ブレーキ踏力の計算

夕方ごろになると靴の中がやたら冷たくなるのさえ何とかなればもう少し快適なウィンターライフが過ごせる気がするんですがなにかいい方法は無いものかね。

どうも！トライズです！






車のブレーキまわりをチューニングするにあたって、マスターシリンダの交換というのが選択肢に上がる場合もあるでしょう。

では実際、マスターシリンダーを交換すると何がどう変わるのか計算してみたいと思います。




が、その前に、ブレーキを操作する時というのはいったいどのくらいの力でペダルを踏んでいるかを計算したいと思います。





車両は、S15シルビア SpecR で。


車重1240kg
これに1名乗車で、1300kg

ブレーキスペックは純正のままで。

フロントブレーキ：
4pot
ローターφ280mm

リアブレーキ：
片押しシングル
ローターφ258mm

マスターシリンダー
シリンダー径：1インチ（25.4mm）
Pバルブ特性はSP40kgRR0.4




この車両で適当なハイグリップタイヤを履いてフルブレーキングします。




フルブレーキングで1G制動を行った時の制動力は車重と等しくなるので、4輪合計で1300kgfの力がタイヤ-路面間に発生していることになります。

この時のフロント側の油圧をあれやこれやで計算すると、たぶん75kg/cm2(約7.5Mpa)くらいになります。




フロント側の油圧は、そのままマスターシリンダーの油圧になるわけで、
1G制動時にこの車のマスターシリンダは、75kg/cm2の油圧を発生させていることになります。




油圧って言ってもあんまピンと来ませんね。


圧力でなじみの深いものといえば、タイヤの空気圧が約2.2kg/cm2くらいだったりとかー。

ターボの加給圧が1.5キロでかなりヤヴァイとかいうアレがつまりは1.5kg/cm2とかそんな感じです。


75kg/cm2って圧力はそうとう高圧ってことですね。







続けます。

マスターシリンダで発生させる圧力と、マスターシリンダピストンを押す力は、
シリンダー推力=圧力×シリンダー断面積という関係があります。

マスターシリンダー直径が25.4mm(2.54cm)とすると、
断面積は、π*2.54^2/4=5.06cm2


油圧×シリンダー断面積は、
75*5.06=約380kgf





マスターシリンダーピストンを380kgの力で押せば、とりあえず1G制動ができそうです。
ボクシングの心得がある人ならばキックでそのくらいの力は出せるかもしれません。


ただし、それはさすがに無理な話。



自動車にはさらにいくつかの機構が搭載されています。
ドライバーがペダルを踏む力は、ブレーキペダルと、マスターバック（ブレーキブースター）とを通して、マスターシリンダに伝わります。

この、ペダルとマスターバックによってドライバーの踏力は数倍に増幅されるので、軽い力でマスターシリンダを押せるわけですね。










もうちょっと続きます！



ブレーキペダルは、てこの原理によってドライバーの踏力を増幅しています。

ペダルの寸法を測ってみると、約4倍の増幅率になっています。



ここで、380kg/4=95kgになります。

このくらいなら全体重を掛けて踏めばなんとか・・・・（笑）







さて、最後の砦。
マスターバック


マスターバックというものは、ブレーキ踏力を増幅するものなんだろーなーってのはなんとなく分かると思うのですが、その構造は結構複雑です。

さらに、面倒なことに日産のマスターバックは特性を公表していません。

マスターバックで踏力が何倍になるのか（ブースター倍率という）は分からないんですよね。






分からないんですがー、ここで終わってしまうとなんとも味気ない。。というか面白くないので、トライズさんがいろいろとデンパを受信してブースター倍率を特定するとー。


S15スペックRのブースター倍率は、

おそらく9.5倍！

くらいではないかと。






95/9.5=10kg


えー、長いことかかりましたが、S15シルビアで、フルブレーキングした時のペダル踏力は、約10kgくらいではないかと思います。



だと思うんですが、軽すぎる気がします、、、
軽すぎる気もしますが、こんなもんのような気もします、、、



S15はABSが付いているので、ABSユニットを通過させるためにもっと強い力が必要なのかもしれません・・・


あと、S15のマスターバックはブレーキアシスト機能とかが付いているのでさらによく分かりません、、







うーん。マスターシリンダー交換の効果を説明するために、ペダル踏力を算出してみたもののずいぶんと釈然としない結果が出てしまいました。

ペダル踏力計で実測して見ればはっきりするんですが、そんなもの持って無いしなぁ。






ま、いーや。

とりあえず、S15標準仕様でフルブレーキング時の踏力は10kgってことで。

次回、ようやくブレーキシステムを交換した場合の計算やります！