研究開発に見た遠回りの結論にあきれる -水素エンジンと点火装置-


2014年10月25日土曜日

不定期連載 数式を使わない、クルマの走行安定性の話・4/17


荷馬車の車軸はガタガタが正しい!!!

もうひとつ面白い現象を考えてみよう。それは馬や牛が引くに馬車である。この荷馬車に付けられる車輪は、車軸に対してかなりガタガタである。人間や自転車で引くリヤカーにはボールベアリングが採用されていたにも関わらず、荷馬車の車輪はガタガタで、トーやキャンバーが常に変化する状態に取り付けられている。

これがいったい何を意味するものなのか、車輪の挙動変化や牛の動きを見てみるとなにかが分かる。例えば、どちらかの車輪が石などに引っかかり、動きが一瞬止まったときなど、このガタガタ車輪はトーがアウトになったりインになったりして、受けた外乱を処理しながら荷重の移動を行い、車体の姿勢変化もなく荷馬車は向きを変えることなしに前進する。

ところが、この車軸をボールベアリングで支持したとたんに、彼らは荷馬車を引かなくなる。もちろん衝撃荷重が強く作用すると、ベアリングが破損してしまうことにもなるのだが、そのような問題が発生する以前での話だ。なぜかというと、衝撃的に入る外乱の処理能力が、ボールベアリングの採用で失われたからである。

もちろんここに細い空気入りタイヤが使われていたら少し状況は違ってくる。空気入りタイヤがある程度までの衝撃的外乱は処理してしまうから、荷馬車の走行性にそれほど影響を与えないだろう。

ではなぜ彼らは荷馬車を引くのをやめたのであろうか。それは、車軸のガタがなくなり衝撃的な外乱を処理できなかった反動が、車体に伝わり、前方にのびたアーム(鞍に取り付けて、荷重と牽引力がかかる)がかれらの脇腹を叩くき、その痛みに耐えきれず牽引するのをやめると考えられる。

速度としてはわずか45km/hでのことであるが、車輪は堅くダイレクトな動きとなるために、より強調されることになる。こんな低速車にも、外乱の処理をする必要がある。

馬による牽引車では以下のような状況も見られる。それは、イギリスやフランスの競馬にあるもので、馬に騎手が直接乗るのではなく、小型の馬車を引き、そこに騎手が乗タイプのもの。この馬車に使われるタイヤは、細いが空気入りのもの。車輪とスピンドルは、当然のようにボールベアリングかテーパーベアリングである。走路はハードコートで、舗装ではなく泥と砂を混ぜて固めたもの。当然馬のひずめ等による凸凹や車輪による轍がある。

ここで馬車を走らせれば、路面からの外乱処理が問題になる。しかし、馬車には外乱処理のシステムは取り付けられてはいない。もしここで、馬と騎手だけによる走り方と同じ襲歩(しゅうほ・ギャロップ)としたら、たちまちのうちに馬も馬車も横転するだろう。とにかく、前後左右の足が同時に浮き上がっている状態が、入れ替わりに生じるので、当然のことといえそうだ。

つまり、あくまでも外乱は処理されていない訳で、その力をどこかに分散させてしまうか、あるいは押さえつけてしまうかである。あの馬車の場合、分散させることは難しい、押さえつけるしかない。

そこで生まれたのが、あの一見優雅に見える馬の走り方であると、勝手に結論付けた。その走り方をよく思い出してみると、必ず片側前後の足が同時に、しっかりと路面をとらえている。猫の早歩き方なのだ。つまり、馬車の車輪から入った外乱は、馬がそれを押さえつけてしまわなければならないわけで、あの走り方のテンポとしないと、押さえつけることはできない。ときどき見られる横転事故は、馬車に入り込んだ外乱が大きすぎたことによるものであったり、何かの拍子に、馬が両足を上げてしまったときに起きているように思う。

