JP2015082234A - 電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置 Download PDF

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Abstract

【課題】制御手段による制御データの読み出しタイミングに関係なく、短期間で制御データの異常を検出可能な電子制御装置を提供する。
【解決手段】ROM13は、モータ80を制御するときに用いる制御データ41を記憶している。RAM14は、制御データ41を一時的に記憶可能である。マイコン11は、機能部51、52、53を実行するとき、RAM14に記憶された制御データ41を読み出し、読み出した制御データ41を用いて演算を行うことによりモータ80を制御する。マイコン11は、機能部51、52、53を実行するタイミングとは関係ない、所定の周期で周期読み出し部60を実行し、RAM14に記憶された制御データ41を読み出す。マイコン11は、機能部51、52、53、または、周期読み出し部60を実行することにより制御データ41が読み出されたとき、制御データ41の異常を検出可能である。
【選択図】図4

Description

本発明は、制御対象を制御する電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置に関する。
従来、RAMから読み出した制御データの異常を検出可能な電子制御装置が知られている。例えば特許文献1に記載された電子制御装置では、ECC(Error Correction Code)を付加した制御データをRAMに記憶することにより、読み出した制御データに1ビットのエラーが存在する場合、当該エラーを訂正し、読み出した制御データに2ビット以上のエラーが存在する場合、制御データの異常として検出している。
特開2012−86631号公報
特許文献1の電子制御装置では、制御データの異常検出は、制御手段が制御対象を制御するときに制御データを読み出すタイミングでのみ行われる。そのため、制御手段により制御データを読み出すタイミングの間隔が長い場合、制御データに異常が発生しているにもかかわらず、異常の検出が遅れるおそれがある。
また、特許文献1の電子制御装置では、制御データの異常を検出した回数が所定の回数を超えた場合、制御対象の制御を停止することにより、異常な制御データによる制御対象の誤作動の防止を図っている。しかしながら、特許文献1の電子制御装置では、上述のように制御手段が制御データを読み出すタイミングでしか制御データの異常検出が行われないため、制御データに異常が発生している状態で、制御データを読み出すタイミングの間隔が長い場合、制御データの異常を所定期間内で所定回数以上検出することができず、制御対象の制御の停止が遅れるおそれがある。この場合、異常な制御データにより制御対象が誤作動するおそれがある。
本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、制御手段による制御データの読み出しタイミングに関係なく、短期間で制御データの異常を検出可能な電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を提供することにある。
本発明は、制御対象を制御する電子制御装置であって、ROMとRAMと制御手段と周期読み出し手段と異常検出手段とを備えている。
ROMは、制御対象を制御するときに用いる制御データを記憶している。RAMは、制御データを一時的に記憶可能である。制御手段は、RAMに記憶された制御データを読み出し、読み出した制御データを用いて演算を行うことにより制御対象を制御する。
周期読み出し手段は、制御手段が制御データを読み出すタイミングとは関係ない所定の周期でRAMに記憶された制御データを読み出す。異常検出手段は、制御手段または周期読み出し手段により制御データが読み出されたとき、制御データの異常を検出可能である。
本発明では、制御手段により制御データが読み出されたときに制御データの異常を検出可能であることに加え、周期読み出し手段により制御データが読み出されたときにも制御データの異常を検出可能である。そのため、制御手段による制御データの読み出しタイミングの間隔が長い場合でも、周期読み出し手段により制御データが読み出されたタイミングで制御データの異常を検出することができる。これにより、制御手段による制御データの読み出しタイミングに関係なく、短期間で制御データの異常を検出することができる。
なお、本発明では、電子制御装置が、例えば、検出した異常の回数により電子制御装置をリセット、あるいは、停止する手段をさらに備える場合、制御データに異常が発生しているとき、短期間で電子制御装置をリセットまたは停止することができ、異常な制御データによる制御対象の誤作動を防ぐことができる。
