転がりテストの巻

エコランカーの燃費向上において重要なポイントはいろいろあるが、中でも転がり性能は非常に重要である。 これについても評価してみたいと思った。 しかし、転がり性能の評価は、広い場所が無いとか、適当な測定機材を持っていないとか、いろいろと障壁があるのだ。 でも　なんにも評価できないのもなんだし、駄目で元々、大したデータが取れなくてもいいから試しにやってみようという事で、 データ・ロガー（テープレコーダ）の使い方の練習も兼ねて、テストコース（田んぼの脇）で試験を行ないました。 方法 調べたい速度領域まで加速して惰行状態に入る。加速はエンジンを使ってもいいし、押してもいい。 テープレコーダを録音状態にしておき、惰行状態に入ったら、速度計を見ながら数値を読み上げる。（コースが続く限り） コースの長さに限りがあるので一回の測定で幅広い領域をカバーできないため、必要に応じて速度領域を変え、同様の事を繰り返す。 ストップウォッチを見ながらテープレコーダを再生し、速度と時間の関係をデータに書き落とす（これがちょっと大変） 試験　１ 先ずは様子を見るために、１号車と２号車を手で押して加速し、速度推移を比較してみました。 それぞれ２回ずつ試験してみたが、データポイントの並びが重なり、まあまあの再現性がある。 それなりに信頼性のあるデータが取れることがわかった。 なんだ、データ・ロガー使えるじゃん。　　　　後の集計が大変だけど。 １号車と２号車の転がり性能が全然違う。 試験時も転がりの差を感じていたが、データにすると差は歴然としてしまう。 速度低下率にすると約２倍も違う。 １秒あたりの速度低下 １号車・・・０.２４１ｋｍ／ｈ ２号車・・・０.１２１ｋｍ／ｈ やっぱミシュランはいいですね。　というより、１号車メチャクチャですね。 １号車はタイヤが１６インチで、後輪に荷重が掛かり過ぎてかなり潰れているし、その後輪は有り合わせのタイヤを使っているし。 ちなみに、各車両の車輪の荷重分布はこんな感じです。 試験　２ 次に速度域を変えて２号車でデータを取ってみました。 １号車は都合によりお休みです。 速度域を高くすると速度低下率が大きくなります。 １秒あたりの速度低下・・・０.４５８ｋｍ／ｈ 速度を上げたから空気抵抗が大きくなったんですね。 速度がどんどん低下するので、走行時にメーターを読み上げるのも忙しいし、データに書き落とすのも忙しい。 なにより、グラフの傾きが全然違います。 上の二つのグラフを比較してほしい。グラフスケールは同じになるように表示しています。 当然の事だけど、速度が高いと、すぐにコースの端まで達してしまうので、データが長く取れません。 しかも、加速に費やす距離が増えるので、惰行の距離は短くなります。 速度がこれだけ急激に低下するのは抵抗が大きいからですが、この抵抗力の大きさを計算するには Ｆ　＝　ｍ　・　ａ　　（　Ｆ：抵抗力、ｍ：質量、ａ加速度　） の式にあてはめればいいわけです。 １秒あたり　０.４５８ｋｍ／ｈの速度低下は、０.１２７ｍ／ｓ^2　のマイナス加速度で、質量は全重量ですから、 この場合　９４ｋｇ　を代入すれば・・・ Ｆ　＝　９４　×　０.１２７　＝　１１.９７Ｎ　（＝　１.２２ｋｇ）　 あんがい抵抗って大きい値なんですね。 さらに 上で計算した抵抗力は、空気抵抗とタイヤの転がり抵抗の合計です。 空気抵抗は速度の２乗に比例し、タイヤの転がり抵抗は速度に関係なく一定とすれば、　試験１と試験２の結果を つかって連立方程式を立てることにより、空気抵抗と転がり抵抗を計算できてしまいます。 　