JP2002178937A - Motor-driven power steering device - Google Patents

Motor-driven power steering device

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JP2002178937A
JP2002178937A JP2000374734A JP2000374734A JP2002178937A JP 2002178937 A JP2002178937 A JP 2002178937A JP 2000374734 A JP2000374734 A JP 2000374734A JP 2000374734 A JP2000374734 A JP 2000374734A JP 2002178937 A JP2002178937 A JP 2002178937A
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Japan
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electric motor
steering
angle sensor
power steering
torque
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JP2000374734A
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Japanese (ja)
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Hirobumi Okumura
博文 奥村
Nobuyuki Hirozawa
信之 廣澤
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Alps Alpine Co Ltd
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Alps Electric Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motor-driven power steering device capable of carrying out suitable power assistance according to the rotation angle of a steering wheel. SOLUTION: This motor-driven power steering device transmits the torque of an electric motor 2 to a steering shaft 8 through a speed reducing mechanism 10 composed of a worm 7 and a worm gear 9. In this case, an angle sensor 5 is disposed between the electric motor 2 and the speed reducing mechanism 10, the rotation angle of the electric motor 2 is detected by the angle sensor 5, and the rotation thereof is controlled by feeding back the detection result to the electric motor 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電動モータの回転
力を操舵機構に与えて操舵補助する電動パワーステアリ
ング装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electric power steering apparatus for assisting steering by applying a torque of an electric motor to a steering mechanism.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、ステアリングシャフトの途中
に介設したトーションバーのねじれをトルクセンサによ
って検出し、このトルクセンサの検出結果に基づいて電
動モータへの入力電流を制御することにより、ステアリ
ングシャフトに加わる操舵トルクに対応して操舵力を補
助するようにした電動パワーステアリング装置が知られ
ている。このような電動パワーステアリング装置におい
て、電動モータはステアリングシャフトを保持するステ
アリングコラム等に取付けられており、この電動モータ
の回転力は減速機構を介してステアリングシャフトに伝
達されるようになっている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a torsion bar provided in the middle of a steering shaft is detected by a torque sensor, and an input current to an electric motor is controlled based on a detection result of the torque sensor. 2. Description of the Related Art There is known an electric power steering apparatus which assists a steering force in accordance with a steering torque applied to a vehicle. In such an electric power steering apparatus, the electric motor is mounted on a steering column or the like that holds the steering shaft, and the rotational force of the electric motor is transmitted to the steering shaft via a speed reduction mechanism.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した従
来の電動パワーステアリング装置では、ステアリングホ
イールに加わる操舵トルクをトルクセンサによって検出
し、このトルクセンサの検出結果に基づいて電動モータ
への入力電流を制御しているため、電動モータの回転量
は操舵トルクの大きさと車速に基づいて決定されてしま
い、ステアリングホイールの回転角に応じた適切なパワ
ーアシストを行うことができない。このため、例えば、
左右いずれかの方向へ回転させたステアリングホイール
を中立位置に戻す場合、操舵トルクは高速走行時に比べ
ると低速走行時や停止時の方が大きくなるが、単に操舵
トルクの大きさと車速に応じて電動モータの回転量が決
定されているため、車速によって中立位置へ戻そうとす
るパワーアシスト力が異なってしまい、中立位置に戻ら
ない等の問題があった。
In the conventional electric power steering apparatus described above, the steering torque applied to the steering wheel is detected by a torque sensor, and the input current to the electric motor is determined based on the detection result of the torque sensor. Since the control is performed, the rotation amount of the electric motor is determined based on the magnitude of the steering torque and the vehicle speed, and it is not possible to perform appropriate power assist according to the rotation angle of the steering wheel. Thus, for example,
When returning the steering wheel rotated to either the left or right direction to the neutral position, the steering torque is larger at low speed running or at stop than at high speed running.However, the steering torque is simply adjusted according to the magnitude of the steering torque and the vehicle speed. Since the rotation amount of the motor is determined, there is a problem that the power assist force for returning to the neutral position varies depending on the vehicle speed, and the power does not return to the neutral position.

