JP4665727B2 - ステアリング装置の支持構造 - Google Patents

Description

本発明は、車輌に搭載されるステアリング装置の支持構造に関し、特に前面衝突の際にステアリングホイールによる搭乗者への衝撃を緩和するものに関する。

車輌が前面衝突する際にステアリングホイールが搭乗者の体に当たる衝撃を緩和する引き込み式のステアリング装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このステアリング装置の支持構造では、車輌のボディフレームの下方にサブフレームが配設されている。サブフレームの前端は前上がりの傾斜部を形成している。傾斜部の前端部が前記ボディフレームの前端部に接続されている。傾斜部の中央にはステアリングギヤが取付けられている。サブフレームの前記傾斜部より後方には曲げ変形許容部が形成されている。
上述したステアリング装置の支持構造では、前面衝突の際にボディフレームの前端部がバンパから力を受けて座屈変形する。これと同時に傾斜部の前端部に後方の力が働く。これに伴って、サブフレームの傾斜部が起立するように曲げ変形許容部が変形する。こうして傾斜部に取付けられたステアリング装置の下端が下方に引き込まれる。以上により搭乗者への衝撃が緩和される。
特開平８−１５６８２７号公報

しかしながら、上述したステアリング装置の支持構造にあっては次のような問題があった。すなわち、ステアリングギヤは、サブフレームの前上がりの傾斜部中央に取付けられているため、傾斜部が起立する曲げ変形に伴って後方に移動する。そのためステアリングギヤが搭乗者から遠ざかる距離を十分にとることができなかった。

また通常、搭乗者がステアリングホイールに衝突した場合、ステアリング装置が車体側から離脱して車両前方側に移動するように構成されているが、上述したステアリング装置の構造では、ステアリングシャフト自体がステアリング装置の移動を邪魔するおそれがあり、搭乗者に対する衝撃を十分に緩和できるものではない。
そこで本発明は、ステアリングギヤをより確実に搭乗者から遠ざける構成とすることで車輌の衝突によって搭乗者がステアリングホイールに衝突した際に衝撃を十分に緩和できるステアリング装置の支持構造を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るステアリング装置の支持構造は、車体フレームの下方に設けられてフロントサスペンションを支持するフロントサスペンションフレームにステアリング装置のステアリングギヤを支持するためのステアリング支持部が形成されるステアリング装置の支持構造において、前記フロントサスペンションフレームは、該フロントサスペンションフレーム前部に設けられ、車輌上方に起立して上端部が前記車体フレームに取付けられる起立部と、該起立部の下端から車輌後方に向かって延設され、前記ステアリング支持部が設けられると共に後端部が前記車体フレームに取付けられる水平部とを有して構成されており、前記水平部の前記ステアリング支持部より前方の位置には、車輌前突時に下方へ折れ曲がるように形成された曲げ変形許容部が設けられ、前記曲げ変形許容部より前方の、前記起立部と前記水平部との間の屈曲部に、該屈曲部の変形を防止するための補強部材が設けられる。前記ステアリング装置は、ステアリングホイールと前記ステアリングギヤとを繋ぐステアリングシャフトであって該ステアリングシャフトの回転軸方向に引っ張られることにより前記ステアリングホイール側と前記ステアリングギヤ側に分離する分離部を有するステアリングシャフトを具備し、前記曲げ変形許容部の下方への折れ曲がりに伴い前記ステアリングギヤが下方に移動し前記分離部が分離されるように構成されていることを特徴とする。
本発明の他の一態様にかかるステアリング装置の支持構造は、前記起立部の下端前方に、衝撃力を吸収するクラッシュボックスを備えたことを特徴とする。
本発明の他の一態様にかかるステアリング装置の支持構造は、前記曲げ変形許容部は、前記水平部の一部が屈曲されて形成されていることを特徴とする。
本発明の他の一態様にかかるステアリング装置の支持構造は、前記起立部は、前記上端部が取付部材を介して前記車体フレームに取付けられており、該上端部と前記車体フレームとの間には隙間が設けられることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、フロントサスペンションフレームの前部を車輌上方に起立させた起立部と水平部との間の屈曲部に補強部材を設けるとともに、水平部に衝突時に下方へ折れ曲がるように形成された曲げ変形許容部を設けたことにより、前面衝突時に起立部が屈曲部で折れずに衝突時の入力を水平部の曲げ変形許容部まで伝達できるので、積極的にフロントサスペンションフレームを曲げ変形許容部で下方に折り曲げることができ、ステアリング支持部を確実に下方に移動することができる。この移動によってステアリング装置に下方への引張力が働くのでステアリング装置が搭乗者側へ後退することを防ぐことができる。しかも、ステアリング支持部が曲げ変形許容部より後方に設けられているため全体としてステアリング支持部が移動する距離を大きくすることができ、前面衝突時に搭乗者が受ける衝撃を確実に緩和することができる。
また、ステアリングシャフトに分離部を設けたことにより、前面衝突時にステアリング装置をステアリングホイール側とステアリングギヤ側とに積極的に分離することができる。要するに衝突時の衝撃がステアリングホイール側に伝達しないように断絶することでステアリング装置が搭乗者側へ後退することをより確実に防ぐことができる。よって搭乗者への衝撃を確実に軽減することができる。
請求項２に記載の発明によれば、起立部の下端前方にクラッシュボックスを設けたことにより、下端の衝撃量を緩和するとともに、水平部の座屈変形を防止して、確実に曲げ変形許容部の曲げ変形を発生させることができる。
請求項３に記載の発明によれば、曲げ変形許容部を水平部の一部を屈曲させることで形成したので、単純な構成でフロントサスペンションフレームを下方に折り曲げることが可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、フロントサスペンションフレームの起立部の上端部と車体フレームとの間に隙間を設けたことにより、前面衝突時の車体フレームの座屈変形が起立部によって邪魔されず車体フレームのエネルギー吸収がスムーズに行われる。また、起立部上端部が後方に倒れ易くなっているので、曲げ変形許容部を下方に変形させるためのモーメントを積極的に発生させることができる。

