JP2010162983A - ステアリング操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 エンド規制機能とロック機能とを有する、より実用性の高いステアリング操作装置を提供する。
【解決手段】 ステアリングシャフト22に固定されて、外周部に複数の凹部62と、凸部64とを有する環状のフランジ60と、先端部76がフランジ60と係合可能な係合ピン72とによって、先端部76を前記フランジ60の複数の凹部62のいずれかに嵌入させてステアリング操作を禁止するロック機能を有し、先端部76を複数の凹部62のいずれにも嵌入させず、かつ、凸部64の側面に当接させてステアリング操作範囲を規制するエンド規制機能を有するエンド規制・ロック装置26によって、より実用性の高いステアリング操作装置を実現することができる。
【選択図】 図2

Description

本発明は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置に関する。
今日では、車両が備えるステアリングシステムとして、いわゆるステアバイワイヤ型ステアリングシステム、すなわち、ステアリング操作装置に設けられたステアリング操作部材(ステアリングホイール等)に加えられる操作力によらず、電気的な制御下、転舵装置に設けられた動力源の動力によって、ステアリング操作部材の操作に応じた車輪の転舵が行われるステアリングシステムが検討されている。このステアリングシステムでは、通常、ステアリング操作部材と転舵装置とが機械的に連結されていないことから、ステアリング操作の便宜上、ステアリング操作装置は、ステアリング操作部材の操作範囲において規制する機能(以下、単に「エンド規制機能」という場合がある。)を実現するためのエンド規制機構を備えており、下記特許文献1には、そのエンド規制機構の一例が記載されている。また、車両が使用されていない状態、すなわち、イグニッションがオフとされている状態における盗難防止の観点から、ステアリング操作装置は、ステアリング操作部材の操作を禁止する機能(以下、単に「ロック機能」という場合がある。)を実現するロック機構を備えており、下記特許文献2には、そのロック機構の一例が記載されている。
特開2004−291747号公報 特開2003−320945号公報
上記特許文献に記載されているステアリングシステムでは、エンド規制機構は、エンド規制機能のみを有し、ロック機構は、ロック機能のみを有するものとされている。そのようなエンド規制機構,ロック機構を前提とする場合、上記2つの機能が実現させられたステアリング操作装置とするには、エンド規制機構とロック機構との両方を個別に設けなければならない。そのような構造のステアリング操作装置は、コンパクト性や構造の簡素性といった観点において、実用性を向上させる余地を多分に残すものとなっている。本発明は、このような実情に鑑み、エンド規制機能とロック機能とを有し、かつ、実用性の高いステアリング操作装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために、本発明のステアリング操作装置は、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置であって、(A)運転者によって操作されるステアリング操作部材と、(B)一端部においてそのステアリング操作部材を保持し、車体に回転可能に保持されるステアリングシャフトと、(C)そのステアリングシャフトに固定的に外嵌させられ、自身の外周に、それぞれが径方向に凹む複数の凹部と、径方向に突出する凸部とを有する環状のフランジと、(D)ステアリングシャフトに対して、それの径方向に接近離間可能に配置されて、先端部が上記フランジと係合可能な係合ピンと、(E)その係合ピンを、それの先端部が上記フランジの複数の凹部のいずれかに嵌入することを許容する第1係合位置と、上記先端部が複数の凹部のいずれにも嵌入せずかつ上記フランジの凸部に当接することを許容する第2係合位置と、上記先端部が凸部に当接しない非係合位置とに、選択的に移動させる係合ピン移動装置とを備え、(a) 係合ピンが第1係合位置に位置する状態において、ステアリング操作部材の操作が禁止された状態が実現され、(b) 係合ピンが第2係合位置に位置する状態において、ステアリング操作部材の操作範囲が規制された状態でのステアリング操作部材の操作を許容する状態が実現され、(c) 係合ピンが非係合位置に位置する場合において、ステアリング操作部材の操作範囲の規制が解除された状態でのステアリング操作部材の操作を許容する状態が実現されるように構成される。
