コーナリングフォース バイクの物理現象 遠心力との関係

コーナリングフォース バイクの物理現象

体重移動だけではバイクは曲がりません。

コーナリングフォースの発生メカニズム

バイクが曲がるとき、タイヤには特殊な力が働いています。

これがコーナリングフォースです。

参考）タイヤの力学：コーナーリングフォース - セイクレッドグラン…

タイヤが旋回中に横方向の力を受けると、サイドウォールが変形します。この変形により、ホイールが向いている方向と車両が実際に進む方向にズレが生じます。

このズレをスリップアングルと呼びます。

スリップアングルが生まれると、タイヤは自分が向いている方向へ車体を進めようと力を発揮します。

これがコーナリングフォースの正体です。

つまり横滑りによる力ですね。

参考）【元車両開発関係者が解説】バイクは傾けたら傾けただけ曲がるの…

タイヤの接地面では、トレッドゴムが変形しながら路面をかきむしるような状態になります。この変形エネルギーが旋回力に変換されるのです。車体の運動エネルギーを消費してコーナリングフォースを生み出しているということです。

コーナリングフォースはタイヤの中心より少し後ろに作用します。この作用点のズレも、バイクの旋回特性に影響を与える重要な要素です。

スリップアングルと旋回力の関係

スリップアングルとコーナリングフォースの関係には、明確な特性があります。スリップアングルが大きくなるほど旋回力も増加しますが、無限に増え続けるわけではありません。

参考）スリップアングル - ヨコハマタイヤ [YOKOHAMA T…

最大のコーナリングフォースが発生するのは、スリップアングルが約10度の時です。ラジアルタイヤの場合、10数度で旋回力がピークを迎えます。それ以上角度が大きくなると、旋回力は徐々に低下していきます。

旋回力が下降する原因は3つあります。第一にタイヤグリップの限界、第二に接地面の部分的な滑り、第三にねじりによる接地不均一です。

スリップアングルが大きくなりすぎると危険です。接地面全体が均等に路面と接触できなくなり、部分的な滑りが発生します。タイヤ接地面のねじれが強くなると、安定して路面に接触できず旋回力が下がるのです。

約20度を超えるとハンドルを切り足しても曲がらなくなります。

この状態では転倒のリスクが高まります。

適切な範囲内で操作することが基本です。

参考）http://www.carphys.net/practice/slipangle.html

キャンバースラストとの違い

バイクが旋回する時、実は2種類の力が同時に働いています。コーナリングフォースとキャンバースラストです。

キャンバースラストは、タイヤの傾き(キャンバー角)によって生じる内向きの力です。一方、コーナリングフォースはタイヤの向きと進行方向のズレによって生じる力です。

この2つは明確に異なります。

バイクでは、キャンバースラストによる旋回力が支配的です。傾けられたタイヤが発生する横力で、接地面でトレッドゴムが変形して生まれます。よく10円硬貨や円錐の転がりに例えられますが、実際のメカニズムはもっと複雑です。

キャンバースラストだけでは不足する場合があります。コーナリング時の遠心力に対してキャンバースラストだけで足りない時は、ハンドルを切ることでスリップアングルによるコーナリングフォースを発生させて補います。

両方の力をバランスよく使うのが理想ですね。状況に応じて2つの力の配分が変わることを理解しておくと、より安全な走行につながります。

遠心力とコーナリングフォースのバランス

コーナリング中のバイクには、常に2つの力が綱引きをしています。外側へ引っ張る遠心力と、内側へ曲げるコーナリングフォースです。

車体を旋回させるには、旋回時の遠心力と釣り合うコーナリングフォースが必要です。この2つの力がちょうど釣り合った状態で、バイクは安定して曲がることができます。

遠心力は重心に働きます。しかしタイヤが路面で踏ん張ることで、タイヤ接地面方向への分力が生まれ、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。

つまりグリップが前提ということですね。

スピードが増せば遠心力も増加します。同時に、グリップ限界までは速度が増すほどコーナリングフォースも増します。ステアリングの切れ角が同じでも、速度が増せば旋回力も増すという特性があります。

参考）http://www.ne.jp/asahi/v/aureole/talk.html

適切なバランスを保つには、スピードとバンク角と遠心力を正しく操縦する必要があります。ある程度のコーナリングスピードで遠心力を得ているほうが、車体は安定しタイヤのグリップも引き出しやすくなります。

タイヤの接地面と荷重移動の真実

多くのライダーが誤解していることがあります。

荷重移動で接地面積を増やすという話です。

参考）タイヤの性能を使いこなせ2　【理論編】｜まえちゃん

タイヤを潰して接地面を増やすことで滑りにくくする、これが正しい理解です。摩擦面が大きくなると抵抗も増えますが、同時にグリップ力も向上します。

しかし体重移動の方法を間違えると、逆効果になります。肩を横へ移動すると、荷重は逃げてしまうのです。上半身を横へズラすと、シート座面から両肩が遠い位置へ行くため、載っていた体重が抜けます。

車体に直接作用していないので、いつ曲がり始めるかは状況次第になりがちです。時間差で影響を受けてリーンはできますが、不確実性が高まります。

正しい荷重移動は下方向へです。扇形を意識して小さくバランスを変える感じがコツです。大きなアクションほど遅れが生じるので注意が必要です。

バンク角が浅すぎるとコーナーを曲がりきれない可能性があり、深すぎるとタイヤのグリップを失う危険性があります。

適切なバンク角の選択が安全につながります。

参考）【バイク初心者必見】タイヤの真ん中だけが減る理由と安全なコー…

コーナリングフォースの限界を知る安全走行術

タイヤのグリップには限界があります。この限界を超えると、転倒という最悪の事態を招きます。

参考）ミニ四駆のコースアウトについて考える2～コーナー時に働く力に…

コーナリング中にマシンが転倒する原因は、転倒させるような力を受けていて、それに耐えきれていないからです。コーナリングフォースの限界を理解することが、安全走行の第一歩です。

スリップアングルが大きくなりすぎないよう、適切なスピード管理が必須です。前述の通り、約10度で最大の旋回力が発揮され、それを超えると性能が低下します。

バンク角とグリップ力の関係を理解することも重要です。バンク角の深さや重心の乗せ方、ライディング姿勢によって、タイヤのグリップ力が発生する位置が変動します。

理想的なライディングフォームを身につけましょう。スピードとバンク角と遠心力をバランスさせるには、正しいフォームが不可欠です。フォームに絶対的な正解はありませんが、セオリーは存在します。

タイヤと路面の接点を常に感じる意識を持つことが大切です。グリップの変化を敏感に察知できれば、限界に達する前に対処できます。日々の走行で、この感覚を磨いていくことをおすすめします。

ブリヂストン公式サイトのタイヤの役割解説ページでは、キャンバースラストとコーナリングフォースの関係について、図解付きで詳しく説明されています。

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