掲載している記事『 グリップ力とは?』をご覧になった方から、礼儀正しく、丁寧で率直な質問を受けましたので、より分かり易く回答します |
初めまして。ライディングテクニックを物理面から理解しようと調べていてこのサイトに辿り着きました。
さて早速質問です。「グリップ力」の解説で、加減速によって前後タイヤ荷重が増減しグリップ力も変化するとのご説明がありました。 また、加減速のない定速旋回ではタイヤ荷重が増えずグリップ力が低いともあったと思います。
しかし、グリップ力に関わる荷重とは路面に垂直な方向の荷重であって、すなわちバイクとライダーにかかる重力のみで決まるのではないでしょうか。 前後の配分こそ加減速で変化しますが総和は一定だと思うのですがいかがでしょうか。
( 質問者 : S さん )
Nice to meet you.
I found your article when I was researching to understand riding techniques from a physical perspective.
Now, I have a question. In your explanation of "Think about Grip Force" you explained that acceleration and deceleration increase or decrease the load on the front and rear tires, which changes grip. I also believe you said that tire load does not increase during constant-speed turns without acceleration or deceleration, resulting in low grip.
However, the load related to grip is the load perpendicular to the road surface, which means it is determined only by gravity acting on the bike and rider. The distribution between the front and rear changes with acceleration and deceleration, but I think the total is constant. What do you think?
( Questioner : Mr. S )
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【 回 答 】・簡潔編 Concise Answer |
こんにちは S さん
この度は、“グリップ力”に関する解説記事をご覧下さり、また、礼儀正しく丁寧なご質問を寄せて下さり、誠にありがとうございます。
では、前後タイヤの“荷重”の総和は状況によって大きく変化する事と、その変化が加減速によって生じる要因などについて、私自身、スポーツ(競技)走行で実際に実践してきて確信している事柄を、幾つかの段階に分けて、具体例を挙げて、分かりやすく解説をしますので、ご覧戴けると幸いです。
また、説明の内容にご不明な点があれば、気兼ねなく改めてご連絡ください。可能な範囲で対応致しますので、よろしくお願いします。
Hello Mr. S.
Thank you for reading our explanatory article on "Grip Force" and for your polite and thorough questions.
So, I would like to explain in an easy-to-understand manner, with concrete examples, what I believe to be the fact that the total "load" on the front and rear tires changes greatly depending on the situation, and the factors that cause this change due to acceleration and deceleration, which I have actually practiced in sports (competitive) riding.
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“荷重”は、状況によって変化します
Load changes depending on the Situation |
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“荷重”とは、力学的には物体の特定の箇所に加わる“力”を示す言葉です。そして、この記事では、“荷重”とは、タイヤが路面に押し付けられている“重さ”または“力”を示しています。
さて、質問の文書で指摘されている通り、前後のタイヤに掛かっている“荷重”は、車体とライダーの重量(重さ)です。従って、前輪の“荷重”と後輪の“荷重”の合計の値は、基本的には車体とライダーを合計した重量になります。しかし、それは 平坦な道を一定速度で走行している場合に限られていて、走行時の状況によって“荷重”の値が大きく変化して、前後輪の“荷重”の合計値{総和}も大きく変化する事が知られていますので、その具体的な例を幾つか紹介します。
Load” is a mechanical term that refers to the ‘force’ exerted on a particular part of an object. And in this article, “load” refers to the “weight” or “force” of the tires being pressed against the road surface.
Now, as the document in question points out, the “load” on the front and rear tires is the weight of the vehicle and rider. Thus, the total “load” on the front wheels and the total “load” on the rear wheels is essentially the combined weight of the vehicle and rider. However, this is only the case when the vehicle is traveling at a constant speed on a flat road, and it is known that the total “load” value {sum total} of the front and rear wheels can vary greatly depending on the driving conditions. The total “load” value of the front and rear wheels also varies greatly depending on the driving conditions.
下り坂に進入した時 |
When entering a Downhill |
オートバイで走行中に下り坂に進入した瞬間を考えて下さい。進入速度がとても高いと、下り坂に入った瞬間にタイヤは路面から離れ、前後のサスペンションは伸びきった状態になります。つまり、接地している路面が無いので“荷重”は 0 の状態になります。また、進入速度が高くない場合でも、サスペンションは平地走行時よりも伸び、“荷重”も減少した状態になります。この様に、前後輪共に“荷重”が無くなったり少なくなる場合がありますし、サスペンションの伸縮状態で“荷重”の変化を確認する事ができます。
日常走行で“荷重”が 0になる場面は多くありませんが、段差を通過した後など、前後輪共に、“荷重”が減少する場面は決して少なくありません。
Think about the moment when you enter a downhill slope while riding a motorcycle. If the entry speed is very high, the wheels leave the road surface the moment you enter a downhill slope, and the front and rear suspensions are fully extended. In other words, since there is no road surface to touch, the "load" is 0 (zero). Even if the entry speed is not high, the suspension will be extended more than when riding on flat ground, and the "load" will be reduced. In this way, the "load" of both the front and rear wheels may disappear or decrease, and you can check the change in "load" by the extension and contraction state of the suspension.