【0004】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その目的は、ステアリングホイー
ルの回転角に応じた適切なパワーアシストを行うことが
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。
[0004] The present invention has been made in view of such a situation of the prior art, and an object thereof is to provide an electric power steering apparatus capable of performing appropriate power assist according to a rotation angle of a steering wheel. It is in.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、トルクセンサによって検出された操舵ト
ルクに基づいて電動モータを駆動し、この電動モータの
回転力を減速機構を介して操舵機構に伝達して操舵補助
する電動パワーステアリング装置において、前記電動モ
ータの回転角度を検出する角度センサと、この角度セン
サの検出結果に基づいて前記電動モータをフィードバッ
ク制御する制御手段とを備え、前記角度センサを前記電
動モータと前記減速機構との間に設けたことを特徴とす
る。
In order to achieve the above object, the present invention drives an electric motor based on a steering torque detected by a torque sensor, and reduces the torque of the electric motor via a speed reduction mechanism. An electric power steering apparatus that transmits a steering force to a steering mechanism and includes an angle sensor that detects a rotation angle of the electric motor, and a control unit that performs feedback control of the electric motor based on a detection result of the angle sensor, The angle sensor is provided between the electric motor and the speed reduction mechanism.

【0006】このように構成された電動パワーステアリ
ング装置によれば、電動モータと減速機構間に設けた角
度センサによって電動モータの回転角度を高精度に検出
し、その検出結果を電動モータにフィードバックして回
転制御しているため、ステアリングホイールの回転角に
応じた適切なパワーアシストを行うことができる。
[0006] According to the electric power steering apparatus configured as described above, the rotation angle of the electric motor is detected with high accuracy by the angle sensor provided between the electric motor and the speed reduction mechanism, and the detection result is fed back to the electric motor. As a result, the power control can be appropriately performed according to the rotation angle of the steering wheel.

【0007】上記の構成において、減速機構が電動モー
タの回転軸に設けられたウォームとステアリングシャフ
トに設けられたウォームギアとからなり、角度センサを
電動モータの回転軸の周囲に設けることが好ましい。
In the above configuration, it is preferable that the speed reduction mechanism comprises a worm provided on the rotating shaft of the electric motor and a worm gear provided on the steering shaft, and the angle sensor is provided around the rotating shaft of the electric motor.

【0008】また、上記の構成において、角度センサ
が、円周方向に沿って交互に連続着磁されたロータ部材
と、このロータ部材に対向するホール素子を有するステ
ータ部材とを備え、ロータ部材はステータ部材に所定ガ
タを許容するように内包され、且つ、該ロータ部材を電
動モータの回転軸に固定することが好ましい。
Further, in the above configuration, the angle sensor includes a rotor member alternately and continuously magnetized in a circumferential direction, and a stator member having a Hall element facing the rotor member. It is preferable that the stator member is included so as to allow a predetermined play, and the rotor member is fixed to the rotating shaft of the electric motor.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、発明の実施の形態について
図面を参照して説明すると、図1は実施形態例に係る電
動パワーステアリング装置の回路構成を示すブロック
図、図2は該電動パワーステアリング装置の要部の構成
図、図3は図2のA−A線に沿う断面図、図4は操舵ト
ルクと車速に対するアシスト電流値の変化を示す特性図
である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a circuit configuration of an electric power steering apparatus according to an embodiment of the present invention; FIG. FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2, and FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in an assist current value with respect to a steering torque and a vehicle speed.

【0010】図1に示すように、本実施形態例に係る電
動パワーステアリング装置は、ステアリングホイールに
加えられた操舵トルクをトルクセンサ1で検出し、その
検出結果に基づいて電動モータ2を回転制御するもので
あり、電動モータ2の回転力は後述する減速機構を介し
てステアリングシャフトに伝達され、これによって操舵
力が補助されるようになっている。
As shown in FIG. 1, in the electric power steering apparatus according to the present embodiment, a steering torque applied to a steering wheel is detected by a torque sensor 1, and the rotation of an electric motor 2 is controlled based on the detection result. The rotational force of the electric motor 2 is transmitted to a steering shaft via a speed reduction mechanism described later, thereby assisting the steering force.

