JPS62175263A - 電動パワ−ステアリング制御装置 - Google Patents

電動パワ−ステアリング制御装置

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JPS62175263A
JPS62175263A JP61018589A JP1858986A JPS62175263A JP S62175263 A JPS62175263 A JP S62175263A JP 61018589 A JP61018589 A JP 61018589A JP 1858986 A JP1858986 A JP 1858986A JP S62175263 A JPS62175263 A JP S62175263A
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JP
Japan
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steering
circuit
motor
value
acceleration
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JP61018589A
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Inventor
Yasuo Noto
康雄 能登
Noboru Sugiura
登 杉浦
Hideyuki Ouchi
秀之 大内
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication of JPS62175263A publication Critical patent/JPS62175263A/ja
Priority to US07/356,866 priority patent/US4992944A/en
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/06Power-assisted or power-driven steering fluid, i.e. using a pressurised fluid for most or all the force required for steering a vehicle
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B62LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62DMOTOR VEHICLES; TRAILERS
    • B62D5/00Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046Controlling the motor
    • B62D5/0463Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車などにおけるパワーステアリング装置
に係り、特に、操舵フィーリングに優れた電動パワース
テアリング制御装置に関する。
〔従来の技術〕
ユーザ一層が多岐にわたる自動車などにおいては、大形
車から小型車までパワーステアリングの装備が広く行な
われており、疲労の軽減とそれによる安全運転の確保に
役立っている。
ところで、このパワーステアリング装置としては、従来
から主として液圧式のものが用いられている。しかして
、近年にいたり、制御内容の豊富さや省エネルギー面で
の効用に着目して電動式のパワーステアリング装置が実
用に供されるようになってきた。
そして、この電動式のパワーステアリング装置において
は、それに用いる電動式のアクチュエータに要求さ朴る
大きな操作力を得るため、このアクチュエータとして電
動機を用い、その出力を減速して最終的な補助操舵用の
操作力を得る方式のものが主として採用されるようにな
っている。
しかして、この結果、従来の電動式パワーステアリング
装置においては、補助操舵力が高速回転する電動機によ
り減速機構を介して与えられることから、この電動機の
慣性と、減速機構の出力側から電動機をから回しする場
合に与えられる大きな摩擦抵抗とによって操舵フィーリ
ング」二極めて好ましくない特性が、操舵ハンドルの操
作に現われてしまうという欠点があった。
このうちね電動機の慣性により操舵ハンドルを操作した
ときに現われる、操舵フィーリング」二好ましくない特
性については、例えば特開昭55−76760号公報な
