JP4107219B2 - 電動チルト付ステアリングの振動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車体側に固定された固定コラムの先端部に上下方向に傾動自在に連結された可動コラムの傾動動作によりステアリングの上下位置が調節されるチルト機構を備えたステアリングにおける振動入力を抑制する振動制御装置に係り、特にステアリングの上下位置の調節が電動モータの駆動により行われる電動チルト付ステアリングの振動制御装置に関する。

自動車のステアリングは、一方の端部である固定コラム側で車体に支持された略片持ち支持構造であるため、通常エンジンのアイドリング周波数に相当する略３０〜５０Ｈｚ程度の低い周波数帯域に共振をもっている。そのため、ステアリングは、この固有の共振周波数の起振力で大きく振動することになり、エンジンのアイドリング時等において生じるステアリング振動として問題になっている。このようなステアリング振動に対しては、その固有の共振周波数を上記低周波数帯域からより高い周波数帯域にずらせる方法がある。それによれば、ステアリングの取付剛性を高めたり、あるいはステアリングにダイナミックダンパを設定したりされている。

ところで、近年のステアリングには、その上下位置や前後位置の調整を電動式で行う電動チルト機構や電動テレスコ機構を備えたものが普及してきているが、これらの電動機構によりステアリングの質量が増加することとなり、そのため上記共振周波数を高めることが困難になっている。また、テレスコ機構を搭載したステアリングについては、ユーザによるテレスコの調整のたびに、上記共振周波数が変化するため、単一のダイナミックダンパでは振動抑制効果が得られ難いという問題がある。

例えば、特許文献１に示すように、アッパーシャフトに上側が小径になる円錐面を軸周面に形成し、アッパーシャフトの外側にあるステアリングチューブに固着されたホルダが弾性体を支持し、弾性体の一端には円錐面に摺接する摺接部位が固着され、他端には質量体が固着されて、ホルダと質量体との間に変形有効間隔を置いた振動抑制装置が知られている。この振動抑制装置によれば、アッパーシャフトの上下方向への移動に伴って、弾性体が進退して変形有効間隔がステアリングシャフトの長さに比例して変化する。そのため、ダイナミックダンパは、弾性体のばね定数の変化に基づいて振動周波数が変化し、これによってステアリングシャフトの長さを変えても、これに対応してダイナミックダンパの振動周波数を自動的に調整することができる、というものである。
特開平６−１０７１８６

また、特許文献２に示すように、ステアリングコラム又はステアリングホイールに対してマス部材をばね部材で弾性的に支持せしめることによって構成されたダイナミックダンパを互いに独立して複数設けて、各ダイナミックダンパの固有振動数を、ステアリングホイールにおける固有振動数のステアリングコラムの伸縮に伴う周波数変化幅の中央値を挟んだ低周波数側と高周波数側の両方で周波数変化幅の領域内にそれぞれ少なくとも１つ存在するように設定したダイナミックダンパ装置が知られている。このダイナミックダンパ装置においては、少ないダイナミックダンパの装着数で、テレスコピックステアリングコラムの伸縮に伴って変化するステアリングホイールの固有振動に対して有効な振動抑制効果が得られるというものである。
特開２００３−４０１１２

しかし、上記ステアリング装置の振動抑制装置は、別部材としてステアリングチューブに取り付けられるものであり、また上記ダイナミックダンパ装置も、別部材としてステアリングホイール等に取り付けられるもので、いずれも部材コストを要すると共に、取り付けの手間も必要になり、ステアリングのコストが高価になるという問題がある。

