JP2011102087A - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】アシスト操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシスの減少を防ぐことができる電動パワーステアリング装置を提供する。
【解決手段】操舵トルクTを検出する操舵トルク検出手段と、操舵角検出手段と、操舵トルク検出手段からの信号TSによってアシストトルクTMを発生させる電動機と、ステアリングハンドルの中点位置から遠ざかる方向に切る往き状態か、ステアリングハンドルの中点位置に戻す方向に切る戻り状態かを判定する往き戻り状態検出部230と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、往き戻り状態検出部230で検出された状態に基づいて、往き状態または戻り状態のアシスト開始の操舵トルク検出手段からの値Tを操舵角θに応じてオフセットさせるオフセット量設定手段220を備えた。
【選択図】図2
【解決手段】操舵トルクTを検出する操舵トルク検出手段と、操舵角検出手段と、操舵トルク検出手段からの信号TSによってアシストトルクTMを発生させる電動機と、ステアリングハンドルの中点位置から遠ざかる方向に切る往き状態か、ステアリングハンドルの中点位置に戻す方向に切る戻り状態かを判定する往き戻り状態検出部230と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、往き戻り状態検出部230で検出された状態に基づいて、往き状態または戻り状態のアシスト開始の操舵トルク検出手段からの値Tを操舵角θに応じてオフセットさせるオフセット量設定手段220を備えた。
【選択図】図2
Description
本発明は、電動パワーステアリング装置に関する。
電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減するものである。
特許文献1(特開2005−186801号公報)には、ステアリング機構の摩擦トルクが運転者の操舵方向によりその摩擦の向きが決定し、切り込み時は加算され戻り時は減算されることにより、操舵角が同一の場合では運転者の操舵状態が切り込み状態(往き状態)のときの方が戻り状態のときよりも操舵トルクが大きいため、操舵角・操舵トルクのリサージュ波形は、ヒステリシス特性を有するものであることが開示されている。
特許文献1(特開2005−186801号公報)には、ステアリング機構の摩擦トルクが運転者の操舵方向によりその摩擦の向きが決定し、切り込み時は加算され戻り時は減算されることにより、操舵角が同一の場合では運転者の操舵状態が切り込み状態(往き状態)のときの方が戻り状態のときよりも操舵トルクが大きいため、操舵角・操舵トルクのリサージュ波形は、ヒステリシス特性を有するものであることが開示されている。
しかしながら、操舵トルクと車速によって補助トルクを決定する電動パワーステアリング装置について、操舵角・操舵トルクのリサージュ波形のヒステリシス幅は、その操舵角によって変化するという課題があった。この結果、例えば、車両の旋回中において、良好な操作性、操舵感が損なわれるおそれがあった。
そこで本発明は、操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシス幅の減少を防ぐ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課題とする。
本発明は、このような課題を解決するために、請求項1に係る電動パワーステアリング装置は、運転者がステアリングハンドルを操舵する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、前記ステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、前記操舵トルク検出手段からの信号によってアシストトルクを発生させる電動機と、前記ステアリングハンドルを前記ステアリングハンドルの中点位置から遠ざかる方向に切る往き状態か、前記ステアリングハンドルの中点位置に戻す方向に切る戻り状態かを検出する往き戻り状態検出部と、を備えた電動パワーステアリング装置であって、前記往き戻り状態検出部で検出された状態に基づいて、前記往き状態または前記戻り状態のアシスト開始の前記操舵トルク検出手段からの値を前記操舵角に応じてオフセットさせるオフセット量設定手段を備えたことを特徴とする。
本発明によれば、電動パワーステアリング装置によるアシスト時の操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシス幅の減少を防ぐことができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。また、操舵トルク検出手段の値からのオフセット量を考慮しているので、ベースアシスト電流によって、ヒステリシス幅の減少を防ぐことができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
また、請求項2に係る電動パワーステアリング装置は、前記往き状態の時には前記操舵トルクの絶対値を増大させる方向に前記操舵角の絶対値が大きくなるに従ってオフセット量を大きくさせることを特徴とする。
本発明によれば、電動パワーステアリング装置によるアシスト時の操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシス幅の減少を防ぐことができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
また、請求項3に係る電動パワーステアリング装置は、前記戻り状態の時には前記操舵トルクの絶対値を減少させる方向に前記操舵角の絶対値が大きくなるに従ってオフセット量を大きくさせることを特徴とする。
本発明によれば、電動パワーステアリング装置によるアシスト時の操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシス幅の減少を防ぐことができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
また、請求項4に係る電動パワーステアリング装置は、前記操舵トルクをオフセットさせる量は予め設定されたステアリング系の機械的フリクションの量であることを特徴とする。
本発明によれば、元々持っているステアリングの機械的フリクションの量をオフセットさせるので、違和感の無い操舵を行うことができる。
本発明に係る電動パワーステアリング装置によれば、操舵状態の切り替わりに生じるヒステリシス幅の減少を防ぐことができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
以下、本発明を実施するための形態について、適宜図を参照して詳細に説明する。
≪電動パワーステアリング装置の構成≫
図1を用いて本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の構成について説明する。
