後輪ロックでスピンする理由

質問

二輪車だと、前後で独立したブレーキになっています。
乗っている方は経験していると思いますが、
ブレーキを掛ける時、前輪を強めに（早目に）かけるとうまく止まれますが、後輪に偏ったきかせかたをすると、スピンして後輪が前にでてしまいます。

たとえ雪道であっても、ころがり摩擦のほうが小さいと思うのですが、「ロックした後輪」が「回転している前輪」より前に進むのはどういう理屈でしょうか。

回答No.26

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
No21のjoshua01です。
Yanronさんのご説明でもお分かりかもしれませんが、ちょっと補強を。
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　ここなんですが、前輪が減速する原因が何（何の抵抗）なのでしょうか。
「地面との摩擦」では後輪の滑り摩擦以上の摩擦が転がり摩擦で発生するはずがないと思うのですが・・。（２台の車を、１台は４輪ブレーキでスリップさせ、１台はニュートラルで・・、そりゃスリップしてもブレーキかけたほうが早くとまるでしょう）
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いよいよポイントが絞れて来ましたね。
概ねご理解のとおり、バイクの車体が道路（進行方向）に対して完全に横を向いてしまっても、上手なカウンターを当てることにより、前輪を完全に進行方向に向けることができれば、前輪が先に進み、車体を進行方向に進むよう、立て直すことができます。
　しかし、体勢が崩れた中でそれはなかなか難しいこと。例えば、時速72km（秒速20m）でスライド中に前輪の方向が進行方向から20度ずれた場合、前輪は斜めに進もうとして進行方向での速度はCOS(20°)に当たる分遅くなり、完全に滑っている状態に対して秒速約２mの割合で遅れることになります。ここまでくると滑ってしまったほうがましともいえるでしょう。後輪は減速しつつも前輪を追い越してしまうのです。
さて、いよいよご理解に役立つでしょうか。

お礼

皆様方、何度もご足労いただいて申し訳ありません。
とりあえず、「前輪がどっち向きにもまわる実験装置（台車）」を作って、「常に前を向いている装置」との差を確認してみたいと思います。

ベアリングみたいな前輪をつくるのは難しいけど、方向自由のキャスター車輪ではどうでしょうね。

坂道を降下しながら、途中で後輪がロックする装置、というのは、なんとか、考えつきました。坂の角度でスリップはさせられるでしょう。

なお、車体が進行方向に２０度傾いた場合に、20ｍ/ｓに対して2ｍ/ｓで「１割」減速ですが、スリップしたら１割も減速できないんでしょうか。
２０度傾けようとすれば、「横方向」にもそれだけの速度を出すわけだから、ほとんど減速しないことになります。だいたい、「傾くから前輪にブレーキがかかる」まえに、「傾くためには横方向に力」が必要です。たとえば「５度」の時点で、横方向と前方向で、横方向を広げる方向に速度差がでるのかどうか・・。

補足

GW中、たいした実験ができなかったのですが、
「前輪回転フリー」の台車、ってのは、意外に（でもないか）、最初から真直ぐすすまないんですね。

それで、ローラースケートで遊んでいる近所の子で実験（というか、観察しただけ。）
左足で滑走して右足でブレーキ（車輪とブレーキゴムの材質は同じらしい）をかけると、右の方は「スリップ」状態ですべり摩擦。左足はフリーで直進しようとするのですが、

体の重心と、左右のスケートが一直線には並ばないから、ある程度以上の制動をかけるとスピンします。
どうも、制動をかけたほうの右足に引っ張られて、フリーの右足が回転するようです。

車の場合、最初には、後輪が前輪を引っ張るような力でフリーの前輪の方向をブレさせ、
ある程度、方向がずれて、進行方向とタイヤの方向が違うようになると、いままでの回答にあったようにグリップ力が抵抗になる、ということを考えています。

「ひまなときに」という質問でたくさんご回答くださったみなさん、ありがとうございます。この場でまとめてお礼させていただきます。

回答No.15

u13

前輪ノーブレーキでハンドルをまっすぐに持って後輪ロックさせてもスピンしませんよ。
私の原付は後輪がスリックタイヤ状態だったのでいつもそんな感じで止まっていたので間違いないです。自転車も。

後輪ロックでスピンするのは無意識に前輪のブレーキを握ってしまったかハンドルを傾けてしまったかではないでしょうか？

回答No.14

starflora

皆さん、何を言っておられるのかよく分からないのですが、これは物理学（力学）の問題で考えれば、きわめて当然なことのように思います。摩擦とかはあまり関係ないと思います。

