(57)【要約】【課題】振動特性が適正化されるとともに動的剛性の向上と軽量化を実現するステアリング支持構造を提供する。【解決手段】本発明に係るステアリング支持構造１は、ステアリングハンドル２１を支持するものであって、車体幅方向に延在して両端部が車体１１のＡピラー１３に接続され、ステアリングハンドル２１が取り付けられるステアリングビーム２３と、ステアリングビーム２３を車体１１に取り付ける取付部品として、一端側がダッシュボード１５に接続し、他端側がステアリングビーム２３に接続するブラケット３と、ステアリングビーム２３の両端部をＡピラー１３に接続する接続部５と、一端側が車体１１のフロア部１７に接続し、他端側がステアリングビーム２３に接続するステイ部７とを有し、ブラケット３は、前記他端側がステアリングビーム２３の外周面のうち車体前方側の半周以上に接触していることを特徴とするものである。【選択図】  図１
2020044857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造であって、
車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、
該取付部品は、
一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、
前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、
一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、
前記ブラケットは、前記他端側が前記ステアリングビームの外周面のうち車体前方側の半周以上に接触していることを特徴とするステアリング支持構造。
【請求項２】
ステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造であって、
車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、
該取付部品は、
一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、
前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、
一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、
前記接続部は、前記ステアリングビームの端部を軸周りの３方向から支持することを特徴とするステアリング支持構造。
【請求項３】
ステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造であって、
車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、
該取付部品は、
一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、
前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、
一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、
該ステイ部は、前記他端側の先端に二又形状部を有し、該二又形状部が前記ステアリングビームの外周面のうち車体下方側の半周以上に接触していることを特徴とするステアリング支持構造。
【請求項４】
前記接続部は、前記ステアリングビームの端部を軸周りの３方向から支持することを特徴とする請求項１に記載のステアリング支持構造。
【請求項５】
前記ステイ部は、前記他端側の先端に二又形状部を有し、該二又形状部が前記ステアリングビームの外周面のうち車体下方側の半周以上に接触していることを特徴とする請求項１、２又は４に記載のステアリング支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車のステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造に関し、特に、ステアリングハンドルの振動特性が適正化されるとともに動的剛性の向上と軽量化を実現するステアリング支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車のステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造に関して、これまでに様々な技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、車両幅方向に延在するインパネリインフォースに取り付けられてステアリングコラムを支持するステアリング支持ブラケットとして、アッパブラケットとロアブラケットとからなるステアリング支持構造が開示されている。
また、特許文献２には、車幅方向へ延びるステアリング支持部材本体と、該ステアリング支持部材本体の両端部を車体に固定するためのサイドブラケットとを有するステアリング支持部材によりステアリングコラムを支持するステアリング支持部材構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１８−６２２３５号公報