図1は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4によって連結され、また、ピニオン軸5の下端部に設けられたピニオンギア7は、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して左右の転舵輪10,10が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cを介してステアリングギアボックス20に支持されている。
図1を用いて本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の構成について説明する。
図1は、本実施形態の電動パワーステアリング装置の構成を示す図である。
電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4によって連結され、また、ピニオン軸5の下端部に設けられたピニオンギア7は、車幅方向に往復運動可能なラック軸8のラック歯8aに噛合し、ラック軸8の両端には、タイロッド9,9を介して左右の転舵輪10,10が連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2の操舵時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9は転舵機構を構成する。なお、ピニオン軸5はその下部、中間部、上部を軸受6a,6b,6cを介してステアリングギアボックス20に支持されている。
また、電動パワーステアリング装置100は、操向ハンドル2の操舵時の操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機11を備えており、この電動機11の出力軸に設けられたウォームギア12が、ピニオン軸5に設けられたウォームホイールギア13に噛合している。即ち、ウォームギア12とウォームホイールギア13とで減速機構が構成されている。また、電動機11、電動機11の回転子(図示せず)に連結されているウォームギア12、ウォームホイールギア13、ピニオン軸5、ラック軸8、ラック歯8a、タイロッド9,9等により、ステアリング系が構成される。
電動機11は、複数の界磁コイルを備えた固定子(図示せず)とこの固定子の内部で回転する回転子(図示せず)を有してなる3相ブラシレスモータであり、電気動力を機械的動力(PM =ωTM )に変換するものである。ここで、ωは回転速度であり、TM は電動機11の発生トルク(アシストトルク)である。また、発生トルクTM と実際に出力として取り出すことができる出力トルクTM ´との関係は、下記(1)式によって表現される。(i:ウォームギア12とウォームホイールギア13との減速比)
TM ´=TM −(cm ・dθm /dt+Jm ・d2 θm /dt2 )i2 ・・・(1)
上記(1)式より、出力トルクTM ´と電動機11の回転角θm との関係は、電動機11の回転子の慣性モーメントJm と粘性係数cm とによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。
TM ´=TM −(cm ・dθm /dt+Jm ・d2 θm /dt2 )i2 ・・・(1)
上記(1)式より、出力トルクTM ´と電動機11の回転角θm との関係は、電動機11の回転子の慣性モーメントJm と粘性係数cm とによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。
更に、電動パワーステアリング装置100は、制御装置200と、電動機11を駆動する電動機駆動手段60と、レゾルバ50と、ピニオン軸5に加えられるピニオントルクを検出するトルクセンサ30と、トルクセンサ30の出力を増幅する差動増幅回路40と、車速センサ35とを備えている。
電動機駆動手段60は、例えば、3相のFETブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、制御装置200から出力されたDUTY(DUTY U、DUTY V、DUTY W)信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機11を駆動するものである。また、電動機駆動手段60は図示しないホール素子を用いて3相の電機子電流I(IU、IV、IW)を検出する機能を備えている。
レゾルバ50は、電動機11の回転角θm を検出し、回転角信号θmS を出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものである。なお、回転角信号θmS は、検出した電動機11の回転角の信号である。
操舵角センサ(操舵角検出手段)37は、メインステアリングシャフト3に取付けられ、操向ハンドル2の操舵角θを検出し、操舵角信号θS を出力するものである。なお、操舵角信号θS は、検出した操向ハンドル2の操舵角の信号である。
操舵角センサ(操舵角検出手段)37は、メインステアリングシャフト3に取付けられ、操向ハンドル2の操舵角θを検出し、操舵角信号θS を出力するものである。なお、操舵角信号θS は、検出した操向ハンドル2の操舵角の信号である。
トルクセンサ(操舵トルク検出手段)30は、ピニオン軸5に加えられるピニオントルクを検出するものであり、ピニオン軸5の軸方向2箇所に逆方向の異方性となるように磁歪膜が被着され、各磁歪膜の表面に検出コイルがピニオン軸5に離間して挿入されている。
ここで、操向ハンドル2が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4によって連結されており、ピニオン軸5に加えられるピニオントルクは、即ち、操向ハンドル2を操舵する操舵トルクTであるから、トルクセンサ30は操向ハンドル2の操舵トルク検出手段として機能する。
ここで、操向ハンドル2が設けられたメインステアリングシャフト3と、シャフト1と、ピニオン軸5とが、2つのユニバーサルジョイント(自在継手)4によって連結されており、ピニオン軸5に加えられるピニオントルクは、即ち、操向ハンドル2を操舵する操舵トルクTであるから、トルクセンサ30は操向ハンドル2の操舵トルク検出手段として機能する。
差動増幅回路40は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した2つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号TS を出力するものである。なお、このトルク信号TS は、ピニオントルクレベルを示す信号である。
車速センサ(車速検出手段)35は、車両の車速Vを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号VS を出力する。
