JP2962543B2 - 電動パワーステアリング装置 - Google Patents

電動パワーステアリング装置

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JP2962543B2
JP2962543B2 JP17639295A JP17639295A JP2962543B2 JP 2962543 B2 JP2962543 B2 JP 2962543B2 JP 17639295 A JP17639295 A JP 17639295A JP 17639295 A JP17639295 A JP 17639295A JP 2962543 B2 JP2962543 B2 JP 2962543B2
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栄樹 野呂
慎司 広中
良信 向
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Honda Motor Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は電動機が発生する
動力をステアリング系に操舵補助力として作用させ、ド
ライバの操舵力を軽減する電動パワーステアリング装置
に係り、特に電動機電流を制限して電動機および電動機
駆動手段を構成するスイッチング素子の低消費電力化を
図る電動パワーステアリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本願出願人が特開昭63―263167
号公報に開示した従来の電動パワーステアリング装置
は、ステアリング系に操舵補助力を与える電動機に流れ
る電動機電流の平均値に基づいて電動機に通電する電動
機電流の最大値を制限するよう構成されている。
【0003】従来の電動パワーステアリング装置は、電
動機に流れる電動機電流の最大値を制限するので、発熱
を抑えて電動機や電動機を駆動するブリッジ回路の破損
が防止される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の電動パワーステ
アリング装置は、電動機電流の平均値に基づいて電動機
電流の最大値が制限されるため、電流制限が作動すると
電動機のトルクが減少してステアリング系に作用する操
舵補助力が減少し、ドライバにとってはハンドル重くな
り、ハンドル操作により多くの力が必要とされる。
【0005】ドライバの中には、電動機電流の最大値の
制限によってハンドル操作が重くなることを嫌い、イグ
ニッション・スイッチをオフ操作し、その後再度イグニ
ッション・スイッチをオン操作して制御手段をリセット
し、電流制限を外した状態にしてハンドル操作をするこ
とにより、電流制限前の操舵補助力を得ようとするケー
スがある。
【0006】イグニッション・スイッチのオフ/オン操
作の繰返しにより、電流制限が外された状態で大きな電
動機電流が流れ続けると、電動機および電動機駆動手段
を構成するスイッチング素子の消費電力が定格(絶対最
大定格)をオーバし、電動機やスイッチング素子の特性
劣化を生じたり、寿命に影響を及ぼしたりして最終的に
は破損を招く課題がある。
【0007】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、第1の目的はドライバのイグニッショ
ン・スイッチのオフ/オン操作による電流制限解除を防
止し、電動機やスイッチング素子の発熱を抑えた信頼性
の高い電動パワーステアリング装置を提供することにあ
る。
【0008】また、第2の目的は、低消費電力の電動機
およびスイッチング素子の採用が可能となり、小型、軽
量で、経済的な電動パワーステアリング装置を提供する
ことにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る電動パワーステアリング装置は、イグニ
ッション・スイッチを介して電動機駆動手段および制御
手段に供給される電源とは別系統で、監視信号に基づい
て制御手段に電源を供給する電源供給手段を備えたこと
を特徴とする。
【0010】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の電源供給手段は、スイッチ手段、逆流阻止手