　　二輪バイクは後輪駆動で、ＦＦ軽四は、前輪駆動ですね？　分からないので確認させてください。

　　この場合、慣性の法則と、角運動量保存の法則の問題です。

　　後輪駆動のバイクで、後輪にブレーキをかけると、後輪の回転は止まります（または、止まるの似たような回転になる）。すると、車体は、慣性の法則で前に進んでいることになります。

　　この時、前輪には角運動量の法則が働きますが、ハンドルを左右に揺らしてしまうとか、路面状態で、前輪のタイヤの回転向きが変化する（つまり、タイヤの回転前進方向が右か左に回る）時、車体は慣性運動で前に進んでいるので、前輪が、横の速度成分を持つと、前進方向への速度成分は、僅かに少なくなります。後輪の前進方向への速度成分は同じです（これは前輪タイヤが回転自由で回るので起こります）。

　　すると、バイクはかなりな速度で走行しているので、この前輪の前進方向への速さと、後輪の速さの僅かな違いが、あっという間に出てきてしまうのです。後輪の方が速く前進しているのですから、前輪を追い抜いて、前へと出てくるのです。

　　これは回転モメントを生み出す結果になり、バイクの重心を中心に、回転運動が起こり、これがスピンです。

　　バイクで前輪にブレーキをかけた時、バイクは慣性運動で進んでいるのでなく、後輪の回転で進んでいるのです。ハンドルは、前輪のタイヤの向かう方向を決めていますが、前輪が止まった状態だと、ハンドルを回しても、タイヤが、右か左向きに前進方向を変えるだけで、この状態のまま、後輪の駆動力で、前進して行きます。ハンドルを動かしても後輪の方向回転にならず、路面状態で後輪の方向が少しずれても、前輪は、慣性運動でなく、後輪の運動によって進んでいるので、前進速度の差が出ないので、スピンになりにくいのです。

　　軽四輪の場合も、後輪にブレーキをかけるとスピンするのは、バイクで前輪にブレーキをかけた場合と同じ状況で、しかし、違うのは、バイクは前輪に駆動がないので、後輪が回っていると、後輪が前輪を押して走行しているに対し、四輪の場合は、前輪が後輪を引っ張っているので、前輪が、左右に振れると、前輪の前進方向の速度成分が減り、それに対し、後輪は、慣性運動で、元の前進方向を維持しているので、後輪の方の速度が大きくなり、後輪が前に出、そうなると、スピンになるのです。

　　軽四輪で前輪にブレーキをかけると、前輪が左右にふれても、タイヤが路面に対し回っていないので、数度とか、左右にタイヤの進行方向が傾いたまま、直進して行き、スピンが起こらないのです。この場合、自由に回転している後輪が左右に振れると、確かに、前進方向への速度成分が減りますが、車体は慣性運動をしており、後ろが遅くなっても、別に回転は起こらないのです（確かに後ろが少し横揺れしますが、前の方が慣性運動で速く進んでいるので、引っ張られて、この横のずれも修正されてしまうのです）。

お礼

新たなご回答ありがとうございます。
なるほど、とは思うのですが、「前輪が左右に振れる」ことなしに、後輪は振られていた（雪道の軽）と思うのですが・・。だいだい、あの場合、最初っからサイドブレーキを引いたまま発進（アスファルトならズズズ・・っとなるところ）、だったので、最初から後輪の速度が前輪よりはやいはずはないんじゃないでしょうか。

回答No.13

linus3030

サイドフォースを失うのは
駆動力をかけすぎた場合
制動力をかけすぎた場合ですね。
（ロックするのはもちろん制動力）

どちらも後輪で起こればスピンですし
前輪で起これば曲がれなくなります。

スピンによってロックが起こることはないでしょう。
路面との接地がなくなるのでロックしやすくなることはありますが、、

キャスタつきの台車で自由輪を前にすると真っ直ぐ進むが
逆にすると真っ直ぐ進ませるのは難しいです。
手を離すと簡単に１８０度回転します。

お礼

なんどもおそれいります。

私は、台車は「自由輪」を後ろにして押すほうが旋回させやすくて好きなんですが、意味としては同じですね。

回答No.12

linus3030

なんかみなさんややこし解釈ですね。

後輪がロックした場合
サイドフォースを発生するのは前輪のみになりますので
カウンターを小刻み（神業）にあてれば
直進しますが当て損なう（または当てない）場合
前輪がサイドフォースを発生し
スピンが始まります。
スピンが開始されると斜行状態になるので
前輪のみが大きなサイドフォースを発生し
いっきに車体が旋回します。

