JP4175363B2 - Power steering device - Google Patents
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Description
本発明は、車両の操舵補助を行うパワーステアリング装置に関する。 The present invention relates to a power steering device that assists in steering a vehicle.
従来、エアバック用の衝突検出器からの検出信号に基づいて、車両へ衝突したと判定したとき、電動パワーステアリング(EPS)用のモータを駆動停止させることで、モータ駆動回路への過電流を防止した電動パワーステアリング装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
上記従来の電動パワーステアリング装置においては、エアバック用の衝突検出器からの検出信号に基づいて、車両への衝突を判定している。この為、車両への物体の衝突は検出されるが、EPS機構自体への衝撃を正確に検出できない虞がある。 In the above-described conventional electric power steering apparatus, the collision with the vehicle is determined based on the detection signal from the collision detector for the airbag. For this reason, although the collision of the object with the vehicle is detected, there is a possibility that the impact on the EPS mechanism itself cannot be detected accurately.
本発明はこのような課題を解決するためのものであり、EPS機構への衝撃をより高精度に検出することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and has as its main object to detect the impact on the EPS mechanism with higher accuracy.
上記目的を達成するための本発明の一態様は、
車両前部に配設され、操舵を補助するための操舵補助トルクを、ラック軸に対して付与するパワーステアリング装置であって、
前記ラック軸を収納するラックハウジングへの物体の衝突を検出する衝突検出手段を備えることを特徴とするパワーステアリング装置である。
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides:
A power steering device that is disposed at a front portion of a vehicle and applies steering assist torque for assisting steering to a rack shaft,
The power steering apparatus includes a collision detection unit that detects a collision of an object with a rack housing that houses the rack shaft.
この一態様によれば、ラック軸を収納するラックハウジングへの車両部材等の物体の衝突を検出する衝突検出手段を備える。これにより、ラックハウジング内のEPS機構への衝撃をより高精度に検出することができる。 According to this aspect, the collision detection means for detecting the collision of an object such as a vehicle member with the rack housing that houses the rack shaft is provided. Thereby, the impact on the EPS mechanism in the rack housing can be detected with higher accuracy.
この一態様において、前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの締結部への衝突荷重を検出してもよい。 In this aspect, the collision detection means may detect a collision load on the fastening portion of the rack housing.
この一態様において、前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの応力集中部の変形を検出してもよい。 In this aspect, the collision detection means may detect deformation of the stress concentration portion of the rack housing.
この一態様において、前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの車両本体に対する相対移動を検出してもよい。 In this aspect, the collision detection means may detect relative movement of the rack housing with respect to the vehicle body.
この一態様において、前記衝突検出手段により前記ラックハウジングへの物体の衝突が検出されたとき、前記ラック軸に対して付与する前記操舵補助トルクの制御態様を変更してもよい。例えば、衝突検出手段によりラックハウジングへの物体の衝突が検出されたとき、ラック軸に対する操舵補助トルクの付与を制限又は停止してもよい。 In this aspect, the control mode of the steering assist torque applied to the rack shaft may be changed when the collision detection unit detects a collision of an object with the rack housing. For example, when the collision detection unit detects a collision of an object with the rack housing, the application of the steering assist torque to the rack shaft may be limited or stopped.
本発明によれば、EPS機構への衝撃をより高精度に検出することができる。 According to the present invention, the impact on the EPS mechanism can be detected with higher accuracy.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、電動式のパワーステアリング装置の基本概念、主要なハードウェア構成、作動原理、及び基本的な制御手法等については当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Note that the basic concept, main hardware configuration, operating principle, basic control method, and the like of the electric power steering apparatus are known to those skilled in the art, and thus detailed description thereof is omitted.
