JP5213060B2 - アンチ・ロールオーバー・ブレーキ装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の摩擦ロールオーバーを防止するブレーキ装置に関する。

自動車のロールオーバー事故は、最近、ニュースメディアや裁判所において製品の安全に関わることとして多くの関心を受けることとなっている。自動車のロールオーバー事故は、毎年、多くの自動車乗員に重傷を負わせたり死に至らせたりしている。このようなロールオーバーの多くは、乾いた平坦な道路上で一台の自動車の事故によって起こる。また、これらの道路上でのロールオーバーは、急ハンドル操作によって単独に引き起こされることもある。典型的には、差し迫った衝突を避けようとして、運転者は緊急に鋭く自動車を曲げようとハンドル操作をしこれによりロールオーバーが引き起こされる。この種の自動車のロールオーバーは、摩擦ロールオーバーと呼ばれる。

摩擦ロールオーバーは、自動車のタイヤと道路との間の摩擦力によって引き起こされる。自動車が鋭く曲がるときに、タイヤは側方への力を生み出す。横方向へのタイヤの力は、自動車の質量の中心に側方への加速度を作り出す。側方への加速度は、ダランベール力（Ｄ‘Ａｌｅｍｂｅｒｔ ｆｏｒｃｅ）と呼ばれる対向力を作り出す。このダランベール力と側方へのタイヤの力は、協働して、自動車が曲がっている間に自動車を外へ転回しようとする様に作用する。鋭く曲がるときには、この組み合わされた力は、自動車をロールオーバーさせるのに十分強い。

スポーツ用自動車や、軽トラックや、バンのような現代の自動車は、他の自動車に比べて摩擦ロールオーバーをより受けやすい。一般に、これらの背の高い幅の狭い自動車は、上部が重い、すなわち、重心が高い。その結果、スポーツ用自動車や、軽トラックや、バンは、鋭い緊急のハンドル操作によってよりロールオーバーしやすくなるのである。したがって、摩擦ロールオーバーを防止するための、簡単で安価な自動車用ブレーキ装置を提供することが望まれる。

本発明は、自動車の摩擦ロールオーバーを防止するブレーキ装置を提供する。
ブレーキ装置は、自動車のそれぞれの車輪の回転に抵抗する圧力を加える１組のブレーキと、自動車をロールオーバーさせようとする所定の力に応じてロールオーバー信号を生成するセンサーと、ロールオーバー信号に応じて所定のプログラムでブレーキを駆動する制御装置とを有している。

本発明の一実施形態によれば、コントローラーは、ロールオーバー信号に応じて両方の前輪ブレーキを作動するようになっている。本発明の他の実施形態によれば、コントローラーは、ロールオーバー信号に応じてもっとも負荷の大きな前輪タイヤを制動するようになっている。

本発明のその他の利点は、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明によってよりよく理解されるようになるであろう。

図１は、鋭いターンをするようにハンドル操作される自動車の斜視図である。 図２は、本発明によるアンチ・ロールオーバー・ブレーキ装置を有する自動車の斜視図である。 図３は、本発明によるロールオーバー信号発生用一体スイッチを有するリバウンドバンパーを有する自動車の破断斜視図である。

図面において、同様の参照符号は、同様のあるいは対応する部品を示すものとする。図１は、鋭いあるいは厳しいターンをするためにハンドル操作された自動車１０の斜視図である。ターンの軌跡は、１２（Ｐ_ＴＵＲＮ）によって示されている。典型的には、このターン軌跡１２（Ｐ_ＴＵＲＮ）の鋭さは、図１に示すように、緊急ハンドル操作の結果である。

自動車１０は、重力中心１４（Ｃ_Ｇ）と、１組の外側タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）と、１組の内側タイヤ（図示せず）を有している。鋭いターンの間、外側タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）は、一般に２０（Ｙ_Ｆ）によって示される前輪の横方向の力と、一般に２２（Ｙ_Ｒ）によって示される後輪の横方向の力を、それぞれ生成する。この前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）と後輪の横方向の力２２（Ｙ_Ｒ）は、一般に２４（Ｙ_Ａ）によって示される対向するダランベール力を、自動車１０の重力中心１４（Ｃ_Ｇ）に生み出す。この前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）と後輪の横方向の力２２（Ｙ_Ｒ）は、ダランベール力２４（Ｙ_Ａ）を組み合わせて、自動車１０をターン軌跡１２（Ｐ_ＴＵＲＮ）の半径または経路に関して外側に転回する。転回の外向きは、一般に２６（Ｒ）によって示される。自動車１０の内側タイヤへの横向きの力は、ロールオーバーの初めには無視してよいので、ここでは記載を省略する。