上り坂に進入した時 |
When entering an Uphill |
今度は、上り坂に侵入した瞬間を考えて下さい。上り坂では、下り坂の場合とは逆に、前後輪のサスペンションは一気に縮み、“荷重”が一気に大きくなります。これは、それまでの運動方向とは異なり、車体を上方向へと持ち上げる“力”が加わった為、その力への“反力”として“荷重”が増えるからです。更に、進入速度がとても高いと“荷重”も大変に大きくなって車体を破損させる事に繋がります。例えば、図で示した 30度程度の上り坂でも、時速100q程度で進入した場合には、サスペンションは大きな“荷重”を吸収しきれずにフルバンプした上に、車体が深刻なダメージを受けるのは確実です。
一般路上で同様な上り坂に遭遇する事は多くありませんが、例えば高速道路上で、高さ 10p ほどの落下物を避け切れずに通過した場合には、一気に大きな“荷重”が加わり、転倒しなかったとしても、車体に深刻なダメージが残るのは間違いありません。
Now, think about the moment you enter an uphill slope. On an uphill slope, the front and rear suspensions suddenly compress, and the "load" increases suddenly. This is because, unlike the previous direction of motion, a "force" is applied to lift the vehicle upwards, and the "load" increases as a "reaction force" to that force. Furthermore, if the entry speed is very high, the "load" will also become very large, leading to damage to the vehicle.
旋回している場合も、タイヤへの“荷重”が増えます。これは、車体とライダー(の重心)に働く“遠心力”に対抗して、タイヤが路面で踏ん張っているからです。つまり、遠心力は重心に働きますが、タイヤ接地面方向と傾いた車体を引き起こす方向の、二つの方向に分かれて“分力”として働き、タイヤ接地面方向の“分力”によって“荷重”が増えるのです。もちろん、タイヤがグリップしなければ、“荷重”は増えません。
この現象は、水上スキーや雪上スキーで旋回を行なう際には、旋回を行なっていない時と較べて、身体を脚で支えるのに、より大きな力が必要になる事と原理はよく似ています。
When turning, the "load" on the wheels increases. This is because the wheels are pushing down on the road surface against the "centrifugal force" acting on the vehicle and the rider (center of gravity). In other words, the centrifugal force acts on the center of gravity, but it acts as a "component force" in two directions: the direction of the tire's contact surface and the direction that raises the tilted vehicle body, and the "component force" in the direction of the contact surface increases the "load".
This phenomenon is similar in principle to the way that when you turn on water or snow skis, you need more force to support your body with your legs than when you are not turning.
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以上の例から分かる通り、タイヤに掛かる“荷重”は走行状態によって変化します。そして、その“荷重”の値が前後輪共に 0 になったり(前後輪共にサスペンションが伸び切ってタイヤが路面から離れた場合など)、時には “荷重”が大きく増えて、前後サスペンションがほぼ同時に大きく縮む場合もあります。これらは、少なくないライダーが体験や目撃している事だと思います。
また、例え、平坦な路面でも細かい 凹凸 が無数にあり、それがタイヤをグリップさせる力を生んでいます。ですから、平坦に見える道路を一定速度で走行している場合でも、その 凹凸 の影響を受けて、前後の“荷重”は絶えず増減を繰り返していて、それによってサスペンションは細かく上下動を繰り返している事が知られています。ただ、今回の解説記事では、それを解説するのが目的ではありませんので、平坦な道は完全に平滑であり、一定速度で直進走行をする場合には“荷重”は変化しないものとして解説を進める事をご了承ください。
“荷重”は、走行状況によって大きく変化する
"Load" Changes greatly depending on the Riding Condition |
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“荷重”の総和は、0になったり、大きく増加する
The sum of the "Load" can be 0 or Incease Greatly |
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As you can see from the above examples, the "load" on the wheels changes depending on the riding conditions. And sometimes the "load" value is 0 (zero) for both the front and rear wheels, meaning the body takes off, or sometimes the "load" increases so much that the front and rear suspensions compress almost simultaneously. I think that many riders have experienced or witnessed these things.
Also, even on a flat road surface, there are countless small bumps and grooves, which create the force that allows the tires to grip. For that reason, even when riding at a constant speed on a road that appears flat, it is known that the front and rear "load" is constantly increasing and decreasing due to the influence of these bumps, and the suspension is repeatedly moving up and down in small increments.
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【 回 答 】・詳細編 Detailed Answer |
ここでは、加速や減速をした際、タイヤへの“荷重”は変化するのか? または、変化しないのか? について、一緒に考えてみましょう。
Here, let's think about whether the "load" on the wheels changes when accelerating or decelerating.
