JP2006321457A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 操舵補助力発生用の電動モータが高出力化の傾向にあったとしても、ウォームホイールの樹脂製噛合歯を損傷から効果的に保護すること。
【解決手段】 ウォームホイール２０は、金属製芯金２１（鉄）と、樹脂製ギア２２（ナイロン）との線膨張係数差で、低温時には、内部歪みが大きくなり、
樹脂許容応力（σｍａｘ）＞内部歪み（σ′）＋入力トルク
による歪み（σ）の関係により、低温時は、衝撃入力で割れやすくなる。そこで、ウォームホイール２０の温度特性を考慮して、低温時には、操舵補助力を制限するように構成してある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、操舵補助力発生用電動モータの出力をステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置に関し、減速ギアを使用状況に応じて保護するモータ制御装置を備え、特に、電動モータの高出力化に伴う減速ギアへのダメージ増加をモータ制御装置により改善し、信頼性を向上させたものである。

自動車の操舵系では、外部動力源を用いて操舵アシストを行わせる、いわゆるパワーステアリング装置が広く採用されている。従来、パワーステアリング装置用の動力源としては、ベーン方式の油圧ポンプが用いられており、この油圧ポンプをエンジンにより駆動するものが多かった。ところが、この種のパワーステアリング装置は、油圧ポンプを常時駆動することによるエンジンの駆動損失が大きい（最大負荷時において、数馬力〜十馬力程度）ため、小排気量の軽自動車等への採用が難しく、比較的大排気量の自動車でも走行燃費が無視できないほど低下することが避けられなかった。

そこで、これらの問題を解決するものとして、電動モータを動力源とする電動パワーステアリング装置（Electric Power Steering、以下ＥＰＳと記す）が近年注目されている。ＥＰＳには、電動モータの電源に車載バッテリを用いるために直接的なエンジンの駆動損失が無く、電動モータが操舵アシスト時にのみに起動されるために走行燃費の低下も抑えられる他、電子制御が極めて容易に行える等の特長がある。

ＥＰＳでは、ステアリングホイールに印加された操舵トルクに対応して、電動モータから補助操舵トルクを発生して、動力伝達機構（減速機構）により減速して操舵機構の出力軸に伝達するようになっている。

一般に、電動パワーステアリング装置では、比較的高回転・低トルクの電動モータが使用されるため、電動モータとステアリングシャフトとの間には、減速ギアが組み込まれる。減速ギアとしては、一組で大きな減速比が得られること等の理由から、ウォームギアとウォームホイールとからなるウォーム減速機構が用いられる。電動パワーステアリング装置の減速ギアにおいて、ウォームには、電動モータの回転軸が連結されるとともに、ウォームに噛合されるウォームホイールには、ステアリングシャフトが連結される。ウォーム及びウォームホイールは、例えば双方ともに金属製とされた場合、電動パワーステアリング装置搭載車両のステアリングホイール操作時に、歯打ち音や振動音等の不快音を発生させてしまい好ましくない。

そこで、減速ギアのウォームホイールとして、金属製芯金の外周に、樹脂製のギア歯を形成したものを用いることにより、騒音対策が行われている。ギア歯を形成する材質としては、ナイロン系の樹脂に強化材としてガラス繊維などを配合されたもの、又はガラス繊維や炭素繊維などの充填材を配合しないナイロン系の樹脂が使用されている。

上述した従来の電動パワーステアリング装置用の減速ギアでは、金属製のウォームと樹脂製のウォームホイールのそれぞれのギア歯接触部分に、摺動性及び耐磨耗性向上のため、種々のタイプのグリースが塗布されている。

また、特許文献１に開示してあるように、ウォームホイールのギア歯の磨耗を抑制して高い耐久性を確保する為に、ウォームホイールは、金属製芯金の外周に潤滑油を含む合成樹脂からなる樹脂層が形成されるとともに、該樹脂層の外周にギア歯を形成する従来技術が知られている。
特開２００３−３３５２５０号公報

電動パワーステアリング装置が適用される車両の大型化に伴い、操舵補助力発生用の電動モータは、高出力化の傾向にある。また、要求ラック推力を満足する為に、ウォームの減速ギア比は、大きくなる傾向にあり、同一のホイール径では、ギア歯は小さくなり、ウォームホイール歯の強度を確保することがより難しくなってきた。

従来は、減速ギアの形状や材料、グリースの改善により耐久性を向上させてきたが、このままでは、電動パワーステアリング装置の高出力化に伴い、ウォームホイールが大型化してしまい好ましくない。

特に、低温時は、ウォームホイールに使用される樹脂材が硬くなるのと同時に、芯金（鉄）と樹脂ギア（ナイロン）の線膨張係数差で内部歪みが大きくなり、衝撃入力でウォームホイールが割れやすくなる。

これに反して、電動モータの温度特性は低温時にトルクが向上する傾向にあり、ますます、ウォームホイールを傷める危険性が高くなる。

本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであって、操舵補助力発生用の電動モータが高出力化の傾向にあったとしても、ウォームホイールの樹脂製噛合歯を損傷から効果的に保護することができる、電動パワーステアリング装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明の請求項１に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用電動モータの出力を、ウォーム及び該ウォームに噛合されるウォームホイールにより、ステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記ウォームホイールの強度に合わせて操舵補助力を制限することを特徴とする。

