JP5272559B2

JP5272559B2 - ハイドロプレーニング発生速度推定装置

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Publication number: JP5272559B2
Application number: JP2008192725A
Authority: JP
Inventors: 弘小林
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2008-07-25
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2028-07-25
Also published as: JP2010032269A

Description

本発明は、自動車等の車両が水膜で覆われた路面上を走行した場合に発生するハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定する装置に係り、より詳細には、上記の如き装置であって、車両に搭載されてハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定し、ハイドロプレーニング現象の発生を回避できるようにするための装置に係る。

水膜で覆われた路面上を走行する車両に於いて、車速が増大すると、タイヤと路面との間に水膜が進入し、タイヤを路面から押し上げる「ハイドロプレーニング現象」が発生することが知られている。かかる「ハイドロプレーニング現象」が発生すると、タイヤが滑りやすくなり、車両の走行安定性が損なわれることとなる。そこで、従来より、ハイドロプレーニング現象の発生のメカニズムの研究が種々為され、ハイドロプレーニング現象の発生する車速又は条件を予測する試みが為されている。例えば、特許文献１では、水膜を有する路面上を回転しながら走行するタイヤに於いてハイドロプレーニング現象が発生するタイヤの走行速度を、有限要素法を用いたシミュレーションにより求める方法を提案している。また、特許文献２では、車両の走行中に発生するロードノイズに基づいて検出された路面上の水量と車速とに基づいてハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定する方法及び装置とを提案している。

上記の如きハイドロプレーニング現象の発生する原因、即ち、タイヤが路面から浮き上がる原因は、端的に述べれば、タイヤと路面との間に進入する水の動圧がタイヤの進行速度又は車速と伴に増大し、タイヤの接地圧力を超えるためであると言うことができる。そこで、従来より、図５に例示されている如き比較的単純な力学的モデルにより、ハイドロプレーニング現象の発生する車速（ハイドロプレーニング発生車速）が、タイヤの接地圧力と、タイヤと路面との間に進入する水の動圧との釣り合いから概算できることが知られている（非特許文献１）。図５に例示された力学的モデルによれば、完全なハイドロプレーニング現象が発生する直前の状態に於いて、タイヤと路面との接地面の水膜は、図５（Ａ）の如く、路面とタイヤとの間にくさび状になって進入した後、図５（Ｂ）の如く、接地面の（タイヤの転動方向の）後端に遮られることによって、タイヤの横方向へ流出するものと仮定される。また、更に、タイヤの接地圧力の分布は、図示の如く、Ｐｃを最大接地圧とする放物線となるものとし、一方、水の動圧Ｐｆは、流速が０になる溜点で最も高くなり、
Ｐｆ＝（１／２）・ρ・Ｖ^２ …（Ａ）
で与えられるものと仮定する。なお、ρは、水の密度であり、Ｖは、タイヤ路面への水の進入速度であり、車速に一致するものとする。かかる状態に於いて、
水の動圧Ｐｆ≧最大接地圧Ｐｃ
となると、タイヤは、路面から浮き上がるとすることができるので、従って、ハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊は、
Ｖ^＊≧（２／ρ・Ｐｃ）^１／２ …（Ｂ）
により与えられることとなる。また、タイヤの接地圧力の分布が放物線状となることから、タイヤ最大接地圧Ｐｃは、タイヤの内圧Ｐａを用いて、
Ｐｃ＝１．５５Ｐａ …（Ｃ）
と与えられるので、式（Ｂ）は、
Ｖ^＊≧６３（Ｐａ）^１／２ …（Ｄ）
にて表される。

かくして、図５に例示された力学モデルによれば、ハイドロプレーニング発生車速がタイヤの内圧Ｐａの増大と伴に高くなることがわかる。また、式（Ｄ）は、航空機タイヤの実験式に合致することが知られている。しかしながら、式（Ｄ）は、自動車のタイヤに於いては、定性的には、合致するものと考えられているところ、ハイドロプレーニング発生車速は、その他の種々の要因にも影響されて変動することが指摘されている。
特開２００２−１４０１１特開平８−１８４５３３号公報「タイヤ工学」酒井秀男著グランプリ出版１９８７年 P.271-283

