自転車とオートバイのジオメトリ

自転車とオートバイのジオメトリは、特定の自転車の構成を定義する主要な測定値（長さと角度）のコレクションです。これらの主要なものは、ホイールベース、ステアリング軸角度、フォークオフセット、およびトレイルです。これらのパラメーターは、自転車の扱い方に大きな影響を与えます。

ホイールベース

ホイールベースは、前輪と後輪の中心（または接地点）間の水平距離です。ホイールベースは、リアフレームの長さ、ステアリング軸の角度、およびフォークオフセットの関数です。自動車や電車に使用されるホイールベースという用語に似ています。

ホイールベースは、自転車とライダーを組み合わせた重心の高さとともに、自転車の縦方向の安定性に大きな影響を与えます。短い自転車は、ウイリーやストップピーの実行に適しています。

ステアリング軸角度

キャスター角またはヘッド角とも呼ばれるステアリング軸角度は、慣例に応じて、ステアリング軸が水平または垂直に対してなす角度です。 ステアリング軸は、ステアリング機構（フォーク、ハンドルバー、前輪など）が旋回する軸です。通常、ステアリング軸の角度はヘッドチューブの角度と一致します。

自転車の頭の角度

自転車では、ステアリング軸の角度は頭の角度と呼ばれ、水平から測定されます。 90°のヘッドアングルは垂直になります。たとえば、レモンドは以下を提供します。

トラック用に設計された2007 Filmore。フレームサイズに応じて72.5°から74°まで変化するヘッドアングル
ロードレース用に設計された2006年のテテデコース。フレームサイズに応じて71.25°〜74°の角度で変化します。

フロントフォークのサスペンションのため、現代のマウンテンバイクは、ロードバイクとは対照的に、一般的に70°前後のスラックヘッドチューブ角を持っている傾向があります（ただし、フレームジオメトリの設定によって異なります）。

少なくとも1つのメーカー、Cane Creekは、ヘッドアングルを変更できるアフターマーケットスレッドレスヘッドセットを提供しています。

オートバイのすくい角

オートバイでは、ステアリング軸の角度はすくい角または単にすくいと呼ばれ、垂直から測定されます。したがって、0°のレーキは垂直です。たとえば、Moto Guzziは以下を提供します。

25°30 '（25.5度）のレーキを持つ2007 Breva V 1100
27.5°のレーキを備えた2007 Nevada Classic 750

フォークオフセット

フォークオフセットは、ステアリング軸から前輪の中心までの垂直距離です。

自転車では 、フォークオフセットはフォークレーキとも呼ばれます。ロードレース用自転車のフォークのオフセットは40〜50 mm（1.6〜2.0インチ）です。

オフセットは、フォークを湾曲させ、下端に垂直タブを追加し、フォーククラウンのフォークブレードソケットをステアラーの前にオフセットするか、フォークをステアリングチューブに対して角度を付けてクラウンに取り付けることで実装できます。カーブのあるフォークの開発は、ジョージシンガーによるものです。

テレスコピックフォークチューブを備えたオートバイでは、トリプルツリーのオフセット 、トリプルツリーへのマウント時にトリプルツリーレーキ （通常は0からの度数で測定）をフォークチューブに追加するか、または二つ。トレーリングリンクやリーディングリンクフォークなど、あまり一般的ではない他のオートバイフォークは、リンクアームの長さによってオフセットを実装できます。

フォーク長

フォークの長さは、下部フォーククラウンベアリングから車軸中心までのステアリングチューブに平行に測定されます。

トレイル

Trail （キャスター）は、前輪が地面に触れる場所からステアリング軸が地面に交差する場所までの水平距離です。前輪の接地点が地面とステアリング軸の交差点の後ろ（自転車の後方）にある場合、測定は正と見なされます。ほとんどの自転車にはポジティブなトレイルがありますが、2マススケート自転車やPython Lowracerなどはネガティブなトレイルがあります。

トレイルは自転車のハンドリング特性の重要な決定要因としてしばしば引用され、自転車メーカーのジオメトリデータにリストされることもありますが、ウィルソンとパポドプロスは、どちらも非常にほぼ同じことを説明していますが、機械的トレイルはより重要で有益な変数であると主張しています。

軌跡は、ステアリング軸角度、フォークオフセット、およびホイールサイズの関数です。それらの関係は次の式で説明できます。

Trailbicycle =Rwcos⁡（Ah）−Ofsin⁡（Ah）{\ displaystyle {\ text {Trail}} _ {\ text {bicycle}} = {\ frac {R_ {w} \ cos（A_ {h}）-O_ {f}} {\ sin（A_ {h}）}}}およびTrailmotorcycle =Rwsin⁡（Ar）−Ofcos⁡（Ar）{\ displaystyle {\ text {Trail}} _ {\ text {motorcycle}} = { \ frac {R_ {w} \ sin（A_ {r}）-O_ {f}} {\ cos（A_ {r}）}}}

ここで、Rw {\ displaystyle R_ {w}}はホイール半径、Ah {\ displaystyle A_ {h}}は水平から測定した自転車の頭部の角度、Ar {\ displaystyle A_ {r}}はそして、Of {\ displaystyle O_ {f}}はフォークオフセットです。車輪のサイズを大きくする、頭の角度を小さくする、または緩める、またはフォークオフセットを小さくすると、トレールを増やすことができます。ヘッドアングルが大きくなる（急勾配になる）、フォークオフセットが大きくなる、またはホイールの直径が小さくなると、トレールが減少します。

モーターサイクリストは、すくい角に関してトレイルを話す傾向があります。すくい角が大きいほど、トレールは大きくなります。自転車では、すくい角が大きくなると、頭の角度が小さくなることに注意してください。