図1は、本発明の一実施例に係るパワーステアリング装置の概略図である。本実施例に係るパワーステアリング装置1は、概略するとラックハウジング2、ラック軸3、電動モータ4、及びモータシャフト5、ボールねじ装置6等から構成とされている。ラックハウジング2は、中空円筒状の第1ラックハウジング2aおよび第2ラックハウジング2bと、これらラックハウジング2a、2bの間に設けられたヨークハウジング2cからなり、各ハウジング2a、2b、2cはボルト等によって同軸的に締結されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a power steering apparatus according to an embodiment of the present invention. The
ラックハウジング2には、ラック軸3が軸線方向(図中矢印X1、X2で示す方向)に移動可能に貫通され、第1および第2ラックハウジング2a、2bより突出されたラック軸3の両端は、タイロッド7、8を介して左右の前輪に連結される。第1および第2ラックハウジング2a、2bの端部とタイロッド7、8の各間には、伸縮かつ屈曲可能なブーツ9、10が装着され、これらブーツ9、10によってラックハウジング2内を外部より遮蔽している。
A rack shaft 3 is penetrated through the rack housing 2 so as to be movable in the axial direction (directions indicated by arrows X1 and X2 in the figure), and both ends of the rack shaft 3 protruding from the first and
また、第1ラックハウジング2aには、ステアリングホイールに接続された入力軸11と連結したピニオン12が配設されており、このピニオン12はラック軸3に形成されたラック歯(図示しない)に噛合している。よって、運転者がステアリングホイールを操作すると、この操作力により入力軸11を介してピニオン12が回転し、ピニオン12とラック歯の噛合によりピニオン12の回転はラック軸3の直線移動に変換され、これによりタイロッド7、8を介して前輪の操舵が行なわれる。
The
電動モータ4は、ラックハウジング2を構成するヨークハウジング2c内のラック軸3の回りに配設されており、後述するようにモータシャフト5を介してラック軸3に操舵補助力を付与する機能を奏する。この電動モータ4はブラシレスDCモータであり、固定子となる駆動ステータ4aと、回転子となるモータシャフト5とを有した構成とされている。駆動ステータ4aはコイルが巻回されており、ヨークハウジング2cの内壁に配設されている。
The electric motor 4 is disposed around the rack shaft 3 in the
モータシャフト5は中空円筒状をなし、ラック軸3の周りに同軸的に遊嵌されている。このモータシャフト5は、所定位置において、ベアリング13を介して、第1ラックハウジング2a及びヨークハウジング2cに回動可能に支持されている。
The motor shaft 5 has a hollow cylindrical shape and is loosely fitted coaxially around the rack shaft 3. The motor shaft 5 is rotatably supported by the
なお、ボールねじ装置6は、モータシャフト5の図中矢印X1方向の端部近傍に設けられている。このボールねじ装置6は、ボールねじナット6a、ボール6b等により構成されている。 The ball screw device 6 is provided near the end of the motor shaft 5 in the direction of the arrow X1 in the drawing. The ball screw device 6 includes a ball screw nut 6a, a ball 6b, and the like.
