JP2010012992A - Traveling support device of vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、道路上を走る自動車、軌道上を走る鉄道車両などの各種の車両について、その走行を支援してエネルギー効率を向上させる車両の走行支援装置に関する。 The present invention relates to a vehicle travel support apparatus that supports traveling of various vehicles such as an automobile traveling on a road and a railroad vehicle traveling on a track to improve energy efficiency.
一般に、車両が走行する際、図10に示すように、車体の前面100aに車速vに応じた風圧が作用し、また、車体の後面100bの付近には大気圧より低い圧力空間が生じ、これらが推進力Fと反対方向の進行阻止力(以下、「阻止力」という。)f1,f2として車両100に作用するため、これら阻止力f1,f2を補うだけのエネルギーEGが必要となる。前記の阻止力f1,f2に対する無駄なエネルギー消費を極力抑えるために、車両の形状を流線型にするなどして、前面の風圧を低減したり、後面付近の減圧状態を緩和したりしている。
In general, when the vehicle travels, as shown in FIG. 10, wind pressure corresponding to the vehicle speed v acts on the front surface 100a of the vehicle body, and a pressure space lower than atmospheric pressure is generated near the
しかし、バスや貨物自動車などの大型車両の場合、車両の形に制約があり、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているため、車体の前面に大きな風圧が作用し、また、車体の後面付近が減圧状態となり、前記の阻止力f1,f2に対する無駄なエネルギー消費を抑えるのが困難である。
この問題に対処するために、先般、車体の前面に羽根車を設置し、走行中に車体の前面に作用する風圧で羽根車を回して空気の流れを生じさせ、これにより風圧を低減するようにしたものが提案された(例えば、特許文献1参照)。
また、船舶についても、船体の上部構造物に上記と同様の羽根車を設置し、上部構造物の前面に作用する風圧で羽根車を回して空気の流れを生じさせ、これにより風圧を低減するようにしたものが提案された(例えば、特許文献2参照)。
However, in the case of large vehicles such as buses and trucks, there are restrictions on the shape of the vehicle, and the front and rear surfaces of the vehicle body are almost vertical surfaces, so that a large wind pressure acts on the front surface of the vehicle body. The vicinity of the rear surface is in a reduced pressure state, and it is difficult to suppress wasteful energy consumption for the blocking forces f1 and f2.
In order to deal with this problem, an impeller has recently been installed on the front surface of the vehicle body, and during operation, the impeller is rotated by the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body to generate an air flow, thereby reducing the wind pressure. What was made into was proposed (for example, refer patent document 1).
Also, for ships, an impeller similar to the above is installed in the upper structure of the hull, and the impeller is rotated by the wind pressure acting on the front surface of the upper structure to generate an air flow, thereby reducing the wind pressure. What was made was proposed (for example, refer patent document 2).
しかし、特許文献1,2に記載のものは、風圧のみで羽根車を回転させる構成のものであるから、特に、走行開始時に、風向きやその強さによっては羽根車が始動しないことが起こり得る。そのため、最も大きな推進力を必要とする加速時、前面に掛かる風圧を低減できず、また、後面付近に生ずる減圧状態については全く緩和することができず、その結果、推進力と反対方向の大きな阻止力が作用し、その阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えることができない。
また、特許文献2に記載のものは、羽根車により発電機を駆動してバッテリーを充電するため、羽根車に発電のための負荷がかかって通気の流れが阻害され、それが制動力となって作用する結果、前面の風圧抵抗を低減する機能が不十分となる。
However, since the ones described in
Moreover, since the thing of
この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているバスや貨物自動車などの車両であっても、車体の前面に作用する風圧や車体の後面付近に生ずる減圧状態に起因する阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えて車両の走行を支援する車両の走行支援装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above-described problem. Even in a vehicle such as a bus or a lorry where the front and rear surfaces of the vehicle body are substantially vertical surfaces, the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body and An object of the present invention is to provide a vehicle travel support device that supports travel of a vehicle while suppressing wasteful energy consumption against a blocking force caused by a reduced pressure state generated in the vicinity of the rear surface of the vehicle body.