どで提案されているように、電動機の制御微分特性を与
える方法が考えられ、かなりの操舵フィーリング改善効
果が期待される。
〔発明か解決しようとする問題点〕
しかしながら、この方法では、微分回路などを余分に必
要とし、微分特性の付与はさらにノイズに対する新たな
配慮を必要とすることになってゴス1−アップとなり易
く、上記した摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化に
ついては何らの改善効果が期待できず、全体としては十
分な操舵フィーリングの改善を得ることができない。な
お、この摩擦抵抗による操舵フィーリングの悪化は、舵
角がゼロ(中立位置)以外のときに本来現われるべき筈
の復元力の著しい低下、ないしは消滅という形で現われ
るものである。
また、ハンドルに操舵力を加えた場合、モータによって
アンス1−力を吹かする訳であるが、モータには慣性が
あるため、モータの回転数の2乗に比例するモータの慣
性エネルギーを付加してやらないとモータを加速するた
めには運転者がハンドルの操舵力でひっばってやらなけ
ればならないし、停止するときは運転者がハンドルを介
して止めてやらなければならない。特にハンドルを早く
廻して・やろうとするとモータの必要回転数に達するま
での時間が負荷となり手にショックを感じる。この負荷
分を補償するために前述の如く微分を用いた制御回路が
ある。ところが、この方法によるとモータに必要な加速
・減速のエネルギーを考慮していないため転舵速度によ
って補償されるエネルギーが不足するという欠点を有し
ている。
また、従来の制御回路にあっては、1〜ルクセンサから
のみ操舵力を制御していたため、操舵力とアシスI−力
とがスムーズに相応しないため、操舵フィーリングが非
常に悪いという欠点を有していた。
〔発明の目的〕
本発明は、ハンドルの操舵スピードに充分にフィーリン
グ良く追従することのできる電動パワーステアリング装
置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本願節1の発明は、操舵ハンドルに加えられた操舵力の
所定の関数にしたがってモータを制御し、このモータに
より補助操舵力を与えるようにした電動パワーステアリ
ング装置において、上記モータの制御を1〜ルクセンサ
のトルク検出値の加減速と舵角の加速度との差に応じた
通流率によって行うようにしたことを特徴とするもので
ある。
本願節2の発明は、操舵ハンドルに加えられた操舵力の
所定の関係にしたがってモータを制御し、このモータに
より補助操舵力を与えるようにした電動パワーステアリ
ング装置において、上記モータの電機子電流をFETを
チョッピングすることによって供給すると共に、該FE
Tのドレン・ソース間電圧が設定された一定電圧になる
ようにチミッパの通流率を制御するようにしたことを特
徴とするものである。
〔実施例〕 以下、本発明によるパワーステアリング制御装置を、図
示の実施例により詳細に説明する。
第1図は本発明を自動車用電動パワーステアリングシス
テムに適用した場合の一実施例で、1は操舵ハンドル(
以下、単にハンドルという)、2はハンドル軸、3はピ
ニオン、4はラック、5は転向用のタイヤ(車輪)、6
はI−ルクセンサ、7はパワーアシスト用の電動機、8
は減速機構、9はピニオン、1oは舵角センサ、]−1
は制御装置である。なお、Bは電源用のバッテリである
この実施例は、いわゆるラック&ピニオン方式のもので
、運転者によってハンドル1に与えられた操舵力はハン
ドル軸2からピニオン3を介してラック4に伝達され、
タイヤ5を所定の舵角に動かす。
1−ルクセンサ6は、ハンドル1を運転者が回動させた
とき、このハンドル1からハンドル軸2を介してピニオ
ン3に与えられる1−ルクを検出し、そのトルクの大き
さを表わす信号τを発生する働きをするもので、例えば
、ハンドル軸2に取付けた歪ゲージもしくはハンドル軸
2にねじれバネ機構を設け、このねじれ両を検出する可
変抵抗器などから構成されたもので、例えば第2図に示
すような特性のものとなっている。
電動機7は歯車装置などからなる減速機構8とピニオン
9を介してラック4に補助操舵力を与える電動式のアク
チュエータとして動作する。
舵角センサ10はタイヤ5の舵角(転向角)を検出し、
自動車が直進状態、つまりタイヤ5の転向角が中立の位
置にあるときの舵角をゼロとして、例えば第3図に示す
ような特性にしたがって舵角を表わす信号θを発生する
働きをするもので、タイヤ5の転向に伴って回動する部
材の回動角を検出する可変抵抗器などからなるロータリ