めんどうなのでスキップ 空気抵抗　 Ｆa＝９.８×Ｃd×Ｓ×ρ×Ｖ^2／２ Ｃd：空気抵抗係数、Ｓ：前面投影面積（ｍ^2） ρ：空気密度 0.125kg・s^2/m^4、　Ｖ：速度（ｍ／ｓ） 転がり抵抗 Ｆr＝９.８×ｍ×μ ｍ：質量、　μ：転がり摩擦係数 この場合、転がり抵抗の中味は計算しないから式なんてどうでもいいけど、要するに速度に関係ないという事が言いたい。 結果２　→　４０ｋｍ／ｈ付近の速度低下率　0.127 m/s^2　→　全抵抗Ｆ＝９４×０．１２７＝１１.９７（Ｎ） 結果１　→　１５ｋｍ／ｈ付近の速度低下率　0.034 m/s^2　→　全抵抗Ｆ＝９４×０．０３４＝　３.１５（Ｎ） 上の式を組み合わせると ４０ｋｍ／ｈ付近の全抵抗…　９.８×Ｃd×Ｓ×０.１２５×（１１.１１）^2／２＋Ｆr＝１１.９７（Ｎ） 　(40km/h＝11.11m/s) １５ｋｍ／ｈ付近の全抵抗…　９.８×Ｃd×Ｓ×０.１２５×（　４.１７）^2／２＋Ｆr＝　３.１５（Ｎ） 　(15km/h＝ 4.17m/s) 定数項を計算して ４０ｋｍ／ｈ付近の全抵抗…　７５.６２×Ｃd×Ｓ　＋　Ｆr　＝１１.９７（Ｎ） １５ｋｍ／ｈ付近の全抵抗…　１０.６３×Ｃd×Ｓ　＋　Ｆr　＝　３.１５（Ｎ） 上の式から下の式をひいてしまえば答えがでます。 ６４.９８×Ｃd×Ｓ　＝　８.８２ 　　　　　 Ｃd×Ｓ　＝　０.１３５７ Ｃｄ×Ｓ　の値を上の式に代入すれば転がり抵抗力も出ます。 転がり抵抗　Ｆｒ＝１.７（Ｎ） 車両の空気抵抗を評価するにはＣｄ・Ｓで十分なのですが、この際だからＣｄまで計算してみます。 うちのクルマの形状は発泡スチロールのブロックからフィーリングで削り出して作っているので、正確な断面形状は 作った本人でもわかりません。 前面投影はだいたい０.３５ｍ^2くらいかな？ 空気抵抗係数　Ｃｄ＝０.３８８ あれ？　ちょっと大きすぎやしないか・・・ 計算間違っているのかな？ でも、１２ニュートンの力で抵抗を受けている事に変わりないわけだし　・　・　・　いいか それに、いままで聞いていた値と Ｃｄ も Ｆｒ もオーダーは変わってないし。 まあ、冴えない設計だな。 速度が低い領域ではタイヤの影響が大きいけど、速度が高くなると空気抵抗の影響が大きくなってくるから、 １５ｋｍ／ｈ付近で結果の悪かった１号車は、４０ｋｍ／ｈ付近では案外いいかも。 こんど１号車ショートクルーザーのも測定してみようか。 計算結果をもとに速度推移のカーブを求めると上のグラフのようになります。 精度については判断してください。上のやり方が基準ですので。 上で使った程度の計算式（　あとは、仕事Ｗ＝力Ｆ×距離Ｌ、の式くらいかな　）を組み合わせればエクセルで描けるのですが、 説明するのが面倒なのでここでは省略します。 空気抵抗を語るときに、Ｃｄの値しか出て来ない場合がたびたび見受けられますが、Ｃｄだけでは意味がありません。 いくらＣｄが良くても前面投影面積が大きくては抵抗が大きくなるから。 車体が大きいほどプロポーション的に鋭い形が作りやすいので、なおさらＣｄだけでは意味が無い。 エコランカーは、できるだけ小さい前面投影面積にドライバーとパーツを押し込む、という事と、そのうえで空気の流れを スムーズにするという事が重要なので、Ｃｄだけで評価しては駄目です。 比較する際にもＣｄ×Ｓの値で考えないとね。 つづく

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