JPH01247271A - 電動式パワーステアリング装置 - Google Patents

電動式パワーステアリング装置

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JPH01247271A
JPH01247271A JP63076870A JP7687088A JPH01247271A JP H01247271 A JPH01247271 A JP H01247271A JP 63076870 A JP63076870 A JP 63076870A JP 7687088 A JP7687088 A JP 7687088A JP H01247271 A JPH01247271 A JP H01247271A
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JP
Japan
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steering
torque
motor
vehicle speed
steering torque
Prior art date
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Application number
JP63076870A
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English (en)
Inventor
Fumiaki Hirota
廣田 文昭
Atsushi Umemura
厚 梅村
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Toyota Motor Corp
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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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】 [産業上の利用分野コ 本発明は電動式パワーステアリング装置に関するもので
、特に、ドライバーが操作した操舵フィーリングを改良
した電動式パワーステアリング装置に関するものである
[従来の技術] この種の電動式パワーステアリング装置に関する技術と
して、特開昭60−193765号公報に掲載の電動式
パワーステアリング装置の技術がある。
上記公報に掲載の技術は、自動車のステアリングホイー
ルに加えられた操舵トルクの所定の関数に従ってアクチ
ュエータを制御し、このアクチュエータにより補助操舵
トルクを与えるようにした電動式パワーステアリング装
置において、舵角を検出するセンサ手段を設け、舵角と
前記操舵力に応じて前記アクチュエータを制御し、舵角
に対して補助復元力を与えるように構成したものである
したがって、自動車の操舵転向車軸等に与えられる舵角
を検出し、ステアリングホイールに与えられる操作力と
の関連において、前記舵角によってアクチュエータを制
御し、これにより補助復元力が与えられるものである。
[発明が解決しようとする課題] しかし、上記電動式パワーステアリング装置においては
、操舵トルクに対して不感帯幅を有する関数でアシスト
し、車速に応じて不感帯幅の幅を第9図の従来の電動式
パワーステアリング装置の車速感応特性図のように変化
ざぜるものである。
したがって、高速走行している場合には、不感帯幅が広
くなり、通常のステアリングホイールを操作する操舵角
においては、操舵トルクを補充すべく駆動制御するモー
タ及び前記モータの回転を減速させ、その回転をステア
リングシャフトに伝達する減速機構等からなる操舵トル
ク補足系統は、ドライバーがステアリングホイールを操
作する操舵トルクを増大させる。即ち、操舵トルクを補
充すべく駆動制御するモータ及び前記モータの回転を減
速させる減速機構等からなる操舵トルク補足系統は、ス
テアリングホイールを回動する負荷となり、ドライバー
は前記モータ及び前記減速機構を有しないステアリング
装δの操舵トルク以上の操舵トルクを加えないと操舵で
きず、また、高速走行時にはステアリングホイールの操
作の際に、操舵トルクの大きざまたは車速によって操舵
