JP5910537B2 - ステアリングシャフトの支持構造 - Google Patents

Description

この発明は、運転席前方に設けられ、ステアリングホイールと前輪とを連結するステアリングシャフトを、上記運転席前方の車体側部材にて支持するステアリングシャフトの支持構造に関する。

車両のステアリングシャフトは、運転者の操作によってステアリングホイールに生じる回転動作を前輪のステアリング動作に変換するものであり、前端がステアリングラック、中間部が車両のダッシュパネルにそれぞれ支持されるとともに、運転者に近い側となる後部が、車幅方向に延びてインストルメントパネルを支持する車体側部材としてのインパネメンバに支持されるのが一般的とされている。

下記特許文献１には、ステアリングシャフトをインパネメンバにて支持する構造の一例が開示されており、同文献では、インパネメンバから下方に垂下するステアリングシャフトブラケットによりステアリングシャフトを支持している。

ところで、運転者に対する安全性を考慮して、例えば、車両の前面衝突により運転者からステアリングホイールに対して車両前方（ステアリングシャフトの軸方向に沿って車両前方）に荷重が加わった場合に運転者への衝撃を吸収するよう、ステアリングシャフトの車両前方側がテレスコ式に短縮（コラプス）する、いわゆるデュアルシャフトと呼ばれるものが採用される場合もある。

また、上述したデュアルシャフトに加え、車両の前面衝突により運転者からステアリングホイールに対して前方に荷重が加わった場合の運転者に対する安全性を確保するため、例えば、下記特許文献２に開示されているように、ステアリングシャフトとインパネメンバとの間を相対変位可能とするとともに、両者間に、上記相対変位に伴って変形しながら衝撃を吸収する衝撃吸収部材（エネルギー吸収プレート）を設けることも一般的とされている。

特開２０１１−４２３０５号公報 特開２００４−３３８５０９号公報

しかしながら、特に、上述したデュアルシャフトを採用した場合には、ステアリングシャフトの軸方向剛性が低くなりがちなため、車両の走行中にステアリングシャフトが上下に振動しやすい傾向にある。この場合、ステアリングシャフトがインパネメンバに支持される部分が振動すると、その部分が運転者に近い位置にあることに起因して、その振動が不快な振動として運転者に伝わることとなってしまう。

本発明者は、ステアリングシャフトの支持構造を開発するにあたり、ステアリングシャフトの上記振動について解析を行った。そして、この振動を解析した結果、図１２に二点鎖線で示すように、ステアリングシャフトブラケット１３０（以下、ブラケット１３０と略記する）において、インパネメンバ１０６から下方に垂下する垂下部１３２と、水平方向に延びてインパネメンバ１０６に固定されるフランジ部（固定部）１３１との間の角度が変化する振動が生じていることを発見した。

上述した振動は、ブラケット１３０の板厚を厚く設定することにより低減可能である。しかしながら、例えば、ステアリングシャフト１０８をチルト方向に位置調整するチルト機構を設けた場合、以下に述べるような問題が生じる。詳しくは、チルト機構を設けた場合には、ステアリングシャフト１０８の調整幅に対応するだけの長穴を垂下部１３２に形成する必要があり、その分垂下部１３２が長くなる。このため、上述のようにブラケット１３０の板厚を厚く設定すると、垂下部１３２が比較的長くなっていることも相俟って、ブラケット１３０の重量増加を招いてしまう。

また、フランジ部１３１と垂下部１３２とを連結する補強部を設けることによって上記振動を低減することも考えられる。しかしながら、ステアリングホイールの周辺には、上述のチルト機構によってステアリングシャフト１０８の位置を調整する際に操作する調整レバーが設けられることや、上記衝撃吸収部材を配置する空間も必要なため、上記補強部のレイアウトは実質的に困難となる。また、補強部の存在によって、運転者の膝周りの空間が制約される、という問題も生じてしまう。

この発明は、ステアリングシャフトが車体側部材により支持される部分における振動を、レイアウトの制約なく、かつ重量増加を抑制しながら低減することができるステアリングシャフトの支持構造を提供することを目的とする。