図2(a)は、図1に示すA部分を車両上方から見た部分拡大図であり、パワーステアリング装置1の要部を模式的に示す図である。
FIG. 2A is a partially enlarged view of the portion A shown in FIG. 1 as viewed from above the vehicle, and is a diagram schematically showing the main part of the
ラックハウジング2は、車両前部のエンジンルーム内において、車両幅方向に延在するサスペンションメンバ20と、エンジン部材(エンジンASSY)等の車両前方部材21と、の間に配設されている。また、第1ラックハウジング2aおよび第2ラックハウジング2bが、EPSマウント22及びマウントブッシュ23を介して、サスペンションメンバ20等に接続されることで、ラックハウジング2は、車両本体に支持されている。
The rack housing 2 is disposed between a
上述したように、第1ラックハウジング2aとヨークハウジング2cとは、ボルト24により締結されている。すなわち、第1ラックハウジング2aのフランジ部及びヨークハウジング2cのフランジ部には、複数のボルト穴が夫々形成されている。また、これらボルト穴には、ボルト24が挿通し、挿通したボルト24にナットが螺合することで、第1ラックハウジング2aとヨークハウジング2cとは、締結されている。
As described above, the
図2(b)は、図2(a)に示すパワーステアリング装置のB部分の部分拡大図であり、第1ラックハウジング2a及びヨークハウジング2cのフランジ部の断面図である。
FIG. 2B is a partially enlarged view of a portion B of the power steering apparatus shown in FIG. 2A, and is a cross-sectional view of flange portions of the
図2(b)に示す如く、第1ラックハウジング2a及びヨークハウジング2cのフランジ部に形成されたボルト穴には、円環状に形成されたワッシャ型ひずみセンサ25が嵌合し、このひずみセンサ25の内部をボルト24が挿通している。また、第1ラックハウジング2aのフランジ部と、ヨークハウジング2cのフランジ部とは、オフセットした状態で、ボルト24により締結されている。これにより、ひずみセンサ25には、車両前方からの負荷荷重によって、モーメント力が作用する為、車両前方からの負荷荷重をより確実に検出でき、衝突をより高精度に検出することができる。なお、ひずみセンサ25は、ひずみ量に応じて、出力信号を出力する。
As shown in FIG. 2B, a washer-
上述したひずみセンサ等の衝突センサ25は、ラックハウジング2へのサスペンションメンバ20、車両前方部材21等の周囲の部材(以下、周囲部材と称す)の干渉を検出する干渉検出用ECU(Electronic Control Unit、電子制御装置)30がセンサハーネス26を介して接続されている(図3)。干渉検出用ECU30は、衝突センサ25からの出力信号に基づいて、ラックハウジング2への周囲部材の干渉を検出する。
The
なお、干渉検出用ECU30、及び後述のEPS(電動パワーステアリング装置)用ECU31は、マイクロコンピュータから構成されており、制御、演算プログラムに従って各種処理を実行すると共に、当該装置の各部を制御するCPU(Central Processing Unit)、CPUの実行プログラムを格納するROM(Read Only Memory)、演算結果等を格納する読書き可能なRAM(Random Access Memory)、タイマ、カウンタ、入出力インターフェイス(I/O)等を有している。
The
また、干渉検出用ECU30には、車両衝突時における車両への衝撃(加速度)を検出するエアバック用Gセンサ32が接続されている。干渉検出用ECU30は、エアバック用Gセンサ32により検出された加速度と、衝突センサ25からの出力信号と、に基づいて、車両衝突時におけるラックハウジング2への周囲部材の干渉を検出する。
The interference detection ECU 30 is connected to an
干渉検出用ECU30は、例えば、エアバック用Gセンサ32により検出された加速度に基づいて、車両の衝突を判断し、衝突センサ25からの出力信号と、予めROMに記憶された閾値マップと、に基づいて、車両衝突時において、周囲部材がラックハウジング2に干渉したか否かを判断する。また、干渉検出用ECU30は、衝突センサ25からの出力信号と、予めROMに記憶されたダメージマップと、に基づいて、周囲部材の干渉による、ラックハウジング(ラックハウジングの内部を含む)2に対するダメージのレベルを推定する。なお、ダメージマップは、衝突センサ25からの出力信号とラックハウジング2に対するダメージのレベルとの関係が実験的に求められ、ROMに記憶されている。例えば、衝突センサ25からの出力信号が増加するほど、ラックハウジング2に対するダメージのレベルが増加する。
The
