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自転車やオートバイのジオメトリとは、特定のバイクの構成を定義する主要な測定値（長さと角度）の集合です。その中でも主要なものは、ホイールベース、ステアリング軸角度、フォークオフセット、トレイルです。これらのパラメータは、バイクの操縦性に大きな影響を与えます。[ 1 ]
ホイールベースとは、前輪と後輪の中心（または接地点）間の水平距離のことです。ホイールベースは、リアフレームの長さ、ステアリング軸の角度、フォークオフセットによって決まります。自動車や列車で使用されるホイールベースという用語と似ています。
ホイールベースは、自転車とライダーを合わせた重心の位置とともに、自転車の縦方向の安定性に大きな影響を与えます。ホイールベースが短く重心が高いと、ブレーキ時に後輪が前方に傾いたり、加速時に前輪が地面から浮き上がったりする可能性が高くなります。短い自転車は、ウィリーやストッピーを行うのに非常に適しています。
ステアリング軸の角度は、垂直軸から測った場合はキャスター角、水平軸から測った場合はヘッド角と呼ばれます。ステアリング軸とは、ステアリング機構（フォーク、ハンドルバー、前輪など）が回転する軸のことです。ステアリング軸の角度は通常、ヘッドチューブの角度と一致します。
自転車では、操舵軸の角度は水平面から測定され、ヘッド角と呼ばれます。90°のヘッド角は垂直になります。例えば、レモン[ 2 ]は次のように説明しています。
フロントフォークサスペンションのおかげで、現代のマウンテンバイクはロードバイクとは対照的に、ヘッドチューブの角度が緩やかで、一般的には70°前後ですが、フレームジオメトリの設定によっては62°まで低くなることもあります。[ 3 ]
少なくとも1つのメーカー、Cane Creekは、ヘッドアングルを変更できるアフターマーケットのスレッドレスヘッドセットを提供している。 [ 4 ]
オートバイでは、ステアリング軸の角度は垂直方向から測定され、キャスター角、レーキ角、または単にレーキと呼ばれます。[ 5 ]したがって、0°のレーキは垂直です。たとえば、Moto Guzzi [ 6 ]は以下を提供しています。
フォークオフセットとは、ステアリング軸から前輪の中心までの垂直距離のことです。
自転車では、フォークオフセットはフォークレーキとも呼ばれます。ロードレース用自転車のフォークのオフセットは40～50mm（1.6～2.0インチ）です。[ 7 ]
オフセットは、フォークを湾曲させる、フォークの下端に垂直なタブを追加する、フォーククラウンのフォークブレードソケットをステアラーより前方にオフセットする、またはフォークをステアチューブに対して角度をつけてクラウンに取り付けることによって実現できる。湾曲したフォークの開発はジョージ・シンガーによるものとされている。[ 8 ]
伸縮式フォークチューブを備えたオートバイでは、フォークオフセットは、トリプルツリーのオフセット、フォークチューブがトリプルツリーに取り付けられるときにトリプルツリーレーキ[ 9 ] （通常は0度からの角度で測定）を追加すること、またはその2つの組み合わせによって実現できます。 [ 10 ]トレーリングリンクフォークやリーディングリンクフォークなど、あまり一般的ではない他のオートバイフォークでは、リンクアームの長さによってオフセットを実現できます。
フォークの長さは、下部フォーククラウンベアリングから車軸中心まで、ステアリングチューブに平行に測定されます。[ 11 ]
トレイルとは、前輪が地面に接する点から操舵軸が地面と交差する点までの水平距離のことです。前輪の接地点が操舵軸と地面の交点より後ろ（自転車の後方）にある場合、測定値は正とみなされます。ほとんどの自転車は正のトレイルを持ちますが、 2質量スケート自転車やパイソン・ローレーサーなど、負のトレイルを持つ自転車もいくつかあります。[ 12 ]
トレイルは自転車の操縦特性の重要な決定要因としてよく挙げられ、[ 13 ] [ 14 ]自転車メーカーのジオメトリデータに記載されていることもあります。ウィルソンとパパドプロスは、メカニカルトレイルの方がより重要で有益な変数である可能性があると主張していますが、 [ 15 ]どちらの表現もほぼ同じことを説明しています。
トレールは、ステアリング軸の角度、フォークオフセット、ホイールサイズの関数です。それらの関係は次の式で表すことができます。[ 16 ]
どこはホイール半径です。自転車のヘッドアングルは水平面から測定され、は垂直から測定したオートバイのレーキ角であり、トレイルとは、フォークオフセットのことです。トレイルは、ホイールサイズを大きくする、ヘッドアングルを小さくする、またはフォークオフセットを小さくすることで増やすことができます。トレイルは、ヘッドアングルが大きくなる（より急になる）、フォークオフセットが大きくなる、またはホイール径が小さくなると減少します。
オートバイ乗りは、トレールをレーキ角と関連付けて語る傾向がある。レーキ角が大きいほど、トレールも大きくなる。なお、自転車の場合、レーキ角が大きくなるにつれて、ヘッドアングルは小さくなる。