【0011】電動モータ2は制御部3から出力される電
流によって回転制御される。制御部3はマイクロコンピ
ュータ等によって構成されており、この制御部3にはト
ルクセンサ1からのトルク信号と車速センサ4から出力
される車速信号が入力される。また、電動モータ2の回
転角度が角度センサ5によって検出され、この角度セン
サ5から出力される角度信号も制御部3に入力される。
制御部3は、トルクセンサ1が検出した操舵トルクの大
きさおよび方向と、車速センサ4が検出した車速と、角
度センサ5が検出した電動モータ2の回転角度とに基づ
いて、電動モータ2に入力する電流値を演算する。
The rotation of the electric motor 2 is controlled by a current output from the control unit 3. The control unit 3 is constituted by a microcomputer or the like. The control unit 3 receives a torque signal from the torque sensor 1 and a vehicle speed signal output from the vehicle speed sensor 4. The rotation angle of the electric motor 2 is detected by the angle sensor 5, and an angle signal output from the angle sensor 5 is also input to the control unit 3.
The control unit 3 controls the electric motor 2 based on the magnitude and direction of the steering torque detected by the torque sensor 1, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 4, and the rotation angle of the electric motor 2 detected by the angle sensor 5. Calculate the input current value.

【0012】図2と図3に示すように、電動モータ2は
ステアリングコラム等の内部に設置されたギアハウジン
グ6に取付けられており、電動モータ2の回転軸2aの
先端にはウォーム7が取付けられている。このウォーム
7はステアリングシャフト8に取付けられたウォームギ
ア9と噛合しており、これらウォーム7とウォームギア
9によって減速機構10が構成されている。この減速機
構10は、電動モータ2の特性である低トルク高回転を
高トルク低回転として出力するものである。電動モータ
2の回転軸2aは軸受11によってギアハウジング6に
支承されており、前記角度センサ5はこの回転軸2aの
周囲に配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the electric motor 2 is mounted on a gear housing 6 installed inside a steering column or the like, and a worm 7 is mounted on the tip of a rotating shaft 2a of the electric motor 2. Have been. The worm 7 meshes with a worm gear 9 attached to a steering shaft 8, and the worm 7 and the worm gear 9 constitute a reduction mechanism 10. The speed reduction mechanism 10 outputs a low torque / high rotation characteristic of the electric motor 2 as a high torque / low rotation. The rotating shaft 2a of the electric motor 2 is supported on the gear housing 6 by a bearing 11, and the angle sensor 5 is arranged around the rotating shaft 2a.

