JP2008056134A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の加速に拘わらず、良好な操舵フィーリングを与えることが可能な電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
【解決手段】本発明の電動パワーステアリング装置11によれば、加速度センサ37が車両10の加速度Aを検出し、その加速度Aに応じて決定されたアシストゲインG1によりアシスト用電流指令値I1(即ち、転舵モータ19が出力するアシスト力)が補正(増減)される。これにより、車両10が加速及び減速(転舵輪50,50にかかる荷重が増減)しても、操舵フィーリングへの影響が抑えられる。即ち、車両10の加減速に拘わらず、良好な操舵フィーリングを与えることができる。
【選択図】図3

Description

本発明は、ハンドルの操舵を補助するためのアシスト力を出力する電動パワーステアリング装置に関する。
従来の電動パワーステアリング装置として、ハンドルの回転軸にかかる負荷トルクと、車両の車速とに対応してモータ電流指令値を決定し、そのモータ電流指令値に応じた駆動電流を転舵モータに付与して、ハンドルの操舵を補助するためのアシスト力を出力するものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
特開2005−239011号公報(段落[0031]〜[0032])
ところで、例えば、アクセル操作により車両が加速されると、車両の前輪である転舵輪にかかる荷重が減少する。そして、従来の電動パワーステアリング装置では、アシスト力に対して車両の加速度による補正を行っていなかったため、車両の加速時にハンドルが軽くなり、操舵フィーリングに違和感が生じる場合があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、車両の加速に拘わらず、良好な操舵フィーリングを与えることが可能な電動パワーステアリング装置の提供を目的とする。
上記目的を達成するためになされた請求項1の発明に係る電動パワーステアリング装置(11)は、ハンドル(33)の操舵を補助するためのアシスト力を出力する電動パワーステアリング装置(11)において、車速(V)とハンドル(33)の操舵に対する負荷トルク(T1)とに応じてアシスト力の目標値を決定するアシスト力決定手段(43,S2)と、車両(10)の前向きを正とした加速度(A)が大きくなるに従ってアシスト力の目標値を小さくなるように補正する目標値補正手段(45,46,S4,S5)とを備え、目標値補正手段(45,46,S4,S5)により補正されたアシスト力の目標値に応じてアシスト力を出力するところに特徴を有する。
請求項2の発明は、請求項1に記載の電動パワーステアリング装置(11)において、目標値補正手段(45,46,S4,S5)は、加速度(A)とアシストゲイン(G1)とを対応させたアシストゲイン対応マップ(mp21,mp22)を有し、そのアシストゲイン対応マップ(mp21,mp22)に基づいて、加速度(A)からアシストゲイン(G1)を決定し、その決定したアシストゲイン(G1)をアシスト力の目標値に乗じて補正を行うところに特徴を有する。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の電動パワーステアリング装置(11)において、車速(V)を微分して加速度(A)を算出するように構成したところに特徴を有する。
車両が前向きに加速されると、転舵輪と路面との摩擦抵抗が低下し、転舵輪の転舵に必要な力(即ち、操舵力とアシスト力を合わせた力)も低下する。これに対し、請求項1の電動パワーステアリング装置では、車両の前向きを正とした加速度が大きくなるに従って、アシスト力の目標値を小さくなるように補正する。これにより、車両が加速しても操舵フィーリングへの影響が抑えられる。即ち、車両の加速に拘わらず、良好な操舵フィーリングを与えることができる。