バイクが傾いたり、ステアリングを切ったりすると、トレールは変化する。従来のジオメトリの場合、バイクが傾いて傾いた方向にステアリングを切ると、トレールは減少する（ハブではなく接地点間の距離を測定する場合はホイールベースが増加する）。[ 17 ]トレールは、たとえばブレーキングに応じてサスペンションが作動すると変化することもある。ブレーキング中に荷重移動によりテレスコピックフォークが圧縮されると、トレールとホイールベースの両方が減少する。[ 18 ]少なくとも1台のオートバイ、MotoCzysz C1には、 89～101 mm [3.50～3.98インチ]の範囲で調整可能なトレールを備えたフォークが搭載されている。[ 19 ]
メカニカルトレールとは、ステアリング軸と前輪と地面の接点との間の垂直距離のことです。 [ 20 ]また、ノーマルトレールとも呼ばれます。[ 21 ]いずれの場合も、その値はトレールの式の分子に等しくなります。
自転車の操縦に関する科学的理解はまだ不完全ですが、[ 15 ]相互依存的な動的複雑性については全体的によく理解しています。[ 22 ]機械的トレールは、自転車の操縦特性を決定する上で最も重要な変数の 1 つであることは間違いありません。トレールがゼロの場合、いくつかの利点があります。[ 23 ]
熟練した注意深いライダーは、メカニカルトレイルが低い方が走行路をよりコントロールしやすい一方、トレイルが高い方が自転車を「両手を離して」乗りやすく、主観的に安定性が高まることが知られている。
ホイールフロップとは、ハンドルを回した際に前輪が「フロップ」して、自転車やオートバイが予想以上に大きく曲がってしまう操舵挙動のことです。ホイールフロップは、ハンドルを「直進」位置からずらして回すと、自転車やオートバイの前部が下がることで発生します。この前部が下がる現象は、次の式で表されます。
どこ：
ホイールフロップは自転車やオートバイの前部が下がる現象であるため、重力による力によってハンドルバーの回転が加速し、ライダーがハンドルバーに追加の入力を加えなくても回転が続く傾向があります。ハンドルバーが回転したら、ライダーはハンドルバーにトルクを加えてハンドルバーをまっすぐな位置に戻し、自転車やオートバイの前部を元の高さに戻す必要があります。[ 24 ]前輪の回転慣性によって、前輪の方向を変えるために反対方向のトルクが必要になるため、ホイールフロップ効果の深刻さが軽減されます。
上記の式によれば、トレール量を増やしたり、ヘッドアングルを小さくしたりすると、自転車やオートバイのホイールフロップ係数が増加し、ハンドルバーを直進位置に戻すのに必要なトルクが増加し、車両がカーブのラインから急に逸れる傾向が高まります。また、車両、ライダー、積荷の質量を増やすか、重量比を変更して重心を前方に移動させることで、車両の前輪にかかる重量が増加すると、ホイールフロップ効果の深刻度が増します。車両の速度と前輪の回転速度を上げることで前輪の回転慣性を増加させると、ホイールフロップ効果に対抗する傾向があります。
ある程度のホイールの遊びは一般的に望ましいと考えられています。Bicycle Quarterly誌は、「ホイールの遊びが少なすぎる自転車は、ハンドルバーの入力に対する反応が鈍くなります。ホイールの遊びが多すぎる自転車は、低速および中速で走行ラインから逸れる傾向があります。」と述べています。[ 25 ]
フォークは改造または交換されることがあり、それによって自転車のジオメトリーが変化する。
例えば、リジッドフォークからサスペンションフォークに切り替えるなどしてフォークの長さを長くすると、自転車の前部が上がり、ヘッドアングルが減少します。[ 11 ]フォークを長くすると、レーキは逆方向に測定されるため、オートバイのレーキには逆の効果があります。
経験則として、フォークの長さが10mm 変わると、ステアリング軸の角度が0.5度変わる。
フォークのオフセットを大きくするとトレイルが減り、既存のフォークのブレードを長くせずに曲げることでオフセットを大きくするとフォークが短くなる。 [ 26 ]
ノースダコタ州（米国）は、「公道でのオートバイの製造、販売、および安全な運転」に関して、レーキ角とトレール角の最小値と最大値を規定している。[ 27 ]
「4. 三輪バイクを除くすべてのオートバイは、前輪の形状に関して以下の仕様を満たさなければならない。」
製造業者の仕様には、各オートバイまたはオートバイのクラスごとの具体的なレーキ角とトレール角を記載しなければならず、「レーキ角」および「トレール角」という用語は、第28章32条に基づいて採択された規則により局長が定義しなければならない。
人間工学や用途など、その他の形状に関する側面については、自転車フレームの記事を参照してください。オートバイの場合、その他の主要な形状パラメータは、シートの高さと、フットペグとハンドルバーの相対的な位置関係です。
の詳細：ショックとフォークの長さに応じて、ヘッドアングルは62～63.5°です。
レーキ角とは、フレームのステアリングヘッドが垂直方向から後方に傾いている角度（度）のことです。
自転車の湾曲したフロントフォークはジョージ・シンガーの特許であり、今日でも使用されている。
{{cite web}}: CS1メンテナンス: アーカイブサービスは非推奨になりました (リンク)接地面と操舵軸との間の距離を、その軸に対して直角に測定した値。SAEではこれを「メカニカルトレイル」と呼ぶ。
トレールとは、フロント接地点とステアリングヘッド軸間の垂直距離のことである。