JPS62244759A - 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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JPS62244759A
JPS62244759A JP61088462A JP8846286A JPS62244759A JP S62244759 A JPS62244759 A JP S62244759A JP 61088462 A JP61088462 A JP 61088462A JP 8846286 A JP8846286 A JP 8846286A JP S62244759 A JPS62244759 A JP S62244759A
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Japan
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torque
steering
circuit
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JP61088462A
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Masayuki Kume
久米 正行
Noboru Sugiura
登 杉浦
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Original Assignee
Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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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6 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i!電動式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れる
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N 1!l+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太きな摩擦抵抗とによって操舵
フィーリング上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。
このうちの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、操舵フィーリング上好ましくない特性
については、例えば特開昭55−76750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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、従来のトルク検出器のバイアスは、定電
圧バイアスとなっていた。ところでバイアスコイルには
銅線を用いている。この銅線は、抵抗が高温で大きくな
り、低温で小さくなる特性を有している。したがって、
電圧を固定に;151整しても発熱等によって銅線に流
れる電流値が変化してしまいバイアスコイルとしての役
割を充分果せないという欠点を有している。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、ハンドルの操舵力に対応した精度よい
アシスト力を1!)ろことのできろ電動パワーステアリ
ング制御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〕
本発明は、操舵ハンドルに加えられた操舵力を検出する
トルク検出器から出力されるトルク検出値に基づき所定
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、上記トルク検出器を複数個設けると共に
、該トルク検出器のバイアスコイルを定電流で駆動する
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はビ
ニオン、4はラック、5は転向用のタイヤ(車輪)、6
はトルクセンサ、7はパワーアシスト用の電動機、8は
減速機構、9はビニオン、1oは舵角センサ、11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からビニオン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。
トルクセンサ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を介してビニオン
3に与えられるトルクを検出し、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とビニオン
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0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植成され
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。W
!、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T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の電機子電流工と回転数、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、ニュートラル検出回路102と、減速演算回路10
3とが接続されている。
このトルクセンサ6は、第7図に示す如き構成を有して
いる。すなわち、トルク検出コイル601゜602 、
 f30 ’、3 、604はそれぞれ対をなすもので
ある。このトルク検出コイル601,602゜603.
604は、検出コイルバイアス部605から定電流が供
給されている。また、これらトルク検出コイルの出力は
たし算回路606に入力され、たし算される。このたし
算回路606の出力は増幅器607によって増幅され、
位相検波回路608で位相検波される。この位相検波回
路608には積分器609が接続されており、この゛積
分器609には増幅器610を介して右トルク絶対値調
整部612と左トルク絶対値調整部615が接続されて
いる。この右トルク絶対値調整部612には、右トルク
傾斜調整部613が接続されており、この右トルク傾斜
調整部613には右トルク電圧出力回路614が接続さ
れている。また、左トルク絶対値調整部615には、左
トルク傾斜調整部6】6が接続されており、この左トル
ク傾斜調整部616には左トルク電圧出力回路617が
接続されている。
また、位相検波608には、位相変動回路618が接続
されており、この位相変動回路618にはサイン波発生
器619が接続されている。また、このサイン波発生器
619には、バイアスコイル定電流制御励振部620を
介してバイアスコイル621.622,623,624
が接続されている。これらバイアスコイル621,62
2,623゜624は定電流バイアス駆動するように構
成されている。
さらにまた、検出コイルバイアス部605の出力は比較
器626に入力され、検出コイルバイアス基準発生部6
25からの出力と比較される6なお、このトルクセンサ
6の詳細回路は、第8図に示されている。
前記通流率演算回路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
られる電流の通流率を決定するものである。この操舵力
をアシスl−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9図に示されている。
すなわち、図のX@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4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1通流率が0%〜100%
で変化していく。最大通流率(100%)点は操舵力が
約2 、0 kg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80km/hになったときには点Cの位
置の操舵力(約2.5kg)でアシストし始め、(通流
率O%)、操舵力が約3.0−で100%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10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、P I D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1.06には
、減速演算回路】03が接続されている。この減速演算
回路103には舵角センサ]0からの出力信−号が入力
できろ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10
7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は
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110と回転数比較器112に入力される。この加速
演算回路110にはゲイン演算回路111が接続されて
おり、回転数比較うされ112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1通流率演算回路101と、ニュートラル検出回路
102と、減速演算回路103と、復元力切換回路10
4と、PID制御器105と、アシスト・ブレーキ切換
回路106と、VDS比校器108と、加速演算回路1
1.0と、ゲイン演算回路11]と、回転数比較うされ
】12と、復元通流率設定回路114とはマイクロコン
ピュータ100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τ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101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101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9図に
示される通流査αnを決定し、復元力切換回路104に
出力する。
また、ニュートラル検出回路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1o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1
