JP2007083746A - タイヤ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タイヤの転がり抵抗を制御する。
【解決手段】 車輪のトレッド部４０の内部の全周にわたって、電圧印加により伸縮する複数の圧電素子４８が埋め込まれる。圧電素子４８はトレッド部４０に形成されたトレッドブロック４２の少なくとも一部に埋め込まれ、伸縮方向が路面と略平行となり隣り合うトレッドブロック同士で圧電素子４８が異なる方向に伸縮するように配置される。走行状態判定部は、各種センサからの信号に基づいて車両の走行状態を判定する。走行状態判定部により車両が直進中と判定されたとき、圧電素子制御部はトレッド部４０の接地面に位置する圧電素子４８に電圧を印加して接地面に振動を発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タイヤの特性を制御するタイヤ制御装置に関する。

一般に、タイヤの転がり抵抗は、車両の燃費に大きな影響を与えることが知られている。そのため、従来からタイヤの転がり抵抗を低減する技術が提案されている。例えば、特許文献１には、タイヤのショルダーブロックにタイヤ幅方向に延びる窪み部を設け、ショルダー部分の変形を窪み部の作用によって抑制することによりタイヤの転がり抵抗を低減する技術が開示されている。
特開平９−１９３６１４号公報 特開２００４−３０６９３１号公報 特開平５−２７８４０８号公報 特開２００４−３５９２０３号公報

しかしながら、上記特許文献１のようなタイヤ形状の工夫では、車両の走行状態に応じてタイヤの転がり抵抗を含むタイヤの特性を制御することができない。

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、タイヤの接地面に振動を発生させてタイヤの特性を制御する技術を提供することにある。

本発明のある態様のタイヤ制御装置は、車輪のタイヤトレッド部の内部に埋め込まれ電圧印加により伸縮する複数の圧電素子と、タイヤトレッド部の接地面に位置する前記圧電素子に電圧を印加して接地面に振動を発生させる制御手段と、を備える。

この態様によると、圧電素子の伸縮によりタイヤの接地面に振動を発生させることで、タイヤの特性を制御することができる。

タイヤ制御装置は、車両の走行状態を判定する走行状態判定手段をさらに備えてもよい。また、前記圧電素子はタイヤトレッド部に形成されたトレッドブロックの少なくとも一部に埋め込まれ、伸縮方向が路面と略平行となり隣り合うトレッドブロック同士で前記圧電素子が異なる方向に伸縮するように配置され、前記走行状態判定手段により車両が直進中と判定されたとき、前記制御手段はタイヤトレッド部の接地面に振動を発生させてもよい。これによると、トレッドブロックを圧電素子により振動させて接地面に動すべりを発生させることで、タイヤのヒステリシスロスを軽減して転がり特性を改善することができる。

前記圧電素子は、伸縮方向が路面と略垂直となり隣り合う圧電素子同士で分極方向が交互になるように配置され、前記制御手段は、タイヤトレッド部の接地面にタイヤ幅方向へ進む進行波が発生するように前記圧電素子に印加する電圧を制御してもよい。これによると、タイヤ幅方向へ進む進行波をタイヤ接地面に発生させて、車両を進行波の方向に移動させることができる。

タイヤ制御装置は、車両が走行する路面上の水分を検出する検出手段をさらに備えてもよい。検出手段により水分が検出されたとき、前記制御手段は、タイヤトレッド部の中央からタイヤ幅方向の両側へ進む進行波が発生するように、前記圧電素子に印加する電圧を制御してもよい。これによると、タイヤの両端に進む進行波をタイヤ接地面に発生させることによって、接地面の水分を排出することができる。

本発明のタイヤ制御装置によれば、タイヤの接地面に振動を発生させることによってタイヤの特性を制御することができる。

第１の実施形態．
図１は、本発明の第１の実施形態に係るタイヤを装着した車輪１００の構造を示す。車輪１００は、車両に装着される４つの車輪のうち任意のひとつを表している。図１には、車輪１００を構成する種々の要素のうち、タイヤ２６、ホイールリム３０およびホイール３２の断面が示されている。

ホイールリム３０と接するビード部２８は、タイヤ２６をホイールに固定する部分であり、タイヤ２６の全周にわたるリング状の構造をしている。カーカスベルト３６は、ナイロンまたはポリエステルなどの繊維で成形されるコード層であり、タイヤ構造を保持する役割を有する。ホイールリム３０には、空気調整バルブ３４が取り付けられている。タイヤ２６の底面２２には、タイヤが路面に接する部分であるトレッド部４０が設けられる。トレッド部４０のタイヤ外周側、つまり路面と接する側には、トレッドブロック４２とトレッド溝４４が形成される。

