(57)【要約】【課題】コストや燃費に影響を及ぼすことなくステアリングの振動を効果的に低減する。【解決手段】ステアリング振動低減装置４０は、ステアリングハンガ２２に一端が支持され、他端が自由端とされるニーボルスター２０と、ニーボルスター２０に設けられ、ステアリング４９の振動を抑制するように動作するアクチュエータ３４と、ステアリング４９の振動と相関のあるエンジン回転信号を出力するエンジン制御ＥＣＵ４４及び該振動と相関のある誤差信号ｅを出力するセンサ６０と、エンジン回転信号及び誤差信号ｅに基づいてアクチュエータ３４を制御するコントローラ４６とを備える。【選択図】図１
2010159015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体に固定されるステアリングハンガに支持されたステアリングの振動を抑制するステアリング振動低減装置であって、
前記ステアリングハンガに一端が支持され、他端が自由端とされる制振部材と、
前記制振部材に設けられ、前記ステアリングの振動を抑制するように動作するアクチュエータと、
前記ステアリングの振動と相関のある相関信号を検出する相関信号検出部と、
前記相関信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部と、
を備えることを特徴とするステアリング振動低減装置。
【請求項２】
請求項１記載の装置において、
前記アクチュエータは、前記制振部材の自由端側に設けられることを特徴とするステアリング振動低減装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の装置において、
前記制振部材は、車両の衝突時に該車両の乗員の膝部からの入力を受け止めるニーボルスターであることを特徴とするステアリング振動低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、車体に固定されるステアリングハンガに支持されたステアリングの振動を抑制するステアリング振動低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の動作時に、該車両のエンジンやモータ等のパワープラント（回転体）の燃焼やトルク変動に伴って、前記車両内に、前記回転体の回転周波数に係わる振動（例えば、ステアリング、アクセルペダル又はシートの振動）や騒音（例えば、エンジンこもり音）が発生する。このような乗員の感じる振動及び騒音に対して、（１）特定の周波数でマスダンパーを共振させることにより、車体各部の振動を低減させるか、あるいは、（２）前記車体の板圧や構造を変化させたり、又は、前記車両内で振動が発生しやすい部分にマスを付加して該振動の固有値をチューニングすることにより、前記振動や前記騒音を低減することが行われている。
【０００３】
例えば、ステアリングの振動を抑制する技術として、特許文献１〜４の技術が提案されている。
【０００４】
特許文献１には、ステアリングを支持するステアリング支持メンバ（ステアリングハンガ）の全周を取り巻くようにステアリングサポートを形成することで、前記ステアリングの支持部分の支持剛性を高めて、該ステアリングの振動を抑制することが提案されている。
【０００５】
また、特許文献２〜４には、ステアリングコラム又はステアリングシャフトにアクチュエータ及び振動検出センサを設け、前記振動検出センサが検出したステアリングの振動（誤差信号）が最小となるように、前記アクチュエータを加振させることで、前記ステアリングの振動を能動的に低減することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】実開平６−３９６６０号公報
【特許文献２】特開平７−１９０１３８号公報
【特許文献３】特開平９−７２３７５号公報
【特許文献４】特開２００５−７５１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述したマスダンパーやマスによる振動及び騒音の低減対策は、車両の運動性能や環境性能を何ら考慮せずに行われているので、前記マスダンパーや前記マスを前記車両内に設けることにより、該車両の燃費が悪化すると共に、前記車両の衝突安全装置がレイアウト上の制約を受けるおそれがある。
【０００８】
また、複数の周波数の振動及び騒音を低減するためには、それぞれの周波数に応じたマスダンパー又はマスを車両内に追加して設置する必要があるので、コストが高騰すると共に、燃費がさらに悪化する。
【０００９】
さらに、ステアリングの振動は、該ステアリング全体の振動モードの影響を受けるので、振動レベルが大きい場合には、ステアリングコラムの内部にマスダンパー又はマスを設置しても、前記振動を十分に低減することができない。また、複数の周波数帯の振動を低減したい場合には、前記ステアリングコラム内に設置されたマスダンパー又はマスのみで低減することはできず、上述のように、周波数帯毎にマスダンパー又はマスを設置する必要がある。