請求項2の発明によれば、車両が前向きに加速された場合に、目標値補正手段は、アシストゲイン対応マップに基づいて、車両の加速度からアシストゲインを決定し、その決定したアシストゲインをアシスト力の目標値に乗じて、アシスト力の目標値が小さくなるように補正する。
ここで、車両の加速度は、加速度センサにより検出してもよいし、請求項3の発明のように、車速を微分して算出するようにしてもよい。請求項3の発明によれば、加速度センサが不要となるので、部品コストを抑えることができる。
以下、本発明の一実施形態を図1〜図3に基づいて説明する。図1に示された車両10は、本発明の電動パワーステアリング装置11を備え、運転者によるハンドル操作を転舵モータ19によって補助して転舵輪(前輪)50,50を転舵することができる。具体的には、図1の(A)に示すように、1対の転舵輪50,50の間には、転舵輪間シャフト16が差し渡され、その転舵輪間シャフト16は、車両10の車台(シャシー)に固定された筒形ハウジング18の内部に挿通されている。転舵輪間シャフト16の両端は、タイロッド17,17を介して各転舵輪50,50に連結され、筒形ハウジング18は、車両10の本体に固定されている。また、筒形ハウジング18の軸方向の中間部分には大径部18Dが備えられ、その大径部18Dに転舵モータ19が内蔵されている。転舵モータ19は、筒形ハウジング18の内面に嵌合固定されたステータ20と、ステータ20の内側に遊嵌された筒状のロータ21とを備えてなる。そして、転舵輪間シャフト16がロータ21の内側を貫通している。また、筒形ハウジング18のうち大径部18Dの一端には、ロータ21の回転位置を検出するための回転位置センサ25(例えば、エンコーダ又はレゾルバ)が設けられている。
ロータ21の内面には、ボールナット22が組み付けられている。また、転舵輪間シャフト16の軸方向の中間部分にはボールネジ部23が形成されている。これらボールナット22とボールネジ部23とからボールネジ機構24が構成され、ロータ21と共にボールナット22が回転すると、筒形ハウジング18に対してボールネジ部23が直動し、これにより転舵輪50,50が転舵する。
転舵輪間シャフト16の一端部側には、ラック30が形成され、ステアリングシャフト32の下端部に備えたピニオン31がこのラック30に噛合している。ステアリングシャフト32の上端部には、ハンドル33が取り付けられている。
ステアリングシャフト32のうち上端寄り位置には、操舵角センサ34が取り付けられている。この操舵角センサ34により、ステアリングシャフト32の回転角(即ち、ハンドル33の操舵角θ2)が検出されている。
ステアリングシャフト32のうち操舵角センサ34より下側部分には、操舵トルクセンサ35が取り付けられている。操舵トルクセンサ35は、ステアリングシャフト32にかかる負荷トルクT1によって捩れ変形する図示しないトーションバネと、そのトーションバネの両端部の回転角を検出するための図示しない1対のレゾルバとを備えてなり、それら両レゾルバが検出した回転角の差分に応じてステアリングシャフト32にかかる負荷トルクT1を検出することができる。また、転舵輪50の近傍には、転舵輪50の回転に基づいて車速Vを検出するための車速センサ36が設けられている。
さらに、車両10の所定部位には、車両10の加速度Aを検出する加速度センサ37が備えられている。この加速度センサ37は、車両10の前進増速時における前向きの加速度Aを正の値として検出し、車両10の減速時における後向きの加速度Aを負の値として検出する。加速度センサ37は、本実施形態の電動パワーステアリング装置11のために新たに設けたものでもよいし、例えば、車両10に備えたエアバッグシステム、アンチロックブレーキシステム又はカーナビゲーションシステムに搭載されているものを利用してもよい。
