KR101500097B1 - Apparatus and Method for charging a battery using restoring force of a steering wheel - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량이 곡선도로에서 직선도로로 진행시 조향 휠이 원래 지점으로 돌아오는 원리를 이용하여 조향 휠의 처음 지점으로 돌아오는 힘(복원력)을 이용하여 발전기를 동작시켜 배터리를 충전하는 배터리 충전 장치 및 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle battery charging technique, and more particularly, to an electric vehicle battery charging technique using a principle that a steering wheel returns to its original position when a vehicle travels from a curved road to a straight road, And more particularly, to a battery charging apparatus and method for charging a battery by operating a generator.
Description
본 발명은 전기 자동차 배터리 충전 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 차량이 곡선도로에서 직선도로로 진행시 조향 휠이 원래 지점으로 돌아오는 원리를 이용하여 조향 휠의 처음 지점으로 돌아오는 힘(복원력)을 이용하여 발전기를 동작시켜 배터리를 충전하는 배터리 충전 장치 및 방법에 대한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric vehicle battery charging technique, and more particularly, to an electric vehicle battery charging technique using a principle that a steering wheel returns to its original position when a vehicle travels from a curved road to a straight road, And more particularly, to a battery charging apparatus and method for charging a battery by operating a generator.
거의 모든 차량에는 운전자의 조향기능 작동의 편의성을 위하여 MDPS(Motor Driven Power Steering) 장치를 활용하여 좀 더 쉽게 조향이 이루어질 수 있게끔 지원하고 있다. 일반적인 유압식 방식에서 MDPS을 활용함으로써 좀 더 용이하게 지원될 수 있도록 하고 있으며, 기존 방식에 비해 연비도 향상되었음을 인지하고 있다.Almost all vehicles are equipped with MDPS (Motor Driven Power Steering) to make it easier for the driver to operate the steering function. It is recognized that the generalized hydraulic system can be more easily supported by utilizing MDPS and the fuel efficiency is improved compared with the conventional system.
하지만, 전기 자동차로 넘어오면 위의 MDPS 기능을 지원하기 위해 배터리 전기 소모가 필요하게 되며, 이는 결국 배터리 충전 인터벌 시간을 좀 더 짧게 하는데 일조하고 있음을 알 수 있다.However, if you go to an electric vehicle, you will need to consume battery power to support the MDPS function above, which will eventually help to shorten the battery charge interval time.
이에 따라 차량 운행 시 수많은 코너링에서 배터리의 전기가 소모되고 있지만, 소모된 전기의 100%는 아니더라도 어느 정도는 다시 충전돼 전기를 사용할 필요성이 있다.As a result, the electric power of the battery is consumed in many corners when the vehicle is operated, but it is necessary to use electricity to charge the battery to some extent even if it is not 100% of the consumed electricity.
도 1은 전기 자동차의 일반적인 시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, 외부로부터 AC전원 입력을 받아 충전기(100)를 통해 고전압으로 배터리 팩(140)의 충전을 실시하며, 배터리 팩(Battery Pack)으로부터 고전압 DC를 받아 LDC(110)를 통해 B+ 전원을 공급한다. 이를 통해 12V 배터리와 내부 부하에서 전원공급이 이루어진다. 1 is a general system configuration diagram of an electric vehicle. 1, the
인버터(120)는 배터리 팩(140)으로부터 고전압 DC를 받아 3상 AC로 전환하여 모터(130)를 구동하는 역할만을 할 뿐이다.The
따라서, 도 1과 같은 일반적인 전기 자동차의 시스템으로는 차량 운행 시 수많은 코너링에서 소모되는 배터리의 전기를 충전할 수 없다는 문제점이 있다.Therefore, the conventional electric vehicle system as shown in FIG. 1 has a problem in that it can not be charged with electricity of a battery consumed in numerous cornering operations when the vehicle is operated.
본 발명은 위 배경기술에 따른 문제점을 극복하기 위해 제안된 것으로서, 모든 차량이 곡선 도로에서 직선도로로 진행 시 조향 휠이 원래 지점으로 돌아오는 원리인 조향 휠의 처음 지점으로 돌아오는 힘(복원력)을 이용하여 발전기를 동작 시켜 배터리를 충전하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been proposed in order to overcome the problem according to the above background art, and it is an object of the present invention to provide a steering apparatus capable of restoring force (restoring force) returning to a starting point of a steering wheel, which is a principle that a steering wheel returns to an original point when all vehicles proceed from a curved road to a straight road And more particularly, to a battery charging apparatus and method using a steering wheel restoring force for charging a battery by operating a generator.
본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해, 조향 휠의 처음 지점으로 돌아오는 힘(복원력)을 이용하여 발전기를 동작시켜 배터리를 충전하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치를 제공한다.The present invention provides a battery charging apparatus using a steering wheel restoring force to charge a battery by operating a generator using a force (restoring force) returning to a starting point of the steering wheel.
