JP2021054226A - 整流装置 - Google Patents
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Abstract
Description
このような走行風が車体周辺の一部で乱流となり、渦流を形成すると、空気抵抗や空力騒音(風切音)が悪化する原因となる。
特に、車輪及び車輪を収容するホイルハウスの周辺では気流の乱れが発生しやすいことから、様々な手法により車輪周辺の整流を図ることが提案されている。
特許文献2には、車体の側方における空気乱れの発生を抑制するため、ホイルハウスからの空気流の吹き出しを抑制するフィンを設けることが記載されている。
特許文献3には、車両ホイールのディスク部に、気流導引部及び気流補助部を前後に配列した複数のホイールブレードを設けて空気抵抗と騒音を防止することが記載されている。
特許文献4には、タイヤサイド部の温度低減を図るため、タイヤのサイドウォールから突出し車輪の径方向に沿って延在する乱流発生用突起を設けることが記載されている。
また、整流装置に気流を発生させるデバイスを設けることに関する従来技術として、例えば特許文献5には、車体下部に設けられるアンダーカバーの下面部に、車両後方側へ噴出する空気流を発生させるプラズマアクチュエータを設けることが記載されている。
特許文献6には、タイヤのサイドウォールに、周方向に沿った気流を発生する複数のプラズマアクチュエータを配列し、車両後方側への気流を順次発生させることが記載されている。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、ホイルハウス内の気流を適切に整流可能な整流装置を提供することである。
請求項1に係る発明は、車両の車輪を収容するホイルハウスの内部に設けられ、車幅方向外側への流速成分を有する気流を発生する外向気流発生部を有することを特徴とする整流装置である。
これによれば、ホイルハウスの内部に設けた外向気流発生部から車幅方向外側へ気流を発生させることにより、ホイルハウス内に滞留する空気を車幅方向外側へ誘導して車両側方への排出を促進することができる。
これによれば、上述した効果を適切に得ることができる。
これによれば、旋回時に旋回外輪側のホイルハウスからの空気排出を促進することにより、旋回外輪側の車体側面部が受ける空気の圧力が旋回内輪側に対して相対的に高くなり、旋回時のロール挙動を抑制する方向のロールモーメントを発生し、車体のロール角を低減して操縦安定性を向上することができる。
ここで、旋回外輪側の外向気流発生部が発生する気流の流速を、旋回内輪側の外向気流発生部が発生する気流の流速に対して大きくすることには、旋回内輪側の外向気流発生部を停止した状態も含まれるものとする。
これによれば、旋回時に旋回内輪側のホイルハウスへ空気を吸引することにより、旋回外輪側の車体側面部が受ける空気の圧力が旋回内輪側に対して相対的に高くなり、旋回時のロール挙動を抑制する方向のロールモーメントを発生し、車体のロール角を低減して操縦安定性を向上することができる。
これによれば、旋回外輪側と旋回内輪側とで車体側面部が受ける空気の圧力のバランスが車体前後で変化し、車体のヨーイングを促進(ヨーレートを増加させる)方向、又は、車体のヨーイングを抑制(ヨーレートを減少させる)方向のヨーモーメントを発生させ、車両のアンダーステア挙動、オーバーステア挙動を抑制する挙動制御を行うことができる。
ここで、旋回外輪側の前後の外向気流発生部が発生する気流の流速の比率(前後比)を変化させることとは、前後一方の外向気流発生部を停止した状態も含まれるものとする。
これによれば、可動部分を持たないシンプルな構成により応答性良く外向流を発生させることが可能であり、上述した効果を確実に得ることができる。
請求項8に係る発明は、車両の車輪を収容するホイルハウスの内部における前記車輪の側部に設けられ、車両前後方向への流速成分を有する気流を発生する前後気流発生部を有することを特徴とする整流装置である。
これらの各発明によれば、ホイルハウス内に滞留する空気をホイルハウスの前方側、後方側へ誘導し、車輪の前後から車両側方側への排出を促進することができる。
これによれば、車両の走行時に車輪の上半部が車両前方側へ転動する際に、ホイルハウス内の空気を転動方向に沿わせて車両前方側へ誘導することにより、車輪の上半部がホイルハウス内の空気を攪拌することによる気流の乱れを抑制することができる。
これによれば、可動部分を持たないシンプルな構成により応答性良く車両前後方向の気流を発生させることが可能であり、上述した効果を確実に得ることができる。
請求項12に係る発明は、車両の車輪を収容するホイルハウスの内部に設けられ、前記車輪のリムの内径側を指向する気流を発生させるリム向気流発生部を備えることを特徴とする整流装置である。
これらの各発明によれば、ホイルハウス内の空気をリムの内径側を介して車幅方向へ排出することを促進することができる。
また、リムの内径側に配置される装置(例えば、ブレーキ装置、インホイールモータ等)の冷却性能を向上することができる。
これによれば、リムの内径側に配置される装置の発熱量が大きい場合にリム向気流発生部を作動させることにより、発熱量が小さい場合にはリムの内径側からスポーク等で攪拌された気流が排出されて車体側面部の気流の流れを乱すことを抑制できる。
