JP5278200B2 - 車体傾動制御装置及びその方法 - Google Patents
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Description
しかし、傾斜した状態で停止した車体の姿勢が、車両の走行に適合した姿勢とならない場合がある。
本発明の課題は、車体を傾動させる装置が正常でない場合に、車体の姿勢を車両の走行に適合した姿勢にすることである。
そして、本発明は、車体傾動手段が正常でないと判定すると、正常な車体傾動手段を駆動制御して、ロール方向の車体の姿勢を中立姿勢にする。さらに、その中立姿勢で車体の姿勢を固定する。
このように、本発明によれば、車体を傾動させる車体傾動手段が正常でない場合に、車体の姿勢を車両の走行に適合した姿勢にできる。
図1は、本発明を適用した車体傾動制御装置を搭載した車両の構成を示す。
車両は、駆動系として、車輪駆動装置1及び車輪駆動制御部2を有する。車輪駆動制御部2は、運転者のアクセルペダル信号に応じて車輪駆動装置1に指令値を出力する。車輪駆動装置1は、入力された指令値に応じて駆動輪となる後輪3Rを駆動する。
また、車両は、転舵部4を有する。転舵部4は、ステアリングホイール5を介して入力された運転者の操舵操作に応じて、転舵輪となる前輪3Fを転舵する。転舵部4は、例えば、ラック&ピニオン等の構成を有する。
また、車両は、車輪速検出部11、横加速度検出部12及びステアリングホイール角検出部13を有する。
横加速度検出部12は、車両の横加速度を検出する。横加速度検出部12は、検出値を姿勢制御演算部40に出力する。
そして、図1に示すように、車両は、車体傾動装置21F,21R、モータ角検出部22F,22R、モータ電流値検出部23F,23R、車体傾斜角検出部24、車体傾動装置駆動部25F,25R、車体傾動停止装置26F,26R、車体傾動停止装置駆動部27、及び制御演算コントローラ30を有する。
車体傾斜角検出部24は、車体のロール方向の傾斜角を検出する。車体傾斜角検出部24は、例えばエンコーダ等である。車体傾斜角検出部24は、検出値を制御演算コントローラ30に出力する。
車体傾動停止装置26F,26Rは、ロール方向の所定角度で車体の姿勢を維持するための装置である。
図3に示すように、車体傾動停止装置26F,26Rでは、軸体(回転軸)の軸方向に、取付フランジ91、ブレーキライニング(ロータ)92、可動鉄心(アマチュア)93をその順番で配置した構成となる。取付フランジ91は、モータの筐体等に固定された固定側となる。また、ブレーキライニング92は、ハブ95を介して軸体94の端部94aに固定された構成となる。
また、ステータ97が、モータの筐体等に取り付けてある。ステータ97は、電磁コイル98を内蔵している。可動鉄心93が、このステータ97とブレーキライニング92との間に配置された構成になる。
各調整ボルト96には、端部にナット99を取り付けている。各調整ボルト96には、そのナット99と可動鉄心との間に、トルクスプリング100を嵌挿している。さらに、各調整ボルト96には、可動鉄心93と取付フランジ91との間に、戻しスプリング101を嵌挿している。
制御演算コントローラ30は、車体傾動制御装置のシステム全体の制御を行う。そのため、制御演算コントローラ30は、図1に示すように、車体傾動装置異常判定部31、及び姿勢制御演算部40を有する。さらに、姿勢制御演算部40は、車体傾斜角演算部41、及び横加速度制限演算部42を有する。
車体傾斜角演算部41は、車体傾動装置異常判定部31の判定結果を基に、車体傾動装置駆動部25F,25Rや車体傾動停止装置駆動部27に指令を出す。
横加速度制限演算部42は、車両の横加速度の増加を制限する指令を車輪駆動制御部2に出力する。
先ずステップS1において、車体傾動装置異常判定部31は、前後の車体傾動装置21F,21Rが正常か否かを判定する。