本発明は、上記した問題を解決しようとするもので、電動チルト機構を備えたステアリングにおける低周波数のステアリング振動を簡易かつ安価に抑制できる電動チルト付ステアリングの振動制御装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明の構成上の特徴は、車室側に突出した先端にステアリングホイールが取り付けられたステアリングシャフトが回動自在に挿通される下側の固定コラムと上側の可動コラムを備え、可動コラムが固定コラムの先端に上下方向に傾動自在に連結され、固定コラム側にて車体に固定されており、電動モータの駆動により可動コラムの傾動動作が行われて可動コラムの上下位置が調節される電動チルト付ステアリングにおいて、車両のエンジンの動作に同期した信号に基づいてステアリングへの振動入力を抑制する制御周波数及び制御位相を備えた制御信号を求め、制御信号を電動モータの駆動部に加えることにより電動モータから固定コラムに振動を加え、振動によりステアリングに加えられた振動入力を抑制することにある。

上記のように構成した本発明においては、ステアリングの電動チルトを駆動する電動モータの駆動部に、車両のエンジンの動作に同期した信号に基づいて求められた制御周波数及び制御位相を備えた制御信号を加えることにより、電動モータが駆動されてステアリングの固定コラムに振動が加えられる。この電動モータからの振動により、ステアリングに加えられたエンジンのアイドル振動等に基づく低周波数の振動入力が有効に抑えられる。また、ステアリングの電動チルトを駆動するための電動モータを振動入力の抑制にそのまま利用することができるため、振動抑制のために別部材を用意する必要がないので、そのための部材コスト及び部材取り付けの手間も不要となる。

また、本発明において、ステアリングに振動検出手段を取り付け、振動検出手段による振動検出結果を用いて、適応制御法に基づいて更新された制御信号により電動モータの駆動制御を行うことができる。このように、振動検出手段による振動検出結果に応じて、適応制御法に基づいて更新された制御信号により電動モータの駆動制御を行うことにより、ステアリングに入力された振動に応じて適正にこれを抑制することができる。

また、本発明において、制御信号に基づいて車両に設けた加振装置を駆動制御することにより、エンジンから車体に伝播する振動を抑制することができる。このように、ステアリングへの振動入力の抑制と共に、制御信号に基づいて、電動モータの駆動制御を行って車両のエンジンから車体に伝播する振動を抑制することができるので、制御装置のより有効な活用が図られる。

また、本発明において、加振装置を、エンジンを防振支持するエンジンマウントに設けられたものとすることができる。このように、エンジン自体の振動を抑制するようにしたことにより、車体へ伝播する振動をより確実に抑えることができる。

本発明によれば、ステアリングの電動チルトを駆動する電動モータに、車両のエンジンの動作に同期した信号に基づいて求められた制御周波数及び制御位相を備えた制御信号を加えることにより、ステアリングにおける低周波数の振動入力が簡易に抑えられる。また、本発明においては、振動抑制のために別部材を用意する必要がないので、振動抑制のコストを低減することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。図１は、同実施形態である自動車の電動チルト付ステアリングの振動抑制機構の概略構成をブロック図により示したものである。図２は、電動チルト付ステアリングの概略構成を一部破断正面図により示したものである。図３は、同ステアリングの要部を一部破断正面図により示したものであり、図４は、駆動ねじ体部分を底面図により概略的に示したものであり、図５は図３のＶ−Ｖ線方向の断面図であり、図６は移動部部分を分解斜視図により示したものであり、図７は、図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線方向の断面図である。

電動チルト付ステアリング（以下、単にステアリングと記す）１０は、筒状の被摺動コラム１０ａと、被摺動コラム１０ａ内に摺動可能に装着された固定コラム１１と、固定コラム１１の上端に上下方向に傾動可能に取り付けられた可動コラム３１と、固定コラム１１及び可動コラム３１の内部に回動自在に挿通されて車室内に突出した先端にステアリングホイール２７が固定されたステアリングシャフト２６と、可動コラム３１を駆動する電動モータ２８と、電動モータ２８の動作を制御する制御装置４１とを備え、被摺動コラム１０ａにてブラケット（図示しない）により車体側に固定される。

ステアリング１０は、固定コラム１１が被摺動コラム１０ａ内を摺動するテレスコピック機構を設けており、本願では手動で行われるが電動テレスコピック機構であってもよい。また、ステアリング１０は、固定コラム１１に取り付けられた電動モータ２８の駆動により可動コラム３１が傾動する電動チルト機構を設けている。なお、ステアリング１０の左右及び前後については、図１の左右及び紙面の前後に合わせるものとする。