2014年10月15日水曜日

9月6日にアップしたBMWのX4カタログに出ていた、奇妙なクランクシャフトの結論が出た


このどうにも理解しがたいクランクシャフトの形について、BMW広報へ、調べて置いてくださるようお願いしていた。

その結果がやっと出た。

何のことは無い、少し面白いカタログにしようと、デザイナーが形をいじったというのである。

そこには「誰か気が付くかな」「気付くやつはいないかな」などの気持ちもあったでしょう、というのがBMW広報からの回答である。

実際のクランクシャフトは、ごく普通のワンプレーンで、1番と4番が同じ位置。2番と3番が同じ位置の等間隔燃焼ということだった。

デザイナーのお遊びに付き合ってしまった感じだが、それはそれで楽しかったな~。以上報告まで

2014年10月11日土曜日

不定期連載 数式を使わない、クルマの走行安定性の話・3/17


子供のローラースケートで間違えたセッティングをした

あまりにもお粗末な結論のために、日本車の操縦安定性に対する研究は、大幅に遅れることになったといえよう。ここで、もし基本的に、クルマの設計が悪いという結論になっていたとしたら、もっと早い時期に、まともなクルマになっていただろう。これがチャンスだったのである。

さらにおもしろい話を聞いた。いつ頃であったか忘れたが、日本のタイヤメーカーがメルセデスのバス用タイヤを造ることになったとき、これまでの日本のクルマメーカーから言われたことを重点にタイヤ造りをするつもりで、操縦安定性もその中に盛り込んだところ、メルセデスは「操縦安定性についてはこちらが性能を出すことで、タイヤメーカーが口を出すことではない」と、しかられたそうだ。そのタイヤメーカーに対して要求したことは、耐摩耗性と排水性(耐ハイドロプレーニング)であったそうだ。

ごく身近なところにもタイヤとボディをしっかりガタの無いように取り付けると走行性がおかしくなるものがある。例えば、子供達が使うローラースケートにおける、タイヤとスピンドルとのガタである。今はやりのインラインタイプではない、昔からあるタイヤが4個あるものでの話だ。

タイヤは、ゴムではなくプラスチックか木製。スピンドルとの間には玉押しボールベアリングが使われる。そして、取り付けナットはガタの調整が出来るようになっている。この堅いタイヤは、当然外乱をダイレクトに受けとめてしまう。

ある時、子供のローラースケートをいじっていた父親は、タイヤがガタガタで、ベアリングも油が切れていることを発見した。クルマのメンテナンスに自信のある父親は、そのローラースケートのベアリングアジャストナットを回し、ガタを完璧に取り、ベアリングにも適量のオイルを与え、音もなくスムーズにタイヤが回転するようにしてから、そのローラースケートを持って、子供と公園まで出かけた。

父親は、子供から「とても軽く走れて、スピードもでるし走りやすい」という言葉を期待していたのであるが、1周してきた彼からでた言葉は「とても走りづらくて、足首が疲れる」というものだった。

この状態から考えるに、つまりローラースケートのタイヤは、全ての外乱を処理できず、足に伝えてしまったのである。路面に散らばっている小さな石や凸凹は、ダイレクトにタイヤから伝わり、かつ子供の足の動きや荷重のかけ方が、そのままタイヤの向きを変えることになり、ローラースケートはあらぬ方向へ走り出すので、それを無理にコントロールしなければならず、ローラースケートは気持ちよくスイスイ走らないのだろう。

何が原因かは明らかである。父親が考え違いをしたのである。玉押しのボールベアリングに対して、いくらオイルを注したからと言って、ガタの無いようにしてしまったことが、乗りにくさにつながってしまったのだ。適度なベアリングに対するガタが、ローラースケートを快適に走らせる必要条件であったわけだが、ここで与えたガタはかなりの量で、結果としてみるとタイヤの幅に関係するものであった。

もちろん再調整後に、子供の笑顔が戻ってきたのは言うまでもない。これまで以上に快適になったかどうかは定かでないが、文句を言わなくなったことだけは確かである。

スーパーマーケットでもある現象を見た。それは篭を載せるお買い物カートにおいてである。ここに使われるタイヤは、自由に向きを変える自在キャスター付きのものが4個。このキャスターにトラブルが発生して、自由に向きが変わらなくなるとある問題が発生する。

スーパーマーケットの中のフロアはスリッピーであるし、非常に平らであるから、トラブルを抱えたキャスターでも、押して歩くことに対してそれほど問題が発生しない。多少力は必要になるが、無理をすれば自分の思っている方向へ移動することは可能である。

ところが駐車場に来ると事態は一変する。それまで何とかコントロールできたお買い物カートはとんでもない方角へ向かっていく。スーパーマーケットの中では片手でも、何の問題もなく押せていたものが、グリップのいいコンクリート路面となると、両手を使いしっかり向きを決めておかなければ、止めてある車に接触してしまう。とにかく勝手な方向へ進んでしまうのだ。