本発明の一実施形態による電子制御装置を適用した電動パワーステアリング装置を示す概略図。 本発明の一実施形態による電子制御装置の概略図。 本発明の一実施形態による電子制御装置のRAM、および、その近傍を示す概略図。 本発明の一実施形態による電子制御装置のマイコンの作動を説明するための図。 本発明の一実施形態の電子制御装置による周期読み出し処理を示すフロー図。 本発明の一実施形態による電子制御装置の一作動例を示す図。
以下、本発明の実施形態による電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図面に基づき説明する。
(一実施形態)
本発明の一実施形態による電子制御装置、および、これを用いた電動パワーステアリング装置を図1に示す。
電子制御装置(以下、「ECU」という)10が適用される電動パワーステアリング装置1は、例えば自動車等のハンドル操作をアシストするための装置であり、自動車のステアリングシステム90に設けられる。
電動パワーステアリング装置1には、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92にトルクセンサ94が設けられている。トルクセンサ94は、運転者からハンドル91(ステアリングシャフト92)に入力される操舵トルクを検出する。
ステアリングシャフト92の先端にはピニオンギア96が設けられており、ピニオンギア96はラック軸97に噛み合っている。ラック軸97の両端には、タイロッド等を介して一対の車輪98が回転可能に連結されている。
これにより、運転者がハンドル91を回転させると、ハンドル91に接続されたステアリングシャフト92が回転し、ステアリングシャフト92の回転運動は、ピニオンギア96によってラック軸97の直線運動に変換され、ラック軸97の直線運動変位に応じた角度について一対の車輪98が操舵される。
電動パワーステアリング装置1は、操舵アシストトルクを発生するモータ80、モータ80の回転を減速してステアリングシャフト92に伝える減速ギア89、および、モータ駆動装置2を備える。モータ80は3相ブラシレスモータであり、減速ギア89を正逆回転させる。モータ駆動装置2は、ECU10を備える。モータ駆動装置2は、モータ80の回転角を検出する回転角センサ85、上述のトルクセンサ94、および、車速を検出する車速センサ95を含む。
この構成により、電動パワーステアリング装置1は、ハンドル91の操舵を補助するための操舵アシストトルクをモータ80から発生し、ステアリングシャフト92に伝達する。
図2にECU10のシステム概略図を示す。ECU10は、マイコン11を有している。マイコン11は、上述の回転角センサ85、トルクセンサ94および車速センサ95等から入力した信号に基づき、ハンドル91の操舵を補助(アシスト)するための出力(操舵アシストトルク)を算出する。そして、算出した出力をモータ80から発生させるための電流指令値を算出し、モータ80に流れる電流が算出した電流指令値と一致するよう、モータ80に供給する電力を制御する。これにより、マイコン11は、モータ80の駆動を制御可能である。ここで、モータ80は、特許請求の範囲における「制御対象」に対応している。
マイコン11は、CPU12、ROM13、RAM14およびバス15等を有している。
ROM13は、CPU12が実行する各種プログラム等が記憶されている、読み出し専用の記憶素子である。本実施形態では、ROM13は、モータ80を制御するためのプログラムや数値データ等を制御データとして記憶している。
RAM14は、CPU12によって演算された演算結果や、ROM13に記憶されているプログラムを実行するため一時的に制御データを記憶し、作業領域として使用される、書き込み、および、読み出し可能な記憶素子である。
バス15は、CPU12とROM13とRAM14との間を電気的に接続している。バス15は、CPU12とROM13とRAM14との間でアドレスや制御データを伝達するための信号ラインである。
ROM13およびRAM14は、それぞれ、ECC回路部30を有している。ECC回路部30は、エラー検出およびエラー訂正のための冗長データを記憶し、冗長データを使用して、制御データに存在する2ビット以上のエラーの検出と制御データに存在する1ビットのエラーの訂正を行う。
より詳細には、図3に示すように、ECC回路部30は、ECC生成部31、エラー検出部32およびエラー訂正部33を有している。
