JPH0569834A - 車輌の電動補助操舵装置 - Google Patents

車輌の電動補助操舵装置

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JPH0569834A
JPH0569834A JP23068291A JP23068291A JPH0569834A JP H0569834 A JPH0569834 A JP H0569834A JP 23068291 A JP23068291 A JP 23068291A JP 23068291 A JP23068291 A JP 23068291A JP H0569834 A JPH0569834 A JP H0569834A
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JP
Japan
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steering
shaft
electric
drive means
vehicle
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Application number
JP23068291A
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English (en)
Inventor
Tsukasa Watanabe
辺 司 渡
Fumio Kojima
島 史 雄 児
Mizuho Sugiyama
山 瑞 穂 杉
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Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
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    • B62D7/06Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins
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    • B62D7/15Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels
    • B62D7/1581Steering linkage; Stub axles or their mountings for individually-pivoted wheels, e.g. on king-pins the pivotal axes being situated in more than one plane transverse to the longitudinal centre line of the vehicle, e.g. all-wheel steering characterised by means varying the ratio between the steering angles of the steered wheels characterised by comprising an electrical interconnecting system between the steering control means of the different axles

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 4WSシステムの後輪操舵機構が動かなくな
った時に後輪の向きを中央に戻す。駆動に必要なエネル
ギ−を最小限にし装置を小型化する。 【構成】 操舵軸1に駆動力伝達機構1a,5a,5
b,6aを介して主モ−タM1を結合し、駆動軸6に電
磁クラッチCLを含むギア機構9,12,8a,7を介
して副モ−タM2を結合し、通常はM2を駆動軸から分
離し、故障検出時には電磁クラッチを連結してM2を駆
動し、後輪操舵位置を中央に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動車の4輪操
