JP2002079944A - 衝撃吸収式ステアリングコラム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エアバッグ展開時における運転者の安全性を
向上させた衝撃吸収式ステアリングコラム装置を提供す
る。 【解決手段】 自動車が走行を開始すると、ＥＣＵ３７
は、測距センサ３９の検出信号に基づき、ステアリング
ホイール１１と運転者２１との間隔Ｌを繰り返し算出す
る。そして、運転者２１が小柄な女性等の場合に間隔Ｌ
が所定値以下であった場合、ＥＣＵは、インフレータ５
９に点火電流を供給する。すると、インフレータ５９が
瞬時に大量の窒素ガスを発生し、ガスシリンダ５３内の
ピストン５５を前進させる。これにより、ロッド５７を
介してピストン５５に連結されたディスタンスブラケッ
ト４５も前方に引き寄せられ、アウタコラム４１がステ
アリングホイール１１と伴に所定量前進する。同時に、
ＥＣＵは、可変式衝突エネルギ吸収機構４９による衝撃
エネルギの吸収量を小さく設定し、ステアリングコラム
７のコラプス作動が円滑に行われるようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、衝撃吸収式ステア
リングコラム装置に係り、詳しくは、エアバッグ展開時
における運転者の安全性を向上させる技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車が他の自動車や建造物等に衝突し
た場合、運転者が慣性でステアリングホイールに二次衝
突することがある。近年の乗用車等では、このような場
合における運転者の受傷を防止するべく、衝撃吸収式ス
テアリングシャフトや衝撃吸収式ステアリングコラム装
置の他、ＳＲＳエアバッグ（以下、単にエアバッグと記
す）も広く採用されている。衝撃吸収式ステアリングコ
ラム装置は、運転者が二次衝突した際にステアリングコ
ラムがステアリングシャフトと共に離脱するもので、通
常はステアリングシャフトと同時にコラプスし、その際
に衝撃エネルギの吸収が行われる。特公昭４６−３５５
２７号公報等に記載されたように、アウタコラムとイン
ナコラムとの間に金属球を介装させ、コラプス時にアウ
タコラムの内周面やインナコラムの外周面に塑性溝を形
成させるボール式等が多く用いられている。また、エア
バッグは、ナイロン布等を素材とするバッグをステアリ
ングパッド等に収納し、衝突時にガス発生装置（インフ
レータ）を用いて展開・膨張させるものであり、ステア
リングホイールへの運転者の激突を防止する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エアバッグ
は、衝突時における加速度センサ等の出力信号に基づき
ごく短時間で展開・膨張するが、このことに起因して次
のような問題が生じていた。通常、エアバッグの容量
（膨張時体積）は、標準的な体格の運転者が標準的な姿
勢で自動車を運転することを前提として設定されてい
る。しかしながら、運転者が腕の長さの短い小柄な女性
等である場合、ステアリングコラムを引き寄せたりシー
トを前進させることにより、ステアリングホイールと運
転者との間隔が所期の値より小さくなりがちである。こ
の状態で、自動車の衝突によってエアバッグが急激に展
開すると、エアバッグの後面が運転者の顔面や胸を強打
することになり、眼鏡装用者等では予期しない受傷を被
る虞がある。一般に、ステアリングホイールと運転者の
体との間隔については、米国のＮＨＴＳＡ（NationalHi
ghway Traffic Safety Administration）の衝突試験報
告等に記載されているように、２５．４ｃｍ（１０イン
チ）以上あることが望ましいとされている。本発明は、
上記状況に鑑みなされたもので、エアバッグ展開時にお
ける運転者の安全性を向上させた衝撃吸収式ステアリン
グコラム装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、請求項１の発明
では、上記課題を解決するべく、車両の衝突時における
運転者の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネルギ吸収
手段を有する衝撃吸収式ステアリングコラム装置であっ
て、運転者に対してステアリングコラムを退避動させる
コラム駆動手段と、前記衝突エネルギ吸収手段による前
記二次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収
量調整手段との少なくとも一方を備え、運転者とステア
リングホイールとの間隔に応じ、前記コラム駆動手段と
前記エネルギ吸収量調整手段との少なくとも一方を駆動
制御するものを提案する。

