JPH05229461A - 路面・タイヤ間摩擦係数制御手段を有した自動車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】路面・タイヤ間の摩擦係数を制御（増加・減
少）することにより、運動性能を向上させた車両を提供
する。 【構成】エンジン１より排出される排気ガスがコントロ
ールユニット１４の指令に従い制御弁を経由し排気ガス
噴出口より各車輪前方より路面・タイヤに向けて排出さ
れる。 【効果】排気ガスによりタイヤ接地直前の路面上の砂，
泥，水膜を排除・減少させ、あるいはタイヤ表面の温度
を制御し、路面・タイヤ間の摩擦係数を制御し、路面・
タイヤ間の摩擦力を制御して車両運動性能の向上が図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両運転中に路面と
タイヤの摩擦係数を運転状態に応じてアクティブに制御
し路面・タイヤ間に働く摩擦力を制御することにより車
両運動性能を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】（株）グランプリ出版発行の「タイヤ工
学」（酒井秀男著）によれば水膜で覆われた路面上をタ
イヤが高速度で走行した場合、タイヤが水の流体力学的
な圧力によって浮き上がる。この現象をハイドロプレー
ニング現象と言い、この状態ではタイヤは非常に滑り易
くなるので危険である。ハイドロプレーニング現象発生
に影響を与える因子は速度，水膜厚さ，路面の粗さ，ト
レッド溝深さ，タイヤ内圧，接地圧力分布，トレッドパ
ターンなどがあり、タイヤメーカでは、排水性の良いト
レッドパターンを持つタイヤの開発を行ってきた。

【０００３】一般に、タイヤでは表面温度の上昇に伴い
摩擦係数が増加する。例えば、レース用車両でレース開
始時及びタイヤ作換時には、タイヤ温度を上昇させるた
めにタイヤウォーマにより加熱されたタイヤを用いた
り、蛇行走行を行いそれによって生じる路面・タイヤ間
摩擦熱によりタイヤトレッド表面のゴムを溶融させ路面
・タイヤ間の摩擦係数を即時に増加させる方法をとって
いた。

【０００４】さらに、機関車等レール上を走行する車両
が傾斜地登坂走行時、レールと車輪に滑りを生じた時
に、レールと車輪の間に砂等を掛けて、摩擦係数を増加
させる方法がとれられていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ハイドロプレ
ーニング現象発生に最も大きな影響を与える水膜厚さ
は、路面形状（轍，くぼみ）と降雨量などにより決定さ
れ、その上を走行する車両では、これを低減する方法が
なかった。

【０００６】また、タイヤ表面の温度を増加させる方法
は、上述の蛇行走行以外にはなかった。

【０００７】さらに自動車は、雪道スタック時に駆動輪
の下に木や毛布を敷く等の方法は、見られたがこのよう
な方法を自動車単体で行う例は無かった。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は路面と接触したタイヤを有する自動車につ
いて、車両の運転状態検出手段とタイヤ接地直前の路
面，タイヤ表面、あるいはタイヤ接地直前の路面とタイ
ヤ表面の両方の表面整備手段を有し、前記運転状態検出
手段により検出された運転状態に応じて、表面整備手段
が制御流体を噴出し、タイヤ接地直前の路面上の砂，
泥，水膜を排除・減少させ、あるいはタイヤ表面の温度
を制御することにより路面・タイヤ間の摩擦係数を制御
し、路面・タイヤ間の摩擦力を制御する。

【０００９】

【作用】路面・タイヤ間の摩擦係数が制御（増加・減
少）でき、路面・タイヤ間の摩擦力を制御することがで
きると車両運動性能を向上させることが可能となる。

【００１０】

【実施例】図１は本発明において表面整備手段の噴出す
る制御流体が、エンジンが排出する排気ガスである場合
の路面・タイヤ間摩擦係数制御手段搭載の自動車（以
下、本発明の自動車）の第一実施例のブロック図であ
る。

【００１１】本発明の自動車は、大きく分類してエンジ
ン・排気系，タイヤ状態，運転操作，運転状況などの運
転状態検出系、そして排気ガス制御系により構成されて
いる。