상기 배터리 충전 장치는, The battery charging device comprises:
조향 휠의 회전에 따라 구동하는 기어 구동부;A gear driving unit driven in accordance with the rotation of the steering wheel;
차량의 앞바퀴를 정의 캐스터로 설정함으로써 상기 회전이 완료되고 상기 조향 휠의 조향축이 원위치로 복귀됨에 따라 기어 구동부의 복원력에 의해 교류 전압을 생성하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터;An MDPS (Motor Driven Power Steering) motor for generating an AC voltage by the restoring force of the gear driving unit as the steering shaft of the steering wheel is returned to its original position after the rotation is completed by setting the front wheels of the vehicle as a definite caster;
생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하는 승압부;A boosting unit boosting the generated AC power to generate a high voltage DC power;
고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter); 및A low voltage DC-DC converter (LDC) for converting a high voltage direct current power into a low voltage direct current power; And
저전압 직류 전원을 저장하는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.And a battery for storing the low voltage direct current power.
이때, 상기 조향 훨의 조향축이 원위치로 복귀하는 경우는 차량이 곡선 구간에서 직선 구간으로 이동될 때 발생하는 것을 특징으로 할 수 있다.In this case, when the steering shaft of the steering wheel returns to its original position, it occurs when the vehicle moves from the curve section to the straight section.
또한, 생성된 교류 전원은 전자기 유도를 이용하여 발생되는 것을 특징으로 할 수 있다.Further, the generated alternating-current power may be generated using electromagnetic induction.
또한, 상기 배터리는 12V 배터리인 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the battery may be a 12V battery.
또한, 상기 MDPS 모터를 복원력 발생시에만 교류 전원을 생성하도록 제어하는 MDPS 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.The MDPS controller may further include an MDPS controller that controls the MDPS motor to generate an AC power only when a restoring force is generated.
다른 한편으로 본 발명의 다른 일실시예는, 조향 휠의 회전에 따라 기어 구동부가 구동하는 기어 구동부 구동 단계; 차량의 앞바퀴를 정의 캐스터로 설정함으로써 상기 회전이 완료되고 상기 조향 휠의 조향축이 원위치로 복귀됨에 따라 MDPS 모터가 기어 구동부의 복원력에 의해 교류 전원을 생성하는 전원 생성 단계; 승압부가 생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하는 전원 승압 단계; LDC가 고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하는 전원 변환 단계; 및 저전압 직류 전원을 배터리에 저장하는 전원 저장 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 방법을 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a gear driving apparatus comprising: a gear driving unit driving step in which a gear driving unit is driven in accordance with rotation of a steering wheel; A power generating step of generating an AC power by the restoring force of the MD driving motor as the steering shaft of the steering wheel is returned to its original position by completing the rotation by setting the front wheels of the vehicle as a definite caster; A power supply step-up step of stepping up an AC power supply to generate a high-voltage DC power supply; A power conversion step of converting the high voltage direct current power into a low voltage direct current power by the LDC; And a power storage step of storing the low voltage direct current power in the battery.
본 발명에 따르면, 조향 휠의 복원력을 이용하면 코너링 회전시마다 전기를 발전하여 차량 배터리에 충전함으로써 배터리의 전류 소모시간을 다소나마 늘릴 수 있어서 전기차의 배터리 충전 인터벌(interval)을 늘리는 효과가 있다.According to the present invention, by using the restoring force of the steering wheel, electric power is generated and charged into the vehicle battery every cornering rotation, so that the current consumption time of the battery can be slightly increased, thereby increasing the battery charging interval of the electric vehicle.
도 1은 일반적인 전기 자동차의 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치(200)의 구성 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향 휠 복원력을 이용하여 배터리를 충전하는 과정을 보여주는 흐름도이다.1 is a system configuration diagram of a general electric vehicle.
FIG. 2 is a block diagram of a
3 is a flowchart illustrating a process of charging a battery using steering wheel restoring force according to an embodiment of the present invention.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.
제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. The term "and / or" includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치 및 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
Hereinafter, an apparatus and method for charging a battery using a steering wheel restoring force according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치(200)의 구성 블럭도이다. 도 2를 참조하면, 배터리 충전 장치(200)는, 조향 휠(210), 조향 휠(210)의 회전에 따라 구동하는 기어 구동부(220), 상기 회전이 완료되고 상기 조향 휠(210)의 조향축이 원위치로 복귀됨에 따라 기어 구동부(220)의 복원력에 의해 교류 전원을 생성하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터(230), 생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하는 승압부(260), 고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter)(271), 저전압 직류 전원을 저장하는 배터리(290) 등을 포함하여 구성된다.FIG. 2 is a block diagram of a
기어 구동부(220)는 웜(worm), 웜 기어(worm gear) 등으로 구성된다. The
또한, 조향 휠(210)의 토크를 센싱하기 위해 토크 센서(221)가 구성된다.Further, a
일반적으로 모든 차량에서 운전자의 조향 성능향상을 위해 전동식 파워 스티어링(Power Steering) 기술을 적용하고 있으며, 조향 휠의 조향 각도, 토크(Torque)를 센싱하여 모터를 제어하여 좀 더 쉽게 조향축을 조절하고 있다. In general, electric power steering technology is applied to improve driver's steering performance in all vehicles. Steering angle and torque of steering wheel are sensed and the motor is controlled to adjust the steering shaft more easily .
