JPH10119506A - スリップ防止能を有する車両 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 氷雪路における車両の運行に際し、スリップ
を回避して走行可能ならしめた車両。 【解決手段】 圧縮空気を断熱膨脹することにより生成
せしめた低温空気で、車輪及び／又は車輪接地直前の路
面を冷却する。発進、加速、制動等の運転状態の変化に
際しては、急速に車輪及び／又は車輪接地直前の路面の
冷却を増強して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、積雪路や凍結路等
の氷雪路におけるスリップ防止能を有する自動車等の車
両に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車等の車両の氷雪路における
スリップ防止に関しては、車輪に使用されるタイヤにタ
イヤチエンを装備する方法、スパイクタイヤ、スタッド
レスタイヤを用いる方法がおこなはれている。

【０００３】又、路面に変化を与えて、スリップ防止す
る方法として、砂を路面に散布する方法（例えば、特開
平３−２０８７０１号公報参照）、排気ガスを排出散布
する方法（例えば、特開平５−２２９４６１号公報参
照）、車輪前方の路面上に冷却物質を放出し気化熱によ
り冷却する方法（例えば、特開平６−２９３２０２号公
報参照）が提案されている。更に外気より数度低下する
ように空気をタイヤに吹付ける方法（特開昭５０−１０
０７０３号公報参照）が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来、実施されてきた
方法及び提案されている方法において、車輪に施す手段
としてタイヤチエンはスリップ防止に効果はあるが、非
氷雪路より氷雪路に移るときに装着するなどの面倒があ
り、タイヤや路面を痛め騒音が大きい。スパイクタイヤ
についてもスリップ防止には効果的であるが、通常の乾
燥路面を損傷し、粉塵の被害が著しく、その使用は強く
制限されている。スタッドレスタイヤはタイヤ表面を発
泡ゴム等で構成し、氷雪路におけるグリップ（把持力）
を向上させたものでチエン、スパイクのように路面を損
傷することがなく、スリップ防止効果も改善されている
が充分ではない。更に使用するゴム組成及び発泡等の表
面構造により磨耗しやすい等の問題がある。

【０００５】路面に砂等を散布してスリップ防止する方
法は長距離を走行する場合、大量の砂を必要とし、路面
に残置された砂が事後の道路環境に悪影響があり好まし
くない。排気ガスを路面に排出散布する方法は凍結路面
に適用した場合、表面に水膜を形成してかえって滑りや
すくスリップ防止に反する結果となる事がある。車輪前
方路面上に、冷却物質を放出し気化熱により路面を冷却
する方法はスリップ防止効果は期待出来るが、路面とい
う熱容量の大きい対象を冷却するため、フロン、液体ヘ
リウム等高価な冷却物質を大量に消費し経済的な方法と
はいえない。

【０００６】外気より約数度低下するように空気をタイ
ヤに吹き付けることによるスリップ防止は、外気温度が
急に上昇し凍結路面の表面融解が起こり滑りやすくなっ
た様な時には、外気より数度低い程度の温度ではスリッ
プを防止し得ない。更にスリップは走行時の速度、制動
時、発進をふくむ加速時の制動力又は駆動力の変化にも
関連し、外気より数度低い程度の外気温度を基準にした
温度管理では適切なスリップ防止は実現し得ない。

【０００７】本発明は経済性や環境に関連して問題のあ
る資材を消費する事なく、長距離走行や大型車両にも適
用可能で、滑りやすい氷雪路特に凍結路においても走行
時、制動時、発進時をふくむ加速時においてもスリップ
することなく運行可能なスリップ防止能を有する自動車
等の車両を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】氷雪路における車輪と路
面の摩擦力は、路面温度とこれに接する車輪の表面温度
が密接に関連しており、更に走行する場合の速度、制
動、発進、加速等の制動力、駆動力の変化に起因するス
リップを回避するためには、車輪の路面に対するグリッ
プ（把持力）を変化、増強することを要し、車輪表面温
度及び／又は車輪接地直前の路面温度、特に接地直前の
車輪表面温度を路面温度にたいし適切な温度に保持し、
摩擦力を確保することが必要である。