ここに使われているキャスター付きのタイヤは、その性質上キャスター角ゼロとして転がり、外乱をうまく処理している。正常に作用しているお買い物カー(カート)のタイヤを見れば、非常な勢いで首を振っていることが分かる。この首振りこそ外乱を処理している結果であるといえる。首を振らなくなったキャスター付きのカートは、外乱の処理が出来ないために、路面次第で勝手に向きを変えることになるのだ。

しかし、タイヤ経が少し大きくなったタイプで見ると、ほとんど首を振っていない。タイヤ幅は同じで外周にゴムを張ってある。当然キャスターゼロ(つまり直角)でもトレールは大きくなる。この部分が影響するのであろう。しかし、首の振り方が悪くなると、かなり悲惨な走り方となる。それは、いくら路面がフラットであっても、お買い物カートのコントロール性が非常に悪く、押して歩くことさえ大変となるのである。

2014年10月9日木曜日

本田エコマイレッジチャレンジの二輪車クラス車両規定が、2014年大会でやっとチグハグではなくなった


二輪車クラス(昨年までは市販車クラス)の規則は、下の文章のようなしっかりとしたもので、基本的に市販認定時の型式を変えてはいけない状態。

右の赤い文章が今年改正された車両規則。これで良いとはいえない。と言うのは、フレーム形式を変更しなければOKなので、アルミで同形式のものを作り、それで参加する、と言うようなことが起きそうだからだ。気軽に普段乗っているバイクで、燃費を争いましょう、と言う趣旨がおかしくなることは十分考えられると思う
 
全長、全幅、全高、シート高などの変更は認めない、というものだが、フェンダー前後やレッグシールドなどは取り外してもかまわない。

この取り外しが・・・で、それぞれ解釈が大きく違っていた。全長の変更はダメ、ということになっているが、一部のバイク以外、リヤフェンダーを取り外す(場合によっては切断)と全長が変わるのだが、それのおとがめはない。

諸元を重視するのか、取り外し項目を重視するのか、かなりいい加減な状態で車検が行われていた。

この状態で腹が立ったのは、2013年に見たもの。リムをアルミにしたチームのバイクを正式参加させない、という競技役員とのやり取り。公平を期するためというが、規則にはリムの材質変更を認めない、という項目はない。まして、認定時諸元に抵触することはないからだ。

公平を最優先するなら車両規則どおりにすべきであり、リヤフェンダーを取り外したり、切断して全長が短くなったバイクは、正式参加(燃費記録は参考値になる)させてはいけないはずだ。

これを正しい方向へするべきである、ということを競技委員長へ申し込みしておいたら、1年、間が開いて今年の車両規則で変更された。

今年は二輪車クラスの参加者が増えた。とても良いことだと思うが、行き当たりばったりでは無く、方向性をしっかりと決めた車両規則で、それを正しく運用しないと、趣旨がどこかへ行ってしまいそうだ
 
要するに、うるさいことは無くなり、大まかな車両規定になったのだ。これならタイヤサイズを変更しないでアルミリムの装着は可能であるし、シートを取り外したり、ハンドルの変更、全幅に関係するフットレストの取り外しなど、やりたい放題が可能となって楽しさ倍増!!!???。しかし、どのような形でも良いので、安全面からフットレストは装備させたほうが良いように思う。

2014年10月5日日曜日

本田エコマイレッジチャレンジ2014で見た、とんでもない光景


とんでもない光景とは、燃料であるガソリンが入る、ガラスの容器(主催者が用意する)のレベルを最終的に調整する、燃料微調整場所で練習走行日の土曜日に見たもの。

なんと、微調整で使用するガソリンが、オイルジョッキに入れられ、無造作にテーブル上に置かれているのだ。

運営組織が変わってからの燃料微調整場所。テーブルの上にボトルに注入するためのガソリンが、オイルジョッキに入れられ、無造作に置かれている。こうすることで、ボトルへの注入はやりやすいが、事故はその分起きやすい。作業性を優先するか、人命なのか、考える必要はないはず。この状態を運営組織が変わって最初のイベントで見つけられなかったのは、申し訳なかったのだが・・・でもこれ俺の仕事か~

もちろんこれが、密閉できる状態なら太陽の熱で暖められていないか、そのことは注意が必要だが、そうではなく、完全に開放状態。

誰かが、テーブルを突き飛ばしたとたん、そのオイルジョッキは落下し、周りにガソリンをぶちまける。隣ではエンジンを始動しているマシンもあるし、路面温度は高い、そこに工具でも落とそうなら、一巻の終わり。

