荷重移動についての考察

前回から面圧について考えているわけですが,今回は「荷重移動」について考えました.
特に重要であると考えた「ロールセンター」と「ダンパー」について,自分なりの考えを書いておこうと思います.
例のごとく正しいかどうかは分からないですが.

ロールセンターについては「ロールを増やしたり減らしたりするもの」というのが一般的な(?)理解で僕も長いこと,このように思っていたわけですが,ここで疑問が.
「なんでバネ硬めないの?」
ロールを減らしたければバネを硬めればいいはずですが,何が違うのか,ということです.

それを考えていくうえで,まず荷重移動というものについて考えていきます.
(少し遠回りな気もしますが・・・)
まず荷重移動についてですが,なぜこれが起こるかと言えばコーナリングのための横力(横G・求心力)をタイヤが出すことによって,車が遠心力で外に行こうとするためです.
で,荷重移動の量はある一定の横力がかかったときに「重量・重心高さ・トレッド」で決まります.
(簡単のため左右2輪モデルで計算.重心位置は真ん中と仮定している.ロールによる重心位置変化などもロール量を微小として無視)
極端にいえば
「ロールセンターもダンパーも関係ないんです!」

そんなことないだろ!というのが当然の意見だと思います.
しかし,これはあくまで「ある一定の横力がかかったとき」で「ロールもほとんどしないとき」の話.
つまりサスのない車(もしくは,がちがちのサス)で理想的な定常円旋回をしているときみたいな話です.

何が言いたいかというと,「最後に行きつく荷重移動量は(ほぼ)同じ」ということで,「ロールセンターやダンパーは荷重移動の時間的な変化をコントロールしている」ということです.

では荷重移動の時間的な変化にどのように影響しているのかを「ロールセンター」から考えます.
ここで一つ新たな考え方を導入しないといけません.
(いろんな本に似たようなことが書いてあるので自分で考えたわけでもないですが・・・)

荷重移動は「機械的(機構的に)伝わる荷重移動」と「バネ・ダンパーを通して伝わる荷重移動」に分けられる.
という考えです.

バネ・ダンパーの方はなんとなくイメージができると思います.
バネを縮めてその反力で・・・うんぬんかんぬんみたいな話です.これは後に回します.

では機械的に伝わる荷重移動とはなんぞや?といいますと,(説明しにくいんですが)アームなどを通して力が伝わっていく荷重移動のことで,イメージとしては・・・
やっぱりサスペンションのない車でしょうか(あまり例えになってないのですが).人が立っていて上半身を押された時に「おっとっと」となるのもイメージは近いかもしれません(筋肉がサスペンションにはなってますが・・・)
細かいことはいいとして・・・この荷重移動は一瞬で伝わります.そこが重要です.

なのでそれぞれの荷重移動の時間的な変化を見るとこんな感じかと思います.
RIMG0124_20110127131604.jpg
(PCで書くのが面倒だったので,手書き+写真です.見にくくてすいません.)

で,このとき二つの荷重移動の配分が「ロールセンター」に影響しているわけです.
ロールセンターを上げれば「ロール量が減り,バネ・ダンパーで伝わる量が減り,機械的に伝わる量が増えます」
逆に下げれば「ロール量が増え,バネ・ダンパーが伝わる量が増え,機械的に伝わる量が減ります」
これがロールセンターの役割です.

次にダンパーについてもう少し詳しく.


バネ・ダンパー系で一定の力を片端(ダンパーステー側)にかけた時のもう片端(アーム側)への力の出方とを計算してみました.
またダンパーステー側を固定した時のアーム側の縮み量を計算しました.

値の置き方は適当なので,数値よりも特性を見るという方向で.

まず同じばねでダンパーオイル(ピストン穴)を変えた場合
力の出方
ダンパ 力

縮み量
ダンパ 変位

(↓これは間違い
ダンパ
ダンパを硬くした方が荷重移動が遅くなり,面圧としては初めの方で下がります.
「硬くなった」のに「面圧が下がる」という点で感覚としては違和感がありますが,このようになるのは
「ダンパーが速度に比例して力を発生するので,その速度をダンパーが抑えることでバネが縮んでいくのが遅くなり,力の大部分はバネの反力だからこれが減ることで面圧は下がる」
ということだと考えられます.)

次にバネを変えた場合
力の出方
バネ 力

縮み量
バネ 変位

(↓これは間違い
バネ

これはだいたいイメージ通りかなと思うんですが,少し驚いたのが
「ダンパー以上にバネの方が応答速度に影響が大きいこと」
です.イメージではダンパーが速さを制御するものというイメージだったんですが・・・.)

