自動車工学について質問です。

Question

車速が高いほど、車両のふらつきが少なくなり直進性が高くなると思うのですが、なぜそうなるのか自動車工学的な背景を教えていただきたいです。

自転車やバイクを想像すると車速が低いとき、安定性に欠けることは想像つくのですが、理論的に説明できず、、

車速が高いほど、SAT(セルフアライニングトルク)が大きくなるため、スリップ角が少しついてもSATで打ち消される、、のかなと考えたのですが

ぜひ、教えてください^_^

Answer 1

自転車やバイクが倒れないのはジャイロ効果によるものです。
回ってるコマが倒れないのと同じ理屈です。
しかし自動車の場合、車体が重く、車輪の重量が小さく
４輪で走行するのでその効果は無視できます。
そのメカニズムとは関係ありません。


さて本題、『車速が高いほどふらつきは減るか』ですが、
その考察としてSATの話を出されていますが、そもそも
『ふらつき』と『ステアリングの復元力』は話が微妙に違います。

ふらつきと言っても、アライメントやボディの歪みによるものは
高速になるほどむしろ顕著になると思いますが、
安定するということはないと思います。



それに、復元力とSATの関係ですが、
自動車の場合、ステアリングの復元に関わるのは
主としてキャスタートレールによる復元トルクです。

誤解されてなければいいのですが、SATというのは、
コーナリング時、コーナリングフォースによって生じる復元力で
ニューマチックトレールというのがその発生原因です。

SATとキャスターによる復元トルクとは別モノで、
直進では、主にキャスタートレールによるトルクが復元力になり
コーナーでは両者を併せたものが復元トルクになります。

直進安定性はこれ以外に
キャンバー、トー、キングピン角（SAI）、スクラブ半径…
などが関わりますが、復元力のメインはキャスターだと思います。



乗りかかった話なので、ついでに、
『復元力と車速の関係』についてもお話しておきます。

この話ではしっかり横Gのかかるコーナー（1G以上）と、
高速道路のレーンチェンジ（170キロ程度）に分けて考えましょう。

と、その前に、本当はパワステの無い車でないと
ステアリングの自然な重さは論じることができませんので、
以前、サーキットでパワステのないフィアットを走らせた経験で話ます。

コーナーでしっかり横Gがかかる所では
先ほどの理屈から、大きなSATが加わるためでしょうか
ステアリングははっきりと重くなります。
が、車庫入れのときほど苦になるレベルではありません。

しかし、強い横Gが加わる場面でなければ
かなりの高速でも、それほどステアリングは重くはなりません。
通常の速度域に比べて特に重さは感じなかった記憶があります。

自分なりにその理由を考えるのですが、
タイヤは回転しているので、たとえ車速は150キロとか出ていても
地面とタイヤの相対速度は常にゼロですよね。

ただし、走行抵抗は大きくなり、トレッド面の縦変形は強くなって
タイヤの中心に対する接地点の中心はわずかに後退し
キャスタートレールはわずかに増加するとは思いますが、
それほど極端に復元力が変わるとは思えません。
停止状態の据え切りは別にして、10キロ、20キロの速度を越えれば
後はそれほど違わないのではないでしょうか。

高速でステアリングが重くなったと感じるとすれば
それは速度感応型のパワステのせいですよ。

Answer 2

＞自転車やバイクを想像すると車速が低いとき、安定性に欠けることは想像つくのですが、理論的に説明できず、、

＞自転車やバイクが倒れないのはジャイロ効果によるものです。
ーー＞
これ間違いです。
トレイル長の設定で、傾いた方向に車輪が向き、そちらに旋回するので、遠心力で復帰します。
この力は、車速が大きいほどおおきいので、速度が大きいほど安定します。
４輪でも同じだと思います。

Answer 3

速度と直進性に相関関係なんて無いよ。