舵(4WS)装置に使用しうる電動補助操舵装置に関
し、特に故障時の対策に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車においては、操舵時に前輪と同時
に後輪をも補助的に動かすことによって、前輪のみの操
舵時に比べて走行安定性を改善したり最小回転半経を小
さくした4輪操舵装置が、様々な構成で提案され実用化
されている。この種の4輪操舵装置においては、後輪の
向きを変えるために、機械式,油圧式,又は電動式の後
輪操舵駆動機構が用いられる。これらの駆動方式の中
で、電動式は省燃費の点で有利である。
【0003】この種の従来技術は、例えば特開昭61−
89171号公報に開示されている。しかし、電動式の
後輪操舵駆動機構の場合、後輪操舵をしている時に例え
ば電気モ−タが故障して動かなくなると、後輪が操舵さ
れたままの状態で固定される。このような状況では、自
動車の運転は非常に難しい。つまり、自動車が進行方向
に対して左右方向に少し操舵された状態で常時走行する
ことになるので、通常の運転はできない。
【0004】このような不都合をなくするため、例えば
特開昭61−202977号公報においては、電気モ−
タの故障時に後輪の向きを自動的に中央に戻すセンタリ
ングばねを設けている。また、ハンドルを設けて異常発
生時には手動操作で後輪の向きを中央に戻す技術も提案
されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開昭61−2029
77号公報のようにセンタリングばねを設ければ、確か
に電気モ−タ等の故障時には後輪の向きが自動的に中央
に戻されるので安全である。しかしながら、センタリン
グばねは、後輪の向きが中央に戻るような力を常時操舵
機構に与えるので、そのような装置では正常時に後輪を
操舵する時であっても、センタリングばねを撓ませるだ
けの力を通常より余計に加えなければ操舵できないの
で、エネルギ−の損失が大きく、大型の電気モ−タを必
要とし、後輪操舵の応答性の低下も避けられない。また
現状では、後輪操舵機構の近傍には様々な機械要素が配
置されているので、その周辺にハンドルを設けたりそれ
を手で操作するためのスペ−スを確保することは困難で
ある。
【0006】従って本発明は、車輌の電動補助操舵装置
において、駆動源等に故障が発生した場合に、車輪の向
きを中央に戻すことを可能にするとともに、正常時に操
舵駆動エネルギ−の無駄な消費をなくすることを課題と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願の第1番の発明においては、車輌上に左右方向
への直線移動が自在な状態で支持され、操舵する車輪と
係合された操舵軸;駆動軸;該駆動軸を駆動する主電気
駆動手段;前記駆動軸と前記操舵軸との間に介在され、
互いに係合関係にあるウォ−ム及びウォ−ムホイ−ルを
含み、前記主電気駆動手段の駆動力を前記操舵軸の軸方
向への動きとして該操舵軸に伝達する駆動力伝達機構;
前記操舵軸を駆動する副電気駆動手段;及び該副電気駆
動手段と前記駆動力伝達機構との間に配置され両者を連
結状態及び分離状態にするクラッチ手段;を設ける。
【0008】また本願の第2番の発明においては、更
に、前記操舵軸の位置もしくは移動を検知する検知手段
を設け、該検知手段が出力する信号に基づいて異常の有
無を識別するとともに、正常時には前記副電気駆動手段
と駆動力伝達機構とを分離状態とし所定の入力信号に基
づいて前記主電気駆動手段を付勢し、異常検出時には、
前記副電気駆動手段と駆動力伝達機構とを連結状態とし
前記主電気駆動手段を消勢し副電気駆動手段を付勢して
操舵軸を所定の位置に動かす電子制御手段を設ける。
【0009】更に、第3番の発明では、前記ウォ−ム及
びウォ−ムホイ−ルを、駆動軸から操舵軸への動力伝達
を可能とし、操舵軸から駆動軸への動力伝達を不可能と
するように、その逆効率がゼロになるように構成し、第
4番の発明では前記ウォ−ムを前記駆動軸に、前記ウォ
−ムホイ−ルは前記操舵軸に形成する。また第5番の発
明では、前記操舵軸により操舵される車輪を車輌の後輪