本発明によれば、エンド規制機能とロック機能との両方を有するにも拘わらず、コンパクトかつ簡素な構造のステアリング操作装置が実現され、ステアバイワイヤ型のステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置の実用性を充分に向上させることができる。
本発明の実施例のステアリング操作装置が配備されたステアリングシステムの全体構成を示す図である。 ステアリングホイールの操作が禁止されている状態におけるステアリング操作装置のエンド規制機構とロック機構との断面図である。 図2におけるA−A視の断面図である。 ステアリングホイールの操作範囲が規制された状態におけるステアリング操作装置のエンド規制機構とロック機構との断面図である。 図2におけるB−B視の断面図であって、ステアリング操作装置装置が備える係合ピンが係止可能な状態を示す断面図である。 図2におけるB−B視の断面図であって、ステアリング操作装置が備える係合ピンが係止不能状態を示す断面図である。 操作範囲の規制が解除された状態でのステアリングホイールの操作が許容されている状態におけるステアリング操作装置のエンド規制機構とロック機構の断面図である。
以下、本発明を実施するための最良の形態として、本発明の一実施例を、図を参照しつつ詳しく説明する。なお、本発明は、下記の実施例に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した種々の態様で実施することができる。
A.ステアバイワイヤ型ステアリングシステムの全体構成
図1に、実施例のステアリング操作装置10(以下、単に「操作装置10」という場合がある)が配備されたステアバイワイヤ型ステアリングシステムの全体構成を示す。本システムは、そのステアリング操作装置10と、転舵装置12とが機械的に分離されており、運転者によって操作されるステアリングホイール14(ステアリング操作部材の一種である)に加えられる操作力によらずに、転舵装置12に設けられた動力源の動力によって転舵車輪16(以下、単に「車輪16」という場合がある)が転舵されるように構成されている。なお、本システムは、電気系統のフェール時等においてステアリングホイール14に加えられる操作力によって車輪16の転舵を可能とするために、その操作力を転舵装置12に伝達可能に操作装置10と転舵装置12とを連結する連結装置18をも備えている。
操作装置10は、車体、詳しくは、インストゥルメントパネルのリインフォースメントに固定されている。操作装置10は、概して円筒形状をなすハウジング20を有し、そのハウジング20に、ステアリングシャフト22が回転可能に保持されている。ステアリングシャフト22は、車両後方側の端部がハウジング20から突出し、その端部にステアリングホイール14が取り付けられている。ハウジング20の中間部には、エンド規制機能とロック機能との両者を実現させるためのエンド規制・ロック装置26が取り付けられている。また、ハウジング20の内部には、ステアリングホイール14の回転操作に対する反力、つまり、操作反力を付与する反力付与モータ28が配設されている。なお、操作装置10は、ステアリングホイール14の操作角すなわち操作量θを検出する操作量センサ30を有している。
転舵装置12は、車体に固定されて転舵ロッド32を軸方向に往復移動させる。内部の図示は省略するが、転舵装置12は、動力源としての転舵モータ34を備えており、転舵モータ34が回転駆動することで、転舵ロッド32を軸方向に移動させる構造とされている。転舵ロッド32の両端の各々は、ボールジョイント36を介して、タイロッド38に連結され、タイロッド38の他端部は、もう一種のボールジョイント40を介して、車輪16を回転可能に保持するステアリングナックル42の一部分であるナックルアーム44に連結されている。このような連結構造により、転舵ロッド32が軸方向に移動させられることで、車輪16が転舵されるのである。なお、転舵装置12は、転舵ロッド32の移動量すなわち転舵量δを検出する転舵量センサ46を有している。
