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を運転する人が、意図した方向とは反対の方向に瞬間的にステアリングを切ることで、特定の方向への旋回を開始するために使用されます（「右に曲がるには左にステアリングを切る」）。旋回を成功させるには、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が生じます。[ 1 ]ライダーによる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の明確かつ包括的な定義は示されていません。実際、「操舵トルクと操舵角の適切な区別は必ずしも行われていません。」[ 4 ]

乾いたアスファルト上の仮想カーブ

仕組み

カウンターステアの様々な段階を示す画像モンタージュ。ここでは、スクーターが左折するためにカウンターステアされています。

右折するためにカウンターステアを行う場合、次のように実行されます。[ 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。
  • 機械全体が左に舵を切ります。
  • 接地面の力が地面の高さにあるため、車輪が自転車の下から左に引っ張られ、自転車が右に傾きます。
  • 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希望の方向に回すために必要な操舵トルクを提供します。
  • バイクは右に曲がり始めます。

これは一見複雑な動作の連続のように見えますが、自転車に乗る子供なら誰でも行っています。ほとんどの自転車乗りはこの一連の動作にほとんど気づかないため、自転車に乗る人は「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的なステアリング 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。

  • 初期の操舵トルクと角度は、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配分に応じて、旋回方向と同じか反対の方向になります[ 7 ] 。

曲がるには体を傾ける必要がある

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。

θ＝アークタンジェント⁡（v2グラムr）{\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 ]v{\displaystyle v}r{\displaystyle r}グラム{\displaystyle g}

高速走行や急旋回には、より大きな傾斜角が必要です。もし最初に重心が旋回方向に傾いていなければ、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ライダーとバイクの下から滑り出す際に、バイクは直線を走り続けます。直線走行から旋回への移行は、バイクを旋回方向に傾けるプロセスであり、（バイクとライダーの重心全体の）傾斜を引き起こす最も実用的な方法は、まず支持点を反対方向に移動させることです。[ 9 ]

安定した傾斜

典型的な自転車の単純化されたモデルを、制御されていない状態で安定範囲内（この場合は6 m/s）の前進速度で走行させ、正の操舵トルク（右方向）が衝撃として始まり、その後一定値を維持する場合の、傾斜角と操舵角の応答を示すグラフ。このトルクにより、右への初期操舵角、左への傾斜、そして最終的に左への定常傾斜、左への操舵角、そして左への旋回が発生します。

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、バイクは重力に押されて傾き続け、その傾きが増し、ついには側面が地面に接触してしまいます。このプロセスは、ほとんどのバイクのステアリングシステムの形状が前輪を傾ける方向に強く操舵する傾向を持つように設計されているため、ほとんど、あるいは全く物理的な労力を必要としません。

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なければならない実際のトルクは、バイクの形状、質量配分、ライダーの位置、タイヤの特性、旋回半径、そして前進速度といった複雑な要素によって決まります。低速域では、ライダーに必要な操舵トルクは通常、負、つまり旋回方向とは反対方向になります。これは、操舵角が旋回方向であっても当てはまります。高速域では、必要な入力トルクの方向は正、つまり旋回方向と同じ方向になることが多いです。[ 7 ] [ 10 ]

低速時

低速域でもカウンターステアは同様に必要ですが、その効果は非常に微妙で、バイクのバランス調整に伴う継続的な修正によって見えにくく、ライダーがわずかに認識できる程度、あるいは知覚できる閾値を下回る場合が多いです。低速域でのカウンターステアは、旋回方向へのステアリング角が大きくなることで、さらに見えにくくなる場合があります。

ジャイロ効果

前輪を回転させることによる効果の一つは、ジャイロスコープ歳差運動によって引き起こされるロールモーメントである。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転させる速度、そしてステアリング軸と垂直線の間の角度の余弦に比例する。[ 10 ]

22 m/s (50 mph) で走行し、前輪の慣性モーメントが0.6 kgm 2であるサンプルのオートバイの場合、前輪を0.5秒で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。一方、オートバイの下から前輪が出てくる際に発生する横方向の力は最大50 Nに達します。この横方向の力は、重心の高さ0.6 m (2 ft) に作用し、30 Nmのロールモーメントが発生します。[ 10 ]

