JP2005297929A - 車両用スリップ防止補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路のいずれであってもタイヤ面を有効に冷却し、ブレーキ制動時その他の必要時にタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させ得る車両用スリップ防止補助装置を得る。
【解決手段】車両用スリップ防止補助装置は、冷媒を収容する容器を有する冷媒噴射ユニットＡ₁ 、Ａ₂ と、これを駆動回路１１を介して制御し駆動する制御回路１０とを備えている。冷媒噴射ユニットＡ₁ 、Ａ₂ は同一構成で、スプレ缶１内の冷媒を、ソレノイド４の電磁コイル５によりプランジャ６を作動させて放出し、噴射ノズル８ｂからタイヤ表面に吹付けて、タイヤ表面に付着した冷媒の気化によりタイヤ表面を冷却する。凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路かの判定をし、ブレーキ制動時やその他の必要時にユニットＡ₁ とＡ₂ のいずれかにより有効にタイヤを冷却しタイヤの摩擦係数μを増大させる。
【選択図】図１

Description

この発明は、車輪タイヤの路面に対する摩擦係数を、タイヤを冷却することにより増加させる車両用スリップ防止補助装置に関する。

走行時の車輪タイヤの路面に対する摩擦係数を増大させる手段が種々提案されているが、かかる手段は一般に冬季路面の凍結路が対象であり、例えば特許文献１ではスリップ防止粒子を粒子保温手段により保温し、保温した粒子を凍結路面に付着させて凹凸を形成し、接触摩擦力を増加させる手段を示している。又、上記粒状物を散布する手段以外に、空気をタイヤに吹付けてタイヤの摩擦熱による温度上昇の防止を図る方法が特許文献２により提案されている。

この特許文献２による自動車タイヤのスリップ防止法では、フエンダ部等に設けたノズルから外気より数度低下するように空気をタイヤに吹付けてタイヤの温度上昇を防止することを提案している。さらに凍結路でのスリップ時に車輪前方の路面を冷却してスリップを防止する方法が特許文献３により提案されている。このスリップ防止方法では、車輪のスリップを防止すべき状態を検出すると、車輪前方に気化熱により路面を冷却する冷却物質を放出し、車輪前方の路面を冷却するとされている。

しかし、上記いずれの例も冬季路面の凍結路でのスリップ防止が対象であり、凍結路以外のＷｅｔ路（路面が水で濡れた状態）や、冬季以外の一般的な乾燥状態の路面であるＤｒｙ路に対しては効果が期待できない。スリップ防止粒子となる砂等を凍結路以外の路面で散布すると、砂粒等により却ってスリップし易くなり、又低温空気を路面に吹き付けても路面の熱容量が大きいため、タイヤを冷却する効果が薄いからである。摩擦係数μを増大させる手段は、凍結路は勿論のこと、Ｗｅｔ路、Ｄｒｙ路に対しても共通に利用できることが望ましいが、従来は主として凍結路を対象としており、凍結路、Ｗｅｔ路、Ｄｒｙ路のいずれであっても有効にスリップを防止する手段が求められている。
特開平８−２５９０５号公報 特開昭５０−１００７０３号公報 特開平６−２９３２０２号公報

この発明は、上記の問題に留意して、凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路のいずれであってもタイヤ面を有効に冷却することによって、ブレーキ制動時その他の必要時にタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させ得る車両用スリップ防止補助装置を提供することを課題とする。

この発明は、上記の課題を解決する手段として、車輪の外周辺に冷媒を収容した容器を配置し、この容器の冷媒をノズルからタイヤに吹付け、付着した冷媒の気化によりタイヤを冷却してタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させるようにした車両用スリップ防止補助装置としたのである。

