JP2006069484A - タイヤ空気圧調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤ空気室の気密保持の確実性を増加させる。
【解決手段】 タイヤ空気圧調整装置３０は、タイヤ内の空気圧と車体側から供給される空気圧との圧力差に応じて、タイヤ内の空気圧を調整する。第１ブロックは、タイヤ内に空気圧を加圧するための弁を含む。第２ブロックは、タイヤ内の空気圧を減圧するための弁を含む。第３ブロックは、タイヤ内の空気圧を保持する。車両側から大気圧が供給されている状態では、第３ブロックが選択される。タイヤ内の空気圧より高い空気圧を車両側から供給されている状態では、第１ブロックが選択される。タイヤ内の空気圧より所定の値、低い空気圧を車両側から供給されている状態では、第２ブロックが選択される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、自動車等の車両に使用されるタイヤの空気圧を車体側からの制御により調整するタイヤ空気圧調整装置に関する。

タイヤは空気を注入することにより初めて機能を発揮する。空気が規定より低いと、変形により抵抗が増加したり、操縦性能が低下したりする等の影響がでる。逆に、空気圧が高すぎるとタイヤの変形はほとんどなくなるが、振動が大きくなり乗り心地が悪くなったり、接地面積が小さくなる等の影響がでる。

そこで、車体側からタイヤ内の空気圧を増圧、減圧する等の調整をする手法が種々提案されている。例えば、特許文献１は、ダイヤフラム弁とスプール弁とを含む空気圧調整弁をタイヤ側に設置し、圧力制御弁及び圧力放出弁を車体側に設置する機構を開示する。この機構は、タイヤ空気室の空気圧と、圧力制御弁及び圧力放出弁により調整された車体側から供給される空気圧との圧力差により、上記空気圧調整弁を増圧、中立、または減圧位置に制御する。これによると、車両が停止しているときは勿論、たとえ走行中であっても車室内から任意に、または全く自動的にタイヤの空気圧を制御できるとしている。
特開平４−２８７７０５号公報

このように、タイヤ側に設けられる空気圧調整弁を電気的制御によらずに、圧力差によって制御する構成が開示されているが、本発明者は、タイヤ空気室の気密保持の確実性をさらに増加させる手法を見い出した。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤ空気室の気密保持の確実性を増加させるタイヤ空気圧調整装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のタイヤ空気圧調整装置は、タイヤ内の空気圧と車体側から供給される空気圧との圧力差に応じて、タイヤ内の空気圧を調整するタイヤ空気圧調整装置であって、タイヤ内に空気圧を加圧するための弁を含む第１ブロックと、タイヤ内の空気圧を減圧するための弁を含む第２ブロックと、タイヤ内の空気圧を保持するための第３ブロックと、を備える。車体側から供給される空気圧に応じて、第１から第３ブロックのいずれかが選択され、機能する。

この態様によると、ブロックを選択して増圧等の制御を行うことにより、少なくとも、１つの弁の位置を移動させて制御する場合より、タイヤ空気室の気密保持の確実性を増加させることができる。

第１から第３ブロックは、一体で可動ユニットを構成し、車体側から供給される空気圧に応じて可動ユニットが移動することにより、タイヤ内に通じるポートと車体側に通じるポートとの間に、選択されたブロックが配され、該ブロックが機能してもよい。この態様によると、増圧等に対応するブロックをユニット化することにより、空気圧制御を行い易くすることができる。

車体側から大気圧が供給されている状態において、第３ブロックが選択されるよう、可動ユニットを付勢する付勢手段をさらに備えてもよい。この態様によれば、車体側から大気圧が供給されている状態において、ダイヤフラム弁等の機構を設けなくても、タイヤ内の空気圧を保持する状態を保つことができる。

車体側から供給される空気圧がタイヤ内の空気圧よりも所定の値、低くなるよう車体側から加圧されている状態において、付勢手段に抗して第２ブロックが選択されてもよい。この態様によると、車体側から加圧している状態で、タイヤ内の空気圧を減圧することができる。

