JP3380276B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP3380276B2
JP3380276B2 JP32542192A JP32542192A JP3380276B2 JP 3380276 B2 JP3380276 B2 JP 3380276B2 JP 32542192 A JP32542192 A JP 32542192A JP 32542192 A JP32542192 A JP 32542192A JP 3380276 B2 JP3380276 B2 JP 3380276B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、操舵に応答してモータ
を回転させ、このモータの回転力を操舵機構に伝達して
操舵力を補助する電動パワーステアリング装置に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、ステアリングホイールを回転
させて操舵を行ったときに、ステアリングホイールに加
わったトルクに応じた回転力をモータから操舵機構に与
え、操舵力を補助するようにした電動パワーステアリン
グ装置が用いられている。さらに詳細に説明すると、ス
テアリングシャフトを保持するステアリングコラムには
モータが取り付けられており、このモータの回転力がス
テアリングシャフトに伝達される。ステアリングシャフ
トの途中部にはトーションバーが介装されており、ステ
アリングホイールを操作すると、トーションバーがわず
かにねじれて、トーションバーにより連結された上部軸
と下部軸とに相対変位が生じる。この上部軸と下部軸と
の相対変位は、トーションバーに関連して設けられたト
ルク検出用コイルのインピーダンスの変化として検出さ
れる。
【0003】図5を参照して具体的に説明する。図5は
歯部の対向面積の変化に基づきトルクを検出するトルク
センサの構造を示す半裁断面図である。入力軸1は図示
しないステアリングホイールを取り付けている上部軸1
aと、操舵機構が取り付けられている下部軸1cとをト
ーションバー1bを介して同軸的に連結して構成されて
いる。上部軸1aは車体に取り付けられる筒状のケース
2に軸受3を介して回転自在に支持されている。上部軸
1aの下端部(図面左側)には非磁性体の第1スリーブ
4aが外嵌固着されており、その外周には磁性体の円筒
からなる第1,第2のトルク検出リング5,6を軸方向
に適長離隔して外嵌固着してある。第1のトルク検出リ
ング5は右端縁が入力軸1の軸心に垂直な平面となって
おり、左端縁には矩形状の多数の歯部5a,5a,・・・・
が周方向に等ピッチで形成されている。
【0004】第2のトルク検出リング6は、第1のトル
ク検出リング5の左端縁と対向する右端縁が入力軸1の
軸心に垂直な平面となっており、左端縁には矩形状の多
数の歯部6a,6a,・・・・が周方向に等ピッチで形成さ
れている。この歯部6aの歯幅寸法は、歯部6a,6a
間の切欠部6bの幅寸法にほぼ等しく設定されている。
【0005】下部軸1cの上端部(図面右側)には非磁
性体の第2スリーブ4bが外嵌固着されており、その外
周には磁性体の円筒からなる第3のトルク検出リング7
が外嵌固着されている。このトルク検出リング7の右端
縁には、トルク検出リング6に形成した歯部と同一幅、
同一形状、同ピッチとした多数の歯部7a,7a,・・・・
が形成されている。そして、これらのトルク検出リング
6,7の歯部6a,7aは、トーションバー1bにトル
クが作用していない場合には、歯幅の適宜長さ部分で対
向している。
【0006】ケース2の内側には断面コ字状をしており
内フランジを有する磁性体の筒体8A,8Bが内嵌固着
されている。この筒体8Aは上記トルク検出リング5,
6に跨がる長さ寸法を有し、その軸長方向中央部をトル
ク検出リング5,6の対向位置として配設されている。
また、筒体8Bは上記トルク検出リング6,7に跨がる
長さ寸法を有し、その軸長方向中央部をトルク検出リン
グ6,7の対向位置として配設されている。
【0007】筒体8A,8Bにはその周方向に沿ってそ
れぞれ温度補償用コイルL2,トルク検出用コイルL1
が巻回されている。これらの温度補償用コイルL2、ト
ルク検出用コイルL1を図示しない発振器に接続するこ
とにより、筒体8Aはトルク検出リング5,6と、筒体