【００１２】まず、エンジン・排気系について概説す
る。

【００１３】本発明の自動車の排気系は、エンジン１，
マニフォールド，触媒２，制御弁３０，制御弁３１，左
側制御弁４１，４２，右側制御弁４３，４４(図示せ
ず)，左側排気ガス噴出口５１，５２（図示せず），右
側排気ガス噴出口５３，５４（図示せず）により構成さ
れている。エンジン１の運転に伴い排出される排気ガス
は触媒を経由し、制御弁３０に到達する。今、制御弁３
０が全閉の場合、排気ガスは左側制御弁４１，４２，右
側制御弁５３，５４（図示せず）には到達せず従来と同
様に車両後部より排出される。また、制御弁３０が全開
で制御弁３１が全閉の場合、排気ガスは、左側制御弁４
１，４２，右側制御窒４３，４４（図示せず）を経由し
左側排気ガス噴出口５１，５２（図示せず），右側排気
ガス噴出口５３，５４（図示せず）より各車輪前方より
排出される。

【００１４】つぎに運転状態検出系について概説する。

【００１５】本発明の自動車の各四輪のホイールにはタ
イヤ温度センサ７１，タイヤ湿度センサ７２と、タイヤ
空気圧センサ７３が具備されており運転中のタイヤの情
報を随時検出し、図１に示すように運転状態検出装置に
送信する。また図示しないが、タイヤ交換時の総走行距
離数と現在の総走行距離数よりタイヤの溝写さを推測す
る機能を付加してもよい。

【００１６】環境センサ１１は、本発明の自動車走行中
の雰囲気温度，湿度，降雨量，降雪量，風向きなどの環
境情報を検出する。また図示しないが前後輪の前部にレ
ーザー光あるいは超音波などを路面にむけて発射し、そ
の反射の強度，屈折率により例えば路面上の水膜厚さを
計測するセンサ等を用いてもよい。

【００１７】車両運動センサ１２は、複数個の加速度セ
ンサ、あるいはヨーレイトセンサにより構成されてお
り、本発明の自動車の車体速度，車体加速度，車体回転
速度，車体回転加速度を検出する。

【００１８】運転者による、ステアリング８，アクセル
９，ブレーキ１０等の運転操作はそれぞれステアリング
舵角，スロットル開度，ブレーキライン圧として検出さ
れる。

【００１９】これらの各種運転状態検出センサにより検
出された運転状態は、それぞれ運転状態検出装置に入力
される。

【００２０】最後に排気ガス制御系について概説する。

【００２１】排気ガス噴出口５１，５２，排気ガス噴出
口５３，５４（図示せず）には、それぞれ噴出方向制御
装置６１，６２，噴出方向制御装置６３，６４（図示せ
ず）が具備され、コントロールユニット１４からの指令
によりタイヤ接地直前の路面、あるいはタイヤの任意の
点を目指して制御流体を噴出させることができる。

【００２２】今、本発明の自動車は水膜で覆われた路面
上を走行しているものとし、この状態でハイドロプレー
ニング現象の発生を抑制するための、本発明の自動車の
制御内容について説明する。

【００２３】通常、水膜で覆われた路面上をタイヤが高
速度で走行した場合、タイヤが水の流体力学的な圧力に
よって浮き上がる（図２）。この現象をハイドロプレー
ニング現象と言い、この状態ではタイヤは非常に滑り易
くなるので危険である。

【００２４】このようなハイドロプレーニング現象に対
して、コントロールユニット１４は、以下、図３に示す
ようなアルゴリズムに基づき、ハイドロプレーニング現
象を抑制するように図４のように排気ガスを用いて路面
の水膜厚さの低減を図る。

【００２５】ハイドロプレーニング現象の発生速度は、
水膜厚さ，トレッド溝深さ，タイヤ内圧，接地圧力分
布，トレッドパターンなどにより決定される。このた
め、種々の運転状態検出センサによりハイドロプレーニ
ング現象の発生は、カなりの精度で推定される。また、
実際にハイドロプレーニング現象が発生した場合には、
図４に示すように各種運転操作に対する本発明の自動車
の応答によりこれを検出できる。例えば、スロットル開
度に対する車体の前後方向の加速度，ブレーキペダル踏
力（ブレーキライン液圧）に対する車体の減速度，ステ
アリング舵角に対するヨーイングの発生度合を検出する
ことにより容易に検出できる。

