走行抵抗とは?走行を妨げる「転がり抵抗」「空気抵抗」「登坂抵抗」【バイク用語辞典:走行性能編】

■駆動力と走行抵抗が釣り合っているときにバイクは一定速度で走行

●低速域は転がり抵抗、高速域になると空気抵抗が支配的

バイクは、エンジンの出力が変速機などを介してタイヤを回転させる駆動力となって走行します、一方、走行を妨げるマイナスの力が走行抵抗で、これは転がり抵抗と空気抵抗、登坂抵抗の3つで構成されます。

走行を妨げる3つの走行抵抗について、解説します。

●バイクを走らせる駆動力と走行抵抗

バイクは、エンジンの出力を動力に、駆動タイヤが路面を蹴る駆動力で前進します。車両が一定速度で走行するときに必要な駆動力Fdは次式で表されます。

Fd = Ur・Wt・g【転がり抵抗】 + (1/2)・R・Cd・A・V2【空気抵抗】 + g・Wt・sinθ【登坂抵抗】
(Ur:タイヤの転がり抵抗係数、 Wt:(人+車)質量、 g:重力加速度、 R:空気の密度、 Cd:空気抵抗係数、 A:前面投影面積、 V:車速、 θ:登坂勾配)

走行抵抗
走行抵抗

右辺の第1項はタイヤの転がり抵抗、第2項は空気抵抗、第3項は坂路を登るときに生じる登坂抵抗です。走行を妨げる右辺の走行抵抗と駆動力が釣り合っているときに一定速度で走行し、駆動力が勝ればバイクは加速します。

●転がり抵抗

タイヤは接地してないときは真円ですが、路面を転がるときにはタイヤ全体が歪んで変形します。タイヤが変形して転動する際のエネルギー損失、タイヤトレッドと路面との摩擦によるエネルギー損失、タイヤの回転による空気抵抗によるエネルギー損失を総称して、転がり抵抗と呼びます。

転がり抵抗は、路面の状態に大きく影響され、舗装路に対して砂地や砂利道では抵抗が大きくなります。また、空気圧の高いタイヤや変形量の小さいラジアルタイヤは、転がり抵抗が小さくなります。

転がり抵抗は車速が上がるとわずかに上昇、車速が100km/h超すと急増しますが、通常の常用域では一定として扱うのが一般的です。

●空気抵抗

空気抵抗は、空気抵抗係数Cdと前面投影面積A、車速で決まります。空気抵抗係数は車両の形状で決まる係数です。最新型プリウスが0.25、平均的なクルマが0.3~0.5であるのに対してバイクの空気抵抗は大きく、0.6~0.8です。前面投影面積は、車両を真正面から見たときの面積です。

空気抵抗は車速の2乗に比例するので、高速になればなるほど走行抵抗の中での空気抵抗の割合が大きくなります。バイクはクルマよりも高速域の空気抵抗の寄与率が高いです。

●登坂性能

登坂路を一定の速度で登る場合、人と車全体の質量Wtは水平線垂直に作用するので斜面に垂直な成分と斜面に平行な成分に分けられます。垂直成分は前後輪に配分され斜面に直角に押し付ける接地力であり、平行な成分は車両を後ろ向きに引き下ろそうとするので、これが登坂時の抵抗になります。

斜面に平行な引き下ろそうとする力以上の駆動力がないと、坂道は登れません。変速段を下げれば、駆動力が高くなるので坂道は登りやすくなりますが、濡れた路面や雪路のように路面の転がり抵抗が小さくなると、登りにくくなります。


バイクの走行抵抗は、低速域では転がり抵抗が支配的で、車速が上がり高速なればなるほど空気抵抗の寄与率が増大します。空気抵抗は、車速の2乗に比例するので走行抵抗は高速域で指数的に増加します。

(Mr.ソラン)