【元ヤマハエンジニアから学ぶ】二輪運動力学からライディングを考察！｜バイクを起き上がらせるモーメント

二輪工学の専門家、プロフェッサー辻井栄一郎によるライディング考察。バイクのメカニズムや運動力学についてアカデミックに解説し、科学的検証に基づいた、ライテクに役立つ「真実」をお届けします！

TEXT&ILLUSTRATIONS/Prof. Isaac TSUJII

二輪の操縦法に関して、バイクを傾けながらコーナーに飛び込んでいくライテクについては、色々な説があり、多くの方がさまざまなやり方を語られています。

しかし、コーナーの立ち上がりなどで車両を引き起こし、直線へ向かう操縦方法に関してはあまり聞いたことが無いように思われます。

それが何故かはさておき、今回はコーナリング中に傾いているバイクを、ライダーがどういう操作によって引き起こしているのかを、二輪運動力学の観点から考察してみることにしましょう。

tips_1：定常円旋回中のバランス

改めてですが、図1に二輪の定常円旋回、つまり一定速度かつ一定の旋回半径で走行中の遠心力との釣り合い、バイクのバランスを示しました。定常円旋回中はバンク角も一定です。　

ここで、興味深いのは、バンク角が同じであれば、高速で大きな半径で旋回している時も、低速で小さな半径で旋回している時も、遠心力はほぼ同じになるのです。　

復習になりますが、遠心力は車両とライダーの総重量（正確には質量m）と、旋回半径rと角速度ωの二乗に比例します。

そして角速度ωは接線速度v（車両の速度）を半径rで割ったものになります。したがって遠心力は、質量mと車両速度vの二乗を旋回半径rで割ったものになります。

Tips_2：S字でのバンク角変更

Ｓ字コーナーのように加減速せずに左右に切り返す際は、スロットル操作やブレーキ操作、さらにシフト操作もしていません。

S字を切り返す直前のバイクは、前述のように傾いた状態で遠心力と釣り合っています。旋回後にバイクを引き起こすとか、S字で切り返すためには、このバランスを崩す必要があります。　

まず一定速度で走行中の場合について考えてみましょう。基本はやはりプッシングステア、つまり逆操舵です。少し前に解説した、バイクをリーンさせる操作と、車両運動特性上の基本原理は同じです。

S字では切り返したいタイミングで、アウト側グリップを押すかイン側グリップを引くことで、前輪の接地点がイン側へ移動。

すると重心三角形（前後輪の接地点と重心からなる三角形）と重力ベクトル（総重量と遠心力の合力）にズレが生じ、バイクを引き起こすモーメントが発生します（図2参照）。

その結果、バイクは起き上がり、さらにプッシングステアを続けることで、反対側にリーンし始めることになります。　

S字で反対方向にリーンさせるのも、直進からリーンしてコーナーへ進入するのも操作は同じです。そして反対側に傾くバンク角調整は、セルフステアでリーンを止め、保舵力で定常円旋回するのです。

tips_3：加速しながらの立ち上がり

次に、カーブが終了して直線が待ち受けている時、バイクを引き起こすためにライダーはどのような操作をしているのでしょうか。　

言うまでもなくスロットルを徐々に開けて加速していきます。遠心力の理論式において、車速vがv’に加速すると遠心力が増加します（加速した時の理論式を参照）。

その結果、旋回中のバランスが崩れてバイクを引き起こすモーメントが発生し、バイクが起き上がってきます（図3参照）。　

さらにバイク自体がバランスを取ろうとすることで、旋回半径rがr’のように、徐々に大きくなって行くのです。

tips_4：近年のMotoGP

前々回エンジンやホイールなどの回転体が、旋回中のバンク角にどのような影響を及ぼすか解説しました。

それは、エンジンやホイールなど回転体にヨーレイト（旋回角速度）が入力されることで、バイクを引き起こそうとするジャイロモーメントが発生するメカニズムです。

実は速度を上げるとこのジャイロモーメントも増加するので、車両がより引き起こされようとしていると言えます（図5参照）。

そして、近年のMotoGPでは、コーナー立ち上がり時にマシンがウイリーしながらイン側に操舵するシーンが多く見られるように思えます（写真参照）。

MotoGPマシンはエンジンのクランクシャフトが逆回転しています（タイヤの回転方向と逆向きになる）。

実はこの時、バイクを引き起こそうとするモーメントがやや少なくなっていると言えます（図6参照）。

その結果、猛烈な加速で立ち上がる時にウイリーしながらイン側に操舵することで、バイクを引き起こそうとする前輪のジャイロモーメントを利用していると考えます。　

以上のように同じバイクを引き起こそうとする目的に対して、Ｓ字コーナーであったり、コースの状況や車両の機構の違いによって、ライダーは異なる操作をしなければならないのです。

これは四輪とは明らかに異なる、複雑な車両運動特性によるものです。だから、二輪は難しいけれど、とても面白いと言えます。　

皆さんも真実を知って安全で快適なバイクライフをエンジョイしましょう。