これによれば、可動部分を持たないシンプルな構成により応答性良くリムの内径側を指向する気流を発生させることが可能であり、上述した効果を確実に得ることができる。
請求項16に係る発明は、車両の車輪のリムの内径側に設けられ、車幅方向外側への流速成分を有する気流を発生させるリム内気流発生部を備えることを特徴とする整流装置である。
これらの各発明によれば、ホイルハウス内の空気をリムの内径側を介して車幅方向へ排出することを促進することができる。
また、リムの内径側に配置される装置(例えば、ブレーキ装置、インホイールモータ等)の冷却性能を向上することができる。
これによれば、リムの内径側に配置される装置の発熱量が大きい場合にリム内気流発生部を作動させることにより、発熱量が小さい場合にはリムの内径側からスポーク等で攪拌された気流が排出されて車体側面部の気流の流れを乱すことを抑制できる。
これによれば、可動部分を持たないシンプルな構成により応答性良くリムの内径側を車幅方向外側へ流れる気流を発生させることが可能であり、上述した効果を確実に得ることができる。
以下、本発明を適用した整流装置の第1実施形態について説明する。
第1実施形態の整流装置は、例えば、乗用車等の自動車のホイルハウス及び車輪に設けられるプラズマアクチュエータ及びその制御装置等を有するものである。
図1は、第1実施形態の整流装置を有する車両を側方から見た図である。
車両Vは、一例として、キャビン310の前後に、エンジンコンパートメント320、及び、ラゲッジスペース330を有する3ボックスの乗用車である。
エンジンコンパートメント320の左右側部、及び、キャビン310の後部における左右側部には、それぞれ車輪Wが収容されるホイルハウス340が設けられている。
なお、車輪Wに関しては、右前輪Wfr、左前輪Wfl、右後輪Wrr、左後輪Wrlと添字を付して以下説明、図示する。
整流装置1は、プラズマアクチュエータ制御ユニット10、及び、これによりそれぞれ駆動されるタイヤプラズマアクチュエータ41、リム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46等を有する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10には、挙動制御ユニット20、電動パワーステアリング制御ユニット30が接続されている。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10、挙動制御ユニット20、電動パワーステアリング制御ユニット30は、例えば車載LANの一種であるCAN通信システム等を介して、相互に制御な必要な情報の伝達が可能となっている。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10における具体的な制御に関しては、後に詳しく説明する。
また、プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、挙動制御ユニット20を介してハイドロリックコントロールユニット24からブレーキ液圧の推移に関する情報を取得し、ブレーキ装置Bの発熱量を推定する発熱量推定部としての機能を有する。
挙動制御ユニット20には、右前輪車速センサ21fr、左前輪車速センサ21fl、右後輪車速センサ21rr、左後輪車速センサ21rl、ヨーレートセンサ22、横Gセンサ23、ハイドロリックコントロールユニット24等が接続されている。
このパルス信号の周期に基づいて、各車輪の回転速度を算出し、この回転速度及び既知のタイヤ外径から、車両の走行速度(車速)を算出することが可能である。
横Gセンサ23は、車両Vの車体に作用する車幅方向の加速度(旋回時の求心加速度)を検出するセンサである。
ヨーレートセンサ22及び横Gセンサ23は、例えば、シリコン等の基板上に微細加工技術により形成されたMEMSセンサとして構成されている。
ハイドロリックコントロールユニット24は、ブレーキフルードを加圧する電動ギヤポンプ、及び、各車輪のホイルシリンダに供給される液圧を制御する加圧制御弁、保持弁、減圧制御弁等を有して構成されている。
また、挙動制御ユニット20は、車両の車速、前輪舵角、車体横G、路面の推定摩擦係数などから算出される目標ヨーレートと、ヨーレートセンサ21により検出される実際のヨーレート(実ヨーレート)とを比較し、実ヨーレートが目標ヨーレートに対して過少な場合には、アンダーステア状態であると認識して旋回内輪に制動力を発生させ、左右車輪の制駆動力差によりアンダーステア状態を抑制する方向のヨーモーメントを発生させる。
一方、実ヨーレートが目標ヨーレートに対して過大な場合には、オーバーステア状態であると認識して旋回外輪に制動力を発生させ、左右車輪の制駆動力差によりオーバーステア状態を抑制する方向のヨーモーメントを発生させる。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、挙動制御ユニット20による制駆動力差の発生と協調して各プラズマアクチュエータの制御を行う機能を有する。
この点について、後に詳しく説明する。
電動パワーステアリング制御ユニット30は、トルクセンサ31、舵角センサ32の出力が入力されるとともに、モータ33に対して制御指令値を与える。
舵角センサ32は、現在のステアリング系の舵角を、例えばステアリングコラムの角度位置等に基づいて検出するものである。
モータ33は、操舵系にアシストトルクを付与する電動アクチュエータであって、例えば、ステアリングギアボックス内のステアリングラックに推力を与えるものである。