ーエンコーダや、直線運動をする部材の動きを検出する
りニヤーエンコーダなどで構成されたものである。
このパワーステアリング装置に用いられる電動機7は、
第4図に示す如きトルク−回転数特性を有している。電
動機7の電機子電流工が大きいときは回転数に対してト
ルク特性は第4図C−)D→F→Gとなる。また、電機
子電流工が小さいときは、回転数に対してトルク特性は
、E−)F−)Gとなる。
この電動機7の電機子電流■と回転数、トルクとの特性
は第5図に示す如きものとなっている。
第6図には制御装置11の一実施例が示されている。
図において、トルクセンサ6には通流率演算回路101
と、二ニーI−ラル検出回路102と、減速波算回路1
03とが接続されている。この通流率演算回路101に
は車速センサ113からの車速値が入力されるように構
成されていると共にアシスト復元力切換回路104が接
続されている。
この通流率演算回路101は、操舵力をアシストする電
動機に加えられる電流の逆流率を決定するものである。
この操舵力をアシストする電動機に加えられる電流の通
流率とハンドルによる操舵力との関係が第7図に示され
ている。すなわち、図のX軸の(+)側が右への操舵力
を、X軸の(−)側が左への操舵力をそれぞれ示してい
る。左右の操舵力に対する通流率は符号が異なるだけで
同じである。いま、右への操舵力が点a(約500g)
までは、単にハンドルに運転者が手を触れている状態で
ありニュー1〜ラルと称される領域である。
このa点より操舵力を加えていき、点b(約1.0kg
)を超えて、さらに操舵力が加えられると、この点すよ
りアシスト力を加えていくことになる。
すなわち、通流率が0%〜100%まで変化していく。
最大通流率(100%)点は操舵力が約2.0kgにな
る。また、車速が10km/hを超えると操舵力が大き
くする側に通流率特性がシフトしていき、例えば80k
m/hになったときには点Cの位置の操舵力(約2.5
kg)でアシストし始め、(通流率0%)、操舵力が約
3.0kgで1003通流率になる。
また、復元力切換回路104には、ニュートラル検出回
路102からの出力信号と、復元通流率設定回路114
からの出力信号が入力されるように構成されていると共
にPID制御器105が接続されている。この復元通流
率設定回路114は、自動的に自ら舵角を(±)0に、
すなわちセルフセンターリングをする復元力を付与する
通流率を設定するもので、舵角センサ1oと連通センサ
113からの出力信号によって決定される。
また、PID制御器105には、アシスト・ブレーキ切
換回路106とゲイン演算回路111とが接続されてい
る。このアシスト・ブレーキ切換回路106には、減速
演算回路103が接続されている。この減速演算回路1
03には舵角センサ1oからの出力信号が入力できるよ
うに構成されている。また、アシスト・ブレーキ切換回
路106には加算器を介してチョッパ回路107が接続
されている。このチョッパ回路107には、電動機7と
、VDS比較器108が接続されており、このVDS比
較器108の比較結果は加算器に出力されている。また
、このVDS比較器108の出力が電動機7とタイヤ5
とを結合するクラッチ8への指令信号となる。
また、転動機5には、回転数検出器109が設けられて
いる。この回転数検出器109の検出値は、加速演算回
路11−0と回転数比較器1〕−2に入力される。この
加速演算回路110にはゲイン演算回路]−11が接続
されており、回転数比較うされ1]2の出力信号は、ク
ラッチ8と、加算器に出力されている。
なお、通流率演算回路10]−と、ニュー1〜ラル検出
回路]02と、減速演算回路1−03と、復元力切換回
路104と、PID制御器105と、アシスト・ブレー
キ切換回路106と、VDS比較器108と、加速演算
回路110と、ゲイン演算回路111と、回転数比較う
され112と、復元通流率設定回路114とはマイクロ
コンピュータ1、 OO内よって構成されている。
次に動作について説明する。
運転者によってハンドル1が操作され、ハンドル軸2に
トルクが与えられると、それが第2図の特性にしたがっ
てトルクセンサ6によって検出され、トルク信号τが出
力される。
このトルク信号では、電圧値に相当する操舵力を示すも
のである。この操舵力が、通流率演算回路1.01と、
減速演算回路103と、ニュートラル検出回路102に
入力される。通流率演算回路1、01においては、車速
センサ113から入力される車速値と操舵力とから第7
図に示される通流率αnを決定し、復元力切換回路10
4に出力する。
また、二ニーI−ラル検出回路102は、トルクセンサ
