JP2007203843A - Steering device for navigation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、船外機等の航行用操舵装置に関するものである。 The present invention relates to a navigation steering apparatus such as an outboard motor.
船外機を推進装置として利用するモータボート等の小型船舶では、舵は付いておらず、船外機が舵取機構であり、船外機本体の向きを変えることにより、舵取りが行われる。特に小型の場合には、船外機本体にハンドルバーを取付けて、運転者が直接操舵するようになっている。その他の場合では、運転席に設けられたステアリングホイール(操舵部材、ハンドル)の回転を、ロープと滑車、プッシュプルケーブル又は油圧プランジャにより伝達して、船外機本体を操舵している。 A small boat such as a motor boat that uses an outboard motor as a propulsion device does not have a rudder, the outboard motor is a steering mechanism, and steering is performed by changing the direction of the outboard motor main body. In particular, in the case of a small size, a handlebar is attached to the outboard motor main body so that the driver can directly steer. In other cases, the rotation of a steering wheel (steering member, steering wheel) provided in the driver's seat is transmitted by a rope and pulley, a push-pull cable, or a hydraulic plunger to steer the outboard motor body.
このような船外機の操舵を行わせる為の航行用操舵装置として、近年、運転席のステアリングホイールを船外機との機械的な連結なしに配すると共に、船外機に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、船外機を操向させて、ステアリングホイールの操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の航行用操舵装置が、特許文献1等で提案されている。
上述したような航行用操舵装置では、直進時の修正舵等で舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合、転舵角制御の制御ゲインが大き過ぎると、振動・発振が発生し、運転者に違和感を与える可能性があるという問題がある。しかし、逆に制御ゲインが小さ過ぎると、目標転舵角への偏差が大きいときの応答性が悪化するという問題がある。また、操舵反力制御においても、同様の問題がある。 In the navigation steering system as described above, when the turning of the target turning angle of the steering mechanism and the actual turning angle frequently occurs due to the correction rudder when traveling straight, the control gain of the turning angle control is large. If too much, vibrations and oscillations occur, which may cause the driver to feel uncomfortable. However, if the control gain is too small, there is a problem that the response when the deviation to the target turning angle is large deteriorates. The steering reaction force control has the same problem.
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化しない航行用操舵装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the circumstances described above, and no vibration or oscillation occurs even when the target steering angle of the steering mechanism and the actual turning angle are frequently reversed. Another object of the present invention is to provide a navigation system that does not deteriorate the responsiveness even when the deviation to the target turning angle is large.
第1発明に係る航行用操舵装置は、船体を操舵する操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出器と、該操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に目標とする操舵反力を与えるように、反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段と、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、該舵取機構の転舵角を検出する転舵角検出器と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じた目標転舵角を、前記舵取機構に転舵させるように、転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段とを備える航行用操舵装置において、前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出する頻度検出手段と、該頻度検出手段が検出した頻度の高/低に応じて、前記反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低/高に調節する各調節手段とを備えることを特徴とする。 A navigation steering apparatus according to a first aspect of the present invention targets a steering angle detector that detects a steering angle of a steering member that steers a hull and the steering member according to a steering angle detected by the steering angle detector. A reaction force control means for driving and controlling a reaction force actuator so as to give a steering reaction force; a steering mechanism mechanically separated from the steering member to steer the hull; and a steering angle of the steering mechanism And a steering control for driving and controlling a steering actuator so as to cause the steering mechanism to steer a target turning angle corresponding to the steering angle detected by the steering angle detector. And a frequency detecting means for detecting the frequency of reversal of the target turning angle and the turning angle detected by the turning angle detector, and the frequency detected by the frequency detecting means. The reaction force control means and the steering control means according to the height / low of Characterized in that it comprises a respective adjusting means for adjusting each control gain low / high.
第2発明に係る航行用操舵装置は、前記頻度検出手段は、前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角とが時系列的にサンプリングされる都度、前記目標転舵角と転舵角との差を演算する手段と、該手段の連続する2つの演算結果を乗算する手段と、該手段の乗算結果が負であるか否かを判定する手段と、該手段が負であると判定した回数を、所定時間毎に累計する手段とを備え、該手段が累計した回数を前記頻度とするように構成してあることを特徴とする。 In the navigation steering apparatus according to the second aspect of the invention, the frequency detection means is configured to perform the target turning every time the target turning angle and the turning angle detected by the turning angle detector are sampled in time series. Means for calculating the difference between the angle and the turning angle; means for multiplying two consecutive calculation results of the means; means for determining whether the multiplication result of the means is negative; And a means for accumulating the number of times determined to be negative every predetermined time, and the number of times accumulated by the means is configured to be the frequency.