段を備え、監視信号が供給された場合には制御手段に電
源を供給し、監視信号の供給が停止された場合には制御
手段に供給する電源を停止することを特徴とする。
【0011】さらに、この発明に係る電動パワーステア
リング装置の電流監視手段は、電流値記憶手段、平均値
演算手段、判定手段を備え、電動機電流の所定時間内の
平均電流値と基準電流値を比較して平均電流値が基準電
流値を超える場合には監視信号を発生することを特徴と
する。
【0012】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の電流制限手段は、予め設定された制限係数を
発生する制限係数発生手段を備え、監視信号に基づいて
目標電流設定手段から出力される目標電流信号を制限係
数で減衰させることを特徴とする。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。なお、本発明は、電動機電
流の制限を制御する制御手段の状態をイグニッション・
スイッチをオフしても所定時間は保持することにより、
ドライバが意図的にイグニッション・スイッチのオフ/
オン操作を繰返して電動機電流の制限を外すことを防止
し、電動機駆動手段および電動機の異常な発熱を防止す
るものである。
【0014】図1はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の全体構成図である。図1において、電動パワ
ーステアリング装置1は、ステアリングホイール17に
一体的に設けられたステアリング軸2に自在継ぎ手3
a、3bを備えた連結軸3を介し、ステアリング・ギア
ボックス4内に設けたラック&ピニオン機構5のピニオ
ン5aに連結されて手動操舵力発生手段6を構成する。
【0015】ピニオン5aに噛み合うラック歯7aを備
え、これらの噛み合いにより往復運動するラック軸7
は、その両端にタイロッド8を介して転動輪としての左
右の前輪9が連結される。
【0016】このようにして、ステアリングホイール1
7操舵時には通常のラック&ピニオン式の手動操舵力発
生手段6を介し、マニュアルステアリングで前輪9を転
動させて車両の向きを変えている。
【0017】手動操舵力発生手段6による操舵力を軽減
するため、操舵補助力を供給する電動機10をラック軸
7と同軸的に配設し、電動機10の動力をラック軸7と
同軸に設けられたボールねじ機構11を介して推力に変
換し、ラック軸7(ボールねじ軸11a)に作用させ
る。
【0018】ステアリング・ギアボックス4内にはドラ
イバの手動操舵トルクの方向と大きさを検出する操舵ト
ルクセンサ12を配置し、操舵トルクセンサ12が検出
した操舵トルクに対応したアナログ電気信号の操舵トル
ク信号TSを制御手段15に提供する。
【0019】制御手段15はマイクロプロセッサを基本
に各種演算手段、信号発生手段、メモリ等で構成し、操
舵トルク信号TSに対応する電動機制御信号VO(例え
ば、オン信号、オフ信号およびPWM信号の混成信号)
を発生して電動機駆動手段16を駆動制御する。
【0020】また、制御手段は15は、電流監視手段、
制限係数発生手段を備え、電動機電流IMを所定時間監
視して平均電流値を演算し、この平均電流値と基準電流
値を比較して電動機電流IMを制限する制限係数を発生
して電動機電流IMの最大値を制限する。
【0021】電動機駆動手段16は、例えば4個のパワ
ーFET(電界効果トランジスタ)のスイッチング素子
からなるブリッジ回路で構成し、電動機制御信号VO
基づいて電動機電圧VMを出力して電動機10を駆動す
る。
【0022】電動機電流検出手段19は、電流監視手段
で平均電流値を演算するための電動機電流IMに対応し
た電動機電流信号IMOを制御手段15に出力する。
【0023】電源供給手段28は、電流監視手段が出力
する監視信号に基づいて制御手段15に供給する電源を
所定時間保持し、イグニッション・スイッチIGSWが
オフ操作されても、電流監視手段の平均電流値が基準電
流値を超える場合には制御手段15の状態をバックアッ
プするよう構成する。
【0024】なお、電動パワーステアリング装置1に供
給される電源は12V系(VC)と5V系(VR)の2系
統があり、電源VC(12V)は電動機駆動手段16を
