KR20160105425A - 전복 방지 장치 - Google Patents

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KR20160105425A
KR20160105425A KR1020167019091A KR20167019091A KR20160105425A KR 20160105425 A KR20160105425 A KR 20160105425A KR 1020167019091 A KR1020167019091 A KR 1020167019091A KR 20167019091 A KR20167019091 A KR 20167019091A KR 20160105425 A KR20160105425 A KR 20160105425A
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마이클 알. 슈람
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마이클 알. 슈람
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Abstract

전복 방지 장치는 제어 유닛 및 스티어링 컬럼 위치 검출 디스크에 장착된 한 쌍의 마주하는 단방향 브레이크 조립체를 포함하는 적응성 스티어링 범위 제한 장치를 규정한다. 전복 방지 장치는 차량의 스티어링 휠이 차량 전복 임계값을 넘는 것을 방지하되 그렇지 않은 경우 차량의 스티어링 휠의 모션의 회전 범위를 제한하지 않는다.

Description

전복 방지 장치{ROLLOVER PREVENTION APPARATUS}
관련 출원에 대한 교차 -참조
본 PCT 특허 출원은 동시 계류 중이고 2011년 8월 31일에 출원된 미국 출원 제 13/222,157호에 관한 것이고 이 미국 출원은 미특허법 119조(e) 35항 하에서 2010년 8월 31일에 출원된 미국 가 출원 제 61/378,482호 및 2010년 9월 22일에 출원된 미국 가 출원 제 61/385,535호의 이익을 청구하며, 이들은 모두 전체가 참조에 의해 본 출원에서 포함된다.
발명의 분야
본 발명은 스티어링(steering) 제어 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량 전복 시점까지 스티어링되는 것을 방지하는데 사용하기 위한 장치에 관한 것이다.
일반적으로 차량의 측면 또는 지붕이 뒤집어지는 차량 사고로서 정의되는, 차량 전복은 차량 충돌의 매우 위험한 형태이다. 모든 차량 충돌의 대략 3%로 추정되는 비교적 드문 차량 전복 사고는 모든 치명적인 차량 충돌의 대략 31%로 추정되는 불균형적으로 높은 개수의 치명적 충돌을 설명한다. 미국 고속도로 교통 안전국(NHTSA)은 미국에서 2002년에만 10,666명의 사람이 차량 전복 충돌에서 사망되었음을 보고하였다. 예를 들면 차량 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 타이어 견인 등을 포함하는 다수의 요소가 차량 전복에 포함된다. 그러나, 위키피디아에 따르면, "전복의 주요 원인은 너무 고속으로 이동하는 동안 너무 가파르게 회전하기 때문이다"(미국 출원 제 13/222,157호의 부록 A, 1페이지, 제 1 문단 참조). 운전자의 서두름 또는 성급함 및 운전자의 경험 부족과 같은 차량의 롤(roll) 임계값을 넘어 차량이 회전되거나 스티어링되는 수개의 인자들이 있을 수 있지만, 차량 롤(roll) 시점까지의 과도한 회전 또는 스티어링에 대한 널리 알려진 원인은 운전자의 경로에 갑자기 나타나는 회전초 또는 다람쥐와 같은 물체의 출현이다(이후, 갑작스런 물체 출현 또는 SOA로 지칭됨). 이 같은 SOA에서, 경험이 매우 많은 운전자 조차 고유의 즉각적인 충동을 느낄 수 있어 스티어링 휠을 급하게 회전시킨다. 단지 이 같은 스티어링 휠의 회전은 다수의 차량 전복을 유발한다.
최근에는, 전자 안전성 제어 또는 ESC로서 통상적으로 지칭되는 시스템은 특정 차량 휠에 대한 인가 토크 또는 브레이크력을 자동적으로 선택함으로써 특히 이 같은 차량이 이와 달리 "회전되거나" 코너링 할 때 "물고기 꼬리처럼(fish-tailed)"될 때 차량의 상당히 개선된 안전성을 위해 사용되어 왔다. 그러나, 전형적으로 복잡한 전복 예측 체제를 요구하는 이 같은 ESC 시스템은 차량 스티어링 휠이 SOA 상황에서와 같이 차량 속도에 대해 너무 급하게 회전될 때 차량 전복을 방지할 수 없다. 또한, 차량 스티어링 제어를 취급하는 다수의 발명이 수년에 걸쳐 개발되어 왔다. 그러나, 이 같은 발명은 전형적으로 단지 구동 표면(즉, 잔디)에 대한 손상을 방지하거나 파워 스티어링 시스템의 보호를 취급하였으며 이 같은 시스템은 특히 SOA 상황에서 차량 전복을 방지하기 위해 공지된 것은 아니다. 이 같은 발명의 예는 미국 특허 및 출원의 아래 목록에서 제공되었으며 이들 전체는 본원에서 인용에 의해 포함된다: 제 5,489,006호, 제 6,584,388호, 제 6,588,799, 제 6,714,848호, 제 6,954,140호, 제 7,107,136호, 제 7,261,303호, 제 7,325,644호, 제 7,440,844호, 제 7613,555호, 제 20030055549호, 제 20030088349,호 제 20030093201호, 제 20040102894호, 제 20040104066호, 제 20040215384호, 제 20050060069호, 제 20050110227호, 제 20060030991호, 제 20060129298호, 제 20060162987호, 제 20070299583호, 제 20080133101호, 제 20090228173호, 제 20100191423호, 및 제 20110060505호.
