カウンターステアリング

カウンターステアは、自転車やオートバイなどの単線車両運転者が、一時的に希望方向と反対にステアリングを切ることで（「右に曲がるには左にステアリングを切る」）、特定の方向への旋回を開始するために使用されます。旋回をうまく行うには、まずライダーと単線車両を合わせた重心を旋回方向に傾け、反対方向に短時間ステアリングを切ることでその傾きを引き起こします。^[1]ライダーのカウンターステアの動作は、「ステアリングコマンドを与える」と呼ばれることもあります。^{[2] [3] : 15}

科学文献ではカウンターステアリングの明確で包括的な定義は示されていません。実際、「ステアリングトルクとステアリング角度の適切な区別は必ずしも行われていません。」^[4]

右折時にカウンターステアを行う場合、次の動作が行われます。^{[5] [6]}

• ハンドルバーの左側にトルクが適用されます。
• すると前輪はステアリング軸を中心に左に回転し、タイヤは接地面内で左側に力を発生させます。
• 機械全体が左に操縦されます。
• 接地面の力が地面レベルにあるため、車輪が自転車の下から左に引っ張られ、自転車が右に傾くことになります。
• ライダー、またはほとんどの場合、バイクの本来の安定性が、前輪を右後方に回転させて目的の方向に回転させるために必要なステアリング トルクを提供します。
• バイクは右に曲がり始めます。

これは複雑な一連の動作のように見えますが、自転車に乗る子供なら誰でも実行しています。ほとんどのライダーはこの一連の動作にほとんど気付いていないため、自分はこれをしていないと主張する人もいます。^[6]

また、特定の旋回に必要な傾斜を開始するために必要なステアリング トルクと、旋回を終了するまで一定の半径と傾斜角を維持するために必要な持続ステアリング トルクおよびステアリング角を区別することも重要です。

• 初期のステアリング トルクと角度は、どちらも目的の旋回方向とは反対です。
• 持続的なステアリング角度は旋回と同じ方向になります。
• その操舵角を維持するために必要な持続的な操舵トルクは、前進速度、バイクの形状、バイクとライダーの質量分布に応じて、旋回方向と同じ方向か反対方向のいずれかになります^[7]。

自転車は、自転車とライダーの重心の合計が、速度と旋回半径に適した角度で​​旋回内側に傾いている 場合にのみ、カーブを曲がることができます。

${\displaystyle \theta =\arctan \left({\frac {v^{2}}{gr}}\right)}$

ここでは前進速度、は旋回半径、 は重力加速度である。^[8]${\displaystyle v}$${\displaystyle r}$${\displaystyle g}$

より高速で、より急なカーブを曲がるには、より大きな傾斜角が必要です。もし最初に質量がカーブに向かって傾いていなければ、ライダーとバイクの慣性により、タイヤがカーブに沿って彼らの下から外れても、彼らは直線を走り続けます。直線走行からカーブへの移行は、バイクをカーブに向かって傾けるプロセスであり、その傾斜（バイクとライダーの複合質量の中心）を引き起こす最も実用的な方法は、最初に支持点を反対方向に動かすことです。^[9]

希望の角度に近づくと、通常は前輪を旋回方向に操舵してその角度を維持する必要があります。そうしないと、バイクは重力によって傾き続け、その傾きの度合いが増していき、側面が地面に接触します。ほとんどのバイクの操舵システムの形状は、前輪が傾く方向に操舵する傾向が強くなるように設計されているため、このプロセスにはほとんどまたはまったく物理的な労力は必要ありません。

ライダーが定常旋回を維持するためにハンドルバーに加える実際のトルクは、バイクの形状、質量分布、ライダーの位置、タイヤの特性、旋回半径、前進速度などの複雑な関数です。低速では、ライダーに必要なステアリングトルクは通常負で、ステアリング角度が旋回方向であっても旋回方向とは逆になります。高速では、必要な入力トルクの方向は正、つまり旋回と同じ方向になることがよくあります。^{[7] [10]}

低速ではカウンターステアも同様に必要ですが、カウンターステアは非常に微妙なため、バイクのバランスをとるために行われる継続的な修正によって隠れてしまい、ライダーがわずかに認識できる差や知覚の閾値を下回ることがよくあります。低速でのカウンターステアは、旋回方向に可能なステアリング角度がはるかに大きくなることでさらに隠れてしまう可能性があります。^{[引用が必要]}

前輪を回すことによる効果の1つは、ジャイロスコープの歳差運動によって引き起こされるロールモーメントです。このモーメントの大きさは、前輪の慣性モーメント、前輪の回転速度（前進）、ライダーがハンドルバーにトルクを加えて前輪を回す速度、およびステアリング軸と垂直線の間の角度の余弦に比例します。 ^[10]