6から出力される操舵力が、ニュートラル範囲に入って
いるか否かを判定し、ニュートラル範囲に入っていると
きに復元力切換回路104に信号を出力する。
一方、舵角センサ10からの出力と、車速センサ113
の出力とから復元通流率設定回路114において、第8
図に示される特性図から通流率が設定されて復元力切換
回路104に出力する。第8図においてOからCまでは
不感帯であり、ハンドル角で約3° (舵角で約0.1
25°)である。
また、点りはハンドル角360° (舵角で15°)で
ある。この復元力切換回路104は、ニュー1−ラル検
出回路102からの出力がある場合、すなわち、ニュー
トラルと検出したときのみ、復元通流率設定回路114
からの出力をPID制御器」−〇5に通流率として出力
し、ニュートラル検出回路102からの出力がなり場合
には、通流率演算回路101からの出力をPID制御器
105に出力する。このPID制御器1−05は比例積
分制御を行うもので、ゲイン演算回路111から出力さ
れるゲインによって通流率を制御している。このPID
制御器1.05によって出力された値はアシス1−・ブ
レーキ切換回路106において減速演算回路103の出
力信号によってアシストあるいはブレーキのいずれかを
選択して出力する。この減速演算回路103は、舵角セ
ンサ10から出力される舵角の加速度と1〜ルクセンサ
6から出力されるトルク値の加減速の差SAからアシス
トモードか、ブレーキモードかを判定して、アシスト・
ブレーキ切換回路106に出力する。
このようにして設定された通流率に基づく信号が、第9
図に示されるチョッパ回路107のFET1あるいはF
ET2に出力され、チョッピング電流が電動機7に供給
される。この第9図に示されるチョッパ回路107は、
2個の電界効果1−ランジスタFETI、FET2 (
以下、単にFET1、FET2と称する)と、フリーホ
イールダイオードDi、D2とから構成されている。F
ET1には左回転信号りとパルス信号CPの論理席によ
る信号が、そしてFET2には右回転信号Rとパルス信
号○Pの論理積による信号がそれぞれ供給されるように
なっており、これにより、右回転信号Rが現われている
とき、つまり1〜ルク信号τが正極性となっていたとき
にはFET2がオンし、電動機7には図の矢印方向に電
流が供給され、この電流の大きさはパルス信号CPのデ
ユーティ比で制御されるようになる。また、1〜ルク信
号τが負極性で左回転信号りが現われているときには、
FETIがオンし、電動機7には図の矢印と反対の方向
に電流が供給され、このときの電流値は同じくパルス信
号CPのデユーティ比で制御されることになる。
なお、1−ルクセンサ6から発生されるトルク信号での
極性は例えばハンドル1を右°回り(時計方向)に回動
したときに現われる1〜ルクに大して正極性となり、左
回り(反時計方向)に回動させたときに現われるトルク
に対しては負極性となるようにしであるものである。従
って、トルク信号τが正となっているときには、自動車
は右に転向し、負となっているときには左に転向するこ
とになる。
そして、これらいずれの場合でも、電動機7に流れてい
る電流の大きさは、FETI、2のドレン・ソース間電
圧VDSを検出することによって検出され、設定電圧と
VDS比較うされ108において比較されフィードバッ
ク信号としてチョッパ回路107に供給されるようにな
っており、これによりアシスト・ブレーキ切換回路10
6から与えられている信号に対応した電流が電動機7に
正確に供給されるようにするためのフィードバックルー
プが形成されるようになっている。
なお、ダイオードDi、D2はFETI又はFET2が
パルス信号CPによってチョッパ制御されオフしたとき
の還流路を与える働きをするものである。
従って、運転者がハンドル1を操作すると、そのとき加
えられた操作力(操舵力)の方向とその大きさに応じて
所定値の電流が所定の方向から電動機7に供給され、こ
れにより電動機7が発生するトルクがピニオン9からラ
ック4に与えられ、補助操舵力となるため、パワーステ
アリング装置としての機能が得られることになる。
第10図に制御装置11の動作フローチャートが示され
ている。すなわち、ステップ200においてトルクセン
サ6からの検出値を取込み、ステップ201において、
この検出値が、第7図に示されたニュートラルの範囲に
入っているか否かを(約500g以下か)ニュートラル
検出回路106によって判定する。このステップ201
において、検出したトルク値がニュートラルであると判
定すると、ステップ202において、車速センサ20か