上記の如く、ハイドロプレーニング現象の発生のメカニズムの研究が為され、ハイドロプレーニング発生車速を推定する方法又は装置が種々提案されているが、現在のところ、自動車等の車両に実際に搭載され、車両の走行中にハイドロプレーニング発生車速を推定し、ハイドロプレーニング現象の発生を回避させるよう構成された装置又は方法は、十分に実用化されていない。例えば、特許文献１に記載されている如きシミュレーションによる方法は、有限要素法等を用いてタイヤと路面と水膜のメッシュモデルを構築し、逐次的に微分方程式等を解く数値計算を実行して、ハイドロプレーニング発生車速を推定するものであるので、計算量が膨大であり、また、数値計算のための境界条件の綿密な設定が必要になるため、自動車等の車両に実際に搭載されてハイドロプレーニング発生車速を推定する装置として実用化することは極めて困難であろう。また、特許文献２に記載の装置では、周波数解析処理を含み、路面上の水量と車速とハイドロプレーニング現象発生領域との関係を示す特性を予め準備する必要があるので、構成がやや煩雑である。また、更に、図５に例示の力学的モデルから算出された式（Ｄ）については、それらの式から予測されたハイドロプレーニング発生車速が実際よりも高めに出る可能性があり、ハイドロプレーニング現象の発生を回避させるための構成、例えば、事前の警報を発するため、或いは、制御による抑制技術のための構成としては利用できない。

ところで、図５に例示の力学的モデルに関連して説明したように、ハイドロプレーニング現象に於いて、水膜の作用によってタイヤが路面から浮き上がるのは、タイヤと路面との間に進入する水の動圧がタイヤの接地圧力よりも大きくなるためであると考えられる。特に、図５に例示の力学的モデルの場合、水の動圧の最大圧は、流速が０となる溜点、即ち、タイヤの転動方向に沿う方向のタイヤの中央軸線上にあるとする一方、タイヤの接地圧力は、タイヤの回転軸と平行な方向に沿って略均一であるとしていた。この点に関し、本発明の発明者が実際の車両を用いて実験したところによると、後でより詳細に述べる如く（実施形態の欄参照）、タイヤの接地圧力は、車速が０のとき（車両が静止している状態）では、タイヤの回転軸と平行な方向について略均一であるが、車速が増大するとともに、タイヤの回転軸と平行な方向に於ける中心、即ち、タイヤの転動方向から見たときのタイヤの中央部上（タイヤの転動方向に沿う方向のタイヤの中央軸線上）の接地圧力がタイヤの両側（両ショルダ部）の接地圧力よりも相対的に低減することが明らかになった。また、本発明の発明者は、上記の実験結果を考察して、かかるタイヤの中央軸線上の接地圧力は、後に詳細に述べるように、タイヤの中央軸線上の動荷重半径と、両ショルダ部の動荷重半径と、タイヤの空気圧とに基づいて決定できることを見出した。かかる実験に基づく知見は、ハイドロプレーニング発生車速の推定装置の推定原理に利用できそうである。

かくして、本発明の一つの課題は、自動車等の車両に実際に搭載され、車両の走行中にハイドロプレーニング現象の発生を回避させるよう構成されたハイドロプレーニング発生車速推定装置であって、従前よりも精度よく、そして、構成が過度に複雑にならないよう構成された装置を提供することである。

また、本発明のもう一つの課題は、車両の走行実験に於いて得られたタイヤの接地圧力分布の検出結果から見出された知見に基づいて、上記の如きハイドロプレーニング発生車速推定装置を提供することである。

本発明によれば、車両の走行実験に於いて得られたタイヤの接地圧力分布の検出結果から見出された知見を生かして、車両のハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定する装置（ハイドロプレーニング発生車速推定装置）であって、車両のタイヤの転動方向（タイヤの回転軸に対して垂直な方向）から見たときのタイヤの側部の動荷重半径とタイヤの中央部の動荷重半径とタイヤの空気圧とに基づいてハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定するハイドロプレーニング発生車速推定部を含むことを特徴とする装置が提供される。