バネ・ダンパーで伝わる分の荷重移動はこんな感じです.
ただここでは,あくまで「一瞬で力がかかったときの応答」なので,いきなりすごい大きい力が出てしまっていますが,実際には力が徐々に入ってくるので(徐々に横力が大きくなるから),いきなりこんな大きな力がかかるわけではないはずですが,傾向としては出ていると思います.

今回分かったのは,バネ・ダンパーがちょうどいいバランスのとき,どちらかだけを変えても面圧が下がるということ.ただこの「ちょうどいいバランス」というのが,機械力学的には「臨界減衰」と呼ばれるような「バネに対して縮みすぎることがなく最も短い時間で減衰する」状態なんですが・・・
実際のところ,どんなバランスか全然分かりませ~ん(笑)

あとはバネの違いに対してダンパーもちょうどいいように変えると,どう変わるのかですが
計算してみました.
バネ ダンパ 臨界減衰

よくわかりませんね・・・
イメージでは硬い方がはじめの力が大きく出るかと思ったのですが・・・???

また別の機会に「入力を時間的に変化させた時」も考えようと思いますが,今回の成果は「入力は一瞬と仮定したら変!」ということでした・・・(なんのこっちゃ・・・)


では,どのようなセットをすればいいのか,ですが・・・
たぶん,路面のグリップがいいときはタイヤにかなりの荷重をかけてもタイヤが踏ん張ることができるので,硬くしていくことで「反応がよくなる」のかと.
逆にグリップが悪いときにはタイヤにある一定以上の荷重を掛けるとタイヤが滑りだしてしまうので(このへんがかなり怪しいですが・・・),柔らかくして「限界を超えないようにする」のかな,というイメージです.

で,左右の荷重移動の話ばかりしましたが前後についても基本的には同じで,ロールセンターの代わりがピッチングセンタになるくらいです.ピッチングセンタはスキッドで決まる点です.

他にも「こういう比較を計算してほしい」とかがあれば教えてください.
ひとまず以上です.
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2011-01-27 : 考察 : コメント : 18 : トラックバック : 0
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おもろいな~。
だんだん訳分からん領域に来たけどな~(笑)
また会った時に直接聞きたい事があるんで御教授頼みます。
2011-01-27 15:21 : たかーし URL : 編集
No title
なんか突っ込みどころ満載なんですけど、ネタですよね。(^o^)
2011-01-27 19:35 : ひでぼん URL : 編集
>たかーしさん
僕もなんだかわけわからん感じになってきているので,このへんが限界です.というか既に背伸びしすぎかもです(笑).
2011-01-27 19:43 : OKURE URL : 編集
>ひでぼん師匠
まんなか」とか,適当な部分はネタですが・・・

もしかして,めっちゃ間違ってたりします!?
(; ̄□ ̄A アセアセ
おかしかったら教えてくださーい.
2011-01-27 19:48 : OKURE URL : 編集
No title
考察なんでとりあえずはいいとは思うよ。
本当の答えなんてわからんし。
でも、大きくは3つほど自論と違って、気になることがあるんだけど。

まず一つ目として、前半部分の『荷重移動は極端に言うと全部関係ねー』って部分。

文中で述べられているのは定常旋回している中での横力の事じゃないかなー?
どんな足回りでも、ロールセンター違っても、空中に浮いてる戦闘機でも変わらんのは分かる。
でも荷重移動のことではないと思う。

車世界の荷重っていうのはタイヤ(もしくはサスペンション)にかかる重量のことで、荷重移動っていうと外輪と内輪の荷重差を引き起こす動きの事だと思ってますけど。
2011-01-27 20:55 : ひでぼん URL : 編集
>ひでぼん師匠
>考察なんでとりあえずはいいとは思うよ
そういってもらえると気が楽です.ありがとうございます.