ら取込まれている車速値が一定値(10km/h)以上
であるか否かを判定する。このステップ202において
車速が一定値以上でないと判定するとフローを終了する
。また、ステップ202において車速が一定値以上であ
ると判定すると、ステップ203において車速センサ2
0からの出力信号と舵角センサ10からの出力値とから
第8図に示される特性図から復元通流率設定回路105
においてセルフセンターリングの電動機の逆流率を計算
する。この求められた通流率がステップ204において
電動機7の通流率として出力される。
1fi− また、ステップ201において、トルクセンサ6から取
込まれた値がニュートラルの範囲に入っていないと判定
すると、ステップ205において、車速センサ20から
取込まれる車速による操舵力関数を通流率演算回路10
1において第7図に示される如き特性に従って変更する
。このステップ205において車速による操舵力関数が
変更されると、ステップ206において、第7図の特性
図に基づいて操舵力に対する通流率(αn)の積み込み
を行う。このステップ206において通流率の読み込み
が行われるとステップ207において、トルクセンサ2
0による検出値の加減速と舵角の加速度との差SAを演
算する。トルクセンサ20による検出値、すなわちトル
クセンサ値の加減速は前回の値と今回の値とを比較して
演算する。また、舵角の加速度は、前回の速度と今回の
速度との差から求まる。このトルクセンサ値の加速度と
舵角の加速度とは本来1対1に対応していなければなら
ない。そこで、この2つの加速度に差SAが生じると、
ステップ208において、この差SAが(+)の値で、
しかも一定値C以上であるか否かを判定する。この一定
値Cとは、運転者がハンドルを回転するとハンドルに加
える力すなわち操舵力を略一定に保持するために要する
追従遅れに相当する値である。ステップ208において
は急加速(ハンドルの急激な操作)か否かの検出をする
ものである。
このステップ208においてSAが(+)で一定値C以
上であると判定すると、ステップ209において、 G = K X S A + G 。
但 K:定数  GO二元のゲイン なる式でゲインを求める。このゲインGがステップ20
9において求まると、ステップ110において、ステッ
プ206で求められた通流率αnとから an =G (αn−an−1)+an−1なる置き換
えを行い、ステップ211に移る。
また、ステップ208においてトルクセンサ値の加減速
と舵角の加速度との差SAが(+)でかつ、一定値C以
上でないと判定するとステップ212において、この差
SAが(−)でかつ、一定値C以上か否かを判定する。
このステップ212において、差SAが(−)で、かつ
一定値C以上でないと判定すると、ステップ213にお
いてゲインGを一定値Goにしてステップ210におけ
る逆流率を演算する。またステップ212において、差
SAが(−)で、かつ一定値C以上であると判定すると
ステップ214において、第6図図示アシスト・ブレー
キ切換回路106のモードをブレーキモードに切換えて
、通流率αnを増加してステップ211に移る。
このステップ211においては、検出されたFETのド
レン・ソース間電圧VDSが一定値以上であるか否かを
判定する。このステップ211において、VDSが一定
値以上でないと判定するとステップ217に移り、VD
Sが一定値以上であると判定するとステップ215に移
る。このステップ215においては、通流率αnを微少
通流率ΔA分だけ =19= αn−αn−ΔA と小さくする。これは、第11図(C)において、ドレ
ン・ソース間電圧VDSが設定値より高いというのは、
電流が多く流れすぎていることを意味することであるた
め、VDSが設定値になるまで逆流率を下げていき電流
を制限する必要があるからである。
ここで、第11図の特性図について説明しておく。
電動機7の電機子への電流の供給は、第9図に示す如く
、左右2つのFETによってチョッピングされて行われ
る。そして、この電動機7の電流値はチョッパ回路10
7よる通流率によって決定される。このFETのON抵
抗は、第11図(A)に示す如く、温度が高くなると温
度に比例して高くなる。また、FETのON電流を一定
にしておくと、FETのON電圧は第11図(B)に示
す如く温度に比例して高くなる。そこで、このFETの
ON電圧、すなわちFETのドレン・ソース間電圧を見
ていることにより、過電流に対する保護ができる。すな
わち、第11図(C)に示す如く、例えば直線Aがジャ
ンクション温度が25℃のときのFETのドレン・ソー
