JP2009023408A - ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二次衝突の発生時の衝撃エネルギの吸収動作を遅れを生じることなく確実に行わせ、また衝突条件に応じたエネルギ吸収特性の変更に対応することが可能なステアリング装置を提供する。
【解決手段】ステアリングホイール２と操舵機構４とを連結し軸長方向の移動が可能に構成されたステアリングコラム１に、移動に伴って回転して発電し、ステアリングコラム１に抵抗を付加するモータ５と、移動に伴って回転し、ステアリングコラム１に慣性抵抗を加える慣性円板６とを設け、ステアリングホイール２に加わる二次衝突時の衝撃エネルギを、モータ５の発電による発電抵抗と慣性円板６の慣性による機械抵抗とにより吸収する構成とする。またモータ５の発電量を荷重制御部７の動作により増減制御し、衝突条件に応じたエネルギ吸収特性を実現する。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の前面衝突時に操舵部材に加わる二次衝突の衝撃エネルギを、操舵部材と操舵機構とを連絡するステアリングコラムの移動により吸収する構成としたステアリング装置に関する。

車両のステアリング装置の多くは、車室の内部に取り付けたステアリングコラムの上部操舵部材としてのステアリングホイールを取り付け、またステアリングコラムの下部を車室の外部に配した操舵機構に連結して、運転者による操舵のためのステアリングホイールの回転操作を、ステアリングコラムの内部に支持されたステアリング軸を介して操舵機構に伝え、この操舵機構の動作により操舵用の車輪を転舵せしめる構成となっている。

この種のステアリング装置においては、車両の前面衝突時に進行方向への慣性の作用によりステアリングホイールに衝突（二次衝突）する運転者を保護することを目的として、操舵部材と操舵機構とを連結するステアリングコラムを軸長方向に移動（短縮）可能とし、二次衝突によりステアリングホイールに加わる衝撃のエネルギを、適宜の抵抗下にて生じるステアリングコラムの移動を利用して吸収する衝撃吸収式のステアリング装置として構成されることがある。

ステアリングコラムの移動の際の抵抗は、一般的には、ステアリングコラム自体又はステアリングコラムの支持部の塑性変形を利用した機械的な手段により付加するように構成されている。ところがこの構成においては、衝突時に運転者に加わる荷重、及び移動ストローク内にて吸収可能な衝撃エネルギの大きさが一義に決定されるため、例えば、高速走行時の重度の衝突を想定して抵抗を設定した場合、低速走行時の軽微な衝突時に無為に大きい荷重が運転者に加わるという問題があり、逆に、軽微な衝突を想定して抵抗を設定した場合、重度の衝突時にエネルギ吸収量が不足し、移動ストロークの末端への突き当たりにより運転者に過大な荷重が加わるという問題がある。

このような事情により、近年、米国におけるＦＭＶＳＳ２０８条項等に定められた種々の衝突条件において適正荷重でのエネルギ吸収を可能とする衝撃吸収式ステアリング装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−１１９５３８号公報

特許文献１に開示されたステアリング装置は、ステアリングコラムの移動を運動変換手段により回転運動に変換してモータに伝え、該モータによる発電を利用してエネルギ吸収を行わせるように構成されており、車両の衝突検知に応じてモータの負荷側に接続した可変抵抗の抵抗値を、加速度センサ、速度センサ、シート位置センサ等の衝突時の状態を検出する各種のセンサの検出結果に基づいて逐次変更する制御手段を設けることにより適正な衝撃吸収がなされるとしてある。

しかしながらこの構成においては、モータの発電による適正な抵抗付加がなされるまでに遅れが発生し、衝突検知から衝突終了までの短い時間においてなされる可変抵抗の抵抗値制御により所望のエネルギ吸収性能を実現することは難しい。

また、車両の衝突時という限られた機会にのみ生じる抵抗付加用のモータ及び制御手段の動作が正常になされる保証はなく、この場合、衝撃エネルギの吸収がなされず、運転者を保護するという本来の目的を達成し得なくなる虞れがある。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、二次衝突の発生時に、遅れを生じることなく確実にエネルギ吸収動作を行うことができ、また衝突条件に応じたエネルギ吸収特性の変更に対応することが可能なステアリング装置を提供することを目的とする。

本発明の第１発明に係るステアリング装置は、操舵部材と操舵機構とを連結し、軸長方向への移動が可能なステアリングコラムと、該ステアリングコラムの移動に抵抗を加える抵抗付加手段とを備え、前記操舵部材に加わる二次衝突の衝撃エネルギを、前記抵抗付加手段による付加抵抗下にて生じるステアリングコラムの移動により吸収するステアリング装置において、前記抵抗付加手段は、前記ステアリングコラムの移動に機械的な抵抗を加える機械抵抗付加手段と、前記ステアリングコラムの移動に伴って回転し、回転に応じた発電により前記移動に抵抗を加える発電抵抗付加手段と、該発電抵抗付加手段による発電量を増減制御する制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の第２発明に係るステアリング装置は、第１発明における発電抵抗付加手段が、前記操舵部材の位置調節のために前記ステアリングコラムを伸縮させるテレスコ調節用のモータであることを特徴とする。