固定コラム１１は、被摺動コラム１０ａに挿嵌される管状の挿嵌管部１２と、挿嵌管部１２の一端（図１の右端）に取り付けられた継手部１３とを備えている。継手部１３は、前後に所定間隔で互いに対向した一対の側板部１４を設けており、側板部１４間に可動コラム３１の可動連結部３２が一対の支持具１５によって傾動可能に連結されている。側板部１４の下側には、右方に突出した駆動支持部１６が側板部１４と一体で形成されており、駆動支持部１６には駆動ねじ体１７が設けられている。駆動ねじ体１７は、ねじ軸部１８と揺動支持部１９とからなる。ねじ軸部１８は、歯車機構２１を介して駆動支持部１６に装着された電動モータ２８の駆動によって回動するようになっている。

揺動支持部１９は、ねじ軸部１８の軸方向右端部にて球状部１９ａを設けており、揺動受部１９ｂ内にて球状部１９ａが所定範囲において回動し、球状部１９ａに伴ってねじ軸部１８が揺動できるようになっている。歯車機構２１は、図５，図６に示すように、被伝達歯車２２と伝達歯車２３の二つのねじ歯車からなり、被伝達歯車２２は揺動支持部１９に設けられ、伝達歯車２３で駆動支持部１６に軸支され、伝達歯車２３が電動モータ２８によりウォームギア機構２４等を介してねじ軸部１８を回動させるものである。上述したように、駆動ねじ体１７は、ねじ軸部１８が電動モータ２８によって回動し、かつ適宜揺動自在となるように構成されている。さらに、固定コラム１１の側板部１４には、ステアリング１０への振動入力を検知する振動センサ３９が取り付けられている。

可動コラム３１には、図３に示すように、固定コラム１１の継手部１３に傾動自在に連結する可動連結部３２が設けられ、可動連結部３２から固定コラム１１の反対方向に可動筒部３８が同軸状に一体で延設されている。可動連結部３２は、上記したように継手部１３の側板部１４間に配置され支持具１５により連結されている。可動連結部３２の下方には、図３及び図６に示すように、移動部３３が設けられている。移動部３３は、立方体状の箱体３３ａの内部に内ねじ部３３ｂが形成され、内ねじ部３３ｂは駆動ねじ体１７のねじ軸部１８の軸方向に沿って移動することにより、可動コラム３１を上下方向に移動させるものである。

移動部３３は、駆動ねじ体１７の揺動支持部１９を挟んで、ステアリングホイール２７の反対側に配置されている。可動コラム３１には、運転者のステアリングホイール２７を操作する手から受ける荷重及びステアリングホイール２７、ステアリングシャフト２６等の重量が荷重として作用し、それにより可動コラム３１には常に下方向に荷重が加わるが、可動コラム３１に設けた移動部３３が、可動コラム３１と固定コラム１１との支持具１５箇所を中心に回動し、移動部３３が駆動ねじ体１７の揺動支持部１９から離れる方向に力がかかる。このように、揺動支持部１９から離れる方向に力がかかることになり、駆動ねじ体１７のねじ軸部１８には移動部３３により引張り荷重が作用するようになっている。

移動部３３は、可動連結部３２の下方に二又状に形成された一対の支持突起３４の間に回動自在に装着されている。詳しくは、図７に示すように、軸受け溝３４ａ内に挿入されている移動部３３の回動軸３３ｃにベアリング３３ｄを設け、軸固定部材３５の両軸受側部３５ａを支持突起３４に対応して配置し、ベアリング３３ｄを軸受け溝３４ａと軸固定部材３５の両軸受側部３５ａにて挟むように支持し、ベアリング３３ｄを介して回動軸３３ｃが固定される。