【0013】この角度センサ5はロータ12とケース1
3とを備え、ロータ12は電動モータ2の回転軸2aに
アウターカバー14を介して固定されており、ケース1
3はギアハウジング6に固定されたステータ部材であ
る。ただし、角度センサ5をギアハウジング6内に組み
込む前の単品の状態において、ロータ12はケース13
に対して軸線方向とラジアル方向へ移動できるようなガ
タを存して内包されており、ロータ12を電動モータ2
の回転軸2aに固定した時点で、その中心位置が決定さ
れるようになっている。このロータ12は磁性材料から
なる磁性体12aを有し、磁性体12aにはN極とS極
が円周方向に沿って交互に連続着磁されている。ケース
13の内部にはプリント基板15が配設されており、プ
リント基板15には一対のホール素子16が実装されて
いる。これらホール素子16は磁性体12aの周面とギ
ャップを存して配置しており、ロータ12が電動モータ
2の回転軸2aに連動して回転すると、両ホール素子1
6から位相をλ/4だけ異にするA相信号とB相信号が
出力される。これらの信号は例えばプリント基板15に
実装された図示せぬ処理回路によって波形整形された
後、ハーネス17により角度センサ5から出力されて制
御部3に入力され、制御部3は角度センサ5からの出力
信号に基づいてロータ12の回転角度、すなわち電動モ
ータ2の回転角度を演算する。
The angle sensor 5 comprises a rotor 12 and a case 1
3, the rotor 12 is fixed to the rotating shaft 2a of the electric motor 2 via an outer cover 14.
Reference numeral 3 denotes a stator member fixed to the gear housing 6. However, in a single state before the angle sensor 5 is incorporated in the gear housing 6, the rotor 12 is
The rotor 12 is included with a play that can move in the axial direction and the radial direction with respect to the electric motor 2.
The center position is determined when fixed to the rotation shaft 2a. The rotor 12 has a magnetic body 12a made of a magnetic material, and an N pole and an S pole are alternately and continuously magnetized along the circumferential direction on the magnetic body 12a. A printed board 15 is provided inside the case 13, and a pair of Hall elements 16 is mounted on the printed board 15. These Hall elements 16 are arranged with a gap from the peripheral surface of the magnetic body 12a, and when the rotor 12 rotates in conjunction with the rotating shaft 2a of the electric motor 2, both Hall elements 1
From A, an A-phase signal and a B-phase signal whose phases are different by λ / 4 are output. These signals are subjected to waveform shaping by, for example, a processing circuit (not shown) mounted on the printed circuit board 15, and then output from the angle sensor 5 by the harness 17 and input to the control unit 3. The rotation angle of the rotor 12, that is, the rotation angle of the electric motor 2 is calculated based on the output signal.

【0014】このように構成された電動パワーステアリ
ング装置において、制御部3はトルクセンサ1が検出し
た操舵トルクの大きさおよび方向と、車速センサ4が検
出した車速、ならびに角度センサ5が検出した角度信号
とに基づいて、電動モータ2に入力するアシスト電流値
を演算する。この場合、アシスト電流値Iは例えば図
4に示す特性図に従って演算される。なお、図4におい
て、V<V(Vは低速走行時、Vは高速走行
時)であり、また、操舵トルクTはステアリングホイー
ルに対して右回りに加えられた右回転トルクを正、左回
転トルクを負にとっている。したがって、ステアリング
ホイールを中立位置から左右いずれかの方向へ回転する
と、制御部3は図4に示す特性図に従ってアシスト電流
値Iを演算し、電動モータ2がその電流によって回転
する。これにより、電動モータ2の回転力がウォーム7
とウォームギア9で構成された減速機構10を介してス
テアリングシャフト8に伝達され、ステアリングシャフ
ト8に加わる操舵トルクに対応して操舵力を補助するこ
とができる。
In the electric power steering apparatus configured as described above, the control unit 3 controls the magnitude and direction of the steering torque detected by the torque sensor 1, the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor 4, and the angle detected by the angle sensor 5. An assist current value input to the electric motor 2 is calculated based on the signal. In this case, the assist current value I A is calculated in accordance with the characteristic diagram shown in FIG. 4, for example. In FIG. 4, V 1 <V 2 (V 1 is at the time of low-speed running, V 2 is at the time of high-speed running), and the steering torque T is the right rotation torque applied clockwise to the steering wheel. Positive and negative left rotation torque. Therefore, when rotating the steering wheel from the neutral position to the left or right direction, the control unit 3 calculates the assist current value I A according to the characteristic diagram shown in FIG. 4, the electric motor 2 is rotated by the current. As a result, the rotational force of the electric motor 2 is reduced by the worm 7.
The steering force is transmitted to the steering shaft 8 via the speed reduction mechanism 10 constituted by the worm gear 9 and assists the steering force in accordance with the steering torque applied to the steering shaft 8.