上記の構成としたこの発明の車両用スリップ防止補助装置によれば、冷媒をタイヤ表面（外周面）又は側面に吹付けると、その冷媒の気化によりタイヤを冷却することができ、これによりタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させることができる。冷媒は容器内に所定圧力で液化されて収容されており、容器の開口を開放すれば噴射ノズルから霧状（液滴状）で噴射され、タイヤ表面又は側面に瞬時に付着し、付着した冷媒が気化することによりタイヤから熱を奪ってタイヤが冷却される。タイヤ表面又は側面を冷却すると、凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路のいずれであれ、タイヤの路面に対する摩擦係数が増大する。

ゴム高分子材料を用いたタイヤの摩擦力は、タイヤゴムの粘着力（接着力）とタイヤゴムが路面の凹凸による伸縮で繰り返される変形に伴う摩擦仕事に対応するヒステリシス分力とから成り、一般に粘着力がヒステリシス分力より数倍大きく、かつヒステリシス分力は高温から低温（０℃付近）に冷却されてもわずかに増大するだけであるが、粘着力は低温になる程増大し、従って摩擦係数が増大する。このため、凍結路、Ｗｅｔ路、あるいはＤｒｙ路のいずれであれタイヤ表面を冷却して低温にする程摩擦係数が大きくなる。このため、この発明ではタイヤ表面又は側面に冷媒を積極的に吹付けて、摩擦係数の増大が十分有効な値となるようにしたのである。

走行路面が凍結路、Ｗｅｔ路である場合は、路面の温度が一般に低く単に冷媒を吹付面が路面に接地する直前に吹付ければよいが、Ｄｒｙ路では大気中に含まれる水分が冷媒の吹付けでタイヤの吹付面の気化、冷却による温度低下で結露してタイヤ表面が濡れ、却って摩擦係数μが小さくなりスリップする場合がある。従って、凍結路、Ｗｅｔ路の場合は、車両の進行方向の前方から後向きに車輪のタイヤ面に向って、又Ｄｒｙ路の場合は結露した水分が蒸発、飛散により除去されるよう路面への接地を時間的に遅らせるため、車輪の後方から前方のタイヤ面に向って冷媒を噴射できるように冷媒噴射ユニットを両方の位置に設け、路面の状態によってそのいずれかを選択的に作動させるのが望ましい。

この発明の車両用スリップ防止補助装置は、路面が凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路のいずれであれ、冷媒をノズルからタイヤに積極的に吹付けて付着した冷媒の気化によりタイヤを冷却し、摩擦係数を増大させるようにしたから、タイヤの路面に対する摩擦力が有効に飛躍的に増大し、ブレーキ制動時やその他の必要時に応じて確実に摩擦力が向上し、制動距離の短縮や、スリップ防止による旋回性能の向上を可能とする効果が得られる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は実施形態の車両用スリップ防止補助装置の全体概略構成図を示す。図１では、冷媒噴射ユニットＡ₁ 、Ａ₂ を前輪の１輪の前後に設けた例を示しているが、他の前輪及び後輪に対しても同様に設けられる。但し、冷媒噴射ユニットＡ₁ とＡ₂ は全く同一の構成、機能であり、以下では主としてＡ₁ を代表させて説明する。図示のように、冷媒噴射ユニットＡ₁ は、制御回路（ＥＣＵ）１０からの制御信号を駆動回路１１へ送り、駆動ラインＬｃからの電源信号で後述するソレノイド４を駆動して作動するように接続されて車両用スリップ防止補助装置が構成されている。但し、後述するように、冷媒噴射ユニットＡ₁ 、Ａ₂ と同一構成、作用の他の冷媒噴射ユニットＡ₃ 、Ａ₄ を用いる場合もある。