本ステアリングシステムは、自身が備える電子制御ユニット50(ステアリングECU、以下、単に「ECU50」という場合がある)によって制御される。ECU50は、コンピュータ、各種モータ,各種アクチュエータ等のドライバ等を含んで構成されている。ECU50は、操作量センサ30によって検出されたステアリングホイール14の操作量θに基づき、転舵量センサ46によって検出された転舵ロッド32の転舵量δが、操作量θに応じた目標転舵量δ*となるように転舵モータ34を制御駆動する。
本ステアリングシステムは、車速感応式ステアリングシステムであり、車両速度が高くなる程ステアリング操作を重くするために、車両速度に応じて操作反力を増加させる機能を有しており、ECU50はそのための制御をも行う。車両には、車両の速度を検出する車速センサ52(図ではvと表わされている)が設けられており、ECU50は、車両速度に基づいて、反力付与モータ28を制御駆動する。それにより、ステアリングホイール14には、車両速度に依拠した操作反力が付与されることになる。
後に詳しく説明するが、通常時において、ステアリングホイール14の操作範囲は、設定角度範囲内に規制されており、その規制は、エンド規制・ロック装置26によって行われる。また、イグニッションスイッチ54(図ではI/Gと表わされている)がOFFとされた場合には、ステアリングホイール14の操作を禁止するためのロック状態とされ、そのロック状態も、エンド規制・ロック装置26によって行われる。
詳しい説明は省略するが、電気系統がフェールした場合には、連結装置18が作動して、ステアリングホイール14に加えられた操作力による車輪16の転舵が実現される。この場合、ステアリングホイール14の操作範囲の規制は解除される。その規制の解除も、エンド規制・ロック装置26によって行われる。
B.エンド規制・ロック装置の構成
図2は、エンド規制・ロック装置26の断面図(ステアリングシャフト22の回転軸線に垂直な断面図)である。ステアリングシャフト22には、概して円環状のフランジ60が固定的に外嵌されている。このフランジ60は、エンド規制・ロック装置26の1構成要素であり、ステアリングシャフト22と共に回転可能とされている。フランジ60の外周部には、径方向に凹む11の凹部62と、径方向に突出する1つの凸部64とが形成されている。それら凹部62は、深さおよび幅が互いに等しく、フランジ60の外周方向において等ピッチ間隔となるように配置されている。凸部64の高さは、凹部62の深さと略等しくなるように形成されており、また、凸部64の幅は、ステアリングホイール14の操作範囲を考慮して設定されている。
エンド規制・ロック装置26は、3分割できる装置本体66と、その装置本体66に回動可能に取り付けられたクランプ68とを有しており、ボルト70によって装置本体66とクランプ68とを締結することで、それらによって操作装置10のハウジング20を掴むようにして固定される。
エンド規制・ロック装置26は、概して円柱形状をなす係合ピン72を有しており、その係合ピン72は、装置本体66に設けられた内部空間において、装置本体66に保持されている。装置本体66には、ステアリングシャフト22の径方向に延びるガイド穴74が設けられており、係合ピン72は、そのガイド穴74に挿通する状態で、ステアリングシャフト22の径方向に移動可能に保持されている。係合ピン72は、先端部76(ステアリングシャフト22に近い側の端部)において、ステアリングシャフト22に設けられたフランジ60と係合可能とされている。ちなみに先端部76の幅方向の外寸法は、フランジ60の凹部62の内寸法よりも若干細くされており、先端部76は、凹部62に嵌入可能とされている。
一方、装置本体66の内部空間には、係合ピン72を駆動するための駆動ピン78が配設されている。駆動ピン78は、円柱形状をなす中間部80と、その中間部80の先端側(ステアリングシャフト22に近い側)に延び出す延出部82と、中間部88の後端側(ステアリングシャフト22から遠い側)に延び出す延出部84とを有している。延出部82,84は、中間部80より細く、断面形状は正方形をなしている。装置本体66には、それら延出部82,84の各々が嵌り入るガイド穴86,88が設けられており、駆動ピン78は、それの軸線回りには回転不能に、かつ、軸線方向にスライド可能とされている。
