JP5125835B2

JP5125835B2 - 補助制動装置

Info

Publication number: JP5125835B2
Application number: JP2008183095A
Authority: JP
Inventors: 継春松永; 豪軌杉浦; 瑞穂稲垣; 良次後藤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2008-07-14
Filing date: 2008-07-14
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2028-07-14
Also published as: JP2010018253A

Description

本発明は、緊急時において制動力を増加することができる補助制動装置に関する。

衝突の危険が検知されたときなどの緊急時においては大きな制動力を必要とする。例えば、特許文献１では、緊急時において補助制動装置を利用して制動力を増加すること、および路面・緊急状態に応じて複数の補助制動装置を使い分けることを開示している。補助制動装置の例としては、タイヤへの増粘剤吹き付けや制動板の路面への押付けが示されている。また、特許文献１には、その他の補助制動機構も示されている。

ＷＯ０４／０３１００９号公報

特許文献１では、複数の補助制動装置を路面状態および緊急度合いに応じて使い分けることで、例えば液状接着剤の無駄を省くことをその効果としてあげている。しかし、液状接着剤をタイヤに吹き付けると、衝突事故を回避できた場合のその後の走行に支障をきたす。また、制動板に関して、金属やプラスチック等では路面との間の摩擦係数はタイヤより小さく、一般的な板材を用いた場合、制動力をどの程度増大できるかは疑問である。

本発明は、緊急制動が必要であると判定する判定手段と、火薬の爆発によって拡大し、下側が道路に接触することによって制動力を発生する制動部材と、前記制動部材を上下に移動することで、道路への押しつけ力を制御する押しつけ制御機構と、を含み、前記判定手段により緊急制動が必要と判定された場合に、火薬の爆発による前記制動部材の拡大および前記押しつけ制御機構による押しつけ力によって制動力を得るとともに、前記制動部材は、その下面に高摩擦係数材料を有し、火薬の爆発による加温によって前記高摩擦係数材料の摩擦係数が上昇されることを特徴とする。

また、前記押しつけ制御機構による制動部材の道路への押しつけ力は車両の操舵状況に応じて変更されることが好適である。

本発明によれば、制動部材を火薬の爆発によって道路に押しつけるので、瞬時に、かつ少ない消費動力で制動部材の路面への押付け力を得ることができる。また、押しつけ制御機構によって制動部材を移動できるので、制動力の制御も可能である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。

＜全体構成＞
図１に、実施形態の補助制動装置を含む車両の概略図を示す。車両１０のフロント側下部（通常バンパーの下方に当たる部分）には、制動部材１２ｆが設けられている。また、この制動部材１２ｆの前にはエアバッグ１４ｆが設けられる。このエアバッグ１４ｆは、通常のエアバッグと同様の機構で、緊急時に車両前方において拡大するが、歩行者保護のためのもので、制動とは関係ない。また、車両１０のリア側下部には、追突対策用の制動部材１２ｒ、エアバッグ（追突対策用）１４ｒが同様に設けられる。

また、車両１０内には、判定手段として機能する緊急制動判定装置１６が設けられており、ここにブレーキ１８の踏み込み状態の情報が供給される。さらに、車速センサ２０、加速度センサ２２などの車両走行状態についてのセンサからの情報も供給される。また、この緊急制動判定装置１６には、衝突予測装置２４も接続されている。この衝突予測装置２４は、レーダや、カメラなど（図示せず）の情報から前方の障害物を検知して衝突予測を行い、衝突を予測した場合にこの情報を緊急制動判定装置１６に供給する。

緊急制動判定装置１６は、ドライバによるブレーキペダル踏み込み速度および踏力が規定値以上の場合、衝突予測装置により衝突の危機と判断された場合に制動部材１２を制御して、制動力を増大させる。なお、車速センサ２０や加速度センサ２２の検出結果を緊急制動のための判定に利用することも好適である。

また、車両１０のルーフの後部には荷重増大用のウイング２６が設けられている。すなわち、走行中の車両１０においては、ウイング２６が空気を上方に向けるため、ここに車両１０を路面に押しつける力が発生し、路面との摩擦による制動力を上昇することができる。このウイング２６も制動部材１２と同様に、緊急時において立ち上がるようにすることも好適である。

＜制動部材の構成＞
図２には、制動部材１２ｆとエアバッグ１４ｆの構成が示されている。このように、エアバッグ１４ｆは、車両の前方の全体を覆うように形成され、制動部材１２ｆは、車両のフロント側下部の左右に１つずつ設けられる。なお、この例では、雨天などにおいて、路上の水を排除するための水掃き部材２８が制動部材１２ｆの下部から前方に向けて突出するように取り付けられている。