8Bはトルク検出リング6,7とそれぞれ磁気回路を構
成する。
【0008】そして、トルク検出用コイルL1からは、
トルク検出リング6の歯部6aとトルク検出リング7の
歯部7aとの対向面積、つまり磁気抵抗に相応する電圧
が出力される。そのため、上部軸1aが回転されてトー
ションバー1bが捩じれると、トルク検出リング6の歯
部6aとトルク検出リング7の歯部7aとの対向面積が
変化してトルク検出用コイルL1のインピーダンスが変
化し、その変化に応じて出力される電圧によりトーショ
ンバー1bに作用したトルクが検出される。
【0009】したがって、トルク検出用コイルL1のイ
ンピーダンスの変化に応じてモータへの入力電流を制御
すれば、ステアリングホイールに加わるトルクに対応し
て、操舵力を補助することができる。図6は上記の電動
パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図
である。トルク検出用コイルL1には分圧用抵抗11が
直列に接続されている。トルク検出用コイルL1と分圧
用抵抗11との直列回路には、発振回路12からの高周
波電圧が与えられる。
【0010】トルク検出用コイルL1と分圧用抵抗11
との間の接続点13の電圧は、信号処理回路15に入力
される。この信号処理回路15は、接続点13から与え
られる高周波電圧を直流電圧に変換し、それをトルク信
号として制御回路16に与える。この制御回路16は、
入力されたトルク信号に応じて、操舵力を補助するため
のモータ20の電流を制御する。
【0011】制御回路16の動作電圧は、バッテリ17
からの電圧を基に、電源回路18で作成される。この電
源回路18の出力電圧は、発振回路12に基準電圧を与
える基準電圧発生回路19にも入力されている。この構
成により、トルク検出用コイルL1のインピーダンスが
変化すると、それに応じて接続点13から信号処理回路
15に与えられる高周波電圧が変化する。これにより、
トルク検出用コイルL1のインピーダンスに応じたトル
ク信号が制御回路16に与えられ、ステアリングホイー
ルに加えられたトルクに応じて操舵力が補助される。
【0012】発振回路12、信号処理回路15および基
準電圧発生回路19は、トルクセンサ回路21内に組み
込まれるのが一般的である。そして、制御回路16など
を含むモータ制御回路22内の電源回路18からの電圧
をトルクセンサ回路21内の基準電圧発生回路19に与
える構成が従来から採用されている。基準電圧発生回路
19は、電源回路18から与えられた電圧を安定化し、
発振回路12が一定の振幅および周波数の高周波電圧を
発生するような安定な基準電圧を発生する。この基準電
圧が安定であれば、ステアリングホイールに加わったト
ルクとトルク信号との関係は、図7において直線S10
で示す一次関数となる。制御回路16におけるモータ2
0の電流の制御は、直線S10の関係に基づいて行われ
る。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】基準電圧発生回路19
は、或る一定範囲内で変動する入力電圧に対しては安定
な基準電圧を発生することができる。しかし、バッテリ
17の出力電圧が大きく変動したりして電源回路18の
出力電圧が大きく変動すると、基準電圧発生回路19が
発生する基準電圧も変動する。この基準電圧が変動する
と、たとえば、ステアリングホイールに加わったトルク
とトルク信号との関係は、図7の直線S11のような関
係に変化する。このときには、制御回路16は、たとえ
ば実際のトルクがTt であるのに、トルクTf がステア
リングホイールに加わったものと誤認することになる。
その結果、ステアリングシャフトに与えられる補助力の
過不足が生じるおそれがあり、操舵力を良好に補助する
ことができなくなる可能性がある。
【0014】また、トルクセンサ回路21に基準電圧発
生回路19が設けられているので、構成が複雑であるう
え、コスト高になるという問題もあった。そこで、本発
明の目的は、上述の技術的課題を解決し、操舵力の補助
を良好に行うことができる電動パワーステアリング装置
を提供することである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの請求項1記載の発明は、ステアリングホイールに加
えられたトルクに応じて制御されるモータの回転力を操