図1の(A)に示すように、上述した各センサ25,34〜37のうち、回転位置センサ25以外の各センサ34〜37による検出値は、次述する操舵制御装置41に取得され、ここで電流指令値が演算される。モータ駆動回路42は電流指令値に応じた駆動電流を転舵モータ19に付与し、転舵モータ19は駆動電流に応じたアシスト力を発生する。そして、転舵モータ19によるアシスト力と運転者によるハンドル33の操舵力との合力によって転舵輪50,50が転舵される。なお、回転位置センサ25が検出したロータ21の回転位置はモータ駆動回路42に取得される。そして、ロータ21の回転位置に基づいて転舵モータ19に付与する駆動電流がフィードバック制御される。
操舵制御装置41は、所定周期(例えば、4.0[msec]周期)で、例えば図2に示したモータ電流指令値演算プログラムPG1を実行する。具体的には、モータ電流指令値演算プログラムPG1が実行されると、操舵制御装置41は、操舵角センサ34、操舵トルクセンサ35、車速センサ36、加速度センサ37から各検出結果(操舵角θ2、負荷トルクT1、車速V、加速度A)を取得する(S1)。
次いで、操舵制御装置41は、トルク・車速−電流指令値マップmp1(図3を参照)に基づき、負荷トルクT1及び車速Vに応じた基本電流指令値I11(本発明における「アシスト力の目標値」に相当する)を決定する(S2)。次いで、操舵角θ2、負荷トルクT1及び車速Vに基づいて補償電流指令値I12を決定する(S3)。
次いで、加速度/荷重変換マップmp21(図3を参照)に基づいて、加速度Aを転舵輪50,50にかかる荷重の推定値F(以下、「推定荷重F」という)に変換し、荷重−ゲインマップmp22(図3を参照)に基づいて、推定荷重Fに応じたアシストゲインG1を決定する(S4)。なお、加速度/荷重変換マップmp21及び荷重−ゲインマップmp22は、本発明の「アシストゲイン対応マップ」に相当する。
そして、基本電流指令値I11に補償電流指令値I12を加算した値にアシストゲインG1を乗じて、アシスト用電流指令値I1(=G1・(I11+I12))を演算する(S5)。このアシスト用電流指令値I1は、本発明に係る「目標値補正手段により補正されたアシスト力の目標値」に相当する。
次に、車速−最大電流指令値マップmp3(図3を参照)に基づき、車速Vに応じた最大電流指令値I2を決定する(S6)。そして、この最大電流指令値I2と、アシスト用電流指令値I1とを比較し(S7)、アシスト用電流指令値I1が最大電流指令値I2を超えていなかった場合(S7:YES)には、アシスト用電流指令値I1をモータ駆動回路42に出力する(S8)一方、アシスト用電流指令値I1が最大電流指令値I2を超えた場合(S7:NO)には、最大電流指令値I2をモータ駆動回路42に出力する(S9)。アシスト用電流指令値I1又は最大電流指令値I2が出力されると、モータ電流指令値演算プログラムPG1は終了し、所定周期後に再実行される。
そして、モータ電流指令値演算プログラムPG1を実行することで、図3のブロック図に示した制御系が構成される。同図において、基本電流指令値演算部43は前記ステップS2により構成され、補償電流指令値演算部44は前記ステップS3により構成され、ゲイン演算部45は前記ステップS4により構成される。また、アシスト用電流指令値演算部46は前記ステップS5により構成され、最大電流指令値演算部47は前記ステップS6により構成され、電流指令値判別部48は前記ステップS7〜S9により構成される。ここで、基本電流指令値演算部43(ステップS2)は、本発明の「アシスト力決定手段」に相当する。また、ゲイン演算部45(ステップS4)及びアシスト用電流指令値演算部46(ステップS5)は、本発明の「目標値補正手段」に相当する。モータ電流指令値演算プログラムPG1に関する説明は以上である。
ところで、図3に示した加速度/荷重変換マップmp21及び荷重−ゲインマップmp22は、車両10の加速度Aが「0」のとき(即ち、一定速度のとき)にアシストゲインG1が「1」となり、加速度Aが正の値のとき(即ち、前進増速時)にアシストゲインG1が「1」以下となり、加速度Aが負の値のとき(即ち、減速時)にアシストゲインG1が「1」以上となるように設定されている。また、加速度Aが正の値の場合は、加速度Aが大きくなるに従いアシストゲインG1が「1」から徐々に小さくなり、加速度Aが負の値の場合は、加速度Aが小さくなる(即ち、車両10の減速度が大きくなる)に従い、アシストゲインG1が「1」から徐々に大きくなるように設定されている。
