JP5120601B2 - 衝撃吸収ステアリング装置 - Google Patents

Description

本発明は、衝撃吸収ステアリング装置に関する。

車両の衝突に伴い運転者がステアリングホイール等の操舵部材に衝突する二次衝突が生じたときに、衝撃を吸収する衝撃吸収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２０００−１５９０４３号公報

特許文献１では、二次衝突のときに、ステアリングシャフト等が収縮するように塑性変形することにより、衝撃エネルギが吸収される。このときのステアリングシャフト等の変形を、所望の態様で行わせることが、意図した衝撃吸収効果を発揮するのに好ましい。
本発明は、かかる背景のもとでなされたもので、所望の態様で衝撃吸収を行うことのできる衝撃吸収ステアリング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、操舵部材（２）が連結された第１の軸（６）と、上記第１の軸と同行回転可能に連結された第２の軸（７）とを含む操舵軸（３）と、上記操舵軸を回転可能に支持するステアリングコラム（４）と、上記第１の軸から上記操舵軸の軸方向（Ｓ）の一方（Ｓ１）に延びる第１の衝撃吸収部（４１；４１Ｂ）と、上記第１の衝撃吸収部と異なる衝撃吸収荷重が設定され、上記第２の軸に当接する第２の衝撃吸収部（４２；４２Ｂ）とを含み、上記操舵軸に設けられ、二次衝突のときに収縮する衝撃吸収部（４０）と、上記衝撃吸収部から上記軸方向の一方に延び、上記第２の軸に連結される連結部（４６）と、を含み、上記第１の軸、第１の衝撃吸収部および連結部は、単一の部材で一体形成されており、上記第１の衝撃吸収部および第２の衝撃吸収部は、境界部（５５）で互いに連続しており、上記第１の軸に曲げ荷重が入力されたときに上記第１の衝撃吸収部が上記境界部を支点にして屈曲することで衝撃を吸収することを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置（１）を提供するものである（請求項１）。

なお、括弧内の英数字は、後述の実施の形態における対応構成要素等を表す。以下、この項において同じ。
本発明によれば、第１および第２の衝撃吸収部のうち、相対的に衝撃吸収荷重が小さく設定された衝撃吸収部を、相対的に衝撃吸収荷重が大きく設定された衝撃吸収部よりも先に収縮することができる。これにより、衝撃吸収部の収縮を所望の箇所から開始することができ、その結果、所望の態様で衝撃吸収を行うことができる。

また、本発明において、第１のコルゲートチューブ（４４；４４Ａ）と、第１のコルゲートチューブの一部を覆う第２のコルゲートチューブ（４５；４５Ａ）とを含み、上記第１の衝撃吸収部は、第２のコルゲートチューブに覆われていない第１のコルゲートチューブの非重合領域（５３）で構成され、第２の衝撃吸収部は、第１および第２のコルゲートチューブの重合領域（５４）で構成される場合がある（請求項２）。

この場合、例えば、運転者からの衝撃エネルギが操舵軸の軸方向に対して傾斜した方向に入力されたことにより、衝撃吸収部に曲げ荷重が作用した場合でも、衝撃吸収部を構成する第１および第２のコルゲートチューブが屈曲しながら収縮できる。したがって、衝撃エネルギの入力方向に拘らず、衝撃吸収部によって衝撃エネルギを吸収できる。さらに、衝撃吸収部を、第１および第２の衝撃吸収部の境界部で屈曲させることができる。これにより、衝撃吸収部を所望の箇所で屈曲することができるので、より一層所望の態様で衝撃吸収を行うことができる。

また、本発明において、上記第１および第２の衝撃吸収部は、互いに連続し且つ互いに肉厚の異なるコルゲートチューブ（６２，６３）を含む場合がある（請求項３）。この場合、１つのコルゲートチューブを用いて相異なる衝撃吸収荷重を設定することができると共に部品点数を少なくできる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置１の概略構成を示す模式的な断面図である。
図１を参照して、電動パワーステアリング装置１は、ステアリングホイール等の操舵部材２に連結された操舵軸３と、この操舵軸３を回転自在に支持するステアリングコラム４と、操舵軸３に連結された操舵補助用の電動モータ５とを備えている。