横向きの力２０（Ｙ_Ｆ）および２２（Ｙ_Ｒ）とダランベール力２４（Ｙ_Ａ）の組み合わされた力が、力の臨界値を超えると、自動車１０はロールオーバーする。このようにして、自動車１０の鋭いあるいは厳しいターンがそれだけで、乾いた平坦な道路上での摩擦ロールオーバーを引き起こすのである。特定の自動車モデルをロールオーバーさせるのに必要な力の大きさは、重力中心の高さに対するトラック幅の比を含む多くの要因によって決定される。各々の外側タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）によってそれぞれ創り出される横向きの力２０（Ｙ_Ｆ）と２２（Ｙ_Ｒ）の大きさは、各々の外側タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）の摩擦係数とスリップ角によって部分的に決定される。横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）および２２（Ｙ_Ｒ）は、自動車１０の質量中心１４（Ｃ_Ｇ）上に横方向の加速度を創り出す。横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）および２２（Ｙ_Ｒ），横方向の加速度、一般に２８（Ｖ）によって示される自動車の速度は、組み合わされてターンの鋭さを確立する。摩擦ロールオーバーを防止するために、本発明は、外側タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）にそれぞれ加わる横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）および２２（Ｙ_Ｒ）を小さくする。

鋭いターンの間に外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）を制動することは、２つの方法で摩擦ロールオーバーを防止する。まず第１に、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）を制動することは、一般に３０（Ｘ_Ｆ）で示される長手方向すなわち制動力を生み出す。鋭いあるいは厳しいターンの間に、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）は大きな負荷を掛けられ、内側の前輪タイヤ（図示せず）は軽い負荷を掛けられている。その結果、長手方向の力３０（Ｘ_Ｆ）は、内側の前輪タイヤが制動された時に創り出される無視できる長手方向の力よりもずっと大きくなる。この大きな長手方向の力３０（Ｘ_Ｆ）は、自動車１０のターンやヨーに抗する元に戻すトルクを生ずる。その結果、ターン経路１２（Ｐ_ＴＵＲＮ）の最初の鋭さは制限される。第２に、長手方向の力３０（Ｘ_Ｆ）と前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）の関係、すなわち摩擦円と呼ばれるものは、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）が、一般に合力３２（Ｒ_Ｆ）によって示される総合力の制限された量だけを生み出すことができることを確立する。したがって、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）を制動することによって作られる長手方向の力３０（Ｘ_Ｆ）は、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）が作ることの出来る前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）の大きさを小さくする。前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）の減少によって、後輪の横方向の力２２（Ｙ_Ｒ）は前輪の横方向の力２０（Ｙ_Ｆ）よりも大きくなり、これにより、自動車１０が風向計のように作用することができ、ターン経路１２（Ｐ_ＴＵＲＮ）の最初の鋭さを制限することができる。

もし、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）がターンの間に制動されれば、自動車１０は、ターンの間、最初の制限されたあるいは安定した経路を通るであろう。ターンの間の最初の制限されたあるいは安定した経路は、一般に３４（Ｐ_{ＳＴＡＢＬＥ}）によって示されている。もし、外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）がターンの間に制動されなければ、自動車１０は、ロールオーバー経路にしたがって走行することになる。ロールオーバー経路は、一般に３６（Ｐ_{ＲＯＬＬＯＶＥＲ}）で示される。図１に示すように、ロールオーバー経路３６（Ｐ_{ＲＯＬＬＯＶＥＲ}）は、最初、安定した経路３４（Ｐ_{ＳＴＡＢＬＥ}）よりも鋭いまたは「きつい」。しかし、ターンの間外側の前輪タイヤ１６（Ｔ_Ｆ）を制動することによって、安全に可能な限り「きつい」、そして制動しないターン３６（Ｐ_{ＲＯＬＬＯＶＥＲ}）よりも最終的に鋭い制御されたターン３４（Ｐ_{ＳＴＡＢＬＥ}）になる。あるいはまた、あまり複雑でないブレーキ装置において、両前輪１６（Ｔ_Ｆ）および１８（Ｔ_Ｒ）は、ターンの間制動されて、同様の摩擦ロールオーバー防止の結果を達成できる。