본 발명은 차량 전복 방지 장치이다. 제 1 실시예에서, 상기 장치는 제어 유닛 및 스티어링 컬럼 위치 검출 디스크(SCPDD)에 장착된 한 쌍의 마주하는 단방향 브레이크 조립체를 포함하는 적응 스티어링 범위 제한 장치(ASRLD)를 규정한다. 단방향 브레이크 조립체는 제 1 좌측 단방향 브레이크 조립체(LHUBA) 및 제 2 우측 단방향 브레이크 조립체(RHUBA)를 포함하며, LHUBA는 좌측 또는 반시계(CCW) 방향으로 브레이킹하되 우측 또는 시계(CW) 방향으로 실질적으로 자유롭게 롤링하도록 작동가능하고 RHUBA는 우측 또는 시계(CW) 방향으로 브레이킹하되 좌측 또는 반시계(CCW) 방향으로 실질적으로 자유롭게 롤링하도록 작동가능하다. SCPDD는 차량 스티어링 휠의 각도 위치를 감지하고 이 같은 각도 위치 정보를 제어 유닛으로 제공하는 적어도 하나의 그리고 바람직하게는 복수의 센서를 포함한다. 제어 유닛은 또한 차량 속도 센서로부터 속도 데이터를 수신한다. 실제로, ASRLD가 설치되는 차량이 미리 결정된 속도 미만의 속도로 이동할 때, 단방향 브레이크 조립체가 적용되지 않고, 차량 스티어링 휠은 풀 핸드 범위(full hand range)의 스티어링 모션으로 될 수 있다. 그러나, ASRLD가 설치되는 차량이 미리 결정된 속도 이상의 속도로 이동하고 차량 스티어링 휠이 미리 결정된 좌측 각도이상으로 될 때, LHUBA가 자동적으로 적용되고 차량 스티어링 좌측 범위의 모션이 제한되어 스티어링 휠이 주어진 차량 속도 동안 특별한 차량에 대한 좌측 전복의 임계값을 넘지 않을 수 있다. 차량 속도 및/또는 스티어링 휠 좌측 각도가 감소될 때, LHUBA가 자동적으로 해제된다. 또한, ASRLD가 설치되는 차량이 미리 결정된 속도 이상의 속도로 이동하고 차량 스티어링 휠이 미리 결정된 우측 각도 이상으로 될 때, RHUBA가 자동적으로 적용되고 차량 스티어링 우측 범위의 모션이 제한되어 스티어링 휠이 주어진 차량 속도 동안 특별한 차량에 대한 우측 전복의 임계값을 넘지 않을 수 있다. 차량 속도 및/또는 스티어링 휠 우측 각도가 감소될 때, RHUBA가 자동적으로 해제된다. 단방향 브레이크 조립체가 (개별적으로) 적용될 때, 스티어링 휠이 미리결정된 좌측 또는 우측 각도를 넘는 것을 방지하되, 스티어링 휠은 스티어링 휠 중앙 또는 중심 위치를 향하여 자유롭게 되돌아 온다. 이러한 방법으로, 차량은 차량 롤의 임계값을 넘어 스티어링되는 것을 방지하되 이와 달리 차량 스티어링 휠은 주행의 제한되지 않은 회전 범위에 걸쳐 사용가능하게 된다.
본 발명의 장점이 용이하게 이해될 수 있도록, 위에서 간단히 설명된 본 발명이 첨부된 도면들에 도시되는 특정 실시예를 참조하여 더욱 상세히 설명된다. 이러한 도면이 본 발명의 하나의 전형적인 실시예를 묘사하고 따라서 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 고려되지 않는다는 것이 이해되어야 하고, 본 발명은 첨부된 도면의 사용을 통하여 추가 구체성 및 상세로 기술되고 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 사시도이고;
도 2는 실질적으로 도 1에서 "2"로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 1 실시예의 직교 단면도이고;
도 3a는 실질적으로 도 2에서 "3"으로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 1 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 미작동 또는 개방 위치에 있는 LHUBA가 도시되고;
도 3b는 실질적으로 도 2에서 "3"으로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 1 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 작동 또는 폐쇄 위치에 있는 LHUBA가 도시되고;
도 4a는 실질적으로 도 2에서 "4"으로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 1 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 미작동 또는 폐쇄 위치에 있는 RHUBA가 도시되고;
도 4b는 실질적으로 도 1에서 "4"으로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 2 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 작동 또는 개방 위치에 있는 RHUBA가 도시되고;
도 5는 본 발명의 제 4 실시예의 사시도이고;
도 6a는 실질적으로 도 5에서 "6"으로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 4 실시예의 직교 단면도이고;
도 6b는 제 1 세트의 액추에이터 핀이 연장된 대로 도시되는 것을 제외하고 도 6a와 실질적으로 유사하고;
도 6c는 제 2 세트의 액추에이터 핀이 연장된 대로 도시되는 것을 제외하고 도 6a와 실질적으로 유사하고;
도 6d는 제 3 세트의 액추에이터 핀이 연장된 대로 도시되는 것을 제외하고 도 6a와 실질적으로 유사하고;
도 6e는 SCDD(140)가 이의 우측 회전 범위의 모션의 한계 까지 회전된 것이 도시된 것을 제외하고 도 6d와 실질적으로 유사하고;
도 7은 실질적으로 도 6d에서 "7"로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 4 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 작동 핀(144)이 SCDD(140)의 회전 모션을 차단하지 않은 것이 도시되고; 그리고
도 7a는 실질적으로 도 6e에서 "7"로 표시된 횡단면 화살표에 의해 표시된 위치에서 취한 본 발명의 제 4 실시예의 직교 단면도이고, 본 발명은 작동 핀(144a)이 SCDD(140)의 회전 모션을 차단하는 것이 도시된다.