火災になったとたん、周りの人は大慌てで、他のテーブルもひっくり返すことは目に見えているから、そこいらじゅうが火の海になる。

消火器は用意してあるが、常にそれを持っている人がいるわけではない。よって消火活動は出来ない。そこにいる全員が火だるまになるのは明らか。

そう考えたとたん、ぞっとすると同時に私は、その微調整エリアに近寄らないことを決めた。

直ぐに競技委員長へ電話を入れ(俺がやることではないのだが)、現場に来てもらい、状況を説明した。そして、現場のオフィシャルが言いうには「これまでの方法と変わっていません」。「昨年はテーブルの下にガソリンが入ったジョッキを置き、それを使っていましたが、誰かがそのジョッキを蹴飛ばし、こぼしたことがあったので、今年はテーブルの上に置いてます」。「運営組織が変わってから、同じ方法で、それまでのやり方は知りません」という返事。

あそ~ですか、で済ませるわけにはいかない。これでは事故が起きても当然であるし、起きないほうが不思議。起きなかったからラッキーは、イベントとして最低。

「何とかしたほうがいいよ」。ということを競技委員長に申し入れした結果、運営反省会で取り上げられ、決勝当日は燃料を注入するボトルへ給油する係りを決め、ガソリン携行缶からオイルジョッキへ移し、直ぐさまボトルへ注入。数多くのボトルが用意されていた。

ここまではよかったのだが、まだテーブルの上にはオイルジョッキにガソリンが入っている状態が見られた。これは、恐らく微調整で入れすぎたガソリンを抜く注射器が一杯になったものを、テーブルの上に無造作に載せられているオイルジョッキの中に放棄したものだろう。もちろん開放状態であった。

ガソリンの怖さを知らない人たちが、重要なポジションを支配していることに脅威を感じざるを得ない。

では、運営が変わる前の組織ではどうしていたのか、当時の運営関係者に聞いてみた。すると、やはり、当然、の答えが返ってきた。

「スポンサーとしてゼネラル石油をお願いしていたので、ガソリンの危険な取り扱いは、そのゼネラル石油から派遣されてくる方が携わっていた」「ゼネラル石油にしても、自分達がスポンサーしているイベントで何かあったら大変、という気持ちがあるため、確実にリスクは排除する方法を取っていた」「燃料微調整では、ガソリン携行缶に入れて必要な量を用意し、それをゼネラル石油のプロが、石油ポンプを使ってボトルに詰め、注射器で抜き取ったガソリンは、密封した容器に破棄する形をとっていた」

2005年、運営組織が変わる前の燃料微調整場所。オイルジョッキに入れたガソリンなど、どこにも見当たらない。それは当然、そのような安易な取り扱いをしていない。リスクを排除することは当然だからだ

これまで30回以上、この燃費競技会へは、いろいろな形の取材で訪れているが・・・

ガソリンの危険を知らない、或いは大丈夫、という安易な気持ちが、このようなやり方で進行していたようだ。

「燃料微調整場所で、タバコをすったり、テロ行為をするやつなんかいない」という気持ちは正しいと思うが、意図的ではないところで起きる事故、それを想定できないのは最低であると感じた。

2014年10月1日水曜日

不定期連載 数式を使わない、クルマの走行安定性の話・2/17

このレポートは、最初のタイトルを「数式を使わないサスペンションの話」ということでまとめていたが、結論からすると、サスペンションではなく、走行安定性になるので、タイトルを現在のものに変更した。(以後割愛)

内容は筆者が携わってきたバイクやクルマいじり、それ以外にも改良から製作、はたまた、各分野の技術者から得たヒントを織り交ぜ、経験などを加えて自分流にまとめたもの。数十年前に書いた部分もあるので、今では「化石」状態の部分も。面白い読み物、ぐらいの感じで目を通してほしい。(以後割愛)

 ミシュランXがノーパンクタイヤ!!?

ヨーロッパ車の事故車におけるボディ修整に求められる精度では、日本車のような高い修整精度を要求していない、と言うことは最初にも書いたが、その点については、日本の高性能ボディ修整機がヨーロッパでは必要とされないので、引き合いがない、とあるボディ修整機を売るメーカーが、フランクフルトで行われたアウトメカニカで話していたことを思い出した。

これはいったいなぜなのだろうか。アウトバーンのあるドイツでの話である。ボディ修整に精度がそれほど要求されないと言うことは、サスペンションパーツの取り付け点精度もそれに準じることになる。ということはそれよりも重要な部分で、クルマの走行安定性が保たれているということか?