図２は、本発明によるアンチ・ロールオーバー・ブレーキ装置４０を有する仮想線で示された自動車１０の斜視図である。自動車１０は、１対の前輪４２および４４と、１対の後輪４６および４８を有しており、これらは図２で仮想線で示されている。ブレーキ装置４０は、１組のブレーキ５０，５２，５４，５６と、センサー５８と、制御装置６０を有している。ブレーキ５０，５２，５４，５６は、それぞれ、車輪４２，４４，４６，４８の回転に抵抗するように圧力を加える。センサー５８は、自動車１０をロールオーバーさせようとする所定の力に応じてロールオーバー信号を作り出す。上記のように、センサー５８は、自動車１０が鋭いターンをするようにハンドル操作されて、それがもし継続されると自動車１０の摩擦ロールオーバーを引き起こしてしまうようなときに、ロールオーバー信号を作り出すように設計されている。好ましくは、センサー５８は、自動車１０をロールオーバーさせようとする自動車の質量中心の横方向加速度に応じてロールオーバー信号を作る。制御装置６０は、ロールオーバー信号に応じて所定のプログラムにしたがってブレーキ５０，５２，５４，５６を駆動する。従来の輸送制御ブレーキ装置と同様にして、制御装置６０は、ブレーキペダルを押し下げることなく、ブレーキ５０，５２，５４，５６を駆動することができなければならない。従来の動力補助ブレーキ装置においては、エンジン真空あるいはパワーステアリングポンプからの油圧動力が、ブレーキを作用するのに使われている。本発明の好適な実施形態において、ブレーキ制御装置６０はまた、それぞれのブレーキ５０，５２，５４，５６を独立に駆動することができる。

本発明によれば、自動車１０をロールオーバーさせようとする所定の力を測定する様々な方法がある。本発明の１つの実施形態においては、センサー５８は、自動車１０の横方向加速度を測定する加速度計からなっている。本発明の第２の実施形態においては、センサー５８は、自動車１０の車体横揺れ角度を測定する計器である。自動車１０の車体横揺れ角度を測定するのに使われる計器は、加速度計、ジャイロスコープ、横揺れ率センサー、その他のセンサーからなることができる。

本発明の第３の実施形態において、自動車１０は、車輪４２または４６および４４または４８の近くの自動車１０の対向する側に配置された１対のリバウンドバンパーを含んでいる。この実施形態において、センサー５８は、リバウンドバンパーのいずれかの圧縮の信号を発する１組のスイッチからなる。本発明によるロールオーバー信号を作り出す一体型スイッチ（図示せず）を有する１つのリバウンドバンパー６２を有する自動車１０の破断した斜視図が、図３に示されている。自動車１０が、摩擦ロールオーバーを引き起こすであろう鋭いターンをするようにハンドル操作されると、リバウンドバンパーの１つが、それぞれの車輪４２または４６および４４または４８がロールオーバーを始める道路から離れる直前に、完全に圧縮するであろう。自動車１０が、乗員または荷物によって大きな負荷を与えられているときには、車輪の持ち上がりを検出したり車体の横揺れ角度を測定したりすることは、差し迫った摩擦ロールオーバーを予測する上できわめて正確な方法である。

ブレーキ制御装置６０は、４つのブレーキ５０，５２，５４，５６のすべてを所定のプログラムにしたがって駆動することができる。本発明の第１の実施形態においては、制御装置６０は、ロールオーバー信号に応答して前輪ブレーキ５０，５２の両方を駆動するようにプログラムされている。本発明の第２の実施形態においては、制御装置６０は、所定の力の方向に基づいて前輪ブレーキ５０または５２のうち１つを駆動するようにプログラムされている。特に、制御装置６０は、もっとも大きな負荷を掛けられている前輪４２または４４を制動する。もし、センサー５８が横方向の加速度を測定する加速度計であれば、制御装置６０は、測定された横方向加速度と反対の方向に前輪ブレーキ５０または５２を駆動する。もし、センサー５８が自動車１０の車体の横揺れ角度を測定する計器であれば、制御装置６０は、前輪ブレーキ５０または５２を回転の方向に駆動する。
もし、センサー５８が車輪の上昇の信号を発するリバウンドバンパー圧縮スイッチであれば、制御装置６０は、前輪５０または５２を信号あるいは上昇された車輪４２，４４，４６または４８に対向して駆動する。自動車１０をそのターンから離れてハンドル操作する能力を上げるために、制御装置６０は、駆動されたブレーキ５０，５２，５４または５６のいずれかを開放したり駆動をとめたりすることもできる。