【０００５】この発明では、例えば、電子駆動制御ユニ
ットは、測距センサの出力に基づきステアリングホイー
ルと運転者との間隔を所定値以下と判定すると、衝突の
瞬間にコラム駆動手段を駆動制御してステアリングコラ
ムを前進させ、ステアリングホイールと運転者との間隔
を増大させ、同時にエネルギ吸収量調整手段を駆動制御
して二次衝突エネルギの吸収量を小さくして、ステアリ
ングコラムが比較的小さな荷重でコラプスするようにす
る。

【０００６】また、請求項２の発明では、車両の衝突時
における運転者の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネ
ルギ吸収手段を有する位置調整式の衝撃吸収式ステアリ
ングコラム装置であって、運転者に対してステアリング
コラムを退避動させるコラム駆動手段と、前記衝突エネ
ルギ吸収手段による前記二次衝突エネルギの吸収量を変
化させるエネルギ吸収量調整手段との少なくとも一方を
備え、前記ステアリングコラムの運転者に対する位置に
応じ、前記コラム駆動手段と前記エネルギ吸収量調整手
段との少なくとも一方を駆動制御するものを提案する。

【０００７】この発明では、例えば、電子駆動制御ユニ
ットは、ステアリングコラムのチルトやテレスコピック
の位置検出センサやシートポジションセンサ等の出力に
基づきステアリングホイールと運転者との間隔を所定値
以下と判定すると、衝突の瞬間にコラム駆動手段を駆動
制御してステアリングコラムを前進させ、ステアリング
ホイールと運転者との間隔を増大させ、同時にエネルギ
吸収量調整手段を駆動制御して二次衝突エネルギの吸収
量を小さくして、ステアリングコラムが比較的小さな荷
重でコラプスするようにする。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は、第１実施形態に係る乗用車
の車室を示す側面図であり、同図中の符号１はステアリ
ング装置を示している。ステアリング装置１は、車体側
メンバ２にチルトブラケット３とロアブラケット５とを
介して取り付けられたステアリングコラム７と、ステア
リングコラム７内に回動自在に保持されたアッパステア
リングシャフト９と、アッパステアリングシャフト９の
上端に装着されたステアリングホイール１１と、アッパ
ステアリングシャフト９の下端にユニバーサルジョイン
ト１３を介して連結されたロアステアリングシャフト１
５等から構成されている。図中、符号１７で示した部材
はステアリングホイール１１の中央部に設けられたステ
アリングパッドであり、エアバッグやエアバッグ展開用
のインフレータ等が収納されている。また、符号１９で
示した部材はコラムカバーであり、符号２０で示した部
材はチルトレバーである。

【０００９】このステアリング装置では、運転者がステ
アリングホイール１１を回転させると、アッパステアリ
ングシャフト９およびロアステアリングシャフト１５を
介して、その回転力が図示しないステアリングギヤに伝
達される。ステアリングギヤ内には、回転入力を直線運
動に変換するラックアンドピニオン機構等が内蔵されて
おり、タイロッド等を介して車輪の舵角が変動して操舵
が行われる。尚、ステアリングギヤには、ラックアンド
ピニオン式の他、ボールスクリュー式やウォームローラ
式等、種々の形式が公知である。

【００１０】運転者２１は、フロアパン２３に取り付け
られた運転席側のシート２５に着座し、シートベルト２
７によってシート２５に拘束されている。シート２５
は、フロアパン２３に固定されたシートレール２９に沿
って前後に移動すると共に、運転者の乗車姿勢に対応し
てバックレスト３１の角度等も調整可能となっている。
ダッシュパネル３３とインスツルメントパネル３５との
間にはＥＣＵ（電子制御装置）３７が設置される一方、
ステアリングパッド１７にはエアバッグ等と干渉しない
部位に運転者２１との間隔を計測する赤外線式あるいは
超音波式の測距センサ３９が内蔵されており、測距セン
サ３９の検出信号はＥＣＵ３７に伝達される。尚、測距
センサ３９は、インスツルメントパネル３５やヘッドラ
イニング前端（図示せず）等に設置するようにしてもよ
い。また、ＥＣＵ３７には、エアバッグの展開や燃料ラ
インのカットに供される図示しない衝撃センサが接続さ
れている。