【特許文献２】ＷＯ２０１６／１５２７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
自動車のステアリングハンドルにおいては、人（運転者）が体感することができない振動数にすることや、自動車における振動源（例えばエンジン等）から発する振動と共振しない振動数にする等のように振動特性を適正化することに加え、ステアリング支持構造の動的剛性（しっかり感）の向上と軽量化が要求される。
【０００５】
一般に、構造体の動的剛性は、加振点からの荷重の入力により構造体の形状が周期的に変化する場合においては、その振動特性が関係するとされている。例えば図１８に示すような１自由度系の振動の場合における動的剛性は、剛性Ｋ（多自由度系の振動の場合は剛性マトリクスに相当）と質量Ｍとを用いてω＝（Ｋ／Ｍ）0.5で表される振動数により評価され、剛性Ｋを向上することで振動数ωが増加すれば、動的剛性は向上するとされている。
【０００６】
しかしながら、構造体の剛性Ｋが増加しても質量Ｍが増加すれば振動数ωが増加しない場合もあり、このような場合には動的剛性は向上しないことになる。そのため、構造体の動的剛性を向上するためは、構造体を軽量化して剛性を向上することが有効である。
したがって、ステアリングハンドルを支持するステアリング支持構造においても、振動特性が適正化されるとともに、動的剛性の向上と軽量化が望まれていた。
【０００７】
特許文献１に開示されている技術は、アッパブラケットとロアブラケットとを締結具で締結したときの組付け歪みを低減するものであった。また、特許文献２に開示されている技術は、ステアリング支持部材でステアリングコラムをその重心位置で固定することにより、従来の高剛性化により重量増をきたしていたステアリング支持部材について、必要な範囲で捩じれや撓みなどに対する剛性を小さくし、ステアリング支持部材の軽量化を図るものであった。しかしながら、これらの技術は、振動するステアリングハンドルの振動特性の適正化と動的剛性に資するものではなかった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、振動するステアリングハンドルの振動特性が適正化されるとともに、動的剛性の向上と軽量化の両立を実現したステアリング支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明に係るステアリング支持構造は、ステアリングハンドルを支持するものであって、車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、該取付部品は、一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、前記ブラケットは、前記他端側が前記ステアリングビームの外周面のうち車体前方側の半周以上に接触していることを特徴とするものである。
【００１０】
（２）本発明に係るステアリング支持構造は、ステアリングハンドルを支持するものであって、車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、該取付部品は、一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、前記接続部は、前記ステアリングビームの端部を軸周りの３方向から支持することを特徴とするものである。
【００１１】
（３）本発明に係るステアリング支持構造は、ステアリングハンドルを支持するものであって、車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、該取付部品は、一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続して他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、該ステイ部は、前記他端側の先端に二又形状部を有し、該二又形状部が前記ステアリングビームの外周面のうち車体下方側の半周以上に接触していることを特徴とするものである。
【００１２】
（４）上記（１）に記載のものにおいて、前記接続部は、前記ステアリングビームの端部を軸周りの３方向から支持することを特徴とするものである。
【００１３】
