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レーシングカーのデザイン

特集 ● トランスポーテーション・デザイン最前線／解説

レーシングカーのデザイン
草加浩平＊
レーシングカーは速度を競う車だけに、その安全性に対する要求も厳しいものがある。
自動車技術会の主催する「全日本学生フォーミュラ大会」参加車両とフォーミュラ・ワンの車両を比較し、その安全性に対する配慮につき、デザイン的視点も加えて報告する。主に転倒対策、前方衝突対策、側面衝突対策の視点から比較を行い、これらの車両の安全装備の違いが主に想定する速度域とコース設定及び走行条件の違いによるものであること、これによりデザイン面の違いがもたらされることを紹介する。

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松製作所におけるＦ１チームロータス及びウイリア

１．レーシングカーの種類

ムズグランプリに対するテクニカルサポートや、東レーシングカーと一口に言っても、そのジャンル京大学における「全日本学生フォーミュラ大会」参は多岐にわたる。純粋にレースの世界に的を絞った加車両の製作を通じた経験から、レーシングカーととしても世界自動車連盟（ＦＩＡ）の統括するレースのその安全につき、デザインの観点を交えて報告する。

最高峰であるフォーミュラ･ワン（Ｆ１）から、一般市２．レーシングカーと安全販車を改造したツーリングカー、子どもたちの競うカートまで、いくつものカテゴリーが存在する。レ

速く走り勝つための車、それがレーシングカーでーシングカーの定義を、モータースポーツに使用すある。勝負の世界に犠牲はつきものというものの、る車ということにすると、その種類はさらに増すこ

モータースポーツの世界ではかなり安全に配慮したとになる。

車作りが行われている。

ここでは筆者の３０年余りに及ぶラリーでのナビゲ

昔からレースの世界に事故はつきものであった。

ーター（コ・ドライバー）としての体験を踏まえ、小１９５５年のルマン２４時間レースにおいて、ホームストレッチでジャガーとの接触を避けようとしたオース＊ 東京大学大学院工学系研究科産業機械工学専攻助教授

ＡｓｓｏｃｉａｔｅＰｒｏｆｅｓ
ｓｏｒ，Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｙｎｔｈｅｓｉｓ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｇ
ｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｈｅＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｏｋｙｏ
原稿受理 ２００
４年３月２２日

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チン・ヒーレーと絡み合ったメルセデス・ベンツ
３００ＳＬＲのレースカーが観客席に飛び込み、ドライ
バー及び観客８１人の死者を出す大惨事を引き起こし（１５）

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たことは、その後ベンツが長くレースの世界から離かかわらず、ヘルメットをロールケージに強打するれるきっかけになった。Ｆ１の世界でも１０年程前にことになったが、これはシートベルトが筆者の体をは、日本でも有名なアイルトン･セナがサンマリノ

単に拘束するだけでなく、徐々に伸びることで衝撃グランプリでコースアウトして死亡したのをはじめ、を吸収してくれた代償であった。

Ｆ１界で死亡事故が続いた。

これらの安全装備に加え、最近は乗員への衝撃入早速安全基準が強化されるとともに、レースカーの速度を落とすような基準も作られた。

力を少しでも減らすために、車体構造的に工夫が凝らされるようになってきている。すなわちクラッシ

このように観客だけでなく、ドライバーあるいはャブルゾーンの装備である。これは通常の乗用車のクルーの事故に対する危険を減らす努力は、Ｆ１に設計でも考えられていることであるが、衝突時にわ限らずすべてのモータースポーツで取り組まれていざと壊れる部分を作っておくことで、衝突のエネルる。