フィーリングが変化するという問題があった。
そこで、本発明は上記問題を解決すべくなされたもので
、高速走行時に操舵トルク補足系統か操舵フィーリング
に影響を与えない電動式パワーステアリング装置の提供
を課題とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明にかかる電動式パワーステアリング装置は、走行
車速を検出する車速センサと、ステアリングホイールに
加えられた操舵トルクを検出するトルクセンサと、前記
トルクセンサの出力に応じて前記操舵トルクを補充すべ
く駆動制御するモータ及び前記モータの回転を減速させ
、その回転をステアリングシャフトに伝達する操舵トル
ク補足系統を具備し、前記車速センサ出力及びトルクセ
ンサ出力によって操舵トルク補足系統の損失を補償する
と共に、車速センサ出力及びトルクセンυ出力によって
ステアリングホイールに加えられた操舵トルクを前記操
舵トルク補足系統によって補充するものである。
[作用] 本発明においては、走行車速を検出する車速センサ及び
トルクセンサの出力に応じて、ステアリングホイールに
加えられた操舵トルクを補充すべくモータを駆動制御し
て、パワーアシストする。
このとき、まず、モータ及び前記モータの回転を減速さ
せ、その回転をステアリングシャフトに伝達する操舵ト
ルク補足系統の損失を補償し、そして、ドライバーがス
テアリングホイールに加えた操舵トルクを、車速センサ
出力及びトルクセンサ出力に応じて前記操舵トルク補足
系統によって補充フる。
したがって、高速走行時に操舵トルクを補充すべく駆動
制御づるモータ及び前記モータの回転を減速させる減速
機構等からなる操舵トルク補足系統は、その損失が補償
されるように制御されるから、ステアリングホイールを
回動する負部となり難い。また、高速走行時のステアリ
ングホイールの操作の際に、操舵トルクの大きざ及び車
速にJ、って、補充される操舵トルクの急変によって操
舵フィーリングが変化することがない。
[実施例] 第1図は本発明の実施例の電動式パワーステアリング装
置の電子制御手段の回路構成図、第2図は上記実施例の
電動式パワーステアリング装置の概要を示す斜視図、第
3図は第2図の実施例の操舵力を補助するモータを有す
る補助動力供給手段の拡大断面図である。また、第4図
は第3図に示すスリーブ30の外面を示す正面図、第5
図は第3図に示す切断線X−Xによる断面図である。
第2図及び第3図において、ステアリングホイール1が
固着された第1ステアリングシヤフト2には、第1ユニ
バーサルジヨイント4で第2ステアリングシヤフト5が
接続されている。第2ステアリングシヤフト5には、第
2ユニバーサルジヨイント6でロッド7が接続されてい
る。このロッド7には減速機構9のピニオンギア22(
第3図参照)を有する出力軸21(第3図参照)に結合
されている。
前記ピニオンギア22は、タイロッド10に固着された
ラック11と噛合っている。タイロッド10は車輪12
のステアリングナックルアーム16に結合されている。
車輪12の車軸にはショックアブソーバ13が結合され
ており、このショックアブソーバ13のサスペンション
アッパーサポート14に車体が結合されている。コイル
スプリング15はサスペンションアッパーサポート14
と車軸の間に介在せしめた振動緩衝用である。
また、18はロワーリスペンションアーム、19はスタ
ビライザーバーである。
ロッド7の上端は第2ユニバーサルジヨイント6を介し
て第2ステアリングシヤフト5に結合されている。ロッ
ド7の上端部のやや下方に、ピン2つにより減速機構ケ
ース31に軸支されたスリーブ30が固着されている。
また、ロッド7はスリーブ30を貫通し、かつ、出力軸
21の内方に挿入して、その下端部にはピン20により
出力軸21が固定されている。出力軸21は減速機構ケ
ース24に軸支されており、その下端部に形成されたピ
ニオンギア22がラック11に噛合っている。
したがって、ステアリングホイール1が回転すると、第
1ステアリングシヤフト2、第1ユニバーザルジヨイン
ト4、第2ステアリングシヤフト5及び第2ユニバーザ
ルジヨイント6、ロッド7を介して、出力軸21が回転
駆動され、これにより出力軸21に形成されたピニオン
ギア22と噛合うラック11が第3図の紙面に垂直な方
向(第2図ではタイロッド10の伸びる方向)に駆動さ