詳細には、加速度/荷重変換マップmp21は、加速度Aが負の値から正の値に向かって大きくなるに従って、転舵輪50,50にかかる推定荷重Fが小さくなるように設定されている。なお、加速度/荷重変換マップmp21は、車両10の種類(例えば、総重量、前後重量配分、駆動輪など)に応じて適宜変更すればよい。
また、荷重−ゲインマップmp22は、推定荷重Fが所定の下限閾値W1と上限閾値W2の間であるときにアシストゲインG1を「1」に固定し、上限閾値W2より大きい場合には、アシストゲインG1を「1」より大きくし、下限閾値W1より小さい場合にアシストゲインG1を「1」より小さくするように設定されている。さらに、上限閾値W2より大きい場合は、推定荷重Fの増加に従ってアシストゲインG1が増加し、その後、所定の上限値で一定となるように設定され、下限閾値W1より小さい場合は、推定荷重Fの低下に従ってアシストゲインG1が低下し、その後、所定の下限値で一定となるように設定されている。
ここで、下限閾値W1及び上限閾値W2は、車両10の加速度Aが「0」であるときに転舵輪50,50にかかる荷重「W0」に近い値に設定されている。このようにすることで、加速度Aが「0」の近傍で若干変化してもアシストゲインG1を「1」に固定することができる。
上述の如く加速度/荷重変換マップmp21及び荷重−ゲインマップmp22を設定したので、例えば、車両10が定速走行状態(加速度Aが「0」)から加速され、転舵輪50,50にかかる推定荷重Fが下限閾値W1より小さくなると、転舵モータ19が出力するアシスト力が定速走行時より小さくなる。また、これとは逆に、車両10が定速走行状態から減速され、転舵輪50,50にかかる推定荷重Fが上限閾値W2より大きくなると、転舵モータ19が出力するアシスト力が、定速走行時より大きくなる。これにより、運転者は、転舵輪50,50にかかる荷重、換言すれば、車両10の加減速に拘わらず、ほぼ一定の操舵力でハンドル操作を行うことができる。
なお、車速・トルク−電流指令値マップmp1は、図3に示すように、負荷トルクT1が大きくなるに従って基本電流指令値I11が大きくなるように設定されると共に、同じ負荷トルクT1の場合には、車速Vが大きくなるに従って基本電流指令値I11が小さくなるように設定されている。つまり、ハンドル操舵時の負荷トルクT1の増加に応じて転舵モータ19のアシスト力が大きくなる一方、車速Vが大きくなるに従って転舵モータ19のアシスト力が小さくなるように設定されている。これにより、低速時には、軽い操舵力でハンドル操舵が可能となる一方、高速時にはハンドル33が重くなってふらつきを防止することができる。
また、車速−最大電流指令値マップmp3は、車速・トルク−電流指令値マップmp1に対応して、車速Vが大きくなるに従って最大電流指令値I2が小さくなるように設定されている。
次に、上記構成からなる本実施形態の動作を説明する。例えば、車両10の加速度Aが「0」である場合(定速走行状態)は、以下のようである。この状態で、ハンドル33を操舵すると、ステアリングシャフト32にかかる負荷トルクT1及び車速Vに基づいて基本電流指令値I11が演算され、負荷トルクT1、車速V及び操舵角θ2に基づいて、補償電流指令値I12が演算される。また、車速Vから加速度Aが演算され、この加速度Aに基づいてアシストゲインG1が演算される。ここで、加速度Aは「0」なので、アシストゲインG1は「1」となる。そして、これら演算結果に基づきアシスト用電流指令値I1が演算される。