さらに、干渉検出用ECU30は、推定したダメージのレベルに基づいて、周囲部材がラックハウジング2に干渉した後の対応処理(例えば、補助トルクの付与を制限又は停止する、ユーザに対する警報を行う)を決定し、後述のEPS用ECU31又は警報装置33に対して、指令信号を送信する。なお、警報装置33として、例えば音声による警報を行うスピーカ、光の点灯、点滅等により警報を行うワーニングライト、具体的な警報メッセージ、異常内容を表示する表示装置等が該当する。また、EPS用ECU31は、車両に搭載された送受信機を介して、情報センタに通信接続を行い、予め登録され、車両修理等が可能な販売店(ディーラ)に対して、ラックハウジング2内部等の故障内容を通知させるようにしてもよい。これにより、迅速な対処が可能となる。
Further, the
干渉検出用ECU30には、操舵を補助する為の操舵補助トルクを制御するEPS用ECU31が接続されている。EPS用ECU31は、電動モータ4を制御することで、ラック軸3に付与する操舵補助トルクを制御する。なお、干渉検出用ECU30及びEPS用ECU31は、別体で構成されているが、一体で構成されていてもよい。EPS用ECU31は、干渉検出用ECU30からの制御信号に基づいて、例えば、ラック軸3に対する操舵補助トルクの付与を制限又は停止する。
The
次に、上述のように構成されたパワーステアリング装置1の制御処理フローについて説明する。図4は、本実施例に係るパワーステアリング装置1の制御処理フローの一例を示すフローチャーとである。なお、図4に示す制御処理フローは、所定の微小時間毎に繰り返し実行される。
Next, a control processing flow of the
衝突センサ25は、ラックハウジング2への周囲部材の干渉を検出し(S100)、エアバックGセンサ32は、車両への物体の衝突を検出する(S110)。
The
干渉検出用ECU30は、衝突センサ25からの出力信号が変化しているか否かを判断し(S120)、エアバック用Gセンサ32からの出力信号(加速度)が変化しているか否かを判断する(S130)。
The
干渉検出用ECU30は、衝突センサ25からの出力信号が変化しており(S120のYes)、かつエアバック用Gセンサ32からの出力信号が変化していると判断し(S130のYes)、車両に物体が衝突したと判断したとき、衝突センサ25からの出力信号と、閾値マップとを照合し(S140)、車両衝突時において、周囲部材がラックハウジング2に干渉したか否かを判断する(S150)。このように、エアバック用Gセンサ32からの出力信号により、車両への物体の衝突を判断し、さらに、衝突センサ25からの出力信号により、周囲部材がラックハウジング2に干渉したか否かを判断することで、より正確に周囲部材のラックハウジング2への干渉を判断することができる。
The
干渉検出用ECU30は、周囲部材がラックハウジング2に干渉したと判断したとき(S150のYes)、衝突センサ25からの出力信号と、ダメージマップと、に基づいて、周囲部材の干渉による、ラックハウジング2に対するダメージのレベルを推定する(S160)。
When the
さらに、干渉検出用ECU30は、推定したダメージのレベルに応じて、ラックハウジング2への干渉後の対応処理を決定し(S170)、その処理内容をRAMに記憶する(S180)。
Further, the
干渉検出用ECU30は、決定した対応処理に応じて、EPS用ECU31又は警報装置33に対して、指令信号を送信する(S190)。
The
以上、本実施例に係るパワーステアリング装置1において、ラックハウジング2に配設された衝突センサ25からの出力信号に基づいて、ラックハウジング(ラックハウジング内部を含む)2に対するダメージのレベルを推定している。したがって、車両衝突時のラックハウジング2内のラック機構への衝撃を正確に検出することができる。
As described above, in the
また、干渉検出用ECU30は、推定したダメージレベルに応じて、ラックハウジング2への干渉後の対応処理を決定している。したがって、ダメージに対するより適切な対応が可能となる。
Further, the
以上、本発明を実施するための最良の形態について一実施例を用いて説明したが、本発明はこうした一実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した一実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。 As mentioned above, although the best mode for carrying out the present invention has been described using one embodiment, the present invention is not limited to such one embodiment, and within the scope not departing from the gist of the present invention, Various modifications and substitutions can be made to the above-described embodiment.
