JP2012076590A - タイヤのグリップ力制御装置及びグリップ力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】タイヤの導電性を確保しつつタイヤのグリップ力を向上させることを可能とするタイヤのグリップ力制御装置及びグリップ力制御方法の提供を目的とする。
【解決手段】体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムによって構成されるトレッド部と、トレッド部の踏面より半径方向内側に位置し、タイヤ２の円周方向に沿って配設される導電体３とを備えるタイヤと、導電体３に電圧を印加する電圧印加手段８とを備えるようにした。
【選択図】図１
【解決手段】体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムによって構成されるトレッド部と、トレッド部の踏面より半径方向内側に位置し、タイヤ２の円周方向に沿って配設される導電体３とを備えるタイヤと、導電体３に電圧を印加する電圧印加手段８とを備えるようにした。
【選択図】図１
Description
本発明は、タイヤのグリップ力制御装置並びにグリップ力制御方法に関し、特に、タイヤと路面との摩擦を大きくしてタイヤのグリップ力を向上させることを可能とするタイヤのグリップ力制御装置及びグリップ力制御方法に関する。
従来、タイヤのグリップ力を向上させる方法の一つに、タイヤのトレッドゴムの補強充填剤としてカーボンブラックの代わりにシリカを添加する技術が提案されている。ところが、導電性が高いカーボンブラックに換えて導電性が低いシリカを添加したものを用いた場合、トレッド部の電気抵抗が大きくなるため、車両に帯電した静電気をタイヤを通じて路面に放電することができなくなってしまう虞がある。
そこで、トレッド部からビード部に至る領域に配置されるトレッドゴム、サイドウォールゴム及びリムクッションゴムに体積抵抗率がそれぞれ１０１０Ωｃｍ以上のゴムを用い、さらに、トレッド部からビード部まで延在するカーカス層の導電性と当該カーカス層に密着するようにトレッド部に埋設されるベルト層の導電性とをトレッドゴム、サイドウォールゴム及びリムクッションゴムよりも高くなるように構成し、トレッドゴムの接地面とベルトとの間を導電部材によって連結し、リムクッションゴムのリム接触面とカーカス層との間を導電部材により連結することでホイールとタイヤとの導電性を確保し、車体に帯電した電荷を除電しつつグリップ力を向上させるタイヤが開示されている。
そこで、トレッド部からビード部に至る領域に配置されるトレッドゴム、サイドウォールゴム及びリムクッションゴムに体積抵抗率がそれぞれ１０１０Ωｃｍ以上のゴムを用い、さらに、トレッド部からビード部まで延在するカーカス層の導電性と当該カーカス層に密着するようにトレッド部に埋設されるベルト層の導電性とをトレッドゴム、サイドウォールゴム及びリムクッションゴムよりも高くなるように構成し、トレッドゴムの接地面とベルトとの間を導電部材によって連結し、リムクッションゴムのリム接触面とカーカス層との間を導電部材により連結することでホイールとタイヤとの導電性を確保し、車体に帯電した電荷を除電しつつグリップ力を向上させるタイヤが開示されている。
しかしながら、上記のように導電部材をトレッドゴムの接地面に露出するように配設すると、走行時のタイヤの変形によって導電部材とトレッドゴムとの間で変形の差が生じ、導電部材とトレッドゴムとの間に間隙が生じるおそれがあり、導電部材に連結されるベルト層まで水等が侵入してタイヤを内部から破壊し、導電性やタイヤとしての機能が確保できなくなってしまう虞がある。
本発明は、上記課題を解決するため、タイヤの導電性を確保しつつタイヤのグリップ力を向上させることを可能とするタイヤのグリップ力制御装置及びグリップ力制御方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための構成として、体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムによって構成されるトレッド部と、当該トレッド部の踏面より半径方向内側に位置し、タイヤの円周方向に沿って配設される導電体とを備えるタイヤと、導電体に電圧を印加する電圧印加手段とを備える構成とした。
本構成によれば、電圧印加手段から導電体に印加した電圧が踏面と接触する路面に放電されることにより路面と導電体との間のトレッドに電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることができる。ジョンセンラーベック力の生じたトレッドには吸着力が作用して路面に対するトレッドの摩擦力が大きくなり、タイヤのグリップ力を向上させることができる。また、トレッドの体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下とすることで、トレッドに印加する電圧が小さくてもジョンセンラーベック効果を効率良く生じさせることができる。なお、ジョンセンラーベック効果とは、２枚の電極間に半導体を挟持し、２枚の電極に電圧を印加することによって半導体に吸着力が作用する現象である。
また、他の構成として、導電体は、スチールコードによって構成される補強ベルトで構成した。
本構成によれば、タイヤの構造部材としてのスチールコードからなる補強ベルトを導電体として用いることにより、別途タイヤに導電体を設ける必要がないので、タイヤの重量が増加することを防ぐことができる。
また、他の構成として、補強ベルトは、タイヤの円周方向に螺旋状に形成されるように構成した。
本構成によれば、補強ベルトがタイヤの円周方向に螺旋状に形成されることにより、補強ベルトの端部から電圧を印加することでタイヤの全周に亘り電圧を印加することができる。
また、他の構成として、導電体をトレッドに配設する構成とした。
本構成によれば、導電体をトレッドに配設することにより、導電体と路面との距離が近接するので、導電体に電圧を印加したときに、好適に路面に放電させることができる。
また、他の構成として、電圧印加手段は、ブレーキの操作時に対応して導電体に電圧を印加するようにした。
本構成によれば、タイヤと路面との摩擦を必要とするブレーキ操作時においてタイヤと路面とのグリップ力を向上させることができるので、ブレーキ操作時の車両を安定させることができる。
また、他の構成として、電圧印加手段は、操舵時に対応して導電体に電圧を印加するようにした。
本構成によれば、タイヤと路面との摩擦を必要とする操舵時においてタイヤと路面との摩擦力を向上させることができるので、操舵時の車両を安定させることができる。
また、前記課題を解決するための方法として、体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムをトレッド部に配設し、当該トレッド部の踏面よりも半径方向内側、かつ、タイヤ円周方向に沿って導電体をタイヤに配設し、このタイヤと導電体に電圧を印加する電圧印加手段とを車両に装着し、導電体に電圧を印加することによりタイヤのグリップ力を制御するようにした。
本方法によれば、電圧印加手段から導電体に印加した電圧が踏面と接触する路面に放電されることにより路面と導電体との間のトレッドに電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることができる。ジョンセンラーベック力の生じたトレッドには吸着力が作用して路面に対するトレッドの摩擦力が大きくなり、タイヤのグリップ力を向上させることができる。また、トレッドの体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下とすることで、トレッドに印加する電圧が小さくてもジョンセンラーベック効果を効率良く生じさせることができる。よって、電圧印加手段が、導電体への電圧の印加を制御することによりタイヤと路面との摩擦力を向上させて走行中の車両を安定させることができる。
本構成によれば、電圧印加手段から導電体に印加した電圧が踏面と接触する路面に放電されることにより路面と導電体との間のトレッドに電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることができる。ジョンセンラーベック力の生じたトレッドには吸着力が作用して路面に対するトレッドの摩擦力が大きくなり、タイヤのグリップ力を向上させることができる。また、トレッドの体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下とすることで、トレッドに印加する電圧が小さくてもジョンセンラーベック効果を効率良く生じさせることができる。なお、ジョンセンラーベック効果とは、２枚の電極間に半導体を挟持し、２枚の電極に電圧を印加することによって半導体に吸着力が作用する現象である。
また、他の構成として、導電体は、スチールコードによって構成される補強ベルトで構成した。
本構成によれば、タイヤの構造部材としてのスチールコードからなる補強ベルトを導電体として用いることにより、別途タイヤに導電体を設ける必要がないので、タイヤの重量が増加することを防ぐことができる。