タイヤプラズマアクチュエータ41、リム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46として、以下説明する2極式のプラズマアクチュエータ100を用いることができる。
プラズマアクチュエータは、可動部のない構成により気流を誘起する流体制御デバイスである。
本実施形態におけるプラズマアクチュエータ100は、例えば、誘電体バリア放電プラズマアクチュエータ(DBD−PA)である。
誘電体110は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどのフッ化炭素樹脂などからなるシート状の部材である。
上部電極120、下部電極130は、例えば銅などの金属薄膜からなる導電テープにより構成されている。
上部電極120は、誘電体110の表面側(車輪Wに取り付けた際、外部に露出する側)に貼付されている。
下部電極130は、誘電体110の裏面側に貼付されている。
上部電極120と下部電極130とは、誘電体110の面方向にオフセットして配置されている。
絶縁体140は、プラズマアクチュエータ100の基部となるシート状の部材であって、誘電体110の裏面側に、下部電極130を覆って設けられている。
印加電圧は絶縁破壊が生じてプラズマ放電Pが発生する程度の高圧とする必要があり、例えば、1乃至10kV程度とすることができる。
また、印加電圧の周波数は、例えば、1乃至10kHz程度とすることができる。
このとき、プラズマアクチュエータ100の表面側の空気がプラズマ放電Pに誘引され、壁面噴流状の気流Fが発生する。
また、プラズマアクチュエータ100は、印加される交流電圧の波形を制御することにより、気流Fの方向を逆転することも可能となっている。
図4は、第1実施形態の整流装置における車輪を回転中心軸方向から見た図である。
図5は、図4のV−V部矢視断面図である。
第1実施形態の車両Vに設けられる右前輪Wfr、左前輪Wfl、右後輪Wrr、左後輪Wrlは、いずれも以下説明する車輪Wと実質的に同様の構成を有する。
車輪Wは、タイヤ410、リム420、ディスク430等を有して構成されている。
タイヤ410は、例えば、空気入りゴムタイヤであって、スチールベルテッドラジアルタイヤである。
トレッド411は、実質的に車輪Wの回転中心軸と同心の円筒状に形成された部分であり、車両の走行時に転動するとともに、下端部において路面と接触する踏面部である。
サイドウォール412は、トレッド411の軸方向における両端部から内径側に張り出して形成されたタイヤ410の側面部である。
サイドウォール412の内周縁部には、リム420により保持されるビード部413(図5参照)が設けられる。
ディスク430は、リム420の内径側に設けられる円盤状の部分であり、中央部には車輪Wを車両の図示しないハブ部に締結するためのボルト穴431が設けられている。
ディスク430の外径側の領域は、放射状に配列された複数のスポーク432によって構成され、車輪Wの周方向における各スポーク432の間隔は、軽量化及びブレーキの冷却等のため開口部となっている。
リム420及びディスク430は、例えば、アルミニウム系合金等の金属材料により、一体に形成されている。
タイヤプラズマアクチュエータ41は、複数(一例として図4の場合には36個)が車輪Wの周方向に実質的に等間隔に分散して配置されている。
タイヤプラズマアクチュエータ41は、車輪Wの回転中心軸方向から見た平面形が実質的に矩形状となっており、その長手方向(長辺方向)と直交する方向(短辺方向)に沿った気流Fを発生する機能を有する。
第1実施形態においては、各タイヤプラズマアクチュエータ41は、長手方向が車輪Wの径方向に沿って配置されるとともに、径方向と直交する方向に気流を発生するようになっている。
リム内面プラズマアクチュエータ42は、リム420の内径側において、車幅方向外側へ進行する気流を発生するリム内気流発生部である。
図6は、第1実施形態の整流装置が設けられる車両におけるホイルハウスの内部の模式的断面図である。
図6は、ホイルハウス340の内部を水平面で切って見た状態を示している。
ホイルハウス340の内面は、側面部341、前面部342、後面部343等を有する。
側面部341は、車輪Wの主に上半部と、車幅方向に対向して配置されている。
前面部342は、車輪Wに対して車両前方側に配置され、車幅方向に沿って延在する内壁部である。
後面部343は、車輪Wに対して車両後方側に配置され、車幅方向に沿って延在する内壁部である。
前面部342、後面部343は、直進状態における車輪Wのトレッド411の前部、後部とそれぞれ車両前後方向に対向して配置されている。
後面プラズマアクチュエータ44は、後面部343に車輪Wのトレッド411と対向するよう貼付され、車幅方向に沿って進行する気流を発生する。
前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44は、ホイルハウス340の内部で車幅方向外側へ進行する気流を発生する外向気流発生部である。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46は、車両前後方向に沿った気流を発生する前後気流発生部である。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46は、直進軸における車輪Wの回転中心軸の前後にそれぞれ配置されている。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46は、主に車輪Wの上半部(回転中心軸(車軸)よりも上方の領域)の車幅方向内側の面部と、車幅方向に間隔を隔てて対向している。