【０００９】上記目的を達成するため、本発明に於いて
は、車両の車輪の接地直前の表面温度及び／又は車輪接
地直前の路面温度を氷点下の低い温度に保持することに
より、氷雪路における車両のスリップを防止するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のスリップ防止能は氷雪路
面に接触する車輪表面及び／又は車輪接地直前の路面を
冷却し、好ましくは接地直前の車輪表面温度を路面温度
より低くし、接触時に急速に路面温度を低下させ、車輪
表面と路面との間の摩擦係数を増大せしめてスリップを
防止することにある。この様な摩擦係数の増大のメカニ
ズムは明らかではないが、氷雪面上に存在するか又は車
輪の接触による圧力或いは摩擦により生成した薄い水膜
が短時間に凍結して車輪と路面を凝着せしめることによ
ると推測される。この様な状況を実現しうる車輪表面温
度としては路面の状態、車輪表面の状態にもよるが、低
い氷点下の温度にたもつことが必要である。その温度は
上記状況を現出しうる氷点下の温度であればよい。一般
に例えば−１０℃以下、好ましくは−１５℃以下である
が、必ずしもこれらに限定されない。車輪表面温度の下
限は上記目的からはとくにないが冷却に要するコストや
車輪表面の物性よりみて、余り低い温度は好ましくなく
通常−６０℃以上、好ましくは−５０℃以上である。

【００１１】本発明に於ける車輪表面とは車輪の接地可
能な表面部分であり、車輪接地直前とは車輪が回転によ
り接地する直前で冷却の効果が持続して及ぶ範囲を意味
し、これらの表面及び／又は路面の状態が所望の状態で
あることを本発明は要請するものである。上記のごとき
車輪表面温度は車輪を冷却することにより実現される。
回転する車輪の冷却手段としては、一般に車輪表面温度
より低温の液体又は気体等の流体の冷却剤を車輪表面に
接触せしめることが適切である。

【００１２】かかる流体の冷却剤としては、経済性、環
境への影響よりみて特に低温空気が好ましい。その温度
は目的に適う低温、即ち、車輪表面もしくは路面を所望
の温度に冷却しうる温度であればよい。一般に−１０℃
以下、好ましくは−１５℃であるが、かならずしもこれ
らに限定されない。

【００１３】通常の低温空気は大気中より取り入れられ
た空気を冷凍機で冷却して調製される。しかしながら本
発明の目的に使用される低温空気は氷点下の低い温度
で、かつ比較的大量に必要となる。例えばフロン、アン
モニア、エチレン、プロパン等の冷媒の蒸発圧縮による
冷凍機により低温を発生させ、熱交換器等により固体壁
を介して間接的に大気中の空気を冷却する通常の場合、
熱交換器の大型化を要し、大気中の水分の厳しい除去が
求められ、怠れば氷結による閉塞が避けられず、車載可
能な小型大容量の低温空気の発生装置としては適切でな
い。又車両の運行に当たっては発進、加速、制動、停止
等変動が激しく、要求される冷却能力もこれに敏速に追
随することがもとめられるが、上記のごとき間接的に低
温空気を生成する方法では対応が困難である。

【００１４】これらについて検討した結果、本発明は吸
入した大気中の空気を圧縮し、上昇した温度を冷却によ
り低下させ、これを断熱膨脹し、発生させた低温空気を
直接車輪の冷却に使用するものである。要すれば上記圧
縮、冷却、断熱膨脹の操作を二回以上繰り返してもよ
い。この様に低温空気の生成過程のほとんどは加圧下、
氷点以上で行われるため、吸入大気中の水分の厳しい除
去の要もなく、小型で簡単な装置構成で要求を達する事
ができ、低温空気を直接生成することにより変動する冷
却要求にも敏速に対応し得る。