既に触れたように、ハイドロプレーニング現象は、タイヤと路面との間に進入する水膜の動圧がタイヤの接地圧力を凌駕したときに発生するので、水膜の動圧とタイヤの接地圧力との釣り合いに基づいて、ハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定することが可能である。そして、本発明の発明者による車両の走行実験に於いて得られたタイヤの接地圧力分布の検出結果（実施形態の欄に於いて記載）によれば、タイヤの接地圧力は、車速に依存して変化するところ、車両のタイヤの転動方向のタイヤの側部の動荷重半径とタイヤの中央部の動荷重半径とタイヤの空気圧とを用いて決定できることが見出された。従って、本発明の装置に於いては、かかる車両の走行実験のタイヤの接地圧力分布に関する知見を利用して、水膜の動圧とタイヤの接地圧力との釣り合いに基づいて推定されるハイドロプレーニング現象が発生する車速が、車両のタイヤの転動方向のタイヤの側部の動荷重半径とタイヤの中央部の動荷重半径とタイヤの空気圧とを用いて推定される。ここで、理解されるべきことは、車両のタイヤの転動方向のタイヤの側部の動荷重半径と、タイヤの中央部の動荷重半径（車両の静止時のスピンドルの高さに一致するものとして与えられてよい。）と、タイヤの空気圧とは、走行中の実際の車両に於いて取得可能であり、利用可能なパラメータであるので、本発明のハイドロプレーニング発生車速推定装置は、車両に搭載にされ、車両の走行中にハイドロプレーニング発生車速を推定することを可能にする装置であるということである。

上記の本発明の装置に於いて、より具体的には、ハイドロプレーニング発生車速は、タイヤの転動方向から見たときの中央部に於けるタイヤと路面との間に進入する水の動圧とタイヤの接地圧力との釣り合いの式から算出される車速であってよく、その際、タイヤの転動方向の中央部に於ける接地圧力が車両の実際の車速の増大と伴に低減すると仮定されているようになっていてよい。既に触れた通り、本発明の発明者による実験によれば、走行中の車両のタイヤに於いて、車速の増大と伴に、タイヤの転動方向から見たときのタイヤの中央部に於ける接地圧力がタイヤの転動方向の両側部の接地圧力よりも相対的に低減していく様子が観察された。即ち、車両が水膜で覆われた路面を走行する場合に、車速が増大してくると、タイヤの転動方向の中央部の領域が先ず浮き上がり、これにより、タイヤ全体が滑り易くなることが予想される。そこで、本発明の装置に於いては、上記の如く、タイヤの中央部に於ける接地圧力が車両の実際の車速の増大と伴に低減すると仮定の下、水の動圧とタイヤの中央部に於ける接地圧力との釣り合いの式から得られる車速、即ち、タイヤの転動方向の中央部が浮き上がり始める車速が、ハイドロプレーニング発生車速として算出されるようになっていてよい。

また、上記のタイヤの転動方向から見たときの中央部に於ける接地圧力について、かかる中央部に於ける接地圧力が車速の増大と伴にタイヤの転動方向の両側部の接地圧力よりも低減するのは、タイヤの転動方向の両側部の動荷重半径が増大することに起因するものと考えられる。そこで、本発明の装置の実施の形態に於いては、タイヤの転動方向の中央部に於ける接地圧力Ｐｃは、タイヤの空気圧Ｐａに比例するとともに、タイヤの側部の動荷重半径Ｒｄとタイヤの中央部の動荷重半径ＲＬとの比に依存すると考えて、
Ｐｃ＝Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ
により与えられるようになっていてよい。ここで、Ａは、実験的に又は理論的に与えられる所定の係数である。（上記の式に於いて、Ｒｄは、車速と伴に増大するので、Ｐｃは、車速と伴に低減する。）

従って、上記の本発明の装置の実施の形態に於いて、タイヤの転動方向に沿った方向のタイヤの中央軸線上に於ける水の動圧が「背景技術」の欄の式（Ａ）により与えられるとすると、タイヤの中央部に於ける接地圧力Ｐｃと水の動圧との釣り合いから、ハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊は、
Ｖ^＊＝｛（２／ρ）・Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ｝^１／２
によって与えられるようになっていてよい。ここで、ρは、水の密度である。