【００１１】図２はステアリングコラム７の側面図であ
り、図３は図２中のＡ部拡大図であり、図４は図３中の
Ｂ矢視図である。これらの図に示したように、ステアリ
ングコラム７は、共に鋼管製のアウタコラム４１および
インナコラム４３と、アウタコラム４１に溶接接合され
たディスタンスブラケット４５と、コラム引込機構４７
と、衝突エネルギ吸収機構４９とを主要構成要素として
いる。本実施形態の場合、ディスタンスブラケット４５
は、チルトブラケット３に保持されると共に、所定の前
方荷重が作用した場合にはチルトブラケット３と伴に車
体側メンバ２から前方に離脱する。図２中、符号５０で
示した部材は、アルミ合金等を素材とするカプセルであ
り、樹脂インジェクションによりチルトブラケット３に
所定の締結力をもって固定されている。また、符号５１
で示した部材は、ロアブラケット５とインナコラム４３
との間に介装されたラバーブッシュであり、チルト時に
おけるステアリングコラム７の揺動を吸収する。

【００１２】図２に示したように、コラム引込機構４７
は、ロアブラケット５に嵌入・固着されたガスシリンダ
５３と、ガスシリンダ５３内に衝動自在に保持されたピ
ストン５５と、その両端がピストン５５とディスタンス
ブラケット４５とに連結されたロッド５７と、ガスシリ
ンダ５３の後部上面に取り付けられたインフレータ５９
とから構成されている。インフレータ５９は、ＥＣＵ３
７に接続しており、ＥＣＵ３７からの点火電流により着
火し、窒素ガスをガスシリンダ５３内のピストン５５後
部に供給する。尚、ロッド５７の後端はフック５８とな
っており、ディスタンスブラケット４５に固着された係
止ピン６０に係合している。

【００１３】一方、図３，図４に示したように、衝突エ
ネルギ吸収機構４９は、アウタコラム４１とインナコラ
ム４３との間に介装された第１金属球保持筒６１と、こ
の第１金属球保持筒６１の前方に配設された第２金属球
保持筒６３と、第２金属球保持筒６３の係止を行う保持
筒係止装置６５とを主要構成部材としている。

【００１４】第１金属球保持筒６１および第２金属球保
持筒６３は、共に合成樹脂や焼結含油合金等を素材とし
ており、それぞれに鋼球６７，６９を回転自在に保持し
ている。本実施形態の場合、第１金属球保持筒６１と第
２金属球保持筒６３とは図示しない係合爪により所定の
係合力で結合しているが、樹脂製剪断ピン等により結合
されていてもよい。

【００１５】鋼球６７，６９は、その外径がアウタコラ
ム４１とインナコラム４３との間隙より所定量大きく設
定されており、アウタコラム４１とインナコラム４３と
が軸方向に相対移動する際に両コラム３，５の内周面や
外周面に塑性溝を形成する。尚、第１金属球保持筒６１
側の鋼球６７と第２金属球保持筒６３側の鋼球６９と
は、回転方向で角度位相が異なっている。

【００１６】保持筒係止装置６５は、アウタコラム４１
に固着されたアルミ合金製のハウジング７１と、ハウジ
ング７１に保持されてＥＣＵ３７に駆動制御されるプッ
シュ型の電磁アクチュエータ（以下、ソレノイドと記
す）７３と、ソレノイド７３のプランジャ７５の先端に
形成された係止突起７７と、プランジャ７５を図４中右
方に付勢する圧縮コイルスプリング７９等からなってい
る。第２金属球保持筒６３には貫通孔８１が形成されて
おり、プランジャ７５の突出時にこの貫通孔８１に係止
突起７７が嵌入する。

