JP2006199286A - 軽量転動組立体及びｅｓｐ装置を有するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】転動組立体を軽量化することができる一方で、依然として車両のランフラット移動性及び十分な横方向安定性を保証できるようにする。
【解決手段】リム（２２）、タイヤ（３０）及びタイヤトレッド支持リング（４２）で形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でもタイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体（１０）と、この転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子装置とを有するシステムであって、支持リングの軸方向幅ｌとタイヤトレッドの軸方向幅Ｌの比ｌ／Ｌが、０．３０以下であることを特徴とするシステム。
【選択図】図３

Description

本発明は、ランフラット走行可能に設計されたタイヤを有する転動組立体に関する。本発明は又、車両の動的挙動を制御する電子制御装置に関する。

〔定義〕
「転動組立体」という用語は、ホイール、ホイールに装着されたタイヤ及び場合によってはタイヤの内部の支持リングで形成される組立体を意味するものと理解されたい。

「ランフラット走行（running flat）」又は「延長モードで転動（rolling）」という表現は、インフレーション圧力がタイヤの推奨常用圧力と比較して異常に低い、場合によっては０でさえあるタイヤの転動状態を意味している。

例えばパンク後に従来型タイヤと比較して車両の移動性を保証し又延長する目的で低い圧力又は圧力が０でも動作できる乗用車用のタイヤ又はシステムが知られている。これらタイヤ又はシステムは、一般に「ランフラット（run flat）」型と呼ばれている。というのは、これらタイヤ又はシステムは、デフレート時（空気が抜けている時）でも転動を続行できるからである。この性能を可能にする技術的思想のうちの１つは、タイヤのサイドウォールの剛性が高いことに立脚しており、かかるサイドウォールはその場合であっても、半径方向圧縮下で働き、トレッドを支持できる。この技術的思想（これについては例えば米国特許第５，９６８，２９４号明細書を参照されたい）は、“ＳＳＴ”（Self Supporting Tire：自立型タイヤ）又は“ＺＰ”（Zero Pressure：ゼロ圧力）という名称で知られている。別の技術的思想（これについては例えば米国特許第６，０９２，５７５号明細書及び同第６，４１８，９９２号明細書を参照されたい）は、タイヤの撓みに抵抗するようタイヤの内部に配置された支持リングを用いている。“ＰＡＸ”という名称で提案されて市販されているシステムは、この技術的思想の具体化の一例である。この種の解決策により、タイヤがバーストした後、車両は、制限された速度、例えば８０ｋｍ／ｈで長い距離、例えば２００ｋｍ走ることができ、車両ユーザは、自分の旅行を続行し、後で補修を行うことができ、これに対し、バーストした従来型タイヤはすぐさま補修し又は交換しなければならない。かくして、車両の移動性が大幅に高くなる。

米国特許第５，９６８，２９４号明細書 米国特許第６，０９２，５７５号明細書 米国特許第６，４１８，９９２号明細書

従来型転動組立体に代えてかかるシステムを用いることにより、車両の特性のレベルでの多くの変更が生じる。特に、タイヤの内部に支持リングを用いることにより、転動組立体の質量が増大し、これは、車両の質量及び特にその回転質量を減少させようとする自動車製造業者の技術的努力と相反する。リングの寸法形状を減少させ、従って追加の重量を最小限に抑えようとする試みが行われたが、支持リングを小型化する際にできることは非常に限られていることが判明しており、或る限度以下への支持リングの高さｈ又は幅ｌの減少により、車両の挙動の劣化が引き起こされると共にその移動性が減少する。かくして、８０ｋｍ／ｈ以上のオーダーの速度で２００ｋｍ以上のオーダーの移動性を保証するためには、比ｌ／Ｌ（この場合、Ｌは、タイヤトレッドの幅である）は、０．３０よりも大きくなければならず、比ｈ／Ｈ（この場合、Ｈは、タイヤの高さである）は、０．３５よりも大きくなければならない。

本発明の一目的は、転動組立体の重量を減少させることができる一方で、依然として車両のランフラット移動性及び十分な側方安定性を保証できるようにすることにある。

この目的は、
システムであって、
（１）リム、タイヤ及びタイヤトレッド支持リングで形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でもタイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体と、
（２）転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子制御装置とを有し、
システムは、支持リングの軸方向幅ｌとトレッドの軸方向幅Ｌの比ｌ／Ｌが、０．３０以下である、システムによって達成される。

この目的は又、
システムであって、
（１）リム、タイヤ及びタイヤトレッド支持リングで形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でもタイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体と、
（２）転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子制御装置とを有し、
システムは、支持リングの半径方向高さｈとタイヤの半径方向高さＨの比ｈ／Ｈが、０．３５以下である、システムによって達成される。これら２つの技術的内容は、支持リングの軸方向幅ｌとトレッドの軸方向幅Ｌの比ｌ／Ｌが、０．３０以下であり、支持リングの半径方向高さｈとタイヤの半径方向高さＨの比ｈ／Ｈが、０．３５以下であるようなサイズの支持リングを用いることにより有利に組み合わせることができる。

