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2024年4月25日木曜日

ニュートラルステアを理解する

昨今、Facebook上でAZUR川村さんやふら♪さんを始め、全日本トップドライバーの方々も提起している「ニュートラルステア」。
概念として「ドライバーが意図した軌道をトレースできる」ように車側を調律することを指しています。


概念は理解できるものの、その調律には「タイヤ空気圧調整は0.1kPa以下」、「前後トレッド調整1㎜以下」の極小領域かつ「車高」等のすべての項目を調律していく必要があるそうで、私自身も含めドライバーがその変化を感じ取れるセンサーを身に着けることは中々難しい(ハードルが高い)と感じています。

一方で、車高や減衰を多少いじっても中々車の変化を感じられない場合、現状その車は「ニュートラルステア」からほど遠い状態であり、いくらセットを変更しても感じにくく、逆に「ニュートラルステア」の車は少しのセット変更で如実に動きが変わるらしく、少しでもその領域に近づくべく、頭では理解したいと考え調べてみました。


まず「物理的なニュートラルステア」とは何か、を調べるとマツダ車で有名なオートエグゼさんのこちらのページがわかりやすく記載しています。



上記HPより

まず「物理的なニュートラルステア」とは、上図のとおり定常円旋廻の状態から、舵角を保ったまま速度を上げた時に旋回半径が大きくなる「アンダーステア」、逆に旋回半径が小さくなる「オーバーステア」、そして車速が変化しても旋回半径が変わらない「ニュートラルステア」と定義されています。

さらに各輪のコーナリングパワー(CP)がバランスするポイントを「ニュートラルステアポイント(NSP)」と呼び、一般の乗用車では、NSPはホイールベースの中心点近辺に存在しているそうです。



そして、このNSPと重心(CG)までの位置関係でステアリング特性が決まるそうです。
一般的にエンジンが前側に搭載されている車はCGがNSPより前側で、旋回中に加速していくとNSPと重心までの距離δと遠心力とが曲がろうとする向きとは反対向きに作用し、前輪のCPがバランスできなくなるとアンダーステアになるそうです。
アンダーステアが出た場合、普通ならステアリングをさらに切り込んでスリップアングルをつけ、CPを得ようとしますが、高速旋回している場合は以前記載したように、切り込み過ぎるとタイヤの限界が訪れるので、切り角もバランスを見ていく必要があります。



上記はあくまで静的に見たときの理論値で、ここから先はさらに「感性的なニュートラルステア」の理解が必要で、上述した「タイヤの限界値特性」や「荷重移動」が加わってきます。
詳細は上記HPのこちらの記事になりますが、数式とかを一切省いて言葉で理解するならば、「前輪と後輪のスリップアングルを一致させる」ことになります。




現実的にはスリップアングルというより、各タイヤが生み出す力を一致させるために前後のトレッド差を0.3mm単位、かつ空気圧を0.05kPa単位で追い込んでいく必要があるようです。
また調べていくと面白いのが制御側でニュートラルステアを実現しようとしている論文を見つけました。制御側で組み込んでくれれば人間側にセンサーがなくとも官能的なステアフィールになりそうですね。

と言うことでニュートラルステアの概念を物理的に少しだけ理解することが出来ました。


これを理解した上でセンサーがない人間でも変化がわかりやすい部分から調整していきたいと思います。


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