前輪がロックした場合後輪のみがサイドフォースを発生し車体は常に進行方向を向こうとします。

船の舵のようなものですね。

お礼

ｌｉｎｕｓ3030様、ｉｋｋｙｕ3様、ｔｅｚ3様には何度も登場いただいてありがとうございます。

　じつは、私、何度も質問は出した事がありますが、１日に１０件を超す回答をいただいたのは初めて（いままでの質問レベルが高すぎたのかアホすぎたのかは別にして）で、お礼の順番も前後したりしています。ご容赦ください。

　もし、前輪が「ボールベアリング」みたいに、どっちにでも転がるようなモノで出来ていたら（さらにフリーで回転したら）サイドフォースは発生しないからスピンしない、ということになるでしょうか。

補足

お礼を書いていて、１つ気になったこと。

後輪はロックするからスピンするのか？
当たり前みたいなのですが、実は、スピンするような力がかかっているから（横方向の力だから前向きに回転する方向に力がはいらなくて）グリップを失ってロックするんじゃないか？という疑問。
そんなことはないのかな、やっぱり。

回答No.11

ikkyu3

No.8 ikkyu3です。
ごめんなさい。転がり摩擦だけでは有りませんでした。前輪全くのノーブレーキではないときですよね。訂正します。

＞それがローラースケートより摩擦が小さいとは思えないのですが・・
前輪の僅かな転がり摩擦に、後輪のすべり摩擦より大きな、しかしロックするほどでないブレーキパッドの摩擦が加わります。

お礼

ありがとうございます。
前輪まったくノーブレーキでもスピンしますから、ブレーキパッドの摩擦ぬきでもあり、だと思います。

回答No.10

tez3

再び顔を出しました。
長くなりますが、しばしおつき合いを…

＞傾きが主たる要因…
車体の傾きもさる事ながら、路面の傾き（ギャップ等も含む）も考えて下さいね。また、前から観た傾きと、上から観た傾きが有りますから（もちろん横からも）…
すなわち（2輪では）進行方向に対して垂直線軸上に、両輪がまっすぐ乗っている状態で水平に直立し、なおかつ路面が完全な水平、ならば横へのスライドはありませんよね。

＞ふんばった時の運動靴みたいなものだと思うのですが、それがローラースケートより摩擦が小さい…

スニーカーとローラースケートで比較するから分からなくなります。
踏ん張ったスニーカーと、滑ったスニーカーで比較して下さい。（ローラースケートでも構いませんが…）
歩いていて滑った右足は左足の速度を超えますよね。

なお、ロックしたタイヤというのは踏ん張りきれなかったスニーカーに相当します。
速度が踏ん張りきれる所まで落ちない限り、グリップは回復しないのです。（ま、そこで下手に踏ん張っちゃったら今度はハイサイド食らうんですけどね。2輪はね。）

最後に
単車で横に滑ったリヤがフロントを追いこさない例を一つ。
2輪ドリフトです。
私がOFF ROADのコース等で実際に、まま経験することなのですが、（オンロードのレーサー、ジムカーナや峠をやっている人間も経験しています。）
特にオフでのハイスピードコーナーでは、タイヤのグリップ力があっけなく慣性力と遠心力に負けて徐々にリヤが滑りはじめます。この時点でアクセル開度を調整すればまたグリップしますね？逆にこのまま不用意にアクセルを開け続ければ当然スリップダウンします。
しかしそのまま開け続けていても、うまく前後左右にバランスをコントロールすると、フロントも滑り出します。
前後とも完全にグリップを失った状態ではないので、そのまま吹っ飛ぶわけではありません。微妙なグリップとスライドのバランスでラインをトレースしながらあたかもターンテーブルの上をフワフワと回るかのような感覚でコーナーを抜けていきます。
コーナー出口で車体を起こしてやれば、まっすぐ前に進みます。

4輪でも同じですね…。

この例で、グリップ（摩擦）の関係はお分かりいただけると思うのですが、いかがでしょうか？

蛇足：2輪はね、タイヤが回っていないと倒れちゃうんだよ。（←かなり深いです。）

お礼

傾きがない場合、（完全にない、というのはバイクが倒れないほど真直ぐ立つほどありえない現実だとして）後輪が前に出ようとしてもどっちに出るか決められずに出られない状況はあると思いますが、後輪が前に出ようとする力は働くのではないかと思います。

