『小径自転車の操縦安定性について』 の クチコミ掲示板

[青乱雲]

「小径自転車はハンドルがふらつくようで・・」といった文字をよく見かけます。理由としては前輪荷重が低いことと、小径自転車に普通の自転車と同じステアリング周りのジオメトリーが適用されるという設計面が考えられます。下記のblogでこの内容と改善方法を解説してみましたので紹介します。

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「小径自転車はハンドルが軽い」といわれる理由：ロボット人間の散歩道：So-netブログ
http://robotic-person.blog.so-net.ne.jp/2011-01-18-1

書込番号：12545067

[RS-71]

ホイールベースが短くなることで、舵角に対する旋回半径が小さくなること、
ホイールベースに対して、重心点が上がってしまうこと、
ホイール（タイヤ）が小径化することで慣性が小さくなること、
も影響しています。

書込番号：12545135

[komakuro]

興味深いテーマなので少々。
青乱雲さんの解説を拝見しました。

詳しく検討されているので私の方が間違っているのかもしれませんが、
「トレール長と直進安定性」の部分で、前輪の垂直荷重とトレールの
積(厳密には、フォーク回転軸への垂線の長さ：以下同じ)がハンドルを
直進に戻す力を生じさせているかのように見えます。
なんとなくですが、直進に戻す力はハンドルを微小角切ったときのSINと
トレールの積に走行抵抗(ドラッグ)を掛けたものではないでしょうか。

前輪荷重を増やすとハンドルのふらつきが減るのは経験上確かですが、
これはその前段の「操舵抵抗」に起因すると解釈するほうが、私には
しっくりきます。

以下は情報提供です。

私の所有するDAHON系2台は、オフセットがざっくり50mm前後あるP8と
ほぼゼロに近いFDB206(ハンドルを180度回しても、ホイールベースが
ほぼ同じ)ですが、直進安定性は後者が格段に優れています。
他のジオメトリーは大体同じで、ポジションはむしろP8の方が前傾で
前輪荷重が大きいにもかかわらずです。
従って、トレールが直進安定性に大きくかかわるということについては
全く同意見です。

↓こちらに、実際にDAHON車のオフセット(fork rake)を変えながら実験した
レポートがあります。
http://www.johnforester.com/Articles/BicycleEng/dahon.htm
「MODIFICATIONS AND TEST」のところが参考になるのではないでしょうか。

↓このページにもハンドリング特性の解説がありますが、
http://www.raleigh.jp/InfoFAQ/100424_minivelo.htm
「前輪荷重が増しますと設計トレールより実質的なトレールが大きく
なります。前に荷物を積んでも、街中で乗りやすい自転車に…」
という興味深い記述があり、直進安定性に難のある私のDAHON P8に
フロントバッグを付けただけで、目に見えて安定するようになりました。
(体を捻って後方確認しても、進路が乱れなくなった)
その昔、ツーリングにはフロントバッグ、ファーストライディングには
サドルバッグと使い分けていたので、知ってはいたことですが。

よいレポートができることを期待しています。

書込番号：12546654

[青乱雲]

RS-71さん、
記事で紹介しているBA-100のホィールベースは98cm、そして700Cを履くGIOS PUREのホィールベースは100cmでほとんど変わりありません。調べていただけるとご理解いただけると思いますが、20インチの折りたたみ自転車の全長は1490mmのものが多く、20x1.75のタイヤの外径は501mmですので大体、この程度となります。
　旋回半径は後輪の回転中心と前輪の回転中心の交点を仮想旋回中心とするものでホィールベース長が若干、異なる程度ではあまり関係ありません。ホィールベースの差ででてくるのは荷重が同じとした場合、ハンドルの切れ味に関するものとなります。

>>　ホィールベースに対して重心点があがる

というのは前後輪の荷重分担に影響を与えませんのでこの場合、関係ありません。　
　小径化で慣性が小さくなるという話は、目にすることが多いのですが、高速で走らない限りこの影響は少ないといえます。（このことを考えて欲しくて、この板に書き込みました。）