前半部分の『荷重移動は極端に言うと全部関係ねー』という部分なんですが,「荷重移動」を「力のつりあい」として解いた時に左右に生まれる荷重の差が,サスペンションなどに因らず計算されるという内容のつもりです.横力が決まると,それにつりあう左右輪の荷重変化量が重心を地面の高さに降ろした点周りのモーメントのつりあいと合計荷重の保存とで一意に決まってしまうので.
ただ,あくまで「つりあった時」なので実際にはほとんどの時につりあってないはずなんですけど~.
どうでしょうか?
2011-01-27 23:47 : OKURE URL : 編集
No title
うん、解るよ。
たとえば、外輪に+500グラム、内輪は-500グラムでトータルでは同じで釣り合ってる。なのでロールセンター高とかは関係ないって話やろ。
でもさー、定常旋回するにはまずグリップ要るやん?
そのグリップってミューと荷重とスリップアングルで決まると思うわけ。
確かに外輪+500グラム、内輪-500グラムなんでトータルグリップは変わらんって話もわかるけど...。
タイヤのグリップって荷重に対してリニアなんかな?
たぶん違うとおもうでー
専門的には非線形特性を示すってやつ。
ある限界を超えるまでは荷重を掛ければかけるほど面白いほどグリップ上がるはず。
ウピが面圧面圧って言うのもわかるね。
通常1+1で2を超えることないって話だけど非線形特性の中では、ある地点では2超えることも充分あるってこと。
そのおいしいところを探るのが荷重移動(外内荷重差)を考えたセッティングちゃうかなー(^o^)丿
2011-01-28 00:44 : ひでぼん URL : 編集
>ひでぼん師匠
なるほど.グリップが,ミューと荷重とスリップアングルで決まるというのは確かにそうだと思います.
そういう点では荷重移動量をおおまかに見積もることはできても正確には荷重移動量に対してグリップを計算しなおす必要があるわけですもんね.確かにおかしくなってます.
あとタイヤの荷重に対してのグリップの出方はかなり気になりますね.
実車だと,わりとすぐにタイヤのグリップが落ち始めるんで(←対応する荷重が違ってこうじゃないタイヤは,全体としてグリップが低いです)「荷重移動が少ない方が総合グリップが高い」というのがセオリーなんですが,ラジのタイヤは違いそうですよね・・・.荷重が圧倒的に低いですし.
個人的にもセッティングをしていると,そんな感じはときどき受けて戸惑うことが多いです.そのへんも分かっていけたらいいんですがね~まだまだ経験不足です.
おかげさまで理解が深まりました.ありがとうございます.さすが師匠っす♪
2011-01-28 00:59 : OKURE URL : 編集
No title
理解してくれてほっとした。(^o^)丿
理論はOKURE教授の考えであってると思うよ。
取り扱い方のスタンスの違い。
荷重移動は積極的に利用しよう。

タイヤの非線形特性は実車の理論から持ってきたのでライドタイヤの場合はどうなのかはわからん。
実は凄くリニアやったりして。
ラジタイヤを実車に置き換えるとスーパータイヤでしょうね。
平均時速30Kmで一時間も走ると無くなるぐらい軟らかいねんから。
逆に軟らかすぎて荷重に対する限界低いかも。
2011-01-28 07:46 : ひでぼん URL : 編集
>ひでぼん師匠
タイヤの特性は知りたいですよね.RC用のタイヤ性能測る機械とか売っていてもおかしくないレベルな気がするんですが(やってる人のこだわりを考えると),具体的な値まではいらないかもしれないけど特性だけでも・・・とは思ってしまいますね.

これは自作ですかね(ムリ~)

2011-01-28 12:33 : OKURE URL : 編集
このスレたぶん100までいくよ(^o^)丿
タイヤの特性に関しては、また考察してね。
で、突っ込みどころの2は置いといて、誰もが疑問に思ってるであろうダンパーとスプリングのグラフについては触れておくよ。

スプリングのほうは更にわからんので今は置いといて、ダンパーの分から。
ダンパーを上から押したときの下の端(ボールエンド)に伝わる荷重と理解したけど合ってる?
そうだとして、グラフが0から始まってるのがおかしい。
いつまで経ってもダンパー縮まんやん!
グラフはおそらくダンパーの縮んだ量だと思うよ。
置き換えるならダンパーが減衰したエネルギーでもいいね。
硬いオイルは減衰量が小さいから荷重が良く乗るって感じ?

チャンプにウォーマーのコントローラー買いに行って来るわー(^o^)丿
2011-01-28 18:47 : ひでぼん URL : 編集
>プロフェッサーひでぼんさん
>硬いオイルは荷重が良く乗る
って事は…タイアの面圧は上がる?