制御回路１０へは車輪速度センサＳ₁ 〜Ｓ₄ 、ブレーキ装置のブレーキペダルＰＤ_B のブレーキ圧検出器Ｓ_B （但し、ブレーキ踏力検出器でも可）、アクセルのアクセルペダルＰＤ_A の作動を検出するアクセル検出器Ｓ_A のそれぞれの検出信号が入力される。制御回路１０には、後述するように走行路面が凍結路、Ｗｅｔ路、あるいはＤｒｙ路であるかを、ブレーキ作動時のブレーキ圧検出器Ｓ_B 、車輪速度センサＳ₁ 〜Ｓ₄ からの信号、及び図示しないが加速度センサ（減速度）及び外気の温度センサ等からの信号に基づいて判定するプログラムを含むものとする。但し、そのプログラムの内容がこの発明の主要部ではないから、詳細な説明は省略する。又、上記判定プログラムの判定結果により、後述するように、他の冷媒噴射ユニットＡ₂ 又はＡ₃ 、さらにＡ₄ を作動させる場合もある。

冷媒噴射ユニットＡ₁ の詳細構成については後述するが、その取付位置は、図示の例では車輪Ｗの外周付近で、その接続パイプ８の端末の噴射ノズル８ｂから冷媒を車輪（前輪）Ｗのタイヤ進行方向の前方から後方に向ってタイヤトレッド面に噴射するのに適する車体フレーム等の適宜位置に設置する。なお、冷媒噴射ユニットＡ₂ は、Ｄｒｙ路に対応するために前方の冷媒噴射ユニットＡ₁ と全く同一構成のものを車輪ＷのＡ₁ に対向する後方位置に設けている。これは、Ｄｒｙ路ではタイヤに結露した水分が蒸発、飛散により除去されるよう路面への接地を時間的に遅らせることができるような位置として設定したからである。さらに、冷媒噴射ユニットＡ₃ のように、タイヤ舵角軸心付近上にノズルを配置して舵角によってタイヤ面へ噴射するノズル位置を動かす必要をなくしてもよい。

冷媒噴射ユニットＡ₁ は、図２に示すように、冷媒を収容した冷媒容器として冷媒スプレ缶１を保持器２に対し弾性を有するその保持バンド２ａにより着脱自在に装着し、その上方の取付座３上に電磁コイル５、プランジャ６から成るソレノイド４と、冷媒を外部へ導出するためのノズルチップ７を備えている。プランジャ６は図中のばねによりコイルへの非通電時は上方に押上げられている。カバー（又はヨーク）５ａ内に設けられた電磁コイル５へは電源信号が駆動ラインＬｃから送られ、発生した電磁力でプランジャ６の下方に向けて端板４ａを貫通して設けた突出ロッド６ａを下方に押下げ、これによりノズルチップ７を下方へ押下げてノズルチップ７の弁座７ａの斜面を冷媒スプレ缶１の噴射パイプ１ａに当接させ、噴射パイプ１ａを押下げると噴射パイプ１ａから圧送される冷媒がノズルチップ７内の導通孔７ｂを通り、接続パイプ８へと送られるように設けられている。

ノズルチップ７は、図示省略しているが、通常（非通電時）は取付座３に設けた弾性部材のばね（例えば皿ばね）の力で、図２に示す上方の位置に押圧されており、冷媒を噴射する際はこのばね力及びプランジャ６のばね力に打勝ってノズルチップ７を端面７ｃに沿って下方に押下げ得る電磁力をソレノイド４は発生するものとする。接続パイプ８は、一端がノズルチップ７の導通孔７ｂに嵌合、接続され、他端は噴射ノズル８ｂとして形成されている。但し、後述する冷媒噴射ユニットＡ₄ では接続パイプ８は省略され、ノズルチップ７の端に噴射ノズル７ｄが設けられている。

冷媒スプレ缶１内に収容されている冷媒は、図示の例ではフロン１３４ａ（ＨＦＣ１３４ａ）（いわゆる代替フロン）が用いられる。このフロン１３４ａは、塩素Ｃｌ成分を含まず、従ってオゾン層を破壊する危険が全くなく、沸点が−２６℃以下で、常温での貯蔵圧力が６ｋｇｆ／ｃｍ² と低く、常温の大気中に放出されると速やかに気化するという性質を有し、比較的簡易に十分な安全性を確保できるという利点を有する。但し、冷媒としてはフロン１３４ａは一例であり、他のフロン系冷媒、あるいは非フロン系の冷媒でもよく、タイヤ表面（外周面）又は側面に吹付けてタイヤを冷却する作用を有する冷却物質であればよい。