舵機構に伝達し、操舵力を補助する電動パワーステアリ
ング装置において、第1電圧を発生する第1電圧発生手
段と、この第1電圧発生手段が発生した第1電圧が与え
られ、第1電圧の所定係数倍の第2電圧を発生する第2
電圧発生手段と、この第2電圧発生手段が発生した第2
電圧を基準電圧として動作し、ステアリングホイールに
加えられたトルクと上記基準電圧とに対応したトルク信
号を出力するトルク検出手段と、上記第1電圧発生手段
が発生する第1電圧に応じて変動する、上記トルク信号
と上記ステアリングホイールに加えられたトルクとの関
係を記憶するメモリと、上記第1電圧に対応する、上記
トルク信号と上記ステアリングホイールに加えられたト
ルクとの関係を上記メモリから読み出し、この読み出さ
れた関係に従って、上記トルク検出手段が出力したトル
ク信号に対応するトルクを求め、この求められたトルク
に基づいて上記モータを制御する制御手段とを含むこと
を特徴とする電動パワーステアリング装置である。
た、請求項2記載の発明は、ステアリングホイールに加
えられたトルクに応じて制御されるモータの回転力を操
舵機構に伝達し、操舵力を補助する電動パワーステアリ
ング装置において、第1電圧を発生する第1電圧発生手
段と、この第1電圧発生手段が発生した第1電圧が与え
られ、第1電圧の所定係数倍の第2電圧を発生する第2
電圧発生手段と、この第2電圧発生手段が発生した第2
電圧を基準電圧として動作し、ステアリングホイールに
加えられたトルクと上記基準電圧とに対応したトルク信
号を出力するトルク検出手段と、上記第1電圧発生手段
が発生する第1電圧に応じて変動する、上記トルク信号
と上記モータの目標電流値との関係を記憶するメモリ
と、 上記第1電圧に対応する、上記トルク信号と上記目
標電流値との関係を上記メモリから読み出し、この読み
出された関係に従って、上記トルク検出手段が出力した
トルク信号に対応する目標電流値を求め、この求められ
た目標電流値に基づいて上記モータを制御する制御手段
とを含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置
である。
【0016】
【作用】上記の構成によれば、第1電圧発生手段が発生
した第1電圧を所定係数倍した第2電圧がトルク検出手
段に与えられる。このトルク検出手段は第2電圧を基準
電圧として動作し、この基準電圧とステアリングホイー
ルに加えられたトルクとに対応したトルク信号を出力す
る。一方、トルク信号とステアリングホイールに加えら
れたトルク(請求項1の発明の場合)または目標電流値
(請求項2の発明の場合)との関係は、第1電圧に応じ
て変動するが、このような関係がメモリに記憶されてい
る。制御手段は、第1電圧に対応する当該関係を読み出
し、その読み出された関係に従って、トルク信号に対応
するトルクまたは目標電流値を求め、この求められたト
ルクまたは目標電流値に基づいてモータを制御する。
【0017】トルク検出手段が出力するトルク信号は、
第2電圧の変動に伴って変動する。第2電圧は第1電圧
を所定係数倍した電圧であるから、結局、トルク検出手
段が出力するトルク信号とステアリングホイールに加わ
ったトルクとの関係は、第1電圧の変動に伴って変動す
ることになる。そこで、本発明では、トルク信号だけで
なく第1電圧も勘案してモータの制御が行われる。これ
により、第1電圧の変動に影響されることなく、ステア
リングホイールに加えられたトルクに対応してモータの
制御を正確に行える。
【0018】また、トルク検出手段に与えられる基準電
圧は安定化される必要がない。したがって、トルク検出
手段には、第1電圧を所定係数倍する機能を有する第2
電圧発生手段からの第2電圧を与えれば充分である。こ
のような第2電圧発生手段は、簡単な構成で実現するこ
とができる。
【0019】
【実施例】以下では、本発明の実施例を、添付図面を参
照して詳細に説明する。図1は本発明の一実施例の電動
パワーステアリング装置の電気的構成を示すブロック図
である。この電動パワーステアリング装置は、ステアリ
ングホイールに加えられたトルクをトルク検出回路31
で検出し、その検出結果に基づいてモータ32の回転力
を制御するものである。このモータ32の回転力は図外
のステアリングシャフトに伝達され、これにより、操舵
力が補助される。
【0020】モータ32には、モータ駆動回路33から
