JP2006298332A

JP2006298332A - タイヤ荷重分布制御装置

Info

Publication number: JP2006298332A
Application number: JP2005127152A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Kobayashi; 敏行小林; Shinya Nishigaya; 伸也西ヶ谷; Kiichi Motozono; 貴一本園
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-04-25
Filing date: 2005-04-25
Publication date: 2006-11-02

Abstract

【課題】タイヤ接地面における摩擦力を大きくする。
【解決手段】タイヤ２８に対して設けられ、タイヤ接地面２５の荷重分布を制御するタイヤ荷重分布制御装置であって、荷重分布変更装置１６Ａは、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を移動させる。荷重分布変更装置１６Ａは、最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させる。押圧手段に含まれる圧電素子６０はタイヤ２８を路面方向に押圧するようにタイヤ径方向に伸縮する。
【選択図】図４

Description

本発明は、タイヤに対して設けられ、タイヤ接地面の荷重分布を制御するタイヤ荷重分布制御装置に関する。

車両はタイヤの接地面のみが路面に接地して走行し、車両の旋回時には、このタイヤ接地面と路面との間のに発生する摩擦力により、車両を的確に旋回させることが可能となる。したがって、タイヤ接地面が発生する摩擦力は車両の旋回性能を確保するために非常に重要なものであり、摩擦力が大きいほど車両の旋回性能を向上させることができる。また、タイヤ接地面が発生する摩擦力は、車両の制動時や加速時における制動性能や加速性能においても同様に重要である。

このため、例えば特許文献１では、車体と車軸との間の上下方向相対距離の伸長限度に達した時に直ちに収縮させる運動を、アクチュエータに連続的に繰り返し行わせることにより所望の時間継続して各輪の接地荷重を増大させる接地荷重制御装置が提案されている。また、例えば特許文献２では、車体と車軸との間の上下方向相対距離の伸長限度に達した時に直ちに収縮させる運動を、左右のアクチュエータに位相差をつけて連続的に繰り返し行わせることにより所望の時間継続して各輪の接地荷重を増大させる接地荷重制御装置が提案されている。また、例えば特許文献３では、車体と車軸との間の上下方向相対距離の伸長限度に達した時に直ちに収縮させる運動を、前後左右の各アクチュエータ同士間に位相差をつけて連続的に繰り返し行わせることにより所望の時間継続して各輪の接地荷重を増大させる接地荷重制御装置が提案されている。
特開平１０−２７８５３１号公報特開平１０−３３８０１３号公報特開平１０−３３８０１４号公報

前述のとおり、タイヤの接地荷重を制御する様々な技術が提案されているが、これらの技術では、アクチュエータ作動時にしか高い摩擦力を発生させることができず、タイヤ旋回時を通じて高い摩擦力を発生させることは困難である。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、タイヤ接地面における摩擦力を大きくすることにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のタイヤ荷重分布制御装置は、タイヤに対して設けられ、タイヤ接地面の荷重分布を制御するタイヤ荷重分布制御装置であって、タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させる荷重分布変更手段を備える。この態様によれば、タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置を移動させることにより、タイヤ接地面における摩擦力を大きくすることができる。

荷重分布変更手段は、タイヤ接地面におけるタイヤ回転方向下流側においてタイヤを路面方向に押圧する押圧手段を含んでもよい。この態様によれば、タイヤ接地面におけるタイヤ回転方向下流側を直接押圧することにより、より確実に最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることができる。

押圧手段は、タイヤを路面方向に押圧するようにタイヤ径方向に伸縮可能な圧電素子を有してもよい。この態様によれば、圧電素子を設けるという簡易な構成により最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることができる。

荷重分布変更手段は、タイヤ接地面上方かつタイヤ回転方向下流側のタイヤ側面を押圧する側面押圧手段を有してもよい。この態様によれば、機構を設けることが困難なタイヤ内部に特別な機構を設けることなく、最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることができる。

荷重分布変更手段は、タイヤが取り付けられるホイールリムとタイヤ接地面との間隔を縮小させる間隔縮小手段を有してもよい。この態様によれば、タイヤ接地面におけるタイヤ回転方向上流側の荷重を低減することによりタイヤ回転方向下流側の荷重を増加させることができる。

間隔縮小手段は、ホイールリムとタイヤ接地面との間隔を縮小させるようにタイヤ周方向に伸縮可能な圧電素子を含んでもよい。この態様によれば、圧電素子を設けるという簡易な構成により最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることができる。