また、他の構成として、補強ベルトは、タイヤの円周方向に螺旋状に形成されるように構成した。
本構成によれば、補強ベルトがタイヤの円周方向に螺旋状に形成されることにより、補強ベルトの端部から電圧を印加することでタイヤの全周に亘り電圧を印加することができる。
また、他の構成として、導電体をトレッドに配設する構成とした。
本構成によれば、導電体をトレッドに配設することにより、導電体と路面との距離が近接するので、導電体に電圧を印加したときに、好適に路面に放電させることができる。
また、他の構成として、電圧印加手段は、ブレーキの操作時に対応して導電体に電圧を印加するようにした。
本構成によれば、タイヤと路面との摩擦を必要とするブレーキ操作時においてタイヤと路面とのグリップ力を向上させることができるので、ブレーキ操作時の車両を安定させることができる。
また、他の構成として、電圧印加手段は、操舵時に対応して導電体に電圧を印加するようにした。
本構成によれば、タイヤと路面との摩擦を必要とする操舵時においてタイヤと路面との摩擦力を向上させることができるので、操舵時の車両を安定させることができる。
また、前記課題を解決するための方法として、体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムをトレッド部に配設し、当該トレッド部の踏面よりも半径方向内側、かつ、タイヤ円周方向に沿って導電体をタイヤに配設し、このタイヤと導電体に電圧を印加する電圧印加手段とを車両に装着し、導電体に電圧を印加することによりタイヤのグリップ力を制御するようにした。
本方法によれば、電圧印加手段から導電体に印加した電圧が踏面と接触する路面に放電されることにより路面と導電体との間のトレッドに電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることができる。ジョンセンラーベック力の生じたトレッドには吸着力が作用して路面に対するトレッドの摩擦力が大きくなり、タイヤのグリップ力を向上させることができる。また、トレッドの体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下とすることで、トレッドに印加する電圧が小さくてもジョンセンラーベック効果を効率良く生じさせることができる。よって、電圧印加手段が、導電体への電圧の印加を制御することによりタイヤと路面との摩擦力を向上させて走行中の車両を安定させることができる。
以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。
実施形態１
図１は、タイヤのグリップ力制御装置１の構成図の一例を示す。図２は、グリップ力制御装置１に適用されるタイヤ２の構造を示す断面図及び最外層に位置する補強ベルトを示す。以下、図１及び図２を用いてタイヤ２のグリップ力制御装置１について説明する。
タイヤ２のグリップ力制御装置１は、車両のホイール５に装着され、電圧が印加されるタイヤ２と、車体からタイヤ２に電圧を供給するための電極リング４と、車体に設けられ、タイヤ２への電圧の印加を制御する電圧印加手段としての制御装置８とにより構成される。
図１は、タイヤのグリップ力制御装置１の構成図の一例を示す。図２は、グリップ力制御装置１に適用されるタイヤ２の構造を示す断面図及び最外層に位置する補強ベルトを示す。以下、図１及び図２を用いてタイヤ２のグリップ力制御装置１について説明する。
タイヤ２のグリップ力制御装置１は、車両のホイール５に装着され、電圧が印加されるタイヤ２と、車体からタイヤ２に電圧を供給するための電極リング４と、車体に設けられ、タイヤ２への電圧の印加を制御する電圧印加手段としての制御装置８とにより構成される。
図２（ａ）に示すように、タイヤ２は、左右一対のビードコア２１，２１と、左右のビードコア２１，２１に掛け渡されるように配置されるカーカス２２と、ビードコア２１を中心として内側から外側に折り返されたカーカス２１の間に配置されるビードフィラー２３と、カーカス２２の半径方向外側に複数のベルト２４，２５及び螺旋状ベルト２６が積層されてなるベルト層２７と、体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下となるように組成され、ベルト層２７上において所定の厚さを有するトレッド２８と、トレッド２８の幅方向端部からカーカス２２の端部近傍までを保護するサイドウォール２９と、カーカス２２の端部よりも幅方向外側に配置され、ビード部２１をホイール５のリムから保護するリムクッションゴム３０と、左右のリムクッションゴム３０と連続するようにカーカス２２の内周面に配設されるインナーライナー３１とを備える。
ここで、トレッド２８の体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下に設定する理由は、後述の制御装置８から導電体３に印加される電圧がトレッド２８を介して路面に通電し易くするためである。即ち、トレッド２８の体積抵抗率が１０５Ω・ｍを超えると、抵抗率が大きいために、路面とタイヤの接触部における電圧降下が小さくなり、ジョンセンラーベック効果が小さくなるからである。
ベルト層２７は、タイヤを補強するための補強ベルトを積層したものであって、ベルト層２７のうち、半径方向の最も外側に位置する螺旋状ベルト２６は、例えば図２（ｂ）に示すように、一本のスチールコードを導電体３として螺旋状に巻回して形成した補強ベルトである。即ち、導電体３をトレッド部の踏面２ａより半径方向内側に位置するベルト層２７のうち、半径方向に最も外側に位置する補強ベルトを螺旋状に巻回した螺旋状ベルト２６によって構成した形態である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、螺旋状ベルト２６の側部２６Ａ，２６Ｂは、一方のサイドウォール２９及びリムクッションゴム３０の側に纏められて先端２６ａ；２６ｂが後述のタイヤ側接続端子４４に接続される。
側部２６Ａは、他方のサイドウォール２９及びリムクッションゴム３０の間から外部に露出するとともに、タイヤ２とホイール５との間に挟み込まれることによりタイヤ側接続端子４４に引き回される。
当該タイヤ２は、乗用車であれば、例えば、４輪に対して装着される。
ここで、トレッド２８の体積抵抗率を１０５Ω・ｍ以下に設定する理由は、後述の制御装置８から導電体３に印加される電圧がトレッド２８を介して路面に通電し易くするためである。即ち、トレッド２８の体積抵抗率が１０５Ω・ｍを超えると、抵抗率が大きいために、路面とタイヤの接触部における電圧降下が小さくなり、ジョンセンラーベック効果が小さくなるからである。
ベルト層２７は、タイヤを補強するための補強ベルトを積層したものであって、ベルト層２７のうち、半径方向の最も外側に位置する螺旋状ベルト２６は、例えば図２（ｂ）に示すように、一本のスチールコードを導電体３として螺旋状に巻回して形成した補強ベルトである。即ち、導電体３をトレッド部の踏面２ａより半径方向内側に位置するベルト層２７のうち、半径方向に最も外側に位置する補強ベルトを螺旋状に巻回した螺旋状ベルト２６によって構成した形態である。
図２（ａ），（ｂ）に示すように、螺旋状ベルト２６の側部２６Ａ，２６Ｂは、一方のサイドウォール２９及びリムクッションゴム３０の側に纏められて先端２６ａ；２６ｂが後述のタイヤ側接続端子４４に接続される。
側部２６Ａは、他方のサイドウォール２９及びリムクッションゴム３０の間から外部に露出するとともに、タイヤ２とホイール５との間に挟み込まれることによりタイヤ側接続端子４４に引き回される。
当該タイヤ２は、乗用車であれば、例えば、４輪に対して装着される。
電極リング４は、スリップリング機構を構成する１対の回転側リング４１と固定側リング４２とにより構成される。回転側リング４１と固定側リング４２とは、互いが回転可能となるように互いを保持し、回転側リング４１が固定側リング４２に対して回転しても互いの電気的接続が維持される。
回転側リング４１は、タイヤ２が装着されるホイール５のリム端面５１に接着可能な大きさに形成され、ホイール５と同心円となるように車体側のリム端面５１に対して絶縁性を有する接着手段４３、例えば、絶縁性両面テープにより固定される。
回転側リング４１は、螺旋状ベルト２６の先端２６ａ；２６ｂを接続するタイヤ側接続端子４４を備える。
固定側リング４２は、後述の制御ユニット８４から延長する電圧供給線４６の一端が接続される車体側接続端子４５を備える。
固定側リング４２は、車両におけるバネ下部品のうち、例えば、ブレーキやナックル等の非回転部分と図外の保持具によって保持され、回転側リング４１が回転しても、固定側リング４２は回転しない構成である。
よって、電極リング４がホイール５に固着され、回転するタイヤ２に対して車体側から供給される電気は、後述の制御ユニット８４から延長する電圧供給線４６から固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１からタイヤ２の螺旋状ベルト２６へと流れる。