制御された電流が供給される。このモータ駆動回路33
には、車両に搭載されたバッテリ34からの電力がフェ
イルセーフリレー35を介して与えられている。また、
モータ駆動回路33には、マイクロコンピュータなどを
内部に含む制御回路36からの制御信号が与えられてい
る。この制御回路36にはトルク検出回路31からトル
ク信号STが与えられている。制御回路36は、トルク
信号STなどに基づいてモータ駆動回路33を制御し、
これにより、モータ32に流れる電流をステアリングホ
イールに加えられたトルクに対応した目標値に制御す
る。
【0021】制御回路36の動作電圧V1は、バッテリ
34の出力電圧に基づき、第1電圧発生手段である電源
回路37で作成される。この電源回路37は、イグニッ
ションキースイッチ38が導通したことに応答して動作
を開始するものである。電源回路37が発生した動作電
圧V1は、第1電圧として、ライン40からトルク検出
回路31内に設けられた第2電圧発生手段である電圧分
割器41にも与えられている。この電圧分割器41は、
ライン40からの電圧V1を分割して、第1電圧V1の
所定係数x倍(ただし、0<x<1である。)の電圧x
・V1を発生するものである。この電圧x・V1が第2
電圧に相当する。
【0022】トルク検出回路31は、ステアリングホイ
ールに加わったトルクに対応してインピーダンスが変化
するように構成されたトルク検出用コイルL1を有して
いる。このトルク検出用コイルL1には直列に分圧用抵
抗R1が接続されている。このコイルL1と抵抗R1と
の直列回路には、電圧分割器41が発生する電圧x・V
1を基準電圧として動作する発振回路43から、高周波
電圧が与えられている。
【0023】トルク検出用コイルL1と分圧用抵抗R1
との接続点44の電圧は、信号処理回路45に入力され
る。信号処理回路45は、たとえば、入力電圧の最低レ
ベルを0Vにクランプするクランプ回路、このクランプ
回路の出力信号のピーク値を検出して保持するピーク検
出回路、およびこのピーク検出回路の出力を適当な増幅
率で増幅する増幅回路などを含むものである。したがっ
て、信号処理回路45からは、接続点44から与えられ
た高周波電圧に対応した直流電圧が出力される。この直
流電圧がトルク信号STとしてライン46から制御回路
36に入力されている。
【0024】制御回路36は、電圧V1とトルク信号S
Tとに基づいて、モータ32に与えるべき電流の目標値
を設定する。そのために、制御回路36には、電圧V1
が採り得る複数の値に対応して、トルク信号STとステ
アリングホイールに加えられたトルクTとの関係を表す
計算式を記憶したメモリ48が設けられている。図2は
電圧分割器41の構成例を示す電気回路図である。すな
わち、ライン40からの電圧V1は、抵抗R11,R1
2の直列回路に与えられる。そして、この抵抗R11,
R12により分圧された電圧が、演算増幅器で構成され
たバッファ回路50から発振回路43に与えられる。抵
抗R11,R12の抵抗値の比を(1−x):xとして
おけば、バッファ回路50の出力電圧はx・V1とな
る。
【0025】図3はメモリ48に記憶された計算式を説
明するための図である。トルク検出回路31の発振回路
43に基準電圧として与えられる電圧x・V1は、電圧
V1を単にx倍した電圧に過ぎないから、この電圧x・
V1は安定化された電圧ではない。そのため、発振回路
43が発生する高周波電圧の振幅や周波数は、電圧x・
V1の変動に応じて変化する。そうすると、接続点44
から信号処理回路45に与えられる高周波電圧とステア
リングホイールに加えられたトルクTとの関係は一定に
は保たれず、電圧x・V1の変動に伴って変動する。し
たがって、トルク信号STとトルクTとの関係は、電圧
x・V1に依存する。xは単なる係数であるから、トル
クTに対するトルク信号STの変化は、電圧V1に依存
することになる。
【0026】具体的に説明すると、トルクTとトルク信
号STとの関係は、V1=V1(1)のときは直線S1に
従い、V1=V1(2) のときは直線S2に従い、V1=
V1(3) のときには直線S3に従う。直線S1,S2,
S3の各方程式は次の第(1)式乃至第(3) 式のとおりで
ある。なお、下記第(1) 式乃至第(3) 式において、
1 ,a2 ,a3 は各直線S1,S2,S3の傾きに対
応した定数であり、b1 ,b2 ,b3 は各直線S1,S
