2019年3月24日

ミニ四駆の運動と制御-第1章-

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はじめに


皆さんにとってミニ四駆とはどのような存在でしょうか?

今日では日本だけでなく、海外でも広く人気を博しているホビーとしてその存在感を輝かせているミニ四駆。僕は幼少の頃からミニ四駆に親しんできましたが、小学校の友達とミニ四駆に打ち込んだ日々と1988年第一回ジャパンカップに出場したことは、良い想い出として一生の宝物にもなっています。

さらに僕にとってのミニ四駆とは、エンジニアを志すキッカケとなった大切な存在でもあります。もしミニ四駆と出会っていなかったら、F1エンジニアになるどころか自動車工学エンジニアにすらなっていなかったかも知れません。

ダッシュ1号エンペラー(引用元:タミヤ公式サイト)
さて、ミニ四駆には『もっと速いマシンにしたいな。』という向上心と、『こうすれば速くなるのではないかな?』という創造性をヒトの心に生み出す力があります。また、ミニ四駆は物理と工学の面白さを手軽に体験できる良い教材でもあります。

そんな素晴らしさを持つミニ四駆ですが、F1エンジニアになるという目標を達成した今、お世話になったミニ四駆に何か恩返しができないか?そう思ったことがキッカケとなり、新たなブログテーマとしてミニ四駆を選ぶに至りました。

そして、決めたブログタイトルは 『ミニ四駆の運動と制御』です。

タイトル決定に当たっては安部正人氏の著書『自動車の運動と制御』の書名を大いに参考にさせて頂きましたが、文系理系、老若男女問わず、より多くの人にとって理解しやすいよう、数式による解説を出来る限り控え、図を交えながらの解説を心掛けるつもりです。時にはちょっと難しい専門用語が登場するかも知れませんが、最後までお付き合い頂ければ幸いです。

それでは『ミニ四駆の運動と制御』のスタートです!

お月様とミニ四駆と


『は?なぜお月様?』と思われた方もいるかも分かりませんが(汗)、実はミニ四駆とお月様には大きく共通している点があるのです。まずは下の解説図を見てください。これは地球を中心に周る月の動きを表しています。

月の公転運動と自転運動
ご存知の通り、月は地球の周りをグルグルと回っていますが、その動きを公転運動と言います。また、これも良く知られていることですが、月は公転運動だけでなく自らもクルクル回る運動をしており、これを自転運動と言います。このように月は公転運動と自転運動を同時にしているのです。さらに、月の自転周期と公転周期は同じであるため、月は常に地球に対して同じ表側を向けているのです。

それではミニ四駆を始めとしたクルマの運動について着目してみましょう。まずは下の図を見てください。

公転だけするミニ四駆の動き
一目見てすぐに大きな違和感を感じたと思います。上の図は、ミニ四駆に公転運動だけを与えた場合の図で、クルマの中心位置は円軌道を描いていますが、クルマの向きが変わっていませんね。では、向きを変えるためミニ四駆にお月様と同じように自転運動も与えてみましょう。

公転と自転により旋回運動となる
自転運動を与えたことで違和感がなくなりました。お分かりになりましたでしょうか?ミニ四駆やクルマは、お月様と同じように公転運動と自転運動を行っており、その二つの運動が組み合わさることで旋回運動を行っているのです。このように二つの動きが組み合わさることは、タイヤに発生する力に大きな影響を及ぼすことになります。


タイヤの基本のお話


ミニ四駆やクルマの旋回運動を解説する上でとても重要なファクターとなるパーツ。それがタイヤです。この節ではそのタイヤの基本について簡単に解説したいと思います。

ところで皆さんは走行中のクルマがどのようにして力を発生しているかご存知でしょうか?