ス間電圧VDSと電動機7の電機子電流との関係を示し
ており、直線Bがジャンクション温度100℃のときの
ものである。しだかって、いま、第6図図示VDS比較
器108におけるVDSの設定値をVoとすると、ジャ
ンクション温度が25℃(直線A)のときは電流Ioを
流せるが、ジャンクション温度が上昇していくに従って
流せる電流は減少していきジャンクション温度が100
℃(直線B)のときは電流工、までしか流すことはでき
ない。そこで、FETのドレン・ソース間電圧VDSを
設定値に制御することによって、ジャンクション温度が
上るとそれなりに電流を小さくする制御が行われ、過電
流が流れることがなくなる。
次にステップ216においてVDSが一定値(設定値)
に達したか否かを判定し、達してないと判定するとステ
ップ215に戻り、達していると判定するとステップ2
17に移る。このステンプ217においては、舵角速度
が一定値かどうかを判定する。通流率が一定のカーブは
、電流値が下がってくると第12図に示す如く回転数が
大きくなってくる。すなわち、舵角速度は電動機7の回
転数に依存しているから、回転数に比例して速くなる。
そこで、舵角速度を一定にするには、電動機の回転数を
小さくしなければならず、電動機の回転数は電機子電流
に比例するので、その通流率を小さくすることによって
電動機の回転数を下げることができる。したがって、ス
テップ217で舵角速度が一定値以上であると判定する
とステップ218において、通流率αnを微少通流率Δ
B分だけ αn=αn−ΔB と小さくする。この通流率αnの減少は、舵角速度が一
定値になるまでステップ219においてくり返し行われ
、ステップ220に移る。また、ステップ217におい
て舵角速度が一定値以上でないと判定するとステップ2
20に移る。このステップ220においては、通流率α
nを設定する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によればハンドルの操舵ス
ピードに充分にフィーリング良く追従することができる
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明によるパワーステアリング制御装置の一
実施例を示すシステム構成図、第2図はトルクセンサの
特性図、第3図は舵角センサの特性図、第4図は電動機
の回転数トルク特性図、第5図は電動機の電機子電流と
トルク・回転数特性図、第6図は本発明の実施例を示す
ブロック図、第7図は操舵力と通流率との関係を車速と
の関係で示した特性図、第8図は舵角の大きさと通流率
との関係を車速との関係で示した図、第9図は第6図図
示チョッパ回路と電動機の詳細回路図、第10図は第6
図の動作フロートチャート、第11図(A)は第9図図
示FETのドレン・ソース間抵抗と温度との特性図、第
11図(B)はFETのON電圧と温度との特性図、第
11図(C)はFETのドレン・ソース間電圧と電流と
の特性を示す図、第12図は通流率を一定にした場合の
回転数と電流の特性を示す図である。 1・・・操舵ハンドル、2・・・ハンドル軸、3,9・
・・ピニオン、4・・・ラック、5・・・タイヤ、(転
向車輪)6・・・トルクセンサ、7・・・電動機、8・
・・減速機構、10・・・舵角センサ、11・・・制御
装置。 代理人 弁理士 鵜 沼 辰 之 第2図 W力電E 第3図 女乃凌/:f (危夕e) 第7図 At3 第9区

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)操舵ハンドルに加えられた操舵力の所定の関数に
    したがってモータを制御し、このモータにより補助操舵
    力を与えるようにした電動パワーステアリング装置にお
    いて、上記モータの制御をトルクセンサのトルク検出値
    の加減速と舵角の加速度との差に応じた通流率によって
    行うようにしたことを特徴とする電動パワーステアリン
    グ制御装置。
  2. (2)操舵ハンドルに加えられた操舵力9所定の関数に
    したがってモータを制御し、このモータにより補助操舵
    力を与えるようにした電動パワーステアリング装置にお
    いて、上記モータの電機子電流をFETをチョッピング
    することによって供給すると共に、該FETのドレン・
    ソース間電圧が設定された一定電圧になるようにチョッ
    パの通流率を制御するようにしたことを特徴とする電動
    パワーステアリング制御装置。
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