（５）上記（１）、（２）又は（４）に記載のものにおいて、前記ステイ部は、前記他端側の先端に二又形状部を有し、該二又形状部が前記ステアリングビームの外周面のうち車体下方側の半周以上に接触していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、ステアリングハンドルを支持するものであって、車体幅方向に延在して両端部が車体のＡピラーに接続し、前記ステアリングハンドルが取り付けられるステアリングビームと、該ステアリングビームを前記車体に取り付ける取付部品を備え、該取付部品は、一端側が前記ステアリングビームよりも車体前方側における前記車体に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するブラケットと、前記ステアリングビームの両端部を前記Ａピラーに接続する接続部と、一端側が前記車体のフロア部に接続し、他端側が前記ステアリングビームに接続するステイ部と、を有し、前記ブラケットは、前記他端側が前記ステアリングビームの外周面のうち車体前方側の半周以上に接触していることにより、ステアリングハンドルの振動特性が適正化されるとともに、動的剛性の向上と軽量化の両立を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係るステアリング支持構造を説明する図である（（ａ）全体図、（ｂ）ブラケットの拡大図）。
【図２】本発明の実施の形態に係るステアリング支持構造の接続部を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るステアリング支持構造のステイ部を示す図である。
【図４】本発明で対象とするステアリング支持構造を説明する図である。
【図５】本発明で対象とするステアリング支持構造において、ステアリングビームを車体に取り付けるブラケットの従来の元形状を説明する図である。
【図６】本発明で対象とするステアリング支持構造において、ステアリングビームを車体に取り付ける接続部の従来の元形状を説明する図である。
【図７】本発明で対象とするステアリング支持構造において、ステアリングビームを車体に取り付けるステイ部の従来の元形状を説明する図である。
【図８】本発明に至った経緯の説明において、形状最適化解析方法の処理の流れを示す図である。
【図９】本発明に至った経緯の説明において、ステアリングハンドルの周波数応答解析により求められるステアリングハンドルの周波数応答の結果の一例を説明する図である。
【図１０】本発明に至った経緯の説明において、振動解析における加振条件と、該振動解析の解析結果に基づいて求めた荷重条件とを説明する図である。
【図１１】本発明に至った経緯の説明において、感度解析により部品又は部材の感度を示す材料密度のコンター図の一例である。
【図１２】本発明に至った経緯の説明において、最適化の対象とするブラケットについて設定した設計空間と、形状最適化解析により求められたブラケットの最適形状の一例を示す図である。
【図１３】本発明に至った経緯の説明において、最適化の対象とする接続部について設定した設計空間と、形状最適化解析により求められた接続部の最適形状の一例を示す図である。
【図１４】本発明に至った経緯の説明において、最適化の対象とするステイ部について設定した設計空間と、形状最適化解析により求められたステイ部の最適形状の一例を示す図である。
【図１５】本発明の実施例において、ステアリングハンドル面のＹ方向にステアリングハンドルを加振する周波数応答解析により求められた周波数応答におけるピーク周波数を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例において、ステアリングハンドル面のＺ方向にステアリングハンドルを加振する周波数応答解析により求められた周波数応答におけるピーク周波数を示すグラフである。
【図１７】本発明の実施例で比較対象としたステアリング支持構造において、従来の板厚を増加した部品とその板厚増加量を示す図である。
【図１８】構造体の静的剛性と動的剛性を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態に係るステアリング支持構造の説明をするに先立ち、本発明で対象とする車体と、本発明に至った経緯を説明する。
【００１７】
＜車体＞
本実施の形態に係る車体１１は、図４〜図７に示すように、Ａピラー１３、ダッシュボード１５及びフロア部１７に設けられたトンネル部１９等の車体骨格部品と、振動特性の適正化の対象とするステアリングハンドル２１と、ステアリングハンドル２１を支持するステアリング支持構造３０を備えてなるものであり、ステアリング支持構造３０は、ステアリングハンドル２１が取り付けられるステアリングビーム２３と、ステアリングビーム２３を車体１１に取り付ける取付部品であるブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９を有して構成されたものである。
【００１８】
ステアリングハンドル２１は、加振されて振動する部品であり、本実施の形態においては、図４に示すように、ステアリングハンドル２１のステアリング面（ステアリングハンドル２１の回転中心軸に直交する面）における左右方向（図４中のＹ軸方向）と上下方向（図４中のＺ軸方向）に振動するものである。
【００１９】
ステアリングビーム２３と、ブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９は、ステアリングハンドル２１を直接的又は間接的に支持する部品であり、ステアリングハンドル２１を加振したときの振動が伝達する経路にあるものである。
【００２０】