【００１７】本実施形態の場合、ハウジング７１には後
部にスリット８３が形成されており、ボルト８５を締め
込むことによりハウジング７１がアウタコラム４１に固
着される。また、ハウジング７１には位置決め突起８７
が形成されており、この位置決め突起８７の内側端がア
ウタコラム４１に形成された係止孔（図示せず）に嵌入
することにより、ハウジング７１のアウタコラム４１に
対する位置決めおよび回転防止がなされる。尚、アウタ
コラム４１へのハウジング７１の固定にあたっては、ハ
ウジング７１をその内径がアウタコラム４１の外径より
所定量小さい円筒形状としたうえで、アウタコラム４１
に圧入する方法を採ってもよい。

【００１８】以下、第１実施形態の作用を述べる。自動
車が走行を開始すると、ＥＣＵ３７は、測距センサ３９
の検出信号に基づき、ステアリングホイール１１と運転
者２１との間隔Ｌを繰り返し算出する。そして、運転者
２１が比較的体重の小さい小柄な女性等の場合に間隔Ｌ
が所定値（例えば、３０ｃｍ）以下となった場合、ＥＣ
Ｕ３７は、衝突エネルギ吸収機構４９のソレノイド７３
に駆動電流を出力し、図５に示したように、圧縮コイル
スプリング７９の付勢力に抗してプランジャ７５を同図
中で上方に移動させ、これにより、係止突起７７が第２
金属球保持筒６３の貫通孔８１に嵌入する。

【００１９】この状態で、自動車が他の自動車や路上の
障害物に衝突した場合、ＥＣＵ３７は、前述した衝撃セ
ンサの出力信号により自動車の衝突を判定し、コラム引
込機構４７のインフレータ５９に点火電流を供給する。
すると、インフレータ５９が瞬時に大量の窒素ガスを発
生し、図６に示したように、ガスシリンダ５３内のピス
トン５５を前進させる。これにより、ロッド５７を介し
てピストン５５に連結されたディスタンスブラケット４
５も前方に引き寄せられ、チルトブラケット３がカプセ
ル５０（すなわち、車体メンバ２）から前方に離脱し、
アウタコラム４１がステアリングホイール１１と伴に所
定量前方に引き込まれることになる。したがって、エア
バッグが展開・膨張しても、従来装置に較べてステアリ
ングホイール１１と運転者２１との間隔が十分大きい
（３０ｃｍ以上）ため、エアバッグの後面が運転者２１
の顔面や胸を強打することがなくなり、眼鏡装用者等で
あってもエアバッグによる予期しない受傷を被る虞が殆
どなくなるのである。

【００２０】また、エアバッグの収縮後、運転者２１
は、その慣性によってステアリングホイール１１に二次
衝突し、ステアリングホイール１１が前方に押し付けら
れる。すると、図７，図８に示したように、アウタコラ
ム４１が引き込まれた後の余裕ストロークの分だけイン
ナコラム４３がアウタコラム４１内に進入することで、
ステアリングコラム７がコラプスを開始し、この際に
は、ロッド５７のフック５８からディスタンスブラケッ
ト４５の係止ピン６０が前方に離脱することで、コラム
引込機構４７とアウタコラム４１との連結が断たれる。

【００２１】ステアリングコラム７がコラプスする際、
衝突エネルギ吸収機構４９の第２金属球保持筒６３がプ
ランジャ７５の係止突起７７により係止されているた
め、第１金属球保持筒６１と一体に前進できず（係止爪
等による係合力に打ち勝って両金属球保持筒６１，６３
が分離し）、第１金属球保持筒６１側の鋼球６７による
塑性溝のみが形成され、衝撃エネルギの吸収量が比較的
小さくなる。その結果、運転者２１の体重が小さい場合
にも、ステアリングコラム７のコラプスが円滑に行わ
れ、運転者の胸部や頭部に大きな衝撃が加わることがな
くなる。図９中の破線はこの際（小コラプス荷重時）の
試験結果を示している。