【００１０】
従って、特許文献１のように、ステアリングハンガの全周を取り巻くようにステアリングサポートを形成しても、振動レベルが大きい場合には、振動を十分に低減することができず、且つ、複数の周波数帯の振動を低減することもできない。
【００１１】
また、特許文献２〜４では、アクチュエータでステアリングを直接加振することにより、前記ステアリングの振動を能動的に低減しているので、上述のように、振動レベルが大きい場合には、該振動を十分に低減することができない場合がある。
【００１２】
この発明は、このような課題を考慮してなされたものであり、コストや燃費に影響を及ぼすことなくステアリングの振動を効果的に低減することが可能となるステアリング振動低減装置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】
【００１３】
この発明は、車体に固定されるステアリングハンガに支持されたステアリングの振動を抑制するステアリング振動低減装置であって、前記ステアリングハンガに一端が支持され、他端が自由端とされる制振部材と、前記制振部材に設けられ、前記ステアリングの振動を抑制するように動作するアクチュエータと、前記ステアリングの振動と相関のある相関信号を検出する相関信号検出部と、前記相関信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部とを備えることを特徴としている。
【００１４】
この発明によれば、前記ステアリングハンガに対して片持ち状態で支持されている前記制振部材に前記アクチュエータを設け、前記アクチュエータから前記制振部材に対して、前記相関信号に基づいた比較的小さな加振力を加えることで、前記ステアリングの振動を効果的に抑制することができる。
【００１５】
すなわち、前記アクチュエータにより前記制振部材を加振すると、前記ステアリングハンガには、前記加振力が発生し、前記ステアリングハンガに支持された前記ステアリングには、前記加振力に起因した、前記ステアリングの振動を低減するための低減用振動が発生する。従って、前記低減用振動により前記ステアリングの振動を能動的に制御することで、該ステアリングの振動を効果的に低減することができる。
【００１６】
また、前記アクチュエータは、前記ステアリングの支持部分を直接加振するのではなく、前記ステアリングハンガに片持ち支持された前記制振部材を加振する。しかも、マスダンパー又はマスの重量と比較して、前記アクチュエータは軽い。従って、この発明では、コストや燃費に影響を及ぼすことなく前記ステアリングの振動を低減することができる。
【００１７】
この場合、前記アクチュエータを前記制振部材の自由端側に設けることで、より小さな加振力で前記ステアリングハンガに大きなトルクを発生させることが可能となり、前記ステアリングの振動を十分に低減することができる。
【００１８】
また、前記制振部材は、車両の衝突時に該車両の乗員の膝部からの入力を受け止めるニーボルスターであることが好ましい。前記ニーボルスターは、前記車両の衝突安全のために該車両に設置された部品であるので、前記ステアリングの振動を低減しつつ、衝突時の前記乗員への負担を軽減することができる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、ステアリングハンガに対して片持ち状態で支持されている制振部材にアクチュエータを設け、前記アクチュエータから前記制振部材に対して、相関信号に基づいた比較的小さな加振力を加えることで、ステアリングの振動を効果的に抑制することができる。
【００２０】
すなわち、前記アクチュエータにより前記制振部材を加振すると、前記ステアリングハンガには、前記加振力が発生し、前記ステアリングハンガに支持された前記ステアリングには、前記加振力に起因した前記ステアリングの振動を低減するための低減用振動が生成される。従って、前記低減用振動により前記ステアリングの振動を能動的に制御することで、該ステアリングの振動を効果的に低減することができる。
【００２１】
また、前記アクチュエータは、前記ステアリングの支持部分を直接加振するのではなく、前記ステアリングハンガに片持ち支持された前記制振部材を加振する。しかも、マスダンパー又はマスの重量と比較して、前記アクチュエータは軽い。従って、この発明では、コストや燃費に影響を及ぼすことなく前記ステアリングの振動を低減することできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の一実施形態に係るステアリング振動低減装置が適用される車両の一部概略側面図である。
【図２】図１のステアリングハンガに支持されたステアリング及びニーボルスターの概略斜視図である。
【図３】図１及び図２のステアリング振動低減装置の概略ブロック図である。
【図４】アクチュエータ及びセンサを一体化した場合のステアリング振動低減装置の概略ブロック図である。