本発明によれば、制御装置６０は、車輪４２，４４，４６，４８それぞれの回転に抵抗するように最大量のブレーキ圧を与えるようにブレーキ５０，５２，５４，５６を駆動することができる。典型的には、最大量のブレーキ圧は、ブレーキを掛けられた車輪４２，４４，４６または４８を「ロック」する。本発明の好適な実施形態において、制御装置６０は、自動車１０の測定された横方向の加速度に比例した大きさのブレーキ圧を適用するようにブレーキ５０，５２，５４および５６を駆動する。典型的には、比例した大きさのブレーキ圧力は、ブレーキ作動中に、車輪４２，４４，４６、４８のいずれも「ロック」することなく、そしてこれにより、自動車１０のターンから離れてハンドル操作する能力を向上することができる。

本発明によれば、車輪４２，４４，４６および４８を有する自動車１０のロールオーバーを防止する方法が開示される。当業者には理解されるように、この方法のステップの順番は、本発明の目的を達成するためには重要ではない。また理解されるように、この方法は、本発明の好適な実施形態において、ソフトウェア、ハードウェアあるいはこれら両方の組み合わせで実施され得る。

この方法のステップは、自動車１０の車輪４２，４４，４６，４８の回転に抵抗するように圧力を加える１組のブレーキ５０，５２，５４，５６を設けることと、差し迫ったロールオーバー条件を感知するセンサー５８を設けることと、ブレーキ５０，５２，５４，５６を駆動する制御装置６０を設けることと、差し迫ったロールオーバー条件を感知することと、差し迫ったロールオーバー条件を感知することに応じて自動車１０の車輪４２，４４，４６，４８を制動することからなる。

差し迫ったロールオーバー条件を感知する段階の前に、この方法は、ターンの間の自動車１０の横揺れのための力の臨界量を決定する段階を更に含むことができる。したがって、差し迫ったロールオーバー条件を感知する段階は、力の臨界量よりも小さな所定の量の力を測定するものとして更に規定されても良いし、また、車輪４２，４４，４６，４８を制動する段階は、所定の量の力を測定することに応じて車輪４２，４４，４６，４８を制動することとして更に規定されても良い。たとえば、もし、自動車の質量中心上の横方向の加速度が０．８Ｇであるとして測定されるときに、特定の自動車モデルが摩擦ロールオーバーに影響するということが決められていれば、自動車を転回させる力の臨界量は０．８Ｇであり、力の所定量はこの力の臨界量（０．８Ｇ）よりも小さく、たとえば、０．７５Ｇである。したがって、０．７５Ｇの横方向加速度で、制御装置５８は適切なブレーキを駆動するのである。

この方法の第１の実施形態において、センサー５８を設ける段階は、自動車１０の質量中心上に配置される横方向加速度の量を測定する加速度計を設けることとして更に規定される。したがって、差し迫ったロールオーバー条件を感知する段階は、自動車１０の質量中心上に配置された横方向加速度の所定の臨界量を測定することとして更に規定されうるし、また、車輪４２，４４，４６，４８を制動する段階は、自動車１０の重力中心上に配置される横方向加速度の所定の臨界量を測定することに応じて車輪４２，４４，４６，４８を制動することとして、更に規定され得る。

この方法の第２の実施形態において、自動車１０は、自動車１０の両側で車輪４２または４６および４４または４８の近くに位置決めされた１対のリバウンドバンパー６２を含み、センサー５８を設ける段階は、リバウンドバンパー６２のいずれかの圧縮の信号を発するスイッチを設けることとして更に規定される。したがって、差し迫ったロールオーバー条件を感知する段階は、リバウンドバンパー６２のいずれかの圧縮を感知することとして更に規定されうるし、また、車輪４２，４４，４６，４８を制動する段階は、リバウンドバンパー６２のいずれかの圧縮を感知することに応じて車輪４２，４４，４６，４８を制動することとして更に規定され得る。

この方法の第３の実施形態において、センサー５８を設ける段階は、自動車１０の横揺れ角度を測定するために加速度計、ジャイロスコープあるいは横揺れ率センサーを設けることとして更に規定される。したがって、差し迫ったロールオーバー条件を感知する段階は、自動車１０の所定の臨界横揺れ角度を測定することとして更に規定されうるし、また、自動車１０を制動する段階は、所定の臨界横揺れ角度を測定することに応じて自動車１０を制動することとして更に規定され得る。