この発明によるステアリングシャフトの支持構造は、運転席前方に設けられ、ステアリングホイールと前輪とを連結するステアリングシャフトを、上記運転席前方の車体側部材にて支持するステアリングシャフトの支持構造であって、上記車体側部材に対して車幅方向に離間した２か所にて固定される固定部と、該両固定部の間にて下方に屈曲するとともに、上記ステアリングシャフトを支持する垂下部とを有するステアリングシャフトブラケットを備え、上記両固定部を連結し、上面または下面が上記固定部に接触する橋渡し部材を備え、該橋渡し部材は、上記両固定部の間で、少なくとも該固定部に接触する位置において上下方向に所定の厚みを有する中間部を有し、該中間部は、上記橋渡し部材に形成された複数のリブ及び空間部により構成され、該複数のリブは、複数のリブの間に穴部が形成され、該空間部内に、上記ステアリングシャフトと上記車体側部材との間の相対変位に対して抵抗となりつつ、該相対変位を許容する単一の衝撃吸収部材を収容したものである。

この構成によれば、固定部に接触する位置で橋渡し部材の中間部が上記所定の厚みを有することにより、ステアリングシャフトブラケットに生じる振動、つまりは、ステアリングシャフトが車体側部材に支持される部分の振動を、固定部と垂下部とを連結する補強部を設けることなく、上記所定の厚みを有する部位の剛性によって低減できる。このため、上記振動の低減を、レイアウトの制限なく実現することができる。

そして、上記所定の厚みを有する部位を利用して単一の衝撃吸収部材を収容する空間部を形成したことにより、構造全体の軽量化を図ることができる。

また、上記中間部は、上記橋渡し部材に形成された複数のリブにより構成されるものであるから、橋渡し部材において上記振動を低減するのに必要な剛性をリブによって確保しつつ、橋渡し部材の軽量化を図ることができる。

さらに、上記複数のリブは、複数のリブの間に、穴部が形成されたものであるから、橋渡し部材において上記振動を低減するのに必要な剛性をリブによって確保しつつ、橋渡し部材のさらなる軽量化を図ることができる。

この発明の一実施態様においては、上記橋渡し部材は、上記中間部の車幅方向両側方において上記中間部の下面より下方に突出する下方突出部と、該下方突出部下端から車幅方向に突出する車幅方向突出部とからなる支持部を有し、上記中間部の下面と上記支持部とにより、上記固定部と嵌合する嵌合溝部が形成され、上記固定部が上記嵌合溝部に嵌合することにより、上記固定部の上面が、上記中間部の下面に接触する一方、上記固定部の下面が、上記車幅方向突出部の上面に接触しているものである。

この構成によれば、固定部の嵌合溝部への嵌合によって、その上面、下面がそれぞれ中間部の下面、車幅方向突出部の上面に接触していることで、固定部の上方及び下方への振れをより効果的に低減できる。このため、上記振動を橋渡し部材によってより確実に低減できる。

この発明によれば、ステアリングシャフトが車体側部材により支持される部分における振動を、レイアウトの制約なくかつ重量増加を抑制しながら低減することができるステアリングシャフトの支持構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係るステアリングシャフトの支持構造を示す側断面図。 図１の要部を示す正面図。 図２の斜視図。 図２の分解斜視図。 橋渡し部材を示す斜視図であって、（ａ）は、橋渡し部材を車両後方かつ上方から見た斜視図、（ｂ）は、橋渡し部材を車両前方かつ上方から見た斜視図。 ステアリングシャフトブラケットおよびＥＡストラップを車両前方かつ上方から見た斜視図。 ステアリングシャフトブラケットと橋渡し部材との嵌合状態を示す平面図。 ステアリングシャフトのコラプス初期の状態を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。 ステアリングシャフトのコラプス中期の状態を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。 ステアリングシャフトのコラプス後期の状態を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。 フランジ部の振れを低減する効果を説明するための説明図。 従来の問題点を説明するための説明図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係るステアリングシャフトの支持構造を示す側断面図ある。図１に示す車両の車室１には、運転者が着座する運転席２が配設されている。この運転席２が配設される車室１の前部には車幅方向に延びるダッシュパネル３が設けられ、このダッシュパネル３でエンジンやモータ等のパワートレインを収容する収容空間４と車室１とを前後方向に仕切っている。また、このダッシュパネル３の下端からは、車両後方に向けて略水平に延びて図示しないインストルメントパネルを支持するフロアパネル５が連設され、上述した運転席２は、このフロアパネル５上に配設されている。