さらに、固定支持板３６が支持突起３４に軸固定部材３５の下方に位置するようにして装着され、固定支持板３６に設けられた押圧固定ねじ３７によって軸固定部材３５の底部３５ｂが上方に押圧され、移動部３３のベアリング３３ｄが固定装着される。移動部３３は、上記のように固定コラム１１側の駆動ねじ体１７のねじ軸部１８に螺合しており、ねじ軸部１８が電動モータ２８に駆動されて回動することにより、その軸方向に沿って移動部３３が移動し、移動部３３の移動に応じて可動コラム３１が上下方向に傾動するものである。このとき、可動コラム３１の傾動によって生じる固定コラム１１との角度の変化に対して、駆動ねじ体１７のねじ軸部１８及び移動部３３の力の作用方向が常に同一方向となるように適宜回動及び揺動し、ねじ軸部１８及び移動部３３に無理な力がかからないようにしている。

上記ステアリング１０の電動チルト機構においては、固定コラム１１に可動コラム３１を上下方向に傾動自在に連結し、可動コラム３１の下方に可動コラム３１と共に移動する移動部３３を回動自在に設け、揺動自在としたねじ軸部１８と揺動支持部１９からなる駆動ねじ体１７の揺動支持部１９を固定コラム１１側に設け、ねじ軸部１８を揺動自在としている。さらに、揺動支持部１９が移動部３３とステアリングホイール２７間に配置され、ねじ軸部１８と移動部３３に形成した内ねじ部３３ｂを螺合してなる電動チルトステアリングの駆動支持構造とされている。これにより、可動コラム３１を固定コラム１１に対して非常に滑らかにかつガタつきが生じることなくチルト操作を行うことができ、ステアリング１０全体の精度を高くする必要がなく、かつ組立てが容易にできることにより安定した品質が得られる。

つぎに、電動モータ２８を制御する制御装置４１について説明する。
制御装置４１は、マイクロコンピュータよりなる制御部を備えている。制御装置４１には、上記振動センサ３９及びエンジンのクランク軸回転パルスやイグニッションパルス信号を検出する回転検出センサ４２が接続されている。また、制御装置４１は、振動センサ３９と共に、ステアリング１０の固定コラム１１に一体で設けられることが好ましく、これにより、制御系がコンパクトにされステアリング１０において大きく突出することなくコンパクトに取り付けられる。制御装置４１による振動入力制御は、適応制御法、例えば、遅延調和シンセサイザ最小平均自乗フィルタ（以下、DXHS LMSフィルタと記す）を用いた適応制御法に基づいて行われる。

この適応制御法の制御内容は、図８のブロック図に示すように、振動発生源である自動車のエンジン５１から、クランク軸回転パルスやイグニッションパルス信号を回転検出センサ４２により取り出して、波形整形することにより制御対象信号と同期したパルス信号ｓにし、これを適応制御系５０で処理する。また、エンジン５１からの振動が、伝達系５２（Ｇ′）を通して車室内のステアリング１０に外力ｄとして伝播される。パルス信号ｓは、周波数判定部５３により制御対象信号と同期した正弦波に変換して制御対象信号ｘとし、制御対象信号ｘは、振幅補償係数及び位相補償係数の関数である適応フィルタ５４（Ｗ）のフィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、この振幅及び位相の正弦波の出力信号ｙとして出力される。出力信号ｙは、制御対象系５５（伝達関数Ｇ）へ入力され、ステアリング１０を経て処理信号ｚが出力される。

処理信号ｚには、エンジンの振動等である伝達系５２（Ｇ′）を経た外力ｄが加算され、観測値として振動センサ３９により目標との差である誤差信号ｅとして検出される。この誤差信号ｅと推定伝達関数５６の推定値を用い、ディジタルフィルタ５７により適応フィルタ５４（Ｗ）が逐次更新される。なお、推定伝達関数５６は、予めインパルス応答測定、周波数掃引加振試験等によって得られるもので、適応フィルタの更新時に引用される。このように、任意の回転数（周波数）毎の最適フィルタ係数を求め、フィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、かつ正弦波信号に合成されて出力された出力信号ｙが、制御対象系（伝達関数Ｇ）へ入力されて、処理信号ｚが出力され、この処理信号ｚにより、エンジンの振動等である伝達系５２（Ｇ′）を経た外力ｄの抑制が行われる。実際には、制御装置４１から出力信号ｙがステアリング１０に設けた電動モータ２８の駆動部２８ａに出力され、駆動部２８ａからの駆動信号により電動モータ２８が駆動されるようになっている。