【0015】ここで、低速走行時(V)の場合は、操
舵トルクTがあるトルクT1以下まで減少すると、その
時に角度センサ5から検出される電動モータ2の回転角
度が制御部3に取り込まれ、制御部3はこの角度信号に
基づいて電動モータ2をフィードバック制御し、電動モ
ータ2を逆転させるようにアシスト電流値Iを演算す
る。これにより、低速走行時にステアリングホイールを
左右いずれかの方向へ回転した後、操舵トルクTがある
トルクT1以下まで減少した時点で、電動モータ2が逆
転してステアリングホイールを中立位置に戻すように操
舵補助される。一方、高速走行時(V)の場合は、操
舵トルクTがあるトルクT2以下まで減少すると、その
時に角度センサ5から検出される電動モータ2の回転角
度が制御部3に取り込まれ、制御部3はこの角度信号に
基づいて電動モータ2をフィードバック制御し、電動モ
ータ2を停止させるようにアシスト電流値Iを演算す
る。これにより、高速走行時にステアリングホイールを
左右いずれかの方向へ回転した後、操舵トルクTがある
トルクT2以下まで減少した時点で電動モータ2は停止
し、操舵力が補助されない状態でステアリングホイール
を中立位置に戻すことができる。
Here, in the case of low-speed running (V 1 ), when the steering torque T decreases below a certain torque T 1, the rotation angle of the electric motor 2 detected by the angle sensor 5 at that time is taken into the control unit 3. It is, the control unit 3 of the electric motor 2 and the feedback control based on the angle signal, and calculates the assist current value I a to reverse the electric motor 2. Thus, when the steering wheel is rotated in either the left or right direction during low-speed running, when the steering torque T decreases to a certain torque T1 or less, the electric motor 2 rotates in reverse to return the steering wheel to the neutral position. Assisted. On the other hand, in the case of high-speed running (V 2 ), when the steering torque T decreases to a certain torque T2 or less, the rotation angle of the electric motor 2 detected by the angle sensor 5 at that time is taken into the control unit 3, and the control unit 3 3 the electric motor 2 and the feedback control based on the angle signal, and calculates the assist current value I a to stop the electric motor 2. As a result, after the steering wheel is rotated left or right during high-speed running, the electric motor 2 is stopped when the steering torque T decreases to a certain torque T2 or less, and the steering wheel is neutralized without assisting the steering force. Can be returned to position.

【0016】このように、本実施形態例に係る電動パワ
ーステアリング装置によれば、角度センサ5によって電
動モータ2の回転角度を検出し、その検出結果を電動モ
ータ5にフィードバックして回転制御しているため、ス
テアリングホイールの回転角に応じた適切なパワーアシ
ストを行うことができる。また、この角度センサ5は電
動モータ2と減速機構10間に設けられているため、ス
テアリングホイールの回転角検出の分解能を高めること
ができ、電動モータ2の回転角度を高精度に検出するこ
とができる。
As described above, according to the electric power steering apparatus according to this embodiment, the rotation angle of the electric motor 2 is detected by the angle sensor 5, and the detection result is fed back to the electric motor 5 to control the rotation. Therefore, appropriate power assist according to the rotation angle of the steering wheel can be performed. Further, since the angle sensor 5 is provided between the electric motor 2 and the speed reduction mechanism 10, the resolution for detecting the rotation angle of the steering wheel can be increased, and the rotation angle of the electric motor 2 can be detected with high accuracy. it can.

【0017】なお、上記の実施形態例では、角度センサ
5の検出結果をステアリングホイールの中立位置への戻
し時に利用した場合について説明したが、それ以外に
も、例えば、電動モータ2の断線等の故障診断や、電動
モータ2の個々のバラツキに起因する操舵トルクや回転
速度のバラツキを抑制するために利用することもでき
る。
In the above-described embodiment, the case where the detection result of the angle sensor 5 is used when returning the steering wheel to the neutral position is described. It can also be used for failure diagnosis and for suppressing variations in steering torque and rotational speed caused by individual variations in the electric motor 2.

【0018】[0018]

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。
The present invention is embodied in the form described above, and has the following effects.

