体重移動

重量移動と荷重移動は、2つの異なる効果を説明するためにやや混乱を招くように使用される2つの表現です。^[1]

完全に剛性のある車両であっても、加速中に各車輪にかかる荷重の変化
サスペンションのコンプライアンスや積荷の移動や揺れによる車輪に対する質量中心（CoM）の位置の変化

自動車業界では、重量移動は通常、加速中に異なる車輪が負担する荷重の変化を指します。^{[2]これはより正確には}荷重移動と呼ばれ、^[1]^[3]これはオートバイ業界で使用されている表現であり、^[4]^[5]一方、オートバイの重量移動、それほどではないが自動車の重量移動、およびいずれの車両でも荷物の移動は、車輪に対する重心位置の変化によるものです。この記事では、後者の定義のペアを使用します。

荷重転送

車輪付き車両では、荷重移動とは加速（縦方向と横方向の両方）中に異なる車輪が負担する荷重の測定可能な変化です。 ^[3]これには、ブレーキと減速（負の割合での加速）が含まれます。^{[6]車輪に対する質量の中心の動きは必要ないため、サスペンションがまったくない車両でも荷重移動が発生する可能性があります。荷重移動は、}車両ダイナミクスを理解する上で重要な概念です。同じことは自転車にも当てはまりますが、縦方向のみです。^[4]

原因

車両を加速させる主な力は、タイヤの接地面で発生します。これらの力は車両の CoM を経由しないため、1 つ以上のモーメントが生成されます。これらのモーメントの力は、舗装レベルでのタイヤの牽引力、もう 1 つ (等しいが反対方向) は CoM にある慣性質量、モーメントアームは舗装面から CoM までの距離です。これらのモーメントにより、タイヤ間に分散される荷重に変化が生じます。多くの場合、これは一般の観察者によって車体のピッチングまたはローリング運動として解釈されます。車体のピッチングやローリングを示さないサスペンションのない完全に剛性の高い車両でも、荷重移動は発生します。ただし、非剛性車両の車体のピッチングとローリングにより、車輪の軸のサスペンションの垂直移動に対する CoM の (小さな) 水平方向の変位、およびタイヤの変形 (つまり、車輪に対する接地面の変位) により、いくらかの (小さな) 重量移動が加わります。

重心を地面に向かって下げることは、荷重伝達を減らす 1 つの方法です。その結果、縦方向と横方向の両方で荷重伝達が減ります。荷重伝達を減らすもう 1 つの方法は、ホイール間隔を広げることです。車両のホイールベース(長さ) を増やすと縦方向の荷重伝達が減り、車両のトレッド(幅)を増やすと横方向の荷重伝達が減ります。ほとんどの高性能自動車は、できるだけ低く座るように設計されており、通常、ホイールベースとトレッドが長くなっています。

この記事では「荷重移動」という言葉を、自動車業界では一般的に「重量移動」と呼ばれている現象の意味で使用していることを念頭に置き、荷重移動の影響を計算する 1 つの方法は、いわゆる「重量移動方程式」を使用することです。

\Delta \mathrm {重量} _{\mathrm {前面} }=a{\frac {h}{b}}m

または

\Delta \mathrm {重量} _{\mathrm {前面} }={\frac {a}{g}}{\frac {h}{b}}w

ここで、は前輪にかかる荷重の変化、は縦方向の加速度、は重心の高さ、はホイールベース、は車両総質量、は車両総重量です。^[7]^[8] $\Delta \mathrm {重量} _{\mathrm {フロント} }$ $a$ $g$ $h$ $b$ $m$ $w$

重量移動には、サスペンションの順応によるシャーシの変位、または車両内の貨物や液体の変位により、車輪軸に対する車両の重心の実際の（比較的小さな）動きが含まれ、その結果、車両全体の荷重が個々のタイヤ間で再分配されます。

重心

重量移動は、自動車の操縦中に車両の重心が移動すると発生します。加速により、バネ上質量が幾何学的軸を中心に回転し、その結果、重心の位置が変わります。前後の重量移動は、車両のホイールベースに対する重心の縦方向の位置の変化に比例し、左右の重量移動 (前後の合計) は、車両のトレッドに対する重心の横方向の位置の変化の比率に比例します。

燃料などの液体は容器内で容易に流動し、車両の重心位置の変化を引き起こします。燃料が消費されると、重心位置の位置が変化するだけでなく、車両の総重量も減少します。

たとえば、車両が加速すると、後輪への重量移動が発生することがあります。車外の観察者は、車両が目に見えて後ろに傾いたり、しゃがんだりするため、これを目撃するかもしれません。逆に、ブレーキをかけると、車の前部への重量移動が発生することがあります。急ブレーキをかけると、車首が地面に向かって急降下するため、車内からでもそれがはっきりと見える場合があります(そのほとんどは荷重移動によるものです)。同様に、方向転換 (横方向の加速) 中、旋回方向の外側への重量移動が発生することがあります。