制御装置200は、CPU、ROM、RAM等を備えるコンピュータを有してなり、電動機駆動手段60からの3相電流I、レゾルバ50からの回転角信号θmS 、車速センサ35からの車速信号VS 、操舵角センサ37からの操舵角信号θS 、差動増幅回路40からのトルク信号TS から得られる前記の発生トルクTM で、電動機11を駆動させるためのDUTY信号を電動機駆動手段60に出力する。このDUTY信号の出力により、電動機駆動手段60は、前記の発生トルクTM で電動機11を駆動させる。
≪制御装置≫
次に、図2を用いて本実施形態の電動パワーステアリング装置100における制御装置200について、説明する。
図2は、本実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置100における制御装置200は、ベース信号演算部210、トルクオフセット量設定部220、往き戻り状態検出部230、回転角信号微分処理部235、励磁電流生成部260、Q軸(トルク軸)PID制御部270、D軸(磁極軸)PID制御部275、2軸3相変換部280、3相2軸変換部285、PWM変換部290等を、機能ブロックとして備える。
次に、図2を用いて本実施形態の電動パワーステアリング装置100における制御装置200について、説明する。
図2は、本実施形態の電動パワーステアリング装置における制御装置の機能構成を示す図である。
本実施形態の電動パワーステアリング装置100における制御装置200は、ベース信号演算部210、トルクオフセット量設定部220、往き戻り状態検出部230、回転角信号微分処理部235、励磁電流生成部260、Q軸(トルク軸)PID制御部270、D軸(磁極軸)PID制御部275、2軸3相変換部280、3相2軸変換部285、PWM変換部290等を、機能ブロックとして備える。
3相2軸変換部285は、電動機駆動手段60(図1参照)が検出する、電動機11(図1参照)の3相電流IU、IV、IWを、電動機11の回転子の磁極軸であるD軸の電流(ID)と、このD軸に対して電気的に90度回転した軸であるQ軸の電流(IQ)に変換するものであり、D軸電流IDは励磁電流に比例し、Q軸電流IQは電動機11の発生トルクTM に比例する。
励磁電流生成部260は、電動機11(図1参照)の励磁電流目標値を生成して出力する。
D軸(磁極軸)PID制御部275は、加算器253の出力信号を、即ち、3相2軸変換部285から出力されたD軸電流IDと励磁電流生成部260で生成された励磁電流目標値との差分を、減少するようにP(比例)制御、I(積分)制御およびD(微分)制御を行う。
Q軸(トルク軸)PID制御部270は、加算器252の出力信号を、即ち、3相2軸変換部285から出力されたQ軸電流IQとこのQ軸電流IQの目標電流IMとの差分である偏差信号IEを、減少するようにP(比例)制御、I(積分)制御およびD(微分)制御を行う。なお、電動機11(図1参照)の発生トルクTM を規定するQ軸電流IQの目標電流IMの生成については、後述する。
2軸3相変換部280は、Q軸(トルク軸)PID制御部270の出力信号VQとD軸(磁極軸)PID制御部275の出力信号VDとの2軸信号を3相信号UU、UV、UWに変換して出力する。なお、2軸3相変換部280は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS が入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。
PWM変換部290は、2軸3相変換部280から出力された3相信号UU、UV、UWの大きさに比例したパルス幅のON/OFF信号[PWM(Pulse Width Modulation)信号]であるDUTY信号(DUTY U、DUTY Y、DUTY W)を生成して電動機駆動手段60(図1参照)に出力する。なお、PWM変換部290は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS が入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。
≪目標電流IM≫
電動機11(図1参照)の発生トルクTM を規定するQ軸電流IQの目標電流IMの生成について、以下、説明する。Q軸電流IQの目標電流IMは、ベース信号演算部210から出力されたベースアシスト電流A1である。
電動機11(図1参照)の発生トルクTM を規定するQ軸電流IQの目標電流IMの生成について、以下、説明する。Q軸電流IQの目標電流IMは、ベース信号演算部210から出力されたベースアシスト電流A1である。
ベース信号演算部210は、車速センサ35(図1参照)が出力する車速信号VS と、加算器251が出力する補正トルク信号TS ´とから、目標電流IMの基準となるベースアシスト電流A1を生成する。なお、加算器251が出力する補正トルク信号TS ´については、後述する。
このベースアシスト電流A1の生成は、実験測定等によって予め設定されベース信号演算部210に格納されたベーステーブル210aを参照することによって、行われる。
このベースアシスト電流A1の生成は、実験測定等によって予め設定されベース信号演算部210に格納されたベーステーブル210aを参照することによって、行われる。
図3を用いて、ベース信号演算部210に格納されたベーステーブル210aの補正トルク信号TS ´及び車速信号VS とベースアシスト電流A1との対応関係を説明する。
図3は、本実施形態の電動パワーステアリング装置におけるベース信号演算部の特性を示す図である。
ベーステーブル210aでは、補正トルク信号TS ´のレベルが小さいときはベースアシスト電流A1がゼロレベルに設定される非アシスト領域N1が設けられ、この非アシスト領域N1よりも補正トルク信号TS ´のレベルが大きくなるとゲインG1で直線的に増加する特性を備えている。
また、ベーステーブル210aでは、補正トルク信号TS ´のレベルが所定レベル以上のとき、ゲインがG1からG2に増加し、更に補正トルク信号TS ´のレベルが増加して前記所定レベルよりも高い所定レベル以上となったとき、ベースアシスト電流A1のレベルが飽和する特性を備えている。
図3は、本実施形態の電動パワーステアリング装置におけるベース信号演算部の特性を示す図である。
ベーステーブル210aでは、補正トルク信号TS ´のレベルが小さいときはベースアシスト電流A1がゼロレベルに設定される非アシスト領域N1が設けられ、この非アシスト領域N1よりも補正トルク信号TS ´のレベルが大きくなるとゲインG1で直線的に増加する特性を備えている。
また、ベーステーブル210aでは、補正トルク信号TS ´のレベルが所定レベル以上のとき、ゲインがG1からG2に増加し、更に補正トルク信号TS ´のレベルが増加して前記所定レベルよりも高い所定レベル以上となったとき、ベースアシスト電流A1のレベルが飽和する特性を備えている。
更に、ベーステーブル210aでは、車速Vが大きく高速になるに従って、ゲインG1,G2が低くなり、且つ、非アシスト領域N1が大きくなる特性を備えている。この特性を備えていることにより、車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く、中低速時では比較的負荷が軽くなり、高速時ではマニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与えるようにしている。
