オートバイのステアリング理論と現実性

ヤマハにてリーディングホイールの三輪車とスポーツライディング方向の
ナイケンのデビューにてステアリングとタイヤの接地傾斜システムが注目されています
ので少し基本を考えてみます。

このシステムにはアッカーマン、ジャント式の理論を当てはめてテストを繰り返して
完成した所ですが、自動車としての4輪車、３輪車(前2輪)では自動車の誕生と共に
有った物ですし、通常の自動車整備での基礎知識として用いられていますので
目新しい物では無いのですが、2輪車としての特性を生かした方式での量産型としては
初だと思いますのでアッカーマン式方程式からの図面上を実験テストで完成させる
までには大量のテスト実施からの実用性の割り出しが出来たからこその物ですので
新たなジャンルのオートバイである所です。

この他にもキングピン、キャスター、トレール、キャンバー理論などの膨大な量
の中から実車に適した物を探し出す為の基本がありますので初期設計の指針と成る
のが、アッカーマン式物理理論での計算式をロスのない理論上としてまずは
図面として始める事が目標を掴みやすい所です。

4輪車、前2輪車にて曲がる為の外側と内側の車輪の軌道がリヤの車軸に対して
どの様な角度で切れると上手く回れるのかとした理論的な方程式を平面図上で
表して計算上出す為の物理数学をアッカーマンが理論的に数式で表した事から
車の旋回領域の各車輪でのズレや割り出しをし易くなった事は確かですが、
アッカーマンは飽くまでも物理数学の分野で有り、三角法を利用した
軌道理論として車輪が付いた物での作業に欠かせない事からの基本を解いた物です。

この理論を実車で当てはめて確認をして行った人物がジャントーと言われていますので
アッカーマン、ジャント式と成りますのでステア機構がそうした呼ばれ方に成って
いますが、理論数値としての物であり実車のステア機構としてアッカーマンが
製作したわけではありませんので、アッカーマン式が表現として独り歩きしているので
勘違いしている人が多いと思います。

同様なステア機構では馬車の機構として操舵システムなどは古くからありますが
スピードの出るグリップが良い車では不具合と成る部分を物理的に計算出来る事を
解いたのがアッカーマンの計算方程式である事です。

ピットマンアーム機構、ウィッシュボーン式、マルチリンク式、トレーリング式
ストラット式などの実車機構としては様々な用途と目的設定で使われていますので
、これらの左右輪切れ角がホイールベース、トレッド比率から必要な位相差が
ある事を解いた物の総称としてアッカーマン式と呼びます。

実車機構は初期の物が古いタイプとしても物理学理論は古さとはなりませんので
間違ってはいけません。

4輪車やヤマハの前輪2輪システムからのさわりとして少し書きましたが
2輪システムとしても内輪差としての前後輪や、タイヤの幅違いで同じことが
発生していますので理論上はステア機構に対して前後タイヤの切れ角が
バランスしているので曲がるとした物がオートバイですと言えます。

2輪車ではキャンバースラストと呼ばれていますので前後車輪のズレの補正を
直径差で変えたり、傾き補正を前後で少しずつ変えることでライダー能力に
関係なくタイヤの傾斜変化を出しやすくしていますので曲げやすかったり
傾斜させやすいとした特性を前後の幅に違いがあるリヤの太いタイプの車両で
影響が大きい事を補正する為にタイヤ側で造っている所です。

理論上の計算はロスやスリップはない事が当てはまりますので実車でのロスや
スリップの誤差が実験テストから修正、補正値として必要です。




                               ###2輪車として曲がる基礎と現実性###

一般市販車の通常構成のステア機構は車体にステム機構とフロントの車軸
をサスペンションのフォークを介して可動してステアが切れたり駆動側の
後輪に押される方向に力が入ると前輪をバランスさせる為に切れ角を安定方向に
角度を修正してくれるのが円周運動エネルギーと重力引力バランスの釣り合い
です。
軽量車体のタイヤ幅とスーパースポーツのように前後タイヤの幅の違いが大きいと
同じ理論の中でも細かい点が違いますので馬力の数値が大きい物ほどタイヤの幅以外の
違いが有りますので軽量車体の125CCや250CC辺りが旋回特性として曲がる為の基本
が分かりやすい車体だと言えます。
実際にコーナーリングスピードは250ccのタイヤ幅でも速いので太いタイヤが速いのでは
なく接地バランスと面圧との重量物の関係と成りますので軽量クラスのコーナーリング
が大型スーパースポーツよりも上に来ることは誰もが感じる事です。

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               ステア特性とは一体どんな事を言われているのか?