本発明のタイヤ荷重分布制御装置によれば、タイヤ接地面における摩擦力を大きくすることができる。

図１は、通常のタイヤ接地面の状態を示す図であり、（ａ）はタイヤ接地面の粘着域ｌ_１とすべり域ｌ_２における、トレッドゴムのタイヤ接地面の中心における変形量ｙを示す図であり、（ｂ）はタイヤ接地面における単位面積あたりの摩擦力ｆを示す図であり、（ｃ）はタイヤ接地面における接地圧ｐの分布を示す図である。図１、および後述する図２において、横軸はすべて路面におけるタイヤの進行方向の座標ｘを示しており、ｘ_１がタイヤ接地面のタイヤ進行方向前側端部、すなわち接地開始点を示しており、ｘ_２がタイヤ接地面のタイヤ進行方向後側端部、すなわち接地終了点を示している。

タイヤが路面に接地すると、円形であるタイヤが路面に押圧されて平面となるため、通常タイヤ接地面の前後方向における接地圧分布は、図１（ｃ）に示す初期接地圧Ｐ_０のように円弧状となる。このため、タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置は、タイヤ接地面の略中央のｘ_５となる。なお、初期荷重ｆ_ｚは、この初期接地圧Ｐ_０をタイヤ接地面の幅方向で積分したものとなり、ｆ_ｚ＝∫Ｐ_０ｄｚとなる。

このため、図１（ｂ）に示すとおり、タイヤ接地面における単位面積あたりの静止摩擦力は、初期荷重Ｐ_０に静止摩擦係数μ_１を乗じたμ_１Ｐ_０となる。またタイヤ接地面における単位面積あたりのすべり摩擦力は、初期荷重Ｐ_０にすべり摩擦係数μ_２を乗じたμ_２Ｐ_０となる。μ_１、μ_２は定数であるため、静止摩擦力μ_１Ｐ_０およびすべり摩擦力μ_２Ｐ_０の分布も円弧状となる。

しかし、車両１０の旋回時には、タイヤ２８にすべり角βが生じることにより、タイヤ接地面から発生する単位面積あたりの摩擦力ｆは、タイヤ接地面前側から徐々に大きくなる。この単位面積あたりの摩擦力ｆがμ_１Ｐ_０に達すると、タイヤ２８にすべりが生じる。このすべり域での単位面積あたりの摩擦力ｆはμ_２Ｐ_０に低減する。このため、実際の摩擦力の分布形状と静止摩擦力の分布形状は異なることとなり、静止摩擦力を発生させることができる位置はタイヤ接地面のなかで１箇所にすぎない。なお、車両１０の旋回時にタイヤ２８が発生する摩擦力Ｆの分布は、Ｆ＝∫ｆｄｚとなる。

このため、車両１０の旋回時におけるタイヤ接地面のトレッドゴムの変形量は、図１（ａ）に示すように、タイヤ接地面の前後方向長さｌのうち、タイヤ接地面にすべりが生じない粘着域ｌ_１においてはタイヤ接地面の前方の始点ｘ_１から徐々に変形量が大きくなる。ｘ_３においてタイヤ２８にすべりが生じると、タイヤ接地面の後方の終点ｘ_２までタイヤ２８のすべり域ｌ_２が継続する。

このような現象に鑑み、本発明者らは、タイヤ接地面における摩擦力を大きくするため鋭意研究を重ね、その結果、タイヤ接地面における荷重分布とタイヤが発生する摩擦力との関係に着目するに至った。

図２は、タイヤ接地面の荷重分布を変更した場合のタイヤ接地面の状態を示す図であり、（ａ）はタイヤ接地面の粘着域ｌ_３とすべり域ｌ_４における、トレッドゴムのタイヤ接地面の中心における変形量ｙを示す図であり、（ｂ）はタイヤ接地面における単位面積あたりの摩擦力ｆを示す図であり、（ｃ）はタイヤ接地面における接地圧ｐの分布を示す図である。

通常のタイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置を、図１（ｃ）のｘ_５からタイヤ回転方向下流側のｘ_６に移動した場合、タイヤ接地面の前後方向における接地圧分布は、図２（ｃ）に示す制御後の接地圧Ｐ_１のように、タイヤ回転方向下流側が大きくなった分布となる。

このため、図２（ｂ）に示すとおり、タイヤ接地面における単位面積あたりの静止摩擦力μ_１Ｐ_１、およびタイヤ接地面における単位面積あたりのすべり摩擦力μ_２Ｐ_１の分布もタイヤ回転方向下流側が大きくなった分布となる。

これにより、車両１０の旋回時に単位面積あたりの摩擦力ｆがタイヤ接地面前側から徐々に大きくなり、静止摩擦力μ_１Ｐ_１に達する点が、荷重分布が変更されない場合と比較し、タイヤ回転方向下流側に移動する。単位面積あたりの摩擦力ｆが静止摩擦力μ_１Ｐ_１に達すると、単位面積あたりの摩擦力ｆはすべり摩擦力μ_２Ｐ_１となる。このため、最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させれば、単位面積あたりの摩擦力ｆがすべり摩擦力μ_２Ｐ_１に落ちてしまう範囲を低減することができ、また単位面積あたりの摩擦力ｆにより大きい最大摩擦力を利用することができるため、摩擦力Ｆを大きくすることができる。

