2011年10月31日月曜日

何故バイクは曲がるの?



久々のバイク学シリーズです

何度も言っていますが・・・このバイク学シリーズ。。。
あっているかどうかわからないのが最大の特徴ですから!

妄想記事だと思っていただければ幸いでございます。
夜露死苦!!(▼△▼)/

【 前回までの確認 】

1 何故バイクは倒れないでまっすぐ走れるの?
・ ステアリングが左右に自由に切れること
・ 駆動力が絶えず与えられること

2 何故セルフステア現象は起きるの? 
・ 前輪にかかる重力
・ キャスター角

3 何故バイクは後輪が舵を切るの? 
・ バイクの基本的構造は手押し台車と同じ
・ 前輪は後輪(=ボディ)が決めた方向に追随しているだけ
・ 前輪は後輪に押し出されているのではなくひっぱられている

なんてことを書いてみたのです。
興味のある人は是非読んでみてください↑



今回はいよいよ、バイクの一番楽しいところ。。。

何故バイクは曲がるのか?について考えてみたいと思います。

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アキナカ君!
何故バイクは曲がるかだと?

いい加減にしろよ!

ハンドルを
左右に切るからに
決まっているだろが!

君はいっつも説明がくどい!





はい
それは正解です♪

記事終了~

てぉい!QPひっこんでろぃ!(●`ε´●)

うむうむ
その解答は間違いではないでしょう。

ハンドルを切れば実際バイクは曲がりますからね。

ここで言ってるバイクが曲がるとは
コーナーなどでの綺麗なターンという意味です。

それでは正解にいきましょうかね。





バイクはまっすぐ進んでいます












バイクを右側に傾けます











前に進みながら

前輪が

右にセルフステアします







右側に曲がっていきます




左側に傾ければ同様に
左側に曲がっていきます









ココのメカニズムは以下のとおりです。

バイクを右に傾ける

後輪が右ターン開始

それと同時に前輪がセルフステア開始

後輪のターン孤に合わせてボディがターン(後輪とボディは一体)

ボディに直結しているステアリングステム上部が後輪のターン孤の方向に移動

ステアリングステム上部が後輪と同じターン孤の方向に前輪をひっぱる
(前輪は後輪に追随していて、決して後輪から押されているのではない。
 +(プラス)のトレール量が影響しているはず・・・。)


これがバイク自らが動こうとする
自然で綺麗でバランスのとれたターンのはずです。


ライダーはターンの仕事をしましたか?
ステアリングを切りましたか?

ターンの最中は一切仕事をしていません。バイク任せでいいのです。

でも最初に一つだけ大事な仕事をしました。

後輪を右側に傾ける(リーンする)ことです。

*ターン前半部分のいわゆる一次旋回部分の説明ってことでご勘弁です。
*極端にシンプルにしぼって説明していますのでご勘弁です。


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それでは何故後輪を右に傾けるとバイクは右にまがるのでしょうか。

原因はタイヤの形状にあります。


左側4輪車
右側2輪車

タイヤの形状が違いますね

まさか見たことない人はいないでしょうけど

確認したい人は
クルマとバイクへダッシュして
確認してきてください(笑)


4輪車のタイヤは
4輪全てがこのような形状です。

基本的に地面にタイヤが全面接地しています。
そして左右に傾くことはありません。
車軸で左右は固定されていますからね。

4輪車は前輪の2輪で舵を切り方向を決めてそれに後輪が追随して曲がっていくのです。

バイクとは根本的に曲がるシステムが違います。

2輪車のタイヤは
前輪も後輪もこのような形状です。

地面に接しているのはタイヤの1点のみです。
このようにRがついているのが特徴です。

そしてもうひとつのポイント
右にも左にも傾けることができるのです。

この2点
テストにでますよ~(・ω・)/



そして右ターンの時に注目したいところはココ!!