2輪車で代表的な物は、キャスター、トレール、前後タイヤのサイズやホイールベース
違いや使用目的設定と路面の選定に合わせて大まかに一般範囲でとして等々色々
有りますが、ほとんどはサスペンションジオメトリーとしての扱いとされて
いますので、サスペンションでの変更が多いのが一般的です。

そこからライダー能力や操作方法でサスペンションジオメトリーの変化値を利用して
前乗りタイプやリーンインタイプに変化している所ですので、特性として曲がる
性質がそうした乗り方に成って来ると言うのが基本的な所であり、そうした乗り方
が好きな人がセッティングとしてそうなる方向です。
速いバイクを乗りこなすのと、乗り易いバイクを早く走らせるのでは逆の方法です
ので速いバイクであるが乗りこなしが難しいので疲れる物と楽に走れるので速い
感じがしないという正反対の設定も同じバイクで起こるのが現実です。

フロント側の機構状態が正常で不具合のない事がキャスターやトレールの
基本設定が作用する条件ですので自身のバイクで、いきなりのキャスター変更対応が
多くありがちな整備不足の車両でタイヤの空気圧調整をすると変化があるので
良い感じだと思われがちな情報の間違いなどの、基本が何処にあるかも分からない
物でも空気圧調整でどの様に変わったと言う基本ズレの範囲では良いが本来の性能
の所では無い物も良く感じてしまう事と、整備前に何故空気圧調整をとするのは
整備をしていない最低限の車両でも空気圧が適正でないものは危ないですので
適正な空気圧で走りましょうと成りますので誰にでも当てはまるのが空気圧です
という事です。

ステアリングが正しく切れてバランスしてくれる為には全体の部分のバランスと
なりますのでフロント側のステア特性を基本的に決めるのはリヤタイヤの中心点
と幅、ホイールベースですので、ここが前輪にどう働くかの導線がないものは
ライダー自身でフロント周りを動かしたり押さえたりする中で旋回のきっかけを
完全に動き出すまで与えなければ旋回が始まらない特性ですし、いざ動くと
動き過ぎてしまうので抑える状態となります。




アッカーマン式理論での四輪車と同じことが2輪車でも当てはまりますので
キャスター、トレールの正常値にてフロント側で良くなる物は、リヤ側にて最低限
必要な状態があっての条件ですので、リヤ側が駄目なりの状態が一般の整備状態ですので
フロントのキャスタートレールを合わせてもどうにもならないのが多いのが現実です。


簡単だと言われるチェーン調整ですら厳密にするには本当に難しい事なのですが、
簡単に済まされて誤差範囲を超えている事で
タイヤの接地がズレてしまう位相差がステア特性に与える影響もあると言うことすら
解らずにいる整備士も多いのが現実です。
実際に位相差が大きいと加速が悪い乗り心地が悪い騒音が大きくなるなどのチェーン
単体抵抗に追加される駆動系の変換角度摩擦力が回転数に応じて増えるので、純粋な
部材抵抗以外の応力と反力の頂点の変化度がステアリングの振れやサスペンション
の安定性を阻害する要素がある所ですので、これらの元を取らずに別対処する為の
方法が一般的ですので治ることがない物を押えて少し減ったので良いとした所では
全ての範囲で悪い影響が大きい状態で走らされているのが普通と言えます。



様々な問題を積み重ねて改善が出来ている良好な状態では、よく曲がり
自然であるステア特性であると言う事ですが、高速域、中速域、低速域での
領域で完結させる為には全ての部位のバランスとタイヤの接地性と方向性が
目的設定としてある物が乗り易い楽しいと感じる車両である所です。