^{22 m/s (50 mph) で走行し、慣性モーメントが 0.6 kgm 2}の前輪を持つサンプルのオートバイの場合、前輪を 0.5 秒間に 1 度回転させると、3.5 Nm のロールモーメントが発生します。比較すると、オートバイの下から前輪が出てくるときに発生する横方向の力は最大 50 N に達します。これは、質量の中心の 0.6 m (2 フィート) の高さに作用し、30 Nm のロールモーメントを生成します。^[10]

ジャイロ力によるモーメントは、このうちのわずか12%ですが、車輪が軌道から外れるとゆっくりと増加するのではなく、ライダーがトルクをかけるとすぐに作用し始めるため、重要な役割を果たします。これは、特にオートバイレースで役立ちます。^[10]

意図的にカウンターステアを行うことは、安全なバイクの運転に不可欠であり、そのため、通常は、モーターサイクル安全財団、カナダ安全協議会、オーストラリアのQ-Rideプロバイダーなどの組織が運営する安全運転コースの一部となっています。バイクを意図的にカウンターステアすることは、単に傾けるよりもはるかに効率的な操縦方法です。^{[3] : 15}速度が上がると、バイクの自己バランス特性が硬くなり、ハンドルバーに加えられた一定の入力力に対して、傾斜角の変化が小さくなります。^{[3] : 16}

オートバイのコーナリングの技術の多くは、コーナーでグリップを効果的に押し込む方法と、旋回中に適切な傾斜角度を維持する方法を学ぶことです。緊急時に突然片側に急に曲がる必要が生じた場合、事前の練習を通じて、カウンターステアがオートバイの進路を変える最も効率的な方法であることを知っておくことが重要です。^{[3] : 16}多くの事故は、経験豊富なライダーがこのスキルを慎重に習得したことがないときに予期しない障害物に遭遇したときに発生します。

カウンターステアの現象を理解しやすくするために、ポジティブステアリングというフレーズが使われることがあります。^{[11] [12]}他には、「押す – 曲がるにはバイクを傾ける必要がある」、「バイクを傾けるには、ハンドルグリップを曲がる方向に押す」、「左に押す – 左に傾く – 左に進む」などのフレーズがあります。^[13]

オートバイ安全財団は、すべてのオートバイレーススクールと同様に、すべての学校のすべての生徒にカウンターステアリングを教えています。カウンターステアリングは、ワシントン州、^[14]、ニュージャージー州、^[15]、カリフォルニア州、^[16]、ミズーリ州などの米国の州のオートバイ運転者マニュアルとテストに含まれています。^[17]

ハートレポートによると、米国のほとんどのオートバイライダーは、衝突を回避しようとすると、ブレーキを踏みすぎて後輪を横滑りさせ、前輪をブレーキ不足にしてしまう。カウンターステアや急ハンドルを切る能力は、多くのオートバイ運転手には本質的に欠けていた。^[18]バイクを傾けるのに必要な最初のカウンターステア入力は、0.125秒程度と非常に短いことが多いため、多くのライダーはこの概念に気づいていない。^[19]

傾斜する能力のない三輪バイクはカウンターステアの必要がなく、一方向への最初のステアリングトルクが自動的に反対方向への旋回につながることはありません。これには、車がバイクに固定されているサイドカーリグが含まれます。三輪のBRP Can-Am Spyder Roadsterは、傾斜しない2つの前輪を使用しているため、車のように操縦できます。^[20]

サイドカーの中には、バイクをサイドカーから独立して傾けることができるものもあり、場合によっては、サイドカーがバイクと平行に傾くことさえあります。これらの車両は、ソロバイクと同じようにカウンターステアする必要があります。^[21] 3輪のピアッジオMP3は、機械的なリンクを使用して2つの前輪を後部フレームと平行に傾け、2輪バイクと同じようにカウンターステアします。^[20]

自由傾斜型マルチトラック車両は、旋回する前にカウンターステアでバランスを取らなければならない。カーバーなどの強制傾斜型マルチトラック傾斜車両は、カウンターステアの制御なしで傾斜し、運転者によってバランスが取られることはない。カーバーの後継モデルでは、自動カウンターステアが導入され、傾斜速度が上がり、車両を傾斜させるのに必要な力が軽減された。その他の強制傾斜型車両には、自動カウンターステアが組み込まれている場合がある。^[22] 1984年に開発された試作型の傾斜型マルチトラック自由傾斜車両は、自動カウンターステアを採用しており、バランスを取るスキルを必要としない。^[23]