また、更に、上記の本発明の装置に於いては、車両の現在の車速値を取得する現在車速取得部と現在の車速値がハイドロプレーニング現象が発生する車速を上回るときに車両の運転者に対して警報を発する警報発生部とが設けられてよい。かかる構成によれば、現在の車速値がハイドロプレーニング発生車速以上となったときには、警報が発せられ、これにより、運転者は、車両の加速の中止若しくは車両の減速が必要であることが知らされ、車両の走行中にハイドロプレーニング現象の発生を回避することが可能となる。なお、この場合、車両の現在の車速値は、実施形態の欄に於いて説明される如く、車輪の回転数から検出するのではなく、レーダー等を用いた対地車速センサから検出される車速値又はＧＰＳ（global positioning system）からの取得される位置情報から算出される車速値が用いられる。また、現在の車速値がハイドロプレーニング発生車速以上となったとき、警報を発するのとは別に、自動的に車両の加速を制限し、或いは、減速するよう車両の制駆動装置を制御するようになっていてもよい。

なお、本発明の装置は、基本的には、路面に水膜が存在する場合のみ作動されるようになっていてよい。一つの態様としては、運転者の選択により、例えば、本発明の装置の作動スイッチのＯＮ／ＯＦＦを切り換えることにより、本発明の装置の作動開始及び終了が為されてよい。また、別の態様として、路面に水膜があることを自動的に検出する手段を設け、かかる手段が水膜の存在を検出したときのみ、本発明の装置が作動するようになっていてもよい。

かくして、本発明によれば、車両の走行実験に於いて得られたタイヤの接地圧力分布の検出結果から見出された知見に基づいて、従前では見られない検出ロジックにより、ハイドロプレーニング発生車速の推定が可能となる。かかる本発明に於いて、特記されるべきことの一つは、本発明の装置は、ハイドロプレーニング発生車速を、走行中の車両から容易に得られる情報（及び予め決定可能な数値）から比較的簡単なプロセスにて推定するようになっているので、一般の自動車等の車両に搭載されて、ハイドロプレーニング現象の発生を回避させるためにハイドロプレーニング発生車速を推定することに利用可能であるということである。また、ハイドロプレーニング発生車速の推定の原理に於いて、車両の走行実験から得られたところの（水の動圧に対抗する）タイヤの接地圧力が車速の増大と伴に低減するという特性を組み込んでいるので、図５に例示されている力学的モデルにより与えられる値よりも精度よくハイドロプレーニング発生車速が推定されることが期待される。

本発明のその他の目的及び利点は、以下の本発明の好ましい実施形態の説明より明らかになるであろう。

装置の構成
図１は、本発明の一つの実施形態による車両のハイドロプレーニング発生車速推定装置及び周辺機器の構成をブロック図の形式で表したものである。本実施形態の装置は、自動車等の車両に搭載され、車両が水膜を有する路面上を走行しているときにハイドロプレーニング発生車速を推定し、実際の車両の車速がハイドロプレーニング発生車速以上になると、運転者に対してハイドロプレーニング現象が発生する可能性があることの警報を発するよう構成される。なお、本実施形態の装置は、自動車等の車両に搭載された電子制御装置又はコンピュータ（双方向コモン・バスにより相互に連結されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力ポート装置を有する通常の形式のものであってよい。）の、プログラムに従った作動により実現されてよい。

図１を参照して、本実施形態の装置は、概して述べれば、後に説明する種々のパラメータを用いてハイドロプレーニング発生車速を算出（推定）するハイドロプレーニング発生車速推定部１０を含み、更に、周辺機器として、作動スイッチ１２と、推定部１０に各輪のタイヤ空気圧Ｐａｉを与えるタイヤ空気圧検知部１４ｉと、推定部１０に各輪の車輪回転速値ωｉを与える車輪回転速センサ１６ｉと、推定部１０に現在の対地車速Ｖｅを与える対地車速検知部（現在車速取得部）１８と、推定部１０からの警報指示信号を応答して警報を発する警報装置（警報発生部）２０とを含む。（ｉは、車両の各輪に対応して与えられることを表す。：ｉ＝ＦＬ，ＦＲ，ＲＬ，ＲＲ以下同様。）

