JP4631950B2

JP4631950B2 - 車両用スパッツ装置

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Publication number: JP4631950B2
Application number: JP2008236345A
Authority: JP
Inventors: 和典織田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2008-09-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-12-25
Also published as: CN101331051A; JP2009012763A; CN101331051B

Description

本発明は、車両用スパッツ装置に関する。

車両には、車輪の前方にスパッツを設けて、走行中の空気流を制御するようにしたものがある。たとえば特許文献１には、スパッツを下降、あるいは上昇させて、車両のヨーイング制御またはローリング制御を行わせるようにした車両用可動スパッツが記載されている。

ところで、実際の車両では、車両の運動状態に応じて、車両に作用する空気流をより一層制御して、車両の運動性能を向上させることが望まれている。
特開平５−１０５１２４号公報

本発明は上記事実を考慮し、車両の運動状態に応じて、車両に作用する空気流をより一層制御して、車両の運動性能を向上させることが可能な車両用スパッツ装置を得ることを課題とする。

請求項１に記載の発明では、車輪の前方に配置されたスパッツ本体と、車輪の前方に配置されたスパッツ本体と、前記スパッツ本体を車両幅方向に回動するように駆動するスパッツ回動手段と、車両の旋回方向に対するオーバーステアあるいはアンダーステアの少なくとも一方を検出するステア状態検出手段と、前記ステア状態検出手段によって車両のオーバーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向に回動させるように前記スパッツ回動手段を制御し、前記ステア状態検出手段によって車両のアンダーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させるようにスパッツ回動手段を制御する制御手段と、を有する。

したがって、車両のステア状態がステア状態検出手段によって検出されると、検出結果に基づいて、制御手段が、スパッツ回動手段を制御し、スパッツ本体が回動される。具体的には、車両のオーバーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されているスパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されているスパッツ本体を車両旋回方向に回動させる。また、車両のアンダーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されているスパッツ本体を車両旋回方向に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されているスパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させる。車両のオーバーステアあるいはアンダーステアを修正する方向への空気力モーメントが付与されるようにスパッツ本体を回動させるので、操縦安定性を向上させることができる。

なお、ここでいう「車両幅方向に回動」とは、回動によって回動端が車両幅方向に移動するような回動をすべて含む。すなわち、回動中心が上下方向の成分を持っている回動は、すべて該当する。この回動により、車両前後方向に見たときのスパッツ本体の面積が変化する。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の発明において、前記スパッツ本体がすべての前記車輪の前方に配置され、前記制御手段が、前記ステア状態検出手段による検出結果に基づいてすべての前記スパッツ本体を回動させるように前記スパッツ回動手段を制御する、ことを特徴とする。

ステア状態検出手段による検出結果に基づいてすべてのスパッツ本体を回動させるので、一部のスパッツ本体のみを回動させる構成と比較して、空気流を有効に利用して車両旋回時の操縦安定性を向上させることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記スパッツ本体が、車幅方向の長さを可変とされていることを特徴とする。

スパッツ本体の車幅方向の長さを変えることで、空気流を受ける面積を調整して、操縦安定性をさらに向上させることが可能になる。たとえば、特定部位のスパッツ本体の長さを長くすることで、この部位で空気流を受ける面積を大きくし、より一層操縦安定性を向上させることができる。

本発明は上記構成としたので、車両の運動状態に応じて、車両に作用する空気流をより一層制御して、車両の運動性能を向上させることが可能となる。

図１には、本発明の第１参考例の車両用スパッツ装置１２を備えた車両１０が示されている。各図面において、車両前方を矢印ＦＲで、車両上方を矢印ＵＰで、車両幅方向外側を矢印ＯＵＴでそれぞれ示す。なお、この第１参考例及び後述する第２参考例では、車両のスリップアングルをより小さくするものであるが、本発明の第１実施形態（これも後述する）において、第１参考例及び第２参考例の構成が適宜参照される。

なお、図１から分かるように、第１参考例では、車両のフロントタイヤ１４Ｆのみに対応して車両用スパッツ装置１２が設けられ、リアタイヤ１４Ｒに対応する車両用スパッツ装置は設けられていないが、後述する第１実施形態のように、リアタイヤ１４Ｒにも対応して、車両用スパッツ装置１２と同一構造の車両用スパッツ装置１１２が設けられていてもよい。また、以下では、左右で車両用スパッツ装置１２、１１２を区別する必要があるときは、左側に対してＬ、右側に対してＲ、の符号を付して区別する。

