(57)【要約】【課題】車体の前面に作用する風圧や車体の後面付近に生ずる減圧状態に起因する進行阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えて車両の走行を支援する。【解決手段】車体の前面１０ａに設けられ所定の方向へ回転することにより車体の前面１０ａに作用する風圧を低減することが可能な第１の羽根車１と、車体の後面１０ｂに設けられ所定の方向へ回転することにより車体の後面１０ｂの付近に生ずる減圧状態を緩和することが可能な第２の羽根車２と、第１の羽根車１を回転駆動するための第１のモータ４と、第２の羽根車２を回転駆動するための第２のモータ５と、第１、第２の各モータ４，５へ電力を供給するためのバッテリー６と、加速時には第１、第２の各モータ４，５を回転駆動させて第１、第２の各羽根車１，２を所定の方向へ強制的に回転させ減速時には第１、第２の各モータ４，５を回生状態に切り換える制御装置とを備えている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体の前面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の前面に作用する風圧を低減することが可能な第１の羽根車と、車体の後面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の後面付近に生ずる減圧状態を緩和することが可能な第２の羽根車と、第１の羽根車を回転駆動するための第１のモータと、第２の羽根車を回転駆動するための第２のモータと、第１、第２の各モータへ電力を供給するためのバッテリーと、加速時には第１、第２の各モータを回転駆動させて第１、第２の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させ減速時には第１、第２の各モータを回生状態に切り換える制御装置とを備えて成る車両の走行支援装置。
【請求項２】
第１、第２の各羽根車は、円板状の板面に放射状に延びる複数の羽根板が突設されたものである請求項１に記載された車両の走行支援装置。
【請求項３】
前記制御装置は、定速走行時に第１、第２の各モータの駆動を継続させて第１、第２の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させる請求項１または２に記載された車両の走行支援装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載された車両の走行支援装置であって、第１の羽根車の回転軸と第１のモータとの間にはクラッチが介装されており、前記制御装置は、加速時および減速時にクラッチを入れ第１の羽根車と第１のモータとを連繋し、定速走行時にクラッチを切り第１の羽根車と第１のモータとの連繋を断って第１の羽根車を回転自由の状態とする車両の走行支援装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載された車両の走行補助装置であって、第１、第２の各モータを回生状態とすることにより得られる回生電力をバッテリーに蓄えるための回生充電回路をさらに備えている車両の走行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、道路上を走る自動車、軌道上を走る鉄道車両などの各種の車両について、その走行を支援してエネルギー効率を向上させる車両の走行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、車両が走行する際、図１０に示すように、車体の前面１００ａに車速ｖに応じた風圧が作用し、また、車体の後面１００ｂの付近には大気圧より低い圧力空間が生じ、これらが推進力Ｆと反対方向の進行阻止力（以下、「阻止力」という。）ｆ１，ｆ２として車両１００に作用するため、これら阻止力ｆ１，ｆ２を補うだけのエネルギーＥＧが必要となる。前記の阻止力ｆ１，ｆ２に対する無駄なエネルギー消費を極力抑えるために、車両の形状を流線型にするなどして、前面の風圧を低減したり、後面付近の減圧状態を緩和したりしている。
【０００３】
しかし、バスや貨物自動車などの大型車両の場合、車両の形に制約があり、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているため、車体の前面に大きな風圧が作用し、また、車体の後面付近が減圧状態となり、前記の阻止力ｆ１，ｆ２に対する無駄なエネルギー消費を抑えるのが困難である。