第1発明に係る航行用操舵装置によれば、頻度検出手段が、目標転舵角と転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出し、各調節手段が、頻度検出手段が検出した頻度の高/低に応じて、反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低/高に調節するので、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化しない航行用操舵装置を実現することができる。 According to the navigation steering apparatus according to the first aspect of the invention, the frequency detection means detects the frequency of the magnitude reversal between the target turning angle and the turning angle detected by the turning angle detector. Since the control gains of the reaction force control means and the steering control means are adjusted to low / high according to the high / low frequency detected by the detection means, the target turning angle and actual turning angle of the steering mechanism It is possible to realize a navigation steering apparatus that does not generate vibration or oscillation even when the magnitude reversal frequently occurs, and that does not deteriorate the responsiveness even when the deviation to the target turning angle is large.
第2発明に係る航行用操舵装置によれば、頻度検出手段は、目標転舵角と転舵角検出器が検出した転舵角とが時系列的にサンプリングされる都度、演算する手段が、目標転舵角と転舵角との差を演算し、乗算手段が、その連続する2つの演算結果を乗算し、判定する手段が、その乗算結果が負であるか否かを判定し、判定する手段が負であると判定した回数を、所定時間毎に累計し、累計した回数を頻度とする。これにより、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化しない航行用操舵装置を実現することができる。 According to the navigation system for navigation according to the second invention, the frequency detection means calculates the target turning angle and the turning angle detected by the turning angle detector each time the sampling angle is sampled in time series. The difference between the target turning angle and the turning angle is calculated, the multiplication means multiplies the two consecutive calculation results, and the determination means determines whether the multiplication result is negative, and the determination The number of times that the means for determining is negative is accumulated every predetermined time, and the accumulated number of times is defined as the frequency. As a result, even when the steering mechanism's target turning angle and actual turning angle are frequently reversed, there is no vibration or oscillation, and there is a response even when the deviation to the target turning angle is large. It is possible to realize a navigation steering apparatus that does not deteriorate the performance.
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図1は、本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図2は、本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
この航行用操舵装置は、船体8前部の運転席に設けられたステアリングホイール(操舵部材)14の操舵シャフト37に、操舵角検出器15、モータ駆動回路44、反力モータ(反力アクチュエータ)9、及びロータ角検出器12が付設されている。複数回転数の絶対操舵角を検出する操舵角検出器15が検出した操舵角信号は操舵/反力用コントローラ16に与えられる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a navigation steering apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a connection relationship between an outboard motor main body and a hull used in the navigation steering apparatus according to the present invention. FIG.
This navigation steering device includes a
操舵/反力用コントローラ16は、与えられた操舵角信号に基づき、反力モータ9を駆動制御して、ステアリングホイール14に操舵反力を与えると共に、ケーブル39により、操舵角信号を船体8後部に設けられた転舵用コントローラ42に与える。
ロータ角検出器12が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路44に与えられ、ブラシレスモータである反力モータ9を駆動する為の3相電圧を発生させるのに使用される。
The steering /
The rotor angle signal detected by the
船外機1は、船体8後尾部のトランサム(横材)7に、船外機懸架ブラケット4及び一対のクランプブラケット5(図2)を介して取付けられている。船外機本体3(舵取機構)は、船外機本体3に固定された後述する転舵シャフト45(図2)を介して、船外機懸架ブラケット4回りに水平方向へ回動可能に支持されている。
船外機懸架ブラケット4は、一対のクランプブラケット5間に渡されたクランプブラケットシャフト6により、鉛直方向に回動可能に、つまり、チルト及びトリム可能に軸支されている。
船外機本体3の図示しないプロペラは、船外機本体下部のドライブシャフトが収納されたドライブシャフトハウジングの下方に取付けられている。
The
The outboard
A propeller (not shown) of the outboard motor