2,S3の切片に対応した定数である。
【0027】 S1: ST=a1 T+b1 ・・・・ (1) S2: ST=a2 T+b2 ・・・・ (2) S3: ST=a3 T+b3 ・・・・ (3) したがって、V1=V1(1) 、V1=V1(2) 、V1=
V1(3) のときには、それぞれ、次の第(4) 式乃至第
(6) 式により、正確なトルクTが得られる。
【0028】
【数1】
【0029】メモリ48には上記の第(4) 式乃至第(6)
式のような計算式が記憶されている。もちろん、メモリ
48に記憶された計算式は3種類のみではなく、V1
(1) ,V1(2) ,V1(3) 以外の他の電圧V1の値に対
応した複数の計算式が記憶されている。なお、上記の計
算式自体を記憶させておく代わりに各計算式の、定数a
1 ,a2 ,a3 ;b1 ,b2 ,b3 などをメモリ48に
記憶させておくようにしてもよい。
【0030】制御回路36は、電源回路37から与えら
れた電圧V1の値に対応する計算式をメモリ48から読
み出す。そして、この読み出した計算式にトルク信号S
Tの値を代入して正確なトルクTを求める。さらに、こ
のトルクTに対応した目標電流値が求められ、この目標
電流値に基づいてモータ駆動回路33が制御される。以
上のように本実施例では、電源回路37からの電圧V1
が電圧分割器41で係数x倍の電圧x・V1に変換さ
れ、この電圧x・V1が発振回路43に基準電圧として
与えられる。一方、制御回路36は、トルク信号STに
基づいてステアリングホイールに加えられたトルクTを
求める際に、電圧V1に対応した計算式をメモリ48か
ら読み出す。したがって、発振回路43に与えられる電
圧x・V1が変動しても、制御回路36では、常に正確
にトルクTを求めることができる。これにより、モータ
32をステアリングホイールに加えられたトルクTに対
応して正確に制御できるから、操舵力の補助が良好に行
える。
【0031】また、電圧V1の充分大きな変動幅に対応
した計算式をメモリ48に記憶させておけば、電圧V1
が大きく変動した場合であっても、トルクの検出が不良
になることがない。さらに、トルク検出回路31には、
安定化された基準電圧を発生する複雑な回路を備える必
要がなく、簡単な構成で実現できる電圧分割器41を備
えればよい。そのため、全体の構成が簡単になり、か
つ、コストの低減にも寄与することができる。
【0032】本発明の実施例の説明は以上のとおりであ
るが、本発明は上記の実施例に限定されるものではな
い。たとえば、上記の実施例では、電圧V1の異なる値
に対応してトルクTとトルク信号STとの関係を表す計
算式が記憶されているが、その代わりに、電圧V1の異
なる値毎にモータ32に与える電流の目標値とトルク信
号STとの関係を表す計算式をメモリ48に記憶させて
おいてもよい。
【0033】また、上記の実施例では、電圧分割器41
は、電圧V1を抵抗R11,R12で分圧し、分圧され
た電圧をバッファ回路50を介して出力する構成として
いるが、電圧分割器41の構成はこの構成に限定される
ものではない。さらに、上記の実施例では、信号処理回
路45が1個だけ設けられているが、この信号処理回路
45と同じ機能の信号処理回路をもう1つ設けてもよ
い。この場合には、一対の信号処理回路45の出力信号
の差が所定値を超えているか否かを監視することで、ト
ルク検出回路31の異常を検出することができる。そし
て、異常が検出されたときには、制御回路36にフェイ
ルセーフリレー35を遮断させ、操舵力の補助を停止さ
せればよい。
【0034】また、トルク検出用コイルL1の近傍にス
テアリングホイールの操作によってはインピーダンスが
変化しないように別のコイルを設け、このコイルを温度
補償用に用いてもよい。具体的には、図4に示すよう
に、抵抗R1とトルク検出用コイルL1との直列回路に
対して並列に、分圧用抵抗R10と温度補償用コイルL
2との直列回路を接続する。そして、抵抗R10とコイ
ルL2との接続点54の電圧を接続点44の電圧と同様
に処理し、最後に得られた直流電圧を差動増幅器に与え
て両者の差分を検出し、これをトルク信号STとすれば
よい。温度によるインピーダンスの変化はコイルL1,
L2に等しく現れるから、上記のようにして得られたト
ルク信号STは温度によるインピーダンスの変化分が補
償された信号となる。
【0035】その他、本発明の要旨を変更しない範囲で