【００１５】上記の冷却された圧縮空気の圧力と温度は
断熱膨脹することにより、所望の氷点下の低い温度の低
温空気が得られるならばいかなるものでもよいが、一般
に圧力（圧力は絶対圧力を示す）は１．５ｋｇ／ｃｍ^２
以上、好ましくは２ｋｇ／ｃｍ^２以上、上限は特にない
が通常２０ｋｇ／ｃｍ^２以下、特に１０ｋｇ／ｃｍ^２以
下が適当である。

【００１６】圧縮空気の温度は一般に１００℃以下，好
ましくは５０℃以下、特に１０℃以下が適当である。下
限は特にないが、吸入大気中の水分を予め除去しない場
合にはその氷結によるトラブルを避ける為、０℃以上が
適当である。一例として圧力６〜７ｋｇ／ｃｍ^２、温度
４〜６℃の圧縮空気を断熱膨脹させることにより−８０
〜−１３０℃の低温空気が得られる。

【００１７】圧縮空気を作製する圧縮機としては上記の
ような圧力で圧縮しうるものであれば在来公知のいかな
るものでもよく、例えば、往復圧縮機、遠心圧縮機（タ
ーボ圧縮機）、軸流圧縮機、回転圧縮機等があり、これ
らは一段でも二段以上でも、又組み合わせても用いられ
る。これらにより生成し温度の上昇した圧縮空気の冷却
は通常空冷、水冷、油冷又は他の冷凍機を介しても、組
み合わせてもよい。

【００１８】この様にして冷却された圧縮空気の断熱膨
脹は在来公知の膨脹タービンや膨脹ノズルを用いて行う
ことが出来、又組み合わせて用いることも出来る。膨脹
タービンを用いる場合、これと同軸に装備された圧縮タ
ービンにより吸入空気の圧縮の少なくとも一部を行うこ
とにより、又は膨脹タービンに連結された発電機により
発電することによりエネルギーを回収することが出来
る。膨脹タービンには圧縮空気の膨脹にともなう衝撃を
緩和する機能もあり、消音効果も期待し得るが、更に消
音装置をつけてもよい。一基の膨脹タービンを装備し、
これより低温空気を、要すれば保冷された配管で各車輪
に導くことも、各車輪毎に各々膨脹タービンを設置し低
温空気を発生させる事もできる。

【００１９】膨脹ノズルを使用する場合発生させた低温
空気を配管で各車輪に導いてもよいが、各車輪毎に各々
膨脹ノズルを設置し低温空気を発生させることが好まし
い。この場合膨脹ノズルで噴射ノズルを兼ねることも出
来る。膨脹ノズルでの圧縮空気の膨脹にともなう騒音に
たいしては在来公知の消音器を接続することにより軽減
し得る。膨脹タービンと膨脹ノズルを組み合わせて用い
る場合、例えば膨脹タービンで中間の圧力、温度にし、
この圧縮空気を各々膨脹ノズルに導き、所望の低温空気
を放出する。中間の圧力、温度としては例えば１．５ｋ
ｇ／ｃｍ^２〜３ｋｇ／ｃｍ^２、０℃〜５℃であるが、こ
れらに限定されるものではない。

【００２０】車両の制動時に車輪と路面の摩擦力を越え
る制動力が働くと車輪はグリップ（把持力）を失ってス
リップする。従って制動時には通常の走行時より摩擦力
を増大するため車輪表面温度及び／又は車輪接地直前の
路面温度を更に低下することを要する。このため、例え
ばブレーキペダルの操作に連動して、大量且／又はより
低温の低温空気を車輪表面及び／又は車輪接地直前の路
面、特に車輪の接地直前部分の表面に急速に放出して、
車輪表面温度及び／又は車輪接地直前の路面温度を低下
させる事によりスリップを回避し得る。

【００２１】発進時を含めて急速な加速時に於いても、
過剰トルクによって駆動輪がスリップするのを防止する
為、例えばアクセルペダルの操作に連動して大量且／又
はより低温の低温空気を放出して急速に車輪表面温度及
び／又は車輪接地直前の路面温度を低下させることによ
り目的を達することが出来る。