一般車両ではサスペンションジオメトリーをいじったり調整するのは
何かしらの摩耗やガタが発生したりすることからやらないと乗りずらいと
した所であり、本末転倒の時点でやっている事が実際の状況です。



こうした流れからヤマハが不安なくバイクを寝かせて走らせる安心感と楽しさ
を持ったナイケンを市販発売させたことは、それだけハイパワー車両の2輪車が
レベルの低い状態で走らされている事が多いという事実の表れである所です。

前2輪でのナイケンでのタイヤ2本の接地と通常2輪車の前1本の接地では倍ですが、
実際に1本のフロントタイヤの接地本領発揮をさせて乗っている2輪車は極わずかです
ので、タイヤの接地がキチンと出せているので、これについてステア特性が上手く
合っている物か、又は乗り手に不安を感じさせていない所であれば理論的にも
現実性も出ている物と成るのが本来の所です。

この部分でずれている不具合を発生させている車両でも慣れてしまうと普通だよと
感じてしまいますので、外乱に弱く疲れが出やすい車両が間違った言われ方で表現する
と乗りこなすと成ります。
低いレベルでは曲げる為に仕方なくオーバーにハンドルに力を加えたり切れすぎて
しまったのを抑える操作している物では乗りこなす域ではなく、余分なものをして
余分なものを対処している事が乗りこなすと成っているのが現実で有る事を
感じて欲しい所です。

最終的なタイヤの接地が感じられての基本が有りますのでジオメトリーが
構造上の設計図通り組み立てられなければジオメトリーはバラバラに変化して
結果的にタイヤの接地が得られずグリップ感が無いのでと成れば曲がらない
ブレーキが強く掛けられない等々な所では先にジオメトリーやサスペンションとは
成らない物です。

自身のバイクがどの様な場合に乗り換えたいと感じたり、常に新しい形の物に乗りたい
など様々ですが、安心感の持てる車両として乗りたいのであれば新型モデルだから
旧型だからと言う事は無く、その車両の開発目的が正しく発揮されたポテンシャルを
味わいたいと言う目的が無ければ古いバイクは古いままであり、新車としても
崩れた組み方を繰り返してしまえば同じことが直ぐに起こって乗りずらいと成りますので
何を基準にしてバイクに乗るのかの目的も関係なくなります。

メインで作業しているスーパースポーツですが、実際にはクラシックバイクと同じ
観点であり快適に楽しく乗る為にした事が、そのバイクの目的範囲で良く走る物では
後に長持ちする事につながる所です。

バイクの素の要素は設計上の目的範囲と組み立てのレベルがパーツの集合体を利用して
出来て居るのか無いのかの、この２点に絞られますので安心感のあるバイクとは何かと
言う事を感じたい方の為に行う作業が本来の性能を出す整備ですので部品の集合体である
バイクが部品の連結性が取れなければ乗りずらいだけの消耗品交換のバイクに
成ってしまう事を気が付いて欲しい所です。

ここから先がタイヤの外径やグリップレンジやキャスター・トレールとした
僅かな違いが指向性を持つことで特性を変えて行きますので、本来の目的での
所でタイヤを変更したり空気圧で内圧変化とタイヤ構造を利用したりするレンジの
場合には基準となる車体側が大事ですのでトータルバランスとしてタイヤを見るのと
整備状態に左右されたままタイヤを見るのでは別のタイヤですので、一般的な
市販車でタイヤの接地が出ていない物ではタイヤの評価もその状態に合わせた
ステア特性と接地が現実的な所です。

ステア特性の理論と現実的なギャップが大きいバイクが走っていて振られるので
ステムのガタを修理したと言った、事後処理の状態がステア特性の不安定な状態と
サスペンションジオメトリーを再現できない物である所を先にせずにはサスペンション
は、まともに動いてくれませんのでこの現実性を簡単なものと処理して行くのが
そもそもの間違いである事です。