上記のように構成したこの実施形態の車両用スリップ防止補助装置は、着脱自在、即ちワンタッチで装着可能な冷媒スプレ缶１を装着してスリップ防止のための冷媒の噴射の可能な状態で走行中に作動させる。ブレーキ作動時に走行路が凍結路、又はＷｅｔ路であることを前述した各種センサ、検出器からの検出信号により制御回路１０の所定のプログラムで判定すると、その制御信号の指令により前方の冷媒噴射ユニットＡ₁ が作動して冷媒が噴射ノズル８ｂから噴射され、タイヤ表面が冷却される。このため、タイヤの路面に対する摩擦係数μが増大し、制動効果が大きくなる。冷媒噴射は、前述したように、ソレノイド４が作動するとプランジャ６の突出ロッド６ａでノズルチップ７を押し下げ、これにより冷媒スプレ缶１の噴射パイプ１ａを押し下げて冷媒を噴射し、ノズルチップ７から接続パイプ８を経て噴射ノズル８ｂより噴射される。

一方、ブレーキ作動時に走行路がＤｒｙ路であることを制御回路１０で判定すると、前方の冷媒噴射ユニットＡ₁ を作動させた場合、一般に外気が冬期より高いため湿度が高く、タイヤを冷媒の噴射により冷却すると外気に含まれる水分がタイヤ表面に結露して濡れるため、逆に摩擦係数μが低下する可能性が高くなる。従って、Ｄｒｙ路でのブレーキ作動時には前方の冷媒噴射ユニットＡ₁ ではなく、後方の冷媒噴射ユニットＡ₂ を制御回路１０で選択し、その制御回路からの指令を後方の冷媒噴射ユニットＡ₂ へ送り、タイヤ表面に後方から噴射する。

これは、前述したように、タイヤ後方からタイヤ表面に噴射することによりその噴射面が接地するまでの時間を遅らせ、その間に結露による水分の蒸発又は遠心力による水分の飛散によりタイヤの濡れを減少させ、冷却効果を保持して摩擦係数μの増大を図るためである。なお、上記例ではＤｒｙ路の場合、後方の冷媒噴射ユニットＡ₂ を使用するとしたが、図３に示すように冷媒噴射ユニットＡ₄ を車両のタイヤより内側に設置し、タイヤ表面に近いタイヤ側面に冷媒を噴射させてタイヤ表面を冷却するようにしてもよい。

上記各例では冷媒のタイヤ表面又は側面への噴射によってタイヤ表面を冷却し、これによりタイヤの路面に対する摩擦係数μを増大させるとしたが、これはタイヤの技術分野における次のような説明（例えば技術誌「タイヤの話」服部六郎著、大成社）に基づいている。即ち、タイヤの摩擦力Ｆは、タイヤのゴム高分子材料の粘着力Ｆ_A （又は接着力、Adhesion）と、タイヤ表面が路面の凹凸によって繰り返し変形して摩擦仕事として消費されるヒステリシス（Hysteresis）損失に対応するヒステリシス分力Ｆ_H とに分けられるが、一般に粘着力Ｆ_A の占める割合の方がヒステリシス分力Ｆ_H より数倍大きい。そして、Ｄｒｙ路で高温の場合は、それぞれの分力に対する摩擦係数μは共に低下するが、特に粘着力の摩擦係数はその低下が著しくなり、反対にタイヤの温度が低くなる程急激に大きくなる。