加速と減速による “荷重”の変化
"Load Change" due to Acceleration and Dceleration |
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ロケットバイクの場合 |
Case of a "Rocket Bike" |
空想上の乗り物「 ロケットバイク 」での加速を一緒に考えてみてください。
ロケットのとても強力な推進力だけで、とてつもない加速をするオートバイです。ただし、安全な加速を実現させる為に、設計上、必ず守っている2つの点がある事を覚えておいてください。一つは、ロケットの推進軸(推進力の中心軸)はロケットとライダーを含めた車体の重心を通っている事で、二つ目は、推進軸の向きは路面と必ず平行になっている事です。
Let's think together about the acceleration of a fictional vehicle called a "Rocket Bike." It is a motorcycle that accelerates tremendously thanks to the extremely powerful thrust of the rocket. However, to achieve safe acceleration, the design of the Rocket Bike maintains two points. First, the thrust axis of the rocket (the central axis of thrust) passes through the center of gravity of the vehicle body, including the rocket and the rider, and second, the thrust axis must always be parallel to the road surface.
では、ロケットに点火して一気に“超”加速をしてみましょう。この時、空気抵抗の影響やライダーの姿勢変化が無かったとすれば、タイヤに掛かっている“荷重”は変化するでしょうか?
そうです。 設計が正しければ、車体には上下方向の力が加わらないので、前後タイヤに掛かっている“荷重”に変化は無く、その総和も変化しません。つまり、ロケットバイクでは、どんなに強く加速しても、“荷重”変化や“荷重”移動は起きないのです。
では、設計ミスがあり、推進軸が路面と平行ではなく、進行方向に対して上を向いていた場合はどうでしょうか? そうです。大変に強力なロケットですから、ロケットバイクは空へと舞い上がり、タイヤ“荷重”は 0(ゼロ)にをなります。また、下方向に向いている場合は、ロケットが車体を路面に強く押し付けるので、“荷重”は大変に大きくなり、やがては地中へと潜ってしまうかも知れません。
つまり、このロケットバイクが教えてくれる事は、車体に作用する“力”が重心(車体とライダーの)を路面と平行に押す場合には、タイヤ“荷重”は全く変化せず、作用する“力”がずれた場合には“荷重”が変化するという事です。
Now, let's ignite the rocket and accelerate "super" in one go. At this time, if there is no influence of air resistance or change in the rider's posture, will the "load" on the wheels change? Yes. If the design is correct, there will be no vertical forces on the body, so there will be no change in the "load" and the sum will not change either.
However, what if there is a design error and the propulsion shaft is not parallel to the road surface but points upward in the direction of travel? Yes. Because it is a very powerful rocket, the rocket bike will fly up into the sky and the "load" on the wheels will be 0 (zero). Also, if it is pointing downward, the rocket will press the body of the vehicle hard against the road surface, so the wheel "load" will be very large and it may eventually sink into the ground.
In other words, if the "force" acting on the entire vehicle acts on the center of gravity (body and rider) parallel to the road surface, the wheel "load" will not change, but if the "force" acting is misaligned, the "load" will change.
次に、ロケットの向きを逆にして、超高速から一気に急減速させる場合を考えてみてください。
そうです、噴射の向きが変わるだけですから、加速の場合と同様に、ロケットの推進軸が重心を通り、路面と平行である限り、タイヤへの“荷重”は全く変化しませんし、推進軸がずれて、重心に対する“力”(推進力)がずれている場合には、“荷重”は変化します。
Next, consider the case where the rocket is reversed and suddenly decelerated from ultra-high speed. That's right, since only the direction of the jet of water changes, just as with acceleration, as long as the rocket's thrust axis passes through the center of gravity and is parallel to the road surface, the "load" on the wheels will not change at all. However, if the thrust axis is misaligned and the "force" (thrust) relative to the center of gravity is misaligned, the "load" will change.
オートバイの場合 |
Case of a MotorCyclel |
では、普通のオートバイで加速を行なった場合を考えてみましょう。
エンジンの力で駆動されるのは後輪ですから、“加速の力”は後輪から生まれて、「アクスルシャフト」に作用します。「アクスルシャフト」は、後輪を車体に固定している部品で、後輪の回転に伴って路面と平行に前方へと移動し、それによって車体を前進させています。そのため、“ロケットバイク”の場合とは異なる点があります。それは、前進させる“推進力”が“重心”の高さとは異なる高さに作用している点で、それがタイヤへの“荷重”が変化する要因になっています。
Now, let's consider the case of accelerating a typical motorcycle. The "acceleration force" that accelerates the vehicle acts on the "axle shaft" of the rear wheel. The "axle shaft" is the part that secures the rear wheel to the body, and moves forward parallel to the road surface as the rear wheel rotates, thereby moving the body forward. Therefore, unlike in the case of a "rocket bike," the "propulsive force" acts at a height different from the height of the "center of gravity," which causes the "load" on the tire to change.
