CN113365898B - 车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以有效地抑制方向盘上产生晃动形式的振动，并且有助于降低低频带和高频带两种振动的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置。通过围绕方向盘的操舵中心(S)而排列的振动阻尼部件(19P，19Q)，将作为阻尼器质量的安全气囊模块(2)安装到方向盘上用以阻尼该方向盘的振动的车辆方向盘结构，其中，振动阻尼部件至少包含以方向盘的中立位置为基准，位于操舵中心上方的第一振动阻尼部件(19P)以及位于该操舵中心下方的第二振动阻尼部件(19Q)，第一振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量被设定为小于第二振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量。

Description

车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置
技术领域
本发明涉及一种可以有效地抑制方向盘上产生的晃动形式的振动，并且有助于降低低频带和高频带两种振动的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置。
背景技术
作为车辆方向盘的减振技术，例如已公开有专利文献1。专利文献1的“方向盘的振动降低结构”以不影响喇叭开关的操作性，而利用动态减震器有效地降低方向盘的振动为课题，通过螺旋弹簧将滑块沿轴方向可移动地支撑在方向盘的支架上，同时通过阻尼弹簧将安全气囊模块沿大致直角的方向可移动地支撑在滑块上。线圈弹簧不会影响安全气囊模块的大致直角方向的振动，因此可将线圈弹簧的弹簧常数设定为适合喇叭开关工作的值，并且，可将阻尼弹簧的弹簧常数设定为适于动态减震器工作的值，从而可以不影响喇叭开关的操作性而通过动态减震器有效地降低方向盘在大致直角方向的振动。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本专利特开2009-202859号公报
发明内容
发明要解决的问题
在方向盘中产生的振动形式有以下2种：(1)在30～50Hz的低频带中由引擎引起的上下振动；(2)在70～90Hz的高频带中的方向盘的变形谐振。
在低频带的振动模式中，如图8所示，方向盘a的振动位移Js和安全气囊模块b的振动位移Jm在上下方向上彼此相反。这样的振动可以通过如背景技术所示的配置在方向盘a和安全气囊模块b之间的动态减震器得到显著的阻尼效果。
与此相对，在高频带的振动模式下，如图9所示，在方向盘a上，在位于经过操舵中心的轴线上的转向轴C的上方和下方产生向车辆前后方向的相反方向的振动位移Ks，从而产生晃动方向盘a的振动。与此同时，安全气囊模块b在转向轴C的上方和下方，在与方向盘的振动位移Ks相反的方向上产生振动位移Km。对于这样的振动则存在如下的课题，即，仅靠如背景技术那样，在位于经过操舵中心的轴线上的转向轴C周围排列相同性能的减震器，不能有效地抑制方向盘a的振动。
本发明是鉴于上述以往的课题而发明的，目的在于提供一种可以有效地抑制方向盘中产生的晃动形式的振动，并且有助于降低低频带和高频带两种振动的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置。
解决问题的方法
本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其为通过围绕方向盘的操舵中心而排列的振动阻尼部件，将成为阻尼器质量的安全气囊模块安装到该方向盘上用以阻尼该方向盘的振动的车辆方向盘结构，其特征在于，所述振动阻尼部件至少包含以所述方向盘的中立位置为基准，位于所述操舵中心上方的第一振动阻尼部件以及位于该操舵中心下方的第二振动阻尼部件，所述第一振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量被设定为小于所述第二振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量。
所述第一振动阻尼部件优选为包含对称配置于操舵中心左右两侧的阻尼橡胶，所述第二振动阻尼部件包括阻尼橡胶，所述第一振动阻尼部件的阻尼橡胶的硬度小于上述第二振动阻尼部件的阻尼橡胶的硬度。