ラジコンでの今までの経験上、グリップが上がるとダンパーオイルやスプリングを柔らかくして、タイヤのグリップ力を『逃がす』と認識してるのだすが、合ってるかな?
かと言って、ブレスのセットを峠に持ち込んで極端にオイル固めたりスプリング固めたりはしないんですが(笑)
硬くして面圧が上がるとすれば、峠にはハマる方向になるな~。
短絡的ですがw
昔、サイクロンの時は540レースでオイルを500ー400、スプリングを前後hpiゴールドってセットもやりましたが、良く走ったんすよね。
それこそ荷重移動やロールセンター等色んな絡みがあるから…これ以上考えんとくわ(笑)
2011-01-29 08:21 : たかーし URL : 編集
>ひでぼん師匠
ご指摘の通り,縦軸は力ではないですね.勘違いしてました.
ダンパーを上から押したときの下の端(ボールエンド)に伝わる荷重と思って計算していましたが,出ているのはダンパーの縮んだ量ですね.
荷重についてはここからもう一度計算しなおさないと出ないですね.(これもちゃんと出るか不明)
たぶん今日中には計算しなおせると思うので,また見て欲しいと思います.
2011-01-29 11:15 : OKURE URL : 編集
よく考えたら
計算の前提がおかしいですね.
ダンパーの縮んだ量を計算してるなら,同じ大きさの力を入れられていないです・・・.バネ硬くしても同じところまで縮むなんて・・・
いろいろ計算しなおします・・・.
2011-01-29 11:57 : OKURE URL : 編集
No title
>OKURE教授
修正すばやいなー。
まだ深く読んでないので、瞬間的な指摘ね。
グラフの色が変わってるので解りにくいっす。

>たかーしさん
グリップ高いときにロール剛性下げるのは正しいと思います。
それとロール剛性高いとタイヤに荷重がよく掛かるのも正解だと思ってます。
ポイントは理解と使い方ですよね。
(出来ないのにえらそうにごめんなさい)
峠でロール剛性上げるのはありですが、減速もしくは初期のステアを丁寧に操作してタイヤに荷重を掛けていくたかーしさんのような腕利きな方には有益です。
いきなりステア切っちゃうとさらなる荷重を得るために必要な荷重移動がグリップ低いのでなかなか得られずアンダーになるでしょうね。
高グリップ路面ではステア切るだけで大きな荷重移動が起こるので、アクセルオフでの加重移動と運悪く重なるとメクレるかと。
アクセルオフでの荷重移動がピークを超え戻りつつあるときにステア操作の荷重移動がゆっくりと足されていくって操作が出来るなら鬼のように曲がるかと。
ゆっくり足されていく状況を得るために、ゆっくり操作することはもちろんですが、ロール剛性を下げるのも手かな?なんて思います。
もちろん私には到底到達できない世界ですけどね。
2011-01-29 22:50 : ひでぼん URL : 編集
グラフの色は
計算式をいろいろといじってるうちにわけが分からなくなってきて,ぐちゃぐちゃになってしまいました・・・.また直しておきます.
2011-01-30 00:24 : OKURE URL : 編集
>ひでぼん先生
丁寧な返事ありがとうございます。
ラジコンって奥が深いなぁ~。
これからも精進します。
ただ、俺を誤解してるかもしれませんが腕利きではないです(笑)
何と言うか逆に俺の操縦にセッティングがたまたまハマッたみたいな感じが多いな、うん。
もともと荒いほうのドライビングスタイルなんで、ダメな時は416の時のように全然ダメなんでw

しかし、このスレッドで引き出しが一つ増えたっすわ。
次はスタビの効果、とかお願いします→OKUREくん。
2011-01-30 12:33 : たかーし URL : 編集
No title
ウォーマーコントローラーが売ってなかったショックから立ち直りつつあるので深く読んでみましたよ。

やっぱりスッキリしないね。
このような検証ではダンパーシステムではなくて、ダンパーのみ、スプリングのみで検証した方が解り易いと思います。

それに最後のグラフも違うと思うよ。
あくまでも妄想なんだけど、超軟らかいスプリングと超軟らかいダンパーの端に生卵を置いて、トンカチでコツンとやっても割れんと思うんよ。
反対に超硬いスプリングと超硬いオイルなら簡単に割れそう。
やろ?
2011-01-30 18:14 : ひでぼん URL : 編集
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プロフィール

OKURE

Author:OKURE
RCカーでレースを.ホームコースは奈良の峠サーキットでしたが、仕事の都合で栃木に
移り、今はBRCサーキットがホームです!
基本的に「おかねは掛けすぎない.」「作れるものは作る.」の精神でRCを可愛がっています.

2011年2月 TA05からTRF416にマシンを変更.
2011年7月 TRF416Xにマシン変更
2012年2月 TRF416Xをベースに自作シャーシ416Rを製作.メインマシンに.
2012年12月GPツーリングデビュー RRRゴムタイヤ

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