「アクスルシャフト」を作用点として働く“加速の力”は、重心(質点)に働きかける為に 二つの“分力”に分かれます。“分力A”は、重心に作用して車体とライダーを加速させる力となり、もう一方の“分力B”は前方下方向への力となり、この“分力B”からタイヤを路面に押し付ける力“荷重”が生まれます。その結果、加速をする際には“荷重”が増え、“加速の力”が大きい程に増える“荷重”も大きくなる事がわかります。
後述しますが、車体に働く力の働き方や作用点には様々な解釈があります。そして、その解析方法も色々ありますが、後輪による加速を考える場合、「アクスルシャフト」を作用点とした解析が最も重要で汎用性も高いと考えています。
The "acceleration force" is divided into two "component forces" to act on the center of gravity (mass point). "Component force A" acts on the center of gravity and accelerates the car, while the other "component force B" acts in the forward downward direction, and this "component force B" generates the "load" that presses the tires against the road surface. Therefore, you can see that the "load" increases when accelerating, and the greater the "acceleration force," the greater the "load" that increases.
次に、オートバイで減速をする場合、それも急制動を行なった場合を考えてみましょう。
加速の場合と同湯に、減速の場合でも、“減速の力”は重心の高さとは異なる高さに働くので、タイヤへの“荷重”は変化します。特に、急制動の場合には、“減速の力”の作用点はタイヤが路面に接している接地点に集約され、重心の高さと作用点の高さが大きく異なる為、タイヤへの“荷重”の増加は、加速の場合よりも、大きくなる傾向があります。
Next, let's consider the case of decelerating a motorcycle, especially when braking suddenly. Just as with acceleration, the "deceleration force" acts at a height different from the height of the center of gravity, so the "load" on the wheels changes. In particular, with sudden braking, the point of application of the "deceleration force" is concentrated at the point where the tire touches the road, and because the height of the center of gravity and the height of the point of application are significantly different, the "load" applied tends to be greater than when accelerating.
既にお気づきの方もあると思いますが、ここでは、“減速の力”の作用点をタイヤの接地点中心としています。もちろん、加速での解析と同様に、前輪の「アクスルシャフト」を“減速の力”の作用点として解析する事も可能ですし、ブレーキキャリパーを作用点として解析する事も出来ます。ただ、急制動の場面では車輪が停止状態に近い事と、これはオートバイ特有の事ですが、前輪ブレーキを使用した際の前輪の独特な運動特性への理解に繋げる為に、ここでは、接地点中心を作用点として解析をしています。
As some of you may have already noticed, here the point of application of the "deceleration force" is the center of the tire's contact point. Of course, just like with the analysis of acceleration, we could also analyze the front wheel's "axle shaft" as the point of application of the "deceleration force", or we could analyze it with the brake caliper as the point of application. However, in a sudden braking situation, the wheel is close to a standstill, and this is unique to motorcycles, so in order to understand the unique movement characteristics of the front wheel when using the front brake, we will use the center of the tire's contact point as the point of application.
タイヤへの"荷重"の変化は、前後のサスペンションの動きに表われます。従って、様々な状況での前後のサスペンションの動き(伸びたり縮んだり)を想定すれば、自ずと、タイアへの“荷重”は 大きく変化する事は明らかだと思います。また、旋回時や加速、減速の際にも、タイヤへの“荷重”が増加する原理が伝わると幸いです。そして、加わる“荷重”の大きさは、車両とライダーの重量を大きく上回る事もありますが、この事は、多くの人に認識されていないと思いますので、次章(YOKAI's Room)で具体的な数値に触れています。
なお、オートバイの場合に限らず、力学的な解析には様々な手法や考え方があり、今回挙げた解析はその一つに過ぎません。例えば、加速の解析の際、作用点を「アクスルシャフト」にして、重心(質点)へ働く力を解析しましたが、作用点を他の場所とする考え方もあります。また、「アクスルシャフト」を作用点としても、実際にはスイングアームやフレームを介在して働くので、当然ですが、別な解析手法もあります。ただ、今回の解析は、私自身が長年に亘って解析を繰り返し、実際に競技の場で実践して結果を残し、信じている手法だとご理解戴けると幸いです。
加速や減速で“荷重”が変化する、とは言えない
"Load" Changes greatly depending on the Riding Condition |
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重心と力の作用点が違う場合、“荷重”の変化が起きる
The sum of the "Load" can be 0 or Incease Greatly |
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I would also be happy if I could convey the principle that the "load" on the wheels increases when cornering, accelerating, and decelerating. The amount of "load" applied can be much greater than the weight of the vehicle and rider, but since I don't think many people are aware of this, I will touch on specific numerical values ??in the next chapter (YOKAI's Room).