回転側リング４１は、タイヤ２が装着されるホイール５のリム端面５１に接着可能な大きさに形成され、ホイール５と同心円となるように車体側のリム端面５１に対して絶縁性を有する接着手段４３、例えば、絶縁性両面テープにより固定される。
回転側リング４１は、螺旋状ベルト２６の先端２６ａ；２６ｂを接続するタイヤ側接続端子４４を備える。
固定側リング４２は、後述の制御ユニット８４から延長する電圧供給線４６の一端が接続される車体側接続端子４５を備える。
固定側リング４２は、車両におけるバネ下部品のうち、例えば、ブレーキやナックル等の非回転部分と図外の保持具によって保持され、回転側リング４１が回転しても、固定側リング４２は回転しない構成である。
よって、電極リング４がホイール５に固着され、回転するタイヤ２に対して車体側から供給される電気は、後述の制御ユニット８４から延長する電圧供給線４６から固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１からタイヤ２の螺旋状ベルト２６へと流れる。
図１に戻り、制御装置８は、ハンドルの操舵角を検出する操舵角センサ８１と、ドライバーによるブレーキの操作を検出するブレーキセンサ８２と、車両の走行を検出する車速センサ８３と、タイヤに電圧を印加するタイミングを制御する制御ユニット８４とにより構成される。
操舵角センサ８１は、ドライバーによるハンドルの操舵角を検出するセンサであって、ハンドルの操舵角を舵角信号として制御ユニット８４に出力する。
ブレーキセンサ８２は、ドライバーによるブレーキ操作を検出するセンサであって、ブレーキの踏み込み操作をブレーキ信号として制御ユニット８４に出力する。
車速センサ８３は、車輪の回転速度から車両の走行速度を検出するセンサであって、車両における車軸に設けられ、車軸の回転速度を車速信号として制御ユニット８４に出力する。
車速センサ８３は、例えば、車輪が回転可能に固着されるハブの外周面に取り付けられる環状のパルスギア８３Ａと、パルスギア８３Ａの外周面に形成された周期的な矩形の凹凸から車輪の回転を検出する検知部８３Ｂとにより構成され、回転するパルスギア８３Ａの凸部が単位時間当たりに検知部８３Ｂに近接した回数を検出し、車輪の回転する速度を検出する。
操舵角センサ８１は、ドライバーによるハンドルの操舵角を検出するセンサであって、ハンドルの操舵角を舵角信号として制御ユニット８４に出力する。
ブレーキセンサ８２は、ドライバーによるブレーキ操作を検出するセンサであって、ブレーキの踏み込み操作をブレーキ信号として制御ユニット８４に出力する。
車速センサ８３は、車輪の回転速度から車両の走行速度を検出するセンサであって、車両における車軸に設けられ、車軸の回転速度を車速信号として制御ユニット８４に出力する。
車速センサ８３は、例えば、車輪が回転可能に固着されるハブの外周面に取り付けられる環状のパルスギア８３Ａと、パルスギア８３Ａの外周面に形成された周期的な矩形の凹凸から車輪の回転を検出する検知部８３Ｂとにより構成され、回転するパルスギア８３Ａの凸部が単位時間当たりに検知部８３Ｂに近接した回数を検出し、車輪の回転する速度を検出する。
制御ユニット８４は、タイヤ２に電圧を印加するタイミングを制御する装置であって、操舵角センサ８１から出力される舵角信号と、ブレーキセンサ８２から出力されるブレーキ信号と、車速センサ８３から出力される車速信号とに基づきタイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加するタイミングを制御する。
制御ユニット８４は、タイヤ２に印加する電圧の電源として車体に搭載されるバッテリー９と接続され、例えば、バッテリー９の電圧を昇圧する昇圧回路８４Ａを備える。
昇圧回路８４Ａは、例えば、バッテリー９の直流電圧１２Ｖを直流１００Ｖに昇圧し、当該昇圧された電圧を印加電圧として螺旋状ベルト２６に出力する。
制御ユニット８４は、車速センサ８３から信号が出力されている間、かつ、舵角センサ８１又はブレーキセンサ８２の少なくともいずれか一方の信号が制御ユニット８４に出力されている間、螺旋状ベルト２６に対して電圧を連続的に印加する。
制御ユニット８４がタイヤ２の螺旋状ベルト２６に対して印加する電圧は、直流電圧を連続的に印加することに限らず、間欠的なパルス電圧を印加するように制御しても良い。
パルス電圧により螺旋状ベルト２６に電圧を印加する場合、単位時間当たりに印加するパルス電圧の累積時間が一定時間を越えるようにパルス周期を設定すれば良い。
また、タイヤ２に印加する電圧は、直流１００Ｖに限らず適宜昇圧回路８４Ａの出力電圧を設定すれば良い。また、昇圧回路８４Ａを設けず、バッテリー９の直流電圧の例えば１２Ｖを直接、螺旋状ベルト２６に印加するようにしても良い。
制御ユニット８４は、タイヤ２に印加する電圧の電源として車体に搭載されるバッテリー９と接続され、例えば、バッテリー９の電圧を昇圧する昇圧回路８４Ａを備える。
昇圧回路８４Ａは、例えば、バッテリー９の直流電圧１２Ｖを直流１００Ｖに昇圧し、当該昇圧された電圧を印加電圧として螺旋状ベルト２６に出力する。
制御ユニット８４は、車速センサ８３から信号が出力されている間、かつ、舵角センサ８１又はブレーキセンサ８２の少なくともいずれか一方の信号が制御ユニット８４に出力されている間、螺旋状ベルト２６に対して電圧を連続的に印加する。
制御ユニット８４がタイヤ２の螺旋状ベルト２６に対して印加する電圧は、直流電圧を連続的に印加することに限らず、間欠的なパルス電圧を印加するように制御しても良い。
パルス電圧により螺旋状ベルト２６に電圧を印加する場合、単位時間当たりに印加するパルス電圧の累積時間が一定時間を越えるようにパルス周期を設定すれば良い。
また、タイヤ２に印加する電圧は、直流１００Ｖに限らず適宜昇圧回路８４Ａの出力電圧を設定すれば良い。また、昇圧回路８４Ａを設けず、バッテリー９の直流電圧の例えば１２Ｖを直接、螺旋状ベルト２６に印加するようにしても良い。
上記グリップ力制御装置１によるタイヤ２のグリップ力の向上を検証するため、制御ユニット８４からタイヤ２に１００Ｖの直流電圧を印加したときと、電圧を印加しないときとで、トレッドと路面との摩擦力がどのように変化するかを調べた。
なお、ドラム試験装置は、タイヤ２と接触する回転ドラムの表面を実際の舗装路面として擬装したものである。実験条件は、タイヤサイズが１５５/６５Ｒ１３、タイヤの内圧が２１０ＫＰａ、タイヤにかかる負荷荷重が２．６ｋＮ、タイヤの回転速度が６０ｋｍ/ｈとなるように設定した。実験は、タイヤが回転ドラムに対してスリップ角がゼロから微操舵された状態においてタイヤ２に電圧を印加したときと、電圧を印加しないときのコーナリングパワーの測定を５回繰り返し行った。
図３は、コーナリングパワーの測定を５回繰り返し行ったときの電圧を印加しないときの平均値を指標１００として電圧を印加したときの指標と比較した表である。
図３に示すように、タイヤ２に電圧を印加することによりコーナリングパワーが３％増加することが分かった。即ち、スリップ角がゼロから微操舵された状態において、タイヤ２にはほとんど横滑りが生じておらず、路面に対してタイヤが粘着している状態となっている。
当該事実は、２枚の電極間に半導体を挟持し、２枚の電極に電圧を印加することによって半導体に吸着力が作用する現象であるジョンセンラーベック効果が生じていることを実証するものであり、導電体３としての螺旋状ベルト２６に印加した電圧が路面に放電されることにより、路面と螺旋状ベルト２６との間のトレッド２８に電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることが確認された。ジョンセンラーベック力の生じたトレッド２８は、吸着力が作用して路面に対する摩擦力が大きくなり、タイヤ２のグリップ力が向上したものである。
よって、当該実験によりタイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加することにより、路面に対するタイヤ２のグリップ力が向上することが検証された。
なお、ドラム試験装置は、タイヤ２と接触する回転ドラムの表面を実際の舗装路面として擬装したものである。実験条件は、タイヤサイズが１５５/６５Ｒ１３、タイヤの内圧が２１０ＫＰａ、タイヤにかかる負荷荷重が２．６ｋＮ、タイヤの回転速度が６０ｋｍ/ｈとなるように設定した。実験は、タイヤが回転ドラムに対してスリップ角がゼロから微操舵された状態においてタイヤ２に電圧を印加したときと、電圧を印加しないときのコーナリングパワーの測定を５回繰り返し行った。
図３は、コーナリングパワーの測定を５回繰り返し行ったときの電圧を印加しないときの平均値を指標１００として電圧を印加したときの指標と比較した表である。
図３に示すように、タイヤ２に電圧を印加することによりコーナリングパワーが３％増加することが分かった。即ち、スリップ角がゼロから微操舵された状態において、タイヤ２にはほとんど横滑りが生じておらず、路面に対してタイヤが粘着している状態となっている。