例えば、上記一実施例において、衝突センサ25として、第1ラックハウジング2a及びヨークハウジング2cのフランジ部に形成されたボルト穴に嵌合した、円環状のワッシャ型ひずみセンサ25が用いられているが、ラックハウジング2の応力集中が生じる部位2dにフィルム型センサ35を配設した構成であってもよい(図5)。例えば、車両衝突時において、第1ラックハウジング2a及びヨークハウジング2cのフランジ部に、周囲部材が干渉し、第1ラックハウジング2aの縮径した付根部2dに応力集中が生じる。当該付根部2dに円周方向に沿って、フィルム型センサ35を配設する。なお、フィルム型センサ35は、例えば、樹脂部材内に光ファイバを挿入した複合材からなり、第1ラックハウジング2aの付根部2dの変形に応じて、その抵抗値を変化させる。また、上述した、ワッシャ型ひずみセンサ25と、このフィルム型センサ35とを、併用することで、ラックハウジング2に対するダメージのレベルをより高精度に推定してもよい。
For example, in the above-described embodiment, as the
また、ラックハウジング2の応力集中が生じる部位に、フィルム型センサ35の代わりに導通センサ45を配設する構成であってもよい(図6)。導通センサ45は、例えば、ワイヤ45aの両端にコネクタ45bを接続し、コネクタ45bを応力集中が生じる部位2dに接続する。この場合、ラックハウジング2が所定量以上変形すると、コネクタ45bが外れ断線する。干渉検出用ECU30は、このワイヤ45aの導通状態を確認することで、ラックハウジング2の変形を判断することができる。なお、組付け時、走行時等における、ひっかかりでワイヤ45aが断線しないように、導通センサ45の外周には、センサカバー45cが取り付けられている。
Moreover, the structure which arrange | positions the conduction | electrical_connection sensor 45 instead of the film-
上記一実施例において、サスペンションメンバ20とEPSマウント22との間にストロークセンサ55を配設してもよい(図7)。ストロークセンサ55は、車両前後方向へストロークを行い、例えば、周囲部材がラックハウジング2に干渉したときのマウントブッシュ23の縮み量dを検出する。干渉検出用ECU30は、ストロークセンサ55により検出されたマウントブッシュ23の縮み量dに基づいて、ラックハウジング2に対するダメージのレベルを推定することができる。
In the above embodiment, the stroke sensor 55 may be disposed between the
また、サスペンションメンバ20とEPSマウント22との間に配設されるストロークセンサ55の代わりに、EPSマウント22にリミットスイッチ65を配設する構成であってもよい(図8)。リミットスイッチ65は、オン状態になるとオン信号を出力し、オフ状態になるとオフ信号を出力する。マウントブッシュ23の縮み量dが所定量以上となると、リミットスイッチ65がオン状態となり、干渉検出用ECU30は、リミットスイッチ65からの出力信号(オン信号又はオフ信号)に基づいて、例えば、ラックハウジング2内部へのダメージを予測することができる。
Further, instead of the stroke sensor 55 disposed between the
上記一実施例において、ラックハウジング2内のラック機構の加速度(振動)を検出するG(加速度)センサ34がラックハウジング(内面又は外面)2に配設されていてもよい(図3)。なお、Gセンサ34は、ノイズの影響を受けないように、ラックハウジング2の上方側、かつ剛性の高い部位に配設されている。また、Gセンサ34による加速度の測定方向は、車両の前後方向に設定され、より正確な加速度の測定が可能となっている。
In the above embodiment, a G (acceleration)
例えば、干渉検出用ECU30は、Gセンサ34により検出された加速度が閾値以上になったと判断すると、EPS用ECU31へ制御信号を送信して、ラック軸3に対して付与する操舵補助トルクの制御を停止する。これにより、ラック機構の2次不具合等を確実に防止することができる。
For example, when the
上記一実施例において、EPSマウント22とサスペンションメンバ20との間、及び/又はEPSマウント22が車両本体に締結される締結ボルト36に、ロードワッシャ等の荷重センサ75を配設してもよい(図9)。
In the above embodiment, a load sensor 75 such as a load washer may be disposed between the
例えば、干渉検出用ECU30は、荷重センサ75により検出された荷重が閾値以上になったと判断すると、EPS用ECU31へ制御信号を送信して、ラック軸3に対して付与する操舵補助トルクの制御を停止する。これにより、ラック機構の2次不具合等を確実に防止することができる。なお、干渉検出用ECU30は、各荷重センサ75から出力される荷重と、予め実験により求めたマップと、を比較することで、例えば、ラックハウジング2の内部における、ダメージの大きい部位及びダメージ度合を推測することが可能となる。
For example, when the
なお、上記一実施例において、上記したワッシャ型ひずみセンサ25、フィルム型センサ35、導通センサ45、ストロークセンサ55、リミットスイッチ65、Gセンサ34、及び荷重センサ75を任意に組み合わせることにより、ラックハウジング2に対するダメージのレベルをより高精度に推定することができる。