介して電動機10に、電源VR(5V)は制御手段1
5、電動機電流検出手段19および電源供給手段27に
それぞれ供給し、いずれの電源もバッテリ(BAT:1
2V)からイグニッション・スイッチIGSWを介して
供給する。また、電源VR(5V)は電源VC(12V)
を定電圧回路20を介して安定化する。
【0025】図2はこの発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の要部ブロック構成図である。図2において、
電動パワーステアリング装置1は、操舵トルクセンサ1
2、制御手段15、電動機駆動手段16、電動機10、
電動機電流検出手段19、および電源供給手段28を備
える。なお、操舵トルクセンサ12、電動機駆動手段1
6、電動機10および電動機電流検出手段19は図1で
説明したので、詳細な説明は省略する。
【0026】制御手段15はマイクロプロセッサを基本
に各種演算手段、信号発生手段、比較手段、メモリ等か
ら構成し、目標電流設定手段21、偏差演算手段27、
駆動制御手段22、電流監視手段23、電流制限手段2
4を備える。
【0027】目標電流設定手段21はROM等のメモリ
を備え、図6の操舵トルク信号(TD)−目標電流信号
(IMS)特性図に示すような操舵トルク信号TDと目標
電流信号IMSの対応データを記憶しておき、操舵トルク
センサ12が検出した操舵トルク信号TSをディジタル
値に変換した操舵トルク信号TDに対応する目標電流信
号IMSを読み出し、目標電流信号IMSを電流制限手段2
4に供給する。
【0028】偏差演算手段27は減算機能を有し、電流
制限手段24から提供される目標電流信号IMSを制限係
数KDで制限した制限目標電流信号IMD(=IMS*KD
と、電動機電流検出手段19から供給される電動機電流
信号IMOとの偏差を演算し、偏差電流信号ΔI(=IMD
−IMO)を駆動制御手段22に供給する。
【0029】駆動制御手段22はPIDコントローラ、
制御信号発生手段等を備え、偏差演算手段27から供給
される偏差電流信号ΔI(=IMD−IMO)にPID(比
例・積分・微分)制御を施し、このPID制御を施した
信号に基づいて、オン信号、オフ信号およびPWM信号
の混成信号からなる電動機制御信号VOを発生し、電動
機駆動手段16に供給する。
【0030】電流監視手段23は、電動機電流検出手段
19で検出した電動機電流IMに対応した電動機電流信
号IMOの絶対値を所定時間TO1取込んで記憶し、所定時
間TO1の電流データの平均電流値IMAを演算した後に基
準電流値IKと比較し、平均電流値IMAが基準電流値IK
を超える(IMA>IK)場合には監視信号SKを電源供給
手段28に供給するとともに、平均電流値IMAと基準電
流値IKの偏差信号ΔIM(=IMA−IK)を電流制限手
段24に提供する。
【0031】図3にこの発明に係る電流監視手段の一実
施例要部ブロック構成図を示す。図3において、電流監
視手段23は、電流値記憶手段36、平均値演算手段3
7、判定手段38を備える。
【0032】電流値記憶手段36は、電動機電流信号I
MOを所定のサンプリング周期でサンプリングしたディジ
タル値の電動機電流信号IM1〜IMNを一時記憶し、サン
プリング周期毎に電動機電流信号IM1〜IMNを平均値演
算手段37に供給するとともに、新たな電動機電流信号
M1〜IMNを記憶する。
【0033】平均値演算手段37は平均値演算機能を備
え、サンプリング周期毎に供給される電動機電流信号I
M1〜IMNの総和にサンプル数Nで除算を施して平均電流
値IMAを算出し、平均電流値IMAデータを判定手段38
に提供する。なお、平均電流値IMAを演算するサンプリ
ング周期は比較的長い時間、例えば2〜3分に設定する
ことが望ましい。
【0034】判定手段38は比較演算機能を備え、平均
電流値IMAデータと、予め設定した基準電流値IKデー
タを比較し、平均電流値IMAが基準電流値IKを超える
(IMA>IK)場合には、例えばHレベルの監視信号SK
を電源供給手段28に供給する。一方、平均電流値IMA
が基準電流値IK以下(IMA≦IK)の場合には、例えば
Lレベルの監視信号SKを出力する。
【0035】また、判定手段38は偏差演算機能を備