この問題に対処するために、先般、車体の前面に羽根車を設置し、走行中に車体の前面に作用する風圧で羽根車を回して空気の流れを生じさせ、これにより風圧を低減するようにしたものが提案された（例えば、特許文献１参照）。
また、船舶についても、船体の上部構造物に上記と同様の羽根車を設置し、上部構造物の前面に作用する風圧で羽根車を回して空気の流れを生じさせ、これにより風圧を低減するようにしたものが提案された（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１２９９３７号公報
【特許文献２】特開２００７−３２６５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１，２に記載のものは、風圧のみで羽根車を回転させる構成のものであるから、特に、走行開始時に、風向きやその強さによっては羽根車が始動しないことが起こり得る。そのため、最も大きな推進力を必要とする加速時、前面に掛かる風圧を低減できず、また、後面付近に生ずる減圧状態については全く緩和することができず、その結果、推進力と反対方向の大きな阻止力が作用し、その阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えることができない。
また、特許文献２に記載のものは、羽根車により発電機を駆動してバッテリーを充電するため、羽根車に発電のための負荷がかかって通気の流れが阻害され、それが制動力となって作用する結果、前面の風圧抵抗を低減する機能が不十分となる。
【０００６】
この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているバスや貨物自動車などの車両であっても、車体の前面に作用する風圧や車体の後面付近に生ずる減圧状態に起因する阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えて車両の走行を支援する車両の走行支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明による車両の走行支援装置は、車体の前面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の前面に作用する風圧を低減することが可能な第１の羽根車と、車体の後面に設けられ所定の方向へ回転することにより車体の後面付近に生ずる減圧状態を緩和することが可能な第２の羽根車と、第１の羽根車を回転駆動するための第１のモータと、第２の羽根車を回転駆動するための第２のモータと、第１、第２の各モータへ電力を供給するためのバッテリーと、加速時には第１、第２の各モータを回転駆動させて第１、第２の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させ減速時には第１、第２の各モータを回生状態に切り換える制御装置とを備えたものである。
【０００８】
上記した構成の車両の走行支援装置では、車両が走行を開始して加速されると、第１の羽根車を第１のモータにより所定の方向へ強制的に回転させるので、車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。また、第２の羽根車を第２のモータにより所定の方向へ強制的に回転させるので、車体の後面部分に空気の流れが生じ、車両の後面付近に生ずる減圧状態が緩和される。その結果、風圧や減圧状態に起因して車体の前後面に作用する阻止力が抑制され、その阻止力による無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
また、減速時には第１、第２の各モータを回生状態に切り換えるので、第１、第２の各羽根車の回転に第１、第２の各モータによる発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両の減速が妨げられることはない。
【０００９】
この発明の上記した構成において、第１、第２の各羽根車として種々のタイプのものを用いることができるが、好ましくは、円板状の板面に放射状に延びる複数の羽根板が突設されたものを用いる。この実施態様によると、第１の羽根車を所定の方向へ回転させることで、車体の前面の中心から外周へ向かう空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。また、第２の羽根車を所定の方向へ回転させることで、車体の後面の外周から中心へ向かう空気の流れが生じ、車体の後面付近に生ずる減圧状態が緩和される。