具体的には、車体傾動装置異常判定部31は、前側車体傾動装置21Fに備えるモータ角検出部22Fの検出値と、後側車体傾動装置21Rに備えるモータ角検出部22Rの検出値とを比較する。そして、車体傾動装置異常判定部31は、その比較結果として得たそれら検出値の差分値がしきい値以下の場合、前後の車体傾動装置21F,21Rがともに正常であると判定する。このしきい値は、該検出値の差分値の判定のために予め設定した値であり、例えば、実験値、経験値又は理論値である。
ステップS2では、制御演算コントローラ30は、異常検出フラグをクリア(例えば“0”)にする。
また、車体傾斜角演算部41は、車速が大きい状態(中速〜高速程度)で、横加速度が大きく、かつステアリングホイール操舵角が大きいとき(大舵角操舵時)、その舵角方向への車体傾斜角(目標の車体傾斜角)を大きくする。また、車体傾斜角演算部41は、車速が小さい状態(低速)で、かつステアリングホイール操舵角が小さいとき(小舵角操舵時)、その舵角方向への車体傾斜角(目標の車体傾斜角)を小さくする。
これにより、車体傾動装置駆動部25F,25Rは、傾斜角指令値に応じた駆動電流により車体傾動装置21F,21Rを駆動し、車体(乗車台)の傾斜角を車体傾斜角演算部41が算出した車体傾斜角にする。このとき、車体傾斜角検出部24の検出値を用いて車体傾斜角の制御(F/B制御)を行う。
続いてステップS6において、車体傾動装置異常判定部31は、前側車体傾動装置21Fが正常か否かを判定する。車体傾動装置異常判定部31は、前側車体傾動装置21Fが正常でないと判定した場合、ステップS7に進む。また、車体傾動装置異常判定部31は、そうでない場合、すなわち、後側車体傾動装置21Rが正常でないと判定した場合、ステップS13に進む。
続いてステップS8において、姿勢制御演算部40は、中立姿勢制御を行う。なお、後述のステップS14でも、姿勢制御演算部40は、同様な中立姿勢制御を行う。
図5は、中立姿勢制御の処理手順を示す。図5に示すように、先ずステップS21において、姿勢制御演算部40は、横加速度検出部12の検出値(横加速度センサ信号)を取得する。
b/(2・hu)<m・|ay|/(m・g) ・・・(1)
この(1)式は、いわゆるハンドリングロールオーバーの条件式である。ここで、b,huは、予め決められた車両諸元である。具体的には、bは車両のトレッドである。huは車両の重心高である。ayは、前記ステップS21で取得した横加速度である。mは車両重量である。gは重力加速度である。
横加速度|ay|に着目して言い換えると、姿勢制御演算部40は、横加速度|ay|が予め設定したしきい値(この場合、b・g/(2・hu))以下の場合、中立姿勢に戻すことに起因して車体が大きく傾く可能性が低いと判定し、ステップS23に進む。また、姿勢制御演算部40は、横加速度|ay|が予め設定したしきい値(この場合、b・g/(2・hu))よりも大きい場合、中立姿勢に戻すことに起因して車体が大きく傾く可能性が高いと判定し、ステップS25に進む。
これにより、正常であると判定した車体傾動装置(21F及び21Rの何れか)を駆動して、車体姿勢がロール方向で中立姿勢になる。
ここで、前記ステップS6で前側車体傾動装置21Fが正常でないと判定して、ステップS8にて中立姿勢制御を実施する場合には、正常な車体傾動装置とは、後側車体傾動装置21Rになる。
また、姿勢制御演算部40は、車体姿勢が中立姿勢に至るまでの期間中、中立姿勢に戻すことに起因して車体が大きく傾く可能性が低いときには、車体姿勢を中立姿勢にするための中立姿勢制御指令値を後側車体傾動装置駆動部25Rに出力する。
横加速度制限演算部42は、算出した横加速度制限指令値を車輪駆動制御部2に出力する。
すなわち、ステップS13では、姿勢制御演算部40は、後側車体傾動装置駆動部25Rから後側車体傾動装置21Rへの駆動電力の供給を停止する。