駆動ピン78の中間部80には、ねじ溝90が形成されており、そのねじ溝90に螺合する状態でホイール92が配設されている。詳しく言えば、ホイール92のボス部の内周にもねじ溝が形成されており、ホイール92は、ベアリングボールを介して、中間部80のねじ溝90と螺合させられている。また、ホイール92は、装置本体66の内部空間内において、駆動ピン78の軸線方向には移動不能とされている。つまり、ホイール92と駆動ピン78とは、ボールねじ機構を構成しており、ホイール92の回転により、駆動ピン78は、それの軸線方向に移動する。
図2におけるA−A断面を示す図3から解るように、ホイール92は、ウォームホイールとして機能し、外周部において、ウォーム94と噛合している。ウォーム94は、装置本体66に固定されたモータ96のモータ軸98に固定されている。モータ96が回転させられることによってウォーム94が回転し、その回転によってホイール92が回転することで、駆動ピン78は、それの軸線方向に移動する。
駆動ピン78の中間部80には、支持プレート102が固定されている。支持プレート102の先端部には、ねじ止めされるようにして保持ピン104が固定されている。保持ピン104は、駆動ピン78と平行に、かつ、係合ピン72と同軸的に配置され、ステアリングシャフト22に向かう方向に、支持プレート102から延び出している。係合ピン72には、後端(ステアリングシャフト84から遠い方の端)に開口する有底穴106が穿設されており、保持ピン104は、その有底穴106の内部に入り込んでいる。保持ピン104を挿入させた状態でコイルスプリング108が配設されており、そのコイルスプリング108は、両端が、それぞれ、係合ピン72の有底穴106の底部と、支持プレート102とに固着されている。保持ピン104は、コイルスプリング108の径方向の位置ズレ,座屈等を防止するように機能する。
駆動ピン78,係合ピン72の動作に関して、それらがステアリングシャフト22に接近する場合を前進、離間する場合を後退と称すれば、図2に示す状態では、駆動ピン78は、前進端に位置し、係合ピン72も、最も前進させられた位置に位置する。この係合ピン72の位置を第1係合位置と呼べば、その第1係合位置において、係合ピン72は、それの先端部76がフランジ60の凹部62に嵌入している。この状態において、コイルスプリング108は自然長(圧縮も伸長もされていない長さ)より圧縮されており、コイルスプリング108の圧縮反力によって、係合ピン72は、フランジ60に向って付勢されている。
図2に示す状態から駆動ピン78を後退させれば、コイルスプリング108は伸ばされ、それが自然長を超えたときに、係合ピン72が後退し始めることになる。係合ピン72と支持プレート102との間には、係止プレート110が配設されており、通常、駆動ピン78が後退端にまで移動させられた場合であっても、係合ピン72は、それの後端が係止プレート110によって係止されることで、ある位置を超えた後退が禁止される。その状態が図4に示す状態である。
係止プレート110は、図2のB−B断面を示す図5から解るように、開口穴112が設けられた板状の部材である。この開口穴112は、上下方向の寸法が小さい係止部114と、上下方向の寸法が大きい非係止部116とからなる。図5に示す状態では、係合ピン72の軸線方向から見て、係合ピン72は、係止部114に重なるように位置しており、係合ピン72の後端部に設けられた3つの突起118が、係止プレート110の開口穴112の周囲の部分に当接することで、係合ピン72に係止されるのである。
なお、図4に示す状態における係合ピン72の位置を第2係合位置と呼べば、係合ピン72が第2係合位置にある場合、係合ピン72の先端部76は、フランジ60の凹部62から退出している。また、係合ピン72が第2係合位置にある場合、ステアリングホイール14の操作によってステアリングシャフト22を回転させれば、係合ピン72の先端部76は、フランジ60の凸部64の側面に当接することになる。なお、その状態では、コイルスプリング108は、自然長より引張られており、それの引張反力によって、係合ピン72は、係止プレート110に向って付勢されている。