トレッド部４０の内部には、トレッドブロック４２毎にひとつの圧電素子４８が埋め込まれる。圧電素子４８は電圧印加により圧縮または伸張する素子である。図１では、圧電素子４８の圧縮／伸張方向が路面と略平行の方向になるように配置される。この圧電素子４８を圧縮、伸張させることで、トレッドブロック４２をタイヤの幅方向に振動させることが可能となっている。圧電素子４８は、タイヤ２６のトレッド部４０の全周にわたって埋め込まれることが好ましいが、圧電素子の埋め込まれたトレッドブロックと圧電素子を持たないトレッドブロックを交互に配置してもよい。

図２は、車輪１００を車軸方向から見たときの模式図であり、タイヤ２６とホイール３２を簡略化して示す。タイヤ２６の外周には、図１で説明した圧電素子４８が埋め込まれている。

ホイール３２の内側には、アンプ５２と受信部５４が設置される。アンプ５２には、図示しない車載のバッテリまたは発電機から集電部５０を介して交流電力が供給される。集電部５０は、車軸とともに回転するブラシを車体に設けられた電極と接触させることで電力を車輪側に供給するように構成される。代替的に、ホイール３２の内部にバッテリを設けてもよい。

受信部５４は、車体に設置されるタイヤ制御部（図３参照）からアンテナ５６を介して制御信号を受け取り、アンプ５２に渡す。アンプ５２は、制御信号にしたがって、タイヤゴム内部に張り巡らされた電線５８を介して各圧電素子４８に電圧を印加する。圧電素子４８は電圧印加により圧縮または伸張し、これによってトレッドブロック４２がタイヤの幅方向に振動する。

図３は、第１の実施形態に係るタイヤ制御部１１０と各種センサの機能ブロック図である。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。

車輪速センサ９２は、図示しない車輪の近傍に設置される。車輪速センサ９２は、車軸とともに回転する歯車の歯数をカウントし、その情報をタイヤ制御部１１０に送る。加速度センサ９４は図示しない車体に設置され、車体に発生する前後加速度、横加速度などの情報を検出し、その情報をタイヤ制御部１１０に送る。操舵角センサ９８は、図示しないステアリングホイールの基部に設置され、ドライバーによるステアリングホイールの操舵角を検出してその情報をタイヤ制御部１１０に送る。

タイヤ制御部１１０は、速度情報取得部１１２、回転情報取得部１１４、走行状態判定部１１６、圧電素子制御部１１８、送信部１２０を含む。

速度情報取得部１１２は、車輪速センサ９２からの情報を基にして車速を算出する。車速情報は走行状態判定部１１６に入力される。回転情報取得部１１４は、車輪速センサ９２からの情報を基にして車輪の回転位相を推定し、タイヤ２６のいずれの回転角にあるトレッドブロック４２が路面に接しているかを判定する。この情報は圧電素子制御部１１８に入力される。

走行状態判定部１１６は、速度情報取得部１１２から得た車速、加速度センサ９４から得た加速度、操舵角センサ９８から得た操舵角の情報を基に車両の現在の走行状態を判定する。

圧電素子制御部１１８は、走行状態判定部１１６で判定された走行状態に応じて、各圧電素子の圧縮量または伸張量を計算する。このとき、車輪１００の接地面に位置するトレッドブロック内部の圧電素子に対して圧縮量または伸張量を与えるために、回転情報取得部１１４から与えられる回転位相情報を利用する。送信部１２０は、圧電素子制御部１１８で計算された圧縮量または伸張量を含む制御信号をアンテナ１２２を介して車輪側の受信部５４に送信する。これによって、トレッド部４０の接地面に振動が発生する。

なお、タイヤ制御部１１０は、車両の他の機能を制御するＥＣＵと一体に構成されても、別の構成要素であってもよい。代替的に、タイヤ制御部１１０をホイール３２の内部に設けてもよい。

図４は、車輪１００を路面側から見たときのトレッドブロックの振動方向の一例を示す。図示するように、隣り合うトレッドブロック４２同士で振動方向が異なるように、圧電素子４８を異なる方向に配置する。好ましくは、この方向はタイヤの幅方向と前後方向であるが、それ以外の方向であってもよい。走行状態判定部１１６により車両が直進中と判定されたとき、圧電素子制御部１１８は圧電素子４８に交流電圧を印加して、トレッド部４０の接地面にタイヤ幅方向および前後方向の振動を発生させる。