日本車のように高いボディ修整を要求しない現実。つまり、タイヤをきちんと設計どおりに動かさなくては、走行安定性を得られない、と勘違いしているクルマメーカーのエンジニアが造った日本車に対して、如何にして、勝手に向きを変えようとするタイヤをコントロールするかが、挙動安定性に関係する、ということを重要視しているのがヨーロッパ車であると見ている。

クルマは路面からの不規則なタイヤの動きを、ボディに伝えないような設計とすることで、横風にも強くなる。というのは、タイヤはあるきっかけで(常に外乱を求めている)勝手に、自分の好きな方向へ行こうとするから、ある程度タイヤそのものを、遊ばせておく必要がある。この“いなし方”が難しいのである。

そのヒントとして前後左右のタイヤが、クルマの操縦安定性に対し、互いに頼らないような設計とすること、は重要なポイントではなかろうか。

また、なぜバイアスタイヤからラジアルタイヤに交換することで、それまでどうしようもなくハンドルを取られていたクルマが、安定して走るようになるのだろうか。その答えは、ラジアルタイヤは、路面からの外乱を受け付けない特性を持っているからだが、その素晴らしい特性に頼ったクルマ造りが考え物である。

日本のクルマメーカーは、ひとつのチャンスを無駄にしてしまった。というのは、1960年後半から始まったクルマの大衆化で、操縦安定性が問題になり始めた。それは、フロントサスペンションを独立懸架とするなどの他、クルマを小型軽量化したことによって発生する、ごく当然の結果であったのだが、それに対する回答は出せなかった。試行錯誤しているところへミシュランが1949年に開発していたラジアルタイヤに着目。

当時は、スチールベルトの入ったこのミシュランX(定かではないが1965年ごろから輸入され始めた)を、そのスチールベルトによって、刺さった釘が、タイヤをパンクさせない、ノーパンクタイヤである、というキャッチフレーズで販売されていたし、そのための見本として、輪切りにされたタイヤに刺さる釘は、見事?に突き抜けていなかった。

チューブレスであるが、当時はそれに対応出来るホイールもなく、チューブを入れて使用するなど、本来あるラジアルタイヤの性能は、完全に無視されていたわけである。それほど、タイヤに対する認識度がなかった。

しかし、日本のクルマメーカーは、このラジアルタイヤに目を付けた。ミシュランタイヤの技術者のレポートをまじめに読み、自分たちのクルマに、そのラジアルを取り付けたに違いない。そして、問題になっていた操縦安定性の悪さが、なくなっていたことにびっくりし、ひとつの結論を出した。それは「タイヤが悪い」、というものだった。

サスペンション・ジオメトリーとボディ剛性については考えていたが、それはあくまでもスタティックな状態での計算で、動的なものではなかったから、いざ動かしてみると、問題が出てくる。その問題となる種がどこに存在するのか、はたまた、その種はどのようなことに発展するのか、殆ど分かっていなかったように思われる。

カマボコ道路を走行すれば中央方向(右)にハンドルは取られ、それが不規則に連続する道路では、安心してハンドルを握っていられない状態が続く。これが何故起きるのか、分かっていれば、ある程度解決の策はあったのだが、そこに到着する前にミシュランのタイヤが登場した。

では、何故カマボコ道路ではハンドルが取られるのかと言うと、それはキャンバースラストが強く発生するからである。サスペンションが作動することによって、あるいは作動しなくても、その路面形状になれば、アライメント(静的も動的も)の変化でキャンバーが変化し、それに合わせてトーの変化が出る。これを無視してサスペンションやボディを設計すると(当時は見よう見まねで設計していたから、本質を理解していない)、バイアスタイヤではトレッドが路面形状に合わせて接するため、タイヤの周長が変わり、短い周長(直径が小さい)方向へタイヤは移動しようとするが、そこへ更にトーが加わると、これこそキャンバースラストとなり、強い力でクルマの向きを変える。それも、左右のタイヤで勝手に突如として発生するから、走行性は最悪になる。

キャンバースラストとは、バイクや自転車のコーナリングで発生し、これがないとコーナリングは出来ない。絶対に必要なものなのだが、バイクや自転車では必要でも、クルマではいらない力となる。これを発生させないようにサスペンションとそれを取り付けるメンバー、ボディなど総合的に造らないと、安定性の高いクルマはできない。