优选为，包含安装在所述方向盘上，分别独立地弹性支撑所述振动阻尼部件的弹簧，弹性支撑所述第一振动阻尼部件的第一弹簧的弹簧常数被设定为小于弹性支撑所述第二振动阻尼部件的第二弹簧的弹簧常数。
优选为，在所述安全气囊模块侧，于所述第二振动阻尼部件的设置高度位置或该设置高度位置附近设置有重锤。所述重锤优选为，代替所述第二振动阻尼部件的设置高度位置，设置于该第二振动阻尼部件的设置高度位置下方。
优选为，所述安全气囊模块具有供安装所述振动阻尼部件的模块基座，该模块基座形成为以所述方向盘的所述中立位置为基准，所述操舵中心的上方区域轻于下方区域。优选为，所述模块基座的上方区域为合成树脂制，所述下方区域为金属制。
本发明所涉及的车辆用方向盘装置，其特征在于，具备上述车辆用方向盘的振动阻尼结构。
发明效果
本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置，可以有效地抑制方向盘中产生的晃动形式的振动，并且有助于降低低频带和高频带两种振动。
附图说明
图1是适用本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构的方向盘的概略立体图。
图2是示出本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置的一个优选实施方式的侧截面图。
图3是图2中，箭头A-A的示意截面图。
图4是示出图2所示的车辆用方向盘的部件构成的拆解立体图。
图5是示出图2所示的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置的变形例的侧截面图。
图6是示出图2所示的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置的其他变形例的部分截面图。
图7是示出图2所示的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置的又一变形例的附板的正视图。
图8是说明车辆用方向盘的低频带中的振动形式的说明图。
图9是说明车辆用方向盘的高频带中的振动形式的说明图。
具体实施方式
以下参照附图对本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构及车辆用方向盘装置的优选实施方式进行详细说明。图1是例示出适用本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构的方向盘1的概略图。
图1示出有方向盘1的整体立体图。并且，在包括图1的以下附图中，假设安装在车辆的未图示的转向轴上的方向盘1的操舵位置为中立位置，而例示出各个方向。
关于操舵位置，“方向盘1的中立位置”是指车辆在向前直行的状态下，在不向方向盘1施加力的情况下处于自然状态时的方向盘1的位置。
对于图1所示的坐标系，Z轴大致为转向轴朝车辆前轮的方向为下，朝方向盘1的方向为上。另外，在与Z轴正交的平面中，将模拟12小时时钟的12点的方向即上方向到6点的方向即下方向设为Y轴，将9点的方向即左方向到3点的方向即右方向设为X轴。另外，从驾驶员侧观看的一侧为正面，其相反侧为背面。
方向盘1设置在车辆的驾驶席上，与转向轴连结，将驾驶员的操舵操作传递给方向盘齿轮等。方向盘1将转向轴作为操舵中心S进行舵角操作。
在后述说明中，“方向盘1的操舵中心S”是指转向轴旋转的中心轴，以下称之转向轴旋转中心轴亦即Z轴方向，和构成安全气囊模块2的模块基座7的附板13、挡圈14、外壳4等所形成的平面交叉的交点及其附近，其中所述交叉优选为正交。
相对于“操舵中心S”，“上”、“下”是指在作为轴线无限延伸的上述转向轴旋转中心轴上的操舵中心S的位置上，当假定包含与该旋转中心轴在水平方向上正交的直线，并在该旋转中心轴方向上扩展的平面即例如图1中的ZX平面时，关于该平面，车辆的顶棚方向为“上”方向，地板方向为“下”方向。
对于“操舵中心S”，“左”、“右”是指在上述转向轴旋转中心轴上的操舵中心S的位置，当假定包含与该旋转中心轴垂直方向正交的直线并在该旋转中心轴方向上扩展的平面即例如图1中的ZY平面时，关于该平面，面向车辆的通常前进方向将左方向设为“左”方向，面向车辆的通常前进方向将右方向设为“右”方向。
关于后述的振动阻尼部件19P、19Q和重锤20，“高度位置”是指从转向轴旋转中心轴的上下方向距离。转向轴旋转中心轴的上下位置根据沿轴向的例如舵角中心S位置和远离舵角中心S的位置而变化。即，在上下方向距离中规定“高度位置”的旋转中心轴的上下位置在轴向上变化。因此，上述“高度位置”因应位于转向轴旋转中心轴的哪个位置而变化。