【図５】エンジンの回転数を変化させたときのステアリングの振動レベルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００２４】
図１は、この発明の一実施形態に係るステアリング振動低減装置４０が適用される車両１０の一部概略側面図である。
【００２５】
車両１０の車室１２内の前方に配設されたインストルメントパネル１４内には、該車両１０の衝突時に、乗員１６の膝部１８がインストルメントパネル１４側に移動した際に、該膝部１８からの入力を受け止めて（衝撃エネルギを吸収して）膝部１８を保護するニーボルスター（制振部材）２０が配置されている。なお、参照数字３６は、ブレーキペダルである。
【００２６】
ニーボルスター２０（２０Ｒ、２０Ｌ）は、図１及び図２に示すように、車体２１に固定され、且つ車両１０の車幅方向に水平に延びる丸パイプや丸棒等のステアリングハンガ２２に片持ち状態で支持されている。
【００２７】
すなわち、ニーボルスター２０は、ステアリングハンガ２２に固定されたスカート部２４（ニーボルスター２０の一端）と、該スカート部２４から膝部１８側に向かって弓状に湾曲したニーボルスター本体２６と、一端がニーボルスター本体２６の基端側に接続され、且つ、他端がニーボルスター本体２６の先端側（ニーボルスター２０の他端）に接続されたサポート２８とから構成される。
【００２８】
この場合、図２に示すように、ステアリングハンガ２２には、ステアリング４９を挟んで車幅方向の左右両側に、乗員１６の左右の膝部１８に対応するように、ニーボルスター２０Ｒ、２０Ｌが片持ち状態で支持されている。
【００２９】
また、サポート２８の中間部分の屈曲点３０からニーボルスター２０の他端（自由端、先端）に向かう先端部３２には、矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方向（先端部３２に垂直な方向）に先端部３２を加振するためのアクチュエータ３４が設けられている。
【００３０】
なお、ニーボルスター２０の構成及びその作用は、例えば、特開２００６−４４３７７号公報に詳しく説明されているので、この明細書では、その詳細な説明を省略する。
【００３１】
ステアリング振動低減装置４０は、基本的には、前述したアクチュエータ３４及び該アクチュエータ３４が配置されたニーボルスター２０（図２ではニーボルスター２０Ｒ）と、ステアリングホイール５０に内蔵されたセンサ６０と、エンジン４２を制御するエンジン制御ＥＣＵ４４と、エンジン制御ＥＣＵ４４からのエンジン回転信号（エンジンパルス）及びセンサ６０の検出結果を示す誤差信号ｅに基づいて、ステアリング４９の振動を低減するための制御信号Ｓｏを生成するコントローラ（制御部）４６と、コントローラ４６から出力された制御信号Ｓｏを増幅して加振信号Ｓａとしてアクチュエータ３４に出力するアンプ４８とを有する。この場合、コントローラ４６は、コンピュータを含み構成され、ＣＰＵが各種入力に基づきＲＯＭ等のメモリに記憶されているプログラムを実行することで各種の機能を実現する機能実現手段としても動作する。
【００３２】
なお、ステアリング４９の振動とは、車両１０の動作時に、エンジン４２の燃焼によるクランク（回転体）のトルク変動に伴ってステアリング４９に発生する、該回転体の回転周波数（エンジン回転信号の回転周波数ｆｅ）と相関のある振動である。
【００３３】
また、ステアリング４９は、ステアリングハンガ２２に装着されたブラケット５６と、ステアリングホイール５０に接続されたステアリングシャフト５２を下方から支持する支持部材５４とを有し、ステアリングシャフト５２をブラケット５６及び支持部材５４により狭持した状態で、ボルト５８でブラケット５６及び支持部材５４を締め付けることにより、該ステアリングシャフト５２がブラケット５６を介してステアリングハンガ２２に支持される。
【００３４】
なお、図２では、ステアリング４９のうち、ステアリングホイール５０、ステアリングシャフト５２、支持部材５４、ブラケット５６及びボルト５８以外の構成要素については、その図示を省略している。
【００３５】
図３は、ステアリング振動低減装置４０の概略ブロック図である。
【００３６】
コントローラ４６は、フィードフォワード型のｆｉｌｔｅｒｄ−Ｘ  ＬＭＳアルゴリズムを利用したものであり、周波数検出器７０、基準信号生成器７２、波形データテーブル７４、適応フィルタ７６、Ｄ／Ａ変換器８０、参照信号生成器８２、Ａ／Ｄ変換器８４及びフィルタ係数更新器８６を有する。
【００３７】
周波数カウンタとしての周波数検出器７０は、ステアリング４９に発生する振動と相関のあるエンジン回転信号よりエンジン４２のクランク（回転体）の回転周波数ｆｅを検出する。
【００３８】
基準信号生成器７２は、波形データテーブル７４に格納されている１周期分の波形データを読み出し、基本次数とした周波数ｆｅと前記波形データとに基づいて、調波の基準信号ｘを生成する。