ギーを少しでも吸収し、乗員に加わる衝撃を少しでレーシングカーの安全装備というと、まず目に付も緩和しようというものである。

くのがロールバーである。転倒時などにおいて、乗３．レーシングカーの求めるもの員の生存空間を確保するために運転席後部に立てられた鋼管のフープ状のものである。しかし市販車ベ勝つためのマシン作り。これこそがレーシングカースのレーシングカーでは、最近はこれをさらに進ー作りで求められているものである。時にそのユニめて、ロールケージと呼ばれる、ちょうど鳥かごのークな構造（６輪のＦ１など）やスタイル（１９９１年に登ような構造物にしている。転倒時などにＡピラーが場したハイノーズのＦ１など）で人目を引くレーシン

つぶれて乗員が死傷する事故を防止するための改良

グカーが存在するが、それらも決して人目を引くだである。筆者もモータースポーツにかかわって３０年けのためにそんなことをしているわけではない。必ほどの間に、何度かロールバー及びロールケージのず速く走るために理由があるのである（例えば、６お世話になり、事故の影響を軽微にとどめることが輪は前面投影面積の縮小による空気抵抗減少のため、できた。

またハイノーズはアンダーボディへの流入空気増大

またもう一つの目立つ装備として、一般市販車とによるダウンフォースの向上のため、など）。

同様、シートベルトの果たす役割は大きい。一般市

しかし速く走るということが、一つのことを意味

販車では２点あるいは３点式シートベルトの装着がしていないということにも注意を払うべきである。

一般的だが、レーシングカーでは少なくとも４点式、 Ｆ１レースを走るフォーミュラカーと、ルマンを走場合によっては５点式あるいは６点式のシートベルるスポーツカーが、その形態を異にしているのはもトを装着している。これも筆者は大変お世話になっちろん規格によるところであるが、それだけでないている装備品である。わずか２０〜３０ｋｍ／ｈ程度の車面もある。どちらかといえばテクニカルなコースを速で山肌などに激突したとしても、４点式シートベ走るＦ１と、高速コースであるルマンを走る車では、ルトを装着していれば、肩にシートベルトのあざが速く走るときに要求される内容に関しても少々異な残る程度ですむ。３点式シートベルトよりは確実にってくるのである。テクニカルなコースを速く走ら体を支えてくれ、力も分散される。さらにこれが５せようとすれば、できるだけ車体を路面に押さえつ

点式、６点式となれば、走行中の振動などによりラけてタイヤの発生するコーナリングフォースを確保

ップベルト（腰にかけるベルト）がずれ上がってしまし、コーナリングスピードを高めることが重要な要うこともないので、万一のときにラップベルトが内素となってくる。当然最高速度は高速コースに比較臓を圧迫することによる最悪の事態からも乗員を保して低くなるため、空気抵抗の影響も小さくなる。

護してくれる。

つまり空気抵抗を小さくするより、空力的なダウン

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３年１０月に世界ラリー選手権のラリードフラン

フォースを大きくすることのほうに重点を置くデザス・ツールドコルスにおいて、約６０ｋｍ／ｈの速度でインになるわけである。これに対してストレートの一抱えほどある大木に左フロントから衝突した際に長い最高速度での走行時間の長いコースでは、当然は、ＦＩＡの規格で作られた最新式のロールケージがのように最高速度を高くすることに力が注がれるこ確実にコックピットの変形を阻止してくれた。さらとになり、いかに空気抵抗を小さくするか、すなわに５点式のシートベルトをしっかり締めていたにもち前面投影面積を小さく、空気抵抗係数を小さくす

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ることに重点を置いたデザインが求められることに

θ：勾配なる。

σ：空気抵抗係数
：前面投影面積４．勝つためのデザイン

：対気速度レーシングカーは速く走ってこそ意味ある車であるから、その作りはすべて速く走るために考えられつまり速く走るためには走行抵抗を小さくする、ている。速く走ることの基礎は簡単な物理の式で表即ち転がり抵抗係数と前面投影面積、空気抵抗係数される。車の加速度は式に示すように、車の質量を小さくすることが必要であることがわかる。と牽引力（あるいは制動力）の関係で表される。そ以上を総合すると、レーシングカーが求める基本