この発明による車両の走行支援装置は、車体の前面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の前面に作用する風圧を低減することが可能な第1の羽根車と、車体の後面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の後面付近に生ずる減圧状態を緩和することが可能な第2の羽根車と、第1の羽根車を回転駆動するための第1のモータと、第2の羽根車を回転駆動するための第2のモータと、第1、第2の各モータへ電力を供給するためのバッテリーと、加速時には第1、第2の各モータを回転駆動させて第1、第2の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させ減速時には第1、第2の各モータを回生状態に切り換える制御装置とを備えたものである。 A vehicle travel support device according to the present invention is provided on a rear surface of a first impeller provided on a front surface of a vehicle body and capable of reducing wind pressure acting on the front surface of the vehicle body by rotating in a predetermined direction. A second impeller capable of relieving a reduced pressure state generated near the rear surface of the vehicle body by rotating in a predetermined direction, a first motor for rotationally driving the first impeller, a second A second motor for rotationally driving the impeller, a battery for supplying electric power to the first and second motors, and the first and second motors for rotational driving during acceleration. And a control device that forcibly rotates the second impellers in a predetermined direction and switches the first and second motors to the regenerative state during deceleration.
上記した構成の車両の走行支援装置では、車両が走行を開始して加速されると、第1の羽根車を第1のモータにより所定の方向へ強制的に回転させるので、車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。また、第2の羽根車を第2のモータにより所定の方向へ強制的に回転させるので、車体の後面部分に空気の流れが生じ、車両の後面付近に生ずる減圧状態が緩和される。その結果、風圧や減圧状態に起因して車体の前後面に作用する阻止力が抑制され、その阻止力による無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
また、減速時には第1、第2の各モータを回生状態に切り換えるので、第1、第2の各羽根車の回転に第1、第2の各モータによる発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両の減速が妨げられることはない。
In the vehicle travel support device having the above-described configuration, when the vehicle starts traveling and is accelerated, the first impeller is forcibly rotated in a predetermined direction by the first motor. An air flow is generated, and the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body is reduced. Further, since the second impeller is forcibly rotated in a predetermined direction by the second motor, an air flow is generated in the rear surface portion of the vehicle body, and the decompressed state generated in the vicinity of the rear surface of the vehicle is alleviated. As a result, the blocking force that acts on the front and rear surfaces of the vehicle body due to the wind pressure and the reduced pressure state is suppressed, wasteful energy consumption due to the blocking force is suppressed, and the energy efficiency of the vehicle is improved.
Also, since the first and second motors are switched to the regenerative state during deceleration, the rotation of the first and second impellers is subject to a load for power generation by the first and second motors, and the air The smooth flow is hindered, and this acts as a resistance force to promote braking and does not hinder the deceleration of the vehicle.
この発明の上記した構成において、第1、第2の各羽根車として種々のタイプのものを用いることができるが、好ましくは、円板状の板面に放射状に延びる複数の羽根板が突設されたものを用いる。この実施態様によると、第1の羽根車を所定の方向へ回転させることで、車体の前面の中心から外周へ向かう空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。また、第2の羽根車を所定の方向へ回転させることで、車体の後面の外周から中心へ向かう空気の流れが生じ、車体の後面付近に生ずる減圧状態が緩和される。 In the above-described configuration of the present invention, various types of first and second impellers can be used. Preferably, a plurality of blades extending radially are provided on the disk-like plate surface. Use what was done. According to this embodiment, by rotating the first impeller in a predetermined direction, an air flow from the center of the front surface of the vehicle body toward the outer periphery is generated, and the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body is reduced. Further, by rotating the second impeller in a predetermined direction, an air flow from the outer periphery of the rear surface of the vehicle body toward the center is generated, and the reduced pressure state generated near the rear surface of the vehicle body is alleviated.
この発明の好ましい実施態様においては、前記制御装置は、定速走行時に第1、第2の各モータの駆動を継続させて第1、第2の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させるものである。
この実施態様によると、定速走行時も車体の前面に作用する風圧が低減され、また、車体の後面付近に生じる減圧状態が緩和されるので、風圧や減圧状態に起因して車体の前後面に作用する車両の阻止力が抑制され、その阻止力による無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
In a preferred embodiment of the present invention, the controller forcibly rotates the first and second impellers in a predetermined direction by continuing to drive the first and second motors during constant speed traveling. It is something to be made.
According to this embodiment, the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body is reduced even when traveling at a constant speed, and the reduced pressure state that occurs in the vicinity of the rear surface of the vehicle body is alleviated. The stopping power of the vehicle acting on the vehicle is suppressed, wasteful energy consumption due to the stopping power is suppressed, and the energy efficiency of the vehicle is improved.