【００２６】上述のようにハイドロプレーニング現象が
検出されるとコントロールユニット１４は、制御弁３０
を開き、同時に制御弁３１を閉じ、エンジン１より排出
される排気ガスを配管５１，５２，配管５３，５４（図
示せず）を経由し、排気ガス噴出口５１，５２，排気ガ
ス噴出口５３，５４（図示せず）より各車輪前方に吹き
出すようにする（図５）。

【００２７】ここで、再び運転状態検出センサにより、
各種運転操作に対して四輪に必要な摩擦力を推定する。
例えば、大きな摩擦力が必要な時は、制御弁５１，５
２，制御弁４３，４４（図示せず）を大きく開き、流量
を増やす。また大きな摩擦力を必要としない時は、制御
弁４１，４２，制御弁４３，４４（図示せず）を閉じ、
流量を減らす（図６）。

【００２８】さらに再度運転状態検出センサにより、運
転環境情報により、風向き，気温，湿度，水膜厚さ、あ
るいは車速，舵角等を検出し、最も効果的に水膜厚さを
減少できるように、排気ガス噴出口５１，５２，排気ガ
ス噴出口５３，５４（図示せず）の噴出方向を、噴出方
向制御装置６１，６２，噴出方向制御装置６３，６４
（図示せず）により任意方向に制御し、タイヤ接地直前
の路面、あるいはタイヤを目指して制御流体を噴出させ
る（図７）。以上のように、排気ガスを用いて水膜厚さ
を減少させ、ハイドロプレーニング現象を抑制する。

【００２９】図８は本発明において表面整備手段の噴出
する制御流体が、エンジンが排出する排気ガスである場
合の本発明の自動車の第二の実施例を示す図である。

【００３０】今、本発明の自動車は砂の浮いたアスファ
ルト路面を走行しているものとし、この砂の除去のた
め、本発明の自動車の制御内容について説明する。

【００３１】路面上の砂は、図８（ａ）のようにタイヤ
と路面の間に入り込みタイヤ・路面間の摩擦係数を著し
く低減させてしまう。本発明の自動車は、図８（ｂ）に
示すように、高圧の排気ガスにより接地直前の路面上の
砂を吹き飛ばし、安定した走行を可能とする。

【００３２】図９は本発明で表面整備手段の噴出する制
御流体が、エンジンが排出する排気ガスである場合の本
発明の自動車の第三の実施例を示す図である。

【００３３】今、本発明の自動車は雪面上でスタックし
ているものとし、この状態でスタック脱出のため、本発
明の自動車の制御内容について説明する。

【００３４】スタックを起こした車は、図９（ａ）のよ
うにタイヤ空転により雪を掘り起こしタイヤの前後に雪
の小丘ができる。通常の自動車においては、タイヤ前方
の雪の小丘を乗り越えられないために、前進ができな
い。本発明の自動車は、図９（ｂ）に示すように高温・
高圧の排圧ガスにより序々に小丘を溶融し、図９(ｃ)に
示すように脱出を容易にする。

【００３５】図１０は本発明で表面整備手段の噴出する
制御流体が、エンジンが排出する排気ガスである場合の
本発明の自動車の第四の実施例を示す図である。

【００３６】今、本発明の自動車は雪面走行後でタイヤ
とタイヤハウス間に多量の雪が付着しているものとし、
この状態で雪を除去するための本発明の自動車の制御内
容について説明する。

【００３７】一般的に自動車で雪面上を走行すると雪の
巻き上げを発生する。これにより巻き上げられた雪は、
タイヤあるいはタイヤハウス内側に付着し操舵操作を不
能にしたり、タイヤ本来の性能を発揮することの妨げに
なりたいへん危険である。本発明の自動車は、図１０
（ｂ）に示すように、高温・高圧の排気ガスによりこの
雪を溶融し、あるいはそれと同時に付着した泥，草など
を除去し安全な走行を可能とする。