とし、更に、前輪舵角,車輌のヨ−レ−ト,及び車速の
少なくとも1つを測定する測定手段を備え、前記電子制
御手段は該測定手段の測定量に基づいて後輪の目標舵角
を求め、該目標舵角に応じて前記主電気駆動手段を付勢
するように構成する。また第6番の発明では、前記電子
制御手段は、所定時間以内に前記検知手段により検知し
た実舵角と前記目標舵角とが一致しない場合は異常と判
断するように構成する。更に第7番の発明では、前記副
電気駆動手段は減速機構を備える。
【0010】
【作用】本発明においては、操舵軸に駆動力伝達機構を
介して主電気駆動手段が常時結合されており、主電気駆
動手段を駆動することにより、操舵軸を左右方向に動か
して車輪の向きを変えることができる。また、クラッチ
手段を制御することによって、副電気駆動手段も駆動力
伝達機構に連結することができる。従って、主電気駆動
手段が動かなくなるような故障が発生した場合には、副
電気駆動手段を動かすことによって操舵が可能であるの
で、例えば4輪操舵システムにおいて後輪を操舵してい
る時にそれが故障した場合であっても、副電気駆動手段
を利用して後輪を操舵し車輪の向きを中央に戻すことが
可能である。
【0011】第2番の発明においては、操舵軸の位置も
しくは動きを検出することによって、異常発生の有無を
識別し、異常が検出されると、電子制御手段が自動的に
主電気駆動手段と副電気駆動手段とを切換え、電磁クラ
ッチにより副電気駆動手段を駆動力伝達機構に連結し
て、操舵軸を動かし車輪の向きを中央に戻す。
【0012】第3番の発明では、前記ウォ−ムとウォ−
ムホイ−ルを逆効率がゼロになるように構成するので、
駆動軸から操舵軸へは動力が伝達されるが、操舵軸から
駆動軸への動力伝達は行なわれない。また第5番の発明
では、前輪舵角,車輌のヨ−レ−ト,及び車速の少なく
とも1つに基づいて求めた目標舵角になるように車輌の
後輪を前記主電気駆動手段により操舵する。また第6番
の発明では、所定時間以内に前記検知手段により検知し
た実舵角と前記目標舵角とが一致しない場合は異常と判
断される。
【0013】
【実施例】この実施例では、自動車用の4輪操舵システ
ムについて説明する。まず概略を説明すると、この実施
例では、自動車の前輪はドライバのハンドル(ステアリ
ングホイ−ル)操作によって機械的に操舵され、後輪は
前輪の舵角等に応じてその舵角が決定される。後輪操舵
系は、電気モ−タにより自動的に駆動される。電気モ−
タは2つ備わっており、一方は通常の駆動制御に利用さ
れ、他方は故障時の駆動制御に利用される。
【0014】図1に後輪操舵機構の主要部分を示し、そ
のII−II線断面を図2に示す。図1は図2のI−I線断
面を示している。図1及び図2を参照しこの機構を説明
する。まず図1を参照すると、シャフト1は、左端がボ
−ルジョイント2Lを介して、左後輪の舵角を調整する
ナックルア−ム3Lと接続され、右端がボ−ルジョイン
ト2Rを介して、右後輪の舵角を調整するナックルア−
ム3Rと接続されている。またシャフト1は、車体に固
定されたハウジング4の内部に支持されており、軸方向
つまり左右方向に移動自在になっている。シャフト1が
左右方向に移動すると、各ナックルア−ム3L,3Rが
動き、左後輪及び右後輪の向きが変わる。シャフト1に
は、以下に説明する駆動力伝達機構を介して、電気モ−
タ(主モ−タ)M1が接続されており、M1を駆動する
ことによって、後輪の自動操舵が実施される。
【0015】シャフト1にはラック1aが形成してあ
り、該ラック1aにピニオンギア5aが噛み合ってい
る。図2に示すように、ピニオンギア5aが形成された
回転子5には、径の大きなウォ−ムホイ−ル5bも形成
されている。更にこのウォ−ムホイ−ル5bには、ウォ
−ム6aが噛み合っている。再び図1を参照すると、ウ
ォ−ム6aが形成された駆動軸6の左端には、電気モ−
タM1の駆動軸が結合されている。
【0016】従って、電気モ−タM1を駆動すると、そ
の駆動力によってウォ−ム6aが回転し、それと噛み合
ったウォ−ムホイ−ル5bが回転し、ウォ−ムホイ−ル
5bと同軸のピニオン5aが回転し、ラック1aが左右
方向に移動して後輪を操舵する。
【0017】なお、ウォ−ム6aとウォ−ムホイ−ル5