また、上述のダッシュパネル３の車両後方には、車幅方向に延びる車体側部材としてのインパネメンバ６が配設されている。このインパネメンバ６は車体剛性部材としての左右のヒンジピラー（図示せず）間に略水平に一直線状に張架されたものである。

また、運転席２の前方には、図１に二点鎖線で示すステアリングホイール７と前輪とを連結するステアリングシャフト８が配設され、これが上述したインパネメンバ６により支持される。

ステアリングシャフト８は、筒状をなすステアリングコラム９により回転自在に支持されている。そして、ステアリングコラム９の車両前方側には、インナシャフト１０が挿入されており、ステアリングシャフト８およびステアリングコラム９が、このインナシャフト１０に対して軸方向に相対変位することにより、ステアリングシャフト８の車両前方側が、テレスコ式に短縮（コラプス）するようになっている。

ステアリングシャフト８は、運転者の操作によってステアリングホイール７に生じる回転動作を前輪のステアリング動作に変換するものであり、ステアリングホイール７の回転動作に伴って生じたステアリングシャフト８の回転力を、インナシャフト１０の前端に連結した第２シャフト１１、ユニバーサルジョイント１２等を介して収容空間４側のステアリングラック（図示せず）に伝達すべく構成している。

上述したインパネメンバ６には、図１〜図４に示すように、断面略コ字状をなすステアリングブラケット１３、１３が車幅方向に所定間隔を隔てて２か所設けられ、ステアリングブラケット１３の上部がインパネメンバ６に溶接固定されている。

ステアリングブラケット１３の前部には、図１に示すように、ボルト１４によりブラケット１５が固定され、上述したインナシャフト１０の前端が、このブラケット１５を介してステアリングブラケット１３に支持されている。

また、ステアリングコラム９の車幅方向両側には、図２〜図４に示すように、断面略コ字状をなすブラケット１６の両側面が接合され、ステアリングブラケット１３の後部には、ボルト１７、ナット１８により、後述する橋渡し部材２０を介して略Ｌ字状をなすステアリング左右一対のステアリングシャフトブラケット３０、３０（以下、ブラケット３０と略記する）が固定されている。

ブラケット３０、３０は、水平方向に延びるフランジ部３１、３１と、両フランジ部３１、３１の間にて下方に屈曲する垂下部３２、３２とを有している。このうち、垂下部３２、３２は、上述したブラケット１６の側面外側に隣接するように配設されており、このブラケット１６を介してステアリングシャフト８を支持している。

詳しくは、ブラケット１６の両側面には、図４に示すように挿通穴１６ａ、１６ａが穿設される一方、ブラケット３０の垂下部３２には、挿通穴１６ａに対応して上下方向に延びる長穴３２ａが穿設されており、これら挿通穴１６ａ及び長穴３２ａを車幅方向に貫通する軸部材４０が配設されている。

この軸部材４０の一端には、ステアリングホイール８の位置調整用のレバー４１を固定し、軸部材４０の他端にはネジ部（図示せず）を一体形成し、予め他端側のブラケット３０（図２〜図４において右側のブラケット３０）に溶接固定したナット４２（図２、図４参照）に対して、ネジ部を締付け操作および緩め操作可能に構成している。

また、正面視で略コ字状をなすバネ４３が、ステアリングコラム９を車幅方向両側で挟むように配設されており、このバネ４３の一端、他端が、ブラケット１６の側面の一方、他方に固定されている。ステアリングコラム９は、バネ４３の付勢力によって常時上方に付勢されている。

本実施形態では、ステアリングシャフト８が、上述したステアリングコラム９、ブラケット１６、および軸部材４０を介して垂下部３２（ブラケット３０）に支持されており、さらには、ステアリングブラケット１３、および、橋渡し部材２０を介してインパネメンバ６に支持されている。