十分に軽いバイク（特に自転車）であれば、ライダーはハンドルを使わずに体重移動によって体を傾けて曲がることができる。これをカウンターリーンと呼ぶ人もいる。 ^{[8] [24] [25] [26]} 記録された物理的な実験によると、重いバイク（多くのオートバイ）では体重移動は傾斜を開始するのにあまり効果的ではないことが分かっている。^[27]

左折時に体重移動を使用してカウンターステアリングを行うときは、次の操作が行われます。

• ライダーは、脚を介してシートに、または胴体に瞬間的なトルクを加え、バイク自体を右に傾けます。
• バイクとライダーを合わせた重心は下がるだけで、外側には移動しませんが、バイクの前部がステアリング軸を中心に自由に回転できる場合、右への傾きにより、ジャイロスコープの歳差運動、地面反力、軸外の重心にかかる重力、または単に軸外の重心の慣性の組み合わせによって、バイクは右に操舵されます。これは、特定のバイクの正確な形状と質量分布、および適用されるトルクの量と速度によって異なります。^{[8] [28]}
• この右へのカウンターステアにより、バイクが前進するにつれて地面との接触が重心の右側に移動し、左への傾斜が発生します。最終的に、フロントエンドが左に操舵され、バイクは左折に入ります。

前進速度と旋回半径に適した左傾斜のバランスをとるために必要な左方向の操舵量は、やはりシートまたは胴体でライダーが生成するトルクによって制御されます。

カーブから抜けて真っ直ぐに戻るには、ライダーはカーブに入ったときの手順を逆にするだけです。バイクをさらに左に傾けます。これにより、バイクはさらに左に操舵され、ホイールの接地面はさらに左に移動し、最終的に左への傾きが減少してカーブを抜けます。

米国道路交通安全局の調査によると、ライダーの傾きは、重いバイクよりも軽いバイクに大きな影響を与えることが示されており、^[29]これは、重いバイクではノーハンズステアリングが効果的でない理由を説明するのに役立ちます。バイクに対して胴体を傾けても、バイクは十分に傾かず、最も浅い旋回しかできません。ノーハンズライダーは、重いバイクを車線の中央に保ち、高速道路の浅い旋回をこなすことはできるかもしれませんが、それ以外はあまりできません。

体重移動だけでは複雑な操作は不可能である。なぜなら、たとえ軽い機械であっても、制御力が不十分だからである。^{[24]十分に軽いバイク（特に}自転車） では、ライダーは体重を移動させることで体を傾けたり曲がったりすることができるが、^[8]複雑な操作が体重だけで実行できるという証拠はない。^[27]

カウンターステアという用語は、後輪が大きく滑った場合に制御を維持するために、バイクを旋回方向と反対の方向に操舵する（負の操舵角）必要があることを指すために、一部の著者によっても使用されています。^[10] オートバイのスピードウェイレースは、土、石炭灰、または頁岩の緩い表面を持つ楕円形のトラックで行われます。ライダーは、コーナー全体で維持されるこのタイプのカウンターステアの極端な形を使用して、マシンを横にスライドさせ、パワースライドまたはブロードサイドでコーナーに進入します。これは、高度なテクニックではありますが、緩い表面や滑りやすい表面上の自転車でも、パワーなしで機能します。

この用語は、ドリフトと呼ばれる自動車の運転技術の議論でも使用されます。

ウィルバー・ライトはカウンターステアリングを次のように説明しました。

私は何十人もの自転車乗りに、どうやって左に曲がるのか尋ねたことがある。最初に尋ねたときに、すべての事実を正しく述べた人は一人もいなかった。彼らはほぼ例外なく、左に曲がるためにはハンドルを左に回す、その結果左に曲がる、と答えた。しかし、さらに質問してみると、最初にハンドルを少し右に回し、次に自転車が左に傾くと、ハンドルを左に回して、その結果、内側に傾きながら円を描いた、と同意する人もいた。^{[30] [31]}

• 自転車とオートバイのダイナミクス
• オートバイの安全性
• 非最小位相システム

• Vittore Cossalter、R. Lot、M. Peretto (2007)。「オートバイの安定した旋回」。機械技術者協会紀要、パート D: 自動車工学ジャーナル。221 (11): 1343–1356。doi : 10.1243/ 09544070jauto322。ISBN 978-1-4303-0861-4. S2CID  109274283。(サブスクリプションが必要です)
• レイフ・クライブ。ヘンリー・エノクセン。グンナー・クベロッド (2006)。 「フルコントロール」/「フルコントロール」（PDF）。ノルウェーオートバイ連合。ISBN 82-92276-00-92008年10月8日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。

• バランスとステアリング、トニー・フォール著
• フルコントロール（英語版）、ノルウェーモーターサイクルユニオン
• 「No BS Machine」の物理的実験
• 「一輪車の物理学」5分、基本的な物理学の原理からカウンターステアリングを解説、Adobe Flashが必要