There are various methods and approaches to mechanical analysis, not just in the case of motorcycles, and the analysis presented here is just one of them. However, I would be happy if you could understand that this analysis is a method that I believe in, having repeated analyses for many years and actually put it into practice in competitions, achieving results.
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YOKAI's Room Reference Experience Stories |
ここでは、質問者の意図から少し離れて、多くのライダーにあまり理解されていない“荷重”とその特性について解説をします。/
Here, I will deviate a little from the questioner's intention and explain "load" and its characteristics, which are not well understood by many riders.
“荷重”は“力”、“力”は“荷重”に
"Load " is "Force" and "Force" becomes "Load" |
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“荷重”という言葉は聞いた事があっても、それを正しく理解している人が少ないのは、きっと、難しく考え過ぎているからでしょう。でも、オートバイの気持ちになれば分かると思います。
みなさんは、両脚で立っている時に足裏が地面を押している感覚を感じているでしょう。実は、その地面を押している“力”が“荷重”なのです。そして、片脚で立った時には、両脚の時より大きな“力”つまり“荷重”を感じるでしょう。しかし、それ以上に大きな“荷重”を感じた時もあった筈です。そうです、歩いたり、階段を上ったり、走ったりして“力”を使った時です。実は、それはオートバイも同じなのです。
When you stand on both legs, you probably feel your feet pushing against the ground. In fact, the "force" pushing against the ground is the "load." When you stand on one leg, you will feel a greater "load." However, there must have been times when you felt an even greater "load." That's right, it was when you used "force" by walking or running. In fact, it's the same with motorcycles. |
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運動会やスポーツ競技などで、走った時の事を思い出してみてください。その時、足裏に感じる“荷重”は、歩いている時と同じだったでしょうか? きっと、脚に込める“力”を強める程に“荷重”も大きくなった筈です。人は、階段の上り下りする時には、体重の2〜3倍の負荷(荷重)が掛かると言われていますが、運動している時には更に大きな“荷重”が足裏に掛かっています。これが、オートバイで加速したり減速した時に、車両とライダーの重量の総和(合計)を超える大きな“荷重”がタイヤの接地面に掛かるのと同じ原理です。
なぜ?、運動や加速などで“荷重”が大きくなるのでしょうか。それは、運動で“力”を加えて、その“力”が足裏に伝わった時や、タイヤの接地面に伝わった時、その加わった“力”も“荷重”となるからです。そして、足裏を地面を押しつけ、タイヤを路面に地面を押しつけるのです。
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本題から外れますが、“荷重”について正しく理解が進んでいない原因は「体重計」にもあるかも知れません。地球上で計測する限り、私達の身体(質量)には重力加速度が働いており、「(身体の)質量」 × 「(重力)加速度」が体重ですから、体重も“力”であり“荷重”です。ですから、体重の単位は[ s]ではなく、本来ならば“力”の単位である[ N ](ニュートン)か[ Kgf ]とするべきでしょう。そうであれば、タイヤに掛かる“荷重”の理解者はもっと増えていたかも知れません。
Think back to when you ran in a sporting event. Was the load you felt on the soles of your feet the same as when you walked? The more force you put into your legs, the greater the load. It is said that when going up or down stairs, a load of 2 to 3 times your body weight is placed on the soles of your feet, but when you exercise, an even greater load is placed on the soles of your feet. This is the same principle as when a motorcycle accelerates or decelerates, and a large load that exceeds the combined weight of the vehicle and rider is placed on the tire's contact surface. Why does the load increase with exercise or acceleration? This is because when you apply force during exercise and that force is transmitted to the soles of your feet or the tire's contact surface, the applied force also becomes a load. Then, you press the soles of your feet against the ground, and the wheels press the ground against the road surface.
“重心”と“荷重”
Center of Gravity and "Load" |
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“重心”とは、物体の質量の中心となる場所の事で、例えば、ボール(球)の“重心”の位置はボールの中心になります。そして、オートバイとライダーの“重心”の位置は、図で示している通り、前後のタイヤの間の車体中央部付近になります。この“重心”から車両とライダーの全重量(荷重)が前後のタイヤに伝わって、タイヤへの“荷重”になるのですが、その際、“荷重”の大きさは“重心”からタイヤ接地面までの(水平)距離によって決まります。
The "center of gravity" of the motorcycle and rider is located near the center of the body between the front and rear wheels, as shown in the diagram. The total weight (load) of the vehicle and rider is transferred from this "center of gravity" to the wheels, and becomes a "load" on the tires. At that time, the amount of "load" on the wheels is determined by the (horizontal) distance from the "center of gravity" to the tire's contact surface.