≪補正トルク信号TS ´≫
再び図2に戻り、加算器251が出力する補正トルク信号TS ´について、以下、説明する。
加算器251が出力する補正トルク信号TS ´は、差動増幅回路40(図1参照)が出力するトルク信号TS とトルクオフセット量設定部220が出力するトルクオフセット信号Toff を加算したものである。
再び図2に戻り、加算器251が出力する補正トルク信号TS ´について、以下、説明する。
加算器251が出力する補正トルク信号TS ´は、差動増幅回路40(図1参照)が出力するトルク信号TS とトルクオフセット量設定部220が出力するトルクオフセット信号Toff を加算したものである。
トルクオフセット量設定部220、往き戻り状態検出部230、回転角信号微分処理部235について、説明する。
回転角信号微分処理部235は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS を微分演算することにより回転角速度信号dθmS /dtを生成して往き戻り状態検出部230に出力する。
操舵角θを微分演算した操舵角速度dθ/dtは、減速機構(ウォームギア12、ウォームホイールギア13)の減速比iと回転角θm を微分演算した回転角速度dθm /dtとを用いて、(2)式の関係が成立する。
dθ/dt=i-1・dθm /dt ・・・(2)
したがって、回転角信号微分処理部235は、電動機11の回転角θm について微分演算する回転角微分処理部として機能するだけでなく、操向ハンドル2の操舵角θについて微分演算する操舵角微分処理部としての機能も有する。
回転角信号微分処理部235は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS を微分演算することにより回転角速度信号dθmS /dtを生成して往き戻り状態検出部230に出力する。
操舵角θを微分演算した操舵角速度dθ/dtは、減速機構(ウォームギア12、ウォームホイールギア13)の減速比iと回転角θm を微分演算した回転角速度dθm /dtとを用いて、(2)式の関係が成立する。
dθ/dt=i-1・dθm /dt ・・・(2)
したがって、回転角信号微分処理部235は、電動機11の回転角θm について微分演算する回転角微分処理部として機能するだけでなく、操向ハンドル2の操舵角θについて微分演算する操舵角微分処理部としての機能も有する。
往き戻り状態検出部230は、操舵角センサ37(図1参照)から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角信号θS と回転角信号微分処理部235が出力する回転角速度信号dθmS /dtから、「往き状態」または「戻り状態」であるかを検出する。また、検出結果から「往き状態」または「戻り状態」を示す状態信号Jを生成してトルクオフセット量設定部220に出力する。
なお、「往き状態」とは操向ハンドル2の中点位置(操舵角θ=0)から遠ざかる方向に操向ハンドル2を切る状態であり、「戻り状態」とは操向ハンドル2の中点位置(操舵角θ=0)に戻す方向に切る状態である。
これは、操舵角θと操舵角速度dθ/dtとの符号(+/−)が同符号の場合、即ち、θ・dθ/dt>0の場合が「往き状態」である。一方、操舵角θと操舵角速度dθ/dtとの符号(+/−)が逆符号の場合、即ち、θ・dθ/dt<0の場合が「戻り状態」である。
ここで、電動機11(図1参照)の回転角速度dθm /dtと操向ハンドル2(図1参照)の操舵角速度dθ/dtとの関係は、前記した(2)式によって表現されるため、往き戻り状態検出部230は、操舵角センサ37(図1参照)から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角信号θS と回転角信号微分処理部235が出力する回転角速度信号dθmS /dtから、θS ・dθmS /dt>0の場合「往き状態」と検出し、θS ・dθmS /dt<0の場合「戻り状態」と検出すればよい。
これは、操舵角θと操舵角速度dθ/dtとの符号(+/−)が同符号の場合、即ち、θ・dθ/dt>0の場合が「往き状態」である。一方、操舵角θと操舵角速度dθ/dtとの符号(+/−)が逆符号の場合、即ち、θ・dθ/dt<0の場合が「戻り状態」である。
ここで、電動機11(図1参照)の回転角速度dθm /dtと操向ハンドル2(図1参照)の操舵角速度dθ/dtとの関係は、前記した(2)式によって表現されるため、往き戻り状態検出部230は、操舵角センサ37(図1参照)から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角信号θS と回転角信号微分処理部235が出力する回転角速度信号dθmS /dtから、θS ・dθmS /dt>0の場合「往き状態」と検出し、θS ・dθmS /dt<0の場合「戻り状態」と検出すればよい。
本実施形態に係る操舵角センサ37(図1参照)は、メインステアリングシャフト3に取付けられる構成として説明したが、これに限られるものではなく、例えば、ラック軸8(図1参照)の位置を検出する位置センサから操舵角θを検出する構成としてもよい。
また、回転角信号微分処理部235は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS を微分演算することにより回転角速度信号dθmS /dtを生成する構成としたが、操舵角センサ37から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角信号θS を微分演算することにより操舵角速度信号dθS /dtを生成する構成としてもよい。
さらに、往き戻り状態検出部230は、操舵角θと操舵角速度dθ/dtからθ・dθ/dtで往き戻り検出を定義しましたが、操舵トルクTと操舵角速度dθ/dtで定義するT・dθ/dtを用いて、T・dθ/dt>0の場合「往き状態」と検出し、T・dθ/dt<0の場合「戻り状態」検出する構成としてもよい。
また、回転角信号微分処理部235は、レゾルバ50(図1参照)から出力された電動機11(図1参照)の回転角信号θmS を微分演算することにより回転角速度信号dθmS /dtを生成する構成としたが、操舵角センサ37から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角信号θS を微分演算することにより操舵角速度信号dθS /dtを生成する構成としてもよい。
さらに、往き戻り状態検出部230は、操舵角θと操舵角速度dθ/dtからθ・dθ/dtで往き戻り検出を定義しましたが、操舵トルクTと操舵角速度dθ/dtで定義するT・dθ/dtを用いて、T・dθ/dt>0の場合「往き状態」と検出し、T・dθ/dt<0の場合「戻り状態」検出する構成としてもよい。