第1実施形態の整流装置においては、車両の運転状態、走行状態に応じて、各プラズマアクチュエータの駆動、停止、及び、駆動する場合の気流発生方向を切り換えて、空気抵抗の低減、ブレーキ装置の冷却、操縦安定性の向上等を図っている。
図7は、第1実施形態の整流装置の動作を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、車両Vの運転状態(走行状態)に関する情報を各センサ等から取得する。
車両の運転状態に関する情報として、例えば、車速、舵角、ヨーレート、横Gや、図示しないエンジン制御ユニットから提供されるエンジンの推定出力トルク、図示しないトランスミッション制御ユニットから提供される変速機の変速比(変速段)などに関する情報が含まれる。
その後、ステップS02に進む。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、ステップS01において取得した情報に基づいて、車両Vが旋回状態にあるか否かを判別する。
旋回状態が検出された場合はステップS06に進み、旋回状態が検出されない場合(直進状態である場合)はステップS03に進む。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、挙動制御ユニット20を介してハイドロルックコントロールユニット24から取得したブレーキフルード液圧の履歴に基づいて、リム420の内径側に配置されるブレーキ装置B(図6参照)の温度を推定する。
推定された温度が所定の閾値以上である場合は、ブレーキ装置の冷却が必要なブレーキ過熱状態であるとしてステップS05に進み、その他の場合はステップS04に進む。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、各プラズマアクチュエータにおいて気流を発生させ、車両Vの空気抵抗(ドラッグ)を低減するドラッグ低減制御を実行する。
図8は、第1実施形態の整流装置におけるドラッグ低減制御時のタイヤプラズマアクチュエータの駆動状態を示す図である。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、右前輪Wfr、左前輪Wfl、右後輪Wrr,左後輪Wrlにおいて、回転中心軸よりも上方の領域にあるタイヤプラズマアクチュエータ41から、車両後方側への流速成分を有する気流を発生させる。
車輪Wは、図8において、反時計回りに回転しつつ左側に進行する。
ドラッグ低減制御の実行時に、プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、車輪Wの回転中心軸Oを通る鉛直線に対して、回転中心O回りに前方及び後方それぞれ45°以内の領域に存在するタイヤプラズマアクチュエータ41に、車両後方側への速度成分を含む気流F(図中黒色の矢印により図示する)を発生させる。
このとき、各タイヤプラズマアクチュエータ41が発生する気流Fの強さ(流速)は、車両Vの車速の増加に応じて大きくなるように設定される。
これにより、各車輪Wの周囲、特に側面部において、車両前方側からの走行風を後方側へスムースに案内することが可能となり、渦の発生を伴う乱流が発生することを抑制し、車両Vの空気抵抗を抑制することができる。
図9は、上述した図6を同じ断面を示している。図9において、各プラズマアクチュエータが発生する気流を太線破線矢印で図示している。(後述する図10において同じ)
図9に示すように、ドラッグ低減制御においては、リム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44は、車幅方向外側へ進行する気流を発生する。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46は、車両前方側へ進行する気流を発生する。
以上説明したドラッグ低減制御を行った後、一連の処理を終了(リターン)する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、各プラズマアクチュエータにおいて気流を発生させ、リム420の内径側に設置されたブレーキ装置Bの冷却を行うブレーキ冷却制御を実行する。
図10は、第1実施形態の整流装置におけるホイルハウス内の気流の状態を示す模式図であって、ブレーキ冷却制御における状態を示す図である。
図10に示すように、ブレーキ冷却制御においては、リム内面プラズマアクチュエータ42は、車幅方向外側へ進行する気流を発生する。
側面前側プラズマアクチュエータ45は、気流の発生方向を逆転され、車両後方側へ進行する気流を発生する。
側面後側プラズマアクチュエータ46は、車両前方側へ進行する気流を発生する。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46がそれぞれ発生する気流はリム420の車幅方向内側において干渉(衝突)し、この領域の圧力が周囲より高くなることにより、車幅方向外側に進行する気流が形成される。