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komakuroさん、　
和歌山利宏著『ライダーのためのバイク基礎工学』にわかりやすい解説があったと思うのですが、段ボールの山の中に入っていてすぐに出てきそうにありません。何かないかなとWebサイトを探して次のものがでてきました。参考となればと思います。

Motorcycle's Geometry
http://www.2stroke.jp/geometry.htm

　DAHON車のオフセット(fork rake)を変えながら実験したレポート、大変、興味深く読ませていただきました。個人ではこのような実験をするのが難しいため、大変、参考となりました。ありがとうございます。
　なお、もう一方のWebサイトの「前輪荷重が増しますと設計トレールより実質的なトレールが大きくなります。」という記述、前輪荷重が増すとタイヤの変形量が大きくなり、後輪荷重が同じと仮定するとキャスター角が微小ですが増え、これによってトレール長が短くなるのではと思います。この記事の著者に聞いてみないと真意がわからないところです。

書込番号：12547214

[komakuro]

「Motorcycle's Geometry」拝見しました。
残念ながら、私の疑問の答えは得られませんでした。

というよりも、正直「私の言っているとおりのことが書かれている」と感じたほどで、
このような「ことば」だけで説明した文章が、読み手の考え方でいかようにも解釈
されてしまう危険性をはらんでいることが分かりました。

青乱雲さんにお願いしたいのは、式を示すだけでなく、(資料には載せなくても)
その式を数値的に検証しておかれた方がいいと思います。

> タイヤの変形量が大きくなり、後輪荷重が同じと仮定するとキャスター角が微小ですが増え
青乱雲さんが基礎にされているは自動二輪では、BIMOTA TESI(でしたか？)のように
サスペンションによるアライメント変化は重要だと思いますが、リジッドの自転車で
タイヤの変形量とアライメントを結びつけるのは、あまりにも無理がありませんか？
上記のフロントバッグは1kgもないのですから。

書込番号：12547651

[青乱雲]

komakuroさん、
ご指摘に「？」と考えてblogの方を良く見たら、W1×L1、W1×L2とすべき部分をW1×P1、W1×P2と誤記していることに気づきました。早速、訂正しました。ありがとうございました。

infoFAQ 小径車(ミニベロ)への賛歌
http://www.raleigh.jp/InfoFAQ/100424_minivelo.htm

で「トレールとは、ヘッドチューブ中心線を地面まで延長し、フロントハブ軸から垂直に地面まで降ろした部分までの距離をいいます。」（これは私の理解と同じです）と書かれています。このため、「前輪荷重が増しますと設計トレールより実質的なトレールが大きくなります。」の言葉をこの定義のとおり解釈しようとすると前記の内容となります。（バイクは例としてだしましたが、その構造は全く想定していません。）
　なお、その後の文章に「またスポーツ車でもランドナーではトレールが比較的小さめなのは、フロントバッグを搭載することが多いことや、ロードより常用速度が低いことも要因でしょう。」と書かれていて、ランドナーにはフロントキャリアに5kgを超える荷物を積む場合もありますので、前輪にかかる荷重Wとトレール長Lの積を同じにしてハンドルが重くなりすぎないようにするため、Lを短く設計するというのは、まさにそうだろうなあと思います。
　やはり、「実質的なトレールが大きくなります。」というのは書かれた本人に聞かないとわからない言葉ですね。

書込番号：12547921

[青乱雲]

　「JIS D9301　一般用自転車」を初めて読み、その中では「操縦安定性」が次の抜粋のように前後輪の重量バランスとして使われていることを知りました。

「サドルを最後方位置にし、適応乗員体重の±5kgの乗員がその最後方部に座乗して、両手でハンドルにぎり部をつかんだときに、自転車及び乗員の合計質量の25%以上が前車輪にかからなければならない。」

　自転車の設計に関連して下記のblogをまとめました。ご興味ある方、お読みください。

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自転車設計：　トウクリアランス、操縦安定性：ロボット人間の散歩道：So-netブログ
http://robotic-person.blog.so-net.ne.jp/2011-02-15-2

書込番号：12681826