"하나의 실시예", "일 실시예" 또는 유사 용어에 대한 본 명세서에 전체에 걸친 참조는 실시예와 관련하여 설명된 특별한 특징, 구조 또는 특성은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함된다. 이에 따라, 본 명세서 전체에 걸친 구 "하나의 실시예에서", "일 실시예에서" 및 유사 용어의 출현은 동일한 실시예 모두를 지칭할 수 있지만 반드시 그런 것은 아니다.
더욱이, 본 발명의 설명된 특징, 구조 또는 특성은 하나 또는 둘 이상의 실시예에서 임의의 적합한 방식으로 조합될 수 있다. 아래 설명에서, 다양한 특정 상세는 본 발명의 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 포함된다. 그러나, 당업자는 본 발명이 하나 이상의 특정 상세 없이 또는 다른 방법, 구성요소, 재료, 등을 가지고 실시될 수 있다는 것이 인정될 것이다. 다른 예에서, 주지된 구조, 재료 또는 작동이 본 발명의 애매한 양태를 회피하기 위해 도시되지 않거나 상세히 설명되지 않는다.
명세서에 첨부되는 도면을 리뷰하는데 있어서 본 발명의 이해를 용이하게 하도록, 피쳐 테이블(feature table)이 아래에 제공된다. 유사한 특징이 도면들 모두를 통하여 동일한 번호가 붙여진다.
피쳐 테이블
Figure pct00001
지금부터 도면 중에서 도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예는 스티어링 휠(20), 스티어링 컬럼(30), 스티어링 컬럼 위치 검출 디스크(SCPDD)(40), 한 쌍의 마주하는 단방향 브레이크 조립체(50), 전자 제어 유닛(80), 및 센서(85)를 포함하는 적응성 스티어링 범위 제한 장치(ASRLD)(10)이다. 더욱이 화살표 "92"는 좌측 또는 반시계(CCW) 방향 표시 화살표를 규정하고 화살표 "94"는 우측 또는 시계(CW) 방향 표시 화살표를 규정한다. 스티어링 휠(20)은 상업적으로 입수가능한 승용차에서 통상적으로 발견될 수 있는 바와 같은 종래의 스티어링 휠을 규정한다. 스티어링 컬럼(30)은 스티어링 토크를 스티어링 휠(20)로부터 랙 및 피니언으로 또는 다른 이 같은 차량 휠 제어 장치로 전달하도록 기능하는 종래의 스티어링 컬럼을 규정한다. SCPDD(40)는 디스크(42) 내에 매립되고 실질적으로 디스크(42) 주변을 중심으로 동일하게 이격된 복수의 자기 타겟(44)을 갖는 실질적으로 얇고 바람직하게는 알루미늄 실린더 형상 디스크(42)를 규정한다. 단방향 브레이크 조립체(50)는 좌측 단방향 브레이크 조립체(LHUBA)(60) 및 우측 단방향 브레이크 조립체(RHUBA)(70)를 포함하는 조립체를 규정한다. LHUBA(60)은 캘리퍼 하우징(62)을 가지는 브레이크 조립체 및 복수의 작동 가능하거나 연장가능하고 수축가능한 단방향 롤러(64)를 갖는 브레이크 조립체를 규정한다. 단방향 롤러(64)는 바람직하게는 일반적으로 적어도 하나의 단방향 베어링 상에 장착된 강성의 고무 롤러를 포함한다. 단방향 베어링은 기술 분야에서 주지되어 있으며 예를 들면 참조에 의해 본원에서 포함되는 미국 특허 제 3,805,932호 및 제 5,547,055호에서 교시된다. RHUBA(70)는 캘리퍼 하우징(72)을 가지는 브레이크 조립체 및 복수의 작동가능하거나 연장가능하고 수축가능한 단방향 롤러(74)를 갖는 브레이크 조립체를 규정한다. 단방향 롤러(74)는 바람직하게는 일반적으로 적어도 하나의 단방향 베어링 상에 장착된 강성의 고무 롤러를 포함한다. 전자 제어 유닛(80)은 통상적으로 자동차에서 사용되는 바와 같은 전자 제어 유닛을 규정하고 속도, 위치 및 다른 센서 입력을 전자적으로 수신하도록 구성되고 미리 결정된 입력을 기초로 하여 작동 신호를 전자적으로 전송하도록 구성된다. 센서(85)는 바람직하게는 자기 타켓(44) 근처에 근접하는 것을 검출하고 이에 따라 SCPDD(40)의 회전 위치 설정을 검출하도록 작동 가능한 리드 스위치 타입 센서와 같은 전자 센서를 규정한다.