또한, 코너링을 돌 때는 이 기술을 적용하고 있지만 회전이 끝나고 차량이 직선 주로로 복귀 시에는 앞바퀴를 정의 캐스터로 설정함으로써 코너링이 끝나면 되돌아오려는 복원력이 발생하게 된다. In addition, when the cornering is turned, this technique is applied. However, when the vehicle is returned to the straight line after the rotation is finished, the front wheel is set as a definite caster so that a restoring force is generated to return when the cornering is finished.
이러한 복원력은 조향 휠(210)의 조향축이 처음의 위치로 돌아오게끔 만들고 있으며, 이 힘으로 인해 MDPS 모터(250)가 동작하게 되며 전자기 유도를 통해 AC 전원이 발생하게 된다. This restoring force causes the steering shaft of the
이러한 AC 전원은 승압부(260)에 의해 고전압 DC 전원으로 승압된다. This AC power source is boosted to the high voltage DC power source by the
승압된 고전압 DC 전원은 LDC(271) 입력으로 연결되며, LDC(271) 내의 전압 변환회로를 이용하여 12V Battery 충전이 가능한 전압으로 변환된다. 따라서, 배터리(290)에 충전이 가능하게 된다. 이를 이해하기 쉽게 보여주는 충전 경로(251)가 도시되어 있다.The boosted high voltage DC power supply is connected to the LDC 271 input and is converted to a voltage capable of charging a 12V battery using a voltage conversion circuit in the LDC 271. Therefore, the
MDPS 제어기(240)는 PWM(Pulse Width Modulation) 방식 등을 이용하여 MDPS 모터(230)의 동작을 제어한다. 특히, 상기 MDPS 모터(230)를 복원력 발생시에만 교류 전원을 생성하도록 제어한다.The
이외에도, MDPS 모터(230)와 기어 구동부(220) 사이에는 클러치(250)가 구성된다.In addition, a
또한, 외부 AC전원(201)을 입력을 받아 충전기(270)를 통해 고전압으로 배터리 팩(280)의 충전을 실시하며, 배터리 팩(280)으로부터 고전압 DC를 받아 LDC(271)를 통해 전원을 공급한다. 이를 통해 배터리(290) 및/또는 내부 부하(미도시)에서 전원공급이 이루어진다. The external
또한, 인버터(273)는 배터리 팩(280)으로부터 고전압 DC를 받아 3상 AC로 전환하여 뒤축 바퀴를 구동하기 위해 모터(203) 및/또는 감속기(205)를 구동한다.The
본 발명의 일실시예에서는 순수 전기 자동차만을 예시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 이러한 전기 자동차뿐만 아니라, 하이브리드 전기 자동차(Hybrid Electric Vehicle), 플러그인 하이브리드 전기 자동차(PHEV: Plug-in Hybrid Electric Vehicle) 등에도 적용될 수 있다.However, the present invention is not limited to such an electric vehicle, but may be applied to a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle (PHEV), and the like. Can also be applied.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 조향 휠 복원력을 이용하여 배터리를 충전하는 과정을 보여주는 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 조향 휠(210)의 회전에 따라 기어 구동부(220)가 구동한다(단계 S300, S310). 부연하면, 차량이 곡선도로에 진입하면 운전자가 조향 휠(210)을 회전하게 된다.3 is a flowchart illustrating a process of charging a battery using steering wheel restoring force according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, the
이러한 상태에서 차량이 다시 직선 도로로 진행하는 지를 판단한다(단계 S320). In this state, it is determined whether the vehicle is again traveling on a straight road (step S320).