ステアリングビーム２３は、図４に示すように、車体幅方向に延在し、両端部が車体１１のＡピラー１３に固定されている。
【００２１】
ブラケット２５は、図５に示すように、一端側がステアリングハンドル２１よりも車体前方側のダッシュボード１５に固定され、他端側がステアリングビーム２３に接続されている。
接続部２７は、図６に示すように、ステアリングビーム２３の両端部とＡピラー１３とを接続して固定するものである。
ステイ部２９は、図７に示すように、下端側が車体１１のフロア部１７にあるトンネル部１９に接続して固定され、上端側がステアリングビーム２３に接続されている。
【００２２】
図５〜図７に示すブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９は、後述する形状最適化をする前の元形状のものである。ここで、ブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９の元形状は、従来から一般的に用いられている代表的な形状である。
【００２３】
ブラケット２５の元形状は、ステアリングビーム２３を上方から吊って支持する形状のもの、接続部２７の元形状は、ステアリングビーム２３の端部を軸周りの２方向から挟み込む形状のもの、ステイ部２９の元形状は、他端側の先端部２９ａがステアリングビーム２３の外周面の後方に接触して沿うような湾曲面状の形状のものである。
【００２４】
＜本発明に至った経緯＞
本発明者はこれまで、車体に要求される剛性等の性能を保持しつつ車体の軽量化を実現する手法として、例えば特開２０１３−２５５３３号に開示されている形状最適化解析方法を提案した。
【００２５】
形状最適化解析方法とは、予め所定形状、例えばＴ字型形状を想定し、その形状を前提として最適な形状を求めるのではなく、所定の形状を想定することなく、与えられた解析条件を満たす最適な形状をトポロジー最適化等により求めるものである。
【００２６】
また、トポロジー最適化とは、ある程度の大きさの設計空間を設け、当該設計空間に立体要素を組み込み、与えられた解析条件を満たしつつ必要最小限の立体要素を残すことで当該解析条件を満たす最適形状を得るという方法である。トポロジー最適化においては、設計空間をなす立体要素に直接拘束を行い、直接荷重を加えるという方法が用いられる。
【００２７】
そこで本発明者は、図４に示すような車体１１において、ステアリングハンドル２１を加振したときの振動特性の適正化を図ることを目的として、ステアリングハンドル２１の振動が伝達する経路にある部品又は部材を解析対象として形状最適化解析を行い、その最適形状に関する予備的検討を行った。ここで、形状最適化解析は、図８に示すステップＳ１からステップＳ１３を実行することにより行った。以下、図８に示す各ステップにおける処理について説明する。なお、ステップＳ１からステップＳ１３は、コンピュータ上で実行することができる。
【００２８】
≪振動解析ステップ≫
振動解析ステップＳ１は、車体１１におけるステアリングハンドル２１に所定の加振条件を与えて振動解析を行い、ステアリングハンドル２１の最大変位を求めるものである。
【００２９】
振動解析ステップＳ１は、振動解析の一手法である周波数応答解析を用いることができる。周波数応答解析とは、構造体に定常的に正弦波荷重が作用した場合の応答を求めるものである。
【００３０】
振動解析ステップＳ１における周波数応答解析では、ステアリングハンドル２１に与える加振条件として、複数の正弦波周波数と各正弦波周波数における荷重振幅を与える。ここでは、図４に示すように、ステアリングハンドル２１をステアリング面におけるＹ方向とＺ方向のそれぞれに振動させるように加振条件（Ｙ加振、及びＺ加振）を与えた。
【００３１】
図９に、周波数応答解析の結果の一例を示す。図９において、横軸は、振動の周波数、縦軸は、各周波数の加速度振幅である。
このように、周波数応答解析の結果から、各周波数の正弦波の変位を足し合せてステアリングハンドル２１の変位の時間応答を求め、該求めた時間応答における最大変位を加振条件ごとに求めることができる。
【００３２】
≪最大変位荷重取得ステップ≫
最大変位荷重取得ステップＳ３は、振動解析ステップＳ１において求めたステアリングハンドル２１の最大変位と同じ変位をステアリングハンドル２１に与えるのに要する荷重を求めるものである。
【００３３】
前述のように、Ｙ加振とＺ加振のそれぞれについて周波数応答解析を行った場合、Ｙ方向及びＺ方向それぞれの最大変位を取得し、図１０に示すように、Ｙ加振とＺ加振それぞれに対する荷重（Ｙ荷重及びＺ荷重）を求めればよい。
【００３４】
≪感度解析ステップ≫
感度解析ステップＳ５は、最大変位荷重取得ステップＳ３において求めた荷重を荷重条件として与えて車体１１の感度解析を行い、最適化の対象とする部品又は部材を特定するものである。
【００３５】
感度解析とは、材料特性、幾何学特性、境界条件等のパラメータを変更することにより、解析対象とする構造体（例えば、車体１１）の構造的応答がどのような影響を受けるかを推定するものである。そのため、感度解析ステップＳ５は、後述する最適化解析ステップＳ１３における最適化解析の設計変数を材料特性に係るパラメータとし、最適化解析の目標関数の感度を構造的応答に対する影響として求めるものとする。