実は、走行中のクルマのタイヤはスリップすることで力を発生しています。イメージとしては、回転するゴムで地面をひっかくような感じでしょうか?また、そのスリップ方向はタイヤの前後方向と左右方向(下図)に分けることができ、それぞれのスリップ量によって発生する力が変化します。

タイヤのスリップ方向
ここで、こちらのF1のYouTube動画を見てみましょう。タイヤ交換を終えたマシンが発進する時や、ステアリングを切ってマシンが旋回しようとする時、タイヤが路面に対して様々な方向にスリップしている様子が分かると思います。発生する力の大きさこそ決定的に異なりますが、ミニ四駆のタイヤでも本質的には同じことが言えます。

(引用元:F1公式YouTubeチャンネル)
現在のミニ四駆競技では、タイヤ幅を狭める加工がトレンドになっており、その狙いはタイヤが発生する力を調整することにあります。また、ミニ四駆の旋回性能を高めるには、タイヤが発生する横方向の力を抑制することが肝要になるため、タイヤのセットアップはとても重要になります。

ミニ四駆の旋回メカニズムの詳細は今後のブログで少しずつ明らかにしていきますが、次節では、その旋回性能に大きく関係するタイヤの横方向の力を解説していきます。

タイヤのスリップ角とは?


前節では、タイヤがスリップすることによってタイヤが力を発生すると解説しましたが、タイヤがどのような状況になると力が発生するのかをここで解説します。次の図は、クルマを真上から見下ろした時のタイヤの状況を表しています。

タイヤの進行方向と前後方向が一致している時
上の図では、タイヤの前後方向(赤点線)とタイヤの進行方向が一致しています。つまり、クルマが直進状態にあるということです。クルマが真っ直ぐに走行しているので、タイヤは横方向の力を発生せずゼロとなります。このような状況から、例えばミニ四駆がコーナーに進入して旋回運動を開始すると、タイヤは次の図のような状況になります。

タイヤの進行方向と前後方向が異なる時
この時、タイヤには自転運動に起因する横方向の速度(つまり、横方向のスリップ)が発生し、タイヤの前後方向の中心線とタイヤの進行方向が一致しなくなります。このため、タイヤは横方向の速度を打ち消す方向に力を発生するようになるのです。これを一般的にタイヤ横力と呼び、タイヤの前後方向の中心線とタイヤ進行方向速度が成す角度のことをタイヤのスリップ角と呼びます。

少し専門用語が出てきましたが、スリップ角が発生すると横方向の力が発生するということをまずは覚えておきましょう。なお、横方向の速度が発生するメカニズムは今後のブログで改めて明らかにする予定です。

まとめ


以下、今回のまとめとなります。
  • クルマの旋回運動は自転と公転によって成り立つ
  • タイヤはスリップすることで力を発生する
  • タイヤ横力はスリップ角によって生み出される
次回のブログでは、実際にミニ四駆に働く力の発生メカニズムを具体的に解説していきます。次回の更新もどうぞお楽しみに!

[つづきはコチラ]

2019年3月10日

僕とF1とRCカーと【そしてF1へ】

[前回のブログ]
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タミヤグランプリでの成果


レース初出場からの1年は鳴かず飛ばずの成績でしたが、マシンの速さをブラッシュアップし、メンタリティの安定化に取り組んだ結果、少しずつ結果が伴うようになってきました。そして初レースからちょうど1年後に参戦したビギナーズクラス(2010年1月23日)。予選を総合1位で通過し、決勝ではAメイン2位表彰台を獲得!惜しくも優勝を逃しましたが、ようやくビギナーズクラスを卒業することができました。

ビギナーズクラスでポール獲得と準優勝したマシン
その後、中級クラスへの参戦を開始し、峠NE'X-グレード3クラス(2010年5月23日)では予選総合3位、決勝では何と初優勝(←人生初)を飾ることができました。その他のレースでも上位メインに入ることが多くなり、成長を実感できた一年になったのです。

余談ですが、好結果を出すことができた日は、その月の23日がなぜか多かったです。日産自動車の社員だったから?かも知れませんが、RCカーの趣味を始めてから僕にとって23日は何となく縁起の良い日になったようです(笑)。

初優勝した時のマシン(R35GT-R/TB03)
翌年の2011年8月21日に開催されたタミヤグランプリ全日本選手権の東京予選大会(出走台数は100台以上!)では、予選を11位で通過し、決勝では6位に入ることができました。この結果を受け、僕は所属するチーム内でのエースの称号を前エースの吉川氏から引き継ぐことになります(笑)。その後は、チームのエース(?)として2015年に活動を休止するまで継続してレースに参戦しました。