かかる構成に於いて、まず、作動スイッチ１２は、本装置の作動のＯＮ／ＯＦＦ、即ち、作動実行及び停止を切り換えるためのスイッチであり、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０に対して、ＯＮ／ＯＦＦ状態を指示するスイッチである。ハイドロプレーニング発生車速推定部１０は、かかる作動スイッチがＯＮ状態である場合にのみ、ハイドロプレーニング発生車速の推定と、後に説明する警報装置２０への警報発令指示とを行い、作動スイッチがＯＦＦ状態であるときには、作動を停止する。作動スイッチ１２の構成としては、種々の形式のものが採用されてよい。もっとも単純には、運転者によりＯＮ／ＯＦＦの切換が為されるスイッチであってよい。この場合、運転者は、ぬれた路面の走行中に、本装置の作動を要求する場合に、作動スイッチをＯＮにし、本装置の作動が必要ないときには、作動スイッチをＯＦＦとする。また、別の態様として、車両の走行路面上に水膜が存在するか否かを検知する手段１２ａが設けられ、路面上に水膜の存在が検出されているときに、作動スイッチをＯＮにするようになっていてよい。水膜の存在を検知する手段１２ａの一つの形式としては、例えば、レーザー光を用いて、路面の反射率を計測し、反射率が所定値以上のときに、水膜が存在すると判定する手段であってよい。また、水膜の存在を検知する手段１２ａの別の形式としては、車両のワイパに装備される雨滴センサーと、路面摩擦係数を推定する装置（例えば、各輪のブレーキ圧から推定される車両の減速度と車両の前後Ｇセンサで検出される減速度とを比較して路面摩擦係数を推定するものなど）とを用いて、雨滴が検出され、且つ路面摩擦係数が所定値を下回ったときに、水膜が存在すると判定する手段であってよい。

タイヤ空気圧検知部１４ｉは、任意の形式の車両の各輪のタイヤ空気圧を検知する装置、例えば、各輪に装備される圧力センサ等の検出値に基づいて、タイヤ空気圧を決定する装置であってよい（なお、車両にタイヤ空気圧を検出する手段が装備されていない場合には、初期設定の圧力値が用いられてよい。）。また、車輪回転速センサ１６ｉは、この分野に於いて公知の任意の形式の各輪の車輪回転速を検出する車輪速センサであってよい（ここで、推定部１０に与えられる車輪回転速とは、車輪の回転数又は回転速度であって、車輪速度ではない。）。

対地車速検知部１８は、実際の対地車速Ｖｅを検出する任意の形式の装置であってよい。しかしながら、本発明の装置に於いて、後に説明されるように、タイヤの動荷重半径の変化をハイドロプレーニング発生車速の推定に用いるため、一般に広く採用されている車輪速センサの値から車速を決定する形式の装置は、採用されない。本発明の装置に於いて採用される対地車速を検知する装置としては、例えば、車載のＧＰＳ装置２２からの位置情報に基づいて車速を算出する装置、或いは、対地非接触レーザーセンサ２４を用いて、路面の静止物との距離の変化から車速を算出する装置が用いられる。

警報装置２０は、対地車速が（推定された）ハイドロプレーニング発生車速以上となったときに運転者に対して警報を発するための装置であり、音声又は運転席のフロントパネル上の表示により、運転者にハイドロプレーニング現象の発生の可能性があることが伝達できるものであれば、任意のものであってよい。

そして、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０は、上記の各部から与えられるパラメータを用いて、後に説明される態様にてハイドロプレーニング発生車速を推定し、対地車速が（推定された）ハイドロプレーニング発生車速以上となったときに、警報装置２０へ警報発令指示を送信する。以下、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０に於いて実行されるハイドロプレーニング発生車速推定の原理及び作動を説明する。