本発明によれば、タイヤ空気室の気密保持の確実性を増加させることができる。

本発明の一実施形態は、路面状態または走行状態に応じてタイヤ内の空気圧を適正値に制御するタイヤ空気圧制御システムにおいて、タイヤ側に設けられ、減圧または増圧時には車体側からの空気の供給を受けるかまたは空気を排出させ、それ以外のときにはタイヤの気密を確保するためのタイヤ空気圧調整装置を提供する。

図１は、本実施形態によるタイヤ空気圧制御システム１０の全体構成図である。車体１２と各車輪２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬ（以下、これらを適宜「車輪２０」と総称する）との間には、図示しないサスペンションが装着されている。車輪２０は、主にホイールとゴムタイヤから構成され、ホイールとゴムタイヤの間にタイヤ空気室が形成されている。なお、符号ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬは、それぞれ右前、左前、右後、左後の位置を示している。

車輪２０のいずれかには、車輪の回転数を検出する車輪速センサ３６が設置される。車輪速センサ３６は、各車輪に対応して設けられていてもよい。

車輪２０には、タイヤ空気室内の圧力を検出するための空気圧センサ２２ＦＬ、２２ＦＲ、２２ＲＲ、２２ＲＬ（以下、これらを適宜「空気圧センサ２２」と総称する）が設けられている。空気圧センサ２２、車輪速センサ３６の検出信号は、車体に備えられる電子制御装置８０（以下、「ＥＣＵ８０」と表記する）に供給される。空気圧センサ２２は、タイヤ空気室内に設ける代わりに、タイヤ空気室に連通する空気供給ライン９０の途中に設けるようにしてもよい。

車体１２と車輪２０の間には、それぞれ回転エアシール３２ＦＲ、３２ＦＬ、３２ＲＲ、３２ＲＬが設けられており、車体１２側から車輪２０のタイヤ空気室内に空気を導入することができるようになっている。回転エアシールは、車輪２０のハブに設けられ車体１２の空気供給ライン９０とタイヤ空気室とを連通する空気流通部（図示せず）と、これを気密に保ちつつ車輪２０の回転を許容するシール材（図示せず）とからなり、車両の走行中に車輪２０のタイヤ空気室内に空気を供給することを可能としている。

回転エアシール３２の先には、各車輪２０のタイヤ空気室との連通または遮断状態を切り換えるためのタイヤ空気圧調整装置３０ＦＲ、３０ＦＬ、３０ＲＲ、３０ＲＬ（以下、これらを「タイヤ空気圧調整装置３０」と総称する）が設けられている。このタイヤ空気圧調整装置の詳細な構造および動作については、後述する。

回転エアシール３２に連通する空気供給ライン９０の途中には、車輪２０ＦＲ、２０ＦＬ、２０ＲＲ、２０ＲＬに対応してそれぞれタイヤ空気圧制御バルブ４２ＦＲ、４２ＦＬ、４２ＲＲ、４２ＲＬ（以下、これらを適宜「タイヤ空気圧制御バルブ４２」と総称する）が設けられている。このタイヤ空気圧制御バルブ４２は、ＥＣＵ８０と電気的に接続されており、ＥＣＵ８０からの信号に応じて開弁状態と閉弁状態とに切り替えることができる。

車体１２には、空気供給ライン９０に空気を圧縮供給するためのコンプレッサ６０が備えられている。モータ６２は、コンプレッサ６０に動力を供給する。モータ６２が回転すると、空気吸入口６４を介して外部から空気が取り込まれ、コンプレッサ６０により圧縮される。圧縮された空気は、ドライヤ７４に流入する。ドライヤ７４は、シリカゲル等の乾燥剤を収容しており、流入した空気を乾燥して空気供給ライン９０に供給する。