以下に本発明の第１実施形態にかかるステアリング装置の支持構造を図１及び図２に従って説明する。なお、図１及び図２において、本発明の主要部分であるフロントサスペンションフレーム２０以外の周辺部材については適宜省略して示している。
本実施形態にかかるステアリング装置の支持構造では、車輌１の左右に一対に設けられて車体の骨格を形成するサイドメンバ１０（左側のみ図１に図示）の下方にサスペンションを支持するフロントサスペンションフレーム２０が配設されている。フロントサスペンションフレーム２０には、車輪３を支持するフロントサスペンションのロアアーム５とステアリング装置４０のステアリングギヤボックス４１が取付けられる。

サイドメンバ１０は、本発明における車体フレームの一例であり、車輌１の前端に形成されたバンパ２のすぐ後ろ側にその前端が配されるように、車輌１の前後方向に沿って延設されている。サイドメンバ１０は、前部が略水平に形成され（水平部１１）、ダッシュパネル４前方で斜め下方に傾斜するよう屈曲された（中間部１３）後、車両後方に向かって略水平に延ばされている（水平部１２）なお、左右のサイドメンバ１０は、車幅方向に延びるクロスメンバ（不図示）により連結されている。

フロントサスペンションフレーム２０はパイプ状の部材で形成されており、車輌１の左右に一対に設けられたサイド部材２１と、左右両サイド部材２１間に車輌幅方向に渡されるクロス部材３０、３１とで構成されている。フロントサスペンションフレーム２０のサイド部材２１は、前部に設けられて車輌上方に起立した起立部２１ａと、起立部２１ａの下端から後方に水平に延設された水平部２１ｂとを備えており、起立部２１ａの上端部と水平部２１ｂの後端部がそれぞれサイドメンバ１０に取付けられる。

サイド部材２１の起立部２１ａは、サイド部材２１の前部を車輌上方へ略鉛直に延びるように折り曲げて形成されており、起立部２１ａと水平部２１ｂとの間には、屈曲部２１ｃが形成されている。
略鉛直に起立した起立部２１ａの上端部２１ｄには前方に延出した延出取付部２４（取付部材）が形成されており、サイド部材２１は、この延出取付部２４を介してサイドメンバ１０の前端部下面にボルト（不図示）で取付けられている。延出取付部２４は、本発明の取付部材の一例に相当する。

サイド部材２１は、起立部２１ａの上端部２１ｄとサイドメンバ１０との間に隙間を設けた状態で取付けられており、前面衝突時に起立部２１ａの上端部２１ｄ側が後方に倒れ易く構成されている。また、フロントサスペンションフレーム２０がサイドメンバ１０に取付けられた状態で起立部２１ａの下端はサイドメンバ１０の前端部より少し後ろ側に位置している。