え、平均電流値IMAが基準電流値IKを超える(IMA
K)場合には、平均電流値IMAと基準電流値IKとの偏
差を演算し、偏差信号ΔIM(=IMA−IK)を電流制限
手段24に提供する。一方、平均電流値IMAが基準電流
値IK以下((IMA≦IK)の場合には、偏差信号ΔIM
を、例えば0値に設定し、偏差信号ΔIM(=0)を電
流制限手段24に提供する。
【0036】なお、基準電流値IKは、この値IKで連続
して電動機10を駆動しても電動機駆動手段16を構成
するFET(電界効果トランジスタ)等のスイッチング
素子、および電動機10が発熱による熱的な破損や損傷
を発生しない消費電力PC(=VC*IK)となるよう設
定する。(例えば、最大消費電力の60〜70%)
【0037】このように、電流監視手段23は、電動機
電流IMに対応した電動機電流信号IMOから平均電流値
MAを演算し、この平均電流値IMAを基準電流値IK
比較して平均電流値IMAが基準電流値IKを超える場合
には偏差信号ΔIMデータを出力するよう構成したの
で、偏差信号ΔIMに応じて電動機電流IMを制限するこ
とができる。
【0038】電流制限手段24は、制限係数発生手段2
5、乗算手段26を備える。制限係数発生手段25はR
OM等のメモリで構成し、予め設計的に設定、または実
験的に求めた偏差信号ΔIM(=IMA−IK)データに対
応した制限係数KDを設定しておき、電流監視手段23
から供給される偏差信号ΔIMに対応した制限係数KD
読み出し、制限係数信号KDを乗算手段26に供給す
る。
【0039】図4にこの発明に係る偏差電流値(Δ
M)−制限係数(KD)の特性図を示す。図4の特性図
において、偏差電流値ΔIM(=IMA−IK)が0以下
(ΔIM≦0:IMA≦IK)の場合には、制限係数KD
1に設定する。
【0040】一方、偏差電流値ΔIM(=IMA−IK)が
0を超える(ΔIM>0:IMA>IK)場合には、偏差電
流値ΔIMの増加に対応して制限係数KDを1より次第に
減少する値に設定する。
【0041】乗算手段26は乗算機能を有し、目標電流
設定手段21から供給される目標電流信号IMSと制限係
数KDを乗算し、目標電流信号IMSを制限係数KDで制限
した制限目標電流信号IMD(=IMS*KD)を偏差演算
手段27に供給する。
【0042】このように、電流制限手段24は、偏差電
流値ΔIMが増加するに伴って減少する制限係数KDを発
生し、この制限係数KDで目標電流信号IMSを制限して
制限目標電流信号IMD(=IMS*KD)を出力するよう
構成したので、図6に示すように最大目標電流値I
MS(MAX)を最大制限目標電流信号IMD(MAX)にΔI
MS(MAX)だけ減少することができ、平均電流値IMAに応
じて電動機電流IMを制限することができる。
【0043】以上のように、制御手段15は、電流監視
手段23および電流制限手段24を備え、電動機電流I
Mに対応した電動機電流信号IMOから平均電流値IMA
演算するとともに、この平均電流値IMAを基準電流値I
Kと比較し、平均電流値IMAが基準電流値IKを超える場
合には偏差信号ΔIMデータを出力し、この偏差信号Δ
Mの増加に対応して減少する制限係数KD発生し、この
制限係数KDで目標電流信号IMSを制限して目標電流信
号IMSより小さな制限目標電流信号IMD(=IMS
D)を出力するよう構成したので、電動機電流IMを抑
え、発熱による電動機駆動手段16や電動機10の熱的
な破損や損傷を防止することができる。
【0044】次に、イグニッション・スイッチIGSW
を介さないで制御手段15のみに電源VR(5V)を供
給する電源供給手段28について説明する。図2におい
て、電源供給手段28は、スイッチ手段29、逆流阻止
手段を構成する逆流阻止用ダイオードD1から構成す
る。
【0045】スイッチ手段29は、リレー、トランジス
タまたはFET(電界効果トランジスタ)等のノーマル
ブレーク型(実線表示)のスイッチで構成し、バッテリ
(BAT:12V)のプラス(+)側と定電圧回路20
との間に接続し、電流監視手段23から供給される監視
信号SK(Hレベル)に基づいてスイッチをメーク(破
線表示)状態にし、バッテリ(BAT:12V)を定電
圧回路20に供給する。
【0046】図5にこの発明に係るスイッチ手段の一実
