スポーツカーは何故背が低いのですか？？ 物理的観点から説明できる方がいらっしゃればお願いしたいです。

Question

スポーツカーは低重心の方が良いと言われてますが、それはなぜですか？
F1やWECの車はもちろん背が低いですが、WRCはそんなに背が低くありません。市販車ベースと言えど、競技で勝つためにGRヤリスなどを作ったのならもっともっと背の低いベース車を作れば良かったのでは？

WRXやランエボ、GRカローラなどは背は低くないのに一級品のコーナリング性能を誇っていると言われますが、そこら辺のプリウスやMazda3、シビックの方が背は低いです。コーナリングだけなら勝てるんですかね...？

背の低さはコーナリングにどれほどの重要性があるものなのでしょうか？
単純にドライバーの座る位置が低くなるからロールを感じにくくなって快適、とか？

Answer 1

力学的観点から、重心が低い方が安定するのはご存じだと思います。重心が低ければ低いほど、外から圧力がかかったときに支持基盤から外れにくくなります。相撲やラグビーのぶつかり合いで、重心を低くしてぶつかれと言われますよね。重心が低い方が物体は安定するのです。

実際、自動車は動く物体となります。コーナリングでは慣性の法則が働くので、まっすぐ進もうとするエネルギーのベクトルをタイヤのグリップを使って無理矢理曲げて走行します。その時に重心が高いと、重心までのモーメントアームが長くなるため、安定しなくなります。実際にはサスペンションなどでそのエネルギーを吸収するわけですが、どうしてもロールが大きくなり、タイヤのグリップ力も低下してしまいます。スケート選手やバイクのライダーが、コーナリングでは内側に傾くのも、この重心を一定にして安定したコーナリングができるようにするためです。

次に、背が低いと空気抵抗を下げることができます。前面投影面積を少なくすればするほど空気抵抗を受けなくなります。飛行機やF1は、この面積でできるだけ小さくなるように設計されます。また、ルーフからテールにかけての形状も空気を流すためには重要ですし、リアのグリップ力を高めるためにスポイラーやウィングも重要な役割を果たします。これらは、速度が上がれば上がるほど効果が大きくなります。

プリウスなどのエコカーは、スピードよりも燃費のためにそのような形状をしています。空気抵抗が低ければ燃費がよくなりますから。

では、WRCなどのラリーカーの背が低くないのはなぜでしょうか。それは、悪路を走行するためですね。最低地上高が高くないと、悪路を走行することができません。F1などのサーキットでなく、山道や雪道を走るラリーでは、車高を高くし、悪路でも走行することを可能にしています。（それでもコーナリング安定性を考慮してできるだけ重心は低くしています。）また、F1などは車高を低くするために運転姿勢が寝そべった形のかなり無理をした運転姿勢を強要されます。しかし、ラリーでは視界や運転手やナビゲーター自体の重心の位置も重要なので、ある程度立ち上がった運転姿勢を取る必要があります。一般車両と同じように、シートに深く腰掛けて、アイポイントを取る必要があります。さらに言えばラリーカーはジャンプもするので、飛行中の安定のためにもリアウィングも大事です。平行な状態で着地できないとタイムロスになます。要は、ラリーとGTカーは、どちらもスピードを競うわけですが、そのやりかたは全く違うのです。

コーナリングの安定性のためには、重心を低くし、空気抵抗のためには車高を低くし（前面投影面積を小さくし）、悪路を走るためには、車高を上げたり、ウィングをつけたり、、、といろいろ工夫を凝らして0.1秒でも速くゴールできるよう鎬を削っているわけですね。そして、そういう車に憧れて、一般人はいろいろ真似してカスタムしたりしているわけです。

質問者からのお礼コメント

一番しっくりくる回答を頂けたのでBAとさせて頂きました。ありがとうございました！！

Answer 2

重心が低い ＝ 運動性能が向上する

例えばコーナーや加速で、
支点（タイヤ）を軸に遠心力などがかかる際に、重いものが高い位置「視点から離れている」か、低い位置「＝視点から近い」かで、前後左右の荷重のかかり方に違いが出ます。

例１：人を背負うとき
・肩車する →重心が高い
・おんぶする →重心が低い
→どちらが、フラフラせず安定して走れるでしょうか。
（凍った道を歩くとき、どっちのほうが不安定で転びやすいか）


例２：4輪車の上から棒を突き刺し、左右に動かすとして、
・高いところをもって動かす
・低いところをもって動かす（低重心）
→どちらが、外側のタイヤに負担（力）がかかるでしょうか。
（外側に負担がかかりすぎる→回転させる力が大きい→内側が浮く）

【余談】
WRCは市販車ボディをベースにしているため、レーシングカー良り高く見てますが、シャシー中身はエンジンやドライバーの搭載位置、アクセルペダルなど「重量物をより低く、中心に近いところ」に配置する工夫がされています。

これも、重心を下げる→安定性を高める→運動性能を高めることにつながります。

コーナーのみならず、加速・ブレーキ時も、重心が低いほうが、4つのタイヤにかかる力がより均等に近くなる（荷重移動が少ない）とも言えます。

Answer 3

ロールセンターが下がるんですよ。
だから安定する。
単純に背が低いほうがいいですよね。
で、GRなんかは車高高めかもしれないけどヤリスのGRMNなんかは屋根までカーボンで上モノかなり軽いはずでこれもロールセンターが低めなんだと思う。

ラリーの車はどうなんですかね？公道走らせるために車検なんかもあるしその絡みもあったりして。

Answer 4

CDA値を減らすためでしょ
CDA値が低いと高速域の走行性能が改善されます

Answer 5

物理で考えなくても小学校出てれば分かるっしょ！
軽のような背が高いのとランボのような背の低いのがコーナーを曲がったらどっちが倒れるか。

Answer 6

車は全て4つの接地点と重心のピラミッドがあるのです。
ピラミッドの頂点はコーナリング時に左右に移動しますが、
頂点が低いほど接地点を結んだ線より外に出にくくなります。
外に出れば横転します。

Answer 7

なにをスポーツカーとするか？ですよ。
ワインディングでの速さを求めるなら、ハンドリングやコントロール性が大事ですが、最高速を求めるなら空気抵抗（CD値）を小さくするために、車体を低く流線形にするというだけのこと。
https://kuruma-news.jp/post/291792
プリウスのように、燃費性能を稼ぐためにCD値をよくする車もあるし、ラリーカーのような車もスポーツカーですから、すべてが車体が低く作られるわけじゃありません。

Answer 8

スポーツカーが一般的に背が低い理由は、いくつかの要因が影響しています。まず第一に、スポーツカーは高速での安定性を重視するため、風の抵抗を減少させる必要があります。低い車高は、風が車の上を流れる際に発生する抵抗を減少させ、高速走行時の安定性を向上させる助けとなります。

さらに、スポーツカーはコーナリングや曲がり角での操縦性を重視します。低い車高は重心を下げる効果があり、車体が安定して曲がることができるようになります。これによって、高速での走行時やスポーティなドライビングにおいて、車両の安定性が向上します。

ただし、低い車高は一般道路の凹凸や段差に対する耐久性を損ねる可能性もあります。そのため、スポーツカーを設計する際には、高速性能と安定性を保ちつつ、一般道路での利用も考慮したバランスが求められます。

要約すると、スポーツカーの背が低い理由は、高速での安定性や操縦性を向上させるために風の抵抗を減少させ、重心を下げる効果を持つためです。