操舵軸３は、複数の軸を含んでおり、一端に操舵部材２が固定された第１の軸６と、第１の軸６と同行回転可能に連結された第２の軸７と、第２の軸７とトーションバー８を介して相対回転可能に連結された第３の軸９と、第３の軸９と同行回転可能に連結された第４の軸１０とを含んでいる。
第２の軸７は、ステアリングコラム４によって、操舵軸３の軸方向Ｓの一方Ｓ１側（ロア側）への移動が規制されている。第２の軸７と第３の軸９とは、相対回転量が所定の範囲以上になると、同行回転するようになっている。第４の軸１０は、図示しない中間軸等を介して、ラックアンドピニオン機構等を含む舵取り機構１１に連結されている。

操舵部材２の操舵トルクは、操舵軸３等を介して舵取り機構１１に伝達され、これにより、転舵輪（図示せず）の操向が達成される。
ステアリングコラム４は、筒状をなしており、第１のコラムチューブ１２と、第１のコラムチューブ１２に連なる第２のコラムチューブ１３と、第２のコラムチューブ１３に連なる第３のコラムチューブ１４とを含んでいる。

第１のコラムチューブ１２は、鋼管を用いて形成されたものであり第１の軸６を取り囲んでいる。この第１のコラムチューブ１２は、相対摺動可能に嵌め合わされたアッパコラムチューブ１５およびロアコラムチューブ１６を含んでいる。
アッパコラムチューブ１５は、相対的に肉厚が厚くされた高剛性部材であり、相対的に曲げ剛性が高くされている。アッパコラムチューブ１５には、アッパブラケット１７が取り付けられている。アッパブラケット１７は、アッパコラムチューブ１５を車体１８に取り付けるためのものであり、車体１８の支持部１９に支持されている。アッパブラケット１７は、車体１８の支持部１９に所定の支持力で支持されており、操舵軸３の軸方向Ｓの一方Ｓ１に沿って所定以上の衝撃荷重が作用したときに、支持部１９から離脱するようになっている。

アッパコラムチューブ１５は、軸受２１を介して第１の軸６を回転自在且つ軸方向Ｓに相対移動不能に支持している。ロアコラムチューブ１６は、相対的に肉厚が薄くされた低剛性部材であり、相対的に曲げ剛性が低くされている。ロアコラムチューブ１６は、アッパコラムチューブ１５の一端に内嵌されている。第１のコラムチューブ１２に所定値以上の曲げ荷重が作用したときには、ロアコラムチューブ１６が屈曲するようになっている。

ロアコラムチューブ１６の一端は、第２のコラムチューブ１３の一端に外嵌しており、軸方向Ｓの一方Ｓ１側（ロア側）への移動が規制されている。第２のコラムチューブ１３は、第２の軸７、トーションバー８および第３の軸９の一部を取り囲むとともに、トルクセンサ２２を収容している。トルクセンサ２２は、第２の軸７および第３の軸９の相対回転量を検出することにより、操舵軸３に付与されたトルクを検出する。

第２のコラムチューブ１３は、軸受２３を介して第２の軸７を回転自在に支持している。第２のコラムチューブ１３の他端に、第３のコラムチューブ１４の一端が固定されている。第３のコラムチューブ１４の一端部は、電動モータ５の後述するロータ３３の回転位置を検出するためのレゾルバ２４を収容している。
第３のコラムチューブ１４の中間部が、軸受２５を介して第３の軸９を回転自在に支持している。第３のコラムチューブ１４の他端部が、軸受２６を介して第４の軸１０を回転自在に支持している。第４の軸１０は、軸受２７を介してロア可動ブラケット２８に回転自在に支持されている。ロア可動ブラケット２８は、ピボット軸２９を介して、ロア固定ブラケット３０に揺動可能に支持されている。ロア固定ブラケット３０は、車体１８の固定部３１に固定されている。

電動モータ５は、ロータがステータの外側に配置された、いわゆるアウターロータ型の電動モータであり、操舵軸３と同軸的に配置されたブラシレスモータからなる。この電動モータ５は、第３のコラムチューブ１４の外周に固定されたステータ３２と、このステータ３２の周囲を取り囲むロータ３３とを含んでいる。ロータ３３は、上端が開放されたカップ状をなしており、筒状のスリーブ３４と、スリーブ３４の一端に設けられた端壁３５とを含んでいる。スリーブ３４の内周に複数の永久磁石３６が固定されている。端壁３５は、スリーブ３４と同行回転可能とされている。端壁３５の挿通孔３５ａの周面に、第４の軸１０が圧入固定されている。これにより、ロータ３３と第４の軸１０とが同行回転可能となっている。