【００３９】
参照信号生成器８２は、予め設定された模擬伝達特性Ｃ＾に基準信号ｘを作用させて（補正して、あるいは畳み込んで）参照信号ｒを生成する。なお、模擬伝達特性Ｃ＾は、実際上、アクチュエータ３４からセンサ６０までの振動の伝達特性Ｃを含む、コントローラ４６におけるＤ／Ａ変換器８０の入力側（適応フィルタ７６）からＡ／Ｄ変換器８４の出力側（フィルタ係数更新器８６）までの伝達特性を模擬した模擬伝達特性をいう。
【００４０】
適応フィルタ７６は、基準信号ｘにフィルタ係数Ｗを乗算して制御信号Ｓｏを生成し、Ｄ／Ａ変換器８０を介してアナログ信号の制御信号Ｓｏとしてアンプ４８に供給する。
【００４１】
アクチュエータ３４は、アンプ４８にて増幅されたアナログ信号の加振信号Ｓａに基づいて、ニーボルスター２０（２０Ｒ）のサポート２８の先端部３２を矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方向に加振する。これにより、先端部３２（を含むニーボルスター２０）には、ステアリング４９の振動と相関のあるニーボルスター２０の振動に対して同一周波数及び逆位相の加振力が作用して、該ニーボルスター２０の振動が低減される。また、ステアリングハンガ２２には、前記加振力が発生し、該ステアリングハンガ２２に支持されたステアリング４９には、前記加振力に起因した、ステアリング４９の振動を低減するための低減用振動が発生する。従って、ステアリング４９の振動に対して同一周波数及び逆位相の前記低減用振動によりステアリング４９の振動を能動的に制御することで、該ステアリング４９の振動を効果的に低減することができる。
【００４２】
センサ６０は、前記低減用振動と、該ステアリング４９の振動との干渉によるセンサ６０の位置（評価点）での残留振動を、ステアリング４９の振動と相関のある誤差信号ｅとして検出する。
【００４３】
センサ６０から出力される誤差信号ｅは、Ａ／Ｄ変換器８４を通じてデジタル信号の誤差信号ｅとされて、フィルタ係数更新器８６に供給される。
【００４４】
フィルタ係数更新器８６は、参照信号ｒ及び誤差信号ｅに基づいて、該誤差信号ｅが最小となる適応制御アルゴリズム、例えば、最急降下法の一種であるＬＭＳ（Ｌｅａｓｔ  Ｍｅａｎ  Ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムに従って、適応フィルタ７６のフィルタ係数Ｗを更新する。
【００４５】
この実施形態では、ニーボルスター２０Ｒにアクチュエータ３４を配置した場合について説明したが、ニーボルスター２０Ｌにアクチュエータ３４を配置した場合、あるいは、各ニーボルスター２０Ｒ、２０Ｌにアクチュエータ３４をそれぞれ配置した場合でも、ステアリング４９の振動を低減することができる。
【００４６】
また、この実施形態では、図２及び図３に示すように、アクチュエータ３４とセンサ６０とを別体とした場合について説明したが、この構成に代えて、図４に示すアクチュエータ及びセンサを一体にしたアクチュエータ一体型センサ９０を用いてもよい。
【００４７】
図１に示すように、アクチュエータ一体型センサ９０は、加振信号Ｓａに基づいて矢印Ａ１方向及び矢印Ａ２方向にニーボルスター２０を加振すると共に、該アクチュエータ一体型センサ９０の位置（評価点）での残留振動を誤差信号ｅとして出力する。すなわち、アクチュエータ一体型センサ９０は、先端部３２に作用する加振力とニーボルスター２０に発生する振動との残留振動を、誤差信号ｅとして検出する。
【００４８】
前述したように、図１及び図４に示すアクチュエータ一体型センサ９０は、ニーボルスター２０を加振する一方で、誤差信号ｅを出力するので、コントローラ４６内では、基準信号ｘを模擬伝達特性Ｃ＾で補正することが不要となり、従って、参照信号生成器８２を省略することができる。そのため、フィルタ係数更新器８６は、基準信号ｘ及び誤差信号ｅに基づいて、該誤差信号ｅが最小となるように、適応フィルタ７６のフィルタ係数Ｗを更新する。
【００４９】
図５は、この実施形態に係るステアリング振動低減装置４０（例えば、図３に示すステアリング振動低減装置４０）の効果を説明するためのグラフであり、エンジン４２の（回転周波数ｆｅに応じた）回転数を変化させたときのステアリング４９の振動レベルについて、該ステアリング振動低減装置４０による振動制御を行わない場合（破線）と、ステアリング振動低減装置４０による振動制御を行った場合（実線）とを比較したものである。
【００５０】
図５に示すように、車両１０（図１参照）の動作時において、ステアリング振動低減装置４０による振動制御を行うと（実線）、エンジン４２の回転数の変化に関わりなく、ステアリング４９の振動レベルを低減できることが容易に理解できる。
【００５１】