ジャイロ力によるモーメントは、このうちわずか12%に過ぎませんが、ライダーがトルクをかけるとすぐに作用し始めるため、ホイールがアウトトラックするにつれて徐々に増加するのとは異なり、重要な役割を果たします。これは特にオートバイレースにおいて有効です。[ 10 ]

オートバイ

意図的なカウンターステアは安全なバイク運転に不可欠であり、そのため、モーターサイクル安全財団、カナダ安全評議会、オーストラリアQ-Rideプロバイダーなどの団体が実施する安全運転講習では通常、カウンターステアが行われます。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舵方法です。[ 3 ]：15 速度が上昇すると、バイクの自己バランス特性が強固になり、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

トレーニング

バイクのコーナリング技術の核心は、コーナーリング時にグリップを効果的に押し込み、適切な傾斜角を維持する方法を学ぶことです。緊急時に急な横滑りが必要になった場合、カウンターステアが最も効率的な進路変更方法であることを、事前の練習を通して習得しておくことが不可欠です。[ 3 ]：16 多くの事故は、経験豊富なライダーが、このスキルを綿密に磨いたことがないために、予期せぬ障害物に遭遇したときに発生します。

カウンターステアに関する現象の理解を促すために、「ポジティブステアリング」という表現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、曲がる方向にハンドルグリップを押す」、「左に押す – 左に傾く – 左に進む」などの表現もあります。[ 13 ]

モーターサイクル・セーフティ・ファウンデーションは、すべてのモーターサイクル・レーシング・スクールと同様に、すべてのスクール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[ 17 ]などの米国の各州のオートバイ運転者マニュアルと試験に含まれています。

安全性

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際に、ブレーキを踏みすぎて後輪を横滑りさせ、前輪のブレーキを踏み込み過ぎてしまう。カウンターステアや急旋回といった操作は、多くのライダーにはほとんど不可能である。[ 18 ]バイクを傾けるために必要な最初のカウンターステア操作は、わずか0.125秒程度と非常に短いため、多くのライダーはこの概念に気づいていない。[ 19 ]

複線車両

ベスパスクーターのサイドカー
トリペンドリカンベント三輪車、傾斜式三輪車

傾斜機能を持たない三輪バイクはカウンターステアの必要がなく、一方向への最初の操舵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、バイクにサイドカーが固定されているタイプも含まれます。三輪バイクのBRP Can-Am Spyder Roadsterは、傾斜しない2つの前輪を備えているため、自動車のように操舵されます。[ 20 ]

サイドカーの中には、バイクがサイドカーとは独立して傾くものもあり、場合によってはサイドカーがバイクと平行に傾くこともあります。これらの車両は、ソロバイクと同様にカウンターステアを行う必要があります。[ 21 ] 3輪のピアッジオMP3は、機械式リンク機構を用いて2つの前輪を後部フレームと平行に傾け、2輪バイクと同様にカウンターステアを行います。[ 20 ]

自由傾斜式多軌条車両は、旋回前にカウンターステアでバランスを取る必要がある。カーバーのような強制傾斜式多軌条車両は、カウンターステアを制御せずに傾斜するため、運転者によるバランス調整は不要である。カーバーの後継機種では、自動カウンターステアが導入され、傾斜速度が向上し、車両の傾斜に必要な力が軽減された。他の強制傾斜式車両にも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年には、自動カウンターステアを採用し、バランス調整スキルを必要としない、傾斜式多軌条車両（自由傾斜式）の試作機が開発された。[ 23 ]

体重移動によるカウンターステア

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旋回することができ、一部の研究者はこれをカウンターリーンと呼んでいます。[ 8 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] 文書化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ありません。[ 27 ]

左折するために体重移動を使用してカウンターステアを行うときは、次の操作を行います。

  • 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。
  • バイクとライダーの複合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応じて、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、右へのステアリングを引き起こします。[ 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部分が重心の右側に移動し、左への傾斜が生じます。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。

カーブから抜けてまっすぐに戻るには、ライダーはカーブに進入したときと逆の手順を踏むだけです。バイクをさらに左に傾けます。これにより、ハンドルがさらに左に切れ、車輪の接地面がさらに左に移動し、最終的に左への傾きが減少してカーブを抜けます。