転舵力を発生させる転舵モータ11(転舵アクチュエータ)には、モータ駆動回路43が付設され、モータ駆動回路43には、転舵モータ11を駆動制御する転舵用コントローラ42がケーブルにより接続されている。転舵モータ11に隣接してギアケース27が設けられており、ギアケース27はラックハウジング18に付設されている。ラックハウジング18にその中央部が収納された後述するラック17(図2)の両端部は、各クランプブラケット5に取付けられた各取付けブラケット22に支持されている。
The steered motor 11 (steering actuator) that generates the steered force is provided with a
ラックハウジング18の側方には、ガイドプレート30が固着されており、ガイドプレート30の船外機本体3側先端部には、転舵アーム33が水平方向に回動自在に連結されている。
モータ駆動回路43,44、転舵用コントローラ42、操舵/反力用コントローラ、操舵角検出器15、反力モータ9等の電源は、船体8後部に設置されたバッテリ40から供給される。
A
The
ラック(舵取機構)17は、船体8の幅方向であるその長手方向の両端部が、各取付けブラケット22に各ボルト23により固定されている。各取付けブラケット22は、船外機懸架ブラケット4をクランプブラケット5により軸支するクランプブラケットシャフト6の両端部に螺合される各ナット24により、クランプブラケット5に共締めされている。
ラック(舵取機構)17のラックハウジング18に収納されない部分は、伸縮可能な防水の為のブーツ50により被覆されている。
Both ends of the rack (steering mechanism) 17 in the longitudinal direction, which is the width direction of the hull 8, are fixed to the
A portion of the rack (steering mechanism) 17 that is not accommodated in the
ラック17のラックハウジング18に収納された部分は、ラック17に刻設された雄ネジ25と、回転筒26の内周面に刻設された雌ネジとの間を多数の鋼球が転動することにより、転舵モータ11の回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構となっている。回転筒26は、その外周面とラックハウジング18の内周面との間に設けられた一対の軸受28により、回動自在に支持されている。
ボールネジ機構は、転舵モータ11のモータ軸29の先端に取付けられた傘歯車20と、回転筒26の外周面に周設された傘歯車21との噛合により、転舵モータ11の回転運動が減速されて回転筒26に伝達され、回転筒26が回転する。
A portion of the
In the ball screw mechanism, the rotational motion of the steered
回転筒26が回転することにより、ラックハウジング18がラック17の軸方向に移動し、ラックハウジング18の側面に垂直方向へ回動自在に取付けられたガイドプレート(舵取機構)30も同様に移動する。
ガイドプレート30の船外機本体3側先端部には、ラック17の軸方向と垂直方向に長い長孔32が穿設されており、転舵アーム(舵取機構)33の一端部に突設されたガイドピン34が、長孔32を貫通している。
転舵アーム33の図示しない他端部は、船外機本体3に固着されており、転舵アーム33の他端部の向かう方向が、船外機本体3のプロペラの向かう方向となり、転舵が行われる。
As the
A
The other end (not shown) of the steered
船外機懸架ブラケット4の船外機本体3側先端部には、転舵シャフト45(舵取機構)が突設されており、転舵シャフト45は、転舵アーム33の中間部に穿設された孔を貫通しており、転舵アーム33は、転舵シャフト45に軸支されている。
転舵シャフト45の軸回りには、転舵角検出器41が周設されており、転舵角検出器41は、転舵アーム33との回転角を転舵角として検出し、検出した転舵角信号を転舵用コントローラ42へ与える。
A steered shaft 45 (steering mechanism) protrudes from the tip of the outboard
A
上述した転舵モータ11、ラック17及び転舵アーム33の連結関係から、転舵モータ11が一方向に回転すると、ラックハウジング18及びガイドプレート30が、ラック17の軸方向の一方向へ移動する。ガイドプレート30が、ラック17の軸方向の一方向へ移動すると、転舵アーム33は、ガイドピン34が長孔32内を滑動して、転舵シャフト45の軸回りに他方向へ回動し、船外機本体3が操向する。
また、転舵モータ11が他方向に回転すると、ラックハウジング18及びガイドプレート30が、ラック17の軸方向の他方向へ移動する。ガイドプレート30が、ラック17の軸方向の他方向へ移動すると、転舵アーム33は、ガイドピン34が長孔32内を滑動して、転舵シャフト45の軸回りに一方向へ回動し、船外機本体3が操向する。
From the connection relationship of the
Further, when the
図3は、本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
この制御系は、操舵角検出器15が検出したステアリングホイール14の操舵角信号が操舵/反力用コントローラ16に与えられる。操舵/反力用コントローラ16は、与えられた操舵角信号に基づき、モータ駆動回路44により反力モータ9を駆動制御する。また、ケーブル39を通じて、操舵角信号を転舵用コントローラ42に与える。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the navigation system according to the present invention.
In this control system, the steering angle signal of the
ロータ角検出器12が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路44に与えられ、モータ駆動回路44は、与えられたロータ角信号に基づき、反力モータ9を駆動する為の例えば3相電圧を発生させる。
転舵用コントローラ42は、操舵/反力用コントローラ16から与えられた操舵角信号に基づき目標転舵角を演算する。また、演算した目標転舵角、及び転舵角検出器41が検出した転舵シャフト45と転舵アーム33との転舵角信号に基づき、モータ駆動回路43により転舵モータ11を駆動制御する。
尚、目標転舵角の演算は、操舵/反力用コントローラ16で行なうことも可能である。
The rotor angle signal detected by the
The turning
The calculation of the target turning angle can also be performed by the steering /
操舵/反力用コントローラ16及び転舵用コントローラ44は、目標転舵角と転舵角検出器41が検出した転舵角との大小反転する頻度と、制御ゲインとの図4に示すような関係を定める各参照テーブルを、各内蔵するメモリ16a,42aにそれぞれ記憶している。大小反転する頻度と制御ゲインとの関係は、反転する頻度が所定頻度を超えると、制御ゲインが低くなるように定めてある。
The steering /
以下に、このような構成及び動作の航行用操舵装置の制御ゲインを設定する動作を、それを示す図5のフローチャートを参照しながら説明する。
この航行用操舵装置の転舵用コントローラ42は、始動時にパラメータ類を初期化しておくものとする。先ず、転舵角検出器41から実転舵角を読込み(S1)、操舵/反力用コントローラ16から与えられた目標転舵角と実転舵角との差△βを演算する(S3)。次いで、前回のサンプリング時に演算した目標転舵角と実転舵角との差△βpと差△βとを乗算し、その乗算結果が負であるか否かを判定する(S5)。
The operation for setting the control gain of the navigation steering apparatus having such a configuration and operation will be described below with reference to the flowchart of FIG.