ECC生成部31は、RAM14に対する書き込み要求が発生すると、RAMインターフェース21を経由して制御データ41を入力し、当該データに基づくECC(Error Correction Code)42を生成する。そして、ECC回路部30は、ECC生成部31で生成したECC42を制御データ41に付加してRAM14の所定のアドレスに記憶する。ここで、本実施形態では、制御データ41のビット数は32ビット、ECC42のビット数は7ビットとする。
エラー検出部32は、RAM14に対する読み出し要求が発生すると、読み出し対象の制御データ41のECC42に基づき、制御データ41にエラーが存在するか否かを確認する。エラー検出部32は、読み出し対象の制御データ41に2ビット以上のエラーが存在した場合、エラー検出信号を割り込みコントローラ22に出力する。一方、エラー検出部32は、読み出し対象の制御データ41に1ビットのエラーが存在した場合、エラー検出信号を出力することなく、エラー訂正信号をエラー訂正部33に出力する。
エラー訂正部33は、エラー検出部32で1ビットのエラーが検出された場合、入力されたエラー訂正信号に基づき制御データ41のエラーを訂正し、エラーが訂正された制御データ41を、RAMインターフェース21を経由して読み出し先に伝達する。一方、エラー訂正部33は、エラー検出部32でエラーが検出されなかった場合、または、2ビット以上のエラーが検出された場合、読み出し対象の制御データ41をそのまま、RAMインターフェース21を経由して読み出し先に伝達する。ここで、エラー訂正部33は、特許請求の範囲における「エラー訂正手段」に対応している。
図4に示すように、本実施形態では、ROM13に、プログラムとしての機能部51、52、53、周期読み出し部60等が記憶されている。また、ECU10の電源がオンされると、RAM14の所定のアドレスに制御データ41が記憶される。ここで、各制御データ41には、ECC42が付加されている。
マイコン11は、モータ80の駆動を制御するとき、機能部51、52、53を実行する。マイコン11は、機能部51、52、53を実行するとき、それぞれの実行タイミング毎に、RAM14に記憶されている制御データ41を読み出す。なお、RAM14から制御データ41を読み出すとき、上記ECC回路部30により制御データ41のエラーの検出と訂正とが行われる。
本実施形態では、マイコン11は、機能部51、52、53を実行するタイミングとは関係ない、比較的短い所定の周期で周期読み出し部60を実行する。マイコン11は、周期読み出し部60を実行するとき、RAM14の所定のセクション(所定のアドレス範囲。以下、適宜、「周期読み出しセクション」という。)に記憶されている制御データ41のみ読み出す。なお、RAM14から制御データ41を読み出すとき、上記ECC回路部30により制御データ41のエラーの検出と訂正とが行われる。
ここで、マイコン11、機能部51、52、53は、特許請求の範囲における「制御手段」に対応している。また、マイコン11および周期読み出し部60は、特許請求の範囲における「周期読み出し手段」に対応している。
また、本実施形態では、ROM13には、機能51、52、53の他にも、モータ80の駆動を制御するときに実行するプログラム(機能)が記憶されている。よって、これらのプログラムを実行するときも、RAM14から制御データ41が読み出され、上記ECC回路部30により制御データ41のエラーの検出と訂正とが行われる。
次に、周期読み出し部60を実行するときのマイコン11による処理について、図5に基づき説明する。
マイコン11は、ECU10の電源がオンされると、比較的短い所定の周期で図5に示す一連の処理S100を実行する。
S101では、マイコン11は、周期読み出しセクションの先頭アドレスと終端アドレスとを取得する。その後、処理はS102へ移行する。
S102では、マイコン11は、S101で取得した先頭アドレスを読み出しアドレスポインタに設定する。その後、処理はS103へ移行する。
S103では、マイコン11は、読み出しアドレスポインタに設定されているアドレスの値が、S101で取得した終端アドレスの値より小さいか否かを判断する。読み出しアドレスポインタに設定されているアドレスの値が終端アドレスの値より小さいと判断した場合(S103:YES)、処理はS104へ移行する。一方、読み出しアドレスポインタに設定されているアドレスの値が終端アドレスの値以上であると判断した場合(S103:NO)、処理は一連の処理S100を抜ける。
S104では、マイコン11は、読み出しアドレスポインタに設定されているアドレスから所定の範囲のアドレスに記憶されている制御データ41を読み出す。このとき、ECC回路部30により制御データ41のエラーの検出と訂正とが行われる。S104の後、処理はS105へ移行する。
S105では、読み出しアドレスポインタに設定されているアドレスの値を所定の値分大きな値に更新する。その後、処理はS103へ戻る。