【００２２】この様に発進、加速、制動、スリップ、停
止等運転状態の変化に際して、所定の運転状態を示す情
報、例えばアクセルペダルの作動、ブレーキペダルの作
動、加速度センサーにより検出される加速度、車輪周速
センサーの示す車輪周速と車速から逆算される車輪周速
の差（この絶対値が著しく大きい場合はスリップの可能
性がある）、駆動トルク、駆動輪と非駆動輪の車輪周速
又は回転数の差等による信号により制御された低温空気
により、車輪及び／又は車輪接地直前の路面の冷却を増
強して行い、車輪の表面温度及び／又は車輪接地直前の
路面温度を低下させる事によりスリップを回避する事が
できる。この場合低温空気は量及び／又は温度を調節し
て行われる。

【００２３】車輪表面の冷却に当たっては全車輪の冷却
が好ましいが、駆動輪は少なくとも冷却することが必要
である。冷却の対象となる車輪は、路面と接触した車輪
を有する車両について使用されているタイヤであればい
かなるものでもよいが、通常のタイヤ、スノータイヤ、
スパイクタイヤ、スタッドレスタイヤのいずれでも使用
し得る。特にスノータイヤ、スタッドレスタイヤに効果
的に適用し得る。

【００２４】次に本発明を実施する車両の装置の構成及
びその動作の実施例を図面を参照して説明する。図１は
本発明の車両のスリップ防止能を実施する装置群の構成
概念図をしめす。本発明はこれらの構成に限定されるも
のではない。本発明装置群はエンジン１により直接又は
間接に駆動される空気圧縮装置２、断熱膨脹装置３、温
度検出装置４、運行認識作動装置５、これらにより検出
された情報に基づき車輪及び／又は路面の冷却を制御す
る制御装置６及び空気放出装置７、更に車輪表面の水分
除去装置２０からなる。

【００２５】空気圧縮装置２は空気圧縮機と空気冷却
器、要すれば蓄圧空気槽からなり、断熱膨脹装置３は膨
脹タービン又は膨脹ノズルで構成される。空気圧縮機と
してターボ圧縮機が使用される場合、これに膨脹タービ
ンを同軸に連結して構成することも可能である。

【００２６】温度検出装置４は路面温度センサー１０と
車輪表面温度センサー１１からなり、これらは通常非接
触の温度センサー、例えば光電放射温度計が用いられ
る。運行認識作動装置５は車体速度センサー１２、車輪
周速センサー１３、アクセルペダル１８およびアクセル
スイッチ１９等の加速作動手段、ブレーキペダル１６及
びブレーキスイッチ１７等の制動作動手段、駆動トルク
センサー１４、加速度センサー１５からなる。

【００２７】空気放出装置７は供給管２３、制御バルブ
９、噴射ノズル８から構成される。噴射ノズル８は噴射
位置、噴射方向、ノズル開度が制御装置の指令により制
御され、車輪の任意の位置に所望量の低温空気が噴射さ
れる。噴射ノズル８を膨脹タービン又は膨脹ノズルで置
換して作動することもできる。

【００２８】これら本発明車両の氷雪路走行の実施例を
一の車輪について図２により説明する。本発明はこれら
に限定されるものではない。エンジン１作動後空気圧縮
装置２が作動され、調製された冷却された圧縮空気が温
度検出装置４より検出された路面温度と車輪表面温度に
基づいて制御装置６の指令により供給管２３より制御バ
ルブ９を介し、膨脹ノズルを兼ねた噴射ノズル８より断
熱膨脹して低温空気として車輪表面及び／又は車輪接地
直前の路面に噴射される。車輪表面及び／又は路面が所
定の温度と確認されたら車両を発進する。発進後所望の
状況を維持するごとく、要すれば制御された低温空気を
接触させながら走行する。

【００２９】発進や急速な加速がなされるに際してアク
セルペダル１８の一定以上の操作、例えば急激な踏み込
みに対してたいして、連動するアクセルスイッチ１９の
情報及び／又は駆動トルクセンサー１４により、検出さ
れた所定値以上の車輪の駆動トルクに関する情報に基づ
く制御装置６の指令により、冷却圧縮空気を制御バルブ
９を介し，膨脹ノズルを兼ねた噴射ノズル８より急速に
放出して、大量且／又はより温度の低い低温空気を発生
させ、車輪表面及び／又は車輪接地直前の路面を冷却し
スリップを防止する。