一般に、車両の走行時、転動によりタイヤは変形するが、接地面ではタイヤ表面の変形が路面との接触により規制される。このため、トレッドゴムにヒステリシスロスが発生し、タイヤの転がり抵抗の一因となっている。本実施形態によれば、接地面を振動させることでタイヤトレッド部と路面との間に相対的な微小すべりが発生するため、接地面が動すべりの状態となって、振動させない場合よりもヒステリシスロスが低下する。このため、タイヤの転がり抵抗を低減することができる。

なお、車両の旋回、加速、または制動中には、通常の直進走行時よりも接地面の摩擦力をより多く必要とする。したがって、走行状態判定部１１６により車両が旋回、加速または制動中と判定された場合には、圧電素子制御部１１８は接地面を振動させないことが好ましい。

第２の実施形態．
図５は、本発明の第２の実施形態に係るタイヤを装着した車輪２００の構造を示す。図５には、タイヤ２６、ホイールリム３０およびホイール３２の断面が示されている。図１と同様に、タイヤ２６の底面２２には、タイヤが路面に接する部分であるトレッド部４０が設けられる。トレッド部４０のタイヤ外周側には、トレッドブロック４２とトレッド溝４４が形成される。

トレッド部４０の内部には、電極６２、６６に挟まれた複数の圧電素子６４が埋め込まれる。第２の実施形態では、圧電素子６４は、伸縮方向が路面と略垂直となり隣り合う圧電素子同士で分極方向が交互になるように配置される。一般に、圧電素子には、分極方向と同一方向の電圧を印加すると縮み、逆方向電圧を印加すると伸びる性質がある。これを利用して、後述するタイヤ制御部（図８参照）は、交互に分極した圧電素子に交流電圧６０を印加することで、分極と同周期の振動をトレッド部４０の接地面に発生させる。図５では、圧電素子６４を２セット準備し、これらを交流電流の周期λの１／４の間隔で配置する。そして、各セットに印加する電圧の時間位相をπ／２だけずらすと、各圧電素子のセットで発生する振動の合成により、トレッド部にタイヤ幅方向に進む進行波を発生することができる。なお、この進行波の発生方法は既知の技術であるので、詳細な説明を省略する。

図６は、車輪２００を車軸方向から見たときの模式図であり、タイヤ２６とホイール３２を簡略化して示す。タイヤ２６の外周には、図５で説明した圧電素子６４が埋め込まれている。図２と同様に、受信部５４は、車体に設置されるタイヤ制御部（図８参照）からアンテナ５６を介して制御信号を受け取り、アンプ５２に渡す。アンプ５２は、制御信号にしたがって、タイヤゴム内部に張り巡らされた電線５８を介して圧電素子６４に電圧を印加する。圧電素子６４は電圧印加により圧縮または伸張し、これによってトレッド部がタイヤの径方向に振動する。

図７は、車輪２００の接地面に発生させる進行波の方向を示す。図示する方向（右方向）に向かう進行波が接地面に発生すると、進行波の波頭、つまり路面と接地する位置が楕円運動し、路面を進行波と逆方向に押す。この反力によって車輪２００は進行波と同方向に移動する。これによって、車両を進行波の方向に移動させることができる。この進行波を利用した移動方法によれば、従来の操舵機構では困難であった横移動や、その場で車両を転回させるといった動作を実現することが可能となる。また、進行波を利用して車両を移動させるようにすれば、車両に操舵機構を設ける必要がなくなるので、車両構造が簡単になるとともに車室内の空間を拡張することができる。

図８は、第２の実施形態に係るタイヤ制御部２１０と各種センサの機能ブロック図である。ここに示す機能ブロックも、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。制御指示装置９０、水分センサ９６以外は図３で示した機能ブロックと同様なので、説明を省略する。

制御指示装置９０は、車室内に設けられ、車両のドライバーによる制御指示を入力する。具体的には、ドライバーは従来の操舵機構を用いて車両を運転するか、または進行波による移動をするかを選択する。水分センサ９６は、車両が走行する路面上の水分を検出する。圧電素子制御部１１８は、制御指示装置９０により進行波による移動が選択されたとき、トレッド部４０の接地面に進行波を発生するように圧電素子６４に与える交流電圧を制御する。圧電素子制御部１１８は、操舵角センサ９８による入力方向にしたがって車両を移動させるように、トレッド部４０の接地面に進行波を発生させてもよい。