当該事実は、２枚の電極間に半導体を挟持し、２枚の電極に電圧を印加することによって半導体に吸着力が作用する現象であるジョンセンラーベック効果が生じていることを実証するものであり、導電体３としての螺旋状ベルト２６に印加した電圧が路面に放電されることにより、路面と螺旋状ベルト２６との間のトレッド２８に電流が流れ、トレッドにジョンセンラーベック力を生じさせることが確認された。ジョンセンラーベック力の生じたトレッド２８は、吸着力が作用して路面に対する摩擦力が大きくなり、タイヤ２のグリップ力が向上したものである。
よって、当該実験によりタイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加することにより、路面に対するタイヤ２のグリップ力が向上することが検証された。
図４は、グリップ力制御装置１がタイヤ２に電圧を印加する制御のフローチャートを示す。以下、タイヤのグリップ力制御装置１が搭載された車両のグリップ力制御について説明する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に起動する。制御ユニット８４は、車両が走行を開始し、車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されると電圧を印加するための待機状態を維持し、車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されないときには電圧の印加状態を停止する（Ｓ１０１）。
次に、Ｓ１０１の待機状態において、ドライバーによってブレーキ操作又はハンドル操作のいずれか、又は、両方が行われるとタイヤ２に電圧を印加する制御を行い、ブレーキ操作及びハンドル操作の両方が行われていないか、終了したときにはＳ１０１の待機状態に戻る（Ｓ１０２Ａ，Ｓ１０２Ｂ）。
例えば、走行中の車両が交通信号により停止するときに、ドライバーによってブレーキ操作が行われるとブレーキセンサ８２からブレーキ信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間のトレッド２８にジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていないときよりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上し、車両を安定させた状態で停止させることができる。
そして車両が停止して車速がゼロになると、車速信号が車速センサ８３から出力されないため、制御ユニット８４は電圧の印加を停止する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に起動する。制御ユニット８４は、車両が走行を開始し、車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されると電圧を印加するための待機状態を維持し、車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されないときには電圧の印加状態を停止する（Ｓ１０１）。
次に、Ｓ１０１の待機状態において、ドライバーによってブレーキ操作又はハンドル操作のいずれか、又は、両方が行われるとタイヤ２に電圧を印加する制御を行い、ブレーキ操作及びハンドル操作の両方が行われていないか、終了したときにはＳ１０１の待機状態に戻る（Ｓ１０２Ａ，Ｓ１０２Ｂ）。
例えば、走行中の車両が交通信号により停止するときに、ドライバーによってブレーキ操作が行われるとブレーキセンサ８２からブレーキ信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間のトレッド２８にジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていないときよりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上し、車両を安定させた状態で停止させることができる。
そして車両が停止して車速がゼロになると、車速信号が車速センサ８３から出力されないため、制御ユニット８４は電圧の印加を停止する。
また、走行中の車両がカーブにより旋回するときに、ドライバーによってハンドル操作が行われると操舵角センサ８１から舵角信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない状態となる路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていないときよりも、トレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、車両を安定させた状態で旋回させることができる。特に旋回中は、トレッド２８の路面との接触面の大きさが変化するため、不安定となりやすいが、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されることにより螺旋状ベルト２６と路面との間に吸引力が作用して摩擦力が向上し、旋回中の車両の挙動が安定する。
また、車両が山道等を走行中にカーブにより減速しつつ旋回するときに、ドライバーによってブレーキ操作及びハンドル操作が同時に行われると、ブレーキセンサ８２からブレーキ信号、操舵角センサ８１から舵角信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない状態となる路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていない状態よりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、車両を安定させた状態で減速しつつ旋回させて走行させることができる。
実施形態２
実施形態１では、車両が走行中、かつ、ブレーキ操作又はハンドル操作があったときに、タイヤに電圧を印加するとして説明したが、実施形態２では、車両の走行中の状態、及び、ブレーキの操作状態又はハンドルの操作状態によってタイヤ２に電圧を印加する制御を行う点で実施形態１と異なる。具体的には、操舵角センサ８１をハンドルの操舵角度及び操作速度が検出可能なセンサ、ブレーキセンサ８２をブレーキの操作量及び操作速度が検出可能なセンサにより構成し、車速センサ８３の出力する車速信号が所定の速度以上、かつ、ブレーキの操作量が閾値以上か、又は、操作角度が閾値以下かによってタイヤ２に電圧を印加する制御を行う。なお、実施形態１と同一構成である部分については、説明を省略する。
実施形態１では、車両が走行中、かつ、ブレーキ操作又はハンドル操作があったときに、タイヤに電圧を印加するとして説明したが、実施形態２では、車両の走行中の状態、及び、ブレーキの操作状態又はハンドルの操作状態によってタイヤ２に電圧を印加する制御を行う点で実施形態１と異なる。具体的には、操舵角センサ８１をハンドルの操舵角度及び操作速度が検出可能なセンサ、ブレーキセンサ８２をブレーキの操作量及び操作速度が検出可能なセンサにより構成し、車速センサ８３の出力する車速信号が所定の速度以上、かつ、ブレーキの操作量が閾値以上か、又は、操作角度が閾値以下かによってタイヤ２に電圧を印加する制御を行う。なお、実施形態１と同一構成である部分については、説明を省略する。
操舵角センサ８１は、ハンドルの操舵角が検出可能なようにハンドルを軸支するステアリングシャフトに歯車機構を介してロータリーエンコーダを取付け、ドライバーがハンドルを操作したときにロータリーエンコーダによって操作量と操作速度を検出可能に構成し、検出されたハンドルの操舵角と操作速度とを制御ユニット８４に出力する。
また、ブレーキセンサ８２は、ブレーキペダルの踏み込み量が検出可能なようにブレーキペダルの支持軸にロータリーエンコーダを取付け、ドライバーがブレーキペダルを操作したときにロータリーエンコーダによって操作量と操作速度とを検出可能に構成し、検出されたブレーキの操作量と操作速度とを制御ユニット８４に出力する。
また、ブレーキセンサ８２は、ブレーキペダルの踏み込み量が検出可能なようにブレーキペダルの支持軸にロータリーエンコーダを取付け、ドライバーがブレーキペダルを操作したときにロータリーエンコーダによって操作量と操作速度とを検出可能に構成し、検出されたブレーキの操作量と操作速度とを制御ユニット８４に出力する。
図５は、実施形態２に係るグリップ力制御装置１がタイヤ２に電圧を印加する制御のフローチャートを示す。以下、タイヤ２のグリップ力制御装置１が搭載された車両のグリップ力の制御方法について説明する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に装置が起動する。
制御ユニット８４は、車両が走行を開始して、車速信号が閾値以上になると制御ユニット８４は、電圧を印加する待機状態に移行し、閾値以下のときには待機状態を解除し電圧の印加を停止する（Ｓ１０１）。