この発明の好ましい他の実施態様においては、第1の羽根車の回転軸と第1のモータとの間にクラッチが介装されており、前記制御装置は、加速時および減速時にクラッチを入れ第1の羽根車と第1のモータとを連繋し、定速走行時にクラッチを切り第1の羽根車と第1のモータとの連繋を断って第1の羽根車を回転自由の状態とする。 In another preferred embodiment of the present invention, a clutch is interposed between the rotating shaft of the first impeller and the first motor, and the control device inserts the clutch during acceleration and deceleration. The first impeller and the first motor are connected to each other, the clutch is disengaged during constant speed travel, the connection between the first impeller and the first motor is cut off, and the first impeller is rotated freely.
この実施態様によると、加速時にはクラッチが入るので、第1の羽根車は第1のモータにより所定の方向へ強制的に回転させられる。これにより車両の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。
定速走行時には、クラッチが切れるので、第1の羽根車は強制回転の状態から自由回転の状態へ移行するが、風圧を受けて回転状態が維持される。その結果、定速走行時も車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。
減速時にもクラッチが入るので、第1の羽根車の回転に第1のモータによる発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両の減速が妨げられることはない。
According to this embodiment, since the clutch is engaged during acceleration, the first impeller is forcibly rotated in a predetermined direction by the first motor. As a result, air flows in the front portion of the vehicle, and wind pressure acting on the front surface of the vehicle body is reduced.
During constant speed traveling, the clutch is disengaged, so that the first impeller shifts from the forced rotation state to the free rotation state, but the rotation state is maintained by receiving wind pressure. As a result, an air flow is generated in the front portion of the vehicle body even during constant speed traveling, and the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body is reduced.
Since the clutch is engaged even when decelerating, a load for power generation by the first motor is applied to the rotation of the first impeller, the smooth flow of air is obstructed, and this acts as a resistance force to promote braking. Will not be hindered.
この発明による車両の走行支援装置は、上記した構成に加えて、第1、第2の各モータを回生状態とすることによって得られる回生電力をバッテリーに蓄えるための回生充電回路をさらに備えたものである。この構成によって、加速時などに消費したバッテリーの電力の一部が回生電力によって補うことができる。 In addition to the above-described configuration, the vehicle travel support apparatus according to the present invention further includes a regenerative charging circuit for storing regenerative power obtained by bringing the first and second motors into a regenerative state in a battery. It is. With this configuration, part of the battery power consumed during acceleration or the like can be supplemented by regenerative power.
この発明によれば、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているバスや貨物自動車などの車両であっても、車体の前面に作用する風圧や車体の後面付近に生じる減圧状態に起因する阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えることができ、各種の車両について、その走行を支援してエネルギー効率を向上させることができる。 According to the present invention, even in the case of a vehicle such as a bus or a lorry vehicle in which the front and rear surfaces of the vehicle body are substantially vertical surfaces, it is caused by the wind pressure acting on the front surface of the vehicle body and the decompressed state generated near the rear surface of the vehicle body. It is possible to suppress wasteful energy consumption with respect to the stopping force to be performed, and it is possible to improve the energy efficiency by supporting the traveling of various vehicles.