ASRLD(10)는 스티어링 컬럼(30)이 스티어링 컬럼(30)의 제 1 단부 상의 스티어링 휠(20) 및 스티어링 컬럼(30)의 제 2 단부 상에 SCPDD(40)에 연결되도록 조립된다. 단방향 브레이크 조립체(50)는 SCPDD(40) 근처에 위치 설정되어 디스크(42)가 롤러(64)들 사이 그리고 롤러(74)들 사이로 회전하여 통과할 수 있다. 전자 제어 유닛(80)은 단방향 브레이크 조립체(50)에 전자적으로 연결되고 센서(85)에 전자적으로 연결된다. ASRLD(10)가 차량 내에 장착되어 스티어링 컬럼(30)의 제 2 단부가 랙 및 피니언 또는 차량의 유사한 스티어링 기구에 스티어링되게 연결되어 ASRLD(10)가 차량을 스티어링하도록 작동가능하게 된다. 단방향 브레이크 조립체(50)는 차량의 구조적 부재에 추가로 연결되어 단방향 브레이크 조립체(50)가 SCPDD(40)의 회전 운동에 대해 정지되어 있어 단방향 브레이크 조립체(50)가 스티어링 정지 로드에 반응하거나 견딜 수 있다. 전자 제어 유닛(80)은 차량의 구조적 부재에 추가로 연결되어 전자 제어 유닛(80)이 SCPDD(40)의 회전 운동과 관계없이 정지되어 있다. 센서(85)는 차량의 구조적 부재에 추가로 연결되어 센서(85)가 SCPDD(40)의 회전 운동에 대해 정지되고 자기 표적(44)이 센서(85)에 매우 근접한 위치로 이동할 때 센서(85)가 자기 타겟(44)을 검출할 수 있다.
실제로, ASRLD(10)가 차량 내에 작동되게 장착되고, 차량이 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 10마일(mph) 미만으로 이동할 때, 단방향 브레이크 조립체(50)는 도 3a 및 도 4a에 도시된 바와 같이 작동되지 않고 스티어링 휠(20)은 총 회전 범위의 모션을 통하여 자유롭게 회전될 수 있다. 스티어링 휠(20)이 회전될 때, SCPDD(40)가 롤러(64)들 사이 및 롤러(74)들 사이에서 대응하여 회전하고 센서(85) 및 전자 제어 유닛(80)이 SCPDD(40)의 회전 배향을 모니터링한다는 점에 주목된다. 그러나, 차량이 미리 결정된 속도에서 또는 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 10마일(mph)을 초과하여 이동하고 SCPDD(40)가 미리 결정된 양, 예를 들면 중심 또는 중립 스티어링 위치로부터 10도 CCW 초과의 좌측 회전 배향에서 또는 그 초과에서 감지될 때, 전자 제어 유닛(80)은 스티어링 방지 임계값을 결정하고 이 임계값이 달성되고 작동 신호를 LHUBA(60)로 송신하고 LHUBA(60)는 단방향 롤러(64)를 도 3b에 도시된 바와 같이 SCPDD(40)와 단방향 브레이킹 접촉 내로 이동함으로써 작동되고 스티어링 휠(20)은 좌측 또는 CCW 방향으로 추가로 회전하는 것을 방지하되 우측 또는 CW 방향으로 자유롭게 회전한다. 차량이 미리 결정된 속도 미만으로 느려질 때 또는 스티어링 휠(20)이 미리 결정된 양 미만의 회전 배향으로 회전될 때, LHUBA(60)는 도 3a에서 도시된 바와 같이 SCPDD(40)와의 브레이킹 접촉의 밖으로 단방향 롤러(64)를 이동시킴으로써 "부작동되고" 스티어링 휠(20)은 다른 스티어링 방지 임계값에 도달하지 않는 경우 및 도달할 때까지 양 방향(CCW 및 CW)으로 자유롭게 다시 회전될 수 있다. 또한, 차량이 미리 결정된 속도에서 또는 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 10마일(mph)을 초과하여 이동하고 SCPDD(40)가 미리 결정된 양, 예를 들면 중심 또는 중립 스티어링 위치로부터 10도 CW 초과의 우측 회전 배향에서 또는 그 초과에서 감지될 때, 전자 제어 유닛(80)은 스티어링 방지 임계값을 결정하고 이 임계값이 달성되고 작동 신호를 RHUBA(70)로 송신하고 RHUBA(70)는 단방향 롤러(74)를 도 4b에 도시된 바와 같이 SCPDD(40)와 단방향 브레이킹 접촉 내로 이동함으로써 작동되고 스티어링 휠(20)은 우측 또는 CW 방향으로 추가로 회전하는 것을 방지하되 좌측 또는 CCW 방향으로 자유롭게 회전한다. 차량이 미리 결정된 속도 미만으로 느려질 때 또는 스티어링 휠(20)이 미리 결정된 양 미만의 회전 배향으로 회전될 때, RHUBA(70)는 도 4a에서 도시된 바와 같이 SCPDD(40)와의 브레이킹 접촉의 밖으로 단방향 롤러(74)를 이동시킴으로써 "부작동되고" 스티어링 휠(20)은 다른 스티어링 방지 임계값에 도달하지 않는 경우 및 도달할 때까지 양 방향(CCW 및 CW)으로 자유롭게 다시 회전될 수 있다.