In the above embodiment, the rack housing is obtained by arbitrarily combining the washer-
上記一実施例において、ラックハウジング2に対して、車両前方から物体が衝突する場合について、主に説明したが、パワーステアリング装置1の搭載位置によっては、物体がラックハウジング2に対して、車両後方から衝突することがある。例えば、エンジンASSYのような大質量の部品が車両衝突時の慣性によって車両前方に移動し、エンジンASSYの車両前方側に搭載されたパワーステアリング装置1に衝突することがある。この場合、車両の外観上、外傷が無いにもかかわらず、ラックハウジング2内部が損傷していることがある為、上述のようにEPS機構への衝撃を高精度に検出することが、有効となる。
In the above embodiment, the case where an object collides with the rack housing 2 from the front of the vehicle has been mainly described. However, depending on the mounting position of the
本発明は、車両用のパワーステアリング装置に利用できる。搭載される車両の外観、重量、サイズ、走行性能等は問わない。 The present invention can be used for a power steering device for a vehicle. The appearance, weight, size, running performance, etc. of the vehicle to be mounted are not limited.
1 パワーステアリング装置
2 ラックハウジング
2a 第1ラックハウジング
2b 第2ラックハウジング
2c ヨークハウジング
3 ラック軸
25 衝突センサ(ワッシャ型ひずみセンサ)
30 干渉検出用ECU
31 EPS用ECU
32 エアバック用Gセンサ
35 フィルム型センサ
45 導通センサ
55 ストロークセンサ
65 リミットスイッチ
DESCRIPTION OF
30 Interference detection ECU
31 ECU for EPS
32 G sensor for
Claims (5)
前記ラック軸を収納するラックハウジングへの物体の衝突を検出する衝突検出手段を備えることを特徴とするパワーステアリング装置。 A power steering device that is disposed at a front portion of a vehicle and applies steering assist torque for assisting steering to a rack shaft,
A power steering apparatus comprising: a collision detection unit that detects a collision of an object with a rack housing that houses the rack shaft.
前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの締結部への衝突荷重を検出することを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the collision detection means detects a collision load on a fastening portion of the rack housing.
前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの応力集中部の変形を検出することを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the collision detection means detects deformation of a stress concentration portion of the rack housing.
前記衝突検出手段は、前記ラックハウジングの車両本体に対する相対移動を検出することを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to claim 1,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein the collision detection means detects relative movement of the rack housing with respect to a vehicle body.
前記衝突検出手段により前記ラックハウジングへの物体の衝突が検出されたとき、前記ラック軸に対して付与する前記操舵補助トルクの制御態様を変更することを特徴とするパワーステアリング装置。 The power steering device according to any one of claims 1 to 4,
The power steering apparatus according to claim 1, wherein when a collision of an object with the rack housing is detected by the collision detection means, a control mode of the steering assist torque applied to the rack shaft is changed.
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