アシスト用電流指令値I1は、車速Vに応じて演算された最大電流指令値I2と比較される。ここで、アシストゲインG1は「1」なので、アシスト用電流指令値I1は、必ず最大電流指令値I2より小さくなり、アシスト用電流指令値I1がモータ駆動回路42に出力される。するとモータ駆動回路42は、アシスト用電流指令値I1に応じた駆動電流を転舵モータ19に付与し、転舵モータ19はその駆動電流に応じたアシスト力を出力して、転舵輪50,50を転舵させる。これにより、負荷トルクT1に拘わらず、安定した操舵反力を感じながら運転者はハンドル操作を行うことができる。
さて、定速走行状態からアクセルを踏み込んで車両10を急激に加速する(加速度Aが正の値になる)と、転舵輪50,50にかかる荷重が一時的に低下して、転舵輪50,50を転舵するのに必要な力(操舵力とアシスト力を合わせた力)も低下する。このとき、アシストゲインG1は「1」より小さい値に設定され、そのアシストゲインG1によりアシスト用電流指令値I1を小さくする補正がなされる。補正されたアシスト用電流指令値I1は、最大電流指令値I2より小さいので、アシスト用電流指令値I1がモータ駆動回路42に出力される。すると、転舵モータ19は、定速走行時よりも小さいアシスト力を出力して、転舵輪50,50を転舵させる。これにより急ハンドルやハンドル33のふらつきを防止することができる。
一方、定速走行状態からブレーキを踏み込んで車両10を急激に減速する(加速度Aが負の値になる)と、転舵輪50,50にかかる荷重が一時的に増加して、転舵輪50,50を転舵するのに必要な力(操舵力とアシスト力を合わせた力)も増加する。このとき、アシストゲインG1が「1」より大きい値に設定され、そのアシストゲインG1によりアシスト用電流指令値I1を大きくする補正がなされる。そして、補正されたアシスト用電流指令値I1が最大電流指令値I2より小さい場合に、アシスト用電流指令値I1がモータ駆動回路42に出力される。すると、転舵モータ19は、定速走行時よりも大きいアシスト力を出力して、転舵輪50,50を転舵させる。これにより、例えば、急ブレーキ時でもハンドル操作が行い易くなる。このように、車両10が加速及び減速(換言すれば、転舵輪50,50にかかる荷重が増減)すると、それに応じて転舵モータ19の出力するアシスト力も増減するので、車両10の加減速に拘わらずほとんど同じ操舵力でハンドル33の操舵を行うことができる。これにより、車両10の緊急回避行動を行い易くなる。
詳細には、車両10が加速及び減速(転舵輪50,50にかかる荷重が増減)すると、転舵輪50,50と路面との摩擦抵抗が増減し、転舵輪50,50の転舵に必要な力(即ち、操舵力とアシスト力を合わせた力)も増減する。そして、従来のものでは、摩擦抵抗の増減によるアシスト力の過不足に対し、操舵トルクセンサを用いたフィードバック制御でしか対応することができなかった。これに対し、本実施形態の電動パワーステアリング装置11では、摩擦抵抗の増減分を、加速度センサ37を用いて加速度Aとして検出し、その検出結果に応じてアシスト用電流指令値I1を補正する(増減させる)という、所謂、フィードフォワード制御を行っているので、ハンドル操舵の始動時から、車両10の加速度A(換言すれば、転舵輪50,50にかかる荷重)に応じた最適なアシスト力が出力され、良好な操舵フィーリングを与えることができる。
なお、アシストゲインG1による補正の結果、或いは、センサ34〜37の故障等による異常な検出値に基づいてアシスト用電流指令値I1の演算が行われたことにより、アシスト用電流指令値I1が最大電流指令値I2より大きくなった場合には、アシスト用電流指令値I1のかわりに最大電流指令値I2がモータ駆動回路42に出力される。つまり、転舵モータ19に流れる駆動電流が制限されるので、転舵モータ19の過熱を防止すると共に、必要以上に大きなアシスト力の発生を防止できる。
このように本実施形態の電動パワーステアリング装置11によれば、加速度センサ37が車両10の加速度Aを検出し、その加速度Aに応じて決定されたアシストゲインG1によりアシスト用電流指令値I1(即ち、転舵モータ19が出力するアシスト力)が補正(増減)される。これにより、車両10が加速及び減速(転舵輪50,50にかかる荷重が増減)しても、操舵フィーリングへの影響が抑えられる。即ち、車両10の加減速に拘わらず、良好な操舵フィーリングを与えることができる。