【００１０】
この発明の好ましい実施態様においては、前記制御装置は、定速走行時に第１、第２の各モータの駆動を継続させて第１、第２の各羽根車を所定の方向へ強制的に回転させるものである。
この実施態様によると、定速走行時も車体の前面に作用する風圧が低減され、また、車体の後面付近に生じる減圧状態が緩和されるので、風圧や減圧状態に起因して車体の前後面に作用する車両の阻止力が抑制され、その阻止力による無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
【００１１】
この発明の好ましい他の実施態様においては、第１の羽根車の回転軸と第１のモータとの間にクラッチが介装されており、前記制御装置は、加速時および減速時にクラッチを入れ第１の羽根車と第１のモータとを連繋し、定速走行時にクラッチを切り第１の羽根車と第１のモータとの連繋を断って第１の羽根車を回転自由の状態とする。
【００１２】
この実施態様によると、加速時にはクラッチが入るので、第１の羽根車は第１のモータにより所定の方向へ強制的に回転させられる。これにより車両の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。
定速走行時には、クラッチが切れるので、第１の羽根車は強制回転の状態から自由回転の状態へ移行するが、風圧を受けて回転状態が維持される。その結果、定速走行時も車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面に作用する風圧が低減される。
減速時にもクラッチが入るので、第１の羽根車の回転に第１のモータによる発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両の減速が妨げられることはない。
【００１３】
この発明による車両の走行支援装置は、上記した構成に加えて、第１、第２の各モータを回生状態とすることによって得られる回生電力をバッテリーに蓄えるための回生充電回路をさらに備えたものである。この構成によって、加速時などに消費したバッテリーの電力の一部が回生電力によって補うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、車体の前面および後面がほぼ垂直な面になっているバスや貨物自動車などの車両であっても、車体の前面に作用する風圧や車体の後面付近に生じる減圧状態に起因する阻止力に対する無駄なエネルギー消費を抑えることができ、各種の車両について、その走行を支援してエネルギー効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１〜図３は、この発明の走行支援装置が導入されたバス１０の外観を示している。
図示例のバス１０は、車体の前面１０ａおよび後面１０ｂがほぼ垂直な面になっており、前面１０ａのフロントガラスの下方に第１の羽根車１が、後面には第２の羽根車２が、それぞれ設けられている。第１、第２の各羽根車１，２は、図示を省略しているが、通気性を有するカバーによって全体が覆われている。
【００１６】
第１、第２の各羽根車１，２は、円板状の板面１１，２１に放射状に湾曲して延びる複数の羽根板１２，２２がそれぞれ突設されたものである。第１の羽根車１は、図２の矢印Ａで示す方向へ回転し、これにより中心から外周へ向かう空気の流れが生じ、バス１０の車体の前面１０ａに作用する風圧が低減される。第２の羽根車２は、図２の矢印Ｂで示す方向へ回転し、これにより外周から中心に向かう空気の流れが生じ、バス１０の車体の後面１０ｂの付近に生ずる減圧状態が緩和される。
図示例では、第１、第２の各羽根車１，２は、バス１０の車体の前面１０ａおよび後面１０ｂの幅中央の位置にそれぞれ１個づつ設けられているが、これに限らず、例えば、図４に示すように、車体の後面１０ｂの四隅にそれぞれ１個づつ設けるなど、他の態様を採用することもできる。
【００１７】
上記した第１、第２の各羽根車１，２は、この発明の走行支援装置を構成するもので、図５に走行支援装置の概略構成が示してある。