米国運輸省道路交通安全局（NHTSA）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の方が影響が大きいことが示されています[ 29 ]。これは、重いバイクではノーハンズステアリングの効果が低い理由を説明しています。バイクに対して胴体を傾けても、バイクはそれほど大きく傾かず、ごくわずかな旋回しかできません。ノーハンズステアリングのライダーは、重いバイクを車線の中央に保ち、高速道路の緩やかな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。

複雑な操作は体重移動だけでは不可能である。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、ライダーは体重移動によって体を傾けたり旋回し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 ]

その他の用途

オートバイのスピードウェイレース

カウンターステアという用語は、後輪が大きくスリップした場合に、バイクが旋回方向と反対方向に（負の操舵角で）操舵して制御を維持する必要性を指すために、一部の著者によって使用されている。[ 10 ]オートバイのスピードウェイレースは、土、石炭、または頁岩の緩い路面を持つ楕円形のトラックで行われる。ライダーはマシンを横に滑らせ、パワースライドまたは横滑りさせながらコーナーに進入する。これは、コーナー全体を通して維持されるこのタイプのカウンターステアの極端な形である。これは、緩い路面や滑りやすい路面でも、パワーを使わずに自転車で走行できるが、高度なテクニックである。

この用語は、ドリフトと呼ばれる自動車の運転技術を議論する際にも使用されます。

ライト兄弟

ウィルバー・ライトはカウンターステアリングについて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てきました。最初に尋ねたときに、すべての事実を正しく答えた人に出会ったことはありませんでした。彼らはほぼ例外なく、左に曲がるにはハンドルを左に切る、その結果左に曲がる、と答えました。しかし、さらに質問を続けると、最初にハンドルを少し右に切り、自転車が左に傾くのに合わせてハンドルも左に切り、結果として内側に傾きながら円を描いた、と同意する人もいました。[ 30 ] [ 31 ]