続いてステップS14において、姿勢制御演算部40は、中立姿勢制御を行う。このとき、姿勢制御演算部40は、正常と判定した前側車体傾動装置21Fを駆動する前側車体傾動装置駆動部25Fに、中立姿勢制御指令値や姿勢維持指令値を出力して、車体姿勢を中立姿勢にする(前記図5参照)。
以上のステップS14及びステップS15の処理により、姿勢制御演算部40は、車体姿勢が中立姿勢に至るまでの期間中、中立姿勢に戻すことに起因して車体が大きく傾く可能性が高いときには、姿勢維持指令値を前側車体傾動装置駆動部25Fに出力する。そして、姿勢制御演算部40は、車体姿勢が中立姿勢に至るまでの期間中、中立姿勢に戻すことに起因して車体が大きく傾く可能性が低いときには、車体姿勢を中立姿勢にするための中立姿勢制御指令値を前側車体傾動装置駆動部25Fに出力する。
車体傾動制御装置は、前後の車体傾動装置21F,21Rがともに正常であると判定した場合、異常検出フラグをクリアにするとともに、車体傾動装置21F,21Rを駆動する(前記ステップS1〜ステップS3)。これにより、車体50の姿勢は、ステアリングホイール操舵角等に応じた車体傾斜角になる。
また、車体傾動制御装置は、前後の車体傾動装置21F,21Rの何れかが正常でないと判定すると、異常検出フラグを立てるとともに、警告灯を点灯させる(前記ステップS1→ステップS4、ステップS5)。この警告灯の点灯により、運転者は、システム異常(正常動作しない車体傾動装置21F,21R)があることを認識できる。
一方、車体傾動制御装置は、後側車体傾動装置21Rが正常でないと判定すると、該後側車体傾動装置21Rへの駆動電力の供給を停止する(前記ステップS13)。これにより、後側車体傾動装置21Rは、駆動されていない状態、すなわち、フリーな状態になる。
ここで、車体傾動装置が正常でない例としては、モータ等の駆動源が機械的に正常動作しなくなったり、センサが正常動作しなくなったりすることがある。
例えば、車体傾動装置が正常動作しなくなり車体姿勢が傾斜した状態で維持されてしまうと、旋回時の横加速度が大きい等の走行条件によっては、車両重心が車幅方向に大きくずれていることで、車両がさらに大きく傾斜してしまう場合もある。
また、車体傾動制御装置は、車体姿勢を中立姿勢にしたときには、車輪駆動装置1により制御される車輪の駆動力を制限して、車両の横加速度が増加してしまうのを抑制している(前記ステップS11、ステップS12)。
図7(a)において、実線は、駆動力を制限して横加速度の増加を抑制した場合の結果を示し、点線は、そのような駆動力制限の対処をしていない場合の結果(比較例の結果)を示す。例えば、点線の結果は、車体を中立姿勢にしたときに車体が大きく傾斜しないことを条件として得た結果である。
図7(a)に示すように、横加速度の増加を抑制することで(実線)、そうでない場合(点線)と比較して、輪荷重の変動を抑制できるのがわかる。このように、輪荷重の変動を抑制できるので、図7(b)に示すように、旋回横加速度(旋回横加速度設定値)を大きい値に設定することが可能になる。
(1)互いに車両前後方向に離して配置され、ロール方向に車体の姿勢を傾動可能な2以上の車体傾動手段を備える。駆動制御手段は、車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じて、各車体傾動手段を駆動制御する。さらに、判定手段は、各車体傾動手段が正常か否かを判定する。
そして、駆動制御手段は、判定手段が車体傾動手段の1つが正常でないと判定すると、判定手段が正常と判定した車体傾動手段を駆動制御して、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にする。
また、車体姿勢ロック手段は、駆動制御手段が車体傾動手段を駆動制御したことで車体の姿勢がロール方向で中立姿勢になったと判定すると、車体の姿勢を該中立姿勢に固定する。
これにより、車体を傾動させる車体傾動手段が正常でない場合に、車体の姿勢を傾斜した状態で停止してしまうことを回避して、車両の走行に適合した姿勢にできる。