れて、車軸12の向きが変更される。また、出力軸21
の中空の上端にはリングギア23が形成されており、ケ
ース24に軸支された中間ギア25に噛合っている。中
間ギア25と同軸で、かつ、一体のもう1つの中間ギア
26は入力ギア27に噛合っている。入力ギア27はモ
ータ8の図示しない出力軸との間に介在されたクラッチ
機構CLの出力回転輪28に固着されている。クラッチ
機構CLが結合した状態では、モータ8が附勢されると
、入力ギア27から中間ギア26、中間ギア25からリ
ングギア23を経て出力軸21が回転し、出力軸21に
形成されたピニオンギア22と噛合うラック11が第2
図の紙面と垂直方向に駆動されて、車軸12の向きが変
更される。
このようにして、ステアリングホイール1の回転及びモ
ータ8の正逆転附勢のいずれによっても車輪の向きが変
更される。しかし、クラッチ機構CLが解放された状態
では、モータ8の図示しない出力軸とクラッチ機構CL
の出力回転輪28との間にエネルギーの伝達は行なわれ
ないから、外的に加えられたステアリングホイール1の
回転によって車輪の向きが変更される。
前記スリーブ30にはホイール32が回転可能に装着さ
れている。即ち、スリーブ30がホイール32を貫通し
ている。スリーブ30の外側面には、スリーブ30の中
心軸に対して斜交した丸底溝33が形成されており、こ
の丸底溝33にはボール34が嵌合されている。前記ボ
ール34はホイール32に支持されており、嵌合溝35
に出力軸21の上端に固着されたピン36の上端が位置
している。このピン36がホイール32の回転を拘束す
る。
したがって、ロッド7が回転するとスリーブ30と出力
軸21が回転するが、スリーブ30はロッド7の上端に
、出力軸21はロッド7の下端にそれぞれ固着されてい
るので、出力軸21の負荷が大きいとロッド7が捩れる
。この捩れ量の相当分、スリーブ30と出力軸21の回
転角度かずれ、ホイール32はピン36を介して出力軸
21と同じ方向に回動するようになっているので、回転
角度のずれは、スリーブ30とホイール32の回転角度
のずれとなる。
また、第5図において、スリーブ30及び出力軸21は
、この部分で平面状に形成されており、それぞれ対向す
る平面部23aを有している。この2平面部23aは所
定値を超えるスリーブ30と出力軸21の回転角度のず
れを制限している。
即ち、2平面部23aで制限された範囲内では、前記回
転角度のずれ相当分、ホイール32に対してスリーブ3
0が余分に回転することになり、スリーブ30の丸底溝
33がスリーブ30の中心軸に斜交しているので、この
丸底溝33によりボール34が上方または下方に押され
、ボール34を支持しているホイール32が上方または
下方に移動する。したがって、ステアリングホイール1
に加えられる操舵トルクが前記所定値以下であれば、前
記操舵トルクはロッド7の捩れに対応し、前記捩れ最に
対応してホイール32が上方または下方位置に移動する
。即ち、ホイール32の上方または下方の方向の変位は
、前記所定値以下の操舵トルクに対応する。
ホイール32は環状溝37を有し、前記環状溝37にボ
ール39が係合されている。前記ボール3つは弾性板3
8の一端に支持されている。弾性板38の細端は固定さ
れている。前記弾性板38には、表面及び裏面にそれぞ
れ1個の合h°12個の歪検出素子からなるトルクセン
サ40が接合されている。これら、2個の歪検出素子は
シリーズ接続され、接続点の電位がトルク検出信号とし
て出力される。
したがって、ステアリングホイール1に加えられた操舵
トルクに対応してロッド7が捩れ、ホイール32が零位
置から上移動または上移動すると、環状溝37とボール
39との結合で弾性板3Bか十反りまたは下反りに曲り
、トルクセンサ40がホイール32の変位量(操舵トル
ク零位置からの変位m)、即ち、ロッド7の捩れ量であ
る印加された操舵トルクを示す電気信号を発生する。前
述したように、ロッド7の捩れ量は出力軸21とスリー
ブ30とに形成された工事面部23aにより制限されて
いるので、トルクセンサ40は前記所定範囲内の操舵ト
ルクの印加に対しては線形の、前記所定範囲を超える操
舵トルクの印加に対しては飽和する出力となる。
上記のように構成された電動式パワーステアリング装置
を駆動制御する電子制御手段は第1図のようになる。