図1〜図3は、この発明の走行支援装置が導入されたバス10の外観を示している。
図示例のバス10は、車体の前面10aおよび後面10bがほぼ垂直な面になっており、前面10aのフロントガラスの下方に第1の羽根車1が、後面には第2の羽根車2が、それぞれ設けられている。第1、第2の各羽根車1,2は、図示を省略しているが、通気性を有するカバーによって全体が覆われている。
1 to 3 show the appearance of a
The
第1、第2の各羽根車1,2は、円板状の板面11,21に放射状に湾曲して延びる複数の羽根板12,22がそれぞれ突設されたものである。第1の羽根車1は、図2の矢印Aで示す方向へ回転し、これにより中心から外周へ向かう空気の流れが生じ、バス10の車体の前面10aに作用する風圧が低減される。第2の羽根車2は、図2の矢印Bで示す方向へ回転し、これにより外周から中心に向かう空気の流れが生じ、バス10の車体の後面10bの付近に生ずる減圧状態が緩和される。
図示例では、第1、第2の各羽根車1,2は、バス10の車体の前面10aおよび後面10bの幅中央の位置にそれぞれ1個づつ設けられているが、これに限らず、例えば、図4に示すように、車体の後面10bの四隅にそれぞれ1個づつ設けるなど、他の態様を採用することもできる。
Each of the first and
In the illustrated example, the first and
上記した第1、第2の各羽根車1,2は、この発明の走行支援装置を構成するもので、図5に走行支援装置の概略構成が示してある。
第1、第2の各羽根車1,2の回転軸13,23は、それぞれ軸受14,24により車体に回転自由に支持されている。第1の羽根車1の回転軸13は電磁クラッチ(以下「クラッチ」という。)3を介して第1のモータ4に連結されている。クラッチ3が入ると、第1の羽根車1と第1のモータ4とが連繋される。クラッチ3が切れると、第1の羽根車1と第1のモータ4との連繋が断たれ、第1の羽根車1は回転自由の状態となる。第2の羽根車2の回転軸23はカップリング30を介して第2のモータ5に連結されている。
The first and
The rotary shafts 13 and 23 of the first and
第1、第2の各モータ4,5は直流モータにより構成されており、バッテリー6の電力の供給を受けて回転駆動される。第1、第2の各モータ4,5を回生状態に切り換えると、それによって得られる回生電力が後述する回生充電回路42,52を介してバッテリー6に蓄えられる。なお、図中、ダイナモ7はエンジン70の回転を受けて起電力を発生し、その電力はバッテリー6に蓄えられる。
Each of the first and
図6は、上記した各モータ4,5の動作を実現するための回路構成を示しており、第1、第2の各モータ4,5にバッテリー6の電力がそれぞれ電力供給回路41,51を介して供給されるようになっている。また、各モータ4,5への電力供給を停止して各モータ4,5を発電機として働かせると、各モータ4,5で発電した電力はそれぞれ回生充電回路42,52を介してバッテリー6に回生される。
同図中、S1,S2は、制御装置8によって切換制御される切換スイッチS1,S2であり、aで示す切換端子には電力供給回路41,51が、bで示す切換端子には回生充電回路42,52が、それぞれ接続されている。制御装置8はマイクロコンピュータにより構成され、各モータ4,5を速度制御するとともに、車速センサ81で検出された車速vを入力して加速度αを算出し、その加速度αに応じて切換スイッチS1,S2を切り換え動作させるとともに、クラッチ3をオン、オフ制御する。
FIG. 6 shows a circuit configuration for realizing the operation of each of the
In the figure, S 1 and S 2 are change-over switches S 1 and S 2 that are change-controlled by the
この実施例では、図7に示す加速時は(加速度αが正のとき)、第1、第2の各モータ4,5にバッテリー6より電力を供給して第1、第2の各羽根車1,2を強制的に回転駆動させる。定速走行時は(加速度αがほぼゼロのとき)、第2の羽根車2は強制回転の状態を維持し、一方、第1の羽根車1は強制回転の状態から自由回転の状態に切り換える。減速時は(加速度が負のとき)、第1、第2の各モータ4,5への電力供給を断ち各モータ4,5を回生状態に切り換えて発電機として作用させる。
なお、定速走行時、第1のモータ4に電力を供給して第1の羽根車1についても強制回転の状態を維持してもよい。また、第1のモータ4の回転数をセンサで監視し、回転数が所定の値以下になったときに第1のモータ4に電力を供給するようにしてもよい。
In this embodiment, during the acceleration shown in FIG. 7 (when the acceleration α is positive), the first and second impellers are supplied with electric power from the
During the constant speed running, the
図8は、上記した制御装置8による制御の流れを示している、同図中、「ST」は「ステップ」(STEP)の略であり、制御の流れにおける各手順を示す。
いま、エンジン70がかかると、ST1の判定が「YES」となり、制御装置8は車速センサ81で検出された車速vを読み取る(ST2)。エンジン始動時は、車速vはゼロであるから、ST3の判定は「NO」であり、制御装置8はクラッチ3および切換スイッチS1,S2を初期状態に設定する(ST4)。この実施例では、クラッチ3を入れ、切換スイッチS1,S2をともに切換端子aに切り換えてバッテリー6に電力供給回路41,51を接続する。