図９は、車輪２００のトレッド部４０の接地面に発生させる進行波の別の例を示す。この例では、図７と異なり、トレッド面の中央からタイヤの左右端に向けて逆方向に進行する二つの進行波を発生させる。水分センサ９６により路面の水分が検出されたとき、圧電素子制御部１１８は、トレッド部４０の中央からタイヤ幅方向の両側へ進む進行波を発生させるように、圧電素子６４に印加する交流電圧を制御する。タイヤ表面に進行波を励起することによって、タイヤ接地面にある水は、進行波によって形作られた空間に閉じこめられて進行波によってタイヤの両側方に送られて排出される。これによって、従来のトレッド溝に比べて、タイヤ接地面から水を排除する能力が向上する。特に、高速走行時にはトレッド面に侵入する水の量が多くなり、トレッド溝だけでは排出が追いつかなくなりハイドロプレーニング現象が発生しやすいが、本実施形態によれば、高速走行時のハイドロプレーニング現象を抑制することができる。

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。

実施の形態では、トレッド部の内部に圧電素子を設けることを述べたが、圧電素子の伸縮による振動が伝達される限り、それ以外の場所に設けてもよい。例えば、カーカスベルトの内側に圧電素子を設けてもよい。

実施の形態では、圧電素子による振動をタイヤの幅方向、前後方向、または径方向に発生させることを述べたが、振動方向はこれに限られず、その目的に合わせて選択すればよい。例えば、水の排出の場合には、トレッドブロックの形状に合わせて進行波の方向を決めることが好ましい。

本発明の第１の実施形態に係るタイヤを装着した車輪の断面図である。 図１の車輪を車軸方向から見たときの模式図である。 第１の実施形態におけるタイヤ制御部の機能ブロック図である。 図１の車輪を路面側から見たときのトレッドブロックの振動方向を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るタイヤを装着した車輪の断面図である。 図５の車輪を車軸方向から見たときの模式図である。 車輪の接地面に発生させる進行波の方向を示す図である。 第２の実施形態におけるタイヤ制御部の機能ブロック図である。 車輪の接地面に発生させる進行波の方向を示す図である。

符号の説明

２６ タイヤ、 ４０ トレッド部、 ４２ トレッドブロック、 ４４ トレッド溝、 ４８ 圧電素子、 ６２ 電極、 ６４ 圧電素子、 ６６ 電極、 ９０ 制御指示装置、 ９２ 車輪速センサ、 ９４ 加速度センサ、 ９６ 水分センサ、 ９８ 操舵角センサ、 １００、２００ 車輪、 １１０、２１０ タイヤ制御部、 １１２ 速度情報取得部、 １１４ 回転情報取得部、 １１６ 走行状態判定部、 １１８ 圧電素子制御部。

Claims (4)

1. 車輪のタイヤトレッド部の内部に埋め込まれ電圧印加により伸縮する複数の圧電素子と、
   タイヤトレッド部の接地面に位置する前記圧電素子に電圧を印加して接地面に振動を発生させる制御手段と、
   を備えることを特徴とするタイヤ制御装置。
2. 車両の走行状態を判定する走行状態判定手段をさらに備え、
   前記圧電素子はタイヤトレッド部に形成されたトレッドブロックの少なくとも一部に埋め込まれ、伸縮方向が路面と略平行となり隣り合うトレッドブロック同士で前記圧電素子が異なる方向に伸縮するように配置され、
   前記走行状態判定手段により車両が直進中と判定されたとき、前記制御手段はタイヤトレッド部の接地面に振動を発生させることを特徴とする請求項１に記載のタイヤ制御装置。
3. 前記圧電素子は、伸縮方向が路面と略垂直となり隣り合う圧電素子同士で分極方向が交互になるように配置され、
   前記制御手段は、タイヤトレッド部の接地面にタイヤ幅方向へ進む進行波が発生するように前記圧電素子に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ制御装置。
4. 車両が走行する路面上の水分を検出する検出手段をさらに備え、
   前記検出手段により水分が検出されたとき、前記制御手段は、タイヤトレッド部の中央からタイヤ幅方向の両側へ進む進行波が発生するように、前記圧電素子に印加する電圧を制御することを特徴とする請求項３に記載のタイヤ制御装置。

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