bとで構成されるウォ−ムギアにおいては、逆効率がゼ
ロになるように、つまりウォ−ム6aの回転駆動により
ウォ−ムホイ−ル5bを動かすことはできるが、ウォ−
ムホイ−ル5bの回転によりウォ−ム6aを動かすこと
はできないように構成してある。従って、路面からの反
力が大きい場合であっても、その力によってウォ−ムホ
イ−ル5bが回転することはないので、電気モ−タM1
に大きな外力が印加される恐れはない。
【0018】駆動軸6の右側には、電磁クラッチCLを
備えるギア機構と電気モ−タ(副モ−タ)M2が設けら
れている。電気モ−タM2の駆動軸にはウォ−ム7が形
成されており、該ウォ−ム7にウォ−ムホイ−ル8aが
噛み合っている。ウォ−ムホイ−ル8aが形成された回
転子8は、中空に形成されており、その内側に回転子9
が配置されている。回転子8の内壁と回転子9の外周に
形成されたスプライン12によって回転子8と回転子9
は係合しており、回転方向に対しては両者は連結され、
軸方向には両者は相対移動自在になっている。但し、外
側の回転子8は軸方向には動かないようにハウジング4
に支持されている。
【0019】回転子8の小径部の外周に装着された圧縮
コイルスプリング11が、内側の回転子9を右側(矢印
AR1方向)に常時付勢している。また回転子9に連結
された磁性体コア13の近傍に電気コイル14が配置し
てあり、電気コイル14に通電すると、回転子9はスプ
リング11の力に対抗して左側(矢印AR1と逆方向)
に移動する。回転子9には、その左端面に突出する形で
設けられた複数のピン15が装着されており、駆動軸6
の右端に固着された連結板16のフランジ部には、ピン
15と対向する位置に穴16aが形成されている。
【0020】電気コイル14を通電しない時には、スプ
リング11の力によって回転子9が右方に移動するの
で、ピン15と穴16aとの係合は生じない。しかし電
気コイル14に通電すると、回転子9が左方に動きピン
15が連結板16のフランジ部に当接する。そして回転
子9が回転するとピン15は穴16aの内部に押し込ま
れる。ピン15が穴16aの内部に入ると、回転子9と
連結板16とが確実に連結され、回転子9の回転力は連
結板16を介して駆動軸6に伝達される。電気コイル1
4の通電を停止すれば、再びスプリング11の力によっ
て回転子9が右方に移動するので、ピン15と穴16a
との係合は外れる。
【0021】電気モ−タM2を駆動すると、ウォ−ム7
が回転し、それと噛み合ったウォ−ムホイ−ル8aを介
して回転子8が回転する。回転子8の回転は、スプライ
ン12を介して内側の回転子9に伝達される。電磁クラ
ッチCLの電気コイル14が通電されていると、ピン1
5と連結板16とが連結されるので、回転子9の回転が
駆動軸6に伝達され、駆動軸6が回転するので、電気モ
−タM1を駆動する場合と同様にして、後輪が操舵駆動
される。
【0022】電気モ−タM2は、ウォ−ム7とウォ−ム
ホイ−ル8aを介して駆動軸6に連結されるので、電気
モ−タM1の場合に比べて小さな力で駆動軸6を動かす
ことができる。逆に電気モ−タM1側からみると、電気
モ−タM2等は非常に大きな負荷になりうるが、電磁ク
ラッチCLをオフにすることによって、連結板16と回
転子9とが分離されるので、実際の後輪操舵駆動時に
は、電気モ−タM2等の影響をなくすることができる。
また、減速比が大きいので電気モ−タM2による後輪操
舵系の動作速度はM1と比べるとかなり遅くなるが、こ
の実施例では、電気モ−タM2は装置の故障時に後輪操
舵系の向きを中央に戻すために利用されるので、高い応
答速度は不要である。
【0023】図2を参照すると、ハウジング4に装着さ
れた位置センサ(ポテンショメ−タ)PRのロ−タに結
合されたア−ム17が回転子5に形成された穴に係合し
ている。この位置センサPRは後輪の舵角を検出するた
めに利用される。また図1に示すように、電気モ−タM
1には、その駆動軸の回動量を検出するために回転検出
器RSが備わっている。
【0024】4輪操舵システムの電気回路の構成を図3
に示す。図3を参照して説明する。この実施例では、後
輪の目標舵角を決定するための情報を、前輪舵角センサ