以上説明したように、この実施形態に係るステアリング振動低減装置４０によれば、車体２１に固定されるステアリングハンガ２２に対して片持ち状態で支持されているニーボルスター２０（２０Ｒ、２０Ｌ）にアクチュエータ３４を設け、アクチュエータ３４からニーボルスター２０に対して、ステアリング４９の振動と相関のあるエンジン回転信号及び誤差信号ｅに基づいた比較的小さな加振力を加えることで、ステアリング４９の振動を効果的に抑制することができる。
【００５２】
すなわち、アクチュエータ３４によりニーボルスター２０を加振すると、ステアリングハンガ２２には、前記加振力が発生し、ステアリングハンガ２２に支持されたステアリング４９には、前記加振力に起因した、ステアリング４９の振動を低減するための低減用振動が発生する。従って、前記低減用振動によりステアリング４９の振動を能動的に制御することで、該ステアリング４９の振動を効果的に低減することができる。
【００５３】
また、アクチュエータ３４は、ステアリング４９の支持部分（ステアリングハンガ２２、支持部材５４、ブラケット５６）を直接加振するのではなく、ステアリングハンガ２２に片持ち支持されたニーボルスター２０を加振する。しかも、マスダンパー又はマスの重量と比較して、アクチュエータ３４又はアクチュエータ一体型センサ９０は軽い。従って、この実施形態では、コストや燃費に影響を及ぼすことなくステアリング４９の振動を低減することできる。
【００５４】
また、アクチュエータ３４をニーボルスター２０の自由端側としてのサポート２８の先端部３２に設けたので、より小さな加振力でステアリングハンガ２２に大きなトルクを発生させることができ、この結果、ステアリング４９の振動を十分に低減することができる。
【００５５】
さらに、ニーボルスター２０は、車両１０の衝突時に乗員１６の膝部１８からの入力を受け止める、該車両１０の衝突安全のために設置された部品であるので、ステアリング４９の振動を低減しつつ、衝突時の乗員１６への負担を軽減することができる。
【００５６】
なお、この実施形態では、ニーボルスター２０内のサポート２８の先端部３２にアクチュエータ３４を配置し、一方で、ステアリングホイール５０内にセンサ６０を配置するか、あるいは、先端部３２にアクチュエータ一体型センサ９０を配置する場合について説明したが、これらの例に限定されることはなく、ニーボルスター２０の形状に応じて、アクチュエータ３４及びセンサ６０、あるいは、アクチュエータ一体型センサ９０の取り付け位置、取り付け角度、又は、取り付け形状を任意に変更しても、上述した各効果が得られることは勿論である。例えば、インストルメントパネルを構成する２つの部材でニーボルスターを狭持した場合（特開２００６−２４８２６１号公報参照）であっても、この実施形態を適用することが可能である。
【００５７】
また、ステアリング４９の振動とニーボルスター２０の振動との相関関係（相関性の高い周波数）を予め計測しておき、相関性の高い周波数のときにのみニーボルスター２０への加振を行い、一方で、相関性の低い周波数のときにはニーボルスター２０への加振を行わないようにしてもよい。
【００５８】
この発明は、上述した実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００５９】
１０…車両                            １２…車室
１４…インストルメントパネル          １６…乗員
１８…膝部
２０、２０Ｒ、２０Ｌ…ニーボルスター  ２１…車体
２２…ステアリングハンガ              ２４…スカート部
２６…ニーボルスター本体              ２８…サポート
３０…屈曲点                          ３２…先端部
３４…アクチュエータ                  ３６…ブレーキペダル
４０…ステアリング振動低減装置        ４２…エンジン
４４…エンジン制御ＥＣＵ              ４６…コントローラ
４８…アンプ                          ４９…ステアリング
５０…ステアリングホイール            ５２…ステアリングシャフト
５４…支持部材                        ５６…ブラケット
５８…ボルト                          ６０…センサ
７０…周波数検出器                    ７２…基準信号生成器
７４…波形データテーブル              ７６…適応フィルタ
８０…Ｄ／Ａ変換器                    ８２…参照信号生成器
８４…Ａ／Ｄ変換器                    ８６…フィルタ係数更新器
９０…アクチュエータ一体型センサ
【図１】
2010159015.tif 000003
【図２】
2010159015.tif 000004
【図３】
2010159015.tif 000005
【図４】
2010159015.tif 000006
【図５】
2010159015.tif 000007