モータ制御手段を具備する制御回路を構成するマイクロ
コンピュータCPUは1チツプマイクロコンピユータか
らなるもので、公知のようにROM及びRAM及びタイ
マ、カウンタ等を内蔵している。その電源は定電圧回路
CCから供給されている。前記マイクロコンピュータC
PUの入力には、車速に応じて回転する永久磁石MG及
びリードスイッチLS及び抵抗R6からなる車速センサ
SPのパルス数出力が波形整形回路WSで波形整形した
後入力されている。
上記歪検出素子の抵抗rl、r2及び固定抵抗r3.r
4からなるトルクセンサ40の出力は、増幅器AMPI
及び比例・積分・微分制御定数を補償する制御補償回路
PIDを介してマルチプレクサを内蔵するA/D変換回
路ADを介して、マイクロコンピュータCPUに入力さ
れている。また、前記歪検出素子からなるトルクセンサ
40の出力は、センサ異常検出回路SAを介して入力さ
れている。
また、前記A/D変換回路ADにはモータ8の駆動電流
は、電流検出抵抗R5の電圧降下として検出し、増幅器
AMP2を介して入力されている。
一方、マイクロコンピュータCPtJの出力は、リレー
ドライブ回路DR3を介してリレーRYに接続されてい
る。したがって、マイクロコンピュータCPLIのリレ
ー出力が“1′′のとき、リレーRYを励磁して、その
接点ryを閉じる。また、“OITのとき、リレーRY
を非励磁としてその接点ryを開くことができる。した
がって、リレーRYを非励磁とすれば、その接点ryを
開き、後述する左信号及び右信号及びPWM信@(デユ
ーティ比信号の出力の比率)に関係なくモータ8の回転
を停止状態とすることができ、フエールセーフ対応を持
たせることができる。
また、マイクロコンピュータCPUの出力は、クラッチ
ドライブ回路DR5を介してクラッチ機HCLのコイル
に接続されており、マイクロコンピュータCPUのリレ
ー出力が“1″のとき、クラッチ機構CLを結合状態に
、“′O″、のとき解放状態となる。
トランジスタQ1及びベース抵抗R1はスイッチング回
路を構成し、マイクロコンピュータCPUの左信号の“
1″はドライブ回路DR1を介してトランジスタQ1が
オンとなり、また、左信号の“O″によりトランジスタ
Q1がオフとなる。
同様に、トランジスタQ2及びベース抵抗R2はスイッ
チング回路を構成し、マイクロコンピュータCPUの右
信号の“1″はドライブ回路DR1を介してトランジス
タQ2がオンとなり、また、右信号の“O″によりトラ
ンジスタQ2がオフとなる。
そして、トランジスタQ3及びベース抵抗R3はスイッ
チング回路を構成し、マイクロコンピュータCPUのP
WM信号の“1″でドライブ回路DR2を介してトラン
ジスタQ3がオンとなり、また、PWM信号の“OII
によりトランジスタQ3がオフとなる。同様に、トラン
ジスタQ4及びベース抵抗R4はスイッチング回路を構
成し、マイクロコンピュータCPUのPWM信号の“1
″はドライブ回路DR2を介してトランジスタQ4かオ
ンとなり、また、PWM信号の“OF+により1〜ラン
ジスタQ4がオフとなる。
したがって、モータ8はトランジスタQ1が左信号の1
゛′によりオン状態となると、または、トランジスタQ
2が右信号の“1パによりオン状態となると、マイクロ
コンピュータCPUのPWM信号に応じて左回転または
右回転する。
なお、ダイオードD1からダイオードD4はトランジス
タQ1からトランジスタQ4の破壊を防止するフライホ
イール用でおる。
このように構成された本実施例の電動式パワーステアリ
ング装置のマイクロコンピュータCPUは、次のように
プログラム制御されるものである。
第6図は上記実施例の電動式パワーステアリング装置の
制御を行なうメインプログラムのフローチャートである
。第7図は本実施例で用いた車速入力−車速係数出力特
性図、第8図は本実施例で用いた車速及び操舵トルク入
力−デユーティ比出力特性図である。
まず、イグニッションスイッチIGのオンでこのプログ
ラムをスタートさせ、ステップS1でマイクロコンピュ
ータCPUが内蔵するRAM及びタイマをクリア、各出
力ポートを初期設定する。
即ら、車速を記憶するメモリMspをクリア、クラッチ
ドライブ回路DR5の入力をO11としてクラッチ機構
CLを解放、リレードライブ回路DR3の入力を“O″
としてリレーRYをオフ、ドライブ回路DR1及びドラ