この気流は、リム420の内径側に導入され、ここでリム内面プラズマアクチュエータ42によってさらに加速されて車両側方へ排出される。
側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46は、協働してリム向気流発生部として機能する。
このとき、ブレーキ装置420は、この気流との熱交換によって冷却される。
以上説明したブレーキ冷却制御を行った後、一連の処理を終了(リターン)する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、ステップS01において取得した情報に基づいて、車両Vの車体にヨーイングを抑制する方向のヨーモーメントを与えるヨー抑制制御を行う必要があるか否かを判別する。
例えば、車両Vの目標ヨーレートに対して実ヨーレートが過大である場合(これらの差分が所定の閾値以上であった場合)に、車両Vがオーバーステア状態にあるものとしてヨー抑制制御を行う必要があると判断する。
また、車両Vの定常旋回時に車両Vの安定性を向上する必要がある場合にも、ヨー抑制制御を行う必要があると判断する。
ヨー抑制制御を行う必要があると判断された場合はステップS06に進み、ヨー抑制制御を行う必要がないと判断された場合はステップS07に進む。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、ステップS01において取得した情報に基づいて、車両Vの車体にヨーイングを促進する方向のヨーモーメントを与えるヨー促進制御を行う必要があるか否かを判別する。
例えば、車両Vの目標ヨーレートに対して実ヨーレートが過小である場合(これらの差分が所定の閾値以上であった場合)に、車両Vがアンダーステア状態にあるものとしてヨー促進制御を行う必要があると判断する。
また、車両Vの旋回初期(ターンイン)時に、車体ヨーイングの立ち上がりを迅速化する必要がある場合にも、ヨー促進制御を行う必要があると判断する。
ヨー促進制御を行う必要があると判断された場合はステップS09に進み、ヨー促進制御を行う必要がないと判断された場合はステップS08に進む。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、以下説明するロール抑制制御を実行する。
一般的な車両において、走行時には、車両の側面部の圧力は、大気圧に対して相対的に低い負圧となる。第1実施形態のロール抑制制御、ヨー促進制御、ヨー抑制制御においては、各プラズマアクチュエータが発生する気流Fを利用して、車体側面部における負圧を促進し、あるいは、抑制することにより、車両挙動の制御を図っている。
図11は、第1実施形態の整流装置におけるロール抑制制御を実行中の車両の状態の一例を示す図である。
図11においては、車両が左カーブ路を走行中の状態を示しており、右前輪Wfr、右後輪Wrrが旋回外輪側となり、左前輪Wfl、左後輪Wrlが旋回内輪側となる。(以下説明する図12乃至図16において同じ)
また、定常旋回時においては、車両Vの車体は、上方から見て反時計回り方向に回動するヨーイング(ヨー挙動)を示す。
これによって、車体の右側の前後のホイルハウス340から、車幅方向外側へ気流が噴出される。その結果、車体の右側においては、側面部に作用する負圧が抑制される。
一方、車体の左側側面部周辺においては、このような各プラズマアクチュエータによる気流の噴出が生じない。その結果、車体の左側においては、側面部に作用する負圧は抑制されない。
その結果、車体左右の側面部が空気から受ける圧力に差が生じ、この圧力差により車体が旋回内輪側に引き寄せられる力が発生する。
このような力は、通常は車両のロールセンターよりも上方側において作用することから、車体のロールを抑制する方向のロールモーメントが発生し、ロール角が低減する。
なお、このように旋回内輪側の各プラズマアクチュエータを完全に停止することに代えて、旋回内輪側では旋回外輪側よりも強度、流速が低い気流を発生させるようにしてもよい。(後述するヨー促進制御、ヨー抑制制御においても同様)
図12は、第1実施形態の整流装置におけるロール抑制制御を実行中の車両の状態の他の例を示す図である。
図12に示す状態においては、図1に示す制御と同様の制御に加えて、旋回内輪である左前輪Wfl、左後輪Wrl側に設けられたリム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46を、上述した旋回外輪側とは逆方向の気流(車幅方向内側へ流れる気流)を発生するよう駆動している。その結果、車体の左側では、車体側面に作用する負圧が促進される。
これによって、車体左右の側面部が空気から受ける圧力差が拡大し、車体が旋回内輪側へ引き寄せられる力が図11の状態に対して増大する。
これによって、より強力なロール抑制効果を得ることができる。
以上説明したロール抑制制御の実行後、一連の処理を終了(リターン)する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、以下説明するヨー促進制御を実行する。
図13は、第1実施形態の整流装置におけるヨー促進制御を実行中の車両の状態の一例を示す図である。
図13に示す状態においては、旋回外輪側の前輪である右前輪Wfrと、旋回内輪側の後輪である左後輪Wrlに設けられたリム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46のみを作動させ、車幅方向外側へ進行する気流を発生させている。