スニーカーとローラースケートの例ですが、フリーの前輪とロックした後輪では、右足に運動靴を履いて左足にローラースケート（キックボードでもいい）を履いた状態の方が近いと思います。で、左足を前に出して右足を地面につけた場合、どうみたって、左足の方が摩擦は小さいと思います。たとえ右足がズルズル地面をこすっていたとしていても。

そういえば、キックボードって、後輪にしかブレーキがついていませんね。

回答No.9

obihsot

一つ追加で・・・。
タイヤは転がっているとき、左右に曲げられると元に戻ろうとして曲げられた反対方向に復元力を発生します。
これをコーナリングフォースといいます。
さて、前輪、後輪とも回転している間は左右のバランスをとるようにコーナリングフォースが発生していて。
直進しています。
車輪がロックした場合この、コーナリングフォースがなくなり、結果としてバランスが崩れスピンします。
２輪だと後輪がロックしても前輪が回転している間は何とか立て直せますが、
前輪がロックすると舵がきかなくなり即、転倒します。（笑！！）
４輪の場合は以外と後輪がロックするとスピンします。
従って安定性を確保するため、前輪の方が早くロックするように設計され、また舵取り車軸には一定の重量配分が掛かるように法律で規制されております。
ご参考までに。

お礼

ありがとうございます。
解釈としては、後輪は「回転しようとする」から、フリーの前輪はそれに振り回される状態になる、ということになるでしょうか。

回答No.8

ikkyu3

たくさん詳しい回答が出ておりますので、一点だけ。
＞ころがり摩擦のほうが小さいと思うのですが
「ロックした後輪」のすべり摩擦は、「回転している前輪」のころがり摩擦より小さいのですね。

お礼

有り難うございます。
ただ、「ロックした後輪」というのは、たとえば、ふんばった時の運動靴みたいなものだと思うのですが、それがローラースケートより摩擦が小さいとは思えないのですが・・。（ハイドロプレーン状態で浮いているタイヤならともかく）

回答No.7

yanron

この質問の経験者って・・・　
まぁ２輪免許保持者で転倒経験？あり（笑）ってことにしといてください
先のplatina2002さんの説明は４輪車の事のようですが
２輪車も基本的な理屈は一緒です。
　（物理法則は２輪車、４輪車問わずに同様に作用します）

２輪車の場合は４輪車以上に制動による荷重変化が起こります。
車と違いバイクは運転者が動いてしまうからです。
そして車以上にバイクはバランスの変化に対し敏感に反応します。
急ブレーキをかけ、後輪がロックすると・・・
グリップ力（摩擦力）の無くなった後輪は前に出ようとするが、
前輪はロックしていないので摩擦力を保持しており、止まろうとします。
その結果、行き場をなくした後輪が横に滑り出すのです。
　（後輪が右に出るか、左に出るかはその時のバランス次第です）
運転者の技能次第では後輪がロックした場合でも、
バランスを保持するか、
ハンドル操作を行うことにより
後輪が横に滑り出すことをコントロールすることも出来ます。

教習所でもバイクは前：後を６：４で効かせなさいと言うのもそのためです
初心者の方は自転車での経験のせいか
前輪より後輪ブレーキを多用する傾向にあるようですが
自転車とバイクではスピードと総重量が違うので
ブレーキをかけた時に働く慣性もけた違いに大きくなり
後輪ブレーキは直ぐにロックしほとんど役に立たなくなります
私自身は後輪ブレーキは制動用ではなく、スピード調整用として考えています
おかげで、自転車も前輪ブレーキの減りが異様に早いです（笑）

車の場合は機械的に前輪ブレーキ利きを良くして
構造上、後輪のみのロックは出にくくしています

蛇足ですが
ちなみに、車でのドリフトを行なう場合
ブレーキによる荷重移動でドリフトをおこなえるのは中級者以上の技です
初級者はサイドブレーキを効かしてドリフトのきっかけを作ります

お礼

ありがとうございます。
前輪をまったくフリーにして、速度を落とす摩擦がない状態で後輪だけロックしても、やっぱり後輪は前に出ようとするのですが・・。

回答No.6

linus3030

真直ぐ走れるのは横方向のグリップ力があるからです。

後輪がロックすると
後輪のみ横方向のグリップが低下しますので
わずかな車体の傾きが発生すると
前輪の 横方向のグリップにより
回転が始まります。

前輪をカウンターをあててやることもできますが
そのままにすると今度は逆に回転を始めます。

お礼

ありがとうございます。
傾きは、回転の方向にかんけいすると思いますが、とりあえず、傾いていなくても「後輪が前輪の前に出ようとする」力が働いているようです。