車体１２には、さらにコンプレッサ６０から供給される圧縮空気を蓄えることのできる高圧タンク６６と、高圧タンクへの空気の流出入を制御する高圧タンクバルブ６８が設けられていてもよい。高圧タンク６６は、コンプレッサ６０から圧縮した空気を送り込むことで、例えば７００〜８００ｋＰａに維持されている。高圧タンク６６とコンプレッサ６０の両方から圧縮された空気をタイヤ空気室に供給することで、タイヤ空気圧増圧時の応答性を向上させることができる。したがって、コンプレッサ６０の能力が十分であれば、高圧タンク６６を車体１２に備えていなくてもよい。

ドライヤ７４から供給された空気は、逆止弁７８を経由して、タイヤ空気室に連通する空気供給ライン９０に流入する。この逆止弁７８は、コンプレッサ６０側から空気が供給されると開放して、空気供給ライン９０に空気を流し、逆方向の空気の流れを防止する。逆止弁７８をバイパスするように、オリフィス７６が設けられている。空気供給ライン９０からの空気は、オリフィス７６に流入して、流速を低下させられてからドライヤ７４に流入する。こうすることによって、ドライヤ７４のシリカゲルに吸収された水分を還元することができる。ドライヤ７４を通過した空気は、排気バルブ７０を介してサイレンサ７２から車外に放出される。

図２は、本実施形態に係るタイヤ空気圧制御システム１０の構成を示すブロック図である。ＥＣＵ８０には、空気圧センサ２２ＦＲ、２２ＦＬ、２２ＲＲ、２２ＲＬにより検出された各車輪２０のタイヤ空気圧と、車輪速センサ３６により検出された車輪速が入力される。

タイヤ空気圧制御システム１０は、ドライバーのスイッチ操作によりタイヤ空気室内の空気圧を選択できる空気圧切換装置（図示せず）を備えていてもよく、この場合、車体１２の図示しない車室内には、空気圧切換スイッチ５２を設けておく。これによって、ドライバーの嗜好に合った走行を実現することができる。この空気圧切換スイッチ５２のオンオフ情報もＥＣＵ８０に入力される。

ＥＣＵ８０には、タイヤ空気圧制御バルブ４２ＦＲ、４２ＦＬ、４２ＲＲ、４２ＲＬ、排気バルブ７０、高圧タンクバルブ６８およびコンプレッサ６０を駆動するモータ６２が電気的に接続されている。ＥＣＵ８０は、上述した各種センサおよびスイッチからの信号に基づいて、これらの制御バルブおよびモータ６２に制御信号を出力する。

ＥＣＵ８０の内部構成は、機能ブロック図で表されている。ここに示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵやメモリをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックとして描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

ＥＣＵ８０内の車速演算部８２は、車輪速センサ３６により検出された車輪回転数に基づいて、車両の車速を演算する。タイヤ空気圧判定部８６は、空気圧センサ２２からの信号に基づいて、各車輪２０のタイヤ空気圧の目標値に対する高低を判定する。空気圧制御部８８は、ドライバーによるスイッチ操作または所定のアルゴリズムにしたがって、タイヤ空気圧の目標値を設定する。そして、空気圧制御部８８は、タイヤ空気圧判定部８６における判定結果に基づいて、タイヤ空気圧制御バルブ４２、高圧タンクバルブ６８および排気バルブ７０の開閉を適宜制御して、車輪２０のタイヤ空気圧がそれぞれの目標値に達するようにする。

タイヤ空気圧が空気圧制御部８８の設定した目標値よりも小さい場合、空気圧制御部８８は、モータ６２およびドライヤ７４に信号を送り、圧縮空気を作り出す。このとき、タイヤ空気室の空気圧より高い値の圧縮空気を作り出す。また、空気圧制御部８８は、各車輪のタイヤ空気室に連通する通路の途中にある高圧タンクバルブ６８を開弁する信号を出力する。これによって、コンプレッサ６０により圧縮された空気と、高圧タンク６６内に蓄積された圧縮空気が、ドライヤ７４、開放した逆止弁７８、空気供給ライン９０、タイヤ空気圧制御バルブ４２およびタイヤ空気圧調整装置３０を通ってタイヤ空気室内に流入し、空気圧が上昇する。