“弹性模量”表示杨氏模量等材料的特性。“弹簧常数”表示弹簧的硬度。无论哪一个，数值高的一方表示“硬”的性质，数值越低则表示“软”的性质。因此，(第一振动阻尼部件19P)<(第二振动阻尼部件19Q)是指第一振动阻尼部件19P比第二振动阻尼部件19Q软。
如图1至图3所示，在方向盘1的中央安装有紧急时作为驾驶员安全气囊发挥作用的安全气囊模块2。至于该安全气囊模块2随后进行说明，在通常情况下，也起到作为鸣笛时驾驶员进行按压操作的喇叭开关的作用。
安全气囊模块2的驾驶员侧覆盖有作为外观设计面的树脂制喇叭盖3。如图1至图4所示，在喇叭盖3的深处具备构成安全气囊模块的基部的模块基座7。
在喇叭盖3的内部折叠收纳有，安装在模块基座7上，紧急时膨胀展开的安全气囊垫5。在模块基座7上安装有收纳并设置在安全气囊垫5中的充气器6。
当紧急情况下从车辆的传感器发送来信号时，充气器气体从充气器6供给到安全气囊垫5，安全气囊垫5使喇叭盖3破裂并向车室空间膨胀展开，对驾驶员进行约束。
方向盘1的基础部分由金属制的芯棒构件构成。芯棒构件大致包含中央的凸台区域8、驾驶员把持的圆形的轮圈9、以及连接凸台区域8和轮圈9的轮辐10而构成。凸台区域8上连结有转向轴，凸台区域8参照图3等。
安全气囊模块2除了具有作为驾驶员安全气囊的功能之外，还具有如上所述的作为喇叭开关的功能，以及降低方向盘1的振动的功能。以下就实现这些功能的结构进行说明。
如图2至图4所示，安全气囊模块2具有安装有安全气囊垫5和充气器6的模块基座7。
模块基座7包含安装有安全气囊垫5的金属制挡圈14、与挡圈14的背面重叠的金属制附板13、进一步重叠在附板13的背面的金属制外壳4而构成。
在外壳4中形成有3个贯通孔4b，这些贯通孔4b以充气器插入用孔部4a为中央位置，在该充气器插入用孔部4a的周围，围绕方向盘1的操舵中心S即转向轴的旋转中心轴而排列。
在附板13和挡圈14上，形成有与充气器插入用孔部4a连通，并使充气器6位于安全气囊垫5内的孔部13a、14b。
充气器6从外壳4的背面即凸台区域8侧插入到充气器插入用孔部4a中，外周凸缘6s与外壳4抵接。
设置在挡圈14上的螺栓14a贯穿于附板13、外壳4和充气器6的外周凸缘6a，从外壳4的背面紧固螺母15，由此，充气器6和安全气囊垫5被安装在模块基座7上。
在模块基座7上还设置有喇叭盖3。喇叭盖3形成为收纳安全气囊垫5的中空碗状，从外周缘部3a的内侧位置突出形成的筒状部3b由卡止结构18卡止并安装在外壳4上。
安全气囊模块2是在模块基座7上组装安全气囊垫5、充气器6和喇叭盖而构成，并作为阻尼振动的阻尼器质量发挥作用。
附板13形成为封闭外壳4的三个通孔4b，从而构成振动阻尼部件19的安装部分。
振动阻尼部件19由环状的阻尼橡胶11和轴状的销体12构成。阻尼橡胶11被保持在外壳4的各个贯通孔4b中而设置，围绕着操舵中心S而排列。
销体12可滑动自如地插入到阻尼橡胶11上，盘状基端12a从正面抵接于阻尼橡胶11以防止脱落，并且轴状前端I2b安装固定在方向盘1的凸台区域8上。
通过附板13对贯通孔4b进行封锁，安装在凸台区域8上的销体12可滑动的组装在阻尼橡胶11上，且该阻尼橡胶11安装在该贯通孔4b上。通过该结构，安全气囊模块5经由由方向盘1侧的销体12和模块基座7侧的阻尼橡胶11构成的振动阻尼部件19，安装在方向盘1上。
并且，振动阻尼部件19中，销体12向安全气囊模块2侧传递方向盘1的振动，插入销体12的阻尼橡胶11成为振动阻尼元件，并且该安全气囊模块2成为阻尼器质量对方向盘1的振动进行阻尼。
在从外壳4向凸台区域8突出的各个销体12上，分别设置有包围各个销体12的喇叭弹簧即螺旋弹簧17。
喇叭弹簧17的一端安装在凸台区域8上，另一端与外壳4的背面抵接，由此，从方向盘1侧弹性支撑安全气囊模块2，并且在其安装位置分别弹性支撑各振动阻尼部件19。
喇叭弹簧17设置在安全气囊模块2和凸台区域8之间，并确保这些之间的间隙。并且，在进行喇叭操作时，如果驾驶员将安全气囊模块2即喇叭盖3朝向方向盘1按压，则阻尼橡胶11即安全气囊模块2相对于销体12滑动，将喇叭弹簧17压缩。由此，分别设置在安全气囊模块2侧和方向盘1侧的触点被电导通，喇叭鸣响。
当解除安全气囊模块2的按压时，喇叭弹簧17弹性复原，安全气囊模块2后退，由此，触点分离，停止鸣响。