例えば、上図で示した“重心”から前後のタイヤ接地面までの距離、「 dF 」と「 dR 」が同じであれば前後の“荷重”は同じになり、二つの距離が違えば“荷重”の大きさも異なり、“重心”からの距離が短い側のタイヤへの“荷重”が大きくなります。そして、距離の違い(比率)が大きければ大きい程に“荷重”の違い(比率)も大きくなります。(簡単な計算公式はありますが、ここでは重要ではないので、省略します) ここで大切な事は、“重心”からの距離の違い(比率)を見れば、前後タイヤの“荷重”の違い(比率)も判るという事です。
前後の“荷重”配分は“重心”との距離で決まる
"Load" distribution is determined by the distance from
the "Center of Gravity" |
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For example, if the distances from the "center of gravity" to the ground contact surfaces of the front and rear wheels, "dF" and "dR", shown in the diagram above, are the same, then the "load" on the front and rear wheels will be the same. Also, if one distance is shorter, the distance from the "center of gravity" is shorter, so the "load" will be greater. And the greater the difference (ratio) in distance, the greater the difference (ratio) in "load" will be. In other words, by looking at the difference (ratio) in distance from the "center of gravity", you can also determine the difference (ratio) in "load" on the front and rear wheels.
“車体姿勢”と“荷重”の関係
Relationship between vehicle Posture and "Load" |
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一定の速度で走行している時の“重心”と前後の“荷重”関係を確認したところで、今度は、急減速で前輪のサスペンションが大きく沈み込んで、前のめり状態の“車体姿勢”だけに注目して、車体姿勢の違いによる“荷重”の変化を確認してみましょう。下の図で、定速走行時と急減速時の“車体姿勢”を比較していますので、“重心”から前後タイヤの接地面中心までの距離の変化に注目してください。
Now, let's focus only on the "vehicle posture" when the front wheel suspension sinks significantly due to sudden deceleration and leans forward, and check the change in "load" due to the difference in posture. The figure below compares the "vehicle posture" during constant speed driving and sudden deceleration, so please pay attention to the change in the distance from the "center of gravity" to the center of the contact surface of the front and rear wheels.
減速時の“減速の力”から発生する減速Gを無視すれば、急減速で前輪のサスペンションが大きく沈み込み、後輪のサスペンションが伸びているにも関わらず、“重心”から前後タイヤの接地面中心までの距離{比率}は、想像される程には大きく変化しません。この事から、急減速で“車体姿勢”が大きく変化しても、ただ単に、“車体姿勢”の変化による“荷重”の変化は大きくありません。つまり、ライダーの感覚や経験からみても、“減速の力”が影響して前後タイヤの“荷重”を変化させている事がわかります。
姿勢変化による“荷重”の「 移動 」は、小さい
"Load" Changes greatly depending on the Riding Condition |
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セッティング記事などで「フロントの車高を下げて、フロント荷重を増やして」という表現を目にする事がありますが、フロントの車高を10〜20 o程度下げても“荷重”の変化は僅かです。逆に、前後の“車高バランス”を崩して操縦安定性のバランスを崩す危険性を危惧します。バランスの崩れは時にクイックな操縦性を演出し、見た目のカッコ良さも増すかも知れませんが、車体バランスを崩し安全性を損なう危険性を無視して、安易にフロントの車高を下げる事を推奨する風潮には全く賛同できません。
同様に、[ブレーキングで前輪に荷重を移動させて ・・」と書かれている記事もありますが、制動で生み出される“荷重”の大きさを考慮すれば、「ブレーキングで前輪荷重を増やして ・・」の方がより正確な表現になるのは間違いありません。
If we ignore the deceleration G generated by the "deceleration force" during deceleration, the front wheel suspension sinks significantly during sudden deceleration, and the rear wheel suspension extends, but the distance (ratio) from the "center of gravity" to the center of the contact surface of the front and rear wheels does not change as much as one might imagine. From this, even if the "vehicle posture" changes significantly during sudden deceleration, the change in "load" due to the change in "vehicle posture" is not simply large. In other words, even from the rider's senses and experience, we can see that the "deceleration force" affects and changes the "load" on the front and rear tires.
急制動時の、前輪“荷重”の大きさは
When Maximum Braking, the Front Wheel "Load" Value is... |
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では、その急制動で前輪サスペンションが大きく沈み込んでいる時、前輪に掛かっている“荷重”の大きさを考えてみましょう。下の画像の GSX S1000 をサンプルにして、おおよその計算になりますが、急制動時の“荷重”の大きさを確認してみましょう。
Now, let's think about the amount of "load" that is applied to the front wheel when the front wheel suspension sinks significantly due to sudden braking. This is a rough calculation, but let's check the amount of "load" at maximum braking using a Suzuki S1000 as an example.