【００２２】一方、運転者２１が比較的体重の大きな大
柄な男性等で間隔Ｌが所定値より大きくなった場合、Ｅ
ＣＵ５３は、衝突エネルギ吸収機構４９のソレノイド７
３に駆動電流を出力せず、図４に示したように、圧縮コ
イルスプリング７９の付勢力によってプランジャ７５が
同図中で下方に位置したままとなり、係止突起７７は第
２金属球保持筒６３の貫通孔８１に嵌入しない。

【００２３】この状態で、自動車が他の自動車や路上の
障害物に衝突した場合、ＥＣＵ３７は、衝撃センサの出
力信号により自動車の衝突を判定しても、コラム引込機
構４７のインフレータ５９に点火電流を供給しない。そ
のため、ステアリングホイール１１と運転者２１との間
隔は当初のままとなり、標準的な体格の運転者２１が標
準的な姿勢で運転をしていても、エアバッグが運転者２
１の体を効果的に保護する。

【００２４】また、この際には衝突エネルギ吸収機構４
９の第１金属球保持筒６１と第２金属球保持筒６３とが
連結されているため、図１０に示したように、両金属球
保持筒６１，５３は一体となって、インナコラム４３の
移動量の半分の移動量をもって、アウタコラム４１とイ
ンナコラム４３との間を前進する。これにより、アウタ
コラム４１の内周面とインナコラム４３の外周面とに
は、第１金属球保持筒６１側の鋼球６７と第２金属球保
持筒６３側の鋼球６９とによる塑性溝がそれぞれ形成さ
れ、比較的大きな衝撃エネルギの吸収が実現されること
になる。図９中の実線はこの際（大コラプス荷重時）の
試験結果を示している。

【００２５】図１１は、本発明の第２実施形態に係る乗
用車の車室を示す側面図である。第２実施形態では、ス
テアリング装置の機構自体は上述した第１実施形態と同
一の構成が採られているが、運転者の姿勢を検出するた
めの方法が異なっている。すなわち、ステアリングコラ
ム７のチルトおよびテレスコピックの状態を検出するコ
ラム位置センサ９１と、シート２５の前後位置を検出す
るシートポジションセンサ９３と、シートベルト２７の
引出量を検出するシートベルト引出量センサ９５と、バ
ックレスト３１の角度を検出するシートアングルセンサ
９７とのうち少なくとも一つが設けられており、それら
がＥＣＵ３７に接続されている。第２実施形態では、Ｅ
ＣＵ３７は、センサ９１，９３，９５，９７の出力信号
に基づいてステアリングホイール１１と運転者２１との
間隔Ｌを推定し、第１実施形態と同様にコラム引込機構
４７と衝突エネルギ吸収機構４９とを駆動制御する。

【００２６】以上で具体的実施形態の説明を終えるが、
本発明の態様は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、両実施形態では、ロッドのフックをディスタン
スブラケットの係止ピンに係合させることで、ステアリ
ングコラムのコラプス時にコラム引込機構とアウタコラ
ムとの連結を断たせるようにしたが、フックに代えてコ
ラプス時に破断する合成樹脂製のピン等を用いてもよ
い。また、両実施形態ではコラム引込機構と衝突エネル
ギ吸収機構との双方を備えるようにしたが、いずれか一
方のみを備えるようにしてもよい。また、ステアリング
装置の全体構成をはじめ、コラム引込機構や衝突エネル
ギ吸収機構の具体的構造についても、本発明の主旨を逸
脱しない範囲で適宜変更可能である。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る衝撃吸
収式ステアリングコラム装置によれば、車両の衝突時に
おける運転者の二次衝突エネルギを吸収する衝突エネル
ギ吸収手段を有する衝撃吸収式ステアリングコラム装置
であって、運転者に対してステアリングコラムを退避動
させるコラム駆動手段と、前記衝突エネルギ吸収手段に
よる前記二次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネル
ギ吸収量調整手段との少なくとも一方を備え、運転者と
ステアリングホイールとの間隔や前記ステアリングコラ
ムの運転者に対する位置に応じ、前記コラム駆動手段と
前記エネルギ吸収量調整手段との少なくとも一方を駆動
制御するようにしたため、運転者が小柄な女性等の場合
にも、衝突時におけるステアリングホイールと運転者と
の間隔を適正化することが可能となり、展開・膨張した
エアバッグの後面が運転者の顔面や胸を強打することが
なくなる他、コラプス荷重を減少させることにより、コ
ラプシブルコラムのコラプスを適切に行わせることが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態に係る乗用車の車室内を示す側面
図である。