好ましい実施形態によれば、このシステムは、支持リングがタイヤと接触しているかどうかを検出する手段を更に有し、制御装置のアルゴリズムの少なくとも１つのパラメータは、支持リングとタイヤの接触が検出されると変更されるようにする。かかる制御装置は、国際公開第２００４／１０１３３６号パンフレットに記載されている。

支持リングとタイヤの接触は、多種多様な仕方で検出できる。機械式接触センサを用いることができるが、タイヤのインフレーション圧力を測定する手段を用いることも可能である。事実、タイヤのインフレーション圧力とタイヤと支持リングの接触の存在との間に対応関係を定めることができる。したがって、インフレーション圧力を測定する公知の方法、例えば圧力センサ、車両のホイールの全ての回転速度を分析する手段、車両のホイールの全ての垂直加速度を分析する手段等のうち任意のものを使用することができる。最後に、他の手段を用いて支持手段との接触を検出することができ、特に、特徴的な振動の検出手段を用いるのがよく、かかる特徴的な振動としては、特徴的な音響信号が挙げられる。

本発明は、図面の記載から良好に理解されよう。
図１は、“ＰＡＸシステム”型の「ランフラット」転動組立体の部分断面斜視図であり、この「ランフラット」転動組立体は、リム２１を備えたホイール２０と、サイドウォール３１及びクラウン３２を備えたタイヤ３０と、支持リング４０とを有している。タイヤが例えばパンク後にデフレートすると（空気が抜けると）、車両の重量により、サイドウォール３１は曲がってタイヤ３０と路面との接触ゾーンの近くで、クラウン３２が支持リング４０に接触するようになる。

図１に示すように、支持リングは、作出し（solid）のものではなく、複雑な幾何学的形状のものであり、この複雑な幾何学的形状は、支持リング４０の重量、それ故に転動組立体１０の重量を全体として減少させる技術的努力の結果である。

図２は、“ＰＡＸシステム”型の「ランフラット」転動組立体の或る幾つかの要素を示す中央断面図である。リム２１及びこのリムに取り付けられた先行技術の支持リング４１が見える。タイヤは示されていない。支持リング４１の幅Ｌ₁は、１２０ｍｍであり、その高さｈ₁は、４０ｍｍである。この種の支持リングを備えた転動組立体は、相当な移動性を保持することができ、即ち、タイヤのインフレーション圧力の低下後、この転動組立体を備えた車両は依然として、８０ｋｍ／ｈの速度で２００ｋｍの距離を依然としてカバーすることができる。

図３は、リム２２及びリムに取り付けられた本発明の支持リング４２を示す中央断面図である。この場合も又、タイヤが図示されていない。リングの幅Ｌ₂は、６０ｍｍであり、その高さｈ₂は、３０ｍｍであり、かくしてその寸法は、先行技術の支持リングと比較してかなり小さい。かかるリングを本発明のシステムを備えていない車両の転動組立体に用いた場合、転動組立体の移動性及び延長モードでの車両の挙動は、著しく格下げされる。

この問題は、ホイールアンチブロックユニット（ＡＢＳ）及びアンチスキッドシステム（ＡＳＲ）を関連付ける適合動的挙動を制御する電子装置を用いることにより解決される。

本発明の動的挙動を制御する電子装置（電子制御装置）は、略語ＥＳＰ（“Electronic Stability Program：電子安定性プログラム”）によって知られている。したがって、簡略のため、動的挙動を制御する電子装置を“ＥＳＰ装置”と呼ぶ。

本発明のＥＳＰ装置は、幾つかの観察結果を利用している。

第１に、“ＰＡＸシステム”型の「ランフラット」転動組立体の制動特性は、旧式の又は“ＳＳＴ”型転動組立体の特性とは異なっていることが判明した。相違点のうちの１つは、図４に示されており、図４は、接触領域におけるスリップ比Ｇに対する摩擦係数μの依存性（“μ（Ｇ）法則”）を示している。当業者には周知であるように、以下のように、Ｇは、タイヤ／地面スリップ速度と車両の速度の比として定義される。