水平部２１ｂの前後方向略中央部には、後ろ上がりに傾斜するように屈曲されて前面衝突時に下方に折れ曲がる曲げ変形許容部２２が形成されている。曲げ変形許容部２２の曲げ強度はサイド部材２１の中で最も低く構成されている。したがって水平部２１ｂに圧縮力が入力された場合に他の部分よりも曲げ変形しやすい。水平部２１ｂの後端部には取付部２５が形成されており、この取付部２５においてフロントサスペンションフレーム２０の後方側がサイドメンバ１０の下面にボルト（不図示）を介して取付けられている。なお、平面視における左右のサイド部材２１の間隔は、曲げ変形許容部２２付近で最も小さく、後端部で最も大きくなっている。

水平部２１ｂにはブラケット２８、２９が形成されており、このブラケット２８、２９に、車輪３を支持するロアアーム５が取付けられる。また、後方のブラケット２９にはスタビライザブッシュ２９ａが設けられており、左右のブラケット２９に車幅方向に延ばされたスタビライザ６がスタビライザブッシュ２９ａを介して支持されている。

起立部２１ａと水平部２１ｂの間の屈曲部２１ｃの外側（車輌前方側）には、クラッシュボックス２６が設けられている。クラッシュボックス２６の車体前後方向の長さは５０ｍｍ程度であり、車輌１の前面衝突時起立部２１ａの下端に力が加わると、クラッシュボックス２６が潰れて起立部２１ａの下端における初期入力が緩和される。すなわちクラッシュボックス２６の衝撃吸収によりサイド部材２１の水平部２１ｂが座屈変形しないように構成されている。なおクラッシュボックス２６は、バンパ２への取付け機構を兼ねている。

屈曲部２１ｃの内側（車輌後方側）には、補強部材２７が取付けられている。この補強部材２７は、起立部２１ａと水平部２１ｂとの間の相対角度が縮まらないように補強する機能を有しており、補強部材２７の曲げ強度は、上述した水平部２１ｂの曲げ変形許容部２２の曲げ強度よりも高く構成されている。

フロントサスペンションフレーム２０の左右のサイド部材２１間には車幅方向に伸びるクロス部材３０、３１が掛け渡されている。クロス部材３０は起立部２１ａの下端付近に配置され、クロス部材３１は曲げ変形許容部２２の後方側に配置されている。前方のクロス部材３０には２箇所にブラケット３２が形成され、後方のクロス部材３１には２箇所にブラケット３３が形成されている。前方のブラケット３２にはラジエータ（不図示）が取付けられている。

後方のブラケット３３にはステアリング装置４０のステアリングギヤボックス４１が取付けられている。ブラケット３３は本発明のステアリング支持部の一例に相当する。なお、後方のクロス部材３１の両端と、その直ぐ後ろの水平部２１ｂとに渡って補強部材３４が斜めに架け渡されている。
ステアリング装置４０は、車室内に配されるステアリングホイール５３とステアリングギヤボックス４１とが複数の部材を介して作動的に連結されて構成されている。以下構成を具体的に説明する。
ブラケット３３に取付けられたステアリングギヤボックス４１の右寄りには伝達シャフト４３が連結されている。伝達シャフト４３の上端部の周囲はステアリングジョイントカバー４５で覆われている。このステアリングジョイントカバー４５はダッシュパネル４に形成された挿通孔（不図示）の周縁に嵌合されている。一方、伝達シャフト４３はダッシュパネル４に形成された挿通孔（不図示）に挿通され、後ろ斜め上方に傾斜して延びている。

伝達シャフト４３の上端に自在継手４４を介して中間ステアリングシャフト４６が連結されている。
中間ステアリングシャフト４６は外筒部４７と当該外筒部４７に挿入された内筒部４８とを備えている。この外筒部４７と内筒部４８とは接続部４９においてセレーション機構により結合されている。すなわち外筒部４７と内筒部４８とは、相対回転が規制され、かつ、回転軸方向に相対移動可能となっている。また、接続部４９において外筒部４７と内筒部４８とが回転軸方向において互いに離れる向きに移動すると、内筒部４８が外筒部４７から外れて分離する。この接続部４９は本発明における分離部の一例に相当する。

中間ステアリングシャフト４６の上端には、自在継手５０を介して、アッパステアリングシャフト５１が連結されている。アッパステアリングシャフト５１の外側にはステアリングコラム５２が囲設されている。アッパステアリングシャフト５１はこのステアリングコラム５２を介して例えばインストルメントパネルのフレーム等の車体構造部材（不図示）によって車輌１の車室内に支持されている。アッパステアリングシャフト５１の上端は運転席に設けられたステアリングホイール５３に連結されている。

こうして、ステアリングホイール５３が運転者により回転操作されると、その回転がアッパステアリングシャフト５１、中間ステアリングシャフト４６及び伝達シャフト４３を介してステアリングギヤボックス４１に伝達され、操舵機構を介して左右の車輪３が操舵される。