在本发明所涉及的车辆用方向盘的振动阻尼结构以及车辆用方向盘装置的优选实施方式中，如图2和图3所示，振动阻尼部件19以方向盘1的中立位置为基准，在操舵中心S周围排列3个，其中，两个第一振动阻尼部件19P在操舵中心S的上方，在沿着X轴方向的右方向和左方向的3点方向和9点方向侧，分别从操舵中心S向左右靠近而配置，一个第二振动阻尼部件19Q在操舵中心S的下方，在沿着Y轴方向的下方向的6点方向侧，从操舵中心S向下方靠近而配置。第一振动阻尼部件19P优选以等距离从操舵中心S向左右方向配置。
另外，如上所述，各个振动阻尼部件19分别由喇叭弹簧17弹性支撑。第一振动阻尼部件19P由第一喇叭弹簧17P弹性支承，第二振动阻尼部件19Q由第二喇叭弹簧17Q弹性支承。
关于第一和第二振动阻尼部件19P、19Q，第一振动阻尼部件19P所体现的弹簧常数或弹性模量被设定为小于第二振动阻尼部件19Q所体现的弹簧常数或弹性模量。
就本实施方式来讲，第一振动阻尼部件19P为两个，包括对称地配置在操舵中心S的左右两侧的阻尼橡胶11，第二振动阻尼部件19Q包括阻尼橡胶11。并且，第一振动阻尼部件19P的阻尼橡胶11的硬度被设置为小于第二振动阻尼部件19Q的阻尼橡胶11的硬度。
同时，对于第一和第二喇叭弹簧17P、17Q，将第一喇叭弹簧17P的弹簧常数设置为小于第二喇叭弹簧17Q的弹簧常数。
由此，安全气囊模块2被设定为，相对于方向盘1，以中立位置为基准，相比操舵中心S的上方下方的自由度被提高，从而易于移动。
采用这样的构成，在操舵中心S的上下方向上改变自由度，使安全气囊模块2容易从下方向上方移动，从而对向上向下反复被晃动的方向盘1的高频带的振动动作，可以适当地发挥阻尼橡胶11和喇叭弹簧17的作用来进行振动阻尼。
详细而言，在高频带的振动模式下，方向盘1在转向轴的旋转中心轴即操舵中心S的上方和下方，产生向车辆前后方向的相反方向振动位移，产生晃动该方向盘的振动，随之，安全气囊模块2对诸如在转向轴的上方和下方，在与方向盘1的振动位移相反的方向上进行振动位移的振动方式进行有效的阻尼。
在一个示例中，将第一振动阻尼部件19P的阻尼橡胶的肖氏硬度H1设为18-35Hs，优选为25Hs，将第二振动阻尼部件19Q的阻尼橡胶的肖氏硬度H2设为30-65HS，优选为50Hs(H1<H2)，并且将第一喇叭弹簧17P的弹簧常数L1设为10-25N优选为12N，将第二喇叭弹簧17Q的弹簧常数L2设为15-35N，优选为18N(L1<L2)等。
只要硬度和弹簧常数满足H1<H2及L1<L2的关系，则可进行任意设定。另一方面，上述低频带的振动可以通过振动阻尼部件19来降低。
图5至图7是示出了在上述实施方式中组合其他振动阻尼结构的变形例。总的来说，安全气囊模块2构成为，以方向盘1的中立位置为基准，使方向盘1的操舵中心S的上方区域比下方区域轻。
在图5所示的变形例中，为了调整振动阻尼特性，在安全气囊模块2中设置有重锤20。
为降低在上述方向盘1的上方和下方向车辆前后方向的相反方向上，晃动该方向盘1的高频带的振动，重锤20以方向盘1的中立位置为基准，被设置在位于操舵中心S下方的振动阻尼部件19的设置高度位置或该设置高度位置附近。
在图示例中，振动阻尼部件19的任意一个在从操舵中心S的下方，沿着V轴方向的下方向的6点方向侧，从操舵中心S向下方靠近而配置，重锤20与该振动阻尼部件19的设置高度位置相对应而设置。
在图中，重锤20放置在喇叭盖3的筒状部3b上，并与附板13接合而设置，同时被固定在喇叭盖3的外周缘部3a和筒状部3b之间的间隙中。
设置重锤20的地方只是一个示例，以方向盘1的中立位置为基准，只要是位于操舵中心S下方的振动阻尼部件19的设置高度位置或者该设置高度位置附近，则设置在任意位置都可以。
另外，不限于喇叭盖3或附板13，也可以设置在外壳4上。
通过将安全气囊模块2设定为方向盘1的操舵中心S的上方区域比下方区域轻，具体来说，通过在操舵中心S的下方设置重锤20可以适当地降低向上向下反复被晃动的方向盘1的高频带的振动动作。
通过将重锤20设置在振动阻尼部件19的设置高度位置上，可以抑制振动阻尼部件19在高频带上的作用，可以很好地实现调谐。
另一方面，上述低频带的振动可以通过振动阻尼部件19来降低。
在图6所示的变形例中，重锤20代替振动阻尼部件19的设置高度位置，设置在振动阻尼部件19的设置高度位置的下方。由此，能够增加方向盘1振动时的重锤20的惯性作用，即使减轻重锤20的重量，也能得到相当的振动降低效果。
另外，由于振动阻尼部件19和重锤20的设置高度位置不同，所以与上述实施方式不同，能够使重锤20的振动降低作用，也作用于振动阻尼部件19的低频带的振动，同时也能够将振动阻尼部件19的振动降低作用也作用于重锤20的高频带的振动。