[他の実施形態]
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態では、基本電流指令値I11、アシストゲインG1及び最大電流指令値I2を、各センサ34〜37の検出値に応じてマップmp1,mp21,mp22,mp3から決定していたが、演算式により決定してもよい。
(2)上記実施形態において、車両10は、駆動輪が前輪(即ち、転舵輪50,50)であっても後輪であってもよいが、駆動輪が後輪である車両に本発明の電動パワーステアリング装置11を搭載するとより効果的である。
(3)図4に示すように、加速度センサ37に換えて、車速センサ36から取得した車速Vを微分して加速度Aを算出し、これをゲイン演算部45に出力する加速度演算部48を設けてもよい。このようにすれば、加速度センサが不要となるので、部品コストを抑えることができる。ここで、車速センサ36を両転舵輪50,50にそれぞれ備えておき、何れか一方が故障したときには、他方の車速センサ36から車速Vを取得して加速度Aを求めるようにしてもよい。
(4)また、加速度センサ37と加速度演算部48との両方を備えておき、何れか一方が失陥した場合には、他方によって加速度Aを検出するようにしてもよい。
(5)電動パワーステアリング装置11は上記実施形態に例示した、所謂、ラック同軸式に限るものではなく、コラム式やピニオン式でもよい。
(6)上記実施形態では、加速度/荷重変換マップmp21と荷重−ゲインマップmp22の2つのマップを備えていたが、加速度AからアシストゲインG1を直接求めることが可能な加速度−ゲインマップを備えていてもよい。
本発明の一実施形態に係る車両の概念図 モータ電流指令値演算プログラムのフローチャート 操舵制御装置のブロック線図 他の実施形態(3)に係る操舵制御装置のブロック線図
符号の説明
10 車両
11 電動パワーステアリング装置
33 ハンドル
37 加速度センサ
43 基本電流指令値演算部(アシスト力決定手段)
45 ゲイン演算部(目標値補正手段)
46 アシスト用電流指令値演算部(目標値補正手段)
48 加速度演算部(加速度検出手段)
50 転舵輪
A 加速度
G1 アシストゲイン
I1 アシスト用電流指令値
I11 基本電流指令値
I12 補償電流指令値
T1 負荷トルク
V 車速
θ2 操舵角
mp1 電流指令値マップ
mp21 加速度/荷重変換マップ(アシストゲイン対応マップ)
mp22 荷重−ゲインマップ(アシストゲイン対応マップ)
mp3 車速−最大電流指令値マップ

Claims (3)

  1. ハンドルの操舵を補助するためのアシスト力を出力する電動パワーステアリング装置において、
    車速と前記ハンドルの操舵に対する負荷トルクとに応じて前記アシスト力の目標値を決定するアシスト力決定手段と、
    車両の前向きを正とした加速度が大きくなるに従って前記アシスト力の目標値を小さくなるように補正する目標値補正手段とを備え、
    前記目標値補正手段により補正された前記アシスト力の目標値に応じて前記アシスト力を出力することを特徴とする電動パワーステアリング装置。
  2. 前記目標値補正手段は、前記加速度とアシストゲインとを対応させたアシストゲイン対応マップを有し、
    そのアシストゲイン対応マップに基づいて、前記加速度から前記アシストゲインを決定し、その決定した前記アシストゲインを前記アシスト力の目標値に乗じて補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の電動パワーステアリング装置。
  3. 前記車速を微分して前記加速度を算出するように構成し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テアリング装置。
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