【００３６】
例えば、最適化解析ステップＳ１３における最適化解析にトポロジー最適化を適用し、該トポロジー最適化において密度法を用いる場合、設計空間を設定せず、車体の部品又は部材をモデル化する要素（平面要素及び／立体要素）の材料密度を設計変数とし、目標関数である車体１１のひずみエネルギー総和の最小化を目的条件としてトポロジー最適化を行うことにより、要素の材料密度が求められる。このようにして求められた材料密度は、車体１１の剛性に対する感度を表す指標となる。
【００３７】
図１１に、ステアリングハンドル２１の振動が伝達する経路にある部品であるステアリングビーム２３、ブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９について感度解析を行った結果の一例を示す。
【００３８】
図１１は、感度解析において剛性に対する感度を表す材料密度の値をコンター表示したものであり、材料密度の値が1.0に近いほど性能に対する感度が大きく、材料密度の値が0に近いほど性能に対する感度が小さいことを意味する。これより、ブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９の感度が高いために、これらを最適化の対象として特定することができる。
【００３９】
≪設計空間設定ステップ≫
設計空間設定ステップＳ７は、感度解析ステップＳ５において最適化の対象として特定された部品に対して設計空間を設定するものである。
図１２（ａ）に、ブラケット２５に対して設定した設計空間３１を、図１３（ａ）に、接続部２７に対して設定した設計空間３３を、図１４（ａ）に、ステイ部２９に対して設定した設計空間３５を例示する。
【００４０】
≪最適化ブロックモデル生成ステップ≫
最適化ブロックモデル生成ステップＳ９は、設計空間設定ステップＳ７において設定した設計空間に、立体要素からなる最適化ブロックモデルを生成するものである。
【００４１】
最適化ブロックモデル生成ステップＳ９において生成する最適化ブロックモデルは、後述する最適化解析ステップＳ１３における最適化解析の対象となるものであり、最適化解析の過程において剛性向上に対する寄与が低い部位に位置する立体要素が消去され、剛性向上に対する寄与が大きい部位に位置する立体要素が残存する。
【００４２】
≪結合処理ステップ≫
結合処理ステップＳ１１は、最適化ブロックモデル生成ステップＳ９において生成した最適化ブロックモデルを、車体に結合し、最適化解析モデルを生成するものである。
最適化ブロックモデルと車体との結合は、剛体要素を用いるもの、あるいは、節点共有させるもの、のいずれであってもよい。
【００４３】
≪最適化解析ステップ≫
最適化解析ステップＳ１３は、結合処理ステップＳ１１において生成した最適化解析モデルに、最大変位荷重取得ステップＳ３において求めた荷重を荷重条件として与え、加振により車体の一部に生じる慣性力を考慮して最適化ブロックモデルを最適化の対象として最適化解析を行い、該最適化ブロックモデルの最適な形状を求めるものである。
【００４４】
また、最適化解析ステップＳ１３においては、最適化解析における最適化解析条件として、最適化解析の目的に応じて設定する目的条件と、最適化解析を行う上で課す制約条件とを与える。
【００４５】
本発明は、ステアリングハンドルの振動数を増加することで振動特性を適正化することを目的とするものであるため、最適化解析においては、剛性の向上と軽量化が得られる目的条件と制約条件とを与えればよい。
そこで、目的条件としては、例えば、最適化解析モデルにおけるひずみエネルギー総和の最小化、変位の最小化、体積の最小化、質量の最小化などを与える。
また、制約条件としては、最適化解析の対象となる最適化ブロックモデルの体積制約率、任意の節点の変位量、応力などを与える。
【００４６】
さらに、最適化解析ステップＳ１３においては、加振により車体の一部に生じる慣性力を慣性リリーフ法により考慮する。ここでは、慣性リリーフ法とは、慣性力の座標の基準となる支持点において物体が支持された状態（自由支持状態）で等加速度運動中の物体に作用する力から応力やひずみを求める解析手法であり、運動中の飛行機や船の静解析に使用されている。
【００４７】
本実施の形態では、該加振によるステアリングハンドル２１の振動の最大変位と同じ変位を与える荷重を与えて最適化解析において慣性リリーフ法を適用することで、ステアリングハンドル２１を加振したときの慣性力を考慮することができる。
【００４８】
なお、最適化解析ステップＳ１３における最適化解析には、例えば、トポロジー最適化を適用することができる。トポロジー最適化において密度法を用いる際に中間的な密度が多い場合には、下式で表すように最適化パラメータとしてペナルティ係数を与えて離散化することが好ましい。
【００４９】
【数１】
2020044857.tif 000003
【００５０】
離散化によく用いられるペナルティ係数は2以上であり、ペナルティ係数の値は適宜設定することができる。
