【石田確認済み】タイヤのグリップはハガキ一枚分の面積の摩擦力！理論派レーシングドライバーが語るクルマの性能を引き出す「摩擦円」理論

前後左右に摩擦円は1台に4つある

　摩擦円を理解するには、まず物理学的な視点で検証する必要があるだろう。そもそも摩擦力とはタイヤと地面の間に発生するだけではない。ふたつの擦れ合う物体があれば、そこには摩擦力が発生し、クーロンの方程式が成り立つ。そしてそれは四角でも丸くても関係なく発生する。

　金属製の四角い箱を地面に置いて横から力を加えて動かすときに摩擦力より大きな力を加えればその物体は動く。そのときの力を計測し、グリップ力として数値化すれば、その物体の重さで割って路面間のμを知ることがでる。力を加える方向に決まりはなく、全方位に動かし得る。それが摩擦円として考える基本といえる。

　これをクルマに当てはめて考えると、タイヤの接地面は前後左右の4カ所あり、摩擦円は4つあることになる。前後左右のタイヤそれぞれにかかる荷重は同じではなく、停止状態では4輪それぞれに異なる大きさの摩擦円があると考えられるのだ。

　BMW車の多くは前後の重量配分が50：50、スバルの4WD車はシンメトリーレイアウトで左右の重量配分が50：50と言われる。両方が組み合わされば4輪の摩擦円の大きさはすべて均等となるはずだが、しかし、これは停止状態か定速走行状態に限った話だ。

摩擦円は円周方向以外に大きさも変化する

　タイヤがグリップするためには加速や減速、操舵などで路面間に滑りが生じる必要があり、そうした動的なダイナミック領域では荷重はつねに変化している。同じ路面μで走っていても、加速・減速、旋回などのGで荷重移動が起こればmgが変化するためグリップ力＝Fはつねに変化していることになる。

　これはつまり、摩擦円は一定の大きさではなく、前後、左右のタイヤ面でつねにアメーバのごとく大小に変化していることを意味している。そのためドライバーはタイヤにかかる荷重変化をつねに意識し、必要なタイヤに必要な荷重がかかるようなドライビングを心がけることが重要になる。すなわち、”グリップさせたいタイヤの摩擦円を大きくする”ことが、速くて安全な運転に役立つということだ。

　車体中心で考えれば、重心にかかるG変化は4つのタイヤの摩擦円から引き出されるグリップ力の合力であり、重心を中心とした摩擦円があると仮定する考え方もあるが、より正しく車両姿勢を制御するためには、やはり4輪それぞれの摩擦円を正しく感じ取ることが重要なのだ。

　ただし、タイヤのグリップ力は温度や路面状態、あるいは空気内圧などでもμは変化する。そのたびに摩擦円も変化するので、さも決まった大きさの摩擦円が存在するかのような認識は正確さを欠くということだ。

講師中谷明彦
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　武蔵工業大学工学部機械工学科卒（塑性工学専攻）。レース／ジャーナリスト活動と併行して、新車やタイヤの開発にもかかわり、4WD車や電子制御による車両運動性能の解析を得意分野とする。1989年より日本カー・オブ・ザ・イヤー選考委員に就任。1997年よりドライビング理論研究会「中谷塾」を開設し、佐藤琢磨らを輩出している。