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まず、車両の仕様書からわかっている事は、前輪サスペンションのストローク(伸び縮み量)は 120 mm で、車両重量は 214 s です。そして、サスペンション内部にあって“荷重”を支えているスプリングの バネ定数(1o 縮めるのに必要な荷重の大きさを示す値)は判っていませんので、スズキの同クラスの他車の仕様から推定して、0.85 s/mm のシングルレートのスプリングだと仮定します。(メーカーを問わず、同クラスの車両のバネ定数は 0.8 〜 1.0 Kgf/mmが一般的 )そして、サスペンションにスプリングを組み込んだ際の初期荷重(プリロード)を一般的な 8.5 Kgf だとすると、急制動でフルストロークさせた時には、[ 0.85 Kgf/mm × 130 mm ]の計算式から、110.5 Kgf の“荷重”を受け止めている結果になり、左右2本のフロントフォークで 221 Kgf になります。
First, from the vehicle specifications, the stroke of the front suspension is 120 mm, and the vehicle weight is 214 kg. The spring constant of the metal spring inside the suspension that supports the "load" is unknown, but based on data from other Quas models from the same company, we will assume that it is a single-rate spring of 0.85 kg/mm. If the initial load when the spring is installed is a typical 8.5 Kgf, then when the full stroke is made with maximum braking, the calculation formula [0.85 Kgf/mm x 130 mm] results in a "load" of 110.5 Kgf being received, which is 221 Kgf for the two front forks on the left and right.
次に、殆どのオートバイで採用されている前輪サスペンションの形式では、「エアスプリング」も“荷重”を支えている事が知られています。これは、サスペンションの構造上、内部にエア室があり、サスペンションのストロークによって体積が縮められる事でエア室の圧力が上がり、それによって、スプリングの様に“荷重”を支えています。更に、この「エアスプリング」で重要な事は、エア(気体)の体積が圧縮されるに従って圧力が上がる「ボイルの法則」が働く事です。
Next, due to the structure of the front wheel suspension used on most motorcycles, the air chamber inside also acts as an "air spring" to support the "weight". And, one thing you should not forget about this "air spring" is that when the suspension contracts and the volume of the air is compressed, the air pressure increases due to "Boyle's Law". |
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【ボイルの法則 / Boyle's law 】
この図では、気体質量と温度は一定の条件下で、体積(V)を半分ほどに縮めた際の圧力(P)の上昇を示しています
This diagram shows the increase in pressure (P) when the volume (V) of a gas is reduced by half, with the mass and temperature of the gas remaining constant.
<souruces : Wikipedia>
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つまり、前輪サスペンションが縮んで、エア室の体積が 1/10 になったすれば(実際にはそれ以上)、内部の圧力は 10倍 になるのです。 この「エアスプリング」が支える“荷重”の解析手法は色々ありますが、サスペンションのインナーチューブの外径が 41mm ですから、内部のエア室の外径を 37 mm、組立て時のエア室の気圧を 約 1Kgf/p^2 {平方p}、フルバンプ(最大縮み)時に最大 1/13 に圧縮されるとすれば、フルにストローク(フルバンプ)させた時には、約 111 Kgfの“荷重”を受け止めている事になり、左右で 約 222 Kgf の“荷重”が掛かっている事になります。
There are various methods for analyzing the load that this air spring can support, but the outer diameter of the suspension inner tube is 41mm, so if the outer diameter of the internal air chamber is 37mm, the air pressure in the air chamber when assembled is about 1Kgf/cm^2 {square cm}, and it is compressed to a maximum of 1/13 during a full bump, then when fully bumped, it will support a load of about 111kgf, and a load of about 222kgf will be applied to both sides.
以上の解析から、急制動時に前輪タイヤに掛かっている“荷重”は、車体とライダーの重量の合計(約 300 Kgf)を超える大きな値になっている事がわかります。この事から、“荷重”が大きいほどにタイヤの“グリップ力”は大きくなるので、前輪ブレーキによる制動は、正しく操作すれば、効率が高く安定した制動が可能になっているとも言えます。
また、フルバンプで最も低くなった時でも、フロントの車高は車両の安定性を最低限確保する設計(ジオメトリー設計)になっています。仮に、足つき性の向上と謳って、車両の車高を低く改造すると、操縦性の悪化だけでなく、フルバンプ時用に確保された安定性さえも失いまる。つまり、路面のギャップやジョイント、落下物を通過した時や、下り坂で危険回避の為にブレーキを掛けた時には、大きな“荷重”が加わった状態で安定性を失うという、大変に高い危険性を招く改造である事は広く認知される必要があります。
フル制動時、前輪“荷重”は“乗車総重量”を超える
At maximum Braking, the front wheel "Load" exceeds
the "Gross Weight" |
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From the above analysis, we can see that the load applied to the front wheel during sudden braking is a large value that exceeds the combined weight of the vehicle and rider (about 300kgf). From this, it can be said that the greater the load, the greater the tire's grip, so if operated correctly, braking with the front wheel brake is highly efficient and stable.