これに対してヒステリシス分力による摩擦係数は低温である程大きいが、高温では少し低下する程度であり、比較的その変化の割合は小さい。従って、凍結路、Ｗｅｔ路であれば、タイヤの温度は比較的低く、又は低くなるため粘着力による摩擦係数が大となるが、冷媒の噴射によりタイヤ表面の温度をさらに低くすることにより益々摩擦係数は大となる。一方、Ｄｒｙ路で高温の場合、粘着力は大きく減少し、この場合にタイヤ表面に冷媒を噴射することにより冷却すれば、摩擦力が大きく回復することとなる。

又、他の技術誌（「路面のすべりとその対策」市原薫、小野田光之著、技術書院、平成９年３月２５日発行（第１刷））によれば、路面の温度とすべり摩擦係数ｆとの関係を図４、図５に示すように、実測値で示されており、上述した変化が分かる。図中の曲線は次の実験式で表される。
・コンクリート、湿潤路（図４）
ｆ＝0.000105ｔ² ＋0.00002 ｖｔ−0.0111ｔ＋0.000056ｖ² −0.0117ｖ＋1.19
・コンクリート、乾燥路（図５）
ｆ＝0.000139ｔ² ＋0.00003 ｖｔ−0.0113ｔ＋0.00005 ｖ² −0.0066ｖ＋1.11

上記研究によれば、乾燥路面では路面温度が０℃近く、しかも走行速度が４０ｋｍ／ｈより小さい場合、比較的大きな摩擦係数値が得られ（Ｐ１８）、温度の摩擦係数に対する影響は、温度の低いところでは１℃増大するごとに摩擦係数は約０．０１減少する。この傾向は温度の上昇と共に小さくなり、４０℃付近では温度変化の影響はほとんど０になる（Ｐ２２）。一方、湿潤路面ではほぼ乾燥路の場合と同様であり、温度の低いところでは１℃増大するごとに摩擦係数は約０．０１減少する。この傾向は温度の上昇とともに小さくなり、５０℃付近では温度変化の影響はほとんど０となる（Ｐ２３）。

なお、この実施形態では各冷媒噴射ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ の作動は、急ブレーキ時を要件としている。この急ブレーキ要件とは、例えば通常走行中、あるいは低速走行中（２０〜１０ｋｍ／Ｈ程度以下）に緊急制動を必要とする場合、又前方障害物と衝突の可能性がある場合、交差点進入直前に信号機が赤信号に変化したことに気付くのが遅れた場合、カーブした道路でカーブを曲り切れずにガードレールと衝突の可能性がある場合等である。

このような急ブレーキ要件を制御回路１０に含まれるプログラムで判断すると共に、このプログラムには冷媒噴射による冷却効果を上げるため、次のようなプログラムも含む。即ち、アクセルペダルＰＤ_A を急に離した場合、アクセル検出器Ｓ_A によるその状態を検出した信号を制御回路１０に送り、次に急ブレーキが行なわれてブレーキペダルＰＤ_B の踏込みにより生じる信号がブレーキ圧検出器Ｓ_B から送られて来ることを予測して所定時間のタイムラグを設け、その信号が来れば冷媒噴射ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ のうちの所定のユニットを作動させ、その間に急ブレーキの信号が送られて来ない場合は作動させず、又所定時間内に急ブレーキ信号が送られて来たが、その後直ちに急ブレーキ信号が無くなった場合は作動を直ちに停止させるプログラムを含むものとする。

さらに、上記プログラムには冷媒噴射ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ のそれぞれの作動時間を各別に積算し、冷媒スプレ缶内の現在の残量を演算により算出して推定し、残量小となれば警告信号を送り音声又は表示ランプ等により警告をして冷媒スプレ缶１の交換を促すようなプログラムも含むものとする。又、上記実施形態では、冷媒噴射ユニットＡ₁ 〜Ａ₄ を作動させるのは、ブレーキ作動時として説明したが、例えば急発進時や急加速、あるいは旋回操舵を必要とする走行中の特定条件下で作動させてもよく、それぞれの場合に摩擦係数μが増大すればそれだけ急発進、急加速、急旋回が効果的に行なえることとなる。