この結果、タイヤ接地面の前後方向長さｌのうち、図２（ａ）に示すように、タイヤ接地面にすべりが生じない粘着域ｌ_３は、荷重分布変更装置１６により荷重分布が変更されない場合と比較して長くなり、すべり域ｌ_４は短くなる。

以上のように、タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置を移動させることにより、タイヤ接地面の粘着域とすべり域の大きさを調整することができ、タイヤ接地面における摩擦力をより大きくすることができる。さらに、最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることにより、タイヤ接地面の粘着域を増加させ、すべり域を低減することからタイヤの摩擦力を大きくすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、「実施形態」という。）について具体的に説明する。

（第１の実施形態）
図３は、第１の実施形態にかかる車両１０の全体構成図である。車両１０は、車輪１４を有しており、この車輪１４の各々には、タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置を移動させる荷重分布変更装置１６Ａが設けられている。この荷重分布変更装置１６Ａは、電子制御ユニット１００（以下、「ＥＣＵ１００」と記載する。）に接続されており、ＥＣＵ１００から駆動信号が入力されることにより作動する。

また、車輪１４の各々には、タイヤ接地面の様々な情報であるタイヤ接地面情報を検出する接地面検出部１８が設けられている。接地面検出部１８は、例えばタイヤ接地面における荷重分布を検出する図示しない荷重分布検出部や、タイヤ接地面における摩擦力の分布を検出する図示しない摩擦力分布検出部、タイヤ接地面における路面とのすべりの分布を検出する図示しないすべり分布検出部などから構成される。荷重分布検出部は、車輪１４に取り付けられたタイヤのゴム層に設けられた測定用の圧電素子により、例えば、タイヤ接地面の路面方向の荷重の分布を検出する。摩擦力分布検出部は、例えば、同じく車輪１４に取り付けられたタイヤのゴム層に設けられた測定用の圧電素子により、タイヤ接地面の剪断力の分布を検出する。すべり分布検出部は、例えば、対物接触振動子に強制帰還させて成る自励発信回路と、この自励発信回路の発信周波数を計測する計測部から構成されるすべり検出装置により、タイヤ接地面のすべりを検出する。

接地面検出部１８により検出されたタイヤ接地面情報は、車輪１４のホイールリムに取り付けられたタイヤバルブと一体的に構成されることにより、車輪１４の各々の内部に設けられた車輪側通信部２０により、車両１０の車体に設けられた車体側通信部２２に、無線により送信される。車体側通信部２２は、受信機と受信アンテナにより構成され、車輪側通信部２０から送出されたタイヤ接地面情報は、受信アンテナにより受信され、受信機に送られる。車体側通信部２２は、ＥＣＵ１００に接続されており、車体側通信部２２が受信したタイヤ接地面情報は、ＥＣＵ１００に出力される。

また、車両１０には、車輪１４の回転する速度を検出する車輪速センサ１９が設けられている。車輪速センサ１９は、ホールＩＣなど回転を検知することが可能なセンサにより構成される。車輪速センサ１９は、ＥＣＵ１００に接続され、検出された車輪速情報はＥＣＵ１００に出力される。

車体１２の室内には操舵ハンドル２４が設けられており、運転者により操舵ハンドル２４が操舵された角度である操舵角は、操舵角センサ２６により検出される。操舵角センサ２６はＥＣＵ１００に接続されており、操舵角センサ２６により検出された操舵角情報は、ＥＣＵ１００に出力される。

図４は、第１の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ａの構成を示す図である。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ａは、タイヤ接地面２５を路面に押圧する接地面押圧装置を有している。タイヤ接地面２５とは、タイヤ２８の外周面であって、路面に接触している面をいう。車輪１４に取り付けられたタイヤ２８は、ゴム層３０とベルト３２により構成される。

タイヤ接地面２５を路面に押圧する接地面押圧装置は圧電素子６０などにより構成される。この圧電素子６０は、トレッド部のゴム層３０に埋設されている。圧電素子６０は、タイヤ２８の周方向全域に均等間隔で多数設けられており、各々の圧電素子６０は、タイヤ幅方向に、タイヤ接地面２５のタイヤ幅方向長さと略同一長さを有している。圧電素子６０は、電圧が印加されることによりタイヤ径方向に伸び、電圧の印加が解除されることにより縮むように構成される。

接地面押圧装置は、電子回路からなる駆動制御部を有しており、この駆動制御部がスイッチングを行うことにより、車輪１４が回転しても、ＥＣＵ１００が電圧を印加するように指令した範囲に電圧が印加することができる。また駆動制御部は、ＥＣＵ１００からの指令により、圧電素子６０に印加する電圧の大きさを制御する。これにより、ＥＣＵ１００は、圧電素子６０のタイヤ径方向への伸び量も制御することができる。