ASRLD(10)가 바람직하게는 다양한 스티어링 방지 임계값이 실질적으로 미세하게 증가하여 스티어링 휠(20)의 브레이킹이 매끄러운 비-계단-단계 방법을 개략화하는 방식으로 달성되도록 구성되는 점에 주목된다. 예를 들면, ASRLD(10)를 구비한 차량이 실질적으로 대형의 평평한 수평 포장면 상에서 예를 들면 100 mph와 같은 고속의 속도로 이동하고 스티어링 휠(20)이 우측(또는 좌측)으로 회전하기 어려운 경우, ASRLD(10)는 스티어링 휠(20)이 차량이 좌측(또는 우측)으로 전복되는 시점까지 우측(또는 좌측)까지 회전하는 것을 방지하고 더욱 상세하게는 스티어링 휠(20)이 우측 (또는 좌측)으로 매우 가까이 그러나 차량 전복의 임계값 보다 단지 적게 회전하는 것을 허용한다. 또한, 위에서 설명된 내용에서, 우측(또는 좌측) 스티어링 로드가 스티어링 휠(20) 상에 유지되고 차량이 코스팅(coasting)에 의한 또는 브레이킹에 의한 것과 같이 감속되는 것을 허용하는 경우, 차량은 차량이 제 1 또는 가장 느린 스티어링 방지 임계값(10 mph 미만과 같은) 미만으로 주행하는 시점까지 느려질 때까지 감소된 속도에 대응하여 실질적으로 연속적으로 더 급한 우측(또는 좌측) 회전(예를 들면, 실질적으로 감소하는 회전 반경)으로 우측(또는 좌측)까지 회전된다. 차량이 제 1 또는 가장 느린 스티어링 방지 임계값까지 느려지면, 상기 차량은 이어서 차량의 완전히 제한되지 않은 회전속도가 되는 일정한 회전 속도로 좌측(또는 우측)까지 회전된다. 이에 따라 이러한 설명에 의해, 실질적인 임의의 차량 속도에서, 차량이 이 같은 주어진 "임의의" 속도에 대해 근접하되 단지 차량 전복 임계값(rollover threshold) 미만인 속도로의 회전을 허용한다. ASRLD(10)는 "안티-로크 브레이킹"과 다소 유사하다. 안티-로크 브레이킹으로, 브레이킹 및 차량 제어는 근접하되 결코 타이어 대 지면 정지 마찰 브레이킹 임계값을 초과하는 것을 허용하지 않는 브레이킹 력을 브레이크가 인가하는 것을 허용함으로써 최대화된다(브레이킹 거리 최소화). 유사하게, ASRLD(10)에 의해, 스티어링 및 차량 제어는 차량이 근접하되 결코 차량 전복 임계값을 초과하는 것을 허용하지 않는 정도로 스티어링되는 것을 허용함으로써 최대화된다.
각각의 차량 모델 또는 이의 변경이 롤에 대한 상이한 경향을 가질 수 있다는 것이 주목된다. 제 1 실시예에서, 이 같은 경향은 미리 결정되고 회전 각도 및 차량 속도의 대응하는 조합이 다양한 차량 전복 임계값에 대해 결정된다. 그러나, 차량 롤 경향이 복수의 인자에 영향을 받는 것으로 또한 이해된다. 속도 및 회전 각도 외에, 이 같은 인자는 예를 들면 차량의 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 휠 기부 폭, 차량 로딩, 차량 타이어 압력, 도로와 차량 타이어 사이의 정지 마찰, 도로 각도/뱅킹 등을 포함할 수 있다. 이에 따라 제 2 실시예는, 제 2 실시예에서 차량 속도 및 회전 각도 이외의 인자가 모니커링되고 전복 임계값이 즉석에서 결정되는 것을 제외하고는 제 1 실시예와 실질적으로 동일하다.