このように、マイコン11は、RAM14の周期読み出しセクションに記憶されている制御データ41を比較的短い周期で読み出す。これにより、周期読み出しセクションに記憶されている制御データ41にエラーが存在する場合、短時間でエラーの検出および訂正を行うことができる。
なお、本実施形態では、周期読み出しセクションには、モータ80を制御するときに重要な制御データ41が記憶されている。ここで、「重要な制御データ41」とは、例えば、モータ80のトルクを算出するとき等に用いる制御データ41が該当する。すなわち、本実施形態では、重要な制御データ41を周期読み出しセクションに集約し、周期読み出し部60による読み出し対象としている。
本実施形態では、マイコン11は、ECC回路部30から割り込みコントローラ22に「2ビット以上のエラーを検出したことを示すエラー検出信号」が入力された場合、エラーを訂正できない、制御データ41の異常として検出し、異常検出カウンタの値を増大させる。なお、異常検出カウンタの初期値は0である。マイコン11は、異常検出カウンタの値が所定の値を超えた場合、ECU10を再起動によりリセット(初期化)する。ECU10がリセットされると、異常検出カウンタの値は0になる。また、マイコン11は、ECU10をリセットした回数が所定の回数を超えた場合、ECU10を停止する。これにより、ECU10によるモータ80の制御が停止する。
ここで、マイコン11およびECC回路部30は、特許請求の範囲における「異常検出手段」に対応している。また、マイコン11は、特許請求の範囲における「リセット手段」および「停止手段」に対応している。
次に、本実施形態のECU10の一作動例について、図6に基づき説明する。
時刻t0でRAM14が故障し、制御データ41に2ビット以上のエラーが生じたとする。
時刻t1で機能部51、52、53のいずれかが実行されると、制御データ41の読み出しが行われる。これにより、制御データ41のエラーが検出され、異常検出カウンタの値が1になる。
時刻t2で周期読み出し部60が実行されると、制御データ41の読み出しが行われる。これにより、制御データ41のエラーが検出され、異常検出カウンタの値が2になる。
時刻t3で周期読み出し部60が実行されると、制御データ41の読み出しが行われる。これにより、制御データ41のエラーが検出され、異常検出カウンタの値が3になる。
時刻t4で周期読み出し部60が実行されると、制御データ41の読み出しが行われる。これにより、制御データ41のエラーが検出され、異常検出カウンタの値が4になる。
時刻t5で機能部51、52、53のいずれかが実行されると、制御データ41の読み出しが行われる。これにより、制御データ41のエラーが検出され、異常検出カウンタの値が5になる。
このように、本実施形態では、所定期間内(例えば時刻t1〜t5)で5回の異常検出を行うことができる。本実施形態は、例えば機能部51、52、53のいずれかが実行されるとき(時刻t1、t5)のみ異常検出が行われる構成と比べ、周期読み出し部60を周期的に実行することにより所定期間内に所定回数以上の異常検出を行える点で有利である。
以上説明したように、本実施形態では、(1)ROM13は、モータ80を制御するときに用いる制御データ41を記憶している。RAM14は、制御データ41を一時的に記憶可能である。マイコン11は、機能部51、52、53を実行するとき、RAM14に記憶された制御データ41を読み出し、読み出した制御データ41を用いて演算を行うことによりモータ80を制御する。
マイコン11は、機能部51、52、53を実行するタイミングとは関係ない、所定の周期で周期読み出し部60を実行し、RAM14に記憶された制御データ41を読み出す。マイコン11およびECC回路部30は、機能部51、52、53、または、周期読み出し部60を実行することにより制御データ41が読み出されたとき、制御データ41の異常を検出可能である。
本実施形態では、機能部51、52、53を実行することにより制御データ41が読み出されたときに制御データ41の異常を検出可能であることに加え、周期読み出し部60を実行することにより制御データ41が読み出されたときにも制御データ41の異常を検出可能である。そのため、機能部51、52、53を実行することによる制御データの読み出しタイミングの間隔が長い場合でも、周期読み出し部60を実行することにより制御データ41が読み出されたタイミングで制御データ41の異常を検出することができる。これにより、機能部51、52、53を実行することによる制御データ41の読み出しタイミングに関係なく、短期間で制御データ41の異常を検出することができる。