【0019】電動モータと減速機構間に設けた角度セン
サによって電動モータの回転角度を高精度に検出し、そ
の検出結果を電動モータにフィードバックして回転制御
しているため、ステアリングホイールの回転角に応じた
適切なパワーアシストを行うことができる。
The rotation angle of the electric motor is detected with high accuracy by an angle sensor provided between the electric motor and the speed reduction mechanism, and the detection result is fed back to the electric motor to control the rotation. Appropriate power assist can be performed accordingly.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態例に係る電動パワーステアリング装置
の回路構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a circuit configuration of an electric power steering device according to an embodiment.

【図2】該電動パワーステアリング装置の要部の構成図
である。
FIG. 2 is a configuration diagram of a main part of the electric power steering device.

【図3】図2のA−A線に沿う断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken along line AA of FIG. 2;

【図4】操舵トルクと車速に対するアシスト電流値の変
化を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in an assist current value with respect to a steering torque and a vehicle speed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トルクセンサ 2 電動モータ 2a 回転軸 3 制御部 4 車速センサ 5 角度センサ 6 ギアハウジング 7 ウォーム 8 ステアリングシャフト 9 ウォームギア 10 減速機構 11 軸受 12 ロータ 12a 磁性体 13 ケース(ステータ部材) 16 ホール素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Torque sensor 2 Electric motor 2a Rotating shaft 3 Control part 4 Vehicle speed sensor 5 Angle sensor 6 Gear housing 7 Worm 8 Steering shaft 9 Worm gear 10 Reduction mechanism 11 Bearing 12 Rotor 12a Magnetic body 13 Case (stator member) 16 Hall element

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トルクセンサによって検出された操舵ト
ルクに基づいて電動モータを駆動し、この電動モータの
回転力を減速機構を介して操舵機構に伝達して操舵補助
する電動パワーステアリング装置において、 前記電動モータの回転角度を検出する角度センサと、こ
の角度センサの検出結果に基づいて前記電動モータをフ
ィードバック制御する制御手段とを備え、前記角度セン
サを前記電動モータと前記減速機構との間に設けたこと
を特徴とする電動パワーステアリング装置。
1. An electric power steering apparatus for driving an electric motor based on a steering torque detected by a torque sensor and transmitting a rotational force of the electric motor to a steering mechanism via a speed reduction mechanism to assist steering. An angle sensor for detecting a rotation angle of the electric motor; and control means for performing feedback control of the electric motor based on a detection result of the angle sensor. The angle sensor is provided between the electric motor and the speed reduction mechanism. An electric power steering device, comprising:
【請求項2】 請求項1の記載において、前記減速機構
が前記電動モータの回転軸に設けられたウォームとステ
アリングシャフトに設けられたウォームギアとからな
り、前記角度センサを前記電動モータの回転軸の周囲に
設けたことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
2. The electric motor according to claim 1, wherein the speed reduction mechanism includes a worm provided on a rotation shaft of the electric motor and a worm gear provided on a steering shaft, and the angle sensor is provided on the rotation shaft of the electric motor. An electric power steering device provided around the electric power steering device.
【請求項3】 請求項1または2の記載において、前記
角度センサが、円周方向に沿って交互に連続着磁された
ロータ部材と、このロータ部材に対向するホール素子を
有するステータ部材とを備え、前記ロータ部材は前記ス
テータ部材に所定ガタを許容するように内包され、且
つ、該ロータ部材を前記電動モータの回転軸に固定した
ことを特徴とする電動パワーステアリング装置。
3. The angle sensor according to claim 1, wherein the angle sensor includes a rotor member continuously and continuously magnetized in a circumferential direction and a stator member having a Hall element facing the rotor member. An electric power steering apparatus, wherein the rotor member is included so as to allow a predetermined play in the stator member, and the rotor member is fixed to a rotating shaft of the electric motor.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010043199A1 (en) * 2008-10-16 2010-04-22 Brose Fahrzeugteile GmbH & Co. Kommanditgesellschaft, Würzburg Belt tensioner drive and person restraint system

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