차량이 차량 전복 임계값을 넘어 스티어링되는 것이 제한되는 경우보다 차량 전복 임계값을 넘어 스티어링되는 것이 허용되는 경우 부상 또는 사망의 가능성이 적을 수 있는 특정 환경이 존재할 수 있는 것이 몇몇에 의해 확신될 수 있다는 것에 주목된다. 이 같은 잠재적인 우려를 해결하기 위해, 제 3 실시예는, 제 3 실시예가 오버라이드 모드를 포함하는 것을 제외하고는 제 2 실시예와 실질적으로 동일하다. 이 같은 오버라이드 모드에서, 스티어링 회전 범위의 모션은 스티어링 방지 임계값이 오버라이드 논리 기준이 만족될 때 초과되는 경우조차 자동적으로 제한되지 않는다. 이 같은 오버라이드 논리 기준은 예를 들면 차량의 구동 경로의 매우 가까이에 사람의 검출 또는 예를 들면 미리 결정된 마찰 계수 미만을 가지는 도로 표면(예를 들면 언 포장 도로)의 검출을 포함할 수 있다.
지금부터 도면 중에서 도 5 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제 4 실시예는 스티어링 휠(120), 스티어링 컬럼(130), 스티어링 컬럼 디스크 장치(SCDD)(140), 전자 제어 유닛(180) 및 블록(185)을 포함하는 적응성 스티어링 범위 제한 장치(ASRLD)(110)이다. 더욱이 화살표 "192"는 좌측 또는 반시계(CCW) 방향 표시 화살표를 규정하고 화살표 "194"는 우측 또는 시계(CW) 방향 표시 화살표를 규정한다. 스티어링 휠(120)은 상업적으로 입수가능한 승용차에서 통상적으로 발견될 수 있는 바와 같은 종래의 스티어링 휠을 규정한다. 스티어링 컬럼(130)은 스티어링 토크를 스티어링 휠(120)로부터 랙 및 피니언으로 또는 다른 이 같은 차량 휠 제어 장치로 전달하도록 기능하는 종래의 스티어링 컬럼을 규정한다. SCDD(140)는 디스크(142)에 부착되고 실질적으로 디스크(142) 주변을 중심으로 동일하게 이격된 복수의 액추에이터 핀(144)을 갖는 실질적으로 얇고 바람직하게는 알루미늄 실린더 형상 디스크(142)를 규정한다. 액추에이터 핀(144)은 디스크(142)에 장착되어 미 작동 또는 철회 위치에서, 액추에이터 핀(144)이 디스크(142)와 실질적으로 동일 높이로 위치 설정되고 작동된 또는 연장된 위치에서, 액추에이터 핀(144)이 블록(185)과 잠재적으로 간섭되는 위치에 실질적으로 위치된다. 전자 제어 유닛(80)은 통상적으로 자동차에서 사용되는 바와 같은 전자 제어 유닛을 규정하고 속도 입력을 전자적으로 수신하도록 구성되고 미리 결정된 입력을 기초로 하여 작동 신호를 전자적으로 전송하도록 구성된다. 블록(185)은 바람직하게는 차량 구조적 부재에 연결되고 디스크(142)와 함께 이동하지 않는 단단히 고정되고 바람직하게는 금속 블록을 규정하는 것이 바람직하다.
ASRLD(110)는 스티어링 컬럼(130)이 스티어링 컬럼(130)의 제 1 단부 상의 스티어링 휠(120) 및 스티어링 컬럼(130)의 제 2 단부 상에 SCDD(140)에 연결되도록 조립된다. 전자 제어 유닛(180)은 액추에이터 핀(144)에 전자적으로 연결된다. ASRLD(110)가 차량 내에 장착되어 스티어링 컬럼(130)의 제 2 단부가 랙 및 피니언 또는 차량의 유사한 스티어링 기구에 스티어링되게 연결되어 ASRLD(110)가 차량을 스티어링하도록 작동가능하게 된다. 블록(185)은 차량의 구조적 부재에 연결되어 블록(185)이 SCDD(140)의 회전 운동에 대해 정지되어 있어 블록(185)이 스티어링 정지 로드에 반응하거나 견딜 수 있다. 전자 제어 유닛(180)은 차량의 구조적 부재에 추가로 연결되어 전자 제어 유닛(180)이 SCDD(140)의 회전 운동과 관계없이 정지되어 있다.