本発明の第３発明に係るステアリング装置は、第１又は第２発明における機械抵抗付加手段は、前記ステアリングコラムの移動に伴って回転する慣性質量であることを特徴とする。

第１発明に係るステアリング装置においては、機械抵抗付加手段と発電抵抗付加手段とによりステアリングコラムの移動に抵抗を加える構成としてあるから、発電による抵抗付加の遅れを機械的な抵抗付加により補完し、遅れのないエネルギ吸収動作を実現することができ、また発電量の増減制御により衝突条件に応じたエネルギ吸収特性の変更に対応することが可能となり、更に発電抵抗付加手段の異常時においても機械抵抗付加手段によるエネルギ吸収量を確保し、運転者を保護することが可能となる。

また第２発明に係るステアリング装置においては、ステアリングコラムのテレスコ調節用のモータを発電抵抗付加手段として兼用してあるから、新規の構成要素の追加を抑えて良好なエネルギ吸収動作を実現することができる。

更に第３発明に係るステアリング装置においては、ステアリングコラムの移動に伴って回転する慣性質量を機械抵抗付加手段として備えたから、慣性荷重として付加される機械抵抗を高精度に管理することができ、また移動開始初期に大となる機械抵抗が付加されて発電抵抗の遅れを効果的に補完することができ、良好なエネルギ吸収動作を実現することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。

以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。図１は、本発明に係るステアリング装置の全体構成を示す模式図である。

図中１は、円筒形をなすハウジング10の内部に同軸上での回転自在にステアリング軸11を支持してなるステアリングコラムであり、ハウジング10の一側端部をロアブラケット12により固定支持し、ハウジング10の中途部をアッパブラケット13により支持して、ロアブラケット12による支持側を前下方（図における左下方）に向けた傾斜姿勢にて車室の内部に取り付けられている。

ステアリング軸11は、ハウジング10の上下に夫々突出しており、上方への突出端には、操舵部材としてのステアリングホイール２が嵌着固定され、下方への突出端は、両端にユニバーサルジョイント30，30を備える中間軸３を介して操舵機構４の入力軸40に連結されている。

以上の構成により、操舵のためにステアリングホイール２が回転操作された場合、この操作に応じたステアリング軸11の回転が、中間軸３及び入力軸40を介して操舵機構４に伝達され、該操舵機構４の動作により操舵が実行される。

ステアリングコラム１のハウジング10は、適長に亘って内外に嵌め合わされ、軸長方向への相対移動可能に組み合わせた内筒 10a及び外筒 10bを備えている。ステアリングコラム１の上部を支持するアッパブラケット13は、ステアリングコラム１の軸長方向に沿って延びる長孔14を備えており、この長孔14に通したロックねじ15の締め付けにより外筒 10bの中途部を支持している。

このように支持された外筒 10bは、ロックねじ15を緩め、長孔14をガイドとして移動させることにより、下部を固定支持された内筒 10aとの嵌め合い長さを増減させて軸長方向に位置調節（テレスコ調節）することが可能である。この調節は、運転者の好み、運転姿勢に応じて、ステアリング軸11の上端に取り付けたステアリングホイール２の前後位置を変更すべくなされる。

図示のステアリング装置は、以上のテレスコ調節用のアクチュエータとしてのモータ５を備えている。図２は、図１のIIーII線による横断面図であり、テレスコ調節用のモータ５の取り付け状態が示されている。

図示の如くハウジング10の内筒 10aは、外筒 10bの周面の該当位置に設けた切欠き 10cを経て下方に突出する支持板51が設けてあり、テレスコ用のモータ５は、内筒 10a及び外筒 10bと直交する軸心を有して支持板51に固定されている。モータ５の出力端には、ピニオン52が取付けてあり、このピニオン52は、外筒 10bの外面に軸長方向の所定長に亘って形成されたラック53に噛合させてある。

以上の構成により、ロックねじ15を緩めた状態でモータ５を回転駆動した場合、出力端のピニオン52の回転がラック53を備える外筒 10bの軸長方向の移動に変換され、長孔14の長さ範囲内での前述したテレスコ調節がなされる。テレスコ調節のためのモータ５の駆動は、例えば、運転者による適宜のスイッチ操作により、ロックねじ15が緩められていることを条件として実行される。