図5,図6から解るように、係止プレート110は、係合ピン72の軸線方向に対して直角な方向に移動可能に、装置本体66に保持されている。詳しく言えば、図5,図6における左右方向に移動可能とされている。装置本体66には、ソレノイド120が配設されており、係止プレート114は、そのソレノイド120の可動子であるソレノイドピン122の先端部に連結されている。ソレノイド120は、通電されることによって励磁状態となり、その励磁状態においてソレノイドピン122を後退させる力を発生させる。また、装置本体66の内部には、2つの圧縮コイルスプリング124が配設されており、係止プレート110は、それら圧縮コイルスプリング124の圧縮反力によって、ソレノイドピン122が前進する方向、つまり、図における左方に向って付勢されている。
図5における状態では、ソレノイド120は励磁させられており、係止プレート110は、ソレノイド120の力によって図における右方に位置させられ、先に説明したように、係合ピン72は、それの軸線方向から見て、係止プレート134の開口穴112における係止部114に重なるように位置させられている。
それに対し、ソレノイド120への通電が停止されてソレノイド120が消磁された場合、圧縮コイルスプリング124の圧縮反力によって、係止プレート110は、図における左方に移動させられ、係合ピン72は、それの軸線方向から見て、係止プレート110の開口穴112における非係止部116に重なるように位置させられることになる。この状態では、係合ピン72は、それの後端が係止プレート110を超えて後退することを許容される。この状態が、図6に示す状態である。
図6から解るように、係合ピン72が非係止部116に位置している状態では、係合ピン72の後端部に設けられた3つの突起118は、係止プレート110の開口穴112の周囲の部分に当接せず、係合ピン72は、係止プレート110によって係止されなくなる。つまり、駆動ピン78が後退端にまで移動させられている場合において、係止プレート110による係合ピン72の係止が解除されれば、係合ピン72は、コイルスプリング108の引張反力によって、コイルスプリング108が自然長となる位置まで、さらに後退させられる。この状態が、図7に示す状態である。
図7に示す状態の係合ピン72の位置を非係合位置と称すれば、係合ピン72が非係合位置に位置させられている場合には、係合ピン72の先端部76は、ステアリングホイール14の操作によってステアリングシャフト22を回転させても、フランジ60の凸部64には当接しないことになる。
以上のように構成されたエンド規制・ロック装置26は、係合ピン72を第1係合位置,第2係合位置,非係合位置とに選択的に移動させる係合ピン移動装置を有すると考えることができる。ちなみに、その係合ピン移動装置は、モータ96,ウォーム94,ホイール92,駆動ピン78,支持プレート102,保持ピン104,コイルスプリング108,ソレノイド120,係止プレート110等を含んで構成されている。
C.エンド規制・ロック装置の作動
イグニッションスイッチ54がOFFとされている場合には、図2に示す状態が実現されている。つまり、駆動ピン78が前進端に位置させられており、係合ピン72が第1係合位置に位置させられている。この状態においては、係合ピン72の先端部76がフランジ60のいずれかの凹部62に嵌入しており、ステアリングホイール14の回転が禁止される。つまり、ステアリングシャフト22がロックされ、ステアリングホイール14の操作が禁止されるのである。ちなみに、イグニッションスイッチ54がOFFとされている場合には、ソレノイド120へは通電されておらず、先に説明したように、係合ピン72は、それの軸線方向から見て、係止プレート114の開口穴112における非係止部116に重なるように位置させられている。
イグニッションスイッチ54がOFFからONに切り換えられると、まず、ソレノイド120が通電される。これにより、先に説明したように、係合ピン72は、それの軸線方向から見て、係止プレート114の開口穴112における係止部114に重なるように位置させられる。その後、モータ96が回転させられ、駆動ピン78が後退端まで移動させられる。その結果、係合ピン72は、係止プレート114に係止される位置まで後退させられる。つまり、係合ピン72は、第2係合位置に位置させられる。
係合ピン72が第2係合位置に位置させられた状態においては、係合ピン72の先端部76は、フランジ60のいずれの凹部62から退出して、凸部64の側端に当接可能となる。つまり、先端部76が凹部62のいずれにも嵌入せず、かつ、凸部64に当接することが許容される。この状態では、ステアリングホイール14の操作は許容されるものの、その操作範囲は、設定角度範囲内に規制される。詳しく言えば、ステアリングシャフト22が、係合ピン72の先端部76が凸部64の両側端の一方に当接する回転角度位置から、凸部64の両側端の他方に当接する回転角度位置まで回転する範囲に、ステアリングホイール14の操作範囲が規制されるのである。