실제로, ASRLD(110)가 차량 내에 작동되게 장착되고, 차량이 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 5마일(mph) 미만으로 이동할 때, 액추에이터 핀(144) 중 어느 것도 도 6a 및 도 6에 도시된 바와 같이 작동되지 않고 스티어링 휠(120)은 총 (비제한) 회전 범위의 모션을 통하여 자유롭게 회전될 수 있다. 스티어링 휠(120)이 회전될 때, SCDD(140)이 정지 블록(185)에 대해 매우 근접하게 대응되는 점에 주목된다. 그러나, 차량이 제 1의 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 10 마일(mph) 또는 그 초과의 속도로 이동할 때, 전자 제어 유닛(80)은 달성되는 제 1 스티어링 방지 임계값을 결정하고 도 6b에 도시된 바와 같이 제 1 세트의 액추에이터 핀(144)으로 작동 신호를 송신하고 스티어링 휠(120)이 제 1 제한 범위의 회전 모션을 넘어 회전하는 것이 방지된다. 차량이 제 2의 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 35 마일(mph) 또는 그 초과의 속도로 이동할 때, 전자 제어 유닛(80)은 달성되는 제 2 스티어링 방지 임계값을 결정하고 도 6c에 도시된 바와 같이 제 2 세트의 액추에이터 핀(144)으로 작동 신호를 송신하고 스티어링 휠(120)이 제 2 제한 범위의 회전 모션을 넘어 회전하는 것이 방지된다. 차량이 제 3의 미리 결정된 속도, 예를 들면 시간 당 65 마일(mph) 또는 그 초과의 속도로 이동할 때, 전자 제어 유닛(80)은 달성되는 제 3 스티어링 방지 임계값을 결정하고 도 6d에 도시된 바와 같이 제 3 세트의 액추에이터 핀(144)으로 작동 신호를 송신하고 스티어링 휠(120)이 제 3 제한 범위의 회전 모션을 넘어 회전하는 것이 방지된다. 차량이 주어진 미리 결정된 속도 임계값 미만으로 느려질 때, 또는 더 제한적인 세트의 액추에이터 핀(144)이 작동되거나 연장될 때, 전자 제어 유닛(80)은 철회 신호를 주어진 세트의 액추에이터 핀(144)에 송신하고 액추에이터 핀(144)이 "부작동되거나" 철회되고 자신의 원래 위치로 돌아가고, 스티어링 휠(120)은 다른 스티어링 방지 임계값에 도달하지 않은 경우 및 도달할 때까지 양 방향(CCW 또는 CW)에서 다시 자유롭게 회전될 수 있다. 본 발명의 제 4 실시예에서 차량 전복의 시작에 반응하는 시스템에 대조하여 주목된다. ASRLD(110)는 차량이 전복을 시작하는 것을 방지함으로써 "사전 예방" 모드로 기능한다.
ASRLD(110)가 바람직하게는 다양한 스티어링 방지 임계값이 실질적으로 미세하게 증가하여 스티어링 휠(120)의 모션의 스티어링 범위의 변화가 매끄러운 비-계단-단계 방법을 개략화하는 방식으로 달성되도록 구성되는 점에 주목된다. 예를 들면, ASRLD(110)를 구비한 차량이 실질적으로 대형의 평평한 수평 포장면 상에서 예를 들면 100 mph와 같은 고속의 속도로 이동하고 스티어링 휠(120)이 우측(또는 좌측)으로 회전하기 어려운 경우, ASRLD(110)는 스티어링 휠(120)이 차량이 좌측(또는 우측)으로 전복되는 시점까지 우측(또는 좌측)까지 회전하는 것을 방지하고 더욱 상세하게는 스티어링 휠(120)이 매우 가까이 그러나 차량 전복의 임계값보다 단지 적게 우측 (또는 좌측)으로 회전하는 것을 허용한다. 또한, 위에서 설명된 내용에서, 우측(또는 좌측) 스티어링 로드가 스티어링 휠(120) 상에 유지되고 차량이 코스팅(coasting)에 의한 또는 브레이킹에 의한 것과 같이 감속되는 것을 허용하는 경우, 차량은 차량이 제 1 또는 가장 느린 스티어링 방지 임계값(10 mph 미만과 같은) 미만으로 주행하는 시점까지 느려질 때까지 감소된 속도에 대응하여 실질적으로 연속적으로 더 급한 우측(또는 좌측) 회전(예를 들면, 실질적으로 감소하는 회전 반경)으로 우측(또는 좌측)까지 회전된다. 차량이 제 1 또는 가장 느린 스티어링 방지 임계값까지 느려지면, 상기 차량은 이어서 차량의 완전히 제한되지 않은 회전속도가 되는 일정한 회전 속도로 좌측(또는 우측)까지 회전된다. 이에 따라 이러한 설명에 의해, 실질적인 임의의 차량 속도에서, 차량이 이 같은 주어진 "임의의" 속도에 대해 근접하되 단지 차량 전복 임계값 미만인 속도로의 회전을 허용한다. ASRLD(110)는 "안티-로크 브레이킹"과 다소 유사하다. 안티-로크 브레이킹으로, 브레이킹 및 차량 제어는 근접하되 결코 타이어 대 지면 정지 마찰 브레이킹 임계값을 초과하는 것을 허용하지 않는 브레이킹 력을 브레이크가 인가하는 것을 허용함으로써 최대화된다(브레이킹 거리 최소화). 유사하게, ASRLD(110)에 의해, 스티어링 및 차량 제어는 차량이 근접하되 결코 차량 전복 임계값을 초과하는 것을 허용하지 않는 정도로 스티어링되는 것을 허용함으로써 최대화된다.