【００３０】又、減速に際してはブレーキペダル１６の
作動に連動するブレーキスイッチ１７の情報に基づく制
御装置６の指令により冷却圧縮空気を制御バルブ９を介
して膨脹ノズルを兼ねた噴射ノズル８より急速に放出し
て、大量且／又はより温度の低い低温空気をは発生さ
せ、車輪表面及び／又は車輪接地直前の路面を急速に冷
却し、スリップを回避することが可能となる。このとき
ブレーキ操作により車輪の周回が行われなくなる場合に
は、冷却により温度の低下した車輪表面部分の接地がな
されず、摩擦力が増大されなくなる恐れがあり、これを
避けるため、所謂ポンピング・ブレーキ操作により緩や
かな制動を行うか、低温空気の噴射を車輪直前部に行う
ことにより効果を発揮する事ができる。そのために図２
に示す如く噴射ノズル８の位置及びその噴射の方向を変
更し得るように制御したり、複数個配置して目的を達す
る。

【００３１】更に路面温度が０℃に近い氷雪路において
は水又はシャーベット状の雪の車輪へ付着が甚だしくな
ることがあり、車輪の周回により噴射ノズル８からの低
温空気により凍結し、車輪への氷雪の付着が増大し車両
の走行に支障来す様になることがある。この様なことを
防止するため、車輪が接地が終了し空間部へ回転して、
再び低温空気により冷却されるまでの部分に回転又は固
定もしくは可動のスクレーパー、繊維状物質又はウレタ
ン等の発泡材よりなるブラシを設置して水分又は氷雪を
除去するのが好ましく、かかるブラシもしくはスクレー
パー等からなる水分除去装置２０は車輪表面に接触もし
くは可変な小間隔をおいて設置される。又水分除去装置
２０に付着した水分は電熱もしくは排気ガスにより加熱
除去されるか、振動等を与えることにより機械的に除去
し得る。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、車両の氷雪路の走行に
際し、経済性や環境に関連して問題のある資材を消費す
る事なく、更に路面を損傷したり、装着に面倒であった
り、騒音を発生するタイヤチエン、スパイクタイヤ等を
用いることなく、運転者が必要に応じ運転席で任意に稼
働してスリップを防止し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車両のスリップ防止能を実施する装置
群の構成概念図である。

【図２】本発明の車両のスリップ防止能の実施例を示す
概略説明図である。

【図３】本発明の車両の低温空気の車輪への供給の一例
を示す概略説明図である。

【符号の説明】

１ エンジン ２ 空気圧縮装置 ３ 断熱膨脹装置 ４ 温度検出装置 ５ 運行認識作動装置 ６ 制御装置 ７ 空気放出装置 ８ 噴射ノズル ９ 制御バルブ １０ 路面温度セン
サー １１ 車輪表面温度センサー １２ 車体速度セン
サー １３ 車輪周速センサー １４ 駆動トルクセ
ンサー １５ 加速度センサー １６ ブレーキペダ
ル １７ ブレーキスイッチ １８ アクセルペダ
ル １９ アクセルスイッチ ２０ 水分除去装置 ２１ 路面 ２２ 車輪 ２３ 供給管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 圧縮空気の断熱膨脹により生成せしめた
   低温空気により、車輪及び／又は車輪接地直前の路面を
   冷却することを特徴とするスリップ防止能を有する車両
2. 【請求項２】 圧縮空気の断熱膨脹により生成せしめた
   低温空気で車輪又は車輪及び車輪接地直前の路面を冷却
   し、接地直前の車輪の表面温度を路面温度より低く保持
   することを特徴とするスリップ防止能を有する車両。
3. 【請求項３】 運転状態の変化に際し、所定の運転状態
   を示す信号により制御された低温空気により、車輪及び
   ／又は車輪接地直前の路面の冷却を増強して行うことを
   特徴とする請求項１、２記載の車両。