次に、ドライバーがブレーキを閾値以上の操作量で操作を行うか、又は、ハンドルを閾値以下の舵角量で操作を行うかのいずれか、又は、両方を行うとタイヤ２に電圧を印加し、ブレーキの操作量が閾値以下、かつ、ハンドルの操作量が閾値以上若しくは操作されない時には、Ｓ１０１に戻り待機状態を維持する（Ｓ１０２Ａ，Ｓ１０２Ｂ）。
例えば、ドライバーが操作するブレーキのブレーキ操作量及び操作速度が、例えば、急ブレーキを示す閾値以上のときに、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない状態となる路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧を印加していない状態よりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、車両を安定させた状態で減速させることができる。
車両の走行する速度が閾値以下になると、制御ユニット８４は、螺旋状ベルト２６への電圧の印加を停止する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に装置が起動する。
制御ユニット８４は、車両が走行を開始して、車速信号が閾値以上になると制御ユニット８４は、電圧を印加する待機状態に移行し、閾値以下のときには待機状態を解除し電圧の印加を停止する（Ｓ１０１）。
次に、ドライバーがブレーキを閾値以上の操作量で操作を行うか、又は、ハンドルを閾値以下の舵角量で操作を行うかのいずれか、又は、両方を行うとタイヤ２に電圧を印加し、ブレーキの操作量が閾値以下、かつ、ハンドルの操作量が閾値以上若しくは操作されない時には、Ｓ１０１に戻り待機状態を維持する（Ｓ１０２Ａ，Ｓ１０２Ｂ）。
例えば、ドライバーが操作するブレーキのブレーキ操作量及び操作速度が、例えば、急ブレーキを示す閾値以上のときに、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない状態となる路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧を印加していない状態よりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、車両を安定させた状態で減速させることができる。
車両の走行する速度が閾値以下になると、制御ユニット８４は、螺旋状ベルト２６への電圧の印加を停止する。
また、車速センサ８３から出力される車速信号が閾値以上の状態において、ドライバーが操作するハンドルの操舵角が、例えば、緩やかなハンドル操作を示す閾値以下のときに、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４に一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない路面との接触面から路面に放電される。そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、螺旋状ベルト２６と路面との間に介在するトレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていない状態よりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、車両を安定させた状態で操舵させることができる。特に車両の走行速度が速い場合には、操舵操作に対する車両の反応が悪化するため、タイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加して螺旋状ベルト２６と路面との間に摩擦力を作用させて、タイヤ２と路面との摩擦力を向上させることにより、例えば、安定したレーンチェンジを行うことができる。
また、車速センサ８３から出力される車速信号が閾値以上の状態において、ドライバーが操作するハンドルの操舵角が、例えば、緩やかなハンドル操作を示す閾値以下、かつ、ブレーキの操作量が、例えば、急ブレーキを示す閾値以上のときに、制御ユニット８４は、昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧を４輪に対して出力する。制御ユニット８４から出力される電圧は、制御ユニット８４の一端が接続される電圧供給線４６、電圧供給線４６の他端が接続される固定側リング４２、固定側リング４２から回転側リング４１、回転側リング４１から螺旋状ベルト２６の順に通電され、印加電圧が螺旋状ベルト２６全体に印加される。螺旋状ベルト２６に印加された電圧は、タイヤ外周面のうち最も電気抵抗の少ない路面との接触面から路面に放電される。
そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、螺旋状ベルト２６と路面との間に介在するトレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていないときよりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、ハンドル操作を含む急ブレーキの状態における車両を安定させることができる。特に車両の走行速度が速い場合には、操舵操作に対する車両の反応が悪化するため、タイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加して螺旋状ベルト２６と路面との間に摩擦力を作用させて、タイヤ２と路面との摩擦力を向上させることにより、例えば、安定した緊急回避等の操作を行うことができる。
そして、タイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、螺旋状ベルト２６と路面との間に介在するトレッド２８と路面との摩擦力が向上する。よって、螺旋状ベルト２６に電圧が印加されていないときよりもトレッド２８と路面との摩擦力が向上することにより、ハンドル操作を含む急ブレーキの状態における車両を安定させることができる。特に車両の走行速度が速い場合には、操舵操作に対する車両の反応が悪化するため、タイヤ２の螺旋状ベルト２６に電圧を印加して螺旋状ベルト２６と路面との間に摩擦力を作用させて、タイヤ２と路面との摩擦力を向上させることにより、例えば、安定した緊急回避等の操作を行うことができる。
実施形態３
実施形態１乃至実施形態２では、制御ユニット８４が出力する電圧を昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧として説明したが、ブレーキの操作量、及び、ハンドルの操舵角に対応して出力する電圧を変化させるようにしても良い。
具体的には、昇圧回路８４Ａに換えて、バッテリー電圧を可変にする電圧可変手段を制御ユニット８４に設け、操舵角センサ８１及びブレーキセンサ８２からの信号の組み合わせに基づいて、タイヤに印加する電圧を可変制御するようにしても良い。電圧可変手段には、例えば、バッテリー電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータや、バッテリー電圧を交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータ等を用いれば良い。本実施形態では、電圧可変手段をＤＣ−ＤＣコンバータとし、バッテリー電圧を例えば、１０Ｖから１００Ｖに昇圧するものとして説明する。また、電圧可変手段によって出力される電圧は、可変範囲のうち最大の電圧と、最小の電圧とを出力するものとする。
実施形態１乃至実施形態２では、制御ユニット８４が出力する電圧を昇圧回路８４Ａによって昇圧された印加電圧として説明したが、ブレーキの操作量、及び、ハンドルの操舵角に対応して出力する電圧を変化させるようにしても良い。
具体的には、昇圧回路８４Ａに換えて、バッテリー電圧を可変にする電圧可変手段を制御ユニット８４に設け、操舵角センサ８１及びブレーキセンサ８２からの信号の組み合わせに基づいて、タイヤに印加する電圧を可変制御するようにしても良い。電圧可変手段には、例えば、バッテリー電圧を他の直流電圧に変換するＤＣ−ＤＣコンバータや、バッテリー電圧を交流電圧に変換するＤＣ−ＡＣインバータ等を用いれば良い。本実施形態では、電圧可変手段をＤＣ−ＤＣコンバータとし、バッテリー電圧を例えば、１０Ｖから１００Ｖに昇圧するものとして説明する。また、電圧可変手段によって出力される電圧は、可変範囲のうち最大の電圧と、最小の電圧とを出力するものとする。
図６は、実施形態３に係るグリップ力制御装置１がタイヤ２に電圧を印加する制御のフローチャートを示す。以下、タイヤ２のグリップ力制御装置１が搭載された車両のグリップ力の制御方法について説明する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に装置が起動し、車両が走行を開始すると車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニットは制御状態に移行し、車両が停止すると電圧の印加を停止する（Ｓ１０１）。