一つ心残りになっていること。

それは目標としていたタミヤ主催のワールドチャンピオン戦に届かなかったことです。この目標はいずれ達成したいと思っていますが、今はF1の世界での勝利を夢見ているので、この目標への再チャレンジはもうしばらく後のことになりそうです。

RCカーとの新たな想い出


社会人になってからRCカーの趣味を再開したことで、たくさんの想い出と仲間を作ることができました。タミヤグランプリには、東京大会、横浜大会だけでなく愛知大会と関西大会にも参加していたのですが、関西大会では地元の常連さんと仲良くなり、ピットをご一緒させて頂いたことも良い想い出です。今でも関西大会仲間の皆さんとはFacebookを通じて仲良くさせて頂いています。

真夏の関西大会も仲間のテントのおかげで快適!
共通の趣味を通じて仲間が出来ると、一緒にいる時間を本当に楽しく過ごすことができると思います。それは年齢、性別だけでなく、国籍や人種に区別なく共通しています。フランスで一人暮らしをしていた頃、僕の楽しみの一つはフランス人RCカー仲間との交流でした。予定のない週末になると、バスと徒歩でリヨン郊外のRCホビーショップのサーキットに通っていたのですが、通い続けるうちに彼らと仲良くなったのです。

Lyon郊外のホビーショップのサーキット
フランス語のできない僕のために、苦手な英語で会話をしてくれるフランス人の友人たち。完全な意思疎通はできませんでしたが、心温まる交流ができたと思います。共通の趣味があれば、言葉が分からなくともちゃんと仲良くなることができる。そんなことを肌で経験することができたのも良い想い出です。


進化しようとする気持ち


多くの人にとって、RCカーは趣味として楽しむものだと思います。もちろん、僕もそうなのですが、F1エンジニアになることを目指していた僕にとっては車両運動力学を勉強する良い教材でもありました。そのことは、以前のブログにも書きました。また、RCカーのようなクルマを使った趣味は、中学や高校で学ぶ物理法則を体感できるので、実践的な教育機会にもなると思います。

そして、RCカーの趣味を通じて改めて気付いたことがあります。それは、コンペティション(競争)を伴う趣味は『進化しようとする気持ち』を培えるということです。
    『もっと速く走らせられるようになりたい!』
    『世界選手権に出場できるような凄いドライバーになりたい!』
    『カッコいいボディをペイントできるようになりたい!』
このような気持ちを多くの人が持ったのではないでしょうか?しかも、誰かに言われたり指示されたワケでもないのに、その気持ちが自分の心から自然と生まれてきたはずです。これこそが、趣味を持つことの真の価値だと僕は考えています。

僕の場合、幼少期はミニ四駆のジャパンカップ、青年期はリッジレーサーで地元高円寺のレコードホルダー、成人期はレーシングカートのレース、全ての趣味においてコンペティションが関わっていました。得られた成果はさておき(汗)、『進化しようとする気持ち』を育むことができたと思います。

僕とF1とRCカーと


それが趣味の世界であったとしても、新しい環境に飛び込み、最初の一歩を踏み出すことはとても勇気のいることです。しかし、趣味の世界ではどんなに大きな失敗をしても取り返しのつかないことはありません。プロとしての成果を求められない分、思い切ったチャレンジができるのも趣味の世界です。

僕はRCカーという趣味の世界を通じて様々なトライ&エラーを繰り返し、エンジニアとしての知見を広げてきました。その知見と『進化しようとする気持ち』はF1エンジニアを目指していた僕にとって、大いに役立ってくれました。だから、声を大にして言わせてください。

『RCカーは時として人生を変える力がある。』

僕の成長を支えてくれたRCカーの世界。その世界で、これからもたくさんの方と出会えることを楽しみにしています!

[おわり]

おまけ情報


F1チームで働いて気付いたのですが、自分の所属グループではRCカーを趣味としていたエンジニアが結構います。今後、RCカー仲間をF1チーム内でも募り、ウラF1グランプリの開催を企てております。