図２には、車両用スパッツ装置（以下、「スパッツ装置」と略す）１２の具体的構成が示されている。なお、図２では一例として、左側に位置するスパッツ装置１２Ｌを示しているが、右側に位置するスパッツ装置１２Ｒは、車両中心線に対し対称の構造および配置とされる。

図２に示すように、スパッツ装置１２は、下面が開放された箱状の回動ボックス１６を有している。回動ボックス１６の車幅方向外側端部からは、上方に向けて回動軸１８が突出されて、図示しない車両本体の挿通孔に離脱不能に挿通されている。回動ボックス１６は、この回動軸１８を中心として、矢印Ａで示すように回動する。

回動ボックス１６の車幅方向内側端部には、連設ピン２０を介して、ラックバー２２が固定されている。ラックバー２２は、回動軸１８を中心とした円弧状に形成されており、車体に形成された収容凹部２４に収容されている。ラックバー２２の外側面にはラックギヤ２６が形成され、モータ２８で駆動されるピニオンギヤ３０と噛み合っている。したがって、モータ２８の駆動によるピニオンギヤ３０の回転で、ラックバー２２が収容凹部２４内を案内されつつ、矢印Ｂ方向に移動する。このラックバー２２の移動によって、回動ボックス１６も回動軸１８まわりに回動する。モータ２８、ピニオンギヤ３０及びラックバー２２（ラックギヤ２６）で、スパッツ回動手段３２が構成されている。

回動ボックス１６内には、２枚のスパッツ板３４、３６が収容されている。図３にも示すように、これらのスパッツ板３４、３６は略同一のサイズとされ、車両前後方向に重なるように配置されている。図３（Ａ）及び（Ｂ）に詳細に示すように、車両前方側に位置するスパッツ板３４の後面には、車幅方向に沿った２本の係合溝３８が形成され、車両後方側のスパッツ板３６の前面には、係合溝３８に収容されて離脱不能に係合する係合凸部４０が突出されている（図２において、上側の係合溝３８に係合する係合凸部４０は図示省略）。

また、スパッツ板３４にはモータ４２及びピニオンギヤ４４が取り付けられており、このピニオンギヤ４４は、スパッツ板３６の上面に形成されたラックギヤ４６と噛み合っている。モータ４２の駆動によってピニオンギヤ４４が回転すると、係合凸部４０が係合溝３８に係合した状態を維持しつつ、スパッツ板３６がスパッツ板３４に対して車幅方向（矢印Ｃ方向）にスライドする。モータ４２、ピニオンギヤ４４及びラックギヤ４６で、スパッツ幅変更手段４８が構成されている。

スパッツ板３４からは上方に向けて昇降ガイド板５０が延出されており、回動ボックス１６に形成されたガイド孔５２に挿通されている。回動ボックス１６の上面にはモータ５４及びピニオンギヤ５６が取り付けられており、ピニオンギヤ５６は、昇降ガイド板５０に形成されたラックギヤ５８と噛み合っている。モータ５４の駆動によってピニオンギヤ５６が回転すると、昇降ガイド板５０がガイド孔５２に挿通されてガイドされた状態を維持しつつ、昇降ガイド板５０とスパッツ板３４とが矢印Ｄ方向に昇降する。モータ５４、ピニオンギヤ５６及びラックギヤ５８で、スパッツ昇降手段６０が構成されている。

以下、スパッツ回動手段３２、スパッツ幅変更手段４８及びスパッツ昇降手段６０をまとめて、スパッツ駆動手段６２と総称する。スパッツ駆動手段６２は、図４に示すように、それぞれのタイヤに対応するスパッツ装置１２ごとに独立して、制御手段６４により制御されるようになっている。

車両１０には、図１及び図４に示すように、この車両の運動状態を検出してスリップアングルを演算するスリップアングルセンサ６６が備えられている。このスリップアングルセンサ６６で演算されたスリップアングルの演算値が、制御手段６４のそれぞれに送られる。なお、スリップアングルセンサ６６としては、たとえば、ヨーレイトセンサ、横Ｇセンサ、車輪速センサ等を適切に組み合わせて使用し、これら各センサで得られたデータと、車両１０の進行しようとする方向（前輪中心面の向きとのずれ）から、スリップアングルを推定することができる。