上記実施形態においては、ステアリング１０の電動チルト機構を駆動する電動モータ２８の駆動部２８ａに、適応制御法により求めた車両のエンジンの動作に同期した制御周波数及び制御位相を備えた制御信号を加えることにより、電動モータ２８からステアリング１０の固定コラム１１に振動が加えられる。この振動により、ステアリング１０に加えられたエンジンのアイドル振動等に基づく低周波数の振動入力を確実に抑えることができる。また、ステアリング１０の電動チルト機構を駆動するための電動モータ２８を、振動入力の抑制にそのまま利用することができる。そのため、振動抑制のために別部材を用意する必要がないので、部材のコスト及び部材取り付けの手間も不要となり、振動制御のコストが従来に比べて安価にされる。

なお、上記実施形態においては、ステアリング１０の電動モータ２８による振動制御が、適応制御法により行われているが、これに限らない。例えば、上記DXHS LMSフィルタ５０を用いて、図７に示すように、任意の回転数（周波数）毎の最適フィルタ係数を求め、この最適フィルタ係数データをデータテーブルとして記憶し、この記憶されたデータテーブルをＲＯＭ５８の形で取り出して、上記制御装置４１に適用して能動制御を行う簡易な方法も行なわれている。すなわち、図９に示すように、信号源である自動車のエンジン等の振動発生源５１から、クランク軸回転パルス等をセンサにより取り出して、周波数判定部５３にて制御対象周波数ωであることを判定し、制御対象周波数ωの正弦波の制御対象信号ｘに変換して出力する。この制御対象信号ｘは、振幅位相補償部５９にて上記データテーブルＲＯＭ５８のフィルタ係数により振幅補償及び位相補償され、正弦波の出力信号ｙとして出力される。出力信号ｙは、制御対象系５５（伝達関数Ｇ）に入力され、処理信号ｚが出力され、この処理信号ｚにより、エンジンの振動等である伝達系５２（Ｇ′）を経た外力ｄの抑制が行われる。これにより、制御装置４１において、振動検出用のセンサを省略できると共に、制御装置４１の構成を適応制御装置に比べて簡略化できるため、振動制御のコストが安価にされる。

つぎに、他の実施形態について説明する。
本実施形態は、図１０に示すように、上記制御装置４１によるステアリング１０の電動モータ２８の適応制御に加えて、上記制御信号に基づいて、エンジン１を支持するエンジンマウント２の電磁式加振装置３の駆動制御を行うようにしたものである。すなわち、制御装置４１による適応制御により、ステアリング１０の振動除去と共に、エンジン振動によるシート位置での振動除去制御を行うようにしたものである。制御装置４１の入力側には、上記振動センサ３９及び回転検出センサ４２に加えて、シートに固定された振動センサ４３が接続されている。また、制御装置４１の出力側には、上記駆動部２８ａに加えて、加振装置３の第２駆動部４が接続されている。なお、エンジンマウント２は、電磁アクチュエータによる加振装置を備えた電磁式マウントでも、空気室を備えて電磁弁の切替えにより、空気室内を大気状態と負圧状態等の異なった空気圧に切り変えることによる空気圧式マウントであってもよい。適応制御については上述したとおりである。この場合、出力信号により、電磁アクチュエータあるいは電磁弁の駆動制御が行われる。実際には、制御装置４１からの制御信号が、エンジンマウント２に設けた加振装置３を駆動するための第２駆動部４に出力され、第２駆動部４からの駆動信号により加振装置３が駆動されるようになっている。