タイヤのサイドの部分のこの曲ってるとこ。。。
図でいう右側にいくほど車軸からの半径が小さくなってますね。

つまりタイヤセンターから
タイヤサイドにいくにつれ
タイヤは小さくなっていきます。



極端な話

もっともっとサイド部分を伸ばしてしまえば

こんな形状のタイヤになるはずです。

これは
円錐形(えんすいけい)にほかなりません。

ん。わかりますよね(ρ_-)o
だいぶわかりやすく書いてるつもりです。




タイヤを

極端な形状に置きかえると

円錐をふたつ
底で貼り合わせたような
こんな形になるはずです。





少しだけ
立体的に描くとすれば

こんな形ですね。

地面には一点だけ接している

外側にいくほど
車軸からの半径距離が短くなる
こんな形となるはずです。


この記事を書こうと思ってから
もう数カ月たちますが・・・
ずっとずっと探していたのです。
円錐形のいい実験材料を

そしたら偶然にも!!
普段使ってるものがその形ではないか!!

発見した瞬間に
飛び上がりたくなるほど嬉しく思いました。



最近は箱買いして安く購入しています。

科学の耳せん
SILENCIA(サイレンア)
DKSHジャパン株式会社

・安眠に
・精神集中に
・リラックスに
2ペア/携帯ケース付き



アキナカはもの凄く集中力を伴う仕事をしています。昼間の雑音は思考に悪影響を及ぼすので(よっぽどipod聴いてるほうがまし)仕事の時にこのサイレンシアという耳せんをよく使うのです。

自分にしゃべりかけられても、電話(小音量)がなってても気がつかないレベルです。オフィス内の雑音からは一切自分を遮断してとにかく集中できるのです。

マフラー音の85~95dB(デシベル)が60dB以下になります。
ベルボトムさんも走行中に耳せんしてるよね。

これが!その耳せんサイレンシアだ!


ほら。。。
緩やかな円錐形をしてるでしょ?

コレに気がついたときは
嬉しかったなぁ。。。

この記事を書けることが決定した瞬間です。


タイヤを横からみると

こんな形になります。

だいぶデフォルメされてるけどね(笑)

グチャっと圧縮されたようです。







上が細い部分

下が太い部分

底面はあくまでも円形

つまり円錐形です。



バイクがまっすぐ進んでいるときは

こんな形になっています

地面との隙間


両サイドとも空いていますね

とても微妙だけどわかりますか。




今度は

タイヤを右側に傾けてみます。

右側の面が
道路に接地しました。

隙間はありませんね。



今度は視点を変えていきます。

後輪を上から見ていきます。

後輪を右に傾けると
このように地面に接するはずです。

(もう今までの説明で説明済み)





それでは

右側に傾けた

バイクの後輪の動きを見てみましょう♪







くる♪













くるくる♪











くるくる♪くる♪










お?おおお!







右にターンしてる!!


すげぇ!!