このような構成とされた本実施形態では、図５に示すフローに従って、スパッツ板３４、３６の駆動制御が行われる。

まず、図１、図６（Ａ）に示すように、車両走行前、あるいは、車両走行開始直後では、スパッツ板３４、３６（回動ボックス１６）は、車両前後方向に対して直行する向きとされている。また、走行時の空気抵抗をより少なくする観点から、図７に示すように、スパッツ板３６はスパッツ板３４との重なり範囲が最大となり、正面から見たときの面積が小さくなる位置とされている。さらに、同様の観点から、スパッツ板３４、３６は最も上昇した位置とされている。

車両走行中は、まず、ステップＳ１０２で、スリップアングルを推定する。そして、ステップＳ１０４では、このスリップアングルの絶対値が、あらかじめ設定されたしきい値θよりも大きいか否かを判断する。小さい場合には、ステップＳ１０２に戻るが、大きい場合には、ステップＳ１０６において、適切なスパッツ駆動量を制御手段６４が演算する。この「適切なスパッツ駆動量」とは、スリップアングルを小さくしてしきい値θよりも小さくするために、スパッツ板３４、３６を回動させるための回動方向及び回動角度、スライドさせるためのスライド量、昇降させるための昇降量である。

そして、ステップＳ１０８において、スパッツ板３４、３６を駆動するので、これによりスリップアングルを小さくし、操縦安定性を向上させることができる。このとき、ステップＳ１０６で得られた昇降量に基づいて、まずモータ５４を駆動して図８に示すようにスパッツ板３４、３６を所定量降下させ、次に、同じくステップＳ１０６で得られたスライド量に基づいてモータ４２を駆動し、図２に示すようにスパッツ板３６をスパッツ板３４に対し所定量スライドさせておく。

ここで、たとえば、スパッツ板３４、３６を回動させてスリップアングルを小さくする場合には、車両旋回方向の内側のスパッツ装置１２は車両旋回方向に回動させて進行方向から見た面積を大きくし、外側に配置されているスパッツ装置１２は車両旋回方向と反対に回動させて、進行方向から見た面積を小さくする。図９に示す例では、車両１０が左に旋回し、進もうとする向きＷ１に対して進行方向Ｄ１が右向きのスリップアングルが生じているので、進行方向から見たスパッツ板３４、３６の大きさを、左側のスパッツ装置１２Ｌで大きくなるように旋回方向である左回りに、右側のスパッツ装置１２Ｒで小さくなるように旋回方向と反対である右回りに回動させる。

なお、必要に応じて、モータ４２を駆動し、スパッツ板３６をスパッツ板３４に対しスライドさせて、スリップアングルを小さくしてもよい。すなわち、上記したように、スリップアングルを小さくするためには、車両旋回方向の内側のスパッツ板３４、３６は進行方向から見た面積を大きくし、外側のスパッツ板３４、３６は進行方向から見た面積を小さくすればよい。同様に、モータ５４を駆動してスパッツ板３４、３６を昇降させ、スリップアングルを小さくしてもよい。すなわち、このようなスパッツ板３４、３６の進行方向から見た面積変化動作を、回転だけでなくスライドや昇降によって行ってもよい。

また、スパッツ板３４、３６の昇降量や、スパッツ板３６のスライド量は、スリップアングルを調整すべき量に応じて適切に設定すればよいが、スライドさせる場合には、スライドしたスパッツ板３６が他の部材と接触しないようにする必要があり、スライド範囲が制限される。また、昇降させる場合にも、路面と干渉しないようにする必要がある。

また、本実施形態では、上記したようなスリップアングルを小さくする制御だけでなく、スリップアンクルに応じて、旋回方向に空気力モーメントを付与するようにスパッツ板３４、３６を制御することも可能である。この場合には、図５に示すフローにおいて、ステップＳ１０６で計算するスパッツ駆動量を、所望の空気力モーメントが得られるスパッツ駆動量に変更すればよい。そしてこのように、車両旋回時に所望の空気力モーメントが得られるようにスパッツ板３４、３６を制御することで、結果的に車両のスリップアングルを小さくして操縦安定性を向上させることができる。

なお、上記では、図７に示す状態から図２に示す状態へとスパッツ装置１２を駆動する際に、まず、図８に示すようにスパッツ板３４、３６を降下させ、ついでスパッツ板３６をスライドさせる構成を挙げたが、図１０に示すように、まず、スパッツ板３６をスライドさせ、次にスパッツ板３４、３６を降下させてもよい。