外筒 10bの外面のラック53は、図１に示すように、テレスコ調節範囲を超えて上側に延設されており、またテレスコ調節用のモータ５には、図２に示すように、大径の慣性円板（慣性質量）６が、同軸上での一体回転可能に取付けられている。更に、ステアリングコラム１の上部を支持するアッパブラケット13は、図１に示すように、上方への抜け出し可能なカプセル16を介して車体に固定されており、ステアリングホイール２を介してステアリングコラム１に所定限度を超える下向きの力が作用した場合、車体にカプセル16を残して下方に離脱する公知のブレークアウエイブラケットとして構成されている。

以上の構成は、車両の前面衝突時に、前方への慣性の作用によりステアリングホイール２に運転者が衝突（二次衝突）する際の衝撃エネルギを吸収するエネルギ吸収手段として作用する。

図１に示す如くモータ５には、荷重制御部７からの動作指令が与えられている。荷重制御部７には、車両の衝突を検出する衝突センサ70の検出結果が与えられている。衝突センサ70は、例えば、車両の前後加速度を検出する加速度センサであり、荷重制御部７は、衝突センサ70により予め定めた上限値以上の減速度が検出されたとき前面衝突が生じたと認識し、出力側のモータ５に動作指令を発し、該モータ５に端子電圧を印加する荷重制御動作をなす。

また荷重制御部７には、車両の走行速度を検出する車速センサ71、運転者が着座するシートの位置を検出するシート位置センサ72、ステアリングホイール２の前後位置を検出するステアリング位置センサ73、運転者の体重を検出する体重センサ74及びシートベルトの装着の有無を検出するシートベルトセンサ75の検出結果が与えられている。これらの検出結果は、吸収すべき衝撃エネルギの大きさを推定し、前述した荷重制御動作においてモータ５に印加する端子電圧の高低を決定すべく用いられる。

衝撃エネルギの推定は、例えば、車速センサ71による検出車速を予め定めたマップに適用して車速の高低に応じて大小となる基準エネルギを求め、この基準エネルギを、シート位置センサ72及びステアリング位置センサ73の検出結果から決定されるステアリングホイール２と運転者との相対距離の大小に応じて大小となるように補正し、更に、体重センサ74により検出される運転者の体重の軽重に応じて補正して決定される。シートベルトセンサ75により検出されるシートベルトの装着の有無は、装着時に衝撃エネルギの推定値を所定量減じるように用いられる。

なお体重センサ74は、運転者が着座するシートの下部に配した荷重センサにより構成することができ、シートベルトセンサ75は、シートベルトが所定長引き出されたときにオンするスイッチにより構成することができる。

二次衝突が発生した場合、ステアリングコラム１には、図１中に白抜矢符により示す如く軸長方向下向きの力が加わる。このとき、前述の如くブレークアウエイブラケットとして構成されたアッパブラケット13が車体から離脱し、該アッパブラケット13による拘束が解除された外筒 10bが、内筒 10aに対して嵌め合い長さを増しつつ下方に相対移動する。この相対移動により外筒 10bに設けられたラック53に噛合するピニオン52が回転し、該ピニオン52を出力端に備えるモータ５が同軸に設けた慣性円板６と共に回転する。

このときモータ５には、荷重制御部７からの動作指令に応じて端子電圧が印加されており、モータ５は、ピニオン52からの伝動に応じて回転し、この回転に応じて発電する発電機として動作し、ステアリングコラム１の外筒 10bには、発電負荷に応じた抵抗が移動方向と逆向きに加えられる。一方、モータ５と共に慣性円板６が回転するため、ステアリングコラム１の外筒 10bには、慣性円板６の慣性が抵抗として加わり、前述した二次衝突の衝撃エネルギは、モータ５による発電負荷と慣性円板６による慣性負荷に抗して生じる外筒 10bの移動の間に吸収される。

このときステアリングホイール２に衝突する運転者には、モータ５による発電負荷と慣性円板６による慣性負荷との合力が荷重として作用し、二次衝突の衝撃エネルギは、この荷重の作用下にてステアリングコラム１の外筒 10bが移動する間に吸収される。

図３は、衝撃エネルギの吸収動作の説明図である。本図の横軸は、ステアリングコラム１の移動ストローク、縦軸は、運転者に加わる荷重であり、図中の実線は、慣性円板６の慣性による荷重変化の様子を示し、図中の破線、一点鎖線及び二点鎖線は、モータ５の発電による荷重変化の様子を示してある。