種々の設計変更を施すことができる。
【0036】
【発明の効果】以上のように本発明の電動パワーステア
リング装置によれば、トルク検出手段に与えられる基準
電圧が変動しても、ステアリングホイールに加えられた
トルクに対応して、モータを正確に制御することができ
る。これにより、操舵力の補助を良好に行うことができ
る。
【0037】また、トルク検出手段に与えられる基準電
圧は安定化される必要がないから、安定化された電圧を
発生する複雑な回路が不要である。そのため、構成を簡
単にすることができるとともに、コストの低減にも寄与
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の電動パワーステアリング装
置の電気的構成を示すブロック図である。
【図2】電圧分割器の構成例を示す電気回路図である。
【図3】電源回路が発生する電圧の変動に伴うトルクT
とトルク信号STとの関係の変動を示す図である。
【図4】本発明の他の実施例の一部の構成を示すブロッ
ク図である。
【図5】ステアリングホイールに加わったトルクを検出
するための構成を簡略化して示す図である。
【図6】従来の電動パワーステアリング装置の電気的構
成を示すブロック図である。
【図7】基準電圧の変動に伴うトルクとトルク信号との
関係の変動を示す図である。
【符号の説明】
31 トルク検出回路 32 モータ 36 制御回路 37 電源回路 41 電圧分割器 43 発振回路 45 信号処理回路 48 メモリ L1 トルク検出用コイル

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ステアリングホイールに加えられたトルク
    に応じて制御されるモータの回転力を操舵機構に伝達
    し、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置にお
    いて、 第1電圧を発生する第1電圧発生手段と、 この第1電圧発生手段が発生した第1電圧が与えられ、
    第1電圧の所定係数倍の第2電圧を発生する第2電圧発
    生手段と、 この第2電圧発生手段が発生した第2電圧を基準電圧と
    して動作し、ステアリングホイールに加えられたトルク
    と上記基準電圧とに対応したトルク信号を出力するトル
    ク検出手段と、上記第1電圧発生手段が発生する第1電圧に応じて変動
    する、上記トルク信号と上記ステアリングホイールに加
    えられたトルクとの関係を記憶するメモリと、 上記第1電圧に対応する、上記トルク信号と上記ステア
    リングホイールに加えられたトルクとの関係を上記メモ
    リから読み出し、この読み出された関係に従って、上記
    トルク検出手段が出力したトルク信号に対応するトルク
    を求め、この求められたトルク に基づいて上記モータを
    制御する制御手段とを含むことを特徴とする電動パワー
    ステアリング装置。
  2. 【請求項2】ステアリングホイールに加えられたトルク
    に応じて制御されるモータの回転力を操舵機構に伝達
    し、操舵力を補助する電動パワーステアリング装置にお
    いて、 第1電圧を発生する第1電圧発生手段と、 この第1電圧発生手段が発生した第1電圧が与えられ、
    第1電圧の所定係数倍の第2電圧を発生する第2電圧発
    生手段と、 この第2電圧発生手段が発生した第2電圧を基準電圧と
    して動作し、ステアリングホイールに加えられたトルク
    と上記基準電圧とに対応したトルク信号を出力するトル
    ク検出手段と、 上記第1電圧発生手段が発生する第1電圧に応じて変動
    する、上記トルク信号と上記モータの目標電流値との関
    係を記憶するメモリと、 上記第1電圧に対応する、上記トルク信号と上記目標電
    流値との関係を上記メ モリから読み出し、この読み出さ
    れた関係に従って、上記トルク検出手段が出力したトル
    ク信号に対応する目標電流値を求め、この求められた目
    標電流値に基づいて上記モータを制御する制御手段とを
    含むことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
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