次に、Ｓ１０１において、車両が走行を開始して車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されると、制御ユニット８４は、車両の走行速度を監視する（Ｓ１０２）。
次に、Ｓ１０２の状態においてブレーキ操作、又は、ハンドル操作のいずれか、又は、両方を行うと操作に対応してＳ１０４Ａ乃至Ｓ１０４Ｂに進み、ブレーキ操作及びハンドル操作が行われないときには、Ｓ１０１に戻り待機状態を維持する（Ｓ１０３Ａ，Ｓ１０３Ｂ）。
次に、Ｓ１０３Ａ，Ｓ１０３Ｂにおいて行われたブレーキ操作、又は、ハンドル操作の操作量及び操舵角を検出し、Ｓ１０５に進む（Ｓ１０４Ａ，Ｓ１０４Ｂ）。
次に、Ｓ１０４Ａ，Ｓ１０４Ｂで検出されたブレーキの操作量及びハンドルの操舵角に基づき、タイヤ２に印加する印加電圧を設定（Ｓ１０５）し、印加電圧をタイヤ２に印加する。
グリップ力制御装置１は、車両のエンジン起動と同時に装置が起動し、車両が走行を開始すると車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力され、制御ユニットは制御状態に移行し、車両が停止すると電圧の印加を停止する（Ｓ１０１）。
次に、Ｓ１０１において、車両が走行を開始して車速センサ８３から車速信号が制御ユニット８４に出力されると、制御ユニット８４は、車両の走行速度を監視する（Ｓ１０２）。
次に、Ｓ１０２の状態においてブレーキ操作、又は、ハンドル操作のいずれか、又は、両方を行うと操作に対応してＳ１０４Ａ乃至Ｓ１０４Ｂに進み、ブレーキ操作及びハンドル操作が行われないときには、Ｓ１０１に戻り待機状態を維持する（Ｓ１０３Ａ，Ｓ１０３Ｂ）。
次に、Ｓ１０３Ａ，Ｓ１０３Ｂにおいて行われたブレーキ操作、又は、ハンドル操作の操作量及び操舵角を検出し、Ｓ１０５に進む（Ｓ１０４Ａ，Ｓ１０４Ｂ）。
次に、Ｓ１０４Ａ，Ｓ１０４Ｂで検出されたブレーキの操作量及びハンドルの操舵角に基づき、タイヤ２に印加する印加電圧を設定（Ｓ１０５）し、印加電圧をタイヤ２に印加する。
具体的には、制御ユニット８４は、例えば、ハンドル操作が行われず、ドライバーにより急ブレーキの操作が行われ、急ブレーキを示すブレーキ信号が制御ユニット８４に出力されたときには、車両の走行速度に関わらず、最大の減速が得られるように電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤ２に印加する。
また、ハンドル操作が行われず、ドライバーにより緩やかなブレーキの操作が行われ、緩やかなブレーキ操作を示すブレーキ信号が制御ユニット８４に入力されたときには、車両の走行速度に関わらず、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤ２に印加する。緩やかなブレーキ操作においても、タイヤ２に電圧を印加することによりタイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上し、タイヤ２に電圧を印加しないときよりもタイヤと路面との摩擦力が増加し、ブレーキ操作における初期制動を高めることができる。
また、ハンドル操作が行われず、ドライバーにより緩やかなブレーキの操作が行われ、緩やかなブレーキ操作を示すブレーキ信号が制御ユニット８４に入力されたときには、車両の走行速度に関わらず、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤ２に印加する。緩やかなブレーキ操作においても、タイヤ２に電圧を印加することによりタイヤ２と路面との接触面に位置する螺旋状ベルト２６と路面との間でジョンセンラーベック効果が生じ、トレッド２８と路面との摩擦力が向上し、タイヤ２に電圧を印加しないときよりもタイヤと路面との摩擦力が増加し、ブレーキ操作における初期制動を高めることができる。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより急ハンドルの操作が行われ、急ハンドルを示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、例えば、６０ｋｍ以上等の高速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤ２に印加することにより、車両の横転が防止される。また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより急ハンドルの操作が行われ、急ハンドルを示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が低速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性及び旋回性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤに印加することにより車両の旋回性を高めることができる。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより緩やかなハンドルの操作が行われ、緩やかなハンドル操作を示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、例えば、６０ｋｍ以上等の高速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤ２に印加することにより操作性を向上させる。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより緩やかなハンドルの操作が行われ、緩やかなハンドル操作を示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、低速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めつつ走行抵抗が増加しないように、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤ２に印加して操作性を向上させる。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより緩やかなハンドルの操作が行われ、緩やかなハンドル操作を示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、例えば、６０ｋｍ以上等の高速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤ２に印加することにより操作性を向上させる。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより緩やかなハンドルの操作が行われ、緩やかなハンドル操作を示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、低速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めつつ走行抵抗が増加しないように、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤ２に印加して操作性を向上させる。
なお、実施形態３において、タイヤ２に印加する電圧を電圧可変手段の可変範囲のうち最小、又は最大の電圧をタイヤ２に印加するとして説明したが、例えば、ブレーキセンサ８２及び操舵角センサ８１から出力される、ブレーキの操作量や操舵角の操舵量に応じて、電圧可変手段から出力される電圧を変化させるようにしても良い。
例えば、ハンドル操作が行われず、ドライバーにより急ブレーキの操作が行われ、急ブレーキを示すブレーキ信号が制御ユニット８４に入力されたときには、車両の走行速度に関わらず、最大の減速が得られるように電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤ２に印加してブレーキの操作が解除されるまでの間、タイヤに印加する電圧が漸次減少するように制御しても良い。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより急ハンドルの操作が行われ、急ハンドルを示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、例えば、６０ｋｍ以上等の高速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤに印加して操舵角が減少するに従い、最小の電圧から最大の電圧を印加するように漸次増加させるように制御しても良い。
例えば、ハンドル操作が行われず、ドライバーにより急ブレーキの操作が行われ、急ブレーキを示すブレーキ信号が制御ユニット８４に入力されたときには、車両の走行速度に関わらず、最大の減速が得られるように電圧可変手段の可変範囲のうち最大の電圧をタイヤ２に印加してブレーキの操作が解除されるまでの間、タイヤに印加する電圧が漸次減少するように制御しても良い。