トルクオフセット量設定部220は、操舵角センサ37(図1参照)から出力された操向ハンドル2(図1参照)の操舵角θを示す操舵角信号θS と往き戻り状態検出部230から出力された「往き状態」または「戻り状態」を示す状態信号Jから、トルクオフセット信号Toff を生成し、加算器251に出力する。
図4を用いて、トルクオフセット量設定部220がトルクオフセット信号Toff を生成する流れを説明する。
図4は、トルクオフセット量設定手段の処理を示すフローチャートである。
まず、トルクオフセット量設定部220は、往き戻り状態検出部230から出力された状態信号Jが「往き状態」であるか、即ち、θ・dθ/dt>0であるかを判定する(ステップS1)。
図4を用いて、トルクオフセット量設定部220がトルクオフセット信号Toff を生成する流れを説明する。
図4は、トルクオフセット量設定手段の処理を示すフローチャートである。
まず、トルクオフセット量設定部220は、往き戻り状態検出部230から出力された状態信号Jが「往き状態」であるか、即ち、θ・dθ/dt>0であるかを判定する(ステップS1)。
ステップS1において、状態信号Jが「往き状態」であると判定した場合には(ステップS1でYes)、操向ハンドル2(図1参照)が右操舵の状態であるか、即ち、操舵角θがθ>0であるかを判定する(ステップS2)。
操舵角θ>0の場合には(ステップS2でYes)、アシストが開始されるトルクがプラス側(右側)に増大するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =−Tg として、加算器251に出力する(ステップS3)。
ここで、Tg は、「往き状態」におけるトルクのオフセット量を示し、Tg ≧0の値で設定される。なお、Tg =0とは、「往き状態」においてトルクのオフセットを行わないことを示す。
一方、操向ハンドル2(図1参照)が左操舵の状態である場合、即ち、操舵角θ<0の場合には(ステップS2でNo)、アシストが開始されるトルクがマイナス側(左側)に増大するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =Tg として、加算器251に出力する(ステップS4)。
ここで、Tg は、「往き状態」におけるトルクのオフセット量を示し、Tg ≧0の値で設定される。なお、Tg =0とは、「往き状態」においてトルクのオフセットを行わないことを示す。
一方、操向ハンドル2(図1参照)が左操舵の状態である場合、即ち、操舵角θ<0の場合には(ステップS2でNo)、アシストが開始されるトルクがマイナス側(左側)に増大するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =Tg として、加算器251に出力する(ステップS4)。
一方、ステップS1において、状態信号Jが「往き状態」でないと判定した場合には(ステップS1でNo)、トルクオフセット量設定部220は、往き戻り状態検出部230から出力された状態信号Jが「戻り状態」であるか、即ち、θ・dθ/dt<0であるかを判定する(ステップS5)。
ステップS5において、状態信号Jが「戻り状態」であると判定した場合には(ステップS5でYes)、操向ハンドル2(図1参照)が右操舵の状態であるか、即ち、操舵角θがθ>0であるかを判定する(ステップS6)。
操舵角θ>0の場合には(ステップS6でYes)、アシストが開始されるトルクがプラス側(右側)に対して減少するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =Tr として、加算器251に出力する(ステップS7)。
ここで、Tr は、「戻り状態」におけるトルクのオフセット量を示し、Tr ≧0の値で設定される。なお、Tr =0とは、「戻り状態」においてトルクのオフセットを行わないことを示す。
一方、操向ハンドル2(図1参照)が左操舵の状態である場合、即ち、操舵角θ<0の場合には(ステップS6でNo)、アシストが開始されるトルクがマイナス側(左側)に対して減少するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =−Tr として、加算器251に出力する(ステップS8)。
ここで、Tr は、「戻り状態」におけるトルクのオフセット量を示し、Tr ≧0の値で設定される。なお、Tr =0とは、「戻り状態」においてトルクのオフセットを行わないことを示す。
一方、操向ハンドル2(図1参照)が左操舵の状態である場合、即ち、操舵角θ<0の場合には(ステップS6でNo)、アシストが開始されるトルクがマイナス側(左側)に対して減少するように、即ち、トルクオフセット信号Toff =−Tr として、加算器251に出力する(ステップS8)。
一方、ステップS5において、状態信号Jが「戻り状態」でないと判定した場合には(ステップS5でNo)、トルクのオフセットを行わず、トルクオフセット量設定部220は、トルクオフセット信号Toff =0として、加算器251に出力する(ステップS9)。
≪操舵角・操舵トルクのリサージュ波形≫
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形について、比較例1,比較例2と対比しながら説明する。
図5から図7は、操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す。
この図5から図7において、横軸は操向ハンドル2(図1参照)の操舵角θを示し、縦軸は操向ハンドル2の操舵トルクTを示す。
横軸の操舵角θは、この図5から図7の縦軸と横軸の交点である原点を基準に、右側にいくほどプラス側の操舵角θの値が大きくなる(右操舵)。一方、原点を基準に、左側にいくほどマイナス側の操舵角θの値が大きくなる(左操舵)。
縦軸の操舵トルクTは、原点を基準に、上側にいくほどプラス側(右側)の操舵トルクTの値が大きくなる。一方、原点を基準に、下側にいくほどマイナス側(左側)の操舵トルクTの値が大きくなる。
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形について、比較例1,比較例2と対比しながら説明する。
図5から図7は、操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す。
この図5から図7において、横軸は操向ハンドル2(図1参照)の操舵角θを示し、縦軸は操向ハンドル2の操舵トルクTを示す。
横軸の操舵角θは、この図5から図7の縦軸と横軸の交点である原点を基準に、右側にいくほどプラス側の操舵角θの値が大きくなる(右操舵)。一方、原点を基準に、左側にいくほどマイナス側の操舵角θの値が大きくなる(左操舵)。
縦軸の操舵トルクTは、原点を基準に、上側にいくほどプラス側(右側)の操舵トルクTの値が大きくなる。一方、原点を基準に、下側にいくほどマイナス側(左側)の操舵トルクTの値が大きくなる。