また、ステアリングコラム５２は、取付けブラケット５４によって車体構造部材にボルト等より取付けられているが、車輌衝突時に搭乗者がステアリングホイール５３に衝突するとステアリングコラム５２が車輌前方側に離脱可能となるように構成されている。

次に、本実施形態にかかるステアリング装置の支持構造の衝突時における変形動作について図１、図３及び図４を参照して説明する。
図１に示す車輌１の前面に物体が衝突すると、バンパ２を介してサイドメンバ１０の前端部に後方向の衝撃力Ｐが入力される。図３に示すように、この後方向の衝撃力Ｐを受けると、サイドメンバ１０は後方に座屈変形する。サイドメンバ１０の座屈変形に伴い、延出取付部２４及び起立部２１ａの上端部２１ｄに後方向の力が加わる。一方、起立部２１ａの下端の屈曲部２１ｃ前方に設けられたクラッシュボックス２６にも後方向の力が加わるが、クラッシュボックス２６が潰れることにより入力が緩和される。
こうして、起立部２１ａには、上端部２１ｄが下端の屈曲部２１ｃより後ろに位置するように後方に傾斜する力が働く。しかも、起立部２１ａの上端部２１ｄは、サイドメンバ１０と隙間を設けて取付けられているため、サイドメンバ１０の座屈変形を邪魔することがなく、起立部２１ａ上端部２１ｄ側が後方に傾斜し易くなっている。
ここで、起立部２１ａの下端の屈曲部２１ｃ後方に補強部材２７が設けられて補強されているため、起立部２１ａと水平部２１ｂの相対角度変化（屈曲部２１ｃの変形）が抑制される。したがって、起立部２１ａの後方への傾斜に伴い、水平部２１ｂ前部が車輌上方に傾斜する力、すなわち補強部材２７を中心とする回転モーメントＡが発生する。
水平部２１ｂの略中央部には曲げ変形許容部２２が形成されているため、上記水平部２１ｂに屈曲部２１ｃを中心とした回転モーメントＡが働くと、曲げ変形許容部２２付近が下方に折れて水平部２１ｂがＶ字状に屈曲する。すなわち、曲げ変形許容部２２より前側が前方上がりに傾斜し、曲げ変形許容部２２より後ろ側は後方上がりに傾斜する。

図４に示すように、屈曲に伴って曲げ変形許容部２２が下方に移動すると、前後方向において曲げ変形許容部２２と水平部２１ｂ後端の取付部２５との間に位置するクロス部材３１も下方に移動する。したがって、クロス部材３１に取付けられているステアリングギヤボックス４１も下方に移動する。

こうして、ステアリングギヤボックス４１に連結された伝達シャフト４３、及び中間シャフトの外筒部４７が下方に引っ張られる。
ここで、外筒部４７と内筒部４８とは、接続部４９においてセレーション機構により回転軸方向に相対移動可能、かつ、分離可能に構成されているため、回転軸方向において互いに離れる方向へ移動し、互いに分離する。こうして、ステアリングホイール５３が連結された内筒部４８とステアリングギヤボックス４１が連結された外筒部４７とが分離すると、衝撃力が断絶されるため、ステアリング装置４０が搭乗者側に後退することを確実に防ぐことができる。また、車輌衝突時に搭乗者がステアリングホイール５３に体を衝突させるとステアリングコラム５２が車体構造部材から離脱されてステアリング装置４０が車輌前方側に移動するが、中間ステアリングシャフト４６が分割されるのでステアリング装置４０の車輌前方への移動が邪魔されずスムーズとなり、搭乗者への衝撃力が確実に緩和される。

本実施の形態にかかるステアリング装置４０は以下に掲げる効果を奏する。すなわち、フロントサスペンションフレーム２０のサイド部材２１前部を車輌上方に起立させた起立部２１ａと水平部２１ｂとの間の屈曲部２１ｃに補強部材２７を設けるとともに、水平部２１ｂに下方へ折れ曲がるように形成された曲げ変形許容部２２を設けたので、衝突時の入力を水平部２１ｂの曲げ変形許容部２２まで伝達でき、積極的にフロントサスペンションフレーム２０を下方に折り曲げることができる。よってブラケット３３（ステアリング支持部）を確実に下方に移動させることができ、ステアリング装置４０が搭乗者側へ後退することを防ぐことができる。しかも曲げ変形許容部２２よりも後方に形成されたクロス部材３１のブラケット３３（ステアリング支持部）にステアリングギヤボックス４１を連結したため、衝突による水平部２１ｂの曲げ変形に伴ってステアリングギヤボックス４１を下方に大きく移動させることができる。また、上述した特許文献１ではフロントサスペンションフレーム（特許文献１におけるサブフレーム）が衝撃力により曲げ変形でなく座屈変形してしまう場合があるが、本実施形態によれば、略鉛直に起立した起立部２１ａと補強部材２７と曲げ変形許容部２２との作用により座屈変形を防止して確実に水平部２１ｂの下方への曲げ変形を発生させることができる。よって確実に搭乗者への衝撃を緩和することができる。