ここで、制動部材１２の構成を図３に示す。このように、制動部材１２は、直方体の箱状の形状である。そして、上面部１２ａは、金属など比較的丈夫な板材で構成され、下面部は、高摩擦係数（高μ）の材料でワイヤなどの補強材で補強されている。そして、側面部１２ｃは、上下方向において分割され折りたたみ可能になっている。この例では、２つの板材をフレキシブルな材料で接続して構成しており、折りたたみ状態と、展開状態の２つの状態に移行可能である。また、制動部材１２の内側空間は密閉空間になっており、内部には火薬１２ｄが設けられている。

制動部材１２は、通常時は折りたたみ状態になっている。そして、緊急制動判定装置１６において緊急時と判定された場合には、火薬１２ｄが発火して、爆発する。この爆発によって、制動部材１２の内部のガス圧が上昇して、制動部材１２が上下方向に急速に展開拡張する。爆発による拡大であるため、非常に急速な制動部材１２の展開が可能になっている。なお、火薬１２ｄの点火爆発の制御は、通常のエアバッグと同様の構成が採用される。

また、本実施形態では、制動部材１２は、押しつけ制御機構として機能するアクチュエータ３０（図４参照）を介し車両１０の車体に取り付けられる。すなわち、制動部材１２が全体としてアクチュエータ３０によって上下移動される。

＜アクチュエータの構成＞
図４には、直動式のアクティブタイプのアクチュエータ３０が示されている。この例では、筒型シリンダの内部に穴あきピストンが配置され、このピストンから伸びる軸の下端が制動部材１２の上面部１２ａに固定されている。また、ピストンで分割されたシリンダの上下室は、油圧ポンプによって接続されており、油圧ポンプの駆動によって任意の量だけ油を移動してピストンを移動できる。そして、シリンダの上室には、ピストンを下方に向けて付勢するバネが配置されている。

このような構成において、緊急時に火薬の爆発によって制動部材１２が折り畳まれた状態から展開するため、制動部材１２の下面が路面に押しつけられる。この際に、アクチュエータ３０によって、油圧ポンプを駆動して制動部材１２の押しつけ力を制御することができる。

このアクチュエータ３０は、バネを内蔵している。このため、通常時においては、制動部材１２を上方に維持しておき、緊急時に油圧とバネの両方を用いて制動部材を下方に移動することが好適である。これによって、制動部材１２を早く移動でき、制動部材１２の展開と、アクチュエータ３０の伸長の両方で、制動部材１２を路面に押しつけることができる。

図５は、リンク式の例を示している。この例では、制動部材１２は、バーを介して車体に取り付けられるが、このバーはその両端が回動自在に連結されている。そして、バーと車体の間に油圧アクチュエータが配置されている。この油圧アクチュエータの上部は車体に、下部はバーに回動自在に連結されている。従って、油圧アクチュエータを伸ばすことで、バーが車体側を支点として、回動して制動部材１２が下方に押しつけられる。また、油圧アクチュエータを縮めることによって、押しつけ力を減少できる。なお、この例では、油圧アクチュエータの出力軸を下方に付勢するバネが設けられており、図４の例と同様にして、バネの力を利用してアクチュエータ３０を伸長することが可能となっている。

図６は、パッシブ型のアクチュエータ３０の構成を示している。この例では、油圧ポンプが設けられていない他は、図４と同様の構成である。従って、バネの付勢力によって、制動部材１２を路面に押しつけることが可能であり、路面からの力の大きさに応じてアクチュエータ３０が伸縮し、制動部材１２の路面への押しつけ力がほぼ一定の力に制御される。

図７には、電磁式バネ止めピンはずし機構を有する例が示されている。油圧アクチュエータについては、図４，５と同様であり、油圧ポンプによって、出力軸の上下移動が可能である。そして、制動部材１２と油圧アクチュエータとの間に、制動部材１２を下方に向けて押しつけるバネ３２が設けられるとともに、このバネ３２を圧縮状態に維持する保持するバネ止め機構３４が設けられている。そして、このバネ止め機構３４は、電磁式でピンを外すことによって、解放される。