さらに、運転者は、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にする動作を介して、駆動制御手段が正常でないことを知ることができる。
これにより、中立姿勢で固定されている車両に過度な横加速度が発生してしまうことを防止でき、中立姿勢での良好な車両状態を確保できる。
(3)横加速度制限手段は、車輪の駆動力を制限して車両の横加速度の増加を制限する。
これにより、車輪に駆動力制御を利用して、車両の横加速度の増加を制限できる。この結果、中立姿勢で固定されている車両に過度な横加速度が発生してしまうことを防止でき、中立姿勢での良好な車両状態を確保できる。
これにより、車両の横加速度がある程度小さくなっていることを条件として、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にできる。この結果、良好な車両状態を確保しながら、車体の姿勢を中立姿勢に変化させることができる。
これにより、車両の横加速度がしきい値よりも大きいと判定すると、ロール方向の車体の姿勢の変化を制限して、車両の横加速度が予め設定されたしきい値以下となったときに、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にすることができる。
この結果、車両の横加速度の観点で良好な車両状態を確保した上で、車体姿勢を中立姿勢に変化させることができる。
b・g/(2・hu)
としている(前記(1)式)。
これにより、車両のトレッドb及び車両の重心高huを考慮に入れて、横加速度を判定し、中立姿勢にする判定を行うことができる。
この結果、例えば、通常の四輪車に比べてトレッドが小さい車両でも、不用意に横加速度を制限することなく、車両の姿勢を中立姿勢にすることができる。
(7)駆動制御手段は、判定手段が正常と判定した車体傾動手段の駆動信号の変化度合いを制限することでロール方向の車体の姿勢の変化度合いを制限しつつ、中立姿勢にする。
これにより、車体の姿勢を徐々に変化させて中立姿勢にすることができる。
このように、駆動制御手段が車体傾動手段を駆動制御したことで車体の姿勢がロール方向で中立姿勢になったときに、ロック駆動手段がロック手段を駆動して車体の姿勢を該中立姿勢に固定する。
これにより、中立姿勢にした後は、車体傾動手段を駆動させなくとも、車体姿勢ロック手段により中立姿勢を維持できるようになる。この結果、車体傾動手段を駆動電流で駆動しているような場合には、中立姿勢を維持している期間中は、その駆動電流を出力する必要がなくなり、駆動電流の消費を低減できる。
これにより、正常動作する可能性が低い車体傾動手段の動作により中立姿勢にすることを妨げられることもなく、正常な車体傾動手段により円滑に中立姿勢にすることができる。
(1)本実施形態では、車輪の駆動力を制限して、車両の横加速度の増加を制限している。これに対して、車輪の転舵を制限して、車両の横加速度の増加を制限することもできる。
図8は、その構成例を示す。図8に示すように、車両は、ステアリングホイール41からの入力角(操舵角)に対する出力角(ステアリングシャフト又はピニオンの出力角)を変更可能なタイヤ転舵装置61を有する。タイヤ転舵装置61は、例えば、可変ギヤ比機構やいわゆるステア・バイ・ワイヤシステムである。さらに、車両は、タイヤ転舵角を検出するタイヤ転舵角検出部62と、タイヤ転舵装置61を駆動制御するタイヤ転舵装置駆動部63とを有する。
これにより、車輪の転舵操作を利用して、車両の横加速度の増加を制限できる。この結果、中立姿勢で固定されている車両に過度な横加速度が発生してしまうことを防止でき、中立姿勢での良好な車両状態を確保できる。
これにより、車体の姿勢を徐々に変化させて中立姿勢にすることができる。
これにより、良好な車両状態を確保しながら、車体の姿勢を中立姿勢に変化させることができる。