【図２】ステアリングコラムの側面図である。

【図３】図２中のＡ部拡大図である。

【図４】図３中のＢ矢視図である。

【図５】衝突エネルギ吸収機構の作動を示す説明図であ
る。

【図６】コラム引込機構の作動を示す説明図である。

【図７】衝突エネルギ吸収機構の作動を示す説明図であ
る。

【図８】衝突エネルギ吸収機構の作動を示す説明図であ
る。

【図９】アウタコラムの移動ストロークとコラプス荷重
との関係を示すグラフである。

【図１０】衝突エネルギ吸収機構の作動を示す説明図で
ある。

【図１１】第２実施形態に係る乗用車の車室内を示す側
面図である。

【符号の説明】

１‥‥ステアリング装置 ３‥‥チルトブラケット ５‥‥ロアブラケット ７‥‥ステアリングコラム １１‥‥ステアリングホイール ２１‥‥運転者 ２５‥‥シート ３７‥‥ＥＣＵ ３９‥‥測距センサ ４１‥‥アウタコラム ４３‥‥インナコラム ４５‥‥ディスタンスブラケット ４７‥‥コラム引込機構 ４９‥‥衝突エネルギ吸収機構 ５３‥‥ガスシリンダ ５５‥‥ピストン ５７‥‥ロッド ５９‥‥インフレータ ６１‥‥第１金属球保持筒 ６３‥‥第２金属球保持筒 ６５‥‥保持筒係止装置 ６７，６９‥‥鋼球 ７１‥‥ハウジング ７３‥‥電磁アクチュエータ ７５‥‥プランジャ ７７‥‥係止突起 ７９‥‥圧縮コイルスプリング ８１‥‥貫通孔 ９１‥‥コラム位置センサ ９３‥‥シートポジションセンサ ９５‥‥シートベルト引出量センサ ９７‥‥シートアングルセンサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両の衝突時における運転者の二次衝突エ
   ネルギを吸収する衝突エネルギ吸収手段を有する衝撃吸
   収式ステアリングコラム装置であって、 運転者に対してステアリングコラムを退避動させるコラ
   ム駆動手段と、前記衝突エネルギ吸収手段による前記二
   次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収量調
   整手段との少なくとも一方を備え、 運転者とステアリングホイールとの間隔に応じ、前記コ
   ラム駆動手段と前記エネルギ吸収量調整手段との少なく
   とも一方を駆動制御することを特徴とする衝撃吸収式ス
   テアリングコラム装置。
2. 【請求項２】車両の衝突時における運転者の二次衝突エ
   ネルギを吸収する衝突エネルギ吸収手段を有する位置調
   整式の衝撃吸収式ステアリングコラム装置であって、 運転者に対してステアリングコラムを退避動させるコラ
   ム駆動手段と、前記衝突エネルギ吸収手段による前記二
   次衝突エネルギの吸収量を変化させるエネルギ吸収量調
   整手段との少なくとも一方を備え、 前記ステアリングコラムの運転者に対する位置に応じ、
   前記コラム駆動手段と前記エネルギ吸収量調整手段との
   少なくとも一方を駆動制御することを特徴とする衝撃吸
   収式ステアリングコラム装置。