第１、第２の各羽根車１，２の回転軸１３，２３は、それぞれ軸受１４，２４により車体に回転自由に支持されている。第１の羽根車１の回転軸１３は電磁クラッチ（以下「クラッチ」という。）３を介して第１のモータ４に連結されている。クラッチ３が入ると、第１の羽根車１と第１のモータ４とが連繋される。クラッチ３が切れると、第１の羽根車１と第１のモータ４との連繋が断たれ、第１の羽根車１は回転自由の状態となる。第２の羽根車２の回転軸２３はカップリング３０を介して第２のモータ５に連結されている。
【００１８】
第１、第２の各モータ４，５は直流モータにより構成されており、バッテリー６の電力の供給を受けて回転駆動される。第１、第２の各モータ４，５を回生状態に切り換えると、それによって得られる回生電力が後述する回生充電回路４２，５２を介してバッテリー６に蓄えられる。なお、図中、ダイナモ７はエンジン７０の回転を受けて起電力を発生し、その電力はバッテリー６に蓄えられる。
【００１９】
図６は、上記した各モータ４，５の動作を実現するための回路構成を示しており、第１、第２の各モータ４，５にバッテリー６の電力がそれぞれ電力供給回路４１，５１を介して供給されるようになっている。また、各モータ４，５への電力供給を停止して各モータ４，５を発電機として働かせると、各モータ４，５で発電した電力はそれぞれ回生充電回路４２，５２を介してバッテリー６に回生される。
同図中、Ｓ１，Ｓ２は、制御装置８によって切換制御される切換スイッチＳ１，Ｓ２であり、ａで示す切換端子には電力供給回路４１，５１が、ｂで示す切換端子には回生充電回路４２，５２が、それぞれ接続されている。制御装置８はマイクロコンピュータにより構成され、各モータ４，５を速度制御するとともに、車速センサ８１で検出された車速ｖを入力して加速度αを算出し、その加速度αに応じて切換スイッチＳ１，Ｓ２を切り換え動作させるとともに、クラッチ３をオン、オフ制御する。
【００２０】
この実施例では、図７に示す加速時は（加速度αが正のとき）、第１、第２の各モータ４，５にバッテリー６より電力を供給して第１、第２の各羽根車１，２を強制的に回転駆動させる。定速走行時は（加速度αがほぼゼロのとき）、第２の羽根車２は強制回転の状態を維持し、一方、第１の羽根車１は強制回転の状態から自由回転の状態に切り換える。減速時は（加速度が負のとき）、第１、第２の各モータ４，５への電力供給を断ち各モータ４，５を回生状態に切り換えて発電機として作用させる。
なお、定速走行時、第１のモータ４に電力を供給して第１の羽根車１についても強制回転の状態を維持してもよい。また、第１のモータ４の回転数をセンサで監視し、回転数が所定の値以下になったときに第１のモータ４に電力を供給するようにしてもよい。
【００２１】
図８は、上記した制御装置８による制御の流れを示している、同図中、「ＳＴ」は「ステップ」（ＳＴＥＰ）の略であり、制御の流れにおける各手順を示す。
いま、エンジン７０がかかると、ＳＴ１の判定が「ＹＥＳ」となり、制御装置８は車速センサ８１で検出された車速ｖを読み取る（ＳＴ２）。エンジン始動時は、車速ｖはゼロであるから、ＳＴ３の判定は「ＮＯ」であり、制御装置８はクラッチ３および切換スイッチＳ１，Ｓ２を初期状態に設定する（ＳＴ４）。この実施例では、クラッチ３を入れ、切換スイッチＳ１，Ｓ２をともに切換端子ａに切り換えてバッテリー６に電力供給回路４１，５１を接続する。
【００２２】
車両１０が走行を開始すると、車速ｖが生じてＳＴ３の判定が「ＹＥＳ」となり、制御装置８は車速ｖから加速度αを算出し、車両１０が加速中かどうかを判断する（ＳＴ６）。加速度αが所定のしきい値Ａ以上（ただし、ＡはＡ＞０であってゼロに近い値）であれば、ＳＴ６の判定が「ＹＥＳ」であり、所定値Ｖ０以上の車速ｖに達していれば、ＳＴ８へ進み、制御装置８は、切換スイッチＳ１，Ｓ２が切換端子ａの側にあるかどうか、クラッチ３が入っているかどうかを判定する（ＳＴ８，１０，１２）。この場合、ＳＴ４の初期化によっていずれの判定も「ＹＥＳ」となるが、走行途中でＳＴ６が「ＹＥＳ」となってＳＴ７、さらにＳＴ８へ進んだ場合には、ＳＴ８，１０，１２のいずれかが「ＮＯ」となり、ＳＴ９，１３では切換スイッチＳ１，Ｓ２の切換が、ＳＴ１１でクラッチ３の投入が、それぞれ行われる。
【００２３】