タイヤ空気圧が空気圧制御部８８の設定した目標値よりも大きい場合、空気圧制御部８８は、上述した手法と同様に圧縮空気を作り出し、タイヤ空気圧調整装置３０に供給する。このとき、後述するような手法で調整された空気圧の圧縮空気を作り出す。すると、タイヤ空気室からタイヤ空気圧調整装置３０を通って空気が流出し、回転エアシール３２、空気供給ライン９０、排気バルブ７０を経由して、サイレンサ７２から排出される。

タイヤ空気室を密閉する場合、空気圧制御部８８は、排気バルブ７０を開弁して大気解放する。タイヤ空気圧調整装置３０は、車体側から大気圧が供給されるとタイヤ空気室を密閉する。この詳細な構成は後述する。

本実施形態に係るタイヤ空気圧調整装置３０の役割のひとつは、タイヤ空気圧の制御をしない通常時に、回転エアシールにタイヤ空気圧をかけないことである。これは、回転エアシールにタイヤ空気圧がかかるとシールの摩耗が大きくなり、シールの寿命が低下するからである。また、タイヤ空気圧調整装置３０を車輪２０のホイールに設けることによって、後述するように、車体側に設けられたコンプレッサと各制御バルブをＥＣＵ８０でコントロールすることで、タイヤ空気圧調整装置３０に電気信号を与える必要なく、また、既存のタイヤ空気圧制御システムに新たな構成要素を付加する必要なく、タイヤ空気室への空気の供給、排出または密閉を車体側から切り換えることが可能となる。

以下、図３ないし図５を参照して、タイヤ空気圧調整装置３０の構造および動作を説明する。

図３は、タイヤ空気圧調整装置３０の構成を示す図であり、空気圧調整をせずにタイヤ空気室を密閉しているときの状態を示す。タイヤ空気圧調整装置３０の可動ユニット１００は、第１ブロック１０２、第２ブロック１０４及び第３ブロック１０６を含む。第１ブロック１０２は、タイヤ空気室に加圧するためのブロックであり、逆止弁を含む。この逆止弁は、車体側から空気が供給されると開放し、逆方向の空気の流れを防止する。

第２ブロック１０４は、タイヤ空気室に減圧するためのブロックであり、逆止弁を含む。この逆止弁は、タイヤ側から空気が供給されると開放し、逆方向の空気の流れを防止する。第３ブロック１０６は、タイヤ空気室に接続される第１ポートと、車体側の空気供給ライン９０に接続される第２ポートとを遮断し、タイヤ空気室を密閉するためのブロックである。

可動ユニット１００には、バネ等から構成される付勢手段１０８、１１０がハウジング（図示せず）等に付設されている。また、タイヤ側の第１ポートの圧力は、上記したいずれかのブロック及び可動ユニット１００の左側面に作用する。一方、車体側の第２ポートの圧力は、上記したいずれかのブロック及び可動ユニット１００の右側面に作用する。

空気圧調整をしないとき、つまりタイヤ空気室を密閉しているとき、第２ポートが大気解放されている状態で、第３ブロック１０６が第１ポートと第２ポートとの間に配されるよう設計する。具体的には、タイヤ空気室を密閉しているときの第１ポートの圧力、及び大気解放されている状態の第２ポートの圧力により両側面に作用する圧力差、各ブロックの大きさ及び質量、並びに可動ユニットの両側の付勢手段１０８、１１０の特性を最適値に設定する。この最適値は、理論的に求めることができるが、詳細な調整は実験的に求めてもよい。ここで、上記圧力差は、第２ポートが大気開放されている状態では、タイヤ圧が大気圧よりも高いため、可動ユニット１００を図上において右方に移動させる力となる。