これによって、車体左右の側面部が空気から受ける圧力に前後差が生じ、この圧力差により車体前部が旋回内輪側、車体後部が旋回外輪側に引き寄せられる力が発生する。
このような力は、車体の前後で逆方向に作用することから、車体のヨーイングを促進する方向のヨーモーメントMが発生し、ヨーイングが促進される。
図14は、第1実施形態の整流装置におけるヨー促進制御を実行中の車両の状態の他の例を示す図である。
図14に示す状態においては、図13に示す制御と同様の制御に加えて、旋回内輪側の前輪である左前輪Wflと、旋回外輪側の後輪である右後輪Wrrに設けられたリム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46を、車幅方向内側へ流れる気流を発生するよう駆動している。
これによって、車体左右の側面部が空気から受ける圧力差が拡大し、発生するヨーモーメントMが図13の状態に対して増大する。
これによって、より強力なヨー促進効果を得ることができる。
以上説明したヨー促進制御の実行後、一連の処理を終了(リターン)する。
プラズマアクチュエータ制御ユニット10は、以下説明するヨー抑制制御を実行する。
図16は、第1実施形態の整流装置におけるヨー抑制制御を実行中の車両の状態の一例を示す図である。
図16に示す状態においては、旋回内輪側の前輪である左前輪Wflと、旋回外輪側の後輪である右後輪Wrrに設けられたリム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46のみを作動させ、車幅方向外側へ進行する気流を発生させている。
これによって、車体左右の側面部が空気から受ける圧力に前後差が生じ、この圧力差により車体前部が旋回外輪側、車体後部が旋回内輪側に引き寄せられる力が発生する。
このような力は、車体の前後で逆方向に作用することから、車体のヨーイングを抑制する方向のヨーモーメントMが発生し、ヨーイングが抑制される。
図16は、第1実施形態の整流装置におけるヨー抑制制御を実行中の車両の状態の他の例を示す図である。
図16に示す状態においては、図15に示す制御と同様の制御に加えて、旋回外輪側の前輪である右前輪Wfrと、旋回内輪側の後輪である左後輪Wrlに設けられたリム内面プラズマアクチュエータ42、前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46を、車幅方向内側へ流れる気流を発生するよう駆動している。
これによって、車体左右の側面部が空気から受ける圧力差が拡大し、発生するヨーモーメントMが図15の状態に対して増大する。
これによって、より強力なヨー抑制効果を得ることができる。
以上説明したヨー抑制制御の実行後、一連の処理を終了(リターン)する。
(1)ホイルハウス340の内部に設けた前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44等から車幅方向外側へ気流を発生させることにより、ホイルハウス内に滞留する空気を車幅方向外側へ誘導して車両側方への排出を促進することができる。
(2)ホイルハウス340の前面部342、後面部343にそれぞれ貼付した前面プラズマアクチュエータ43、後面プラズマアクチュエータ44から車幅方向外側へ気流を発生させることにより、上述した効果を適切に得ることができる。
(3)旋回時に旋回外輪側のホイルハウス340からの空気排出を促進することにより、旋回外輪側の車体側面部が受ける空気の圧力が旋回内輪側に対して相対的に高くなり、旋回時のロール挙動を抑制する方向のロールモーメントを発生し、車体のロール角を低減して操縦安定性を向上することができる。
(4)旋回時に旋回内輪側のホイルハウス340へ空気を吸引することにより、旋回外輪側の車体側面部が受ける空気の圧力が旋回内輪側に対して相対的に高くなり、旋回時のロール挙動を抑制する方向のロールモーメントを発生し、車体のロール角を低減して操縦安定性を向上することができる。
(5)車両の旋回時に、前輪及び後輪のホイルハウス340にそれぞれ設けられたプラズマアクチュエータが車幅方向に沿って発生する気流の流速の比率を、非旋回時に対して変化させることにより、旋回外輪側と旋回内輪側とで車体側面部が受ける空気の圧力のバランスが車体前後で変化し、車体のヨーイングを促進(ヨーレートを増加させる)方向、又は、車体のヨーイングを抑制(ヨーレートを減少させる)方向のヨーモーメントを発生させ、車両のアンダーステア挙動、オーバーステア挙動を抑制する挙動制御を行うことができる。
(6)ホイルハウス340の内部における車輪Wの側部に設けられ、車両前後方向への流速成分を有する気流を発生する側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46を設けたことにより、ホイルハウス340内に滞留する空気をホイルハウス340の前方側、後方側へ誘導し、車輪Wの前後から車両側方側への排出を促進することができる。
(7)側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46が車輪の上半部に対向する箇所に設けられ、通常走行時に車両前方側へ進行する気流を発生することにより、車両の走行時に車輪の上半部が車両前方側へ転動する際に、ホイルハウス内の空気を転動方向に沿わせて車両前方側へ誘導することにより、車輪の上半部がホイルハウス内の空気を攪拌することによる気流の乱れを抑制することができる。