イブ回路DR2の入力を“O′°とする。ステップS2
でクラッチ機構CLを結合し、ステップS3でリレード
ライブ回路DR3を介してリレーRYを励磁し、その接
点ryを閉じる。ステップS4で車速センサSPから車
速データを入力し、現在車速を算出する「車速入力処理
ルーチン」をコールし、車速を算出してメモリMSI)
にストアする。ステップS5で第7図に示す車速入力−
車速係数出力特性図に従って車速係数VTを算出する。
この車速係数VTは訓算式を用いて算出を行なってもよ
いし、或いは、メモリマツプから選択してもよい。
なお、第7図において、SPLは車速感応開始車速、S
 P Hは車速感応終了車速で、VTLは車速感応開始
車速SPLに対応する車速係数、VTL1は車速感応終
了車速SPHに対応する車速係数、また、V T Oは
不感帯幅に相当する車速係数である。ここで選択した車
速係数VTは第8図に示す本実施例の車速及び操舵トル
ク人力−デユーティ比出力特性図の折曲点となるもので
ある。特に、本実施例の車速係数VTは、モータ8及び
クラッチR溝CL及び前記モータ8の回転を減速させ、
その回転をステアリングシャフトの一部となる出力軸2
1に伝達する減速機構9から構成される操舵トルク補足
系統の損失を補償する値である。
ステップS6でトルクセンサ40の出力を増幅器AMP
1、比例・積分・微分制御定数を補償する制御補償回路
PID、マルチプレクリを内蔵するA/D変換回路AD
を介して入力し、そのときのトルクセンサ40の出力を
メモリMSにストアする。
そして、ステップS7で「デユーティ比及び回転方向出
力削痺処理ルーチン」をコールし、メモリMSにストア
したトルクセンサ40の出力を用いて、モータ8に供給
するPWM信号であるデユーティ比出力を決定する。ま
た、メモリMSにストアしたトルクセンサ40の出力を
用いて、モータ8の回転方向を判断する。即ち、第8図
の車速及び操舵トルク−デユーティ比出力特性図に示す
ように、メモリMSpにストアした車速センサSPの値
及びメモリMSにストアしたトルクセンサ40の出力を
用いて、モータ8及びクラッチ機構CL及び前記モータ
8の回転を減速させ、その回転をステアリングシャフト
の一部となる出力軸21に伝達する減速機構9から構成
される操舵トルク補足系統から、ステアリングホイール
1にドライバーが加えた操舵トルクに応じて、その操舵
に必要な操舵トルクを供給する。
また、ステップS8で決定したPWM信号、即ち、デユ
ーティ比及び左方向または右方向の回転方向を出力し、
爾後、ステップS4からステップS8のルーチンの処理
を継続する。
なお、前記「車速入力処理ルーチン」は、車速検出とし
て公知のプログラム制御であるから、ここでは、その説
明を省略する。
上記のように本実施例の電動式パワーステアリング装置
は、走行車速を検出する車速センサSPと、ステアリン
グホイール1に加えられた操舵トルクを検出するトルク
センサ40と、前記車速センサSPの出力及びトルクセ
ンサ40の出力に応じて前記操舵トルクを補充すべく駆
動制御するモータ8及び前記モータ8の回転を減速させ
、その回転をステアリングシャフト1に伝達する操舵ト
ルク補足系統と、前記車速センサSPの出力及びトルク
センサ40の出力によって操舵トルク補足系統の損失を
補償すると共に、ステアリングホイール1に外から加え
られた操舵トルクを、車速セン+J40の出力及びトル
クセンサ40の出力によって前記操舵トルク補足系統に
よって補充するように制御するマイクロコンピュータC
PUに機能させるモータ制御手段からなるものである。
したがって、走行車速を検出する車速センサSP及びト
ルクセンサ40の出力に応じて、ステアリングホイール
1に加えられた操舵トルクを補充すべくモータ8を駆動
制御して、パワーアシストする。このとぎ、本実施例で
はモータ8が予め定められた特性に基づいて駆動され、
操舵トルク補足系統の損失が補償される。したがって、
ステアリングホイール1に加えられた操舵トルクは殆ど
全てピニオンギア22に伝達される。
故に、高速走行時に操舵トルクを補充すべく駆動制御す
るモータ8及びクラッチ機構CL及び前記モータ8の回
転を減速させる減速機構9等からなる操舵トルク補足系
統は、その損失が補償されるように制御されるから、ド
ライバーがステアリングホイール1を回動する負荷とな