【００５１】
図１２（ｂ）に、上記のステップＳ１からステップＳ１３を実行して得られたブラケット２５の最適形状４１を示す。最適形状４１は、最適化解析条件として、目的条件にはひずみエネルギー総和最小を与え、制約条件には体積制約率20%以下を与えた場合のものである。
【００５２】
本発明者は、形状最適化解析により得られたブラケット２５の最適形状４１について検討をすすめた結果、最適形状４１は、一端がダッシュボード１５に接続し、他端側が車体前方側からステアリングビーム２３の外周面を包み込むような形状であり、さらには、ステアリングビーム２３の外周面のうち少なくとも車体前方側の半周以上に接触するものであれば良いことを見い出した。
【００５３】
さらに、本発明者は、ステアリングビーム２３を車体に取り付ける接続部２７とステイ部２９についても、上記のブラケット２５と同様に最適化解析を行った。
図１３（ｂ）に、接続部２７の最適形状４３を、図１４（ｂ）に、ステイ部２９の最適形状４５を示す。最適形状４３及び最適形状４５は、ブラケット２５の最適形状４１と同様、最適化解析条件として、目的条件にはひずみエネルギー総和最小を与え、制約条件には体積制約率20%以下を与えた場合のものである。
【００５４】
これらの最適形状について検討した結果、以下の知見が得られた。
まず、接続部２７の最適形状４３は、ステアリングビーム２３の端部を軸周りの３方向から支持するようにＡピラー１３に接続して取り付ける形状であることを見い出した。
【００５５】
一方、ステイ部２９の最適形状４５は、ステアリングビーム２３に接続する他端側が車体下方側からステアリングビーム２３の外周面を包み込む形状であり、さらには、ステアリングビーム２３の外周面のうち少なくとも車体下方側の半周以上に接触するものであれば良いことを見い出した。
【００５６】
本発明に係るステアリング支持構造は、上記の検討により完成したものであり、その具体的な構成等を以下に説明する。
【００５７】
＜ステアリング支持構造＞
本発明の実施の形態に係るステアリング支持構造について説明する。
本実施の形態に係るステアリング支持構造１は、図１（ａ）に示すように、車体幅方向に延在して両端部が車体１１のＡピラー１３に接続され、ステアリングハンドル２１が取り付けられるステアリングビーム２３と、ステアリングビーム２３を車体１１に取り付ける取付部品とを備え、取付部品は、ブラケット３と、接続部５と、ステイ部７と、を有するものである。
【００５８】
＜ブラケット＞
ブラケット３は、図１（ｂ）に示すように、一端側がステアリングビーム２３よりも車体前方側における車体１１の一部位であるダッシュボード１５に接続し、他端側がステアリングビーム２３に接続するものであり、他端側がステアリングビーム２３の外周面のうち車体前方側の半周以上に接触している。
【００５９】
＜接続部＞
接続部５は、図２に示すように、ステアリングビーム２３の両端部をＡピラー１３に接続するものであり、ステアリングビーム２３の端部を軸周りの３方向から支持している。
【００６０】
＜ステイ部＞
ステイ部７は、図３に示すように、一端側が車体１１のフロア部１７にあるトンネル部１９に接続し、他端側がステアリングビーム２３に接続するものであり、他端側の先端に二又形状部７ａを有し、二又形状部７ａがステアリングビーム２３の外周面のうち車体下方側の半周以上に接触している。
【００６１】
このように、本実施の形態に係るステアリング支持構造においては、ステアリングビームを車体に取り付ける取付部品であるブラケットと接続部とステイ部の形状が最適化解析により求めた各取付部品の最適形状に基づいて規定されているため、剛性の向上と軽量化の双方が実現されたものである。そして、前述した振動数と剛性及び質量との式によれば、剛性の向上と軽量化により振動数は増加する関係にある。よって、本発明に係るステアリング支持構造によれば、ステアリングハンドルの振動数が増加して振動特性が適正化されるとともに、動的剛性の向上と軽量化の両立を実現することができる。
なお、本発明に係るステアリング支持構造において振動特性が適正化されることについては、後述する実施例において実証する。
【００６２】
さらに、上記の説明は、ブラケット３と接続部５とステイ部７の３つを全て備えたステアリング支持構造についてのものであったが、本発明はこれに限られるものではなく、ブラケット３と接続部５とステイ部７のいずれか一つ又は二つを備え、他のものは従来の元形状とでもよい。この点についても、後述する実施例にて実証する。
【実施例】
【００６３】
本発明に係るステアリング支持構造の作用効果を確認するための具体的な実験を行ったので、その結果について以下に説明する。
【００６４】
本実施例では、ステアリングビーム２３を車体１１に取り付ける取付部品として、図１に示すブラケット３、図２に示す接続部５、及び、図３に示すステイ部７を適用した車体１１を解析対象として振動解析を行い、ステアリングハンドル２１の振動特性を評価した。
【００６５】