판단 결과, 차량이 직선도로로 진입하면, 조향 휠(210)의 조향축이 원위치로 복귀됨에 따라 MDPS 모터(230)가 기어 구동부(220)의 복원력에 의해 동작되어 교류 전원을 생성한다(단계 S330, S340).As a result of the determination, when the vehicle enters the straight road, the steering shaft of the
승압부(260)가 생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하고, LDC(271)가 고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하여 저전압 직류 전원을 배터리(290)에 저장한다(단계 S350,S360).The step-up
200: 배터리 충전 장치
210: 조향 휠
220: 기어 구동부 221: 토크 센서
230: MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터
240: MDPS 제어기
251: 충전 경로
260: 승압부
270: 충전기
271: LDC(Low voltage DC-DC Converter)
273:: 인버터
280: 배터리 팩200: Battery Charging Device
210: steering wheel
220: gear drive unit 221: torque sensor
230: Motor Driven Power Steering (MDPS) motor
240: MDPS controller
251: charging path
260:
270: Charger
271: Low voltage DC-DC converter (LDC)
273 :: Inverter
280: Battery pack
Claims (8)
차량의 앞바퀴를 정의 캐스터로 설정함으로써 상기 회전이 완료되고 상기 조향 휠의 조향축이 원위치로 복원됨에 따라 상기 기어 구동부의 복원력에 의해 교류 전원을 생성하는 MDPS(Motor Driven Power Steering) 모터;
상기 생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하는 승압부;
상기 고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하는 LDC(Low voltage DC-DC Converter); 및
상기 저전압 직류 전원을 저장하는 배터리;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치.
A gear driving unit driven in accordance with the rotation of the steering wheel;
An MDPS (Motor Driven Power Steering) motor for generating an AC power by the restoring force of the gear driving unit as the steering shaft of the steering wheel is restored to its original position by completing the rotation by setting the front wheels of the vehicle as a definite caster;
A boosting unit boosting the generated AC power to generate a high voltage DC power;
A low voltage DC-DC converter (LDC) for converting the high voltage DC power into a low voltage DC power; And
A battery for storing the low voltage direct current power;
Wherein the steering wheel restoring force is calculated based on the steering wheel restoring force.
상기 조향 훨의 조향축이 원위치로 복귀하는 경우는 차량이 곡선 구간에서 직선 구간으로 이동될 때 발생하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the steering shaft of the steering wheel returns to its home position when the vehicle is moved from the curve section to the straight section.
상기 생성된 교류 전원은 전자기 유도를 이용하여 발생되는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the generated AC power is generated using electromagnetic induction.
상기 배터리는 12V 배터리이며, 상기 MDPS 모터를 복원력 발생시에만 교류 전원을 생성하도록 제어하는 MDPS 제어기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the battery is a 12V battery and further comprises an MDPS controller for controlling the MDPS motor to generate an AC power only when a restoring force is generated.
차량의 앞바퀴를 정의 캐스터로 설정함으로써 상기 회전이 완료되고 상기 조향 휠의 조향축이 원위치로 복귀됨에 따라 MDPS 모터가 상기 기어 구동부의 복원력에 의해 교류 전원을 생성하는 전원 생성 단계;
승압부가 상기 생성된 교류 전원을 승압하여 고전압 직류 전원을 생성하는 전원 승압 단계;
LDC가 상기 고전압 직류 전원을 강압하여 저전압 직류 전원으로 변환하는 전원 변환 단계; 및
상기 저전압 직류 전원을 배터리에 저장하는 전원 저장 단계 ;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 방법.
A gear driving part driving step in which the gear driving part is driven in accordance with the rotation of the steering wheel;
Generating power by the MDPS motor generating AC power by the restoring force of the gear driving unit as the steering shaft of the steering wheel is returned to its original position by completing the rotation by setting the front wheels of the vehicle as a definite caster;
A power boosting step of boosting the generated AC power to generate a high voltage DC power;
A power conversion step of the LDC converting the high voltage direct current power into a low voltage direct current power; And
A power storage step of storing the low-voltage DC power into a battery;
Wherein the steering wheel restoring force is determined based on the steering wheel restoring force.
상기 조향 훨의 조향축이 원위치로 복귀하는 경우는 차량이 곡선 구간에서 직선 구간으로 이동될 때 발생하는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 방법.
6. The method of claim 5,
And when the steering shaft of the steering wheel returns to the home position, the steering wheel is returned when the vehicle moves from a curve section to a straight section.
상기 생성된 교류 전원은 전자기 유도를 이용하여 발생되는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 방법.
6. The method of claim 5,
Wherein the generated AC power is generated using electromagnetic induction.
상기 배터리는 12V 배터리이며, 상기 MDPS 모터는 복원력 발생시에만 교류 전원을 생성하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 조향 휠 복원력을 이용한 배터리 충전 방법.6. The method of claim 5,
Wherein the battery is a 12V battery, and the MDPS motor is controlled to generate an AC power only when a restoring force is generated.
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JPH08332964A (en) * | 1995-06-08 | 1996-12-17 | Mitsubishi Electric Corp | Motor-driven power steering system |
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JP2009248643A (en) * | 2008-04-02 | 2009-10-29 | Toyota Motor Corp | Steering control device for vehicle |
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2013
- 2013-07-04 KR KR1020130078463A patent/KR101500097B1/en active IP Right Grant
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