タイヤの接地面積とグリップ力の関係について教えて下さい。

Question

基本的にタイヤを太くしたり径を大きくしたりして接地面積を大きくするとグリップ力は向上すると思うのですが、そうではないという記事を見て錯乱しています。
私が見た記事では接地面積が増える＝面圧が下がるということで結果的に摩擦係数が同じになり、太いタイヤと細いタイヤの間にグリップ力に差は生まれないということを数学的に説明されていました。

しかし私の足りない脳で考えたところ、やっぱり接地面積は少なからずグリップ力に影響を与えると思うのです。
空気圧を上げすぎたタイヤは、中央部分しか接地しなくなることでグリップしなくなってしまうと聞きます。
街乗りをする車に極端に太いタイヤを履くと燃費が下がりますよね、これはタイヤの転がり抵抗が増した、つまりグリップ力が上がった結果なのではないでしょうか。
その昔タイレルというF1マシンが空力の為にフロントタイヤを小さくし、それによる接地面積の減少を、前輪を4輪にすることで補うということもしていました。
トヨタ・MR2やMR-Sといった車は純正で後輪のタイヤが大きくなっており、前後同じサイズのタイヤを履いたらフロントの応答性が高くなりすぎ、簡単にスピンしてしまうような挙動を示すそうです。
最近では日産・ZEOD RCという、後輪は他のLMP1マシンと同じくらいのサイズなのに前輪は極端に細い車がありますが、あれは重心がほとんど後輪車軸上にあるためタイヤサイズが前後で大きく違うんだそうです。

これらはつまり接地面積は直接グリップ力を上げるということですよね？
タイヤのゴムが持つ摩擦係数とグリップ力は必ずしも一致しないということでしょうか？

Answer 1

実は説明が難しく、数式やグラフを使ったほうが説明しやすい内容ではありますし、知恵袋の字数で説明しきれる自信もないですが、他に出ている回答が、とんでもなく「どうでもいい」「説明になっていない」説明をしているので、なるべく感覚的にもわかるように説明します。

消しゴムで字を消すとき、同じ力で消しゴムを押すとして、何倍も幅広い消しゴムを使っても、よく消えませんよね。広くなった分だけ強く押さないとよく消えないと思いませんか。

これがあなたも例をあげている「面圧」が下がるという事例です

じゃ面圧が下がる幅広タイヤは意味がないのでしょうか？

例えばランエボＲＳが２台あったと仮定します。RSは純正で195/65R15を履いており、1台にはランエボＧＳＲに履いている235/45R17を履かせたとします。銘柄は全く同じ例えばエコピアPZ－Xとして、ゴムじたいのグリップは同じとします。

この2台を一般道を30ｋｍ/hで走るとするとグリップの差はないところか人によっては17インチはハンドルが重くて切れないとか軽快に走らないとか195のほうが走りやすいという人が結構います

じゃ富士スピードウェイでタイムアタックをするとほとんどの人が235のほうが安定してタイムが出せるし、安全だと思うと思います

さっきの消しゴムの例だと広くなった分、強く押さないとよく消えませんよね。

じゃ同じ車重の車でもタイヤを強く押すにはどうするか、というとタイヤに強く負荷をかけて荷重をかけるしかありません。スピード、フルブレーキ、フル加速といった負荷をかけていくと235のほうがグリップが高いことがわかると思います。

また更に深い話ですが235になると偏平も下がりますし、またトレッドの下のスチールベルトの幅が広がります。このゴムより硬いスチール材の幅が広がり、ケース剛性があがることがCF（コーナリングフォース）をあげる効果につながります。

消しゴムの例でいえば、ケース剛性をあげることは、消しゴムをきちんと持つ、ことにつながりますのでますので、よく消えるようになることがわかりますかね。これもグリップUPにつながるんですよ

他にも数式など話したいことはありますが、まずはイメージ掴めましたかね。

他の人の意見は混乱を招く話が多いです

スリック→溝がないからグリップする例のまんまですよね。接地面積重視です
スタッドレス→乾燥路面と違って、溝の中に雪を食い込ませてグリップを稼ぐ接地面圧重視です。摩擦係数がグリップにつながらない？何を言っているのだろう？

太さとグリップの話で太いほうがグリップするが急に滑る話はどうでもいい話です。荷重に対してきちんと剛性をもたせるのが基本原則であって、その中で「適度なたわみ」とかが出てくるわけです。（だからスポーツタイヤはどんどん硬くなるんです。ドラッグレースのような短時間でのダッシュだけなら変形を生かしたグリップも使えますが、特殊な例です）

質問者からのお礼コメント

とりあえず解決しました。ありがとうございます。
ほぼ車両全体に1Nの力がかかってるだけに等しい一般走行と、荷重移動が激しく個々のタイヤにかかる重さが変動する限界走行では、求められる最適なタイヤサイズが違うのですね。
純正タイヤサイズは一般道を走るために設定されているものなので、サーキットを走る場合は太いタイヤを履く傾向にあるというわけですね。

Answer 2

これ、考え出すと頭混乱しますよね。

タイヤは異なる性質のゴムやアラミド、スチール等を組み合わせて作られています。

この異なる性質の材料を組み合わせる時に考えるのは止まっている状態ではなく、走っている状態です。

なので、タイヤのグリップを引き出す為にはゴムをある程度変形させて、それが戻ろうとする力を使う必要があります。

細くてハイトのあるタイヤの方がねじりやすいのは解ると思います。

ねじ曲げる時にはしっかり地面に押し付ける訳ですが、さっきの逆で幅広で薄いタイヤはより力を入れないとよじれません。

なぜならタイヤの剛性が高くなっているから変形しにくいのに、接地面が広くなっているので中途半端な力の入れ方だと滑るからです。

最近は見かけませんが、消しゴムを使うとわかりやすいです。

で、多分お話の件はグリップを引き出すには適度なたわみが必要だからたわませられない太いタイヤを履くと滑るって事だと思うのですが、むやみに太いタイヤだと攻めこむといきなり滑ります。

上手くもなんともありませんが、太いタイヤは滑るまではかったるいのにしっかり面圧をかけられないから飛びます。

結論は、車重とパワーに見あったタイヤじゃないと欲しいグリップは得られない。です。


ps 太いタイヤを履いた時の燃費の悪さなんかは転がり抵抗や空気抵抗が絡んでくるのですが、ややこしい事に溝のあるのとボウズではボウズの方が燃費が悪かったりハンドルが重くなったりします。

グリップは当然溝のある方が高いです。

Answer 3

簡単にいうと、
タイヤの摩擦係数とグリップ力は一致しません。

タイヤを見れば分かりますが

★ F1用のスリックタイヤは、雨天用以外は溝があるでしょうか？
★ 積雪地で使われるスタッドレスタイヤは、雪には強くても雨天時はグリップが弱くなる。

などなど・・
他にもいろいろとありますが
『 正確に言うと必ずしも一致するということではない 』
という言葉が適当かもしれません。