図示の如く慣性による荷重（慣性荷重）は、衝突による移動開始の直後に急峻に立ち上がり、一定域を経て減少して収束するのに対し、発電による荷重（発電荷重）は、衝突による移動開始から遅れを有して立ち上がり、発電負荷に相当する荷重に達して一定値を保つ。従って、ステアリングホイール２に衝突する運転者には、衝突開始初期には、慣性荷重が主として作用し、その後は、減少した慣性荷重と一定値に達した発電荷重とが作用することとなり、所定の移動ストローク内の慣性荷重及び発電荷重の下側面積に相当する衝撃エネルギを吸収することができる。

ここで発電荷重は、荷重制御部７の前述した動作によりモータ５の端子電圧を高低に変更することにより、破線、一点鎖線及び二点鎖線により夫々示す変化態様を示すから、限られた移動ストローク内にて吸収可能な衝撃エネルギの大きさを適宜に変更することができる。この変更は、荷重制御部７における衝撃エネルギの推定結果に基づいて実行されるから、運転者に加わる荷重を最低限に抑えながら、二次衝突の衝撃エネルギを過不足なく吸収させることができる。

慣性円板６の慣性による慣性荷重は、機械的な抵抗として付加されるから、モータ５の発電による発電荷重の立ち上がりの遅れを補完して移動ストロークの全域を利用した効果的なエネルギ吸収を行わせることができる。また、モータ５及び荷重制御部７の異常により発電荷重の発生が損なわれた状態においても慣性荷重によるエネルギ吸収量は確保されるから、二次衝突時における運転者に対する所定の保護機能を果たすことができる。

実施の形態に示すように、ステアリングホイール２の位置調節のためにステアリングコラム１を伸縮させるテレスコ調節用のモータ５を備えるステアリング装置においては、このモータ５を発電抵抗付加手段として兼用することができ、制御手段としての荷重制御部７のみの追加により前述した衝撃エネルギの吸収構造を実現することができる。

ステアリングコラム１の移動に機械的な抵抗を加える機械抵抗付加手段は、以上の実施の形態に示す慣性円板６に限らず、例えば、内筒 10a及び外筒 10bの嵌合部、ロアブラケット12による支持部等における塑性変形により機械的な抵抗を発生するように構成された公知の手段を適宜に用いることができる。

実施の形態に示すように、ステアリングコラム１の移動に応じて回転する慣性円板６を機械抵抗付加手段として用いた場合、移動開始の初期に大きい慣性荷重が発生するから、発電荷重の立ち上がりの遅れを効果的に補完することができる。また慣性円板６による慣性荷重は、慣性円板６のサイズ、質量の管理により精度良く設定することができ、所望のエネルギ吸収量を確実に実現することができる。更に慣性円板６は、実施の形態に示すように、発電抵抗付加手段としてのモータ５と同軸をなして簡易に配置することが可能であり、装置構成を簡素化することが可能となる。

なお以上の実施の形態においては、運転者によるステアリングホイール２の回転操作を操舵機構４に直接的に伝えて操舵を行わせるマニュアル式のステアリング装置への適用例について説明したが、本発明は、ステアリングホイール２の操作に応じて駆動される電動モータの回転を操舵機構４に伝えて操舵を補助するように構成された電動パワーステアリング装置、ステアリングホイール２の操作に応じた油圧の送給により動作する油圧シリンダの発生力を操舵機構４に加えて操舵を補助する油圧パワーステアリング装置にも適用可能である。

本発明に係るステアリング装置の全体構成を示す模式図である。 図１のIIーII線による横断面図である。 衝撃エネルギの吸収動作の説明図である。

符号の説明

１ ステアリングコラム、２ ステアリングホイール（操舵部材）、４ 操舵機構、
５ モータ（発電抵抗付加手段）、６ 慣性円板（機械抵抗付加手段、慣性質量）、
７ 荷重制御部（制御手段）

Claims (3)

1. 操舵部材と操舵機構とを連結し、軸長方向への移動が可能なステアリングコラムと、該ステアリングコラムの移動に抵抗を加える抵抗付加手段とを備え、前記操舵部材に加わる二次衝突の衝撃エネルギを、前記抵抗付加手段による付加抵抗下にて生じるステアリングコラムの移動により吸収するステアリング装置において、
   前記抵抗付加手段は、前記ステアリングコラムの移動に機械的な抵抗を加える機械抵抗付加手段と、
   前記ステアリングコラムの移動に伴って回転し、回転に応じた発電により前記移動に抵抗を加える発電抵抗付加手段と、
   該発電抵抗付加手段による発電量を増減制御する制御手段と
   を備えることを特徴とするステアリング装置。
2. 前記発電抵抗付加手段は、前記操舵部材の位置調節のために前記ステアリングコラムを伸縮させるテレスコ調節用のモータである請求項１に記載のステアリング装置。
3. 前記機械抵抗付加手段は、前記ステアリングコラムの移動に伴って回転する慣性質量である請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置。

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