在图7所示的变形例中，模块基座7以方向盘1的中立位置为基准，形成为操舵中心S的上方区域比下方区域轻。在该变形例中，振动阻尼部件19的排列则无关紧要。
如上所述，模块基座7包括挡圈14、附板13和外壳4而构成。
这些挡圈14等所有部件，或这些部件中的至少一个，形成为操舵中心S的上方区域的重量比下方区域的重量轻。重量的轻重可以通过改变材料或改变构件尺寸等以往已知的任何方法。
例如，如图7所示，附板13的上方区域即上半部分13b是较轻的合成树脂制，下部区域即下半部分13c是较重的金属制。在由合成树脂和金属的组合构成附板13等部件的情况下，可以通过模具内成型等进行一体形成。
即使是这样的变形例，当然也可发挥与上述实施方式或变形例同样的作用效果。
另外，在图7的变形例中说明的对于模块基座7的上方区域和下方区域的重量变更，可以以上述实施方式为基础，与设置图5和图6所示的重锤20的变形例组合采用。
通过这样的构成，能够容易且自由地对振动阻尼对象的频率进行调谐，能够适当地降低方向盘的振动。
以上所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构以及车辆用方向盘装置是本发明的优选示例，除此之外的实施方式也可以以各种方法来实施或执行。特别是，只要在本专利申请说明书中没有记载限定的内容，本发明就不受附图中所示的详细部件的形状、大小和结构布置等的制约。此外，本专利申请说明书中所用的表述和用语，只是旨在进行说明而已，只要没有记载特别限制的内容，就不局限于此。
符号说明
1…方向盘 2…安全气囊模块
7…模块基座 11…阻尼橡胶
13…附板 13b…附板的上方区域
13c…附板的下方区域 17…喇叭弹簧
17P…第一喇叭弹簧 17Q…第二喇叭弹簧
19…振动阻尼部件 19P…第一振动阻尼部件
19Q…第二振动阻尼部件 20…重锤
S…方向盘的操舵中心

Claims (8)

1.一种车辆用方向盘的振动阻尼结构，其通过围绕方向盘的操舵中心而排列的振动阻尼部件，将成为阻尼器质量的安全气囊模块安装到该方向盘上用以阻尼该方向盘的振动，
该车辆用方向盘的振动阻尼结构的特征在于，
所述振动阻尼部件至少包含以所述方向盘的中立位置为基准，位于所述操舵中心上方的第一振动阻尼部件以及位于该操舵中心下方的第二振动阻尼部件，
所述第一振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量被设定为小于所述第二振动阻尼部件的弹簧常数或弹性模量。
2.如权利要求1所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
所述第一振动阻尼部件包含对称配置于操舵中心左右两侧的阻尼橡胶，
所述第二振动阻尼部件包括阻尼橡胶，
所述第一振动阻尼部件的阻尼橡胶的硬度小于所述第二振动阻尼部件的阻尼橡胶的硬度。
3.如权利要求1或2所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
包含安装在所述方向盘上，分别弹性支撑所述振动阻尼部件的弹簧，
弹性支撑所述第一振动阻尼部件的第一弹簧的弹簧常数被设定为小于弹性支撑所述第二振动阻尼部件的第二弹簧的弹簧常数。
4.如权利要求1至3中任一项所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
在所述安全气囊模块侧，于所述第二振动阻尼部件的设置高度位置或该设置高度位置附近设置有重锤。
5.如权利要求4所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
代替所述第二振动阻尼部件的设置高度位置，所述重锤设置于该第二振动阻尼部件的设置高度位置的下方。
6.如权利要求1至5中任一项所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
所述安全气囊模块具有供安装所述振动阻尼部件的模块基座，该模块基座形成为以所述方向盘的所述中立位置为基准，所述操舵中心的上方区域轻于下方区域。
7.如权利要求6所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构，其特征在于，
所述模块基座的上方区域为合成树脂制，所述下方区域为金属制。
8.一种车辆用方向盘装置，该车辆用方向盘装置的特征在于，
具备权利要求1至7中任一项所述的车辆用方向盘的振动阻尼结构。
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