また、本発明において、スパッツ板３４、３６を降下させる構成や、スパッツ板３６をスライドさせる構成は必須ではなく、スパッツ板３４、３６に常に走行風が当たる状態で、昇降不能、スライド不能に固定されていてもよい。この構成でも、少なくともスパッツ板３４、３６（回動ボックス１６）が回動可能となっていれば、回動によって、スリップアングルの調整ができる。

図１１及び図１２には、本発明の第２参考例に係る車両８０が示されている。第２参考例では、第１参考例と同一構成のスパッツ装置１２を、フロントタイヤ１４Ｆだけでなく、リアタイヤ１４Ｒにも対応させて設けている。

第２参考例では、このようにすべてのタイヤに対応させてスパッツ装置１２を設けているので、たとえばスリップアングルを小さくしたい場合に、図１２に示すように、すべてのスパッツ装置１２を駆動させることで、第１参考例よりもさらに効果的に、スリップアングルを小さくできる。たとえば、すべてのスパッツ板３４、３６を同一方向へ回動させて、車両旋回方向に対してスパッツ板３４、３６が空気流を受ける面積を大きくして、空気流をより有効に利用できるようにしてもよい。

図１３及び図１４には、本発明の第１実施形態のスパッツ装置１１２を備えた車両１１０が示されている。第１実施形態では、車両１１０のフロントタイヤ１４Ｆだけでなく、リアタイヤ１４Ｒにも対応してスパッツ装置１１２が設けられている。

第１実施形態のスパッツ装置１１２では、第１参考例のスリップアングルセンサ６６に代えて（あるいは併用して）、図１５にも示すように車両１１０のオーバーステアあるいはアンダーステアを検出できるステア状態センサ１１６が備えられている。このステア状態センサ１１６で検出されたステア状態に基づいて、車両の操縦安定性を向上させるように、スパッツ装置１１２が制御される。すなわち、車両１１０のオーバーステアあるいはアンダーステアが検出されたときには、ドライバーが意図する進行方向と、実際の車両１１０の進行方向とにズレが生じている。そこで、たとえば、車両１１０の左旋回時においてオーバーステアが検出されたときには、車両旋回方向の内側のスパッツ装置１１２は車両旋回方向と反対の右回りへ回動させ、外側のスパッツ装置１１２は車両旋回方向である左回りへと回動させる。また、車両１１０の左旋回時においてアンダーステアが検出されたときには、車両旋回方向の内側のスパッツ装置１１２は車両旋回方向である左回りへ回動させ、外側のスパッツ装置１１２は車両旋回方向と反対の右回りへと回動させる。これにより、車両１１０のオーバーステアあるいはアンダーステアを修正する方向への空気力モーメントが付与されるようにスパッツ装置１１２が制御されることになるので、車両１１０の操縦安定性が向上する。

たとえば図１３に示すように、ドライバーの進行したい方向Ｗ１が左方向であり、車両には左回りのモーメントが発生している（矢印Ｄ１で示す進行方向を参照）オーバーステアの場合には、右回り（車両旋回方向と反対方向）の空気力モーメントＭ１が作用するように、スパッツ装置１１２を駆動する。これとは逆に、たとえば図１４に示すように、ドライバーの進行したい方向Ｗ２が左方向であり、車両には右回りのモーメントが発生している（矢印Ｄ２で示す進行方向を参照）アンダーステアの場合には、左回り（車両旋回方向と同方向）の空気力モーメントＭ２が作用するように、スパッツ装置１１２を駆動する。

なお、第１実施形態において、第１参考例と同様に、モータ４２を駆動してスパッツ板３６をスパッツ板３４に対しスライドさせたり、モータ４４を駆動してスパッツ板３４、３６を昇降させたりしてもよい。

また、第１実施形態において、適切な回転モーメントが得られるのであれば、必ずしも４つのスパッツ装置１１２のすべてを駆動する必要はない。ただし、たとえばオーバーステアの場合には、図１３に矢印Ｓ１で示すように、特にリアタイヤ１４Ｒがスリップしようとすることが多いので、リアタイヤ１４Ｒに対応するスパッツ装置１１２を積極的に駆動して右回りのモーメントを得るようにすることが好ましい。また、アンダーステアの場合には、図１４に矢印Ｓ２で示すように、特にフロントタイヤ１４Ｆがスリップしようとすることが多いので、フロントタイヤ１４Ｆに対応するスパッツ装置１１２を積極的に駆動して、左回りのモーメントを得るようにすることが好ましい。