り難い。また、高速走行時にステアリングホイール1を
操作しても、操舵トルク補足系統が発生する出力トルク
が急変しないから、操舵フィーリングが急変することは
ない。
ところで、上記実施例の操舵トルク補足系統は操舵i〜
シルク補充すべく駆動制御するモータ8及びクラッチ機
f;CL及び前記モータ8の回転を減速させる減速!l
構9からなるものであるが、本発明を実施する場合には
、クラッチ機1fIScLは直接関与するものではない
から、それを省略することができる。
[発明の効果] 以上のように、本発明の電動式パワーステアリング装置
は、走行車速を検出する車速セン1ノー出力及びステア
リングホイールに加えられた操舵トルクを検出するトル
クセンサ出力に応じて、前記操舵トルクを補充すべく駆
動制御するモータ及び該モータの回転を減速させ、その
回転をステアリングシャフトの出力として伝達する操舵
トルク補足系統と、前記車速センサ出力及びトルクセン
サ出力によって操舵トルク補足系統の損失を補償すると
共に、ステアリングホイールに外から加えられた操舵ト
ルクを、車速センサ出力及びトルクセン−リ出力によっ
て前記操舵トルク補足系統によって補充するように制御
するモータ制御手段とを具備するものでおる。
したがって、モータ及び前記モータの回転を減速させ、
その回転をステアリングシャフトに伝達する操舵トルク
補足系統の損失を補償し、そして、ドライバーがステア
リングホイールに加えた操舵トルクを、車速セン1ノの
出力及びトルクセンサの出力に応じて前記操舵トルク補
足系統によって操舵トルクを補足して、パワーアシスト
することができる。故に、高速走行時に操舵トルク補足
系統は、常にその損失が補償されるように制御されてい
るから、ドライバーがステアリングホイールを回動する
ときの負荷となることがない。また、高速走行時にステ
アリングホイールを操作しても、操舵トルクの大きざ及
び車速によって補充する操舵トルクか徐々に変化するか
ら、操舵フィーリングが急変1−ることがない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例の電動式パワーステアリング装
置の電子制御手段の回路構成図、第2図は上記実施例の
電動式パワーステアリング装置の概要を示す斜視図、第
3図は第2図の実施例の操舵力を補助するモータを有す
る補助動力供給手段の拡大断面図、第4図は第3図に示
すスリーブの外面を示す正面図、第5図は第3図に示す
切断線X−Xによる断面図、第6図は本発明の実施例の
電動式パワーステアリング装置の制御を行なうメインプ
ログラムのフローヂャート、第7図は本発明の実施例で
用いた車速入力−車速係数出力特性図、第8図は本実施
例で用いた車速及び操舵トルク人力−デユーティ比出力
特性図、第9図は従来の電動式パワーステアリング装置
の車速感応特性図でおる。 図において、 CPU :マイクロ]ンピコータ、 SP:車速センυ、 1ニステアリング小イール、 8:モータ、 40:トルクセンυ、 である。 なお、図中、同−符号及び同一記号は、同一または相当
部分を示す。 特許出願人 アイシン精機株式会社 外1名

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)走行車速を検出する車速センサと、ステアリング
    ホィールに加えられた操舵トルクを検出するトルクセン
    サと、前記車速センサ出力及びトルクセンサ出力に応じ
    て前記操舵トルクを補充すべく駆動制御されるモータ及
    び該モータの回転を減速させ、その回転をステアリング
    シャフトの出力として伝達する操舵トルク補足系統と、 前記車速センサ出力及びトルクセンサ出力によって操舵
    トルク補足系統の損失を補償すると共に、ステアリング
    ホィールに外から加えられた操舵トルクを、車速センサ
    出力及びトルクセンサ出力によって前記操舵トルク補足
    系統によって補充させるように制御するモータ制御手段
    と、 を具備することを特徴とする電動式パワーステアリング
    装置。
JP63076870A 1988-03-30 1988-03-30 電動式パワーステアリング装置 Pending JPH01247271A (ja)

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