また、本実施形態では、(2)マイコン11およびECC回路部30は、機能部51、52、53、または、周期読み出し部60を実行することにより読み出された制御データ41に2ビット以上のエラーが存在する場合、制御データ41の異常として検出する。
また、本実施形態では、(4)機能部51、52、53、または、周期読み出し部60を実行することにより読み出された制御データ41に1ビットのエラーが存在する場合、当該エラーを訂正可能なエラー訂正部33をさらに備えている。これにより、制御データ41に1ビットのエラーが存在しても、当該エラーをエラー訂正部33により訂正し、通常通りモータ80の制御を継続することができる。
また、本実施形態では、(5)マイコン11は、周期読み出し部60を実行するとき、RAM14に記憶された制御データ41のうち所定のアドレス範囲(周期読み出しセクション)に記憶された制御データ41を読み出す。これにより、制御データ41を読み出すときのオーバーヘッドを低減することができる。なお、本実施形態では、モータ80のトルクを算出するとき等に用いる重要な制御データ41を周期読み出しセクションに記憶している。そのため、本実施形態では、特に重要な制御データ41の異常を早期に検出することができる。
また、本実施形態では、(6)マイコン11は、リセット手段として機能することにより、検出した制御データ41の異常(制御データ41に2ビット以上のエラーが存在する異常)の回数が所定の回数を超えた場合、ECU10を再起動によりリセットする。これにより、例えばハードウェアまたはソフトウェアの本質的な故障ではなく、ノイズ等によって制御データ41の値が一時的に異常値となった場合など、ECU10を正常状態に復帰させることができる場合がある。
また、本実施形態では、(7)マイコン11は、停止手段として機能することにより、ECU10をリセットした回数が所定の回数を超えた場合、ECU10を停止する。このように、本実施形態では、例えばハードウェアまたはソフトウェアの本質的な故障等によりECU10が異常となっていて、リセットによってもECU10を正常状態に復帰させることができない場合等、ECU10を停止する。これにより、異常な制御データ41による、制御対象としてのモータ80(電動パワーステアリング装置1)の誤作動を防ぐことができる。
また、本実施形態では、(8)電動パワーステアリング装置1は、上述のECU10と、当該ECU10によって制御され、操舵アシストトルクを出力可能なモータ80と、を備えている。
ところで、電子制御装置(ECU)が電動パワーステアリング装置のモータの駆動制御に用いられる場合、電子制御装置によるモータの制御が異常になると、運転者の操舵に関するフィーリングに大きく影響する。本実施形態では、ECU10は、モータ80を制御するための制御データ41に異常が生じた場合、短期間で異常を検出することができる。そのため、制御データ41に異常が発生しているとき、短期間でECU10をリセットまたは停止することができ、異常な制御データ41によるモータ80の誤作動を防ぐことができる。したがって、制御データ41の異常検出の遅れにより運転者の操舵に関するフィーリングが低下するのを抑制することができる。
なお、本実施形態では、制御データ41に1ビットのエラーが存在する場合は、制御データ41の異常として検出せず、当該1ビットのエラーを訂正することで、通常通りモータ80(電動パワーステアリング装置1)の制御を継続することができる。
(他の実施形態)
上述の実施形態では、マイコン11は、制御データ41に2ビット以上のエラーを検出したとき、ECC回路部30から割り込みコントローラ22にエラー検出信号を出力し、制御データ41の異常として検出する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、マイコン11は、制御データ41に1ビットのエラーを検出したときも、ECC回路部30から割り込みコントローラ22にエラー検出信号を出力し、制御データ41の異常として検出することとしてもよい。この場合、電子制御装置は、制御データのエラーに対し敏感なシステムとして設定される。
また、本発明の他の実施形態では、制御データに1ビットのエラーが存在するとき、当該エラーを訂正しないこととしてもよい。すなわち、電子制御装置は、エラー訂正手段(エラー訂正部33)を備えていなくてもよい。
また、本発明の他の実施形態では、マイコン11は、周期読み出し部60を実行するとき、周期読み出しセクション以外に記憶されている制御データを読み出してもよい。また、重要な制御データを、周期読み出しセクション以外に記憶してもよい。