スリーブ３４の他端は、軸受３７を介して第３のコラムチューブ１４に回転自在に支持されている。スリーブ３４は、電動モータ５のハウジングを兼ねている。
トルクセンサ２２や、図示しない車速センサの検出結果に基づいて、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）（図示せず）が、駆動回路を介して電動モータ５の駆動を制御するようになっている。電動モータ５のトルクは、操舵捕助力として操舵軸３の第４の軸１０に付与されるようになっている。

図２は、図１の要部の拡大図である。図２を参照して、本実施の形態の特徴とするところは、操舵軸３に、二次衝突のときに収縮する衝撃吸収部４０が設けられており、この衝撃吸収部４０は、互いに異なる衝撃吸収荷重が設定された第１および第２の衝撃吸収部４１，４２を含んでいる点にある。
具体的には、操舵軸３の第１の軸６は、金属等の弾性を有する部材を用いて形成されており、軸受２１が嵌合される円筒状部４３と、円筒状部４３から軸方向Ｓの一方Ｓ１に延びる第１のコルゲートチューブ４４と、第１のコルゲートチューブ４４の一部を覆う第２のコルゲートチューブ４５と、第１のコルゲートチューブ４４から軸方向Ｓの一方Ｓ１に延び、第２の軸７に連結される連結部４６と、を含んでいる。

円筒状部４３、第１のコルゲートチューブ４４および連結部４６は、例えば、単一の部材を用いて一体に形成されている。
第１のコルゲートチューブ４４は、蛇腹状部４７を有しており、この蛇腹状部４７が軸方向Ｓに収縮可能である。第２のコルゲートチューブ４５は、第１のコルゲートチューブ４４に対応する形状に形成されており、蛇腹状部４９を有している。

第２のコルゲートチューブ４５は、第１のコルゲートチューブ４４のうち、軸方向Ｓの一方Ｓ１側（ロア側）の一部を全周に亘って覆っている。第２のコルゲートチューブ４５の内周面が、第１のコルゲートチューブ４４の外周面に密接している。
第２のコルゲートチューブ４５の一端は、第２の軸７の一端に当接していることにより、軸方向Ｓの一方Ｓ１への移動が規制されている。

連結部４６は、第２の軸７の一端の挿通孔５１に挿通されており、端面が第２の軸７の環状の段部５２に受けられている。これにより、連結部４６が軸方向Ｓの一方Ｓ１に移動することが規制されている。
第１の衝撃吸収部４１は、第２のコルゲートチューブ４５に覆われていない第１のコルゲートチューブ４４の非重合領域５３で構成されている。また、第２の衝撃吸収部４２は、第１および第２のコルゲートチューブ４４，４５の重合領域５４で構成されている。

重合領域５４において、第１および第２のコルゲートチューブ４４，４５は、軸方向Ｓに沿って一体的に収縮する。
第１の衝撃吸収部４１の衝撃吸収荷重は、相対的に低くなるように設定されており、第２の衝撃吸収部４２の衝撃吸収荷重は、相対的に高くなるように設定されている。「衝撃吸収荷重」とは、例えば、軸方向Ｓに沿って収縮するように塑性変形するときに作用する荷重をいう。

第１および第２の衝撃吸収部４１，４２は、境界部５５を有しており、この境界部５５で互いに連続している。
図１を参照して、この電動パワーステアリング装置１が搭載された車両が衝突する一次衝突が生じ、これに伴い運転者が操舵部材２に衝突する二次衝突が生じたときに、操舵部材２から入力された衝撃荷重は、第１の軸６、軸受２１およびアッパコラムチューブ１５を介してアッパブラケット１７に伝達される。

アッパブラケット１７に伝達された衝撃荷重が所定の値以上である場合には、アッパブラケット１７が車体１８の支持部１９から離脱する。その結果、ステアリングコラム４がピボット軸２９の回りを揺動可能となる。
例えば、図１に示す、操舵軸３に衝撃荷重が入力される前の状態から、軸方向Ｓに対して傾いた方向から操舵部材２に衝撃荷重が入力されたとき、第１の軸６に曲げ荷重が入力されることとなる。このとき、図３に示すように、第１の軸６は、第１の衝撃吸収部４１が、第２の衝撃吸収部４２に対して境界部５５を支点にして屈曲する。また、このとき、第１のコラムチューブ１２にも曲げ荷重が入力される結果、ロアコラムチューブ１６が、アッパコラムチューブ１５によって塑性変形され、屈曲する。