参照

注記

  1. ^シェルドン・ブラウン. 「カウンターステアリング」 . 2012年11月9日閲覧。「カウンターステアリング」とは、ハンドルを目的の方向とは反対の方向に瞬間的に動かすことを指します。
  2. ^ 「運転免許証 A1、A2 および A のカリキュラム」/「Læreplan Førerkortklasse A1、A2 および A」 (PDF)。ノルウェー公道管理局。 2013.p. 55.
  3. ^ a b c dリーフ・クライヴ;ヘンリー・エノクセン。グンナー・クベロッド。フルコントロール(PDF)。ノルウェーオートバイ連合。 p. 15.ISBN​ 82-92276-00-92008年10月8日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
  4. ^ Sharp, RS (2008). 「自転車の安定性と制御について」. Applied Mechanics Reviews . 61 (6) 060803: 1– 24. Bibcode : 2008ApMRv..61f0803S . doi : 10.1115/1.2983014 .右方向の正トルクは、左折に相当する負の操舵角とロール角をもたらします。この挙動はしばしばカウンターステアと呼ばれ、自転車競技のごく初期の頃から知られていたようですが、操舵トルクと操舵角の強制力は必ずしも適切に区別されていません。
  5. ^ジョーンズ、デイビッド (1970). 「自転車の安定性」(PDF) . 2009年3月31日閲覧。
  6. ^ a b「カウンターステアについてさらに詳しく」 Cycle World : 71、1985年10月、[バイクは曲がるために傾く必要があり、左へのカウンターステアは前輪をバイクの下から押し出し、バイクを右に傾けます。したがって、右折の基本的な手順は次のとおりです。ハンドルを左に切って旋回を開始し、安定したコーナリング姿勢に落ち着くまでハンドルを右に戻します。多くの（ほとんどではないにしても）ライダーはこの手順を意識的に認識しておらず、少し信じられないかもしれませんが…[しかし]、バイクを素早く旋回させる唯一の方法です。
  7. ^ a b V. Cossalter pp. 1343–1356：「熟練したテストライダーの主観的な意見との相関関係から、良好な感触を得るためにはハンドルバーに低いトルクをかける必要があり、できれば旋回方向とは反対の方向にかけるのがよいことがわかった。」
  8. ^ a b c d Fajans, Joel (2000年7月). 「自転車とオートバイのステアリング」(PDF) . American Journal of Physics . 68 (7): 654– 659. Bibcode : 2000AmJPh..68..654F . doi : 10.1119/1.19504 . 2006年8月4日閲覧.
  9. ^ウィルソン、デヴィッド・ゴードン;ジム・パパドプロス (2004)。自転車科学(第 3 版)。 MITプレス。270–272ページ 。ISBN 0-262-73154-1。
  10. ^ a b c d e V. コッサルター pp. 241–342
  11. ^ジョン・テイラー＆ステファン・バートレット（2009年）「より良いライダーになる方法」上級自動車運転者協会ISBN 978-0-9562239-1-3。
  12. ^ 「初心者のバイクライダーはポジティブステアリングを学ぶべき」。Biker 24/7 News。2009年6月29日。2011年9月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。2009年12月31日閲覧。
  13. ^ 「オートバイ運転者マニュアル」（PDF） . Motorcycle Safety Foundation (MSF-USA). 2012年11月2日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2014年8月28日閲覧。
  14. ^ 「運転免許局オートバイ運転者マニュアル」（PDF）。ワシントン州運転免許局。
  15. ^ 「オートバイマニュアル」（PDF）。ニュージャージー州自動車委員会。
  16. ^ 「カリフォルニア州オートバイ運転者ハンドブック」(PDF)カリフォルニア州DMV。2014年6月11日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年8月28日閲覧。
  17. ^ 「DOR-2332 (3-2008) オートバイ運転者」(PDF)ミズーリ州歳入局。2009年8月6日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2014年8月28日閲覧。
  18. ^ Hugh H. Hurt、Ouellet, JV、Thom, DR（1981年1月）。「オートバイ事故の原因要因と対策の特定、第1巻：技術報告書」（PDF）（技術報告書）。ワシントンD.C.：米国運輸省。 2014年8月23日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
  19. ^国立公務員試験研究機構「オートバイ運転者の制御反応の写真分析」、1976年[1]
  20. ^ a b Motorcyclist Magazine; Stein, John L. (2011). The Complete Idiot's Guide to Motorcycles (5 ed.). Penguin . p. 339. ISBN 978-1-61564-070-6. 2011年1月15日閲覧。
  21. ^ HA Kendall (2003).サイドカーオペレーターマニュアル(PDF) . p. 98.
  22. ^ Poelgeest, A.; Edge, KA; Darling, J. (2007年11月).三輪傾斜車両用ステアチルトコントローラの開発.
  23. ^マイク・マッカーシー（1987年1月）「リーニングカーの将来は保証される」 『Wheels Magazine』 12～ 13ページ 。 2014年11月18日閲覧。
  24. ^ a b Evangelou, S, 2004「二輪車の制御と安定性の分析」、博士論文、インペリアル・カレッジ・ロンドン
  25. ^コッコ、ガエターノ (2004).オートバイのデザインと技術. モーターブックス. p. 25. ISBN 978-0-7603-1990-1。
  26. ^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、芸術と科学』（第2版）. トニー・フォール・デザインズ. pp.  4– 7. ISBN 978-84-933286-3-4。
  27. ^ a b Gromer, Cliff (2001年2月1日). 「ステアギア：バイクは実際どうやって曲がるの？」 . Popular Mechanics . 2010年1月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2006年8月7日閲覧。
  28. ^ Brandt, Jobst (1997年9月16日). 「自転車を垂直に保つものは何ですか？」 sheldonbrown.com . 2007年10月17日閲覧。
  29. ^ Anil V. Khadilkar、R. Nichols、R. Schwarz (1977)、「分析結果：ライダーの傾斜角の影響」、オートバイの安全性向上、第2巻、米国運輸省、国家道路交通安全局、p. 4-24
  30. ^クラウチ、トム・D. (1989). 『ビショップス・ボーイズ』 ニューヨーク: WWノートン. p. 170. ISBN 0-393-30695-X。
  31. ^ケリー、フレッド・C. (1989). 『ライト兄弟』 クーリエ・ドーバー出版. pp.  297–299 . ISBN 978-0-486-26056-3。

参考文献

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