また、ブレーキ操作が行われず、ドライバーにより急ハンドルの操作が行われ、急ハンドルを示す操舵信号が制御ユニット８４に入力され、車両の走行速度が、例えば、６０ｋｍ以上等の高速走行時には、ハンドル操作における初期の応答性を高めるために、電圧可変手段の可変範囲のうち最小の電圧をタイヤに印加して操舵角が減少するに従い、最小の電圧から最大の電圧を印加するように漸次増加させるように制御しても良い。
実施形態４
実施形態１乃至実施形態３では、４輪に対して同時に電圧を印加するようにしたが、各輪毎に印加する電圧を変化させるようにしても良い。
具体的には、制御ユニット８４が、車両の各輪に設けられた車速センサ８３の出力する車輪回転速度と、車両の走行する車速とに基づいて、各輪のタイヤ２に印加する電圧を制御するようにすれば良い。
例えば、車両の車速よりも早い速度が車速センサ８３により検出されているタイヤ２は、スリップ状態にあるため、他の車輪よりも高い電圧を印加することにより、タイヤと路面との摩擦力を向上させて車両を安定状態にすることができる。また、例えば、車両の車速よりも顕著に遅い速度が車輪速センサにより検出されているタイヤは、ロック状態やスリップ状態にあるため、他の車輪よりも高い電圧を印加することにより、タイヤと路面との摩擦力を向上させて車両を安定状態にすることができる。
実施形態１乃至実施形態３では、４輪に対して同時に電圧を印加するようにしたが、各輪毎に印加する電圧を変化させるようにしても良い。
具体的には、制御ユニット８４が、車両の各輪に設けられた車速センサ８３の出力する車輪回転速度と、車両の走行する車速とに基づいて、各輪のタイヤ２に印加する電圧を制御するようにすれば良い。
例えば、車両の車速よりも早い速度が車速センサ８３により検出されているタイヤ２は、スリップ状態にあるため、他の車輪よりも高い電圧を印加することにより、タイヤと路面との摩擦力を向上させて車両を安定状態にすることができる。また、例えば、車両の車速よりも顕著に遅い速度が車輪速センサにより検出されているタイヤは、ロック状態やスリップ状態にあるため、他の車輪よりも高い電圧を印加することにより、タイヤと路面との摩擦力を向上させて車両を安定状態にすることができる。
実施形態５
実施形態１乃至実施形態４の制御装置８にさらに感雨センサを設け、制御ユニット８４と接続し、雨量に応じて印加する電圧を制御するようにしても良い。雨等によって路面が濡れている場合、タイヤ２と路面とのアースが良好となるため、路面が乾燥している場合と同一の電圧をタイヤ２に印加すると、タイヤ２と路面との間に生じるジョンセンラーベック効果は、路面が乾燥したときに比べて効果が大きくなる。一方で、路面が濡れていることによりタイヤ２と路面との摩擦力は小さいため、雨量に応じて印加する電圧を制御することにより車両を安定にすることができる。
実施形態１乃至実施形態４の制御装置８にさらに感雨センサを設け、制御ユニット８４と接続し、雨量に応じて印加する電圧を制御するようにしても良い。雨等によって路面が濡れている場合、タイヤ２と路面とのアースが良好となるため、路面が乾燥している場合と同一の電圧をタイヤ２に印加すると、タイヤ２と路面との間に生じるジョンセンラーベック効果は、路面が乾燥したときに比べて効果が大きくなる。一方で、路面が濡れていることによりタイヤ２と路面との摩擦力は小さいため、雨量に応じて印加する電圧を制御することにより車両を安定にすることができる。
実施形態６
実施形態１乃至実施形態５において、制御ユニット８４は、車両に搭載されたバッテリー９と接続され、バッテリー９の電圧、又は、バッテリー９の電圧を昇圧した電圧をタイヤ２に印加するとして説明したが、制御ユニット８４と接続される電源は、バッテリー９に限らず、タイヤ２内に組み込まれるタイヤ内発電装置により発電し、制御ユニット８４から出力される制御信号に基づいてタイヤ２に電圧を印加するようにしても良い。
例えば、タイヤ内発電装置は、タイヤ２の内周面、又は、ホイール５の外周面に固着され、発電部と、無線部と、電圧供給部とを備えるように構成される。発電部は、タイヤ２の回転により発電する発電手段と、発電された電気を整流する整流回路と、整流された電気を蓄電する蓄電手段とを備える。無線部は、蓄電手段と接続され、制御ユニットから出力される電波を受信したときに、信号を電圧供給部に出力する。電圧供給部は、螺旋状ベルトの両端と蓄電部とに接続され、無線部に入力された信号に基づき、蓄電部に蓄電された電気を所定の電圧で螺旋状ベルト２６に供給するようにすれば良い。
タイヤ内に発電装置を設けることにより、回転するタイヤ２に対して車体から電極リング４を介して螺旋状ベルト２６に電圧を供給する必要がないため、グリップ力制御装置１の構成を簡素化することができる。
実施形態１乃至実施形態５において、制御ユニット８４は、車両に搭載されたバッテリー９と接続され、バッテリー９の電圧、又は、バッテリー９の電圧を昇圧した電圧をタイヤ２に印加するとして説明したが、制御ユニット８４と接続される電源は、バッテリー９に限らず、タイヤ２内に組み込まれるタイヤ内発電装置により発電し、制御ユニット８４から出力される制御信号に基づいてタイヤ２に電圧を印加するようにしても良い。
例えば、タイヤ内発電装置は、タイヤ２の内周面、又は、ホイール５の外周面に固着され、発電部と、無線部と、電圧供給部とを備えるように構成される。発電部は、タイヤ２の回転により発電する発電手段と、発電された電気を整流する整流回路と、整流された電気を蓄電する蓄電手段とを備える。無線部は、蓄電手段と接続され、制御ユニットから出力される電波を受信したときに、信号を電圧供給部に出力する。電圧供給部は、螺旋状ベルトの両端と蓄電部とに接続され、無線部に入力された信号に基づき、蓄電部に蓄電された電気を所定の電圧で螺旋状ベルト２６に供給するようにすれば良い。
タイヤ内に発電装置を設けることにより、回転するタイヤ２に対して車体から電極リング４を介して螺旋状ベルト２６に電圧を供給する必要がないため、グリップ力制御装置１の構成を簡素化することができる。
実施形態７
実施形態１乃至実施形態６において、タイヤ２に電圧を印加するために、トレッド部の踏面２ａより半径方向内側に位置し、タイヤの円周方向に沿って配設される導電体３をタイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトを一本のスチールコードを螺旋状に巻回して螺旋状ベルト２６によって構成したが、従来のベルトのように、複数本のスチールコードによって簾状に形成されたベルトに電圧を印加するようにしても良い。この場合、各スチールコードに電圧を印加するようにしても良いし、タイヤ円周方向に対して均等となるように間引いたスチールコードに電圧を印加するようにしても良い。
実施形態１乃至実施形態６において、タイヤ２に電圧を印加するために、トレッド部の踏面２ａより半径方向内側に位置し、タイヤの円周方向に沿って配設される導電体３をタイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトを一本のスチールコードを螺旋状に巻回して螺旋状ベルト２６によって構成したが、従来のベルトのように、複数本のスチールコードによって簾状に形成されたベルトに電圧を印加するようにしても良い。この場合、各スチールコードに電圧を印加するようにしても良いし、タイヤ円周方向に対して均等となるように間引いたスチールコードに電圧を印加するようにしても良い。
実施形態８
実施形態１乃至実施形態６において、タイヤ２に電圧を印加するために、タイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトを一本のスチールコードを螺旋状に巻回した螺旋状ベルト２６によって導電体３を構成したが、一本のスチールコードをタイヤの円周方向に沿って螺旋状に巻回した導電体３をタイヤのトレッド２８内に配設されるようにタイヤを構成しても良い。トレッド２８内に導電体３を配設して、導電体３に印加する電圧を制御することにより、タイヤと路面との間にジョンセンラーベック効果を生じさせることで効率良くタイヤと路面との摩擦力を制御することができる。
また、タイヤを成型するときに、一本のスチールコードをタイヤの円周方向に沿って予め螺旋状に巻回した導電体３をベルト層２７とトレッド２８との間に配設、又は、ベルト層２７の半径方向外側でタイヤ円周方向に沿って螺旋状に巻回してタイヤを構成しても上記と同様の効果が得られる。
即ち、タイヤにおいて導電体３が、タイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトよりも半径方向外側、かつ、トレッド２８に形成される溝部の溝底部２８Ａよりも半径方向内側に配設されれば良い。
実施形態１乃至実施形態６において、タイヤ２に電圧を印加するために、タイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトを一本のスチールコードを螺旋状に巻回した螺旋状ベルト２６によって導電体３を構成したが、一本のスチールコードをタイヤの円周方向に沿って螺旋状に巻回した導電体３をタイヤのトレッド２８内に配設されるようにタイヤを構成しても良い。トレッド２８内に導電体３を配設して、導電体３に印加する電圧を制御することにより、タイヤと路面との間にジョンセンラーベック効果を生じさせることで効率良くタイヤと路面との摩擦力を制御することができる。