そして、ブラケット３０の長穴３２ａ、軸部材４０、レバー４１、および、ナット４２によりチルト機構が構成されており、位置調整用のレバー４１、および、軸部材４０を介して上述のネジ部を緩めた後に、バネ４３の付勢力に抗してステアリングコラム９を上下方向の長穴３２ａに沿って傾動操作すると、ステアリングホイール７およびステアリングシャフト８をチルト方向に位置調整することができるようになっている。そして、このチルト方向の位置調整後に、軸部材４０を締付けると、運転席２に着座した運転者の体格に応じた所望の位置にステアリングホイール７およびステアリングシャフト８を配置することができるようになっている。

ところで、上述した橋渡し部材２０は、軽量化の観点からアルミ製とされ、鋳造により成形される。この橋渡し部材２０では、図２〜図５に示すように、その車幅方向両側の側部２１、２１が、ボルト１７、ナット１８によりステアリングブラケット１３に固定され、側部２１の中央部には、ボルト１７を挿通する挿通穴２１ａが穿設されている。

一方、車幅方向両側の側部２１、２１間に位置する中間部２２は、側部２１から車幅方向中央部に向かうにつれて上下方向の厚みが増すように正面視で略三角形状に形成された複数のリブ２３、２３、…により構成されている。そして、中間部２２の車幅方向中央部は、上下方向の厚みが最も厚くなるように形成されており、この車幅方向中央部には、後述する単一のＥＡストラップ５０を収容する収容部２４が形成されている。

また、中間部２２では、図５に示すように、その車幅方向両側において前後に３つのリブ２３が並設されるとともに、リブ２３、２３の間には、穴部２２ａ、２２ａが穿設されている。そして、中間部２２の車幅方向中央部の上面、下面には、リブ２３が形成されていない車両前後方向の位置、つまりリブ２３、２３の間の位置に穴部２２ｂ、２２ｂが穿設されている。このように、リブ２３の間に穴部２２ａ、２２ｂを穿設することにより、リブ２３と対応する位置には、車幅方向に延びる荷重伝達経路が形成されており、この荷重伝達経路により、両側部２１、２１間で荷重を伝達することが可能になっている。

また、両側部２１、２１では、図２に示すように、その車幅方向両側部および前端において、中間部２２の下面から下方に突出する下方突出部２５ａと、該下方突出部２５ａから車幅方向に突出する車幅方向突出部２５ｂとが一体形成されており、これら両突出部２５ａ、２５ｂにより支持部２５が形成されている。そして、この支持部２５と中間部２２の下面とにより、車幅方向両側部および前端に亘って嵌合溝部２６が形成されている。

これに対し、ブラケット３０のフランジ部３１には、図４、図６に示すように、車両後方側が開放された嵌合凹部３１ａ形成されている。この嵌合凹部３１ａの縁部が、図７に示すように橋渡し部材２０の嵌合溝部２６に嵌合することで、左右一対のブラケット３０、３０同士が橋渡し部材２０を介して連結されるとともに、これら両ブラケット３０が、この橋渡し部材２０を介してインパネメンバ６に固定されている。

そして、フランジ部３１の嵌合凹部３１ａの縁部が橋渡し部材２０の嵌合溝部２６に嵌合した状態では、フランジ部３１の上面が、中間部２２の下面に接触する一方、フランジ部３１の下面が、車幅方向突出部２５ｂの上面に接触している。ここで、上述した中間部２２では、これが少なくともフランジ部３１に接触する位置において上下方向に所定の厚みを有するようにリブ２３の厚みが設定されている。

ところで、ＥＡストラップ５０は、図６に示すように、車両前方側の基部５１と、該基部５１の後端中央部から車両後方に突出して収容部２４内に収容されるＵ字プレート部５２とにより構成されている。

このうち、基部５１は、その車幅方向両側面が、ブラケット３０の垂下部３２の車幅方向内側の面に接合されている。そして、基部５１の上面には、バネ４３の上部を嵌め込むためのスリット５１ａが形成されており、バネ４３の上部は、その位置が、図６に二点鎖線で示すように、スリット５１ａ、および、ブラケット３１の前端に形成された規制片３３により所定位置に規制されている。