タイヤ接地面２５上にある圧電素子６０に電圧が印加され、タイヤ径方向に伸びた場合、伸びた圧電素子６０がゴム層３０を介してタイヤ２８を路面に押圧する。この際、ベルト３２が圧電素子６０の路面と逆側を支持する。これにより、タイヤ接地面２５における荷重分布を変更させることができる。

図５は、第１の実施形態にかかるＥＣＵ１００の機能ブロック図である。ＥＣＵ１００は、演算部１２０、比較部１２２、指令部１２４、および記憶部１２６などにより構成される。

演算部１２０は、接地面検出部１８、車輪速センサ１９、操舵角センサ２６などから検出結果の入力を受ける。演算部１２０は、接地面検出部１８の摩擦力分布検出部の検出結果に基づいて、摩擦力の分布に適した、タイヤ接地面２５の前後方向における最適荷重分布を演算する。また、演算部１２０は、接地面検出部１８の荷重分布検出部の検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の前後方向における実際の荷重分布を演算する。比較部１２２は、この実際の荷重分布と最適荷重分布とを比較する。指令部１２４は、比較部１２２が比較することにより算出された最適荷重分布と実際の荷重分布との差を補正するように、荷重分布変更装置１６Ａに指令する。

また、演算部１２０は、接地面検出部１８のすべり検出部の検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５におけるすべり域の面積を演算する。一方、記憶部１２６にはすべり域の面積の閾値が格納されている。比較部１２２は、演算部１２０により演算されたすべり域の面積と、記憶部１２６から参照したすべり域の面積の閾値とを比較する。指令部１２４は、すべり域の面積が所定の閾値以下になるまで、タイヤ接地面２５の荷重分布におけるすべり域の荷重を増加させるよう、荷重分布変更装置１６Ａに指令する。

これにより、ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、タイヤ回転方向下流側である所定領域ｎにある圧電素子６０に電圧を印加するよう、駆動制御部に指令する。指令を受けた駆動制御部は、所定領域ｎにある圧電素子６０に電圧を印加し、圧電素子６０は、電圧が印加されることによりタイヤ径方向に伸びてタイヤ２８を路面に押圧する。これにより、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができる。また、ＥＣＵ１００は、所定領域ｎにおいて圧電素子６０に印加する電圧の大きさを制御する。これにより、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づけることが可能となる。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｂの構成を示す図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。

本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｂは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｂは、タイヤ接地面２５を路面に押圧する接地面押圧装置を有している。この接地面押圧装置は、タイヤ２８のゴム層に設けられた膨張室７０、膨張室７０に封入された液体７４、膨張室７０の内部を加熱する電熱線７２などにより構成される。

タイヤ２８はゴム層３０とベルト３２から構成され、トレッド部のゴム層３０には、膨張室７０が形成されている。膨張室７０は、タイヤ接地面２５のタイヤ幅方向長さと略同一長さにタイヤ幅方向に伸びる円筒形状をした空隙部により形成されており、膨張室７０の半径は、常温常圧でゴム層３０の厚さの略半分とされている。膨張室７０は、タイヤ２８の周方向全域に均等間隔で一列に並んで多数設けられている。

膨張室７０の各々には、例えば水など加熱することにより気化する液体７４が封入されている。また膨張室７０の各々の内部には電熱線７２が設けられている。電熱線７２は第１の実施形態と同様の駆動制御部により電圧が印加されることにより膨張室７０内を加熱する。これにより、ＥＣＵ１００は指令した範囲にある膨張室７０の電熱線７２を加熱することができ、また加熱する温度も制御することができる。

ＥＣＵ１００は、タイヤ接地面２５におけるタイヤ回転方向下流側の所定領域にある膨張室７０の電熱線７２に電圧を印加するよう駆動制御部に指令し、駆動制御部はＥＣＵ１００からの指令を受け、所定領域にある膨張室７０の電熱線７２に電圧を印加して加熱する。これにより膨張室７０に封入された液体７４が電熱線７２による熱で気化し、膨張室７０が膨張する。タイヤ２８の内周はベルト３２で支持されているため、膨張室７０が膨張することにより、タイヤ接地面２５におけるタイヤ回転方向下流側を路面方向に押圧する。これにより、第１の実施形態と同様に、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動することができ、摩擦力Ｆを大きくすることができる。また、ＥＣＵ１００は、所定領域にある膨張室７０にある電熱線７２の温度を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

ＥＣＵ１００は、膨張室７０が所定領域を通過すると電熱線７２の加熱を停止するよう、駆動制御部を制御する。これにより膨張室７０内部の温度が低下し、気化していた液体７４が再び液化する。ＥＣＵ１００は、この動作を繰り返すことにより、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に継続的に移動することができる。