第１実施形態のステア状態センサ１１６としては、ドライバーが意図する進行方向をステアリングアングルセンサ等で検出し、これと実際の車両１１０の進行方向との差を演算する構成のものを挙げることができる。

以上説明したように、本発明では、車両のステア状態に基づいてスパッツ装置を駆動することで、車両の操縦安定性をより向上させることができる。また、車両に作用する空力抵抗を過度に大きくしないようにスパッツ装置を駆動することも可能であり、これによって車両の燃費性能を向上させることもできる。また、車両旋回状態だけでなく、車両直進状態においてもスパッツ装置を駆動し、より一層、車両の燃費性能や操縦安定性を向上させてもよい。車両直進状態での制御には、たとえば車速検出手段で検出された車速のデータ（車速だけであってもよいが、加速度等が加味されるようにすることが好ましい）に基づいて制御すればよい。もちろん、旋回状態での制御においても、車速検出手段で検出された車速のデータを用いることができる。

上記では、車両の左右で対になったスパッツ装置を例に挙げたが、たとえば車幅方向の中央に１つのみスパッツ装置が設けられていても、このスパッツ装置を車幅方向に回動させれば、車両に適切な回転モーメントを作用させたることが可能となる。

本発明の第１参考例に係る車両の概略構成を示す平面図である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の具体的構成を示す斜視図である。本発明の第１参考例のスパッツ装置においてスパッツ板がスライドした状態を示し、（Ａ）はスライド量が少ない場合、（Ｂ）はスライド量が多い場合である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の制御ブロックを示す概略ブロック図である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の制御フローを示すフローチャートである。本発明の第１参考例のスパッツ装置の概略構成を示す平面図であり、（Ａ）は回動していない状態、（Ｂ）および（Ｃ）は回動した状態である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の動作を説明するための斜視図である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の動作を説明するための斜視図である。本発明の第１参考例に係る車両をスパッツを動作させた状態で示す概略平面図である。本発明の第１参考例のスパッツ装置の動作を説明するための斜視図である。本発明の第２参考例に係る車両の概略構成を示す平面図である。本発明の第２参考例に係る車両をスパッツを動作させた状態で示す概略平面図である。本発明の第１実施形態に係る車両をスパッツを動作させた状態で示す概略平面図である。本発明の第１実施形態に係る車両をスパッツを動作させた状態で示す概略平面図である。本発明の第１実施形態のスパッツ装置の制御フローを示すフローチャートである。

符号の説明

１０車両
１２スパッツ装置
１２Ｌスパッツ装置
１２Ｒスパッツ装置
１４Ｆフロントタイヤ
１４Ｒリアタイヤ
１６回動ボックス
１８回動軸
２０連設ピン
２２ラックバー
２４収容凹部
２６ラックギヤ
２８モータ
３０ピニオンギヤ
３２スパッツ回動手段
３４スパッツ板（スパッツ本体）
３６スパッツ板（スパッツ本体）
３８係合溝
４０係合凸部
４２モータ
４４ピニオンギヤ
４６ラックギヤ
４８スパッツ幅変更手段
５０昇降ガイド板
５２ガイド孔
５４モータ
５６ピニオンギヤ
５８ラックギヤ
６０スパッツ昇降手段
６２スパッツ駆動手段
６４制御回路（制御手段）
６６スリップアングルセンサ
８０車両
１１０車両
１１２スパッツ装置
１１２車両用スパッツ装置
１１６ステア状態センサ（ステア状態検出手段）

Claims

車輪の前方に配置されたスパッツ本体と、
前記スパッツ本体を車両幅方向に回動するように駆動するスパッツ回動手段と、
車両の旋回方向に対するオーバーステアあるいはアンダーステアの少なくとも一方を検出するステア状態検出手段と、
前記ステア状態検出手段によって車両のオーバーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向に回動させるように前記スパッツ回動手段を制御し、前記ステア状態検出手段によって車両のアンダーステアが検出されたとき、車両旋回方向に対して内側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向に回動させると共に、車両旋回方向に対して外側に配置されている前記スパッツ本体を車両旋回方向と反対に回動させるようにスパッツ回動手段を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする車両用スパッツ装置。
前記スパッツ本体がすべての前記車輪の前方に配置され、
前記制御手段が、前記ステア状態検出手段による検出結果に基づいてすべての前記スパッツ本体を回動させるように前記スパッツ回動手段を制御する、ことを特徴とする請求項１に記載の車両用スパッツ装置。
前記スパッツ本体が、車幅方向の長さを可変とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両用スパッツ装置。