やっぱり
実験の感動は最高ですね。




右に傾けた後輪は
右にターンしていきました。

これでバイクが傾けたほうへターンすることの証明はできました。

円錐形の形により(タイヤのセンターからサイドへRの曲率)ハンドリングに影響がでるので、
このポイントを抑えておけばタイヤ選びに少しは役にたちます。


あとは簡単です♪

後輪のターン軌跡が決まれば

前輪は自然に追随してくれるので

同円内の軌跡上に前輪を置きます。




ココに

バイクボディと
前輪の部分を描いてみると

うむうむ確かに
セルフステア角がついていて
これが自然な角度なのではないかと思うのです。







ここで一つの結論をつけておきたいと思います。

後輪を傾ける。

後輪は円運動を始める。

前輪はセルフステアして後輪の円軌道上でバランスする。

それが摩擦力を最大避け、もっとも綺麗でもっとも無駄のない定常円を描くことになるから。



モノっていうのは一番バランスするところで落ち着くのではないでしょうか。

人間が下手にいじるのでバランスが崩れるような気がします。


ココまで理解しておけば・・・次の現象を説明することができるし
自分のライディングには何が必要なのかがわかってくるはずです。


アゴが引けてない
上体が前乗り(腰が前に落ちている)になっている
ステップの前方向へ入力できない
膝が下がっている

こんなスタイルでターン手前でフルブレーキすると・・・

ニーグリップができていないのでさらに上体が前へずれる
ハンドルに入力してしまう(つかまってしまう)
カラダの重心が前へ転がったところで
ターンの入口にやってきた

慌てて後輪を傾ける
カラダの重心が抜けてしまっているので
後輪の操作が思うようにできない
結果後輪はあまり傾かない
カラダの重心は前へ行ってしまっているので
ハンドルから力を抜くことができない

後輪が傾かないのでほとんど曲がらない
さらに悪いことに上半身(カラダの重心)はまっすぐ方向に残っている
しかもハンドルにしがみついたまま!

この一連の悪い結果がコレ


この一次旋回の段階で

すでに!
アウトに膨らみ

綺麗にコーナーに入っていけない!


アウトに膨らみ
もうこの時点でこのターンは文字通りアウトです

バイクも綺麗に傾いてないはずです
二次旋回へ移ることもできません!







右ターンなら
ガードレールが左前方に迫りくる
あわててブレーキ操作 枯葉や浮砂が!!

左ターンなら
センターラインをふんづけて
対向車がいたら!! もう一貫の終わり!!

この記事は
ライディングのフォームや乗り方、良しあしをウンチクするのがテーマではなく

バイクが自然に動く(動きたい)力学を整理しておくことがテーマです。。。。



ここまで書いて
YouTubeでもう一度見てみました

定常円旋回


ん?違う! 何か違う!

そう・・・
もうわかっている人はわかっていますね。

上記円軌道の説明には大事な部分が欠落していました。

それは
前輪と後輪の内輪差です!Σ(`□´/)/ ヒィヒィ

それを補正すると次のとおりになります。



前輪と後輪の内輪差を表すとこのような形になります。

当然!リーンの浅い深いによってその位置関係は変わってくると思われますが。。。前輪が外側の円軌道、後輪が内側の円軌道を描きます。

しかし、この場合新たな疑問が生じます。。。。

同じサイズのタイヤの場合(左の図)には同じ円軌道を描くことになるのでこの図は厳密に言うと間違っています。
外側の円軌道のタイヤ(左の図では前輪)は内側の円軌道のタイヤ(左の図では後輪)よりもタイヤの断面のRの曲率(円錐形の傾斜角度)が緩やかになるはずです。

緩やかでなければ大きい円を描けないですよね?




ここで!実際のバイクのタイヤサイズを調べてみました。(ρ_-)o

HONDA CB1300(SF/SB共通)の純正タイヤ

フロント  120/70ZR17M/C(58W)
リア    180/55ZR17M/C(73W)

フロントは120ミリで扁平率70%つまりリアに比べれば断面はとんがっていてRの曲率はきついはず
つまりリアより小回り旋回しやすいはず。


おかしいじゃん・・・

理屈が合わないのです。


ここはおそらく! 
タイヤのターン時における内輪差の影響は案外少なくて(ある程度ずれるのは許容)

・駆動力グリップ上リアタイヤは太くなければならない
・ハンドリングの味付け設定上の問題
・タイヤの剛性バランスを図っている
などなど

他の原因も考慮された上での絶妙のサイズ設定になっているのではないかと・・・


勝手に思い込んでおこう!!(^O^)/


これ以上は今の自分の実力では解明できません。。。
タイヤの力学はサスの力学と同様・・・あまりにも奥が深すぎます。
そのうち研究してみますね♪



アキナカ君
長い説明終わった?
水陸両用白バイで
遊ぼうよ~








あぁそうするよQP。。。今回はまぢ疲れた・・・  
バイクさ乗るべ乗るべ!!
理論より実践だべ!(^O^)/


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バイクが何故曲がるか?・・・実はまだ理由があるのです。。。フフフ ( ̄ー+ ̄)