It is assumed that the steering
転舵用コントローラ42は、乗算結果が負であれば(S5)、累計パラメータcに1を加算し(S7)、次いで、計時パラメータtに1を加算し(S9)、計時パラメータtが所定値thに達したか否かを判定する(S11)。
転舵用コントローラ42は、計時パラメータtが所定値thに達していれば(S11)、そのときの累計パラメータc(=大小反転頻度)を操舵/反力用コントローラ16に与える(S12)と共に、累計パラメータcに応じた制御ゲインを、メモリ42a内の参照テーブルを参照して設定する(S13)。次いで、累計パラメータc及び計時パラメータtを初期化し(S15)、今回の差△βを前回の差△βpとして記憶し(S17)リターンする。
If the multiplication result is negative (S5), the steering
If the timekeeping parameter t has reached the predetermined value th (S11), the turning
転舵用コントローラ42は、乗算結果が負でなければ(S5)、計時パラメータtに1を加算し(S9)、計時パラメータtが所定値thに達したか否かを判定する(S11)。
転舵用コントローラ42は、計時パラメータtが所定値thに達していなければ(S11)、今回の差△βを前回の差△βpとして記憶し(S17)リターンする。
操舵/反力用コントローラ16は、累計パラメータcを与えられた(S12)ときは、累計パラメータcに応じた制御ゲインを、メモリ16a内の参照テーブルを参照して設定する。
If the multiplication result is not negative (S5), the turning
If the timekeeping parameter t has not reached the predetermined value th (S11), the steered
When the cumulative parameter c is given (S12), the steering /
1 船外機、3 船外機本体(舵取機構)、4 船外機懸架ブラケット、5 クランプブラケット、8 船体、9 反力モータ(反力アクチュエータ)、11 転舵モータ(転舵アクチュエータ)、14 ステアリングホイール(操舵部材)、15 操舵角検出器、16 操舵/反力用コントローラ(反力制御手段)、16a,42a メモリ、17 ラック(舵取機構)、18 ラックハウジング、22 取付けブラケット、26 回転筒(舵取機構)、30 ガイドプレート(舵取機構)、33 転舵アーム(舵取機構)、41 転舵角検出器、42 転舵用コントローラ(転舵制御手段)、45 転舵シャフト(舵取機構) 1 outboard motor, 3 outboard motor body (steering mechanism), 4 outboard motor suspension bracket, 5 clamp bracket, 8 hull, 9 reaction force motor (reaction actuator), 11 steering motor (steering actuator), 14 steering wheel (steering member), 15 steering angle detector, 16 steering / reaction force controller (reaction force control means), 16a, 42a memory, 17 rack (steering mechanism), 18 rack housing, 22 mounting bracket, 26 Rotating cylinder (steering mechanism), 30 guide plate (steering mechanism), 33 steering arm (steering mechanism), 41 steering angle detector, 42 steering controller (steering control means), 45 steering shaft (Steering mechanism)
Claims (2)
前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出する頻度検出手段と、該頻度検出手段が検出した頻度の高/低に応じて、前記反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低/高に調節する各調節手段とを備えることを特徴とする航行用操舵装置。 A steering angle detector that detects a steering angle of a steering member that steers the hull, and a reaction force actuator that applies a target steering reaction force to the steering member according to the steering angle detected by the steering angle detector. A reaction force control means for driving and controlling, a steering mechanism mechanically separated from the steering member and steering the hull, a steering angle detector for detecting a steering angle of the steering mechanism, In a navigation steering apparatus comprising steering control means for driving and controlling a steering actuator so as to cause the steering mechanism to steer a target turning angle corresponding to a steering angle detected by a steering angle detector.
Frequency detecting means for detecting the frequency of reversal of the target turning angle and the turning angle detected by the turning angle detector, and the counter-frequency according to high / low of the frequency detected by the frequency detecting means. A navigation steering apparatus comprising: adjusting means for adjusting the control gains of the force control means and the steering control means to low / high.
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