また、起立部２１ａの下端にクラッシュボックス２６を設けたため、衝撃量を緩和するとともに、水平部２１ｂの座屈変形を防止して、確実に曲げ変形を発生させることができる。
また、曲げ変形許容部２２を水平部２１ｂの一部を屈曲させることで形成したため単純な構成でフロントサスペンションフレーム２０を下方に変形させることができる。

また、起立部２１ａの上端部２１ｄとサイドメンバ１０との間に隙間を設けているので、前面衝突時にサイドメンバ１０の座屈変形を邪魔することがなく、しかも起立部２１ａが積極的に後方へ傾斜するので、曲げ変形許容部２２の下方への変形を促進させることができる。

また、中間ステアリングシャフト４６を外筒部４７と内筒部４８とで互いに分離する構成としたので、衝突時の入力がステアリングホイール５３側に伝達しないように断絶することができ、ステアリング装置４０が搭乗者側へ後退することをより確実に防ぐことができる。さらに、搭乗者がステアリングホイール５３に衝突した際のステアリング装置４０の車輌前方への移動を妨げるおそれもなく、搭乗者への衝撃を確実に軽減することができる。

なお本発明を実施するにあたり、この発明の構成要素を発明の要旨を逸脱しない範囲で各部材の具体的な形状等を種々に変更して実施できることは言うまでもない。
上記実施形態において、曲げ変形許容部は、屈曲させた構造を一例として示したが、この他に凹部を形成するあるいは径を小さくする等により曲げ変形許容部を構成しても良い。

本発明の第１実施形態にかかるステアリング装置の支持構造を示す側面図。 同支持構造を示す平面図。 衝突による同支持構造の変形過程を示す側面図。 衝突による同支持構造の変形過程を示す側面図。

符号の説明

１０ サイドフレーム（車体フレーム）
２０ フロントサスペンションフレーム
２１ サイド部材
２１ａ 起立部
２１ｂ 水平部
２１ｃ 屈曲部
２１ｄ 上端部
２２ 曲げ変形許容部
２４ 延出取付部（取付部材）
２６ クラッシュボックス
２７ 補強部材
３３ ブラケット（ステアリング支持部）
４０ ステアリング装置
４９ 挿入部（分離部）

Claims (4)

1. 車体フレームの下方に設けられてフロントサスペンションを支持するフロントサスペンションフレームにステアリング装置のステアリングギヤを支持するためのステアリング支持部が形成されるステアリング装置の支持構造において、
   前記フロントサスペンションフレームは、該フロントサスペンションフレーム前部に設けられ、車輌上方に起立して上端部が前記車体フレームに取付けられる起立部と、該起立部の下端から車輌後方に向かって延設され、前記ステアリング支持部が設けられると共に後端部が前記車体フレームに取付けられる水平部とを有して構成されており、
   前記水平部の前記ステアリング支持部より前方の位置には、車輌前突時に下方へ折れ曲がるように形成された曲げ変形許容部が設けられ、
   前記曲げ変形許容部より前方の、前記起立部と前記水平部との間の屈曲部に、該屈曲部の変形を防止するための補強部材が設けられ、
   前記ステアリング装置は、ステアリングホイールと前記ステアリングギヤとを繋ぐステアリングシャフトであって該ステアリングシャフトの回転軸方向に引っ張られることにより前記ステアリングホイール側と前記ステアリングギヤ側に分離する分離部を有するステアリングシャフトを具備し、前記曲げ変形許容部の下方への折れ曲がりに伴い前記ステアリングギヤが下方に移動し前記分離部が分離されるように構成されている
   ことを特徴とするステアリング装置の支持構造。
2. 前記起立部の下端前方に、衝撃力を吸収するクラッシュボックスを備えたことを特徴とする請求項１記載のステアリング装置の支持構造。
3. 前記曲げ変形許容部は、前記水平部の一部が屈曲されて形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のステアリング装置の支持構造。
4. 前記起立部は、前記上端部が取付部材を介して前記車体フレームに取付けられており、該上端部と前記車体フレームとの間には隙間が設けられることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のステアリング装置の支持構造。

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