（第３の実施形態）
図７は、第３の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｃの構成を示す図であり、（ａ）は車輪１４の正面断面図であり、（ｂ）は車輪１４の横断面図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｃは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｃは、タイヤ接地面２５を路面に押圧する接地面押圧装置を有している。

接地面押圧装置は、車輪１４内部に設けられており、タイヤ接地面２５の荷重分布を変更する必要のないときは、タイヤ２８が破損してもある程度の距離を走行可能にするための中子として機能する。

接地面押圧装置は、リング３４、支持ロッド３６、ローラ４０、中央支持部４２、中心軸４４などにより構成される。図７（ａ）に示すように、中央支持部４２は円板状に形成されており、中心軸４４は中央支持部４２の中心部に回転可能に固定されている。支持ロッド３６は棒状に形成されており、３本の支持ロッド３６の一端が、それぞれ１２０°の角度をあけて中央支持部４２の外周部に固定されている。各々の支持ロッド３６の他端には、ローラ４０が回転可能に支持されている。リング３４がこの３箇所のローラ４０に当接することにより、中央支持部４２などに対して回転可能となっている。リング３４と３本の支持ロッド３６の間には、間隔部４６が設けられている。

図７（ｂ）に示すように、中央支持部４２および支持ロッド３６は、外側ホイール４８と内側ホイール５０の間に配置される。外側ホイール４８と内側ホイール５０とは、間隔部４６により相互に固定されている。ローラ４０およびリング３４はタイヤ２８の内部に配置される。中心軸４４は、内側ホイール５０に設けられた孔から突出するように配置され、内側ホイール５０に設けられた孔は、中心軸４４を含む接地面押圧装置が動くことができるよう、中心軸４４の外径よりも大きく開口している。

接地面押圧装置によりタイヤ接地面２５を路面に押圧してタイヤ２８の荷重分布を変更する必要のないときは、車輪１４の中央に配置される。接地面押圧装置は、間隔部４６の端部が支持ロッド３６を押しながら車輪１４が回転することにより回転する。これにより、リング３４は中子として機能し、タイヤ２８が破損しても、リング３４により車両１０の荷重を支持しながら走行することが可能となる。

ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、図示しない油圧シリンダの油圧制御部に指令し、ＥＣＵ１００からの指令を受けた油圧制御部は油圧シリンダを作動させて、中心軸４４を路面方向かつ車輪１４の進行方向の後方向に押しこむ。これにより接地面押圧装置全体が路面方向かつ車輪１４の進行方向の後方向に押し込まれ、リング３４がタイヤ接地面２５のタイヤ回転方向下流側を路面に向かって押圧する。この結果、前述の実施形態と同様に、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動することができる。このとき、リング３４はローラ４０を介して支持ロッド３６に対して回転可能となっていることから、リング３４がタイヤ２８の内面を押圧する押圧位置におけるタイヤ２８との速度差を吸収することができる。また、ＥＣＵ１００は、この場合の油圧シリンダの油圧を制御することにより、リング３４がタイヤ２８の内面を押圧する押圧力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

（第４の実施形態）
図８は、第４の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｄの構成を示す図であり、（ａ）は車輪１４を車両側から見た図であり、（ｂ）は車輪１４を進行方向後側から見た図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｄは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｄは、タイヤ側面２８ａを押圧する側面押圧装置を有している。

車輪１４の車両側には、側面押圧装置が設けられている。側面押圧装置は、図７の（ａ）に示すように、中央支持部５６、支持ロッド５２、側面押圧部５４などにより構成される。中央支持部５６は円盤状の部材により構成され、支持ロッド５２は棒状の部材により構成されている。支持ロッド５２の一端は中央支持部５６に固定され、中央支持部５６の外周に多数の支持ロッド５２が固定されている。各々の支持ロッド５２の他端には、側面押圧部５４が固定されている。中央支持部５６は、車輪１４に連結されているため、中央支持部５６、支持ロッド５２、および側面押圧部５４は、車輪１４とともに回転する。

側面押圧部５４には、図示しないソレノイドが内部に設けられており、ソレノイドは第１の実施形態と同様の駆動制御部により電圧が印加されることにより作動する。これにより、ＥＣＵ１００は指令した範囲にある側面押圧部５４のソレノイドを作動させることができ、また側面押圧部５４がタイヤ側面２８ａを押圧する力も制御することができる。

ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、駆動制御部にタイヤ回転方向下流側の側面押圧部５４を作動させるよう指令する。駆動制御部は、ＥＣＵ１００からの指令に基づいて、タイヤ回転方向下流側の所定領域まで回転してきた側面押圧部５４を作動させてタイヤ側面２８ａを押圧する。またこの所定領域外まで側面押圧部５４が回転したときに側面押圧部５４の作動を停止させてタイヤ側面２８ａの押圧を解除する。これにより、図７の（ｂ）に示すように、所定領域の近傍のタイヤ接地面２５が路面方向に押圧され、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動することができる。また、ＥＣＵ１００は、この所定領域で側面押圧部５４が回転する間、側面押圧部５４がタイヤ側面２８ａを押圧する力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

以上のように、側面押圧装置によりタイヤ２８の側面を押圧することでタイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動した場合、機構を設けることが困難なタイヤ内部に特別な機構を設けることなく、最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させることができる。

（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｅの構成を示す図であり、（ａ）は車輪１４を車両側から見た図であり、（ｂ）は車輪１４を進行方向後側から見た図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｅは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｅは、タイヤ側面２８ａを押圧する側面押圧装置を有している。

車輪１４の車両側には、側面押圧装置が設けられている。側面押圧装置は、図９（ａ）に示すように、中央支持部６２、支持ロッド５８、側面押圧部５９などにより構成される。支持ロッド５８は棒状の部材により構成され、支持ロッド５８の一端は中央支持部６２に固定されている。支持ロッド５８の他端には、側面押圧部５９が固定されている。側面押圧部５９は、タイヤ接地面２５の上部であって、タイヤ２８の回転方向下流側におけるタイヤ側面２８ａに対向する位置に位置するように支持ロッド５８により支持される。中央支持部６２は車両１０側に固定されている。

側面押圧部５９には、図示しないモータが内部に設けられており、このモータが作動することにより、側面押圧部５９がタイヤ２８方向に進退する。側面押圧部５９は、横方向に回転可能に構成されており、タイヤ側面２８ａに接触することにより回転する。

側面押圧部５９は、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要ない場合は、タイヤ側面２８ａに接しない初期位置に位置している。ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、側面押圧部５９のモータに動作信号を入力して側面押圧部５９を初期位置からタイヤ２８の方向に移動させる。これにより、図９（ｂ）に示すように、タイヤ側面２８ａが側面押圧部５９により押圧され、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動することができる。また、ＥＣＵ１００は、所定領域で側面押圧部５９がタイヤ側面２８ａを押圧する力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｆの構成を示す図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｆは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｆは、タイヤが取り付けられるホイールリムとタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる間隔縮小装置を有している。この間隔縮小装置は、タイヤ２８に設けられた圧電素子６４などにより構成される。

タイヤ２８のベルト３２の内周には、圧電素子６４が固定されている。圧電素子６４は、タイヤ２８の周方向全周にわたって設けられており、タイヤ幅方向に、タイヤ接地面２５のタイヤ幅方向長さと略同一長さを有している。圧電素子６４は、電圧が印加されることによりタイヤ周方向に伸び、電圧の印加が解除されることによりタイヤ周方向に縮むように設けられている。

間隔縮小装置は、圧電素子６４に電圧を印加する図示しない電極を有している。この電極はタイヤ周方向に多数設けられており、この電極のタイヤ幅方向長さは、圧電素子６４のタイヤ幅方向長さと略同一となっている。圧電素子６４はこの電極を介して第１の実施形態と同様の駆動制御部により電圧が印加される。これにより、ＥＣＵ１００は指令した領域にある圧電素子６４をタイヤ周方向に伸ばすことができ、また圧電素子６４を伸ばす量も制御することができる。

ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、タイヤ回転方向上流側である所定領域ｍの電極に電圧を印加するよう、駆動制御部に指令する。指令を受けた駆動制御部は、所定領域ｍにある圧電素子６４に電圧を印加し、所定領域ｍにある圧電素子６４をタイヤ周方向に伸ばす。この結果、タイヤ接地面２５のタイヤ回転方向上流側において、ホイールリムとタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる。これにより、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができる。また、ＥＣＵ１００は、所定領域ｍの電極に印加する電圧を制御して圧電素子６４がホイールリムとタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

（第７の実施形態）
図１１は、第７の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｇの構成を示す図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｇは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｇは、ホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させるようベルト３２を引張る引張装置を有している。この引張装置は、ホイールリム８０に固定された圧電素子、圧電素子に接続されたワイヤ８４などにより構成される。

タイヤ２８のベルト３２の内周には、ワイヤ８４が周方向に均等間隔で多数固定されている。この各々のワイヤ８４の他端は、ホイールリム８０の外周に周方向に均等間隔で固定された多数の圧電素子８２に一つ一つ固定されている。

引張装置は、第１の実施形態と同様の駆動制御部を有しており、車輪１４が回転しても、ＥＣＵ１００が電圧を印加するように指令した範囲の圧電素子８２に電圧が印加されるように構成されている。また駆動制御部は、ＥＣＵ１００からの指令により、圧電素子６４に印加する電圧の大きさを制御する。

ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、タイヤ回転方向上流側である所定領域ｑの電極に電圧を印加するよう、駆動制御部に指令する。所定領域ｑにある圧電素子８２は、電圧を印加されることによりタイヤ径方向に縮む。この結果、タイヤ接地面２５のタイヤ回転方向上流側において、ワイヤ８４によりベルト３２がタイヤ径方向内側に引っ張られ、ホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる。これにより、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができる。また、ＥＣＵ１００は、所定領域ｑの電極に印加する電圧を制御して圧電素子８２がホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

（第８の実施形態）
図１２は、第８の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｈの構成を示す図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｈは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｈは、ホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させるようベルト３２を引張る引張装置を有している。この引張装置は、第１リング９０、第２リング９２、第３リング９４、およびワイヤ８４などにより構成される。

タイヤ２８のベルト３２の内周には、ワイヤ８４が周方向に均等間隔で多数固定されている。一方、ホイールリム８０の外周には第１リング９０が挿入され、この第１リング９０の外周に第２リング９２が挿入され、この第２リング９２の外周に第３リング９４が挿入されている。第１リング９０、第２リング９２、および第３リング９４は、ホイールリム８０と相対的に回転可能となっている。一つのワイヤ８４の一端は第１リング９０に固定され、その左隣のワイヤ８４は第２リング９２に固定され、さらにその左隣のワイヤ８４は第３リング９４に固定されている。各々のワイヤ８４の一端は、このように順番に第１リング９０、第２リング９２、第３リング９４に固定されている。

第１リング９０、第２リング９２、第３リング９４は、それぞれ図示しない個別のモータにより、ホイールリム８０に対して独立に駆動される。ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、タイヤ２８が回転することにより、ベルト３２に固定されている固定ポイントが、タイヤ回転方向上流側である所定領域にきたワイヤ８４を引張るように、第１リング９０、第２リング９２、第３リング９４のいずれかを駆動する。また、固定ポイントがこの所定領域から外れたワイヤ８４の引張りを解除するように、第１リング９０、第２リング９２、第３リング９４のいずれかを駆動する。この結果、タイヤ接地面２５のタイヤ回転方向上流側において、ホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させ、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができる。また、ＥＣＵ１００は、固定ポイントが所定領域にあるワイヤ８４の張力を制御してワイヤ８４がホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

（第９の実施形態）
図１３は、第９の実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｉの構成を示す図である。なお、第１実施形態に関連したものと同一の要素には、同一の符号が付され、重複した説明は省略される。本実施形態にかかる荷重分布変更装置１６Ｉは、前述の実施形態と同様に車両１０に適用され、ＥＣＵ１００により制御される。荷重分布変更装置１６Ｉは、タイヤ２８のベルト３２の内周部に固定された第１歯形１１０と、ホイールリム８０の外周部に挿入され、第２歯形１１４を有するリング１１２を有する。

ベルト３２に固定された第１歯形１１０は、タイヤ接地面２５のタイヤ幅方向長さと略同一の長さをタイヤ幅方向に有している。第１歯形１１０は、例えば金属などの剛性の高い材料により形成されている。第１歯形１１０は、タイヤのベルト３２の周方向に均等間隔に多数設けられている。

リング１１２は、第２歯形１１４とともに、例えば金属などの剛性の高い材料により一体成型されており、第２歯形１１４は、タイヤ幅方向に第１歯形１１０と略同一の長さを有している。第２歯形１１４も周方向に均等間隔に第１歯形１１０と同数設けられている。第１歯形１１０と第２歯形１１４は、タイヤ接地面２５にきている以外は相互に噛み合わず、タイヤ接地面２５にきてホイールリム８０とタイヤ２８のベルト３２の間隔が小さくなったときに相互に噛み合うように、各々の歯形の高さが形成されている。リング１１２はホイールリム８０に回転可能に挿入されており、図示しないモータにより、ホイールリム８０に対して回転駆動される。

ＥＣＵ１００は、車両１０の旋回時に、接地面検出部１８からの検出結果に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要と判断した場合には、タイヤ２８が回転することにより、第１歯形１１０がタイヤ接地面２５の略中央の所定領域にきたときに、モータに動作信号を入力してリング１１２を車輪１４の回転方向に駆動する。リング１１２が車輪１４の回転方向に駆動されることにより、タイヤ接地面２５の略中央で第１歯形１１０と第２歯形１１４が噛合い、第１歯形１１０にトルクが与えられる。この結果、タイヤ接地面２５のタイヤ回転方向上流側において、ホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させ、回転方向下流側において、タイヤ接地面２５を路面方向に押圧する。