本実施の形態によれば、第１および第２の衝撃吸収部４１，４２のうち、相対的に衝撃吸収荷重が小さく設定された第１の衝撃吸収部４１を、相対的に衝撃吸収荷重が大きく設定された第２の衝撃吸収部４２よりも先に収縮することができる。これにより、衝撃吸収部４０の収縮を所望の箇所（第１の衝撃吸収部４１）から開始することができ、その結果、所望の態様で衝撃吸収を行うことができる。

また、例えば、運転者からの衝撃エネルギが操舵軸３の軸方向Ｓに対して傾斜した方向に入力されたことにより、衝撃吸収部４０に曲げ荷重が作用した場合でも、衝撃吸収部４０を構成する第１および第２のコルゲートチューブ４４，４５が屈曲しながら収縮することができる。したがって、衝撃エネルギの入力方向に拘らず、衝撃吸収部４０によって衝撃エネルギを吸収できる。

さらに、第１の衝撃吸収部４０を、第１および第２の衝撃吸収部４１，４２の境界部５５で屈曲させることができる。これにより、衝撃吸収部４０を所望の箇所で屈曲することができるので、より一層所望の態様で衝撃吸収を行うことができる。
さらに、操舵部材２に近い側に第１の衝撃吸収部４１を配置している結果、ピボット軸２９から遠い箇所を主に屈曲することができる。その結果、衝撃吸収部４０が大きく屈曲することを防止でき、屈曲部分が運転者側に大きく突き出すことを防止できる。

また、電動モータ５をアウターロータ型のモータとしていることにより、ロータ３３の永久磁石３６がステータ３２と対向する面積を大きくできる。その結果、電動モータ５の高トルク化を達成できる。
さらに、軸受２７を、ロア可動ブラケット２８およびロア固定ブラケット３０で堅固に保持している結果、電動モータ５が駆動しているときに、ロータ３３の軸線が偏心することを防止できる。

本発明は、以上の実施の形態の内容に限定されるものではなく、請求項記載の範囲内において種々の変更が可能である。
例えば、図４に示すように、第１のコラムチューブ１２Ａに、第１および第２のコルゲートチューブ４４Ａ，４５Ａを設けることにより衝撃吸収部４０Ａを構成してもよい。なお、以下では、図１〜図３に示す実施の形態と異なる点について主に説明し、同様の構成については図に同様の符号を付してその説明を省略する。

第２のコルゲートチューブ４５Ａの一端部（アッパ側の端部）と、第２のコルゲートチューブ４５の一端部（アッパ側の端部）とは、軸方向Ｓに関する位置が概ね揃えられている。
この構成において、二次衝突が生じ、運転者から、操舵軸３の軸方向Ｓに対して傾斜した方向に、所定値以上の衝撃エネルギが入力されたときには、図５に示すように、第１のコラムチューブ１２Ａの第１の衝撃吸収部４１Ａが屈曲するとともに、第１の軸６の第１の衝撃吸収部４１が屈曲する。このとき、第１のコラムチューブ１２Ａの屈曲箇所としての境界部５５Ａと、第１の軸６の屈曲箇所としての境界部５５とは、軸方向Ｓの位置が概ね一致している。

なお、この構成において、第２のコルゲートチューブ４５を廃止してもよい。
また、図４に示す構成において、第１および第２のコルゲートチューブ４４，４５に代えて、図６に示すように、第１および第２の筒状部５６，５７を設けてもよい。第１の筒状部５６は、相対的に肉厚の厚い高剛性部材であり、相対的に曲げ剛性が高くされている。第２の筒状部５７は、相対的に肉厚の薄い低剛性部材であり、相対的に曲げ剛性が低くされている。第１の筒状部５６の一端の内周面に、第２の筒状部５７の一端の外周面が、スプライン嵌合等により相対摺動可能に嵌合されている。

この構成において、二次衝突が生じ、運転者から、操舵軸３の軸方向Ｓに対して傾斜した方向に、所定値以上の衝撃エネルギが入力されたときには、図７に示すように、第１の衝撃吸収部４１Ａが屈曲するとともに、第２の筒状部５７が屈曲する。
また、３つ以上のコルゲートチューブを重合させることにより、第２の衝撃吸収部４２または４２Ａを形成してもよい。