Ｕ字プレート部５２は、その中間部が円弧状に折り返された状態で収容部２４内に収容されており、通常時には、後端の折り返し部が収容部２４から突出している。そして、Ｕ字プレート部５２の自由端には、嵌合凸部５２ａが形成されており、この嵌合凸部５２ａが橋渡し部材２０にて穴部２２ｂの車両前方に穿設された嵌合穴２２ｃに嵌合している。

ところで、ステアリングシャフト８を車体に組付ける際には、先ず、上述したステアリングシャフト８（ステアリングコラム９）、橋渡し部材２０、ブラケット３０、及びＥＡストラップ５０等をサブアッセンブリする。そして、橋渡し部材２０をボルト１７、ナット１８によりステアリングブラケット１３に締結することで、ステアリングシャフト８を車体に組付ける。

次に、図８〜図１０を参照して、車両の前面衝突時におけるステアリングシャフト８および、その周辺の挙動について説明する。
車両Ｖの前面衝突により運転席２（図１参照）に着座した運転者からステアリングホイール７（図１参照）に対して車両前方に荷重が加わると、ステアリングシャフト８やステアリングコラム９等を介して上記荷重がブラケット３０に伝達される。これにより、ブラケット３０は、図８に示す初期状態の位置から、図９に示すように、橋渡し部材２０に対して車両前方に相対変位する。詳しくは、ブラケット３０の嵌合凹部３１ａの縁部が橋渡し部材２０の嵌合溝部２６にガイドされることによって、ブラケット３０が橋渡し部材２０に対して車両前方にスライドする。

また、このブラケット３０の車両前方へのスライドにより、ステアリングシャフト８およびステアリングコラム９が、図９に示すように、インパネメンバ６やインナシャフト１０に対して車両前方に相対変位することが可能になる。このステアリングシャフト８およびステアリングコラム９の相対変位により、図９に示すように、ステアリングシャフト８の車両前方側がテレスコ式に短縮（コラプス）し、このコラプスによって運転者への衝撃が吸収される。

さらに、橋渡し部材２０とブラケット３０との間で相対変位が生じていることから、ＥＡストラップ５０では、その基部５１と、Ｕ字プレート部５２の嵌合凸部５２ａとの相対位置が変化することになる。このとき、Ｕ字プレート部５２では、基部５１側の下部が車両前方に引っ張られることにより、図９に示すように、後端の折り返し部の位置が車両前方に移動するような変形が生じる。そして、このＵ字プレート部５２の変形により、運転者への衝撃がさらに吸収される。このＵ字プレート部５２の変形により、ＥＡストラップ５０は、橋渡し部材２０とブラケット３０との間の相対変位、つまりは、インパネメンバ６とステアリングシャフト８との間の相対変位に対して抵抗となりつつ、該相対変位を許容する衝撃吸収部材として機能する。

また、運転者からステアリングホイール７（図１参照）に対してさらに上記荷重が加わると、図１０に示すように、橋渡し部材２０とブラケット３０との間の相対変位量、およびステアリングシャフト８の車両前方側の短縮幅（コラプス量）がさらに増大する。そして、上記相対変位量の増大に伴い、Ｕ字プレート部５２がさらに変形し、結果として折り返し部の位置がさらに車両前方に移動する。

ところで、本発明者は、車両の走行時におけるステアリングシャフト８およびその周辺の挙動について解析を行った。そして、この挙動を解析した結果、フランジ部３１に接触する位置で中間部２２が上記所定の厚みを有することにより、ブラケット３０に生じる振動、つまりは、ステアリングシャフト８がインパネメンバ６に支持される部分の振動を、上記所定の厚みを有する部位の剛性によって低減できることを見出した。

また、特に、フランジ部３１の嵌合溝部２６への嵌合によってその上面が中間部２２の下面に接触していることで、図１１（ａ）に二点鎖線で示すような、フランジ部３１の上方への振れをより効果的に低減できることが分かった。さらに、フランジ部３１の下面が車幅方向突出部２５ｂの上面に接触していることで、図１１（ｂ）に二点鎖線で示すような、フランジ部３１の下方への振れをより効果的に低減できることも分かった。

