自動車のサスペンションと、ブレーキをかけたときの車体の動きの関係についてお尋ねします。 自動車のシャーシとタイヤをつなぐサスペンションは、地面に対して概ね垂直に近い角度に装備されているかと思います。

Question

ブレーキ直後に自動車が下に沈み込む動きをするのをよく目にするのは、サスペンションの角度によるものかと思います。しかしそもそも、自動車が走行中にブレーキをかけたときには、車体には前方に力がかかっているのではないかと思います。
そこでお伺いしたいのは、どのような理屈で前方にかかる力を下向きに変換しているのでしょうか。
自動車のサスペンションについて、お詳しい方がいらっしゃいましたら、ご説明よろしくお願いいたします。また、そもそもこの認識に誤りがありましたら、ご指摘いただければ幸いです。よろしくお願いいたします。

Answer 1

バイクの「ウィリー」を考えてみてください。

バイクを左側面から見た時、
スロットルを開けて、バイクの後輪が前方向（左回り）に回転すると、
タイヤに左周りの力が加わります。従ってその反作用でバイクを右に回そうとする力も加わります。（タイヤが左に回って車体が回らない場合と、車体が右に回ってタイヤが回らない場合は、相対的なもので物理的には同じ。どちらに基準座標を置くかで見方が変わる）
その際フロントタイヤを腕で押さえつけないと、フロントが浮きます。

車の場合も同じように、
目いっぱいアクセルを踏むとフロントが浮きますよね？
けれどフロントにはエンジンがあってその重さで押さえつけているし、重心からのレバー比もあって車はウィリーにはなりにくい。※ＹｏｕＴＵＢＥでドラッグレースを見ると良くわかりますが、ドラッグレース専用レースカーは異様に長いホイールベースをしています。重心から遠い位置にフロントタイヤを配置することで、レバー比（梃子の比率）を上げて、フロントを浮きにくくしています。

ブレーキは逆です。
同じように車を左から見た場合、
ブレーキをかけるとタイヤを右に回そうとする力が加わります。
すると車体にはその反作用で、左に回そうとする力が加わります。
その結果、車のフロントが沈みます。
ピッチングといい、サスペンションの角度に拠ってではなく、
タイヤに拠って車体が前方向に捻られるからです。
同じブレーキ力でも、フロントタイヤより前、リアタイヤより後ろに重いものが乗っているほど、ピッチングは大きくなります。（例えばポルシェ９１１はおばちゃんのガクガク運転以上にピッチングが激しい車です）


一方「前方にかかっている」力は、「慣性力」で、１トン以上ある車体が、走っていた時のそのままの速度で走り続けよう、とする力で地面と平行にかかっています。
その力はどこへ行っているのか？
タイヤが路面と接する部分に逆方向に、地面と平行に働きます。
加速する時は逆で、車体は「そのまま止まっていよう」としていますが、タイヤが地面と平行に力を加え「駆動力ー抵抗」分だけ加速します。
（抵抗＝一輪にかかる荷重ｘタイヤの静止摩擦係数ｘ４）
（駆動力＝エンジンのトルクｘ減速比）

大雑把な概略ですが。

Answer 2

もっと単純なことですよ。

まずご質問の中にある、前方にかかる力を下向きに変換、というくだりですが、別に変換しているわけではありませんし、そういった機構が設けられているわけでもありません。

さて、ご指摘の通りブレーキング時には、車体には前方に力がかかっています。
しかし車体はサスペンション、ホイール、タイヤを介して、路面と接触しています。
つまり剛的結合がなされているので、その時点の速度以上には、車体は前方に移動することができません。
ですが力は現実にかかっているので、必然的に車体には一定方向の挙動が発生することになります。
ではその方向はどちらか。
上向きには、重力に逆らうことになるので、行きません。
左右どちらかというのも、車両の重量バランスが極端に狂っているか、左右のサスペンションが別々の動きをしない限り、あり得ません。
ということは、車体にかかる力の行き場は下しかないわけです。下向きにならばサスペンションの機構上、動くことができます。
これがブレーキング時に車にノーズダイブが起こる理由です。
難しい理屈もサスペンションの機構も、考える必要はありません。下方向にしか行き場のない力によって、車体は自然に下に押し下げられるのです。

Answer 3

https://www.youtube.com/watch?v=PGT6qILkHCo

コレの４輪版です

荷重移動

Answer 4

＞地面に対して概ね垂直に近い角度

この角度をキャスター角（キャリパーではないですよ）といって軽やSUVは角度が小さいのでポンポン跳ねる形ですがセダンや輸入車は大きな角度が付けられいます。

よって前加重になると車体は沈みます。（同様に後輪も沈み安定姿勢がとれるわけです）

Answer 5

車の重心はどこでしょう？

Answer 6

答えを出すことはできませんが、重力がある以上は車は自重により常にした方向に力がかかってますね。

Answer 7

＞車体には前方に力がかかっているのではないかと思います。

プロポーションニングバルブで
ブレーキの比率が変わります

Answer 8

サスペンション軸が縦方向に取り付けられてると答えを自分で書いてるではないですか