以上の実施形態では車両の前進時を前提として説明したが、シフトレバーがバック（後退位置）に入れられた場合、シフトレバーのバック位置の信号を制御回路１０へ送り、その信号により前方の冷媒噴射ユニットＡ₁ と後方の冷媒噴射ユニットＡ₂ を前進時とは逆に動作させるように制御する。これにより凍結路、Ｗｅｔ路、又はＤｒｙ路のいずれであれ、前進、後退のどちらでも摩擦係数を増加させることが可能となる。

さらに、上記実施形態では冷媒を収容する容器はワンタッチで着脱自在のスプレ缶方式の容器としたが、スプレ缶に替えて固定式のボンベを冷媒収容容器として保持器２により固定して設け、あるいはボンベを運転席内の適宜位置等に固定し、このボンベに接続パイプを接続し、パイプ端末から冷媒を送液できるようにして、冷媒が無くなると充填できる充填形式の容器にしてもよい。

この発明の車両用スリップ防止補助装置は、冷媒を積極的に吹付けてタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させる機能を有するから、タイヤで走行するあらゆる種類の車両に広く利用することができる。

実施形態の車両用スリップ防止補助装置の全体概略構成図 冷媒噴射ユニットの一部断面部分を含む拡大側面図 タイヤ側面から冷媒を噴射する場合の冷媒噴射ユニットの配置図 コンクリート舗装路面（湿潤）の温度に対するすべり摩擦係数ｆの変化曲線 コンクリート舗装路面（乾燥）の温度に対するすべり摩擦係数ｆの変化曲線

符号の説明

１ スプレ缶
２ 保持器
３ 取付座
４ ソレノイド
５ 電磁コイル
６ プランジャ
７ ノズルチップ
８ 接続パイプ
１０ 制御回路
１１ 駆動回路
Ａ₁ 〜Ａ₄ 冷媒噴射ユニット
Ｗ 車輪
Ｓ₁ 〜Ｓ₄ 車輪速度センサ
Ｓ_A アクセル検出器
Ｓ_B ブレーキ圧検出器
Ｌｃ 駆動ライン

Claims (6)

1. 車輪の外周辺に冷媒を収容した容器を配置し、この容器の冷媒をノズルからタイヤに吹付け、付着した冷媒の気化によりタイヤを冷却してタイヤの路面に対する摩擦係数を増大させるようにした車両用スリップ防止補助装置。
2. 前記冷媒を収容した容器と、その容器開口を電磁力で開放するアクチュエータと、開口からの冷媒を噴射する噴射ノズルとにより構成される冷媒噴射ユニットを備えたことを特徴とする請求項１に記載の車両用スリップ防止補助装置。
3. 前記冷媒噴射ユニットを車輪の進行方向の少なくとも前、後位置に設け、凍結路、Ｗｅｔ路又はＤｒｙ路のいずれかによって前、後位置の冷媒噴射ユニットによる冷媒噴射の作動を選択自在に設けたことを特徴とする請求項２に記載の車両用スリップ防止補助装置。
4. 前記冷媒噴射ユニットを車両の車輪より内側の適宜位置に設け、噴射ノズルによる冷媒の噴射をタイヤ側方に向うように設置したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の車両用スリップ防止補助装置。
5. 前記冷媒噴射ユニットを後進時にはその後進を表わす信号により車輪の進行方向の前、後位置の冷媒噴射ユニットに対し、前進時とは逆に選択自在に設けたことを特徴とする請求項３に記載の車両用スリップ防止補助装置。
6. 前記冷媒を収容する容器として、この容器を車両の適宜位置に保持する保持部材により着脱自在に装着できるスプレ缶を用いて冷媒を収容したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の車両用スリップ防止補助装置。

Images