上式において、ωは、車両の角速度、Ｒは、転動半径、Ｖは、車両の速度である。Ｖが０ではない場合、スリップ比Ｇは、ホイールをロックしたとき（ω＝０）１００％に達する。図４は、常用圧力までインフレートさせた（膨らませた）タイヤを有する転動組立体の場合（実線で示す曲線）、インフレーション圧力が０のタイヤを有する“ＳＳＴ”型の転動組立体の場合（破線で示す曲線）及びインフレーション圧力が０のタイヤを有する“ＰＡＸシステム”型の転動組立体の場合（点線で示す曲線）について乾いた地面に対するμ（Ｇ）法則により採用された形態を示している。インフレーション圧力が０のときの“ＳＳＴ”型タイヤでは、摩擦係数は、常用圧力までインフレートさせたタイヤの場合と同様、同一のスリップ比（約９％）ではその最大値に達する。これとは対照的に、“ＰＡＸシステム”型では、これよりも高いスリップ比（約１２％）で摩擦係数の最大値に達する。９％のスリップ比（これは、従来型タイヤ（及び“ＳＳＴ”タイヤランフラット走行）の場合に適当である）を維持することにより制動を最適化しようとするＥＳＰ装置は、ランフラット走行時、“ＰＡＸシステム”タイヤの摩擦面での潜在的可能性を完全には利用していない。したがって、車両がその種のタイヤを装着している場合、タイヤのインフレーション圧力を考慮に入れるＥＳＰ装置を用いるのが有利であり、即ち、制動中、タイヤを常用圧力までインフレートさせる場合、９％のスリップ比が目標とされ、タイヤが扁平である場合、１２％のスリップ比が目標とされる。

第２に、幅の狭い支持リングを用いた場合の直接的な結果として、タイヤが扁平な場合にタイヤが横方向力に対抗できる抵抗を減少させることである。これは、車両の横方向安定性を減少させ、そのハンドリング及びステアリングを低下させようとする傾向がある。特に、これは、タイヤが横方向力を受けるヨー運動に車両が係わる場合である。車両が、この横方向力に抵抗しない場合、車両は、その安定性を失って「スピン」し始める。車両が“ＰＡＸシステム”タイヤを装着し、タイヤがランフラット走行している形態では、大きな支持リングを設けることが重要であると判断できる。支持リングの幅が狭ければ狭いほどそれだけ一層車両の安定性が損なわれる恐れが高くなる。これは、支持リングの小型化及びそれ故にその軽量化を制限する理由のうちの１つである。

本発明は、幅の減少した支持リングと、車両の安定性及び制動性能をランフラット状況において保つことができるＥＳＰ装置を組み合わせることにより転動組立体の軽量化に対するこの障害を取り除くことを提案している。

この方式の利点は、図５に概略的に示されているように、“Ｊターン”型の操縦を考慮することにより説明できる。この種の操縦中、車両６０は、例えば矢印６２によって示唆された経路を辿る。当業者であれば、曲線周りの曲率半径は、車両の寸法形状と比較して、図示されている曲率半径よりも全体として大きいことは理解されよう。

車両が“ＰＡＸシステム”タイヤを装着し、タイヤ８１がランフラット走行している場合について考察すると、車両は、アンダーステア気味になる。この問題は、タイヤ８３，８４を制動でき、従ってタイヤ８０に加わる制動力を減少させることができるＥＳＰ装置の助けにより解決される。

通常の転動条件（タイヤをインフレートさせた状態）及びランフラット走行時における本発明のシステムの挙動を評価する一連の試験を行った。試験は、用いられる転動組立体に合わせたアルゴリズムの改造により利用可能になる改良のマージンを決定するために標準型ＥＳＰ装置と改造型ＥＳＰ装置（「最適化されたＥＳＰ」）の両方について行われた。試験をアウディＡ４車両について実施し、表１は、用いた転動組立体の寸法形状を一覧表示している。

表２は、２４℃の周囲温度で乾いた地面（制動前の速度は、１００ｋｍ／ｈ、車両が停止する前に走行した距離が測定される）について行った制動試験及び標準ＩＳＯ３８８８−１によるダブルレーンチェンジ（double lane-change）試験におけるこれら２つの転動組立体について得られた結果を一覧表示している。この第２の形式の試験では、障害物回避操縦を行い、所要の経路を辿ることができる最大入口速度を測定する。タイヤがデフレートした（空気が抜けた）とき、この表では、デフレート状態（空気が抜けた状態）のタイヤ（車両のリヤに取り付けられている）が最初の車線変更の開始時に経路の曲率中心に対する車両の内側にあるか外側にあるかに応じて２つの値を示している。値は全て、恣意的に１００に設定された標準ＥＳＰ装置及びインフレート状態（膨らませた状態）のタイヤを備えたコントロール（“Ａ”）について得られた値を基準としている。

これらの結果は、標準ＰＡＸシステムと比較して、本発明のシステムは、満足のゆく挙動をすることを示している。また、明らかなこととして、改良型ＥＳＰ装置の使用により改良の余地が幾分存在する。乾いた地面上における制動に関し、ＥＳＰの最適化の結果として、制動距離が短くなると共に減速度が約５〜１０％増大する。最適化ＥＳＰにより得られた結果は、２つの互いに異なる転動組立体について実質的に同一であり、これに対し、これよりも小さな幅の支持リングを備えた転動組立体は、標準ＥＳＰを用いた場合、得られた結果は満足のゆくものではなかった。また、最適化ＥＳＰを用いると、最大初期速度をダブルレーンチェンジ試験において増加させることができる。