Claims (20)

  1. 차량이 상기 차량의 모션의 비-전복 스티어링(non-rollover steering) 범위 내에서 스티어링되도록 하되 상기 차량이 상기 차량의 전복 임계값(rollover threshold)을 넘어 스티어링되는 것을 방지하는,
    전복 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 차량이 차량 전복 시점까지 스티어링되는 것을 방지하는,
    전복 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 차량의 속도에 응답하여 자동적으로 작동되는,
    전복 방지 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 차량이 제 1 방향으로 차량 전복의 시점까지 스티어링되는 것을 방지하되 상기 차량이 제 2 방향으로 자유롭게 스티어링되는 것을 허용하는,
    전복 방지 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 장치는 스티어링 부재에 작동가능하고 적응가능하게 장착된 하나 이상의 단방향 브레이크를 포함하여, 상기 차량이 제 1 조건에 응답하여 자유롭게 스티어링될 수 있고 상기 차량이 제 2 조건에 응답하여 적어도 하나의 방향으로 스티어링되는 것이 자동적으로 방지되는,
    전복 방지 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 조건은 차량 속도 및 실질적으로 차량 전복 임계값에 근접하지 않는 스티어링 위치의 각도의 조합을 규정하고, 상기 제 2 조건은 차량 속도 및 차량 전복 임계값에 실질적으로 근접하는 스티어링 위치의 각도의 조합을 규정하는,
    전복 방지 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 상태는 실질적으로 차량 전복 임계값에 근접하지 않는 전복 인자들의 조합을 규정하고, 상기 인자들은 차량 속도, 스티어링 위치의 각도, 차량 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 휠 기부 폭, 차량 로딩, 차량 타이어 압력, 도로와 차량 타이어 사이의 정지 마찰, 및 도로 뱅크 각도를 포함하고, 상기 제 2 조건은 실질적으로 차량 전복 임계값에 근접하는 전복 인자들의 조합을 규정하고 상기 인자들은 차량 속도, 스티어링 위치의 각도, 차량 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 휠 기부 폭, 차량 로딩, 차량 타이어 압력, 도로와 차량 타이어 사이의 정지 마찰, 및 도로 뱅크 각도를 포함하는,
    전복 방지 장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방향은 상기 적어도 하나의 방향으로의 상기 차량의 증가된 스티어링이 상기 차량이 전복되는 것을 유발하는 방향을 규정하는,
    전복 방지 장치.
  9. 적어도 하나의 단방향 제어 장치를 규정하는 모션 제어 장치의 스티어링 범위로서,
    차량의 스티어링이 상기 차량의 전복 임계값에 근접할 때 상기 적어도 하나의 단방향 제어 장치가 자동적으로 적용되는,
    모션 제어 장치의 스티어링 범위.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 장치는 차량이 상기 차량의 전복의 임계값을 넘어 스티어링되는 것을 자동적으로 방지하는,
    모션 제어 장치의 스티어링 범위.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 단방향 제어 장치는 단방향 브레이크를 규정하고, 상기 단방향 브레이크가 적용되고, 상기 차량의 스티어링 휠이 제 1 방향으로 회전되는 것을 허용하지만 제 2 방향으로 회전되는 것을 방지하는,
    모션 제어 장치의 스티어링 범위.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전복 임계값은 차량 속도 및 스티어링 위치의 각도의 조합을 기초로 하여 자동적으로 결정되는,
    모션 제어 장치의 스티어링 범위.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전복 임계값은 차량 속도, 스티어링 위치의 각도, 차량의 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 휠 기부 폭, 차량 로딩, 차량 타이어 압력, 도로와 차량 타이어 사이의 정지 마찰, 및 로드 뱅크 각도의 조합을 기초로 하여 자동적으로 결정되는,
    모션 제어 장치의 스티어링 범위.
  14. 모션의 스티어링 범위를 자동적으로 조절하는,
    적응성 스티어링 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적응적으로 조절된 모션의 스티어링 범위는 차량 전복 임계값을 초과하지 않는 모션의 스티어링 범위를 규정하는,
    적응성 스티어링 장치.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 차량의 속도에 응답하여 조절하는,
    적응성 스티어링 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 적응적으로 조절된 모션의 스티어링 범위는 차량 속도에 반비례하는 모션의 스티어링 범위를 규정하는,
    적응성 스티어링 장치.
  18. 제 14 항에 있어서,
    상기 장치는 차량 속도, 스티어링 위치의 각도, 차량의 무게 중심, 차량 서스펜션 강성, 차량 휠 기부 폭, 차량 로딩, 차량 타이어 압력, 도로와 차량 타이어 사이의 정지 마찰, 및 로드 뱅크 각도 중 적어도 하나에 응답하여 조절하는,
    적응성 스티어링 장치.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 장치는 단방향 모션 제어 장치를 포함하는,
    적응성 스티어링 장치.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 단방향 모션 제어 장치는 단방향 브레이크를 규정하고, 상기 단방향 브레이크가 적용되고, 차량의 스티어링 휠이 제 1 방향으로 회전되는 것을 허용하지만 제 2 방향으로 회전되는 것을 방지하는,
    적응성 스티어링 장치.
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