さらに、操舵軸３の第１および第２のコルゲートチューブ４４，４５に代えて、図８に示す複合コルゲートチューブ６１を用いてもよい。複合コルゲートチューブ６１は、単一の材料を用いて一体に形成されており、相対的に薄肉の薄肉コルゲートチューブ６２と、相対的に厚肉の厚肉コルゲートチューブ６３とを含んでいる。
薄肉コルゲートチューブ６２は、非重合領域５３（図２参照）と同様の形状をなしている。厚肉コルゲートチューブ６３は、重合領域５４（図２参照）と同様の形状をなしている。

薄肉コルゲートチューブ６２および厚肉コルゲートチューブ６３は、互いに連続し且つ互いに肉厚が異なっている。薄肉コルゲートチューブ６２は、第１の衝撃吸収部４１Ｂを構成し、厚肉コルゲートチューブ６３は、第２の衝撃吸収部４２Ｂを構成している。
第１の衝撃吸収部４１Ｂと第２の衝撃吸収部４２Ｂとは、境界部５５Ｂで互いに連続している。

この場合、１つのコルゲートチューブを用いて相異なる衝撃吸収荷重を設定することができると共に部品点数を少なくできる。
なお、第１のコラムチューブ１２Ａの第１および第２のコルゲートチューブ４４Ａ，４５Ａに代えて、上記複合コルゲートチューブ６１と同様の複合コルゲートチューブを用いてもよい。

さらに、本発明は、ステアリングコラムの位置をピボット軸の回りに調整可能なチルト式ステアリング装置に適用でき、また、操舵補助用の電動モータが操舵軸と非同軸に配置されたコラム式電動パワーステアリング装置等の他の電動パワーステアリング装置に適用でき、さらに、操舵補助を行わないマニュアルステアリング装置に適用することができる。

図１は、本発明の一実施の形態に係る衝撃吸収ステアリング装置としての電動パワーステアリング装置の概略構成を示す模式的な断面図である。 図１の要部の拡大図である。 二次衝突のときの動作を示す要部の断面図である。 本発明の別の実施の形態の要部の断面図である。 図４に示す実施の形態に関して、二次衝突のときの動作を示す要部の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の要部の断面図である。 図６に示す実施の形態に関して、二次衝突のときの動作を示す要部の断面図である。 本発明のさらに別の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１…電動パワーステアリング装置（衝撃吸収ステアリング装置）、２…操舵部材、３…操舵軸、４…ステアリングコラム、４０，４０Ａ…衝撃吸収部、４１，４１Ａ，４１Ｂ…第１の衝撃吸収部、４２，４２Ａ，４２Ｂ…第２の衝撃吸収部、４４，４４Ａ…第１のコルゲートチューブ、４５，４５Ａ…第２のコルゲートチューブ、５３…非重合領域、５４…重合領域、６２…薄肉コルゲートチューブ（互いに肉厚の異なるコルゲートチューブの一方）、６３…厚肉コルゲートチューブ（互いに肉厚の異なるコルゲートチューブの他方）。

Claims (3)

1. 操舵部材が連結された第１の軸と、上記第１の軸と同行回転可能に連結された第２の軸とを含む操舵軸と、
   上記操舵軸を回転可能に支持するステアリングコラムと、
   上記第１の軸から上記操舵軸の軸方向の一方に延びる第１の衝撃吸収部と、上記第１の衝撃吸収部と異なる衝撃吸収荷重が設定され、上記第２の軸に当接する第２の衝撃吸収部とを含み、上記操舵軸に設けられ、二次衝突のときに収縮する衝撃吸収部と、
   上記衝撃吸収部から上記軸方向の一方に延び、上記第２の軸に連結される連結部と、
   を含み、
   上記第１の軸、第１の衝撃吸収部および連結部は、単一の部材で一体形成されており、
   上記第１の衝撃吸収部および第２の衝撃吸収部は、境界部で互いに連続しており、上記第１の軸に曲げ荷重が入力されたときに上記第１の衝撃吸収部が上記境界部を支点にして屈曲することで衝撃を吸収することを特徴とする衝撃吸収ステアリング装置。
2. 請求項１において、第１のコルゲートチューブと、第１のコルゲートチューブの一部を覆う第２のコルゲートチューブとを含み、
   上記第１の衝撃吸収部は、第２のコルゲートチューブに覆われていない第１のコルゲートチューブの非重合領域で構成され、第２の衝撃吸収部は、第１および第２のコルゲートチューブの重合領域で構成される衝撃吸収ステアリング装置。
3. 請求項１において、上記第１および第２の衝撃吸収部は、互いに連続し且つ互いに肉厚の異なるコルゲートチューブを含む衝撃吸収ステアリング装置。

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