施例回路図を示す。図5は、スイッチ手段29をリレー
35およびトランジスタQ1で構成した例を示し、監視
信号SK(Hレベル)が供給されると、トランジスタQ
1がオンして巻線LAにリレー動作に必要な感動電流以
上の電流が流れ、接点SWAはオフ状態(実線表示)か
らオン状態(破線表示)となってバッテリ(BAT:1
2V)の12V電源を定電圧回路20に供給し、定電圧
回路20から電源VR(5V)を発生させる。
【0047】逆流阻止用ダイオードD1は、イグニッシ
ョン・スイッチIGSWのVC(12V)側にアノード、
スイッチ手段29の定電圧回路20接続側にカソードを
接続し、イグニッション・スイッチIGSWがオフ状態
でスイッチ手段29がオン状態にある場合に、バッテリ
(BAT:12V)がスイッチ手段29を介して電源V
C(通常は12Vであるが、イグニッション・スイッチ
GSWがオフなので0V)へ接続され、電流が逆流す
ることを防止する。
【0048】このように、電源供給手段28に、スイッ
チ手段29および逆流阻止用ダイオードD1を設けたの
で、イグニッション・スイッチIGSWを介してバッテ
リ(BAT:12V)から供給される電源とは別系統
で、電源VRを制御手段15に供給することができる。
【0049】以上のように、電源供給手段28は、スイ
ッチ手段29および逆流阻止用ダイオードD1を備えた
ので、監視信号SKに基づいて制御手段15に供給する
電源VR(5V)をイグニッション・スイッチIGSWを
介さないで別系統でバッテリ(BAT:12V)から供
給することができる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る電
動パワーステアリング装置は、イグニッション・スイッ
チを介して電動機駆動手段および制御手段に供給される
電源とは別系統で、監視信号に基づいて制御手段に電源
を供給する電源供給手段を備え、イグニッション・スイ
ッチがオフ状態でも制御手段に電源を供給してイグニッ
ション・スイッチがオン時の制御状態を保つことができ
るので、ドライバのイグニッション・スイッチの一時オ
フ操作による制御手段のパワーオンリセットを禁止して
フール・プルーフを実現することができる。
【0051】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の電源供給手段は、スイッチ手段、逆流阻止手
段を備え、監視信号が供給された場合には制御手段に電
源を供給し、監視信号の供給が停止された場合には制御
手段に供給する電源を停止することができるので、イグ
ニッション・スイッチを介さない別系統の電源で制御手
段の状態を保持することができる。
【0052】また、この発明に係る電動パワーステアリ
ング装置の電流監視手段は、電流値記憶手段、平均値演
算手段、判定手段を備え、電動機電流の所定時間内の平
均電流値と基準電流値を比較して平均電流値が基準電流
値を超える場合には監視信号を発生して電動機電流を制
限することができるので、発熱による電動機やスイッチ
ング素子の破損や劣化を防止し、信頼性の向上を図るこ
とができる。
【0053】さらに、この発明に係る電動パワーステア
リング装置の電流制限手段は、予め設定された制限係数
を発生する制限係数発生手段を備え、監視信号に基づい
て目標電流設定手段から出力される目標電流信号を制限
係数で減衰させ、電動機電流を制限することができる
で、電動機やスイッチング素子の消費電力を定格電力以
内に余裕をもって設定することができる。
【0054】よって、小型で経済性に優れ、電動機やス
イッチング素子の発熱を抑えた信頼性の高い電動パワー
ステアリング装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
全体構成図
【図2】この発明に係る電動パワーステアリング装置の
要部ブロック構成図
【図3】この発明に係る電流監視手段の一実施例要部ブ
ロック構成図
【図4】この発明に係る偏差電流値(ΔIM)−制限係
数(KD)の特性図
【図5】この発明に係るスイッチ手段の一実施例回路図
【図6】操舵トルク信号(TD)−目標電流信号
(IMS)特性図
【符号の説明】
1…電動パワーステアリング装置、2…ステアリング
軸、3…連結軸、3a,3b…自在継ぎ手、4…ステア