(8)側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46がそれぞれ発生する気流を対向させてリム420の内径側を指向する気流を形成可能としたことにより、ホイルハウス340内の空気をリム420の内径側を介して車幅方向へ排出することを促進することができる。
また、リム420の内径側に配置されるブレーキ装置Bの冷却性能を向上することができる。
(9)リム420の内周面にリム内面プラズマアクチュエータ42を設けたことにより、ホイルハウス340内の空気をリム420の内径側を介して車幅方向へ排出することを促進することができる。
また、リム420の内径側に配置されるブレーキ装置Bの冷却性能を向上することができる。
(10)リム420の内径側の気流形成を、ブレーキ装置Bの過熱状態に応じて行うことにより、ブレーキ装置Bの発熱量が小さい場合にはリム420の内径側からスポーク等で攪拌された気流が排出されて車体側面部の気流の流れを乱すことを抑制できる。
(11)各気流発生部としてプラズマアクチュエータ100を用いたことにより、可動部分を持たないシンプルな構成により応答性良く各気流を発生させることが可能であり、上述した効果を確実に得ることができる。
次に、本発明を適用した整流装置の第2実施形態について説明する。
上述した第1実施形態と共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
第2実施形態の整流装置は、第1実施形態における2極式のプラズマアクチュエータ1100の一部又は全部を、以下説明する3極式のプラズマアクチュエータ100Aに置換したものである。
図17に示す3極式のプラズマアクチュエータ100Aは、下部電極130を挟んだ両側に一対の上部電極120(120A,120B)を対称的に配置し、個々の上部電極120A、120Bに独立した電源PSを設けている。
この場合、対向する気流Fは衝突して合流しつつ偏向し、プラズマアクチュエータ100Aの主平面から離間する方向(典型的には法線方向等)に沿って流れる気流を形成(合成)することができる。
また、3極式のプラズマアクチュエータ100Aは、一方の上部電極120(120A又は120B)のみに通電することによって、上述した2極式のプラズマアクチュエータ100と同様に、その表面に沿って進行する気流を形成することができる。
さらに、上部電極120A、120Bに印加される電圧等を制御することにより、合流した後の気流の進行方向を制御することもできる。
また、第1実施形態においては、側面前側プラズマアクチュエータ45、側面後側プラズマアクチュエータ46から出る気流を干渉させてリム420の内径側を指向する気流を形成しているが、これらに代えて単一あるいは複数の3極式のプラズマアクチュエータ100Aを設けて、これにより直接リム420の内径側を指向する気流を発生させてもよい。
以上説明した第2実施形態によれば、気流の進行方向を単独で変更可能な3極式のプラズマアクチュエータ100Aを用いることにより、気流制御の自由度を高め、整流装置による整流効果をさらに高めることができる。
本発明は、以上説明した各実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
(1)整流装置及び車両の構成は、上述した各実施形態に限定されず、適宜変更することが可能である
例えば、気流発生部(プラズマアクチュエータ)の配置、個数、気流の発生方向や制御の手法などは、適宜変更することが可能である。
例えば、車輪に設けられるプラズマアクチュエータを、例えば車幅方向内側のサイドウォールや、スポーク部における車幅方向外側、内側、側面部などの各面に貼付してもよい。
また、ホイルハウス内に設けられるプラズマアクチュエータを、ホイルハウスの内面(内壁部)に限らず、ホイルハウス内に存在する例えばサスペンション装置の構成部品などに取り付けてもよい。
(2)各実施形態においては、気流発生部としてプラズマアクチュエータを用いているが、気流発生部の構成はこれに限定されない。
例えば、気流発生部として、ブロワファン等の送風手段や、コンプレッサ等で圧縮された気体を噴出するものなど、他種のものを用いることができる。
(3)旋回時等における各プラズマアクチュエータの制御手法は一例であって、適宜変更することが可能である。
(4)各実施形態においては、リムの内径側にブレーキ装置が設けられ、気流制御によりその冷却性能向上を図っているが、リムの内径側に配置された冷却対象部品はこれに限らず適宜変更することができる。
例えば、リムの内径側に配置される回転電機であるインホイールモータ(モータジェネレータ)を冷却する構成とすることもできる。
10 プラズマアクチュエータ制御ユニット
20 挙動制御ユニット
21fr 右前輪車速センサ 21fl 左前輪車速センサ
21rr 右後輪車速センサ 21rl 左後輪車速センサ
22 ヨーレートセンサ 23 横Gセンサ
24 ハイドロリックコントロールユニット(HCU)
30 電動パワーステアリング(EPS)制御ユニット
31 トルクセンサ 32 舵角センサ
33 モータ
41 タイヤプラズマアクチュエータ
42 リム内面プラズマアクチュエータ
43 前面プラズマアクチュエータ
44 後面プラズマアクチュエータ
45 側面前側プラズマアクチュエータ
46 側面後側プラズマアクチュエータ
