科学技術と共に歩む

本書は，自動車の運動性能である「走る」，「曲がる」，「止まる」の3要素のうち，「曲がる」性能を表す操縦安定性（以下，操安性）について解説したものである。操安性理論は，自動車がこれだけ普及した現在でも，その重要性はおろか存在さえも知らない人が多いのが現状である。著者の中には，大学のソーラーカー開発の現場で，直進性の改善に必要なのは「前輪キャスタ角の変更」であると思い込んでいる工学部の先生方に，「後輪の横剛性の改善」の重要性をわかってもらうのに苦労した者もいる。本書が，操安性理論の普及に少しでも役立つことを願っている。

自動車の運動力学の書籍として優れたものがすでに出版されている中，あえて本書を執筆した理由は，読者の方々に操安性をより「深く」理解していただきたいという想いからである。本書では二輪モデルという最もシンプルなものを基にしており，しかも線形特性を主としているため，話せる内容はすでに語り尽くされていると見られることがほとんどである。しかし詳しく見ていくと，まだまだ新しい発見の多い世界である。ちょうど囲碁が，ほんの数個のルールだけで構成されているシンプルな世界でありながら，現在も新しい定石が生まれ続けているのと少し似ている。また，本書は大学の教科書としても使えるように基礎から説き起こしてはいるが，実務経験を積んだ方々にも参考となるよう，著者らが気づいた「重要でありながら，まだあまり知られていないこと」についても解説している点が，特徴の第1である。具体的にはつぎに挙げるものなどである。

①　操安性が担当する「曲がる」という運動は，タイヤが横方向の力を出すことで生じているが，それではその力の理想の形とはどのようなものかということは，当たり前の結論ではあるが，あまり意識されてはいない。とはいえ必須の概念なので，第0章という変則的な章立てではあるが，初めに詳しく説明した。

②　スタビリティファクタについては，安定性との関係こそ十分知られているものの，振動／非振動との関係は想像以上に複雑で，詳しく理解している人は少ない。そこで，その関係を図3.14（p.108）に表した。

③　車体横すべり角を小さくすると良い理由については，あまり比重を置いていない書籍が多いが，本書では重要な概念であるととらえ，第7章で詳しく説明した。

④　操安性に必要な安定性についても，非線形域においては従来の条件だけでは不十分であることを第6章で説明した。

特徴の第2としては，数式の扱いである。本書では，問題を解ければよしとするのではなく，実作業に当たったときに本書の知見を役立てられるようにしたいと考えている。設計する場面を考えたとき，連立方程式の解を導き出せることは必要条件だが，実務においてはそれだけでは不十分である。鶴亀算で例えると，「鶴は何羽か？」の答えだけなら連立方程式を立てて解ければよいが，実務の場合では「場合によっては足が2本増えるかもしれないし，頭が一つ増えるかもしれないので，そのときの対応も考えておくように」といわれることもある。このような場合，方程式が解けるだけでなく，その答えの「鶴が1羽減る。鶴が2羽増える」や，それ以外の変化への対応策もイメージできるように，条件の周辺を俯瞰できることが重要になる。先の囲碁の例えでいうと，「石の死活が読めるだけでなく，どちらの方向に向かうべきかの大局観も養う必要がある」ということである。しかし，書の内容すべてを鶴亀算的に理解できるようになるには，著者らもまだ十分理解できていない部分もある。そこで，次善の策として将来そうなれるように，「式の物理的な意味の理解」のための解説を多く加えている。例としては，第2章の安定判別に使う式の説明では，制御理論の適用で終わりにせず，力学的な見方による解釈も加えている。

特徴の第3はコラムである。「式の解釈をさらに追及すると，こういう見方もできる」や「意外と勘違いしている人が多い内容」など，重要度は少し下がるかもしれないが，知っておいて損はないと思われることを，本文の流れを乱さないようにまとめてある。会社でまだ半人前だった頃，先輩の「こう考えるとわかりやすいんだよな」という何気ない一言が理解に大いに役立った経験をもつ者として，読者にもそのように思ってもらえることを願って綴っている。

なお，本書を読むために前提となる知識としては，一般的な機械力学，振動工学や制御工学が挙げられるが，これらの参考とすべき良書はすでに多数出版されているので，それらを参照されたい。

本書の構成はつぎのとおりである。

全体としては，タイヤが力を出す特性により，「線形」と「非線形」の二つのテーマを扱うが，第0，1章が線形／非線形によらない共通の内容で，第2～4章がタイヤの線形特性での内容，第5，6章がタイヤの非線形特性での内容となっている。前述のように，教科書としての利用も想定して，第1～4章には例題および章末問題も記載してある。

第0章では，車両の運動を通して，本書で扱う「操安性」における旋回運動についての復習をする。

第1章では，理論の基本となるモデルと運動方程式について解説する。

第2章では，車両諸元が決まると，そこからじかに読み取ることができる，車両固有の性質を表す各種評価指標について解説する。

第3章では，運動方程式から導かれた伝達関数に基づいて，車両の定常特性，過渡特性などの基本的な事項を数学的に整理して解説する。

第4章では，各種の運動制御システムについて，その狙いと具体的な制御の内容を解説する。

第5章では，どのようなメカニズムによってタイヤが力を出すかについて，簡単なモデルを用いて解説する。

第6章では，タイヤの非線形域における車両の運動を考えるための解析手法について，代表的なものを解説する。

第7章では，それまでに解説してきたより良い操安特性が，ドライバの運転しやすさにどのように作用しているかについて解説する。

また，紙面の都合で本文には紹介しきれなかったものの，ぜひ知っておくべき内容をWeb付録としてまとめた。

第1章の「運動方程式」から第3章の「運動方程式に基づく操舵応答特性」までは，それ以前の内容を前提として説明しているので，順を追って読むことをお勧めする。この三つの章が理解できれば，操安性の基礎理論は習得できており，ほかの章は順番を気にせず，辞書のようにして読むことができる。ただし，第6章の「非線形解析」を読むためには，第5章の「タイヤ特性」を理解しておいた方が良い。

本書を上梓するにあたり，多くの方々にご協力いただいた。

横浜ゴム株式会社の宮下直士博士，東京大学の平岡敏洋特任教授からは，資料をご提供いただいた。株式会社三栄書房（現株式会社三栄），株式会社グランプリ出版および公益社団法人自動車技術会には，車両特性，タイヤ特性および解析法に関する貴重な図の転載許可をいただいた。本書の計算結果については，日本大学大学院生産工学研究科の横田武氏，大明洋輝氏（いずれも当時）に多大なるご支援をいただいた（両氏の助けなくして，本書が世に出ることはなかったものと著者一同確信している）。これらの方々に心から感謝の意を表する。

最後に，本書の出版企画を提案してからすでに10年の歳月が経過し，遅々として進まない執筆作業に対して，寛大な心でご尽力いただいたコロナ社に厚く御礼申し上げる。

2021年8月
著者一同