PF,ヨ−レ−トセンサYS,及び車速センサSSから
得ている。前輪舵角センサPF及びヨ−レ−トセンサY
Sの出力する電気信号はA/D変換器10を介して、車
速センサSSの出力するパルス信号は直接、制御装置
(マイクロコンピュ−タを含む制御ユニット)20に印
加される。また後輪舵角センサPRの出力する電気信号
は、A/D変換器50を介して制御装置20に印加され
る。制御装置20は、モ−タドライバ30を介して電気
モ−タ(主モ−タ)M1を制御し、モ−タドライバ40
を介して電気モ−タ(副モ−タ)M2を制御し、ソレノ
イドドライバ60を介して電磁クラッチCLを制御す
る。
【0025】制御装置20の処理の概略を図4に示す。
図4を参照して説明する。電源がオンすると、ステップ
11で初期化を実行する。これによって電気モ−タM1
及びM2は停止状態になり、電磁クラッチCLは非通電
になる。ステップ12では、前輪舵角センサPF,ヨ−
レ−トセンサYS及び車速センサSSの出力する電気信
号に基づいて、各種情報、つまり現在の前輪舵角,ヨ−
レ−ト及び車速を検出する。ステップ13では、所定の
制御理論に基づいて決定された計算式により、ステップ
12で検出された各種情報に対応付けられた後輪の目標
舵角を算出する。ステップ14では、後輪舵角センサP
Rの出力する電気信号に基づいて、現在の後輪の実舵角
を検出する。ステップ15では、ステップ14で検出さ
れた後輪の実舵角がステップ13で求めた目標舵角と一
致するか否かを識別する。一致しない時には、ステップ
18を通ってステップ17に進む。ステップ17では、
後輪の実舵角を目標舵角に近づける方向に主モ−タM1
を駆動する。後輪の実舵角が目標舵角と一致しない間、
ステップ14,15,18及び17の処理を繰り返す。
後輪の実舵角が目標舵角と一致すると、ステップ16で
主モ−タM1の駆動を停止し、ステップ12の処理に戻
り、以下同様に処理を繰り返す。
【0026】主モ−タM1の駆動系に故障、例えばモ−
タ内部の断線や配線の接触不良が発生すると、主モ−タ
M1が動かないので、ステップ17で主モ−タを駆動し
てもいつまでも実舵角が変化せず、ステップ18でタイ
ムオ−バになる。このような故障の場合には、ステップ
19で主モ−タM1の駆動を停止し、ステップ20で後
輪の目標舵角を0(中央)に設定し、ステップ21で電
磁クラッチCLをオン(連結)にした後、ステップ22
で後輪の実舵角が目標舵角に近づく方向に副モ−タM2
を駆動する。ステップ23で後輪の実舵角を入力し、ス
テップ24で目標舵角と実舵角とを比較する。後輪の実
舵角が目標舵角と一致するまで、つまり後輪操舵系の操
舵位置が中央に戻るまで、ステップ22,23及び24
の処理を繰り返す。後輪操舵系の操舵位置が中央に戻る
と、ステップ24から25に進み、副モ−タM2の駆動
を停止し、ステップ26で電磁クラッチCLをオフ(分
離)にする。
【0027】
【発明の効果】以上のとおり本発明によれば、操舵軸
(1)に駆動力伝達機構(1a,5a,5b,6a)を
介して主電気駆動手段(M1)が結合されているので、
操舵軸を左右方向に動かして車輪の向きを変えることが
できる。また、電磁クラッチ手段(CL)を制御するこ
とにより、副電気駆動手段(M2)を前記駆動力伝達機
構に連結することができるので、主電気駆動手段に故障
が生じた時には、副電気駆動手段を駆動して操舵軸を動
かし、車輪の向きを中央に戻すことができる。
【0028】しかも、異常時に操舵位置を中央に戻すた
めのばね等を設ける必要がないので、必要最小限の力で
後輪を操舵でき、その結果、電気駆動手段の小型化や操
舵応答性の改善が実現する。更に、電磁クラッチ手段を
駆動力伝達機構と副電気駆動手段との間に介在するの
で、実施例のように減速機構を副電気駆動手段に結合す
ることができ、副電気駆動手段を主電気駆動手段に比べ
て小型化できる。
【0029】また、ウォ−ムギア機構を介して各電気駆
動手段と操舵機構とを接続しているので、車輪からの反
力が電気駆動手段に直接印加されることがなく、従って
路面からの外乱に対して安定した4輪操舵が可能であ