一般的に、重量移動は、少なくとも車や SUV の場合、荷重移動よりも実用上の重要性ははるかに低くなります。たとえば、0.9g の旋回では、トレッドが 1650 mm、CoM の高さが 550 mm の車の場合、車両重量の 30% の荷重移動が発生します。つまり、外側の車輪の荷重は以前よりも 60% 増加し、内側の車輪の荷重は 60% 減少します。この荷重移動の結果、利用可能なグリップの合計は約 6% 低下します。同時に、車両の CoM は通常、接地面に対して横方向および垂直方向に 30 mm 以下しか移動しないため、重量移動は 2% 未満になり、グリップは 0.01% 低下します。

牽引力

荷重移動により、車がブレーキをかけたり、加速したり、曲がったりするときに、4 つの車輪すべてで利用可能なトラクションが変化します。1 組のタイヤが他の組のタイヤよりも多くの「作業」を行うというこの偏りにより、利用可能なトラクション全体の純損失が発生します。この純損失は、タイヤ荷重感度と呼ばれる現象によるものです。

例外は、エンジンのパワーが 2 輪以下の車輪を駆動している加速時です。すべてのタイヤが使用されていないこの状況では、荷重移動が有利になる可能性があります。そのため、最もパワフルな車が前輪駆動であることはほとんどありません。加速自体が前輪のトラクションを低下させるためです。スポーツカーが通常後輪駆動または全輪駆動であるのはそのためです(全輪駆動の場合、通常の状態ではパワーが後輪に偏る傾向があります)。

転がる

（横方向の）荷重移動が車両の片側のタイヤ荷重に達すると、その端の内側の車輪が持ち上がり、操縦特性が変化します。車両重量の半分に達すると、横転が始まります。大型トラックの中には、スリップする前に横転するものがありますが、乗用車や小型トラックは通常、道路から外れたときにのみ横転します。背の高い車両や幅の狭い車両にレーシングタイヤを装着し、激しく運転すると、横転につながる可能性があります。

参照

参考文献

^ ab フォール、トニー (2006)。オートバイのハンドリングとシャーシ設計 (第 2 版)。トニーフォールデザイン。pp. 9–1。ISBN 978-84-933286-3-4。
^ Gillespie, Thomas D. (1992).車両ダイナミクスの基礎. SAE International. ISBN 978-1-56091-199-9。
^ ab Pacejka, Hans B. (2006). タイヤと車両ダイナミクス（第2版）SAEインターナショナル。pp. 14–15。ISBN 978-0-7680-1702-1. 2009年3月31日閲覧。
^ ab Cossalter、ヴィットーレ (2006)。モーターサイクルダイナミクス (第 2 版)。ルル.com。 84～85ページ。ISBN 978-1-4303-0861-4。
^ コッコ、ガエターノ (2005)。オートバイのデザインとテクノロジー。モーターブックス。pp. 40–46。ISBN 978-0-7603-1990-1。
^ ジャザール、レザー N. (2008)。車両ダイナミクス。スプリンガー。 p. 72.ISBN 978-0-387-74243-4. 2009年3月31日閲覧。
^ John Pearley Huffman (2010 年 6 月)。「ホイールスタンドの物理学」。Car and Driver 誌。2013 年 7 月 13 日閲覧。
^ P. Gritt (2002-08-20). 「ブレーキシステム入門」(PDF)。ダイムラークライスラー。 2019年11月24日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2013年7月13日閲覧。

外部リンク

車両タイプ別のDOTロールオーバー評価

[Foale-1] フォール、トニー (2006)。オートバイのハンドリングとシャーシ設計 (第 2 版)。トニーフォールデザイン。pp. 9–1。ISBN 978-84-933286-3-4。

[2] Gillespie, Thomas D. (1992).車両ダイナミクスの基礎. SAE International. ISBN 978-1-56091-199-9。

[Pacejka-3] Pacejka, Hans B. (2006). タイヤと車両ダイナミクス（第2版）SAEインターナショナル。pp. 14–15。ISBN 978-0-7680-1702-1. 2009年3月31日閲覧。

[Cossalter-4] Cossalter、ヴィットーレ (2006)。モーターサイクルダイナミクス (第 2 版)。ルル.com。 84～85ページ。ISBN 978-1-4303-0861-4。

[Cocco-5] コッコ、ガエターノ (2005)。オートバイのデザインとテクノロジー。モーターブックス。pp. 40–46。ISBN 978-0-7603-1990-1。

[Jazar-6] ジャザール、レザー N. (2008)。車両ダイナミクス。スプリンガー。 p. 72.ISBN 978-0-387-74243-4. 2009年3月31日閲覧。

[7] John Pearley Huffman (2010 年 6 月)。「ホイールスタンドの物理学」。Car and Driver 誌。2013 年 7 月 13 日閲覧。

[8] P. Gritt (2002-08-20). 「ブレーキシステム入門」(PDF)。ダイムラークライスラー。 2019年11月24日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2013年7月13日閲覧。