なお、イグニッションスイッチ54をONからOFFに切り換えた場合には、まず、モータ96が先の方向とは逆の方向に回転させられ、駆動ピン78は前進端まで移動させられ、その後に、ソレノイド120への通電が停止される。ちなみに、係合ピン72が前進させられた場合に、フランジ60の2つの凹部62の間に係合ピン72の先端部76が当接したときには、いずれの凹部62にも嵌入しないことになる。このときであっても、ステアリングホイール14を操作してステアリングシャフト22を回転させることで、コイルスプリング108の圧縮反力によって、係合ピン72の先端部76は、いずれかの凹部62に嵌入する。つまり、ステアリングホイール14の操作によって、係合ピン72は、第1位置に位置させられ、その時点で、ステアリングホイール14の操作を禁止されたロック状態となるのである。
イグニッションスイッチ54がONとされている状態において、例えば、電気系統がフェールした場合には、転舵装置12が備える転舵モータ34による車輪16の転舵が行われなくなる。この場合には、先に説明したように連結装置18が作動して、ステアリングホイール14に加えられた操作力による車輪16の転舵が実現される。この場合においては、ソレノイド120への通電も停止されることから、ソレノイド120は消磁されて、係止プレート114は、係合ピン72を係止不能な位置に位置させられる。これによって、先に説明したように、係合ピン72は、コイルスプリング108の引張反力によって、非係合位置にまで後退させられる。係合ピン72が非係合位置に位置する状態では、係合ピン72の先端部76は、フランジ60の凸部64には当接せず、ステアリングホイール14の操作範囲の規制が解除される。さらに言えば、操作範囲の規制が解除された状態でのステアリングホイール14の操作が許容されるのである。この操作範囲の規制の解除が可能とされることで、ステアリングホイール14の操作量に対する車輪16の転舵量の比を小さくすることが可能となり、当該ステアリングシステムでは、運転者の操作力による転舵の容易化が図られることになる。
10 操作装置
12 転舵装置
14 ステアリングホイール
18 連結装置
22 ステアリングシャフト
26 エンド規制・ロック装置
60 フランジ
62 凹部
64 凸部
72 係合ピン
76 先端部

Claims (1)

  1. ステアバイワイヤ型のステアリングシステムに用いられるステアリング操作装置であって、
    運転者によって操作されるステアリング操作部材と、
    一端部においてそのステアリング操作部材を保持し、車体に回転可能に保持されるステアリングシャフトと、
    そのステアリングシャフトに固定的に外嵌させられ、自身の外周に、それぞれが径方向に凹む複数の凹部と、径方向に突出する凸部とを有する環状のフランジと、
    前記ステアリングシャフトに対して、それの径方向に接近離間可能に配置されて、先端部が前記フランジと係合可能な係合ピンと、
    その係合ピンを、前記先端部が前記フランジの複数の凹部のいずれかに嵌入することを許容する第1係合位置と、前記先端部が前記複数の凹部のいずれにも嵌入せずかつ前記フランジの凸部に当接することを許容する第2係合位置と、前記先端部が前記凸部に当接しない非係合位置とに、選択的に移動させる係合ピン移動装置と
    を備え、
    (a) 前記係合ピンが前記第1係合位置に位置する状態において、前記ステアリング操作部材の操作が禁止された状態が実現され、(b) 前記係合ピンが前記第2係合位置に位置する状態において、前記ステアリング操作部材の操作範囲が規制された状態での前記ステアリング操作部材の操作を許容する状態が実現され、(c) 前記係合ピンが前記非係合位置に位置する場合において、前記ステアリング操作部材の操作範囲の規制が解除された状態での前記ステアリング操作部材の操作を許容する状態が実現されるように構成されたステアリング操作装置。
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