【００３８】以上、本発明において表面整備手段の噴出
する制御流体が、エンジンが排出する排気ガスである場
合の四つの実施例を述べたが、これらの実施例において
制御流体が、コンプレッサ等で加圧された各種気体であ
っても同様な効果が得られる。

【００３９】図１１は本発明の表面整備手段が、車体に
付加された空力制御部材であり、この部材による空気流
れ，空気渦により、タイヤ接地直前の路面上の砂，泥，
水膜を排除・減少させる場合の第五の実施例である。

【００４０】図１１中、空力制御部材１５はコントロー
ルユニット１４によりその空力形状を変化することがで
きる（図１１（ａ））。コントロールユニット１４は、
運転環境検出センサ１１，車両運動状態検出センサ１２
により検出された風向き，車速などの情報を用い、走行
時にこの突起により発生する空気渦が効果的に路面上に
あたるように空力制御部材１５の空力形状を変化させ、
路面上の水膜を低減したり、砂を吹き飛ばすことにより
安全な走行を可能とする。

【００４１】図１２は本発明で表面整備手段が、空気噴
い込み口１７と吹き出し口１８をもつ空力制御部材であ
り、この部材による空気流れ，空気渦により、タイヤ接
地直前の路面上の砂，泥，水膜を排除・減少させる場合
の本発明の自動車の第六の実施例である。

【００４２】図１２中、フラップ１９はコントロールユ
ニット１４によりその角度を変化することができる。コ
ントロールユニット１４は、運転環境検出センサ１１，
車両運動状態検出センサ１２により検出された風向き，
車速などの情報を用い、走行時に空気が効果的に路面上
にあたるように、フラップ１９の角度を変化させ、路面
上の水膜を低減したり、砂を吹き飛ばすことにより安全
な走行を可能とする。

【００４３】図１３は本発明の表面整備手段が、車体に
付加され、路面に接触した制御部材であり、この部材に
よりタイヤ接地直前の路面上の砂，泥，水膜を排除・減
少させる場合の第七の実施例である。

【００４４】図１３中、ほうき２０はコントロールユニ
ット１４により路面接触角度，路面接触圧を変化するこ
とができる（図１３）。コントロールユニット１４は、
運転環境検出センサ１１，車両運動状態検出センサ１２
により検出された風向き，車速などの情報を用いほうき
２０を路面に接触させ、路面上の水膜を低減したり、砂
を除去することにより安全な走行を可能とする。

【００４５】図１４は本発明の表面整備手段の噴出する
制御流体が、融雪剤の水溶液である場合の第八の実施例
である。

【００４６】今、本発明の自動車は雪面上でスタックし
ているものとし、この状態でスタック脱出のため、本発
明の自動車の制御内容について説明する。

【００４７】スタックを起こした車は、図１４（ａ）の
ようにタイヤ空転により雪を掘り起こしタイヤの前後に
雪の小丘ができる。通常の自動車においては、タイヤ前
方の雪の小丘を乗り越えられないために、前進ができな
い。本発明の自動車では、図１４（ｂ）に示すように融
雪剤により序々に小丘を溶融し、図１４（ｃ）に示すよ
うに脱出を容易にする。

【００４８】図１５は本発明において表面整備手段の噴
出する制御流体が、塩化ナトリウム，塩化カルシウム等
の融雪剤の水溶液である場合の本発明の自動車の第九の
実施例である。

【００４９】今、本発明の自動車は雪面走行後でタイヤ
とタイヤハウス間に多量の雪が付着しているものとし
（図１５（ａ））、この状態で雪を除去するための本発
明の自動車の制御内容について説明する。

【００５０】一般的に自動車で雪面上を走行すると雪の
巻き上げを発生する。これにより巻き上げられた雪は、
タイヤあるいはタイヤハウス内側に付着し操舵操作を不
能にしたり、タイヤ本来の性能を発揮することの妨げに
なりたいへん危険である。本発明では、図１５（ｂ）に
示すように、塩化ナトリウム，塩化カルシウム等の融雪
剤を水溶液によりこの雪を溶融し、あるいはそれと同時
に付着した泥，草などを除去し安全な走行を可能とす
る。