次に、図４を参照して、タイヤ空気圧増圧時のタイヤ空気圧調整装置３０の動作について説明する。タイヤ空気圧を増圧する場合、まず、空気圧制御部８８は第２ポートに高圧空気を送る。すると、この空気による圧力がいずれかのブロック及び可動ユニット１００の右側面に作用する。第２ポートの圧力が第１ポートの圧力より大きくなると、可動ユニット１００を図上において左方に移動させる力が働く。さらに、その力が所定の大きさに達すると、付勢手段１０８、１１０に抗して可動ユニット１００を左方に移動させる。

そして、図示するように、第１ブロック１０２が第１ポートと第２ポートとの間に配されるようになる。第１ブロック１０２は、第２ポートから第１ポートへ連通する弁を備えるため、車体側から高圧空気をタイヤ空気室に供給することが可能になる。

続いて、タイヤ空気圧の増圧を停止するときのタイヤ空気圧調整装置３０の動作について説明する。タイヤ空気圧が所望の圧力に到達すると、空気圧制御部８８は、高圧空気の供給をやめ、第２ポートを大気開放する。すると、第１ポートは第２ポートより高圧となるため、可動ユニット１００は、今度は図４の右方に押される。そして、図３に示したように、第３ブロック１０６が第１ポートと第２ポートとの間に配されるようになる。このようにして、高圧空気の供給を停止すると、タイヤ空気室の気密が保たれるようになる。

次に、図５を参照して、タイヤ減圧時のタイヤ空気圧調整装置３０の動作を説明する。タイヤ空気圧を減圧する場合、空気圧制御部８８は、第２ポートの空気圧が第１ポートの空気圧より所定値だけ小さい空気圧となるよう、第２ポートに高圧空気を送る。すると、第１ポートは第２ポートより当該所定分、高圧となり、可動ユニット１００は図３の状態から右方に押される。そして、図５に示すように、可動ユニット１００は１ブロック分、右方に移動し、第２ブロック１０４が第１ポートと第２ポートとの間に配されるようになる。第２ブロック１０４は、第１ポートから第２ポートへ連通する弁を備えるため、タイヤ空気室の空気を排出することが可能になる。

逆にいえば、可動ユニット１００が付勢手段１０８、１１０に抗して、第１ポートと第２ポートとの間の位置に第２ブロック１０４が維持される程度の圧力差が第１ポートと第２ポートとの間に必要である。この圧力差を、上記所定値に設定する。空気圧制御部８８は、空気圧センサ２２の検出値からタイヤ空気圧が減圧してきたことを認識すると、それに対応して、ポート２に供給する空気を減圧するようモータ６２及び、ドライヤ７４に制御信号を送る。また、必要に応じて高圧タンクバルブ６８及び排気バルブ７０にも制御信号を送る。このように、常に上記圧力差を一定にするように制御することにより、第２ブロックを第１ポートと第２ポートとの間に維持することができる。

タイヤ空気圧の減圧を停止するときのタイヤ空気圧調整装置３０の動作は、増圧を停止する場合の手順と同様である。

次に、可動ユニット１００の具体的な設計例について説明する。通常、タイヤ空気室の圧力範囲は、１８０〜３５０ｋＰａ程度である。ポート２側の圧力で可動ユニット１００の移動を制御するため、ポート１とポート２との間には、ある程度の圧力差が必要である。例えば、空気圧センサ２２の精度を約±１０ｋＰａであると想定すると、上記差圧は、その十倍の１００ｋＰａ程度あれば十分なため、以下その値を基準に考える。