本発明の転動組立体（“Ｂ”）について他の試験を行い、その結果が表３に一覧表示されている。全ての値は、インフレート状態のタイヤを備えた転動組立体“Ｂ”について得られた値に対して正規化されており、表２及び表３に見える転動組立体“Ｂ”についての同一試験結果相互間の差は、基準として取られた値の差によって説明される。

“Ｊターン”型試験では、ＥＳＰを最適化した場合の利点は顕著であり、最大化の初期速度は７１ｋｍ／ｈから７６ｋｍ／ｈまで増加し、これはタイヤがインフレート状態の場合に可能な最大速度（７８ｋｍ／ｈ）に非常に近い。

表３は又、使用の快適さ及び移動性の評価の結果を示している。この評価は主観的であり、これは、上述の試験中においてＥＳＰ装置が稼働状態になった時点における運転手の感覚を反映している。操縦を車両のフロントのデフレートしたタイヤについて実施し、次にリヤのデフレートしたタイヤについて実施し、２つの得点のうち良くない方を保持している。標準ＥＳＰ装置は、応動が比較的ゆっくりとしており、これは、より快適であると感じられる。ただし、当然のことながら作用が強烈すぎないことを条件とする。最適化ＥＳＰ装置は、比較的迅速且つ強烈に作用し、これは、安全性を向上させるが、運転手の快適さを僅かではあるが減少させる。

最後に、転動組立体の移動性、より具体的には車両が延長モードで走行できる速度を主観的に評価した。この場合も又、操縦を車両のフロントのデフレートしたタイヤについて実施し、次にリヤのデフレートしたタイヤについて実施し、２つの得点のうち良くない方を保持した。最適化ＥＳＰを備えたシステムにより、１０％オーダー、即ち約１０ｋｍ／ｈオーダーの速度の増大が可能である。

図６は、クモの巣状チャート図でこれら結果を一覧表示している。点線及び破線は、インフレート状態のタイヤ及び標準ＥＳＰを備えたデフレート状態のタイヤについて得られた結果に対応し、実線の曲線は、最適化ＥＳＰを備えたデフレート状態のタイヤについて得られた結果に対応している。

先行技術のランフラット転動組立体を示す図である。 先行技術のリム及び支持リングの概略中央断面図である。 本発明のリム及び支持リングの概略中央断面図である。 種々のタイプの転動組立体に関する縦摩擦μ（Ｇ）の法則を表す略図である。 “Ｊターン”と呼ばれている操縦をまさに実施しようとする車両の略図である。 試験結果の概要を示すクモの巣状チャート図である。

符号の説明

１０ 「ランフラット」転動組立体
２０ ホイール
２１，２２ リム
３０，８１，８２，８３，８４ タイヤ
３１ サイドウォール
３２ クラウン
４０，４１，４２ 支持リング
６０ 車両

Claims (5)

1. リム、タイヤ及びタイヤトレッド支持リングで形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でも前記タイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体と、
   前記転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子制御装置とを有し、
   前記支持リングの軸方向幅ｌと前記トレッドの軸方向幅Ｌの比ｌ／Ｌが０．３０以下である、システム。
2. リム、タイヤ及びタイヤトレッド支持リングで形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でも前記タイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体と、
   前記転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子制御装置とを有し、
   前記支持リングの半径方向高さｈと前記タイヤの半径方向高さＨの比ｈ／Ｈが０．３５以下である、システム。
3. リム、タイヤ及びタイヤトレッド支持リングで形成されていて、実質的に圧力が失われた場合でも前記タイヤの荷重を支えるようになった少なくとも１つの転動組立体と、
   前記転動組立体を装備した車両の動的挙動を制御する電子制御装置とを有し、
   前記支持リングの軸方向幅ｌと前記トレッドの軸方向幅Ｌの比ｌ／Ｌが０．３０以下であり、
   前記支持リングの半径方向高さｈと前記タイヤの半径方向高さＨの比ｈ／Ｈが、０．３５以下である、システム。
4. さらに、前記支持リングが前記タイヤと接触しているかどうかを検出する手段を有し、前記電子制御装置のアルゴリズムの少なくとも１つのパラメータは、前記支持リングと前記タイヤの接触が検出されると変更される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
5. 前記支持リングと前記タイヤの接触を検出する前記手段は、機械式接触センサ、圧力センサ、車両の全ホイールの回転速度を分析する手段、車両の全ホイールの垂直加速度を分析する手段、特徴的な振動の検出器又は特徴的な音響信号の検出器の中から選択される、請求項４記載のシステム。

Images