【００５１】図１６は本発明の表面整備手段の噴出する
制御流体が、水，セメント等の乾燥砂面等の軟弱路面硬
化剤である場合の第十の実施例である。

【００５２】今、本発明の自動車は砂面上でスタックし
ているものとし、この状態でスタック脱出のため、制御
内容について説明する。

【００５３】スタックを起こした車は、図１６（ａ）の
ようにタイヤ空転により砂を掘り起こしタイヤの前後に
砂の小丘ができる。通常の自動車では、タイヤ前方の砂
の小丘を乗り越えられず、前進ができない。本発明の自
動車は、図１６（ｂ）に示すように、硬化剤により小丘
を硬化させ、図１６（ｃ）に示すようにスタックからの
脱出を容易にする。

【００５４】図１７は本発明で表面整備手段の噴出する
制御流体が、発熱剤，溶融剤，粘着剤等の薬剤である場
合の第十一の実施例である。

【００５５】一般にタイヤでは表面温度の上昇に伴い摩
擦係数が増加する。このため滑りやすい路面では、図１
７に示すように、発熱剤，溶融剤，粘着剤をタイヤ，路
面またはタイヤと路面との両方に噴出し相対的な摩擦係
数を増大させ安全な走行を可能とする。

【００５６】このような本発明の実施例では、路面・タ
イヤ間に働く摩擦力が増加するような制御のみについて
述べたが、運転状態に応じて各輪の摩擦力を独立に増加
・減少させるような制御を行い、例えば、前後輪の駆動
力配分を変化させること等により車両運動性能を向上さ
せることもできる。

【００５７】このような本発明の自動車で運転状態に関
わらず運転者の意志で任意に表面整備手段を稼動させる
スイッチを設置しても本発明の有用性を阻害しない。

【００５８】

【発明の効果】本発明によれば車両運転中に路面とタイ
ヤの摩擦係数を運転状態に応じてアクティブに制御し路
面・タイヤ間に働く摩擦力を制御するので車両運動性能
を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例を示す制御ブロック図。

【図２】ハイドロプレーニング現象を示す説明図。

【図３】制御アルゴリズムを示すフローチャート。

【図４】ハイドロプレーニング現象時の車両応答例を示
す特性図。

【図５】本発明の制御原理を示す説明図。

【図６】本発明の流量制御を示す説明図。

【図７】各運転状態に対する制御効果の向上を示す説明
図。

【図８】路面上に砂がある場合の本発明の制御を示す説
明図。

【図９】路面上に雪がある場合の本発明の制御を示す説
明図。

【図１０】タイヤハウス内の雪を除去する場合を示した
説明図。

【図１１】空力制御手段を用いた実施例を示した説明
図。

【図１２】空気取り入れ口を用いた実施例を示した説明
図。

【図１３】路面に接触した制御部材を用いた実施例を示
した説明図。

【図１４】融雪剤を用いた実施例を示す説明図。

【図１５】融雪剤を用いタイヤハウス内の雪を除去する
場合を示した説明図。

【図１６】硬化剤を用いた実施例を示す説明図。

【図１７】発熱剤，溶融剤，粘着性を用いタイヤ摩擦係
数を増加させる場合を示した説明図。

【符号の説明】

１…エンジン、３０，３１，４１，４２…制御弁、８…
ステアリング、９…アクセル、１０…ブレーキ、１１…
環境センサ、１２…車両運動センサ、１３…運転状態検
出装置、１４…コントロールユニット、５１…排気ガス
噴出口、６１…噴出方向制御装置、７１…タイヤ温度セ
ンサ、７２…タイヤ湿度センサ、７３…タイヤ空気圧セ
ンサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 潤市 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】路面と接触したタイヤを有する自動車につ
   いて、タイヤ接地直前の路面，タイヤ表面、あるいはタ
   イヤ接地直前の路面とタイヤ表面の両方の表面整備手段
   を有し、前記表面整備手段により整備することにより路
   面・タイヤ間の摩擦係数を制御し、路面・タイヤ間の摩
   擦力を制御することを特徴とする路面・タイヤ間摩擦係
   数制御手段を有した自動車。