ここで、ステアリング系の持つ機械的なフリクション(摩擦)は、運転者の操向ハンドル2(図1参照)の操舵方向によりそのフリクションの向きも決定する。即ち、操向ハンドル2を右に回転させる(操舵角θを大きくする)と操舵トルクTを加算する向きにフリクションによる摩擦トルクが生じ、操向ハンドル2を左に回転させる(操舵角θを小さくする)と操舵トルクTを減算する向きにフリクションによる摩擦トルクが生じる。このように、「往き状態」と「戻り状態」における操舵トルクTの差(ヒステリシス幅)は、ステアリング系の持つ機械的なフリクションにより生じる摩擦トルクに起因するものである。
<比較例1の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形>
まず、図5を用いて、比較例1として電動機11(図1参照)による補助操舵力がないステアリング装置の場合(電動パワーステアリング装置を搭載しない場合)について説明する。
図5は、比較例1の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
操向ハンドル2(図1参照)を動かす方向に対して、ステアリング系の摩擦トルクT0 が発生する。
比較例1では、「往き状態」と「戻り状態」における操舵トルクTの差(ヒステリシス幅)は、概ね一定である。
本実施形態では、比較例1のように、すべての操舵角域においてヒステリシス幅が概ね一定となるようなリサージュ波形を理想的なヒステリシスとするものとする。
まず、図5を用いて、比較例1として電動機11(図1参照)による補助操舵力がないステアリング装置の場合(電動パワーステアリング装置を搭載しない場合)について説明する。
図5は、比較例1の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
操向ハンドル2(図1参照)を動かす方向に対して、ステアリング系の摩擦トルクT0 が発生する。
比較例1では、「往き状態」と「戻り状態」における操舵トルクTの差(ヒステリシス幅)は、概ね一定である。
本実施形態では、比較例1のように、すべての操舵角域においてヒステリシス幅が概ね一定となるようなリサージュ波形を理想的なヒステリシスとするものとする。
<比較例2の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形>
次に、図6を用いて、比較例2として電動機11(図1参照)による補助操舵力がある電動パワーステアリング装置について説明する。
図6は、比較例2の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
比較例2では、トルク信号TS および車速信号VS を用いて、ベースアシスト電流A1(即ち、電動機11の発生トルクTM を規定するQ軸電流IQの目標電流IM)を生成する。
これは、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の制御装置200(図2参照)からトルクオフセット量設定部220、往き戻り状態検出部230、回転角信号微分処理部235を備えず、操舵角θによるトルク信号TS のオフセットを行わない、即ち、補正トルク信号TS ´=トルク信号TS として構成した電動パワーステアリング装置100と等しい。
次に、図6を用いて、比較例2として電動機11(図1参照)による補助操舵力がある電動パワーステアリング装置について説明する。
図6は、比較例2の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
比較例2では、トルク信号TS および車速信号VS を用いて、ベースアシスト電流A1(即ち、電動機11の発生トルクTM を規定するQ軸電流IQの目標電流IM)を生成する。
これは、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の制御装置200(図2参照)からトルクオフセット量設定部220、往き戻り状態検出部230、回転角信号微分処理部235を備えず、操舵角θによるトルク信号TS のオフセットを行わない、即ち、補正トルク信号TS ´=トルク信号TS として構成した電動パワーステアリング装置100と等しい。
ベース信号演算部210(図2参照)に格納されたベーステーブル210a(図3参照)は、操舵トルクTが低い状態では電動機11(図1参照)による補助操舵力が発生しない非アシスト領域N1を持ち、操舵トルクTがアシスト開始トルクTA (図6参照)を超えると電動機11による補助操舵力が発生し、操舵トルクTへのアシストが開始される。なお、アシスト開始トルクTA は、図3に示すように車速Vによって変化する。
このように、比較例2では、アシスト開始トルクTA は、操舵角θに関わらず一定である。
このように、比較例2では、アシスト開始トルクTA は、操舵角θに関わらず一定である。
ここで、操舵トルクTが、アシスト開始トルクTA となる場合、即ち、「往き状態」でアシストが開始される状態(右操舵の場合、図6のa点)と、「戻り状態」でアシストが終了される状態(右操舵の場合、図6のb点)についてみるに、図6に示すように、ステアリング系の持つ機械的なフリクションによりリサージュ波形となったことに伴い、「往き状態」でアシストが開始される操舵角と、「戻り状態」でアシストが終了される操舵角とが異なる。
この操舵角の差異により、結果として、操舵角θの絶対値が大きくなるにしたがって操舵トルクTの差(ヒステリシス幅)は減少する。このため、比較例2は、比較例1のような理想的なヒステリシスとはならない。
このように、比較例2の電動パワーステアリング装置では、ヒステリシス幅が変化するため、操作性や操作フィーリングの違和感を運転者に与えるおそれがあった。
この操舵角の差異により、結果として、操舵角θの絶対値が大きくなるにしたがって操舵トルクTの差(ヒステリシス幅)は減少する。このため、比較例2は、比較例1のような理想的なヒステリシスとはならない。
このように、比較例2の電動パワーステアリング装置では、ヒステリシス幅が変化するため、操作性や操作フィーリングの違和感を運転者に与えるおそれがあった。
<本実施形態の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形>
図7を用いて、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100について説明する。
図7は、本実施形態の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100は、往き戻り状態検出部230(図2参照)にて「往き状態」と検出された場合には、操舵角方向の操舵トルクTを増加させる方向に、即ち、右操舵(操舵角θ>0)のときに操舵トルクTを右方向(プラス方向)に増大する方向に、左操舵(操舵角θ<0)のときに操舵トルクTを左方向(マイナス方向)に増大する方向に、トルク信号TS をTg だけオフセットする(図4ステップS4,S5参照)。