自転車が傾いたり、操舵したりすると、トレイルは変化します。従来のジオメトリの場合、自転車が傾いて傾斜の方向に舵を取ると、トレールは減少します（ハブではなく、接地点間の距離を測定するとホイールベースが増加します）。トレイルは、たとえばブレーキングに応じて、サスペンションがアクティブになると変化する可能性があります。制動中の荷重伝達により伸縮フォークが圧縮されると、トレールとホイールベースの両方が減少します。少なくとも1台のオートバイ、MotoCzysz C1には、89 mmから101 mmまでの調整可能なトレイル付きのフォークがあります。

メカニカルトレイル

メカニカルトレイルは、ステアリング軸と前輪と地面との接触点間の垂直距離です。また、 通常のトレイルと呼ばれることもあります。いずれの場合も、その値は証跡の式の分子と等しくなります。

MechanicalTrailbicycle =Rwcos⁡（Ah）−Of {\ displaystyle {\ text {MechanicalTrail}} _ {\ text {bicycle}} = R_ {w} \ cos（A_ {h}）-O_ {f}}、およびMechanicalTrailmotorcycle = Rwsin⁡（Ar）−Of {\ displaystyle {\ text {MechanicalTrail}} _ {\ text {motorcycle}} = R_ {w} \ sin（A_ {r}）-O_ {f}}

自転車のステアリングに関する科学的な理解は不完全なままですが、自転車のハンドリング特性を決定する上で、機械式トレイルは確かに最も重要な変数の1つです。ゼロの痕跡によると、いくつかの利点があります：

側面から来る風力の圧力中心の位置の影響が排除されます
ホイールフロップ効果（以下を参照）が排除されます

機械式トレイルがより低い場合、熟練した注意力のあるライダーはより多くの経路制御を行うことができますが、より高いトレイルは自転車を「手なし」でより簡単に乗せることができるため、主観的に安定します。

ホイールフロップ

ホイールフロップとは、ハンドルバーを回転させると前輪が「フロップ」するため、自転車またはオートバイが予想以上に回転する傾向があるステアリング動作を指します。ホイールフロップは、ハンドルバーが「真っ直ぐな」位置から離れて回転するときに、自転車またはオートバイのフロントエンドが下がることによって引き起こされます。この低下現象は、次の式に従って発生します。

f = bsin⁡ϑcos⁡ϑ {\ displaystyle f = b \ sin \ vartheta \ cos \ vartheta}

どこ：

f {\ displaystyle f} = "wheel flop factor"、ハンドルバーがまっすぐ前方の位置からまっすぐ前方の位置から90度離れた位置に回転したときに、前輪の車軸の中心が下がる距離{\ displaystyle b} =トレイルϑ {\ displaystyle \ vartheta} =頭の角度

ホイールフロップは自転車またはオートバイのフロントエンドの下降を伴うため、重力による力はハンドルバーの回転を継続させ、回転速度の増加を続け、ライダーがハンドルバーに入力する必要はありません。ハンドルバーを回したら、ライダーはハンドルバーにトルクを加えてハンドルバーを直進位置に戻し、自転車またはオートバイのフロントエンドを元の高さに戻す必要があります。前輪の回転慣性は、前輪の方向の変更を開始または加速するために反対のトルクが必要となるため、ホイールフロップ効果の深刻さを軽減します。

上記の式によると、トレールを増やす、および/またはヘッド角度を減らすと、自転車またはオートバイのホイールフロップ係数が増加し、ハンドルバーを直進位置に戻すために必要なトルクが増加し、車両の傾向が増加します突然曲線の方向を逸らします。また、車両、ライダー、貨物の質量を増やすか、質量比を変更して質量中心を前方にシフトすることにより、車両の前輪にかかる重量を増やすと、ホイールフロップ効果の深刻さが増します。車両の速度とホイールの回転速度を増加させることにより、前輪の回転慣性を増加させると、ホイールフロップ効果に対抗する傾向があります。

ある程度のホイールフロップが一般的に望ましいと考えられています。雑誌Bicycle Quarterlyで、著者のJan Heineは次のように書いています。「ホイールフロップが小さすぎる自転車は、ハンドルバー入力への反応が遅くなります。ホイールフロップが多すぎる自転車は、低速および中速でラインから外れます。

修正

フォークを変更または交換することにより、自転車のジオメトリを変更できます。

フォークの長さを変更する

たとえば、リジッドからサスペンションに切り替えることで、フォークの長さを長くすると、自転車の前部が上がり、その結果、ヘッドアングルが小さくなります。レーキは反対方向に測定されるため、フォークを長くすると、オートバイのレーキに逆の効果があります。

経験則では、フォークの長さが10 mm変化すると、ステアリング軸の角度が半度変化します。

フォークオフセットの変更

フォークのオフセットを大きくすると、軌跡が減少し、ブレードを長くせずに曲げて既存のフォークで実行すると、フォークが短くなります。

法的要件

ノースダコタ州（米国）では、実際には、「公道でのオートバイの製造、販売、安全な運転」のためのレーキとトレイルの最小要件と最大要件があります。

「4.三輪バイクを除くすべてのバイクは、前輪のジオメトリに関して次の仕様を満たす必要があります。

最大：レーキ：45度。トレイル：14インチポジティブ最小：レーキ：20度。トレイル：2インチ正

製造業者の仕様には、各バイクまたはバイクのクラスごとに特定のレーキとトレイルを含める必要があり、「レーキ」と「トレイル」という用語は、28〜32章に従って採用される規則によってディレクターによって定義される必要があります。

その他の側面

人間工学や用途など、ジオメトリの他の側面については、自転車フレームの記事をご覧ください。オートバイのその他の主要な幾何学的パラメーターは、シートの高さと相対的な足止めとハンドルバーの配置です。