ダウンフォースと車高の関係

Question

ダウンフォースを得るのに車高を低くするという事をよく耳にしますがなぜ車高を低くするといいのかが分かりません。
ウイングをつければダウンフォースを得られると言うのは分かりますが車高が低いとダウンフォースが得れるという仕組みが分かりません。

また、F1の番組で「昔のF1カーは車高を低くしすぎていたため車体の下の金属部分が接触して、グリップが得られない事があり危険な時があった」という台詞があったのですが車の下の金属部分が接触しただけでグリップが得られなくなるとはどういうことでしょうか？

この2点に付きまして教えていただけないでしょうか？

LB05 · Accepted Answer

元レース屋（運転する方ぢゃなくてマシンを設計する方)です。

>ダウンフォースを得るのに車高を低くする・・・

　No.1様の御回答の通りで、補足はありません。

>車の下の金属部分が接触しただけでグリップが得られなくなるとは・・・

　高校生の時、F=μWという式を習ったと思いますが・・・この式の意味は、摩擦力Fは摩擦係数μ（実験的に求められる数値)×荷重Wとイコール、という事で、タイヤの摩擦力も当然この式に支配されています。（ホントは、タイヤの場合この式で計算される摩擦力だけしか発生しないワケではありませんが、その話は御質問から離れてしまうので、ここでは単にF=μWでタイヤの摩擦力を考えます。)
　で、車体の『ハラが路面に擦る』という事は、車体の重量の一部が擦っているハラにも分担されると言う事で、そうすると・・・ハラをぶつけた瞬間、タイヤにかかっている荷重が減ります。F=μWの式で荷重Wが減ると摩擦力Fも比例して小さくなりますね？つまりその分タイヤの摩擦力（＝グリップ)が減るリクツです。

　尚、これほど車高を下げるのは、３つの理由があります。

その１；空力
　上述した通り、車高をギリギリまで下げて空力的引き上げ力を減らします。

その２；低重心化
　より速くカーブを曲がる為には、1ミリでも重心を下げる必要があります。何故低重心とするとカーブが速く曲がれる様になるのか？という話は、長くなるのでハショりますが・・・つまりそういった理由で重心を下げたい、重心を下げるには車高を落とすのがイチバン効果的だ、というワケです。

その３；ダウンフォースがデカ過ぎ
　F1などのトップカテゴリで、今の倍も空力的ダウンフォースが大きかったた時代があります（今は規則により、この様なクルマの設計は禁止されています)が、この時代のサスペンションはカンチレバー式と呼ばれる、大きな垂直荷重には耐えられない形式のモノが主流でした。
　そこでこの時代のF1では、路面のウネリなどを拾ってサスがフルボトムしない様に、先に車体の一部（多くの場合エンジンとシャシのつなぎ目でした)を路面にぶつけ、サスを保護すると言うトンデモな設計が必要とされていました。当然1レース走るとエンジンやシャシが削れてしまうので、この部分に『スリ板』と呼ばれるマグネシウムやチタンの板を貼っていました。
　ちょっと古いF1の画像で、派手に火花を散らしながら走り回る場面を見たことがあるのではないかと思いますが、これはマグネシウムのスリ板が路面に当たって発生している火花です。

　最後に、その『昔のF1カーは車高を低くしすぎていたため・・・危険な時があった』という時代の車高セッティング方法をお知らせしましょう。
　まず車高をベタベタまで落し、ドライバにコースを走らせます。そのドライバが『床が路面に当たった瞬間ハンドリングが変わる』と言ってきたらちょっと車高を上げ、またコースを走らせて・・・を繰り返し、車体の床下をコースにぶつけてもハンドリングが問題になるほどは変わらないギリギリの車高を探します。
　斯様なワケで、確かに車体はガンガン路面にぶつかり火花を散らしていましたが、『グリップが得られないほど車高を下げる』という事はありません。

neko_2128 · Answer

回答というか便乗質問なのですが、

よくリップスポイラーを低くして前面からの空気の流入をおさえるといいといいますが、
ローダウンせずに純正最低地上高でも効果はあるのですか？

OmniBook · Answer

F1の件ですが、おそらくその原稿を書いた人間がグラウンドエフェクトを理解出来ないのに
変な解釈をして書いたのではないかと思います。
今から約20年前にロータス78から始まったウイングカーでは飛行機が揚力を得るのと逆向きに
する事でダウンフォースを得ていました。車体姿勢が変わるとダウンフォースの発生する量と
場所が変わり、ダウンフォースが充分にある時には走り抜ける事が出来たコーナーリングが
突然ダウンフォースが減ってしまう事でタイヤのグリップが失われてクラッシュしてしまう
というケースがありました（特に、サイドスカートの上下動が正しく行われなくなった場合や
荒れた路面で前後左右に大きく傾いた場合）。ダウンフォースは速度の二乗に比例する為、
ストレートを最高速で走っているとダウンフォースで車体が沈み込み・モノコックの下に
張った鉄やチタンが路面に接触して火花が出たりはしていました。この辺を混同している
のでは、と思います。

fifaile · Answer

＞ダウンフォースを得るのに車高を低くする
ちがいます。
アップフォース(揚力）を減らすために車高を低くするのです。
車高が高いまま速度を上げると、車体の下に空気が入り揚力が発生します。
したがってディフューザーやフロアパネルをつけたり車高を落とすことで、
車体したから発生する揚力を低減する必要があるのです。
さらに空気をすばやく抜いてやると、真空効果にちかい物が得られ、
ボディーが路面に吸いつけられることでダウンフォースが発生します。

タイヤ以外のものが路面に接触しているということは、
それがサスペンションの動きを阻害しているということです。
サスペンションの役割はタイヤを路面に貼り付けることですから、
その動きが阻害されればグリップが落ちます。

ダウンフォースと車高の関係

元レース屋（運転する方ぢゃなくてマシンを設計する方)です。

この回答への補足

回答というか便乗質問なのですが、

F1の件ですが、おそらくその原稿を書いた人間がグラウンドエフェクトを理解出来ないのに

＞ダウンフォースを得るのに車高を低くする

この回答への補足

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