解しています。しかし、オートバイの操縦性を深く理解する為には、単に「直進安定性」の為に設定されていると考えるのは決して正しい事ではありません。トレール量は、オートバイにとって大切な要素である、「方向安定性」を決める重要な要素の一つだと理解する必要があるからです。

■ 直進安定性 / Straight-line Stability

では、最初に、トレール量の基本的な特性である「直進安定性」について、身近で利用されている台車で詳しくメカニズムを考えてみましょう。台車で利用されているのは、下図の様に、台車の前輪側についている自在旋回型のキャスターです。





台車を後から押した際、台車の後側についている固定型のキャスターは車輪の向きは変わりませんが、前側についている自在旋回型のキャスターは状況に応じて向きが変わります。と言うのも、台車の車輪が全て固定型の場合には、路面の凹凸などの影響を受けて、左右の車輪が路面から受けている力が異なると、台車は真っ直ぐには進めないからです。その為、前側のキャスターは、路面からの影響を受けても、影響を受け流す仕組みになっています。その仕組みの為に、「トレール」機構が採用されています。トレール機構とは、下図の様に、車輪の接地点よりも前方に車輪の方向を変化させる「操舵回転軸」があるのが特徴です。

このトレール機構があると、路面からの影響を受けた車輪は一時的に向きを変えますが、台車を押し続ける事で、自動的に直進状態に戻る様になっています。その直進状態に戻るメカニズムは、下図で示した様に、車輪の接地点に常に掛かっている「進行による抵抗力」が利用されています。

このトレール機構は、オートバイの前輪にも組み込まれています。つまり、前輪は路面の影響を受けて常に左右に向きを変えていますが、変化する度に、自動的に車体の進行方向に戻る仕組みになっています。そして、大切な事は、前側の車輪が固定式の台車では直進が出来ないのと同じで、オートバイのハンドルを両手で押さえてしまうと、直進が出来なかったり、最悪の場合には前輪のグリップを失う原因になります。つまり、タイヤのグリップを保つ為には、トレール機構に頼った運転をすべきで、決してハンドルを押さえるなどの操作をしてはいけません。

ここまでが、トレールの働きについてよく使われている解説ですが、それは、台車や自動車の場合に限った解説です。しかし、オートバイの場合にはもっと深く理解すべき事があります。それは、旋回をする為に車体を傾けた際の「トレール量」と「方向安定性」の関係です。

■ 方向安定性 / Direction Stability

「方向安定性」とは、ここでは前輪が向いている方向への安定性を示します。つまり、「直進安定性」が車体が向いている方向進む（直進）力の大きさや安定度を示すのに対して、「方向安定性」とは、前輪が向いている方向に進もうとする力の大きさや安定度を示します。そして、トレール量は方向安定性に大きな影響力を持っているのです。では、図解で、トレール量の影響だけに注目した場合の「方向安定性」を解説します。先ずは、トレール量が大きい場合の例です。





旋回する為にオートバイの車体を傾けると、タイヤの接地中心点は必ず車体中心線よりも傾けた側へ移動します。そして、この接地点のずれによってトレール機構が働き、接地中心点を車体中心線上へ戻す力が働きます。ここで注目して欲しいのは、台車での解説とは違って、接地中心点が車体中心線上に戻った際、前輪の向きは車体の直進方向ではなく、必ず旋回方向へと向きを変えている事です。そして、この状態で力がつり合っているので、前輪の向きは安定しています。つまり、トレール量が充分に大きいと、前輪の「方向安定性」も大きくて、安心して旋回が出来る仕組みになっているのです。（ただし、トレール量が大き過ぎると、前輪の向きは直進方向から大きく変わらず、旋回性は落ちるとも言えます）

次に、トレール量が小さい場合の旋回を考えてみましょう。
　

のトレール機構は、オートバイの前輪にも組み込まれています。つまり、前輪は路面の影響を受けて常に左右に向きを変えていますが、変化する度に、自動的に車体の進行方向に戻る仕組みになっています。そして、大切な事は、前側の車輪が固定式の台車では直進が出来ないのと同じで、オートバイのハンドルを両手で押さえてしまうと、直進が出来なかったり、最悪の場合には前輪のグリップを失う原因になります。つまり、タイヤのグリップを保つ為には、トレール機構に頼った運転をすべきで、決してハンドルを押さえるなどの操作をしてはいけません。

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