この方法の代替的な実施形態において、車輪４２,４４,４６,４８を制動する段階は、圧力の最大量を車輪４２,４４,４６,４８に与えること、あるいは、自動車１０の重力中心における横方向加速度、リバウンドバンパーの圧縮または横揺れ角度に比例する量の圧力を車輪４２,４４,４６,４８に与えることとしてさらに規定され得る。

自動車１０が、１対の前輪４２,４４および１対の前輪ブレーキ５０,５２を有すると、車輪４２,４４,４６,４８を制動する段階は、前輪４２,４４を制動することとしてさらに規定され得る。代替的に、車輪４２,４４,４６,４８を制動する段階の前に、この方法は、前輪４２または４４のいずれが最大量の横方向の力を受けているかを決定する段階をさらに含むことが出来る。したがって、車輪４２,４４,４６,４８を制動する段階は、最大量の横方向の力を加えられる前輪４２または４４を制動することとしてさらに規定され得る。

本発明は、図示に基づいて説明してきたが、使われてきた用語は、説明のために用いられたものであって、発明を制限するものでないことは理解されるべきである。

明らかに、本発明の多くの改良および変更が、上記の教示によって可能である。したがって、本発明は、参照符号が単に都合のために用いられ何ら限定するものではない添付の特許請求の範囲に基づいて実施され得ることは理解されるべきである。

Claims (3)

1. 一対の前輪と一対の後輪を含む車輪を有する自動車のブレーキ装置であって、該ブレーキ装置は、
   それぞれの車輪の回転に抵抗する圧力を加える一対の前輪ブレーキと一対の後輪ブレーキを含む１組のブレーキと、
   前記前輪の旋回外側車輪に加えられる第一の横方向の力と前記後輪の旋回外側車輪に加えられる第二の横方向の力により自動車がロールオーバーしようとする状況に応じてロールオーバー信号を生み出すセンサーと、
   前記ロールオーバー信号に応じて、ヨーと横揺れ角を低減するように前記第一の横方向の力を小さくするように前記ブレーキを駆動する制御装置とを有し、
   前記自動車をロールオーバーさせる力の臨界量よりも小さな所定量の力を検出すると、前記センサーは前記ロールオーバー信号を生成し、最大量のブレーキ圧を前記前輪の旋回外側車輪に加えることを
   特徴とするブレーキ装置。
2. 一対の前輪と一対の後輪を含む車輪を有する自動車のブレーキ装置であって、該ブレーキ装置は、
   それぞれの車輪の回転に抵抗する圧力を加える一対の前輪ブレーキと一対の後輪ブレーキを含む１組のブレーキと、
   前記前輪の旋回外側車輪に加えられる第一の横方向の力と前記後輪の旋回外側車輪に加えられる第二の横方向の力により自動車がロールオーバーしようとする状況に応じてロールオーバー信号を生み出すセンサーと、
   前記ロールオーバー信号に応じて、ヨーを低減するように前記第一の横方向の力を小
   さくするように前記ブレーキを駆動する制御装置とを有し、
   前記自動車をロールオーバーさせる力の臨界量よりも小さな所定量の力を検出すると、前記センサーは前記ロールオーバー信号を生成し、最大量のブレーキ圧を前記前輪の旋回外側車輪に加えることを
   特徴とするブレーキ装置。
3. 一対の前輪と一対の後輪を含む車輪を有する自動車のブレーキ装置であって、該ブレーキ装置は、
   それぞれの車輪の回転に抵抗する圧力を加える一対の前輪ブレーキと一対の後輪ブレーキを含む１組のブレーキと、
   前記前輪の旋回外側車輪に加えられる第一の横方向の力と前記後輪の旋回外側車輪に加えられる第二の横方向の力により自動車がロールオーバーしようとする状況に応じてロールオーバー信号を生み出すセンサーと、
   前記ロールオーバー信号に応じて、前記第一の横方向の力が前記第二の横方向の力よりも小さくなるように前記ブレーキを駆動する制御装置とを有し、
   前記自動車をロールオーバーさせる力の臨界量よりも小さな所定量の力を検出すると、前記センサーは前記ロールオーバー信号を生成し、最大量のブレーキ圧を前記前輪の旋回外側車輪に加えることを
   特徴とするブレーキ装置。
   
   

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