本実施形態では、上述したように、フランジ部３１に接触する位置で橋渡し部材２０の中間部２２が上記所定の厚みを有することにより、ブラケット３０に生じる振動、つまりは、ステアリングシャフト８がインパネメンバ６に支持される部分の振動を、フランジ部３１と垂下部３２とを連結する補強部を設けることなく、上記所定の厚みを有する部位の剛性によって低減できる。このため、上記振動の低減を、レイアウトの制限なく実現することができる。

そして、上記所定の厚みを有する部位を利用して単一のＥＡストラップ５０を収容する収容部２４を形成したことにより、構造全体の軽量化を図ることができる。

また、複数のリブ２３により中間部２２を構成することで、橋渡し部材２０において上記振動を低減するのに必要な剛性をリブ２３によって確保しつつ、橋渡し部材２０の軽量化を図ることができる。

また、橋渡し部材２０における複数のリブ２３の間に穴部２２ａ、２２ｂを形成したことで、橋渡し部材２０において上記振動を低減するのに必要な剛性をリブ２３によって確保しつつ、橋渡し部材２０のさらなる軽量化を図ることができる。

また、フランジ部３１の嵌合溝部２６への嵌合によって、その上面、下面がそれぞれ中間部２２の下面、車幅方向突出部２５ｂの上面に接触していることで、フランジ部３１の上方および下方への振れをより効果的に低減できる。このため、上記振動を橋渡し部材２０によってより確実に低減できる。

なお、上述した実施形態では、主に橋渡し部材２０（中間部２２）の下面がフランジ部３１に接触する構成となっているが、必ずしもこれに限定されるものではなく、主に橋渡し部材（中間部）の上面がフランジ部に接触する構成であってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の、車体側部材は、インパネメンバ６に対応し、
以下同様に、
固定部は、フランジ部３１に対応し、
空間部は、収容部２４に対応し、
衝撃吸収部材は、ＥＡストラップ５０に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

２…運転席
６…インパネメンバ（車体側部材）
７…ステアリングホイール
８…ステアリングシャフト
２０…橋渡し部材
２２…中間部
２２ａ、２２ｂ…穴部
２３…リブ
２４…収容部（空間部）
２５…支持部
２５ａ…下方突出部
２５ｂ…車幅方向突出部
２６…嵌合溝部
３０…ステアリングシャフトブラケット
３１…フランジ部（固定部）
３２…垂下部
５０…ＥＡストラップ（衝撃吸収部材）

Claims (2)

1. 運転席前方に設けられ、ステアリングホイールと前輪とを連結するステアリングシャフトを、上記運転席前方の車体側部材にて支持するステアリングシャフトの支持構造であって、
   上記車体側部材に対して車幅方向に離間した２か所にて固定される固定部と、
   該両固定部の間にて下方に屈曲するとともに、上記ステアリングシャフトを支持する垂下部とを有するステアリングシャフトブラケットを備え、
   上記両固定部を連結し、上面または下面が上記固定部に接触する橋渡し部材を備え、
   該橋渡し部材は、上記両固定部の間で、少なくとも該固定部に接触する位置において上下方向に所定の厚みを有する中間部を有し、
   該中間部は、上記橋渡し部材に形成された複数のリブ及び空間部により構成され、
   該複数のリブは、複数のリブの間に穴部が形成され、
   該空間部内に、上記ステアリングシャフトと上記車体側部材との間の相対変位に対して抵抗となりつつ、該相対変位を許容する単一の衝撃吸収部材を収容した
   ステアリングシャフトの支持構造。
2. 上記橋渡し部材は、上記中間部の車幅方向両側方において上記中間部の下面より下方に突出する下方突出部と、該下方突出部下端から車幅方向に突出する車幅方向突出部とからなる支持部を有し、
   上記中間部の下面と上記支持部とにより、上記固定部と嵌合する嵌合溝部が形成され、
   上記固定部が上記嵌合溝部に嵌合することにより、上記固定部の上面が、上記中間部の下面に接触する一方、
   上記固定部の下面が、上記車幅方向突出部の上面に接触している
   請求項１に記載のステアリングシャフトの支持構造。
   

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