一方、往き戻り状態検出部230にて「戻り状態」と検出された場合には、操舵角方向の操舵トルクTを減少させる方向に、即ち、右操舵(操舵角θ>0)のときに操舵トルクTを右方向(プラス方向)に対して減少する方向に、左操舵(操舵角θ<0)のときに操舵トルクTを左方向(マイナス方向)に対して減少する方向に、操舵トルク信号TS をTr だけオフセットする(図4ステップS6,S7参照)。
図7を用いて、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100について説明する。
図7は、本実施形態の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を示す図である。
本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100は、往き戻り状態検出部230(図2参照)にて「往き状態」と検出された場合には、操舵角方向の操舵トルクTを増加させる方向に、即ち、右操舵(操舵角θ>0)のときに操舵トルクTを右方向(プラス方向)に増大する方向に、左操舵(操舵角θ<0)のときに操舵トルクTを左方向(マイナス方向)に増大する方向に、トルク信号TS をTg だけオフセットする(図4ステップS4,S5参照)。
一方、往き戻り状態検出部230にて「戻り状態」と検出された場合には、操舵角方向の操舵トルクTを減少させる方向に、即ち、右操舵(操舵角θ>0)のときに操舵トルクTを右方向(プラス方向)に対して減少する方向に、左操舵(操舵角θ<0)のときに操舵トルクTを左方向(マイナス方向)に対して減少する方向に、操舵トルク信号TS をTr だけオフセットする(図4ステップS6,S7参照)。
右操舵(θ>0)についてみるに、「往き状態」でアシストが開始される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=TA +Tg となる時(図7のc点)である。また、「戻り状態」でアシストが終了される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=TA −Tr となる時(図7のd点)である。
同様に左操舵(θ<0)についてみると、「往き状態」でアシストが開始される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=−TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=−TA −Tg となる時(図7のe点)である。また、「戻り状態」でアシストが終了される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=−TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=−TA +Tr となる時(図7のf点)である。
同様に左操舵(θ<0)についてみると、「往き状態」でアシストが開始される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=−TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=−TA −Tg となる時(図7のe点)である。また、「戻り状態」でアシストが終了される状態となるのは、比較例2では操舵トルクT=−TA となる時であるのに対し、本実施形態では操舵トルクT=−TA +Tr となる時(図7のf点)である。
このため、本実施形態の「往き状態」でアシストが開始される操舵角(右操舵の場合、図7のc点の操舵角)の絶対値は、比較例2(右操舵の場合、図6のa点の操舵角)と対比して大きくなり、本実施形態の「戻り状態」でアシストが終了される操舵角(右操舵の場合、図7のd点操舵角)の絶対値は、比較例2(右操舵の場合、図6のb点操舵角)と対比して小さくなる。これにより、「往き状態」でアシストが開始される操舵角と「戻り状態」でアシストが終了される操舵角とを近づけることができる。
このように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100は、ベース信号演算部210(図2参照)およびベーステーブル210a(図2、図3参照)を比較例2と同じものを用いたまま、トルクオフセット量設定部220(図2参照)において操舵トルクTについて操舵角θを用いてオフセットすることにより、「往き状態」でアシストが開始される操舵角の絶対値は増加し、「戻り状態」でアシストが終了される操舵角の絶対値は減少する。これにより、「往き状態」でアシストが開始される操舵角と「戻り状態」でアシストが終了される操舵角との差が小さくなるので、ヒステリシス幅の減少を抑制することができる。
よって、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を理想的なヒステリシスとなるようにオフセットすることができ、操作性・操作フィーリングの改善をすることができる。
また、トルク信号TS からトルクオフセット量設定部220によりオフセット量を考慮しているので、目標電流IMの基準となるベースアシスト電流A1によって、ヒステリシス幅の減少を防ぐことができ、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
よって、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100の操舵角・操舵トルクのリサージュ波形を理想的なヒステリシスとなるようにオフセットすることができ、操作性・操作フィーリングの改善をすることができる。
また、トルク信号TS からトルクオフセット量設定部220によりオフセット量を考慮しているので、目標電流IMの基準となるベースアシスト電流A1によって、ヒステリシス幅の減少を防ぐことができ、操舵フィーリングの悪化を防止することができる。
以上のように、本実施形態に係る電動パワーステアリング装置100について、「往き状態」および「戻り状態」それぞれにおいてオフセットするものを示したが、「往き状態」または「戻り状態」の一方においてのみオフセットする構成としてもよい。
例えば、「往き状態」ではオフセットを行い「戻り状態」ではオフセットしない構成とした場合(即ち、Tg >0,Tr =0)であっても、「往き状態」から「戻り状態」への操舵状態の切り替わりの際に生じるヒステリシス幅の減少を抑制することができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
また、「往き状態」ではオフセットをせずに「戻り状態」でのみオフセットする構成にした場合(即ち、Tg =0,Tr >0)、操舵に必要な操舵トルクTの最大値を上昇させること無く、「往き状態」から「戻り状態」への操舵状態の切り替わりの際に生じるヒステリシス幅の減少を抑制することができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
例えば、「往き状態」ではオフセットを行い「戻り状態」ではオフセットしない構成とした場合(即ち、Tg >0,Tr =0)であっても、「往き状態」から「戻り状態」への操舵状態の切り替わりの際に生じるヒステリシス幅の減少を抑制することができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