して速度は加速度の積分であるから、式のように的性格が決まる。

表すことができる。さらに車の位置すなわち走行距①軽い質量離に関しては、速度をさらに積分することで式の②大きなパワーように表されることになる。レースでは決められた③大きな垂直抗力

距離をできるだけ早くあるいは決められた時間にで④大きな摩擦係数きるだけ長距離走ることが競われるわけであるから、⑤小さい走行抵抗（転がり抵抗、前面投影面積、空これらの関係式より、式の加速度を大きくするこ気抵抗係数を小さくする）とが求められていることがわかる。すなわち、車のこれらの要素の中で、外観デザインが大きく影響質量をできるだけ軽く、牽引力（あるいは制動力）をするのが、走行抵抗の一部をなす空気抵抗と垂直抗できるだけ大きくすることが求められるわけである。

力を生み出す空力的力（ダウンフォース）である。
空気抵抗を低減するには、式より明らかなよう

加速度α＝
 ……に、前面投影面積を小さくすることと、空気抵抗係

速度 ＝∫α・ ……

数を小さくすることが効果を発揮する。前面投影面

 ……
位置 ＝∫

＝
・
・

積を小さくすることは、車両をコンパクトにまとめ

：牽引力ることにつながり、軽量化にも一役買うことになり、：質量相乗効果が見込める。とはいえ、ホイールベースやトレッドは、搭載するエンジンのサイズや、加減速牽引力あるいは制動力の発生要因を考えてみると、 及びコーナリングの要求から決まってくるものであ
当然それらはエンジンあるいはブレーキの能力に影り、前面投影面積を小さくしようと思うと、デザイ響されているが、実はそれだけではない。エンジンン面では高さ方向の検討要素しか与えられないこと

出力がいかに大きく、ブレーキトルクがいかに大きとなる。

くなったとしても、車と地面をつないでいるのはタ

しかしここまでの議論には曲がることが考慮されイヤであり、タイヤの能力以上のことはできない。ていない。速く加速し、減速することも大切だが、ここでも物理の簡単な式が登場する。つまり摩擦で実際のレーシングコースでは直線だけでなく、コー伝えることができるのは、摩擦係数と垂直抗力の積ナーもあるため、いかにコーナーを速く曲がるかもまでという式である（式）。

問題となってくる。コーナーを速く曲がるための要素を考えると、上記以外に次のようなことが要求さ≦μ・ ……れる。

μ：摩擦係数①低い重心

：垂直抗力②小さい縦軸周りの慣性モーメント③大きなコーナリングフォース
コーナリングフォースは牽引力同様タイヤが発生

車は走行抵抗と牽引力のバランスする速度で走れるわけであるから、式が成立する。
＝･μ
＋・
θ＋σ・・……μ：転がり抵抗係数

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するものであるから、ここでも摩擦係数と垂直抗力の影響が登場する。重心位置や、縦軸周りの慣性モーメントには重量物であるエンジンやドライバーの配置が大きく影響する。このためフォーミュラレー（１７）

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転倒事故に対する対策

前述のごとくロールバーを装着して転倒事故からドライバーの生存空間を確保している点では同じような対策が採られている。ロールバーに使用するパイプは、材質と寸法が規定されており、ドライバー後方のバーと、ドライバー前方のバーを結ぶ線と、Fig. 1 ２００
３年鈴鹿におけるフェラーリＦ１

ドライバーの頭の位置関係が規定されていることも、ほぼ同様であるが、Ｆ１と比較して前後長が短い学

シングカーや、レース専用に製作されるスポーツカ

生フォーミュラにおいては、その空間を確保するた

ーでは、大抵の場合ドライバーの後ろ、リアアクス

め、どうしても後方のロールバー高さが高くなる傾ルの前にエンジンを配置したミッドシップ形式がと向にあり、どの大学のマシンを見ても、ロールバーが高く突き出した独特なスタイルとなっているられる。
５．全日本学生フォーミュラ大会参加車両に見るレーシングカーのデザインの実際（Fig.2）。これに対し、Ｆ１マシンでは、ロールバーをインテークダクトの一部として一体化することで、高さ方向に飛び出している違和感を打ち消すことにアメリカ自動車技術会（Ｓｏｃｉｅｔｙｏｆ Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ

成功している（Fig.3）。これにはＦ１と学生フォーミ

Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ）が１９
８１年より開催を始めた学生向けのュラの走行速度域の違いが影響し、デザイン面でのフォーミュラレーシングカー製作プロジェクトであ対応の違いが生まれている。
つまりＦ１では３００ｋｍ／ｈる「ＦｏｒｍｕｌａＳＡＥ」を基に、２００３年９月より自動車近いスピードで走行するため、空気抵抗をいかに小技術会主催で始まったのが、「全日本学生フォーミさくするかが大きなポイントになるとともに、エンュラ大会」である。｢アマチュアサンデーレーサー市

ジンへの吸気に対してもこの高速走行で発生するラ場に向け、３万ドルで排気量６１０ｃｃ以下のオープンム圧を活用しない手はない。そこで吸気口をドライホイールフォーミュラレーシングカーを製作せよ｣バーの頭上に設けるとともに、ロールバーの後方形というのが、この大会参加者に与えられた課題であ状を流線型にすることで空気抵抗係数の減少を図っる。ているわけである。対して学生フォーミュラの場合、細かな規則は省略するが、前述のように購買層を安全に対する配慮から、コース幅や直線の長さ、カ「アマチュアサンデーレーサー」と仮定し、各大学チームがレーシングカー販売会社にレーシングカーを売り込むことを想定して車両を企画・製作し、その企画内容、製造コスト、性能などを総合的に競う競技会である。車両の規格に関しては、安全面の規定（ロールバーの材質及び寸法、クラッシャブルゾーンの設定など）以外は学生の創造性を生かせるよう他の一般的なレーシングカーに比較し、ゆるい規定とFig. 2 神奈川工科大学の車両なっている。
しかし学生たちが製作する車両であるため、工作技術に問題があることも予想される。そこで競技会で行われる性能の審査（加速性、定常円旋回、数百ｍのタイムアタックと２０ｋｍ程度の耐久タイムアタック）では、最高でも１００ｋｍ／ｈ程度の速度しか出な
いようなコース設定となっている。
ここで具体的に２００３年の全日本学生フォーミュラ大会参加車両を同じく２００３年の鈴鹿におけるＦ１マシン（Fig.1）と比較しつつ、デザインから見た安全への配慮を見てみることにする。

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Fig. 3 ２００３年型ウイリアムズＦ１のロールバー（１８）

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ペダル類がフロントアクスルより前方に位置する
Fig. 5 上智大学の車両

Fig. 4 衝撃吸収ボックスーブの半径などが制限されており、大抵の車がコース上で出せる最高速度が約１００ｋｍ／ｈ程度となっている。短距離のタイムを競うオートクロスや、耐久性能を競うエンデュランスの平均車速はほぼ６０ｋｍ／ｈ以下になるなど、空気抵抗があまり大きな影響を与えない領域で競われている。このためロールバー後

Fig. 6 サイドエンジンの東京大学の車両

方での整流を考えてカバーを装着するよりも、カバーを付けないことによる軽量化を選択するチームが多いのが現状である。このような使用速度域の違いによる要求機能の違いから、デザイン面での違いが出てきているといえる。
５−２