ドラッグレーサーの重心位置
Center of Gravity of Drag Racer |
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ドラッグレーサーとは、陸上競技で言うと 100m 競争と同じで、停止状態から一定の距離を走りきるまでのタイムを争う車両です。そのドラッグレース用に製作された典型的な車両を下の画像で紹介しますので、“重心”の位置はどこにあるか考えてみてください。
A drag racer is a vehicle that competes for the fastest time it can travel a certain distance from a standstill. The image below shows a typical vehicle made for drag racing, so think about where the "center of gravity" is located.
そうです、一般的なオートバイと比較すると、“重心”の位置は低く、そして前方へと移っている事が判ります。この設定は、後輪の「アクスルシャフト」に働く“加速の力”から“重心”への角度(上反角)を小さくして、“重心”に働く分力を大きくして、加速の効率を高める事(陸上短距離走のクラウチングスタートも同じ)も狙いの一つに入っていると思われます。
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これも、力学的には様々な解析手法があり、許された車両レギュレーションの中で、最も効果の高い解析手法を優先して設計が行なわれている事の典型の一つで、同じドラッグレーサーでも、四輪クラスの最速カテゴリー(トップフューエル)の車両では優先する解析手法が異なる様です。(トップヒューエル車では、後輪の直前にエンジンを配置して、そのエキゾーストパイプからの排気圧力によるダウンフォースを利用) また、MotoGp や F1 用の車両でも同様で、時代によって優先する解析の流行が変化している事がよく知られています。
That's right, compared to a normal motorcycle, you can see that the "center of gravity" is lower and shifted forward. One of the aims of this setting is to reduce the angle (dihedral) from the "acceleration force" acting on the rear wheel "axle shaft" to the "center of gravity," and to increase the component of force acting on the "center of gravity," similar to a crouch start on land, thereby improving the efficiency of acceleration.
“荷重”で決まる“グリップ力”
"Load" determine "Grip Force" |
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最後になりますが、私達ライダーは、安全で安定したライディングを実戦させる為に、“荷重”の特性をよく知り、それを有効に利用するライディングに真剣に取り組むべきだと思います。何故かと言うと、車輪への“荷重”の大きさによって“グリップ力”が大きく変化するからです。
Lastly, I think that in order to ride safely and stably, we riders should understand the characteristics of the load and seriously work on riding in a way that makes effective use of it. The reason is that the grip strength changes greatly depending on the amount of load on the wheels.
私達・ライダーの操作一つで“荷重”は想像以上に大きくなりますので、ブレーキを掛ける時には、前輪ブレーキを主体に使う事は当然ですし、例え ABS(アンチロックブレーキシステム)が装着されている車両だとしても、基本は人間のコントロールですから、ブレーキングの技術を磨き続ける意識を持つ事が大切です、 その一方で、“荷重”は抜けて小さくなりやすい特性があります。例えば、旋回中に進行方向の変更をしたり、アクセルコントロールの加減でサスペンションや車体が上下に少し揺れた時には“荷重”が抜けると考えた方が良いでしょう。
オートバイで一番大切な事は“グリップ力”です。“グリップ力”を高めて、安全で安定した走りを楽しむ為に、“荷重”のコントロールを意識される事を強くお勧めします。
With just one operation by us, the rider, the "load" can become larger than we can imagine, or it can be released and become smaller. When braking, it is natural to use the front brakes mainly, and even if the vehicle is equipped with ABS (anti-lock braking system), the brakes are basically controlled by the human, so it is important to be aware of continuing to hone your braking skills. On the other hand, the "load" can easily be released and become smaller. For example, it is better to think of the "load" as being released when you change direction while turning, or when the suspension or body shakes slightly up and down due to the throttle control.
The most important thing about motorcycles is "grip". We strongly recommend that you be conscious of controlling the "load" to increase your "grip" and enjoy a safe and stable ride.
改めて、今回の質問を寄せて下さった Sさんにお礼を申し上げます。質問を頂戴したお蔭で、私自身も“荷重”について考察を深める事が出来ましたし、この記事をご覧になった方々の中にも、何かしら オートバイとライディングの理解に繋がるきっかけになるのでは? と考えているからです。また、この場を借りて、関連するクイズに回答してくださった方、そして、イラストや画像などの作成に携わって下さった方々にもお礼を申し上げます。
ありがとうございました。また機会があれば、いつまでも、楽しく、安全なオートバイライフ環境を一緒に深めていきましょう。
Once again, we would like to thank Mr. S for sending us this question. Thanks to your question, I was able to deepen my own consideration of "load", and I think that this article may help some of the readers to understand motorcycles and riding in some way. We would also like to take this opportunity to thank those who answered the related quiz and those who were involved in creating the illustrations and images.
Thank you very much. If we have the opportunity, let's continue to deepen our motorcycle life environment together, always in a fun and safe way.
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わからない用語は、ページ下段の【用語の解説辞典】で確認できます
「質問」のある方は、上記の『 質問募集ページ 』をご利用ください |
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