ハイドロプレーニング発生車速推定の原理
本発明に於けるハイドロプレーニング発生車速推定の原理は、基本的には、図５に例示の従来から知られている力学的モデルに基づく原理と同様であり、タイヤの転動方向の中央軸線上、即ち、タイヤと路面との間に進入する水膜の溜点に於ける水の動圧Ｐｆとタイヤの接地圧力Ｐｃとの釣り合い、即ち、
（１／２）・ρ・Ｖ^２＝Ｐｃ …（１）
から、ハイドロプレーニング発生車速が決定される（上記式（Ａ）参照）。しかしながら、従来のモデルでは、タイヤの転動方向の中央軸線上のタイヤの接地圧力が車速によらず一定であると仮定していたのに対し、本発明では、車両の走行実験の結果に基づき、タイヤの転動方向の中央軸線上のタイヤの接地圧力が車速と伴に低減し、その接地圧力がタイヤの転動方向の中央部（中央軸線上）の動荷重半径と、タイヤの転動方向のショルダ部（側部）の動荷重半径と、タイヤ空気圧とにより表されると仮定される。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の発明者が実施した車両の走行実験に於いて、タイヤの回転軸に平行な方向の接地圧力を計測した結果を示している。（Ａ）は、低速時（５〜１０ｋｍ／ｈ）でのデータであり、（Ｂ）は、高速時（６０〜８０ｋｍ／ｈ）でのデータである。これらのデータから理解される如く、実験によれば、車両の静止時では、タイヤの接地圧力は、タイヤの回転軸に平行な方向に沿って略均等であったところ、車両が走行し始め、車速が増大するにつれて、タイヤの両ショルダ部の圧力が増大するとともに、中央部の圧力が低下した。そして、かかる実験の結果から、図２（Ｃ）に示されている如く、タイヤの中央部の接地圧力Ｐｃは、タイヤ空気圧Ｐａに比例するところ、更に、車速の増大と伴に低下するとすることができる。即ち、タイヤの中央部の接地圧力Ｐｃは、
Ｐｃ＝α（Ｖｅ）×Ｐａ …（２）
により表され、ここで、α（Ｖｅ）は、車速Ｖｅと伴に低下する。

そこで、上記の実験結果、即ち、車速が増大するにつれて、タイヤの両ショルダ部の圧力が増大するとともに、中央部の圧力が低下する理由を考察すると、以下の通りである。即ち、図３（ａ）に示されている如く、車両の静止時では、タイヤの路面上の接地面から車軸中心（スピンドル）までの距離（スピンドル高）は、タイヤの全域に亙って一様である（Ｒｄ〜ＲＬ）。一方、車速が増大するとき、タイヤの中央部の動荷重半径ＲＬは、車両の静止時のスピンドル高と略同等のままであると想定されるが、タイヤの両ショルダ部の動荷重半径Ｒｄが増大し、スピンドルが持ち上げられ、これにより、タイヤの中央部の路面に対する圧力が低減する（“スキムタッチ”の状態、即ち、路面に触れているが、圧力が低減された状態となる。）。このとき、タイヤの全域の接地圧力の積分値が接地荷重であり、車速に依存しないので、従って、タイヤの中央部の圧力がタイヤの両ショルダ部の圧力より小さくなったと考えられる。

かくして、車速の増大と伴に、タイヤの両ショルダ部の動荷重半径Ｒｄが増大し、これにより、タイヤの中央部の圧力が低減することを考慮すると、タイヤの中央部の圧力Ｐｃは、タイヤの中央部と両ショルダ部の動荷重半径の比（ＲＬ／Ｒｄ）の関数であると考えられ、従って、概ね、
Ｐｃ＝Ａ・ＲＬ／Ｒｄ・Ｐａ …（３）
と表される。なお、Ａは、実験的に又は理論的に与えられる係数である。従って、式（１）に式（３）を代入すると、ハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊は、
Ｖ^＊＝｛（２／ρ）・Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ｝^１／２ …（４）
により与えられる。なお、ρ＝１／１２８．０３ｋｇｆ・s^２／ｍ^４とすると、
Ｖ^＊＝５１｛Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ｝^１／２ …（５）
となる。本実施形態では、式（５）がハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊の推定に用いられる。
［上記のＶ^＊が算出されている状態は、タイヤの中央部に於ける水の動圧とタイヤの接地圧力とが釣り合った状態であり、かかる状態では、タイヤのショルダ部に於いては、接地圧力が水の動圧より高く、従って、タイヤのショルダ部では、タイヤは、浮き上がっていない状態となっている。しかしながら、接地圧力分布の計測結果によれば、タイヤのショルダ部よりも内側の領域に於いて全体的に接地圧力が低下するので、上記のタイヤの中央部に於ける水の動圧とタイヤの接地圧力とが釣り合った状態で、タイヤの殆どの領域が浮き上がり始め、これにより、タイヤが滑りやすくなることが想定される。そこで、本実施形態では、上記にて算出されるＶ^＊をハイドロプレーニング発生車速と定義している。］