FIG. 8 shows a flow of control by the above-described
When the
車両10が走行を開始すると、車速vが生じてST3の判定が「YES」となり、制御装置8は車速vから加速度αを算出し、車両10が加速中かどうかを判断する(ST6)。加速度αが所定のしきい値A以上(ただし、AはA>0であってゼロに近い値)であれば、ST6の判定が「YES」であり、所定値V0以上の車速vに達していれば、ST8へ進み、制御装置8は、切換スイッチS1,S2が切換端子aの側にあるかどうか、クラッチ3が入っているかどうかを判定する(ST8,10,12)。この場合、ST4の初期化によっていずれの判定も「YES」となるが、走行途中でST6が「YES」となってST7、さらにST8へ進んだ場合には、ST8,10,12のいずれかが「NO」となり、ST9,13では切換スイッチS1,S2の切換が、ST11でクラッチ3の投入が、それぞれ行われる。
When the
加速時には第1のモータ4に電力供給回路41からバッテリー6の電力が供給され、第1のモータ4は第1の羽根車1を所定の方向へ強制的に回転させる。これにより車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面10aに作用する風圧が低減される。また、第2のモータ5にも電力供給回路51からバッテリー6の電力が供給され、第2のモータ5は第2の羽根車2を所定の方向へ強制的に回転させる。これにより車体の後面部分に空気の流れが生じ、車両の後面10bの付近に生ずる減圧状態が緩和される。
その結果、図9に示すように、風圧や減圧状態に起因して車体10の前面10aおよび後面10bに作用する阻止力f1,f2が抑制され、推進力Fを発生させかつわずかな阻止力f1,f2を補うだけのエネルギーEGを必要とするのみで、無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
At the time of acceleration, the power of the
As a result, as shown in FIG. 9, the blocking forces f1 and f2 acting on the front surface 10a and the
つぎに、車両10が定速走行に入ると、加速度αはぼぼゼロとなってB<α<A(ただし、BはB<0であってゼロに近い値)となり、ST6,15の判定がともに「NO」となってST22へ進む。ST22ではクラッチ3が切れているかどうかを判定しており、その判定が「NO」であれば、制御装置8はクラッチ3を切り(ST23)、第1の羽根車1を強制回転の状態から自由回転の状態へ移行させる。
Next, when the
このように、定速走行時にはクラッチ3が切れて第1の羽根車1が自由回転の状態へ移行するが、第1の羽根車1に慣性がありかつ第1の羽根車1は風圧を受けるので回転状態が維持される。その結果、定速走行時も車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面10aに作用する風圧が低減される。
As described above, when traveling at a constant speed, the
つぎに、車両が減速して加速度αがしきい値B以下となると、ST15の判定が「YES」となり、制御装置8は、切換スイッチS1,S2が切換端子bに切り換えられているかどうか、クラッチ3が入っているかどうかを判定する(ST16,18,20)。各判定が「NO」のとき、ST17,21では切換スイッチS1,S2の切換が、ST19ではクラッチ3の投入が、それぞれ行われる。
Next, when the vehicle decelerates and the acceleration α becomes equal to or less than the threshold value B, the determination in ST15 is “YES”, and the
減速時には、切換スイッチS1,S2によって第1、第2の各モータ4,5は電力供給回路41,51からの電力供給が断たれ、回生充電回路42,52と接続されて回生状態に切り換えられるとともに、クラッチ3が入って第1のモータ4と第1の羽根車1とが連繋されるので、第1、第2の各羽根車1,2の回転に第1、第2の各モータ4,5による発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両10の減速が妨げられることはない。また、回生状態となることによって得られる回生電力はバッテリー6に蓄えられるので、加速時などに消費したバッテリー6の電力の一部が回生電力によって補われる。
During deceleration, the first and
なお、上記の実施例では、加速度αによって車両10が加速状態、低速走行状態、減速状態のいずれであるかを判別し、その判別結果に応じて第1、第2の各モータ4,5の動作状態やクラッチ3のオン、オフを切り換えているが、これに限らず、車体の前面10aおよび後面10bに圧力センサを配備し、圧力センサの計測値なども加味して第1、第2の各モータ4,5の動作状態やクラッチ3のオン、オフを切り換えるようにすることもできる。
In the above embodiment, it is determined whether the
1 第1の羽根車
2 第2の羽根車
3 クラッチ
4 第1のモータ
5 第2のモータ
6 バッテリー
8 制御装置
41,51 電力供給回路
42,52 回生充電回路
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