ここで、加圧、減圧時の圧力差が１００ｋＰａとする。弁の半径は２ｍｍとする。各ブロック１０２、１０４、１０６のストロークは１０ｍｍとする。ｋは付勢手段１０８、１１０たるバネのバネ定数を示す。
１０ｋ＝１／１００×２^２π
ｋ＝１．３×１０^−４ｋ［ｋｇ／ｍｍ］

以上説明したように、本実施形態によるタイヤ空気圧調整装置によれば、電気的な制御信号をタイヤ空気圧調整装置に送ることなく、車体側の空気圧力を制御するだけで、タイヤ空気室への空気の供給、空気の排出および非制御時の気密状態を切り換えることが可能となる。一般に、タイヤ空気圧調整装置は、車輪とともに車軸上で回転しているので、電気的な制御手段をこれに付設すれば、制御システムが非常に複雑になり、また故障を生じる可能性も高くなるので、そのような電気的な手段を使用しない方が好ましい。

また、従来のタイヤ空気圧調整装置のようにダイヤフラム弁を設ける必要がない。ブロック単位で弁を切り替えて増圧等の制御をすることにより、１つの弁を移動させて制御する場合より、タイヤ空気室の気密保持の確実性が増加する。また、逆止弁を使用することもでき、さらにその確実性が増加する。さらに、経年変化にも強い。

以上、実施の形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、そのような変形例について述べる。

可動ユニット１００を構成する第１ブロック１０２、第２ブロック１０４、第３ブロック１０６の並びは、上述したものに限定されるものではない。どのような配置にしても、その配置に対応した第２ポートの空気圧調整を行えばよい。

本発明の一実施形態に係る空気圧制御システムの全体構成図である。 タイヤ空気圧制御システムの機能ブロック図である。 タイヤ空気圧を保持するときのタイヤ空気圧調整装置の状態を示す図である。 タイヤ空気圧を増圧するときのタイヤ空気圧調整装置の状態を示す図である。 タイヤ空気圧を減圧するときのタイヤ空気圧調整装置の状態を示す図である。

符号の説明

１０ タイヤ空気圧制御システム、 ２２ 空気圧センサ、 ３０ タイヤ空気圧調整装置、 ３２ 回転エアシール、 ４２ タイヤ空気圧制御バルブ、 ６８ 高圧タンクバルブ、 ７０ 排気バルブ、 ８０ ＥＣＵ、 ８８ 空気圧制御部、 ９０ 空気供給ライン、 １００ 可動ユニット、 １０２ 第１ブロック、 １０４ 第２ブロック、 １０６ 第３ブロック、 １０８、１１０ 付勢手段。

Claims (4)

1. タイヤ内の空気圧と車体側から供給される空気圧との圧力差に応じて、前記タイヤ内の空気圧を調整するタイヤ空気圧調整装置であって、
   前記タイヤ内に空気圧を加圧するための弁を含む第１ブロックと、
   前記タイヤ内の空気圧を減圧するための弁を含む第２ブロックと、
   前記タイヤ内の空気圧を保持するための第３ブロックと、を備え、
   前記車体側から供給される空気圧に応じて、前記第１から第３ブロックのいずれかが選択され、機能することを特徴とするタイヤ空気圧調整装置。
2. 前記第１から第３ブロックは、一体で可動ユニットを構成し、
   前記車体側から供給される空気圧に応じて前記可動ユニットが移動することにより、前記タイヤ内に通じるポートと前記車体側に通じるポートとの間に、前記選択されたブロックが配され、該ブロックが機能することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ空気圧調整装置。
3. 前記車体側から大気圧が供給されている状態において、前記第３ブロックが選択されるよう、前記可動ユニットを付勢する付勢手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のタイヤ空気圧調整装置。
4. 前記車体側から供給される空気圧が前記タイヤ内の空気圧よりも所定の値、低くなるよう前記車体側から加圧されている状態において、前記付勢手段に抗して前記第２ブロックが選択されることを特徴とする請求項３に記載のタイヤ空気圧調整装置。

Images