ハイドロプレーニング発生車速推定部１０の作動
ハイドロプレーニング発生車速推定部１０に対しては、図１に示されているパラメータが、随時入力され利用できるよう構成され、作動スイッチ１２がＯＮ状態となると、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０は、上記に説明された如く、各輪のタイヤ空気圧Ｐａｉ、各輪の車輪回転速ωｉ、対地車速Ｖｅを参照して、式（５）を用いてハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊を推定し、対地車速Ｖｅがハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊以上となったとき、警報装置２０に対して、警報を発するよう指令する。図４は、作動スイッチ１２がＯＮ状態のときに、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０の処理作動をフローチャートの形式にて表したものである。図示の処理作動は、作動スイッチ１２がＯＮ状態の間、繰り返し実行される。

同図を参照して、ハイドロプレーニング発生車速推定部１０の作動に於いては、まず、各輪のタイヤのショルダ部の動荷重半径Ｒｄｉが
Ｒｄｉ＝Ｖｅ／ωｉ …（６）
により算出される（ステップ１００）。次いで、算出された動荷重半径Ｒｄｉと、タイヤ空気圧Ｐａｉとを用いて、ハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊が、
Ｖ^＊＝５１｛Ａ・（ＲＬ／Ｒｄｉ）・Ｐａｉ｝^１／２ …（５）
により算出される（ステップ１１０）。なお、ＲＬは、車両の静止時のスピンドル高の値が用いられてよい。また、Ｖ^＊は車輪毎に算出されてよい。そして、算出されたハイドロプレーニング発生車速Ｖ^＊と対地車速Ｖｅが比較され（ステップ１２０）、
Ｖｅ≧Ｖ^＊ …（７）
が成立するとき、警報装置２０に対して、警報を発するよう指令が与えられ（ステップ１３０）、処理が繰り返される。他方、式（７）が成立しないときは、警報発令が為されずに処理が繰り返される。なお、式（７）の判定は、車輪毎に実行され、車両のいずれかの車輪に於いて、式（７）が成立したときに、警報が発せられるようになっていてよい。
［上記の処理は、作動スイッチ１２０がＯＦＦ状態になると停止される。］

かくして、上記のハイドロプレーニング発生車速推定装置によれば、走行中の車両に於いて、車速がハイドロプレーニング発生車速に到達すると、運転者に対してハイドロプレーニング現象が発生する可能性があることが知らされることとなる。特記されるべきことの一つは、本実施形態に於いては、車両の走行実験の結果に基づいて、タイヤ接地圧力が車速の増大と伴に低減するとの仮定のもとに、ハイドロプレーニング発生車速を算出するよう構成されていることであり、これにより、従来のモデル、即ち、タイヤ接地圧力が車速によらず一定と仮定している場合に比して、より精度よく、ハイドロプレーニング発生車速が推定され、従って、不必要に、運転者に対して警報が発せられることが回避される。また、推定処理は、比較的簡単であるので、装置の構成及び調整若しくは設定が容易に行えることは理解されるべきである。更に、式（５）に用いられている係数Ａは、多くの場合、定数であり、個々のタイヤの特性にさほど影響されないことが予想される。その場合、車両の使用中、タイヤの摩耗、タイヤ交換等によるタイヤ溝の寸法や形状の変更に際して、ハイドロプレーニング発生車速推定部の設定を大幅に変更する必要がない点で実用上有利であることが期待される。

以上に於いては本発明を一つの実施の形態について詳細に説明したが、かかる実施の形態について本発明の範囲内にて種々の変更が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

例えば、図示の装置に於いて、ハイドロプレーニング発生車速の推定に用いる各パラメータは、既存のその他の制御装置、検出装置に於いて得られた値をそのまま利用するようになっていてもよい。また、対地車速がハイドロプレーニング発生車速を超えたときには、警報装置と伴に又はこれに代えて、自動的に車両の加速制限又は減速を実行すべく車両の制駆動装置を制御するようになっていてもよい。