り、保舵中にも余分な電力を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例の後輪操舵機構の主要部分(図2のI
−I線断面)を示す縦断面図である。
【図2】 図1のII−II線断面図である。
【図3】 実施例のシステムの電気回路を示すブロック
図である。
【図4】 図3の制御装置20の処理を示すフロ−チャ
−トである。
【符号の説明】
1:シャフト(操舵軸) 1a:ラック 2L,2R:ボ−ルジョイント 3L,3R:ナ
ックルア−ム 4:ハウジング 5:回転子 5a:
ピニオンギア 5b:ウォ−ムホイ−ル 6:駆動軸 6a:
ウォ−ム (1a,5a,5b,6a:駆動力伝達機構) 7:ウォ−ム 8,9:回転子 8a:
ウォ−ムホイ−ル 10,50:A/D変換器 11:圧縮コイルスプリン
グ 12:スプライン 14:電気コイル 15:
ピン 16:連結板 16a:穴 20:制御装置(電子制御手段) 30,40:モ
−タドライバ M1:電気モ−タ(主電気駆動手段) M2:電気モ−タ(副電気駆動手段) PF:前輪舵角センサ PR:後輪舵角
センサ YS:ヨ−レ−トセンサ SS:車速セン
サ CL:電磁クラッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉 山 瑞 穂 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車輌上に左右方向への直線移動が自在な
    状態で支持され、操舵する車輪と係合された操舵軸; 駆動軸; 該駆動軸を駆動する主電気駆動手段;前記駆動軸と前記
    操舵軸との間に介在され、互いに係合関係にあるウォ−
    ム及びウォ−ムホイ−ルを含み、前記主電気駆動手段の
    駆動力を前記操舵軸の軸方向への動きとして該操舵軸に
    伝達する駆動力伝達機構;前記操舵軸を駆動する副電気
    駆動手段;及び該副電気駆動手段と前記駆動力伝達機構
    との間に配置され両者を連結状態及び分離状態にするク
    ラッチ手段;を備える車輌の電動補助操舵装置。
  2. 【請求項2】 前記操舵軸の位置もしくは移動を検知す
    る検知手段を含み、該検知手段が出力する信号に基づい
    て異常の有無を識別するとともに、正常時には前記副電
    気駆動手段と駆動力伝達機構とを分離状態とし所定の入
    力信号に基づいて前記主電気駆動手段を付勢し、異常検
    出時には、前記副電気駆動手段と駆動力伝達機構とを連
    結状態とし前記主電気駆動手段を消勢し副電気駆動手段
    を付勢して操舵軸を所定の位置に動かす電子制御手段を
    備える、前記請求項1記載の車輌の電動補助操舵装置。
  3. 【請求項3】 前記ウォ−ム及びウォ−ムホイ−ルを、
    駆動軸から操舵軸への動力伝達を可能とし、操舵軸から
    駆動軸への動力伝達を不可能とするように、その逆効率
    がゼロになるように構成したことを特徴とする、前記請
    求項1記載の車輌の電動補助操舵装置。
  4. 【請求項4】 前記ウォ−ムは前記駆動軸に形成され、
    前記ウォ−ムホイ−ルは前記操舵軸に形成されたことを
    特徴とする、前記請求項1記載の車輌の電動補助操舵装
    置。
  5. 【請求項5】 前記操舵軸により操舵される車輪を車輌
    の後輪とし、更に、前輪舵角,車輌のヨ−レ−ト,及び
    車速の少なくとも1つを測定する測定手段を備え、前記
    電子制御手段は該測定手段の測定量に基づいて後輪の目
    標舵角を求め、該目標舵角に応じて前記主電気駆動手段
    を付勢することを特徴とする、前記請求項2記載の車輌
    の電動補助操舵装置。
  6. 【請求項6】 前記電子制御手段は、所定時間以内に前
    記検知手段により検知した実舵角と前記目標舵角とが一
    致しない場合は異常と判断することを特徴とする、前記
    請求項5記載の車輌の電動補助操舵装置。
  7. 【請求項7】 前記副電気駆動手段は減速機構を備える
    ことを特徴とする、前記請求項1記載の車輌の電動補助
    操舵装置。
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