また、「往き状態」ではオフセットをせずに「戻り状態」でのみオフセットする構成にした場合(即ち、Tg =0,Tr >0)、操舵に必要な操舵トルクTの最大値を上昇させること無く、「往き状態」から「戻り状態」への操舵状態の切り替わりの際に生じるヒステリシス幅の減少を抑制することができるので、操舵フィーリングの悪化を防止できる。
さらに、操舵トルクをオフセットさせる量を機械的フリクションにより発生する摩擦トルクと同量にする、即ちTg =Tr =T0 とすることで、「往き状態」でアシストが開始される操舵角と「戻り状態」でアシストが終了される操舵角を略等しくすることができる。
これにより、操舵トルクT方向のヒステリシス幅は、すべての操舵角域において略等しくなり、理想的なヒステリシスとすることができるので、操舵フィーリングの悪化をより防止できる。
また、ステアリングの機械的フリクションの量T0 を用いてオフセットさせるので違和感の無い操舵を行うことができる。
これにより、操舵トルクT方向のヒステリシス幅は、すべての操舵角域において略等しくなり、理想的なヒステリシスとすることができるので、操舵フィーリングの悪化をより防止できる。
また、ステアリングの機械的フリクションの量T0 を用いてオフセットさせるので違和感の無い操舵を行うことができる。
2 操向ハンドル(ステアリングハンドル)
11 電動機
30 トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
35 車速センサ(車速検出手段)
37 操舵角センサ(操舵角検出手段)
40 差動増幅回路
50 レゾルバ
60 電動機駆動手段
100 電動パワーステアリング装置
200 制御装置
210 ベース信号演算部
220 トルクオフセット量設定部(オフセット量設定手段)
230 往き戻り状態検出部
235 回転角信号微分処理部
251 加算器
T 操舵トルク
TM 発生トルク(アシストトルク)
V 車速(車両の速度)
θ 操舵角
11 電動機
30 トルクセンサ(操舵トルク検出手段)
35 車速センサ(車速検出手段)
37 操舵角センサ(操舵角検出手段)
40 差動増幅回路
50 レゾルバ
60 電動機駆動手段
100 電動パワーステアリング装置
200 制御装置
210 ベース信号演算部
220 トルクオフセット量設定部(オフセット量設定手段)
230 往き戻り状態検出部
235 回転角信号微分処理部
251 加算器
T 操舵トルク
TM 発生トルク(アシストトルク)
V 車速(車両の速度)
θ 操舵角
Claims (4)
- 運転者がステアリングハンドルを操舵する操舵トルクを検出する操舵トルク検出手段と、
前記ステアリングハンドルの操舵角を検出する操舵角検出手段と、
前記操舵トルク検出手段からの信号によってアシストトルクを発生させる電動機と、
前記ステアリングハンドルを前記ステアリングハンドルの中点位置から遠ざかる方向に切る往き状態か、前記ステアリングハンドルの前記中点位置に戻す方向に切る戻り状態かを検出する往き戻り状態検出部と、
を備えた電動パワーステアリング装置であって、
前記往き戻り状態検出部で検出された状態に基づいて、前記往き状態または前記戻り状態のアシスト開始の前記操舵トルク検出手段からの値を前記操舵角に応じてオフセットさせるオフセット量設定手段を備えた
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。 - 前記往き状態の時には前記操舵トルクの絶対値を増大させる方向に前記操舵角の絶対値が大きくなるに従ってオフセット量を大きくさせる
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。 - 前記戻り状態の時には前記操舵トルクの絶対値を減少させる方向に前記操舵角の絶対値が大きくなるに従ってオフセット量を大きくさせる
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の電動パワーステアリング装置。 - 前記操舵トルクをオフセットさせる量は予め設定されたステアリング系の機械的フリクションの量である
ことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の電動パワーステアリング装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009257654A JP2011102087A (ja) | 2009-11-11 | 2009-11-11 | 電動パワーステアリング装置 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014038133A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | 日産自動車株式会社 | 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 |
WO2015011996A1 (ja) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | 日産自動車株式会社 | 車両用操舵制御装置および車両用操舵制御方法 |
-
2009
- 2009-11-11 JP JP2009257654A patent/JP2011102087A/ja active Pending
Cited By (5)
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WO2014038133A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2014-03-13 | 日産自動車株式会社 | 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 |
JPWO2014038133A1 (ja) * | 2012-09-04 | 2016-08-08 | 日産自動車株式会社 | 車両用操舵制御装置及び車両用操舵制御方法 |
WO2015011996A1 (ja) * | 2013-07-26 | 2015-01-29 | 日産自動車株式会社 | 車両用操舵制御装置および車両用操舵制御方法 |
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US9731752B2 (en) | 2013-07-26 | 2017-08-15 | Nissan Motor Co., Ltd. | Steering control device for vehicle and steering control method for vehicle |
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