本実施形態においては、制御装置４１を、ステアリング１０の振動除去と共に、エンジン１から伝播した振動によりシート位置で生じる振動を除去制御するのにも使用できるため、制御装置４１の利用が効率よく行われる。本実施形態でも、適応制御に代えて、上記この最適フィルタ係数データをデータテーブルとして記憶し、この記憶されたデータテーブルをＲＯＭ５８の形で取り出して、制御装置４１に適用して能動制御を行う簡易な方法を採用することができる。なお、上記他の実施形態において、エンジンマウントに設けた加振装置の代りに車室内の他の位置に設けた加振装置の駆動制御を行うことにより、車室内の振動を抑制するようにしてもよい。

また、上記各実施形態においては、適応フィルタとしてDXHS LMSフィルタを用いているが、Filtered-X LMSフィルタ等の他の適応フィルタを用いてもよい。また、制御方法としては、上記適応制御あるいは最適フィルタ係数データを記憶したデータテーブルを用いた簡易な方法以外の制御方法も可能である。さらに、電動チルト装置の構造についても、上記実施形態に示したものに限らず、電動モータにより駆動されるものであればよい。

本発明の電動チルト付ステアリングの振動制御装置は、電動チルトを駆動する電動モータに制御信号を加えることにより、ステアリングにおける低周波数の振動入力が抑えられ、振動抑制のために別部材を用意する必要がないので、有用である。

本発明の一実施形態である自動車の電動チルト付ステアリングの振動抑制機構の概略構成を示す構成図である。 同ステアリングを概略的に示す一部破断正面図である。 同ステアリングの要部を概略的に示す一部破断正面図である。 同ステアリングの駆動ねじ体部分を概略的に示す平面図である。 図３のＶ−Ｖ線方向の断面図である。 同ステアリングの移動体部分を概略的に示す分解斜視図である。 図３のＶＩＩ−ＶＩＩ線方向の断面図である。 DXHS LMSフィルタを用いた適応制御系を示すブロック図である。 適応制御系により得られた最適フィルタ係数をデータテーブルとして記憶して利用する制御系を示すブロック図である。 他の実施形態である自動車の電動チルト付ステアリングの振動抑制機構の概略構成を示す構成図である。

符号の説明

１０…ステアリング、１１…固定コラム、２６…ステアリングシャフト、２８…電動モータ、３１…可動コラム、３９，４３…振動センサ、４１…制御装置、４２…回転検出センサ。

Claims (4)

1. 車室側に突出した先端にステアリングホイールが取り付けられたステアリングシャフトが回動自在に挿通される下側の固定コラムと上側の可動コラムを備え、該可動コラムが該固定コラムの先端に上下方向に傾動自在に連結され、該固定コラム側にて車体に固定されており、電動モータの駆動により前記可動コラムの傾動動作が行われて該可動コラムの上下位置が調節される電動チルト付ステアリングにおいて、
   車両のエンジンの動作に同期した信号に基づいて前記ステアリングへの振動入力を抑制する制御周波数及び制御位相を備えた制御信号を求め、該制御信号を前記電動モータの駆動部に加えることにより該電動モータから前記固定コラムに振動を加え、該振動により前記ステアリングに加えられた振動入力を抑制することを特徴とする電動チルト付ステアリングの振動制御装置。
2. 前記ステアリングに振動検出手段を取り付け、該振動検出手段による振動検出結果を用いて、適応制御法に基づいて更新された前記制御信号により前記電動モータの駆動制御を行うことを特徴とする前記請求項１に記載の電動チルト付ステアリングの振動制御装置。
3. 前記制御信号に基づいて前記車両に設けた加振装置を駆動制御することにより、エンジンから車体に伝播する振動を抑制することを特徴とする前記請求項１又は２に記載の電動チルト付ステアリングの振動制御装置。
4. 前記加振装置が、前記エンジンを防振支持するエンジンマウントに設けられたものであることを特徴とする前記請求項３に記載の電動チルト付ステアリングの振動制御装置。

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