従って、緊急時においては、火薬の爆発とともに、ピンを外すことで、制動部材１２の展開と、バネ力による制動部材１２の下方への移動を生起することができ、大きな力で早く制動部材１２を路面に押しつけることができる。そして、その後は油圧アクチュエータの駆動によって、制動部材１２を上下方向に移動して、押しつけ力を任意に制御することができる。

＜高μ材料＞
ここで、制動部材１２の下面部１２ｂには、高μ材料を用いられる。例えば、フォーミュラワンのタイヤ（レース用スリックタイヤ）にはかなり高μのものが知られている。従って、このような材料を補強ワイヤとともに用いることが好適である。また、この高μ材料としては、事務機の紙送りローラやロボットハンドなどに用いられている低荷重高摩擦率ラバーも好適である。このような材料によれば、１．４〜１．８７程度の高摩擦係数を得ることができる。

図８は、レース用スリックタイヤとノーマルタイヤを用いた場合の制動（加速度）の状態を示している。このようにレース用スリックタイヤを用いることで大きな減速力を得ることができる。

また、レース用スリックタイヤなどでは、摩擦係数は１００°Ｃ近辺が適温であり、６０°Ｃ以上において摩擦係数が高くなる傾向がある。制動部材１２における火薬爆発によるガス温度上昇が高μ材料を昇温させることで、高μ材料を早期に適正温度にすることができ、大きな制動力を得ることができる。

＜アクチュエータ＞
ここで、アクチュエータ３０の諸元について説明する。まず、車両重量１５００ｋｇ｛前輪荷重７８０ｋｇ、後輪荷重７２０ｋｇ程度とし、制動部材１２によって、半分の荷重を負担すると仮定する。この場合、制動部材１２は４つあるため、前輪側の１つのアクチュエータ３０の荷重は、１９５ｋｇになり、約２ｋＮの負荷が掛かる。従って、このような負荷に十分耐えられるようにアクチュエータ３０を構成する必要がある。また、高μ材料の厚みを６０ｍｍ程度に設定すると、ストロークとして８０ｍｍ程度が必要なり、このストロークを０．２秒程度で展開する能力が必要と考えられる。そこで、このような駆動が可能な油圧ポンプなどを選定する必要がある。

＜制動特性＞
ここで、制動距離ｓを短縮するためには大きな減速度が必要となる。減速度は、荷重Ｗ×μで決定されるため、例えば、制動距離を１／２にするためには、荷重Ｗまたはμを２倍にする必要がある。

図１におけるウイング２６を設けることなどにより荷重について若干の増加の可能性はあるが、減速度を上げるには、μを大きくすることが現実的である。一方、タイヤのμを大きくすることで減速度を大きくできる。しかし、通常の走行時において転がり抵抗が増大し、燃費が悪化する。従って、タイヤのμは１．０程度に維持したい。

本実施形態では、高μ材料を用いた制動部材１２を用意し、緊急時の制動部材１２において、車両の荷重の１／２程度をこちらに負担させる。そして、制動部材１２の路側の面に高μ材料（例えば、μ＝２以上）を用いることで、制動部材１２により大きな減速度が得られ、トータルとしての制動距離を短くできる。

図９には、１００ｋｍ／ｈで走行していた場合における制動距離について、タイヤと制動部材１２において荷重を１：１で分担して制動を行った場合と、タイヤのμを変更した場合が示されている。μ＝１のタイヤを利用していた場合には、制動距離は４０ｍであり、μ＝２．０の制動部材１２に荷重の半分を負担させた場合には、制動距離は２７ｍ程度になる。なお、タイヤμを変更した場合には、全荷重についてμを乗算した摩擦力が得られるためそれだけ制動距離が小さくなる。

ここで、上述のように、本実施形態では、タイヤの荷重を残しておいて、操舵を可能にしている。特に、大きく操舵がなされた場合には、タイヤの荷重をそれに応じて大きくするようにアクチュエータ３０を制御する。

一方、１００ｋｍ／ｈ程度以下であれば、制動により停止するまでの時間が短い。このため、アクチュエータ３０により、制動部材１２の荷重を大きくして、制動距離を短くしてもよい。例えば、制動部材１２側で、荷重の１００％を負担すれば、図９におけるタイヤμを変更した場合の制動距離が得られる。従って、緊急制動判定装置１６において、その時の車速から、アクチュエータ３０を制御して、制動部材１２側の荷重とタイヤ側の荷重を適切に制御することが好適である。