フロントからのクラッシュに対する対策

フロントからのクラッシュに関しては、Ｆ１の場

Fig. 7 ２００３年型フェラーリＦ１のコクピット合車体先端部のノーズコーンが衝撃吸収構造となっているが、学生フォーミュラでも同様の配慮が規定されている。Fig.4に示すような衝撃吸収部材をフることもあり、学生フォーミュラの車両は特にコンレーム先端に装着し、前方からの衝突における衝撃パクトに作ることが要求されている。このためホイ吸収を考えている。Ｆ１ではノーズコーンとしてボールベースを短くすると、ドライバーの後方にエンディー外形形状がそのままクラッシャブルゾーンをジンを配置する通常のミッドシップレイアウトにし形成しているが、学生フォーミュラでは製作を容易た場合、必然的にドライバーの足がフロントアクスにするため、衝撃吸収部をフレーム装着とし、そのルより前方にまで出てしまうことになる（Fig.5）。

上にボディー外皮を被せる構造がとられている。

この点、エンジンをドライバーの横に配置した東京

しかし前面衝突に関し、Ｆ１と大きく異なるのは大学チームのマシンは、ドライバーの足をフロントドライバーのポジションである。Ｆ１をはじめとすアクスルよりあまり前方に出す必要がなく、前方かる多くのレーシングカーでは、前方からのクラッシらの衝突に対してはより安全性の高い車両に仕上がュに際してドライバーの足を守るため、ドライバーっていたといえよう（Fig.6）。の足がフロントアクスルから前に出ることを禁止し５−３

サイドからの衝撃に対する対策ているが、学生フォーミュラでは特にそのような規側方からの衝撃も何台もの車が競り合うレースに定が設けられていない。これは走行車速が低いため、 おいては十分に考えられる事態である。Ｆ１マシンそこまでの規定が必要ないという判断がベースであを見れば、ドライバーは完全にボディーの中に納まると思われる。コースが狭いテクニカルコースであり、さらにコクピット側面にはしっかりしたフレー

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これは、ベルトによりドライバーの腕をシートベル
トと結び、万一の際にもドライバーの腕がある程度以上側方へ動かないように規制するものである。
学生フォーミュラの中にあって都立航空高専の製作した車両は、ドライバーがしっかりとフレームの中に横たわって沈み込んだデザインを取っており、見るからに低く安心感のあるデザインであった

Fig. 8 ２
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３年優勝の上智大学車両（Fig.9）。しかしこれがために全長が長くなり、学生フォーミュラの狭いコースには少々不適当であったようだ。
５−４

その他の安全対策

シートベルトに関しては、学生フォーミュラでもＦＩＡで求めているのと同様の規格に合格した製品の使用を義務付けるとともに、その装着方法に関して

Fig. 9 都立航空高専の車両も同様の規格が定められている。
ムが走っているため、側方からの衝突に対しても十Ｆ１をはじめ、ＦＩＡの統括する多くのモータース分ドライバーの保護が考えられていることがわかる

ポーツでは、万一の事故の際に燃料の飛散による火（Fig.7）。これに対し、学生フォーミュラのマシン

災事故を防止するため安全燃料タンクの装着が義務

では、ほとんど側面からの衝撃に関しては配慮され付けられているが、学生フォーミュラではそこまでていない。これは、学生フォーミュラでは１台ずつの要求はされていない。のタイムアタックが基本で、競り合う場面はほとん

６．まとめ

ど想定されていないことが主な要因である。車両の大きさや、要求されるボディー剛性の違いも影響しレーシングカーの安全につき、Ｆ１と全日本学生ていると思われるが、学生フォーミュラの車両の多フォーミュラ大会参加車両の対比を例にデザインのくは、ドライバーサイドのフレーム高さが低く、側視点を交えて見てきた。主に狙いとする速度範囲の方から見るとドライバーの腕が剥き出しである場合違いにより、安全に対する考え方や車両に求められが多い（Fig.8）。一見非常に危険な状態であるが、る機能が違い、このため外観上も同じオープンホイ

このためアームレストレイントというドライバーのールフォーミュラカーではあるものの、かなり異な腕を拘束するベルトの装着が義務付けられている。

ったデザインとなっていることがわかった。

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