100 プラズマアクチュエータ(2極式)
100A プラズマアクチュエータ(3極式)
110 誘電体 120(120A,120B) 上部電極
130 下部電極 140 絶縁体
PS 電源
P プラズマ F 気流
200 プラズマアクチュエータ群
310 キャビン 320 エンジンコンパートメント
330 ラゲッジスペース
W 車輪
Wfr 右前輪 Wfl 左前輪
Wrr 右後輪 Wrl 左後輪
340 ホイルハウス 341 側面部
342 前面部 343 後面部
410 タイヤ 411 トレッド
412 サイドウォール 413 ビード部
420 リム 430 ディスク
431 ボルト穴 432 スポーク
Claims (18)
- 車両の車輪を収容するホイルハウスの内部に設けられ、車幅方向外側への流速成分を有する気流を発生する外向気流発生部を有すること
を特徴とする整流装置。 - 前記外向気流発生部は、前記ホイルハウスの内面における前記車輪の前方側の面部と、前記車輪の後方側の面部との少なくとも一方に設けられること
を特徴とする請求項1に記載の整流装置。 - 前記車両の旋回状態を検出する旋回状態検出部と、
前記車両の旋回時に、旋回外輪側の前記外向気流発生部が発生する気流の流速を、旋回内輪側の前記外向気流発生部が発生する気流の流速に対して大きくする制御部と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の整流装置。 - 前記車両の旋回状態を検出する旋回状態検出部と、
前記車両の旋回時に、前記内輪側の前記外向気流発生部が発生する気流の方向を逆転させ、車幅方向内側への流速成分を有する気流を発生させる制御部と
を備えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の整流装置。 - 前記制御部は、前記車両の旋回時に、前輪及び後輪のホイルハウスにそれぞれ設けられた前記外向気流発生部が発生する気流の流速の比率を、非旋回時に対して変化させること
を特徴とする請求項3又は請求項4に記載の整流装置。 - 前記外向気流発生部は、誘電体を挟んで配置された一対の電極及び前記電力に交流電圧を印加する電源を有するプラズマアクチュエータを有すること
を特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 前記ホイルハウスの内部における前記車輪の側部に設けられ、車両前後方向への流速成分を有する気流を発生させる前後気流発生部を有すること
を特徴とする請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 車両の車輪を収容するホイルハウスの内部における前記車輪の側部に設けられ、車両前後方向への流速成分を有する気流を発生する前後気流発生部を有すること
を特徴とする整流装置。 - 前記前後気流発生部は、前記車輪の上半部に対向する箇所に設けられ、車両前方側への流速成分を有する気流を発生させること
を特徴とする請求項7又は請求項8に記載の整流装置。 - 前記前後気流発生部は、誘電体を挟んで配置された一対の電極及び前記電力に交流電圧を印加する電源を有するプラズマアクチュエータを有すること
を特徴とする請求項7から請求項9までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 前記ホイルハウスの内部に設けられ、前記車輪のリムの内径側を指向する気流を発生させるリム向気流発生部を備えること
を特徴とする請求項1から請求項10までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 車両の車輪を収容するホイルハウスの内部に設けられ、前記車輪のリムの内径側を指向する気流を発生させるリム向気流発生部を備えること
を特徴とする整流装置。 - 前記リムの内径側に配置される装置の発熱量を推定する発熱量推定部と、
推定された前記発熱量が所定値以上である場合に前記リム向気流発生部を作動させる制御部と
を備えることを特徴とする請求項11又は請求項12に記載の整流装置。 - 前記リム向気流発生部は、誘電体を挟んで配置された一対の電極及び前記電力に交流電圧を印加する電源を有するプラズマアクチュエータを有すること
を特徴とする請求項11から請求項13までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 前記車輪のリムの内径側に設けられ、車幅方向外側への流速成分を有する気流を発生させるリム内気流発生部を備えること
を特徴とする請求項1から請求項14までのいずれか1項に記載の整流装置。 - 車両の車輪のリムの内径側に設けられ、車幅方向外側への流速成分を有する気流を発生させるリム内気流発生部を備えること
を特徴とする整流装置。 - 前記リムの内径側に配置される装置の発熱量を推定する発熱量推定部と、
推定された前記発熱量が所定値以上である場合に前記リム内気流発生部を作動させる制御部と
を備えることを特徴とする請求項15又は請求項16に記載の整流装置。 - 前記リム内気流発生部は、誘電体を挟んで配置された一対の電極及び前記電力に交流電圧を印加する電源を有するプラズマアクチュエータを有すること
を特徴とする請求項15から請求項17までのいずれか1項に記載の整流装置。
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