ここで、振動特性は、車体１１のステアリングハンドル２１に所定の加振条件を与えたときの周波数応答解析を行い、該周波数応答解析により求めた周波数応答において加速度がピークとなる周波数により評価した。
【００６６】
また、周波数応答解析における加振条件は、最大変位を求める周波数応答解析と同一条件とし、ステアリングハンドル２１のステアリング面におけるＹ方向及びＺ方向のそれぞれに与えた。
【００６７】
なお、加振条件は、ステアリングハンドル２１の振動特性の評価において一般的に適用される条件とし、周波数応答解析においては、加振点であるステアリングハンドル２１に与える周波数と、該周波数における荷重振幅を設定した。
【００６８】
本実施例では、取付部品として本発明に係るブラケット３（図１）、接続部５（図２）及びステイ部７（図３）の少なくともいずれか一つを用いたものを発明例１〜発明例７とした。
【００６９】
発明例１は、本発明に係るブラケット３を用いたもの、発明例２は、本発明に係る接続部５を用いたもの、発明例３は、本発明に係るステイ部７を用いたものであり、発明例１〜発明例３においてその他の取付部品は従来の元形状としたものである。
【００７０】
発明例４は、本発明に係るブラケット３及びステイ部７と元形状の接続部２７を用いたもの、発明例５は、本発明に係るブラケット３及び接続部５と元形状のステイ部２９を用いたもの、発明例６は、本発明に係る接続部５及びステイ部７と元形状のブラケット２５を用いたものである。
さらに、発明例７は、本発明に係るブラケット３と接続部５とステイ部７を用いたものである。
【００７１】
また、比較対象として、元形状のブラケット２５と接続部２７とステイ部２９を備えて構成されるステアリング支持構造３０（図４参照）を用いたものを基準例とした。
【００７２】
図１５に、加振条件としてＹ加振を与えた場合のピーク周波数の結果を、図１６に、加振条件としてＺ加振を与えた場合のピーク周波数の結果を示す。
【００７３】
図１５及び図１６より、Ｙ加振及びＺ加振のいずれの場合においても、基準例に比べると発明例１〜発明例７におけるピーク周波数は高くなった。特に、本発明に係るブラケット３と接続部５とステイ部７の全てを用いた発明例７におけるピーク周波数が最も高く、基準例に比べて7.4Hz（Ｙ加振）及び5.0Hz（Ｚ加振）増加した。
【００７４】
また、発明例１〜発明例７の結果を比較すると、本発明に係るブラケット３を適用した場合（発明例１、発明例４、発明例５及び発明例７）にあっては、接続部５及び／又はステイ部７を適用した場合（発明例２、発明例３、発明例６）に比べてピーク周波数の向上が大きい結果となった。
【００７５】
これらの結果は、本発明により、人が体感する約30Hz以上の振動数にステアリングの振動特性が適正化されたことに加え、動的剛性（しっかり感）が向上したことを示すものである。
【００７６】
さらに、発明例１〜発明例７においてはいずれも、最適形状に基づいてブラケット３、接続部５及びステイ部７の形状が規定されているため、形状最適化前の元形状のブラケット２５、接続部２７及びステイ部２９を用いた基準例に比べて軽量化された結果となった。特に、ブラケット３及び接続部５を用いた発明例５においては、121gの軽量化が得られた。
【００７７】
次に、ステアリング支持構造の振動特性を適正化するために、最適化の対象とする取付部品に用いられる鋼板の板厚を増加させた場合を比較例とし、発明例と比較検討した。
【００７８】
比較例においては、図１７に示すように、ステアリングハンドル２１の振動を伝達する経路にあるステアリングビーム２３、ブラケット２５及び接続部２７の一部又は全部について、それぞれ図１７中に示されている数値だけ各部品の元形状よりも板厚を増加させた。
【００７９】
そして、比較例についても発明例と同様に周波数応答解析を行い、周波数応答において加速度がピークとなるピーク周波数を求めた。その結果、比較例においては、Ｙ加振については5.5Hz、Ｚ加振については4.7Hzのピーク周波数の上昇が得られた。しかしながら、板厚を増加したことにより、3.3kgの質量増加となり、発明例１〜発明例７に比べると、振動特性の適正化に対する重量効率が悪化した結果であった。
【００８０】
以上より、本発明に係るステアリング支持構造によれば、ステアリングハンドルの振動特性が適正化されるとともに、動的剛性の向上と軽量化が実現できることが示された。
【符号の説明】
【００８１】
１  ステアリング支持構造
３  ブラケット
５  接続部
７  ステイ部
７ａ  二又形状部
１１  車体
１３  Ａピラー
１５  ダッシュボード
１７  フロア部
１９  トンネル部
２１  ステアリングハンドル
２３  ステアリングビーム
２５  ブラケット（元形状）
２７  接続部（元形状）
２９  ステイ部（元形状）
２９ａ  先端部
３０  ステアリング支持構造
３１  設計空間
３３  設計空間
３５  設計空間
４１  最適形状
４３  最適形状
４５  最適形状
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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