加速時には第１のモータ４に電力供給回路４１からバッテリー６の電力が供給され、第１のモータ４は第１の羽根車１を所定の方向へ強制的に回転させる。これにより車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面１０ａに作用する風圧が低減される。また、第２のモータ５にも電力供給回路５１からバッテリー６の電力が供給され、第２のモータ５は第２の羽根車２を所定の方向へ強制的に回転させる。これにより車体の後面部分に空気の流れが生じ、車両の後面１０ｂの付近に生ずる減圧状態が緩和される。
その結果、図９に示すように、風圧や減圧状態に起因して車体１０の前面１０ａおよび後面１０ｂに作用する阻止力ｆ１，ｆ２が抑制され、推進力Ｆを発生させかつわずかな阻止力ｆ１，ｆ２を補うだけのエネルギーＥＧを必要とするのみで、無駄なエネルギー消費を抑えられ、車両のエネルギー効率が向上する。
【００２４】
つぎに、車両１０が定速走行に入ると、加速度αはぼぼゼロとなってＢ＜α＜Ａ（ただし、ＢはＢ＜０であってゼロに近い値）となり、ＳＴ６，１５の判定がともに「ＮＯ」となってＳＴ２２へ進む。ＳＴ２２ではクラッチ３が切れているかどうかを判定しており、その判定が「ＮＯ」であれば、制御装置８はクラッチ３を切り（ＳＴ２３）、第１の羽根車１を強制回転の状態から自由回転の状態へ移行させる。
【００２５】
このように、定速走行時にはクラッチ３が切れて第１の羽根車１が自由回転の状態へ移行するが、第１の羽根車１に慣性がありかつ第１の羽根車１は風圧を受けるので回転状態が維持される。その結果、定速走行時も車体の前面部分に空気の流れが生じ、車体の前面１０ａに作用する風圧が低減される。
【００２６】
つぎに、車両が減速して加速度αがしきい値Ｂ以下となると、ＳＴ１５の判定が「ＹＥＳ」となり、制御装置８は、切換スイッチＳ１，Ｓ２が切換端子ｂに切り換えられているかどうか、クラッチ３が入っているかどうかを判定する（ＳＴ１６，１８，２０）。各判定が「ＮＯ」のとき、ＳＴ１７，２１では切換スイッチＳ１，Ｓ２の切換が、ＳＴ１９ではクラッチ３の投入が、それぞれ行われる。
【００２７】
減速時には、切換スイッチＳ１，Ｓ２によって第１、第２の各モータ４，５は電力供給回路４１，５１からの電力供給が断たれ、回生充電回路４２，５２と接続されて回生状態に切り換えられるとともに、クラッチ３が入って第１のモータ４と第１の羽根車１とが連繋されるので、第１、第２の各羽根車１，２の回転に第１、第２の各モータ４，５による発電のための負荷が掛かり、空気の円滑な流れが阻害され、これが抵抗力となって制動が助長され、車両１０の減速が妨げられることはない。また、回生状態となることによって得られる回生電力はバッテリー６に蓄えられるので、加速時などに消費したバッテリー６の電力の一部が回生電力によって補われる。
【００２８】
なお、上記の実施例では、加速度αによって車両１０が加速状態、低速走行状態、減速状態のいずれであるかを判別し、その判別結果に応じて第１、第２の各モータ４，５の動作状態やクラッチ３のオン、オフを切り換えているが、これに限らず、車体の前面１０ａおよび後面１０ｂに圧力センサを配備し、圧力センサの計測値なども加味して第１、第２の各モータ４，５の動作状態やクラッチ３のオン、オフを切り換えるようにすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の走行支援装置が導入されたバスの外観を示す側面図である。
【図２】図１のバスの外観を示す正面図である。
【図３】図１のバスの外観を示す背面図である。
【図４】第２の羽根車の他の実施例を示すバスの背面図である。
【図５】走行支援装置の実施例の概略構成を示す説明図である。
【図６】走行支援装置の実施例の電気的構成を示すブロック図である。
【図７】バスの車速の変化の一例を示す説明図である。
【図８】制御装置による制御の流れを示すフローチャートである。
【図９】この発明による効果を示す説明図である。
【図１０】背景技術の課題を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    第１の羽根車
２    第２の羽根車
３    クラッチ
４    第１のモータ
５    第２のモータ
６    バッテリー
８    制御装置
４１，５１  電力供給回路
４２，５２  回生充電回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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