＜制動部材の制動力制御＞
ここで、本実施形態によれば、アクチュエータ３０を有しており、特に図４，５，７の構成では、制動部材１２の路面への押しつけ力を制御することができる。従って、制動部材１２が火薬を用いた展開した後は、これを元に戻すことはできないが、アクチュエータ３０を用いて制動部材１２を上方に移動することも可能である。そこで、大きな制動力を得て、衝突を回避した場合には、アクチュエータ３０により制動部材１２を引き上げることで、通常に近い走行をして修理工場まで自力で走行が可能である。

さらに、ドライバが衝突回避のためのステアリング操作（操舵）を行った場合、制動部材１２の抵抗が大きいと操舵性能が落ちる。そこで、緊急時の操舵が検出された場合に、アクチュエータ３０により制動部材１２を引き上げて、制動部材１２側の荷重を減少または０にして操舵性能を回復させることも好適である。

このように、本実施形態では、ドライバが急制動を行ったと判定された場合などに、通常の４輪の制動装置の作動に伴うタイヤによる制動力発生に加えて、補助制動装置が作動して路面との間に制動力を作用させることで車両の停止距離を短縮し、衝突事故の発生を回避する。

すなわち、緊急制動判定装置１６が、アクチュエータ３０に指令を出すことで、制動部材１２が路面側へ突出されるとともに、制動部材１２内の火薬の発火により制動部材１２が展開される。これによって、制動部材１２の下面部の高μ材料が路面に当接し、路面との間の摩擦力により、制動力を発生させる。高μ材料は、タイヤに比べμが高いため、トータルとしての制動力が大きくなり、制動距離を短縮することができる。

さらに、制動部材１２とタイヤの車両荷重分担割合は、ドライバによる操舵でタイヤによる車両の向きの変更が可能なように展開・押付け力制御機構により制御・分担される。これによって、ドライバの操舵による回避動作などが有効に行われる。

ここで、本実施形態における効果について、説明する。

まず、制動部材１２において、火薬爆発による展開機構を持っている。これにより、(1)アクチュエータ３０の展開量削減に伴い、アクチュエータ３０が小型・軽量化され、(2)アクチュエータ３０による展開時の消費動力が低減される。また、(3)制動部材１２は、内部のガス圧の介在により、路面凹凸に対する緩衝作用が得られる。それにより、(4)制動中の押付け力制御に必要な展開・押付け力制御機構の所要動力が低減される。さらに、(5)火薬爆発によるガス温度上昇が高μ材を昇温させることで、（およそ６０℃以上の高温下でμが高まる特性を持つ高μ材を早期に適正温度にすることができるため）、制動初期から高いμが得られ、制動距離が短縮される。

アクチュエータ３０により制動部材１２の路面への押付け力を増減制御することで、(6)緊急制動中にドライバによる操舵が行われた場合に車両の横方向への移動を可能とし、また、(7)車両に取り付けられた複数の制動部材１２と路面との間の摩擦数が不均一な場合に、車両の不安定性を回避することができる。さらに、(8)事故回避後は、アクチュエータ３０により制動部材１２を車体側へ引き上げることで路面との当接を断ち、車両の通常走行を可能とする。

車両の全体構成を示す図である。制動部材とエアバッグの構成を示す図である。制動部材の構成を示す図である。アクチュエータの一例を示す図である。アクチュエータの他の例を示す図である。アクチュエータのさらに他の例を示す図である。アクチュエータのさらに他の例を示す図である。加速度の変化を示す図である。制動距離を示す図である。

符号の説明

１０車両、１２制動部材、１４エアバッグ、１６緊急制動判定装置、１８ブレーキ、２０車速センサ、２２加速度センサ、２４衝突予測装置、２６ウイング、２８水掃き部材、３０アクチュエータ、３２バネ、３４バネ止め機構。

Claims

緊急制動が必要であると判定する判定手段と、
火薬の爆発によって拡大し、下側が道路に接触することによって制動力を発生する制動部材と、
前記制動部材を上下に移動することで、道路への押しつけ力を制御する押しつけ制御機構と、
を含み、
前記判定手段により緊急制動が必要と判定された場合に、火薬の爆発による前記制動部材の拡大および前記押しつけ制御機構による押しつけ力によって制動力を得るとともに、
前記制動部材は、その下面に高摩擦係数材料を有し、火薬の爆発による加温によって前記高摩擦係数材料の摩擦係数が上昇されることを特徴とする補助制動装置。
請求項１に記載の補助制動装置において、
前記押しつけ制御機構による前記制動部材の道路への押しつけ力は車両の操舵状況に応じて変更されることを特徴とする補助制動装置。