図１は、本発明による車両のハイドロプレーニング発生車速推定装置及び周辺機器の構成をブロック図の形式で表したものである。図２（Ａ）及び（Ｂ）は、車両の走行試験に於いて得られた路面上のタイヤの回転軸と平行な方向の接地圧力分布の計測結果を示している。図中、○が計測点を示している。（Ａ）は、５〜１０ｋｍ／ｈ（低速時）に於ける分布であり、（Ｂ）は、６０〜８０ｋｍ／ｈ（高速時）に於ける分布である。タイヤは、横軸（トレッド幅長さ）の１００ｍｍ〜３００ｍｍの範囲の領域に接地しており、その区域内で値がジクザクになっているのは、トレッドの溝に相当する部分の圧力値が低減するためである。図２（Ｃ）は、タイヤの中央部の接地圧力の車速に対する依存性をグラフの形式にて表したものである。従来のモデルでは、タイヤの中央部の接地圧力は、車速によらず一定と仮定していたが、本発明のモデルでは、（Ａ）、（Ｂ）に示されている如き実験結果から、タイヤの中央部の接地圧力は、車速の増大とともに低減するものとしている。図３（ａ）、（ｂ）は、走行中の車両のタイヤの転動方向（タイヤの回転軸に対して垂直な方向）から見たタイヤの形状の模式図である。（ａ）は、静止時から低速時のものであり、（ｂ）は、高速時のものである。静止時から低速時の場合、タイヤの荷重半径又は動荷重半径は、中央部（ＲＬ）から両ショルダ部（Ｒｄ）に亙って略均等であり、車両静止時のスピンドル高と略同一である。しかしながら、高速時には、タイヤの中央部の動荷重半径ＲＬは、車両静止時のスピンドル高と略同一のままであるが、ショルダ部の動荷重半径Ｒｄは増大する。図３（ｃ）は、タイヤの中央部の接地圧力Ｐｃが、ＲＬ／Ｒｄ×Ｐａと伴に増大することを模式的に示したものである。図１のハイドロプレーニング発生車速推定部１０に於ける処理作動をフローチャートの形式で表したものである。図５は、従来のハイドロプレーニング現象の発生のメカニズムを説明する力学的モデルの模式図である（非特許文献１）。（Ａ）は、タイヤ側方から見た図であり、（Ｂ）は、タイヤの底側から見た図である。

符号の説明

１０…ハイドロプレーニング発生車速推定部
１２…作動スイッチ
１４ｉ…タイヤ空気圧検知部
１６ｉ…車輪回転速センサ
１８…対地車速検知部
２０…警報装置
２２…ＧＰＳ装置
２４…対地非接触型レーザーセンサ

Claims

車両のハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定する装置であって、前記車両のタイヤの転動方向から見たときの前記タイヤの側部の動荷重半径と前記タイヤの中央部の動荷重半径と前記タイヤの空気圧とに基づいてハイドロプレーニング現象が発生する車速を推定するハイドロプレーニング発生車速推定部を含むことを特徴とする装置。
請求項１の装置であって、前記ハイドロプレーニング現象が発生する車速が前記タイヤの転動方向から見たときの中央部に於ける前記タイヤと路面との間に進入する水の動圧と前記タイヤの接地圧力との釣り合いの式から算出される車速であり、前記タイヤの中央部に於ける接地圧力が前記車両の実際の車速の増大と伴に低減すると仮定されていることを特徴とする装置。
請求項２の装置であって、前記タイヤの中央部に於ける接地圧力Ｐｃが、前記タイヤの側部の動荷重半径Ｒｄと前記タイヤの中央部の動荷重半径ＲＬと前記タイヤの空気圧Ｐａと所定の係数Ａとを用いて、
Ｐｃ＝Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ
により与えられることを特徴とする装置。
請求項１乃至３のいずかの装置であって、前記タイヤの側部の動荷重半径Ｒｄと前記タイヤの中央部の動荷重半径ＲＬと前記タイヤの空気圧Ｐａと所定の係数Ａと水の密度ρとを用いて、前記ハイドロプレーニング現象が発生する車速Ｖ^＊が、
Ｖ^＊＝｛（２／ρ）・Ａ・（ＲＬ／Ｒｄ）・Ｐａ｝^１／２
によって与えられることを特徴とする装置。
請求項１乃至４のいずれかの装置であって、前記車両の現在の車速値を取得する現在車速取得部と、前記現在の車速値が前記ハイドロプレーニング現象が発生する車速を上回るときに前記車両の運転者に対して警報を発する警報発生部とを含むことを特徴とする装置。