また、上述の実施形態では、マイコン11は、検出した制御データの異常の回数が所定の回数を超えた場合、電子制御装置をリセット(初期化)し、電子制御装置をリセットした回数が所定の回数を超えた場合、電子制御装置を停止する例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、マイコン11は、検出した制御データの異常の回数が所定の回数を超えた場合、電子制御装置をリセットするのではなく、停止することとしてもよい。また、マイコン11は、検出した制御データの異常の回数が所定の回数を超えても、電子制御装置のリセットおよび停止を行わないこととしてもよい。
また、上述の実施形態では、異常検出対象である制御データを記憶するマイコン11により、制御データの異常の検出回数のカウント、電子制御装置のリセットおよび停止等を行う例を示した。これに対し、本発明の他の実施形態では、制御データの異常の検出回数のカウント、電子制御装置のリセットおよび停止等を、マイコン11以外の例えば周辺装置等により行うこととしてもよい。この場合、マイコン11が故障しても、制御データの異常の検出回数のカウント、電子制御装置のリセットおよび停止等を行うことができる。
本発明の電子制御装置は、電動パワーステアリング装置のモータの他、例えば、VGRS(ギア比可変ステアリング)、ARS(アクティブリアステアリング)等、様々な装置のモータ等を制御対象にすることができる。
このように、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
10 ・・・ECU(電子制御装置)
11 ・・・マイコン(異常検出手段、制御手段、周期読み出し手段)
13 ・・・ROM
14 ・・・RAM
30 ・・・ECC回路部(異常検出手段)
41 ・・・制御データ
51、52、53 ・・・機能部(制御手段)
60 ・・・周期読み出し部(周期読み出し手段)
80 ・・・モータ(制御対象)

Claims (8)

  1. 制御対象(80)を制御する電子制御装置(10)であって、
    前記制御対象を制御するときに用いる制御データ(41)を記憶するROM(13)と、
    前記制御データを一時的に記憶可能なRAM(14)と、
    前記RAMに記憶された前記制御データを読み出し、読み出した前記制御データを用いて演算を行うことにより前記制御対象を制御する制御手段(11、51、52、53)と、
    前記制御手段が前記制御データを読み出すタイミングとは関係ない所定の周期で前記RAMに記憶された前記制御データを読み出す周期読み出し手段(11、60)と、
    前記制御手段または前記周期読み出し手段により前記制御データが読み出されたとき、前記制御データの異常を検出可能な異常検出手段(11、30)と、
    を備える電子制御装置。
  2. 前記異常検出手段は、前記制御手段または前記周期読み出し手段により読み出された前記制御データに2ビット以上のエラーが存在する場合、前記制御データの異常として検出することを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
  3. 前記異常検出手段は、前記制御手段または前記周期読み出し手段により読み出された前記制御データに1ビット以上のエラーが存在する場合、前記制御データの異常として検出することを特徴とする請求項1に記載の電子制御装置。
  4. 前記制御手段または前記周期読み出し手段により読み出された前記制御データに1ビットのエラーが存在する場合、当該エラーを訂正可能なエラー訂正手段(33)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  5. 前記周期読み出し手段は、前記RAMに記憶された前記制御データのうち所定のアドレス範囲に記憶された前記制御データを読み出すことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  6. 前記異常検出手段が検出した異常の回数が所定の回数を超えた場合、前記電子制御装置を再起動によりリセットするリセット手段(11)をさらに備えることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の電子制御装置。
  7. 前記リセット手段が前記電子制御装置をリセットした回数が所定の回数を超えた場合、前記電子制御装置を停止する停止手段(11)をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の電子制御装置。
  8. 請求項1〜7のいずれか一項に記載の電子制御装置(10)と、
    前記電子制御装置によって制御され、操舵アシストトルクを出力可能なモータ(80)と、
    を備える電動パワーステアリング装置(1)。
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