本発明の請求項２に係る電動パワーステアリング装置は、操舵補助力発生用電動モータの出力を、ウォーム及び該ウォームに噛合されるウォームホイールにより、ステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
前記電動モータの温度特性（トルク定数Ｋｔ）を考慮して、操舵補助力を制限することを特徴とする。

本発明の請求項３に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームのギア部の温度検出手段として、前記ウォームのギア部に、温度センサを取り付けたことを特徴とする。

本発明の請求項４に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームのギア部の温度検出手段として、前記電動モータの温度センサ、制御装置の温度センサ、及び温度推定計算の何れかを使用することを特徴とする。

本発明の請求項５に係る電動パワーステアリング装置は、前記ウォームのギア部へかかる負荷を、使用状況に応じて略ー定に制御することを特徴とする。

本発明によれば、ウォームホイールの強度に合わせて操舵補助力を制限し、又は、電動モータの温度特性（トルク定数Ｋｔ）を考慮して、操舵補助力を制限することから、操舵補助力発生用の電動モータが高出力化の傾向にあったとしても、ウォームホイールの樹脂製噛合歯を損傷から効果的に保護することができる。

以下、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置を図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置用の減速ギアの斜視図である。

図１に示すように、電動パワーステアリング装置用の減速ギアは、金属製のウォーム１１と、ウォームホイール２０とからなり、操舵補助力発生用電動モータ（図示略）の出力をステアリングシャフト（図示略）に伝達するようになっている。

ウォームホイール２０は、金属製芯金２１の外周面に、樹脂製ギア２２が被覆するようにして一体的に成形してあり、樹脂製ギア２２の外周面には、噛合歯２３が形成してある。

（第１例）
ウォームホイール２０は、金属製芯金２１（鉄）と、樹脂製ギア２２（ナイロン）との線膨張係数差で、低温時には、内部歪みが大きくなり、
樹脂許容応力（σｍａｘ）＞内部歪み（σ′）＋入力トルク
による歪み（σ）の関係により、低温時は、衝撃入力で割れやすくなる。

そこで、ウォームホイール２０の温度特性を考慮して、低温時には、操舵補助力を制限するように構成してある。別言すれば、ウォームホイール２０を傷めることを回避するため、ウォームホイール２０の強度に合わせて、操舵補助力を制限するように構成してある。

（第２例）
電動モータのトルク定数（Ｋｔ）は、マグネットの特性により、低温時に高く、高温時に低くなる傾向がある。

よって、低温時の電動モータのトルクは、高温時と比較して大きくなり、ラック端当て時など、最大電流が通電される使用状況においては、必要以上にウォームのギア部へ出力が印加され、その結果、ウォームホイール２０を傷める可能性がある。

そこで、電動モータの温度特性（トルク定数Ｋｔ）を考慮して、操舵補助力を制限するように構成してある。

（第３例）
ウォーム１１のギア部の温度検出手段として、ウォーム１１のギア部に、温度センサが取り付けてあるように構成してある。

（第４例）
ウォーム１１のギア部の温度検出手段として、ウォーム１１のギア部の温度センサに代えて、電動モータの温度センサ、制御装置の温度センサ、及び温度推定計算の何れかを使用するように構成してある。

（第５例）
ＥＰＳの性能保証出力を、低温〜６５°Ｃと仮定すると、６５°Ｃ以下では、電動モータの出力が大きくなるため、ギア部の保証トルクは、常温以下の電動モータの出力となる。

そこで、ウォーム１１のギア部へかかる負荷を、状況に応じて略ー定に制御することで、ウォーム１１のギア部の耐久性向上、小型化、低コスト化を実現するように構成してある。

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されず、種々変形可能である。

本発明の実施の形態に係る電動パワーステアリング装置用の減速ギアの斜視図である。

符号の説明

１１ ウォーム
２０ ウォームホイール
２１ 金属製芯金
２２ 樹脂製ギア
２３ 噛合歯

Claims (5)

1. 操舵補助力発生用電動モータの出力を、ウォーム及び該ウォームに噛合されるウォームホイールにより、ステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記ウォームホイールの強度に合わせて操舵補助力を制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. 操舵補助力発生用電動モータの出力を、ウォーム及び該ウォームに噛合されるウォームホイールにより、ステアリングシャフトに伝達する電動パワーステアリング装置において、
   前記電動モータの温度特性（トルク定数Ｋｔ）を考慮して、操舵補助力を制限することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. 前記ウォームのギア部の温度検出手段として、前記ウォームのギア部に、温度センサを取り付けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワースデアリング装置。
4. 前記ウォームのギア部の温度検出手段として、前記電動モータの温度センサ、制御装置の温度センサ、及び温度推定計算の何れかを使用することを特徴とする請求項１又は２に記載の電動パワーステアリング装置。
5. 前記ウォームのギア部へかかる負荷を、使用状況に応じて略ー定に制御することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の電動パワーステアリング装置。

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