また、タイヤを成型するときに、一本のスチールコードをタイヤの円周方向に沿って予め螺旋状に巻回した導電体３をベルト層２７とトレッド２８との間に配設、又は、ベルト層２７の半径方向外側でタイヤ円周方向に沿って螺旋状に巻回してタイヤを構成しても上記と同様の効果が得られる。
即ち、タイヤにおいて導電体３が、タイヤ２のベルト層２７のうち最外層に位置するベルトよりも半径方向外側、かつ、トレッド２８に形成される溝部の溝底部２８Ａよりも半径方向内側に配設されれば良い。
実施形態９
上記実施形態１乃至実施形態８において、導電体３をスチールコードにより構成したが、スチールコードに限らず、他の導電性のある部材を帯状又は紐状に形成したものタイヤの円周方向に沿って螺旋状に巻回すようにしても良い。例えば、帯状のアルミ素材をベルト層２７とトレッド２８の間に巻回し、巻き開始の端部と巻き終りの端部とをタイヤの外側に露出させて電圧を印加可能に構成すれば良い。
上記実施形態１乃至実施形態８において、導電体３をスチールコードにより構成したが、スチールコードに限らず、他の導電性のある部材を帯状又は紐状に形成したものタイヤの円周方向に沿って螺旋状に巻回すようにしても良い。例えば、帯状のアルミ素材をベルト層２７とトレッド２８の間に巻回し、巻き開始の端部と巻き終りの端部とをタイヤの外側に露出させて電圧を印加可能に構成すれば良い。
実施形態１０
実施形態１乃至実施形態６、実施形態８及び実施形態９において、螺旋状に巻回される導電体３を一本のスチールコードとしたが、スチールコードの本数は一本に限らず複数本により構成し、全てのスチールコードに電圧を印加できるように構成すれば良い。また、導電体３は、スチールコードに限らず導電性を有する素材、例えば、アルミ，銅等を主成分とする導体を帯状又は紐状に成形し、螺旋状に巻回すようにしても良い。
実施形態１乃至実施形態６、実施形態８及び実施形態９において、螺旋状に巻回される導電体３を一本のスチールコードとしたが、スチールコードの本数は一本に限らず複数本により構成し、全てのスチールコードに電圧を印加できるように構成すれば良い。また、導電体３は、スチールコードに限らず導電性を有する素材、例えば、アルミ，銅等を主成分とする導体を帯状又は紐状に成形し、螺旋状に巻回すようにしても良い。
実施形態１１
導電体３は、ベルト層２７の上に螺旋状に巻回することに限らず、図７（ａ）に示すように、帯状又は紐状に成形された導電性を有する素材をベルト層２７上において円周方向に沿ってＳ字状に蛇行して連続するように成形するようにしても良い。そして、導電体３の上にトレッド２８を配設し、導電体３の両側部２６Ａ，２６Ｂがタイヤの外側に露出するようにして導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成すれば良い。
また、導電体３をタイヤの円周方向に均等に複数配置するようにして、導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成しても良い。具体的には、図７（ｂ）に示すように、帯状又は紐状に成形された導電性を有する素材を渦巻状に成形して導電体３を構成し、当該導電体３をベルト層２７とトレッド２８との間において円柱方向に均等になるように複数配置するようにすれば良い。そして、導電体３の両側部２６Ａ，２６Ｂがタイヤの外側に露出するようにして導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成すれば良い。
導電体３は、ベルト層２７の上に螺旋状に巻回することに限らず、図７（ａ）に示すように、帯状又は紐状に成形された導電性を有する素材をベルト層２７上において円周方向に沿ってＳ字状に蛇行して連続するように成形するようにしても良い。そして、導電体３の上にトレッド２８を配設し、導電体３の両側部２６Ａ，２６Ｂがタイヤの外側に露出するようにして導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成すれば良い。
また、導電体３をタイヤの円周方向に均等に複数配置するようにして、導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成しても良い。具体的には、図７（ｂ）に示すように、帯状又は紐状に成形された導電性を有する素材を渦巻状に成形して導電体３を構成し、当該導電体３をベルト層２７とトレッド２８との間において円柱方向に均等になるように複数配置するようにすれば良い。そして、導電体３の両側部２６Ａ，２６Ｂがタイヤの外側に露出するようにして導電体３に電圧を印加可能にタイヤを構成すれば良い。
なお、実施形態１乃至実施形態１１では、導電体３に印加する電圧を直流電圧１０Ｖ〜１００Ｖの範囲で説明したが、１０Ｖ〜２００Ｖの範囲の直流電圧を印加するようにしても良い。また、印加する直流電圧を１０Ｖ以上に設定する理由には、１０Ｖよりも小さいとジョンセンラーベック効果が得られず、また、２００Ｖ以下に設定する理由には、一般に２００Ｖを超える直流電圧が印加されるとジュール熱の発生によりタイヤ自身が発熱し、発火に至る虞があるためである。
また、タイヤに印加される電圧は、１０Ｖ〜２００Ｖの直流電圧に限らず交流電圧であっても良い。
上記電圧を導電体３に印加する電圧印加手段としての制御装置８は、上記構成に限らず適宜導電体３に直流又は交流電圧を印加可能に構成すれば良い。
また、タイヤに印加される電圧は、１０Ｖ〜２００Ｖの直流電圧に限らず交流電圧であっても良い。
上記電圧を導電体３に印加する電圧印加手段としての制御装置８は、上記構成に限らず適宜導電体３に直流又は交流電圧を印加可能に構成すれば良い。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。
１ グリップ力制御装置、２ タイヤ、３ 導電体、４ 電極リング、５ ホイール、
７ 車輪、８ 制御装置、９ バッテリー、
２１ ビードコア、２２ カーカス、２３ ビードフィラー、２４：２５ ベルト、
２６ 螺旋状ベルト、２６Ａ；２６Ｂ 側部、２６ａ；２６ｂ 先端、２７ ベルト層、
２８ トレッド、２９ サイドウォール、３０ リムクッションゴム、
３１ インナーライナー、４１ 回転側リング、４２ 固定側リング、４３ 接着手段、
４４ タイヤ側接続端子、４５ 車体側接続端子、４６ 電圧供給線、
８１ 操舵角センサ、８２ ブレーキセンサ、８３ 車速センサ、８４ 制御ユニット。
７ 車輪、８ 制御装置、９ バッテリー、
２１ ビードコア、２２ カーカス、２３ ビードフィラー、２４：２５ ベルト、
２６ 螺旋状ベルト、２６Ａ；２６Ｂ 側部、２６ａ；２６ｂ 先端、２７ ベルト層、
２８ トレッド、２９ サイドウォール、３０ リムクッションゴム、
３１ インナーライナー、４１ 回転側リング、４２ 固定側リング、４３ 接着手段、
４４ タイヤ側接続端子、４５ 車体側接続端子、４６ 電圧供給線、
８１ 操舵角センサ、８２ ブレーキセンサ、８３ 車速センサ、８４ 制御ユニット。
Claims (7)
- 体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムによって構成されるトレッド部と、
当該トレッド部の踏面より半径方向内側に位置し、タイヤの円周方向に沿って配設される導電体とを備えるタイヤと、
前記導電体に電圧を印加する電圧印加手段とを備えるタイヤのグリップ力制御装置。 - 前記導電体は、スチールコードによって構成される補強ベルトである請求項１に記載のタイヤのグリップ力制御装置。
- 前記補強ベルトは、タイヤの円周方向に螺旋状に形成される請求項２に記載のタイヤのグリップ力制御装置。
- 前記導電体がトレッドに配設される請求項１に記載のタイヤのグリップ力制御装置。
- 前記電圧印加手段は、ブレーキの操作時に対応して導電体に電圧を印加する請求項１乃至請求項４いずれかに記載のタイヤのグリップ力制御装置。
- 前記電圧印加手段は、操舵時に対応して導電体に電圧を印加する請求項１乃至請求項５いずれかに記載のタイヤのグリップ力制御装置。
- 体積抵抗率が１０５Ω・ｍ以下のトレッドゴムをトレッド部に配設し、当該トレッド部の踏面よりも半径方向内側、かつ、タイヤ円周方向に沿って導電体をタイヤに配設し、
前記タイヤと、前記導電体に電圧を印加する電圧印加手段とを車両に装着し、
前記導電体に電圧を印加することによりタイヤのグリップ力を制御するタイヤのグリップ力制御方法。
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| JP2015000506A (ja) * | 2013-06-14 | 2015-01-05 | 株式会社ブリヂストン | 生タイヤの加熱方法とその装置 |
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