リング・ギアボックス、5…ラック&ピニオン機構、5
a…ピニオン、6…手動操舵力発生手段、7…ラック
軸、7a…ラック歯、8…タイロッド、9…左右の前
輪、10…電動機、11…ボールねじ機構、12…操舵
トルクセンサ、15…制御手段、16…電動機駆動手
段、17…ステアリングホイール、19…電動機電流検
出手段、20…定電圧回路、21…目標電流設定手段、
22…駆動制御手段、23…電流監視手段、24…電流
制限手段、25…制限係数発生手段、26…乗算手段、
27…偏差演算手段、28…電源供給手段、29…スイ
ッチ手段、35…リレー、36…電流値記憶手段、37
…平均値演算手段、38…判定手段、IGSW…イグニ
ッション・スイッチ、BAT…バッテリ(12V)、D
1…逆流阻止用ダイオード、IK…基準電流値、IM…電
動機電流、IM1〜IMN…電動機電流信号、IMA…平均電
流値、IMD(=IMS*KD)…制限目標電流信号、IMO
…電動機電流信号、IMS…目標電流信号、ΔI(=IMD
−IMO)…偏差電流信号、ΔIM…偏差信号、KD…制限
係数、VC…12V電源、VM…電動機電圧、VO…電動
機制御信号、VR…5V電源、SK…監視信号、TS,TD
…操舵トルク信号。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−263167(JP,A) 特開 昭63−43865(JP,A) 特開 平5−97043(JP,A) 特開 平2−88362(JP,A) 特開 平3−231070(JP,A) 特開 平6−87459(JP,A) 特開 平6−32238(JP,A) 特開 平5−185937(JP,A) 特開 平7−33040(JP,A) 特開 平6−219288(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B62D 5/04 B62D 6/00

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ステアリング系に操舵補助力を作用する
    電動機と、この電動機を駆動する電動機駆動手段と、前
    記電動機に実際に流れる電動機電流に対応した電動機電
    流信号を出力する電動機電流検出手段と、操舵トルクセ
    ンサからの操舵トルク信号に基づいて前記電動機の目標
    電流に対応した目標電流信号を設定する目標電流設定手
    段、前記目標電流信号に対応した電動機制御信号を決定
    する駆動制御手段を備えた制御手段とからなり、前記制
    御手段に、前記電動機電流が所定電流値を超える場合に
    監視信号を発生する電流監視手段と、前記監視信号に基
    づいて前記電動機電流を制限する電流制限手段とを備え
    た電動パワーステアリング装置において、 イグニッション・スイッチを介して前記電動機駆動手段
    および前記制御手段に供給される電源とは別系統で、前
    記監視信号に基づいて前記制御手段に電源を供給する電
    源供給手段を備えたことを特徴とする電動パワーステア
    リング装置。
  2. 【請求項2】 前記電源供給手段は、スイッチ手段、逆
    流阻止手段を備え、前記監視信号が供給された場合には
    前記制御手段に電源を供給し、前記監視信号の供給が停
    止された場合には前記制御手段に供給する電源を停止す
    ることを特徴とする請求項1記載の電動パワーステアリ
    ング装置。
  3. 【請求項3】 前記電流監視手段は、電流値記憶手段、
    平均値演算手段、判定手段を備え、前記電動機電流の所
    定時間内の平均電流値と基準電流値を比較して前記平均
    電流値が前記基準電流値を超える場合には前記監視信号
    を発生することを特徴とする請求項1記載の電動パワー
    ステアリング装置。
  4. 【請求項4】 前記電流制限手段は、予め設定された制
    限係数を発生する制限係数発生手段を備え、前記監視信
    号に基づいて前記目標電流設定手段から出力される前記
    目標電流信号を前記制限係数で減衰させることを特徴と
    する請求項1記載の電動パワーステアリング装置。
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