0図に示される特性図がら通流率が設定されて復元力切
換回路104に出方する。
第8図において0がらCまでは不感帯であり、ハンドル
角で約3@(舵角で約0.125°)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、ニュートラル検出回路1
02からの出方がある場合、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PTD制御器105に通流率として出方し、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*J御器105 
ニ出力する。このPID制御器105は比例積分制御を
行うもので、ゲイン演算回路111がら出力されるゲイ
ンによって通流率を制御している。このPID制御器1
05によって出方された値はアシスト・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方
する。この減速演算回路103は、舵角センサ1oがら
出力される舵角の加速度とトルクセンサ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1
1図に示されるチョッパ回路107のFETIあるいは
FET2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11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FETI、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
FETI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OP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、つまりトルク信号で
か正極性となっていたときにはFET2がオンし、fa
電動機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のデュ−テイ比で制御されるよ
うになる。また、トルク信号でか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、トルクセンサ6から発生されるトルク信号τ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
ときに現われるト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は、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)の方向し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12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20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においとセ
ルフセンターリングの電動機の通流率を計算する。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。
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101において第9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9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イツプ207におい
て、トルクセンサ20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S
A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 a n =G  (αn −a n−t)  + a 
n−t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(−)でかっ、一定値0以上か否かを判定する。
このスイング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2]0におけ
S通流率を演算する。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2[1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1通流率αnを微少
通流率へへ分だけ αn=αn−ΔA と小さくする。これは、第13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通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13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13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13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
0Nffl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。
すなおち、第13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F
ET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’Cのときのものである。したがって、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・ヤンクション温度
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11B)のときは電流I
t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。このステップ217においては、舵角速度
が一定値がどうかを判定する。通流率が一定のカーブは
、電流値が下がってくると第14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ffi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ΔB分だけ α n =α n −Δ B 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
2o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
力に対応した精度よりアシスト力を得ることができる。
【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図はトルクセンサのブロック図、第8
図は第7図の具体的回路図、第9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10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11図は第6図図示チョッパ回路と電動機の詳細回路
図、第12図は第6図の動作フロートチャート、第13
図(A)は第11図図示FETのドレン・ソース間抵抗
と温度との特性図、第13図(B)はFETのON電圧
と温度との特性図、第13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14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・
・・ビニオン、4・・・ラック、5・・・タイヤ(転向
車穢)、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。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、操舵ハンドルに加えられた操舵力を検出するトルク
    検出器から出力されるトルク検出値に基づき所定の関数
    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、上記トルク検出器を複数個設けると共に、該ト
    ルク検出器のバイアスコイルを定電流で駆動するように
    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
JP61088462A 1986-04-17 1986-04-17 電動パワ−ステアリング制御装置 Pending JPS62244759A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0518716A2 (fr) * 1991-05-29 1992-12-16 Valeo Systemes D'essuyage Dispositif de direction assistée électrique pour véhicule
FR2681829A1 (fr) * 1991-09-28 1993-04-02 Koyo Seiko Co Appareil de commande de direction a puissance electrique.
US5259473A (en) * 1991-10-10 1993-11-09 Koyo Seiko Co., Ltd. Electric power steering apparatus

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EP0518716A2 (fr) * 1991-05-29 1992-12-16 Valeo Systemes D'essuyage Dispositif de direction assistée électrique pour véhicule
FR2681829A1 (fr) * 1991-09-28 1993-04-02 Koyo Seiko Co Appareil de commande de direction a puissance electrique.
US5259473A (en) * 1991-10-10 1993-11-09 Koyo Seiko Co., Ltd. Electric power steering apparatus

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