タイヤ２８が回転して第１歯形１１０が所定領域から外れたときには、ＥＣＵ１００は、リング１１２を車輪１４の回転方向と逆方向に駆動して、第１歯形１１０と第２歯形１１４の噛合を解除する。次に、噛合を解除した第１歯形１１０のタイヤ回転方向上流側の第１歯形１１０がタイヤ接地面２５の略中央の所定領域にきたときに、モータに動作信号を入力してリング１１２を車輪１４の回転方向に駆動する。ＥＣＵ１００は、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要な間、この動作を繰り返す。以上より、タイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができる。また、ＥＣＵ１００は、リング１１２を車輪１４の回転方向に駆動する力を制御してワイヤ８４がホイールリム８０とタイヤ接地面２５との間隔を縮小させる力、およびタイヤ接地面２５を路面方向に押圧する力を制御し、実際の荷重分布を最適荷重分布に近づける。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

ＥＣＵ１００は、操舵角センサ２６により検出された操舵角情報と、車輪速センサ１９により検出された車輪速情報に基づいて、タイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要か否かを判断し、また荷重分布変更装置１６Ａ〜Ｉ（以下、「荷重分布変更装置１６」と記載する。）の制御を行っても良い。この場合、演算部１２０は、操舵角センサ２６および車輪速センサ１９により検出された検出結果に基づいて操舵角および車輪速を演算する。比較部１２２は、演算部１２０により演算された操舵角および車輪速が、記憶部１２６に格納されたタイヤ接地面２５の荷重分布の変更が必要な操舵角と車輪速の閾値と比較し、所定の場合に荷重分布変更装置１６の制御を行う。これにより、タイヤ２８に接地面検出部１８を設けることなく、所定の場合にタイヤ接地面２５の荷重分布における最大荷重位置を、タイヤ回転方向下流側に移動させることができ、タイヤ２８の摩擦力を大きくすることができる。

通常のタイヤ接地面の状態を示す図であり、（ａ）はタイヤ接地面の粘着域とすべり域における、タイヤ接地面の中心における変形量を示す図であり、（ｂ）はタイヤ接地面における単位面積あたりの摩擦力を示す図であり、（ｃ）はタイヤ接地面における接地圧の分布を示す図である。タイヤ接地面の荷重分布を変更した場合のタイヤ接地面の状態を示す図であり、（ａ）はタイヤ接地面の粘着域とすべり域における、タイヤ接地面の中心における変形量を示す図であり、（ｂ）はタイヤ接地面における単位面積あたりの摩擦力を示す図であり、（ｃ）はタイヤ接地面における接地圧の分布を示す図である。第１の実施形態にかかる車両の全体構成図である。第１の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。第１の実施形態にかかるＥＣＵの機能ブロック図である。第２の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。第３の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図であり、（ａ）は車輪の正面断面図であり、（ｂ）は車輪の横断面図である。第４の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図であり、（ａ）は車輪を車両側から見た図であり、（ｂ）は車輪を進行方向後側から見た図である。第５の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図であり、（ａ）は車輪を車両側から見た図であり、（ｂ）は車輪を進行方向後側から見た図である。第６の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。第７の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。第８の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。第９の実施形態にかかる荷重分布変更装置の構成を示す図である。

符号の説明

１０車両、１４車輪、１６荷重分布変更装置、１８接地面検出部、２５タイヤ接地面、２８タイヤ、３０ゴム層、３２ベルト、６０圧電素子、１００電子制御ユニット。

Claims

タイヤに対して設けられ、タイヤ接地面の荷重分布を制御するタイヤ荷重分布制御装置であって、
タイヤ接地面の荷重分布における最大荷重位置をタイヤ回転方向下流側に移動させる荷重分布変更手段を備えることを特徴とするタイヤ荷重分布制御装置。
前記荷重分布変更手段は、前記タイヤ接地面におけるタイヤ回転方向下流側においてタイヤを路面方向に押圧する押圧手段を含むことを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重分布制御装置。
前記押圧手段は、タイヤを路面方向に押圧するようにタイヤ径方向に伸縮可能な圧電素子を有することを特徴とする請求項２に記載のタイヤ荷重分布制御装置。
前記荷重分布変更手段は、前記タイヤ接地面上方かつタイヤ回転方向下流側のタイヤ側面を押圧する側面押圧手段を有することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重分布制御装置。
前記荷重分布変更手段は、前記タイヤ接地面におけるタイヤ回転方向上流側においてタイヤが取り付けられるホイールリムと前記タイヤ接地面との間隔を縮小させる間隔縮小手段を有することを特徴とする請求項１に記載のタイヤ荷重分布制御装置。
前記間隔縮小手段は、前記ホイールリムと前記タイヤ接地面との間隔を縮小させるようにタイヤ周方向に伸縮可能な圧電素子を含むことを特徴とする請求項５に記載のタイヤ荷重分布制御装置。