これにより、3つ以上の車体傾動装置を搭載した車両においても、車体傾動手段が正常でないと判定すると、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にして、該中立姿勢で固定できる。
この結果、3つ以上の車体傾動装置を搭載した車両においても、車体を傾動させる車体傾動手段が正常でない場合に、車体の姿勢を傾斜した状態で停止してしまうことを回避して、車両の走行に適合した姿勢にできる。
Claims (11)
- 互いに車両前後方向に離して配置され、ロール方向に車体の姿勢を傾動可能な2以上の車体傾動手段と、
車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じて、前記各車体傾動手段を駆動制御する駆動制御手段と、
前記各車体傾動手段が正常か否かを判定する判定手段と、
ロール方向の車体の姿勢を固定する車体姿勢ロック手段と、を備え、
前記駆動制御手段は、前記判定手段が前記車体傾動手段の1つが正常でないと判定すると、前記判定手段が正常と判定した車体傾動手段を駆動制御して、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にし、
前記車体姿勢ロック手段は、前記駆動制御手段が前記車体傾動手段を駆動制御したことで車体の姿勢がロール方向で中立姿勢になったと判定すると、車体の姿勢を該中立姿勢に固定すること
を特徴とする車体傾動制御装置。 - 前記車体の姿勢が中立姿勢に固定されているときに、車両の横加速度の増加を制限する横加速度制限手段を備えることを特徴とする請求項1に記載の車体傾動制御装置。
- 前記横加速度制限手段は、車輪の駆動力を制限して車両の横加速度の増加を制限することを特徴とする請求項2に記載の車体傾動制御装置。
- 前記横加速度制限手段は、車輪の転舵を制限して車両の横加速度の増加を制限することを特徴とする請求項2又は3に記載の車体傾動制御装置。
- 前記駆動制御手段は、前記判定手段が前記車体傾動手段の1つが正常でないと判定し、かつ車両の横加速度が予め設定されたしきい値以下と判定すると、前記判定手段が正常と判定した車体傾動手段を駆動制御して、車体の姿勢をロール方向で中立姿勢にすることを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の車体傾動制御装置。
- 前記駆動制御手段は、前記判定手段が前記車体傾動手段の1つが正常でないと判定し、かつ車両の横加速度が前記しきい値よりも大きいと判定すると、ロール方向の車体の姿勢の変化を制限することを特徴とする請求項5に記載の車体傾動制御装置。
- 車両のトレッドをbとし、車両の重心高をhuとし、重力加速度をgとした場合、前記しきい値は、
b・g/(2・hu)
であることを特徴とする請求項5又は6に記載の車体傾動制御装置。 - 前記駆動制御手段は、前記判定手段が正常と判定した車体傾動手段の駆動信号の変化度合いを制限することでロール方向の車体の姿勢の変化度合いを制限しつつ、前記中立姿勢にすることを特徴とする請求項1〜7の何れか1項に記載の車体傾動制御装置。
- 前記車体姿勢ロック手段は、前記車体傾動手段の動作を停止させて、停止状態を固定するロック手段と、前記駆動制御手段が前記車体傾動手段を駆動制御したことで車体の姿勢がロール方向で中立姿勢になったと判定すると、前記ロック手段を駆動して前記車体傾動手段の動作を停止させて、停止状態を固定することで、車体の姿勢を該中立姿勢に固定するロック駆動手段と、を備えたことを特徴とする請求項1〜8の何れか1項に記載の車体傾動制御装置。
- 前記駆動制御手段は、前記判定手段が前記車体傾動手段が正常でないと判定すると、その正常でないと判定された車体傾動手段の駆動制御を停止することを特徴とする請求項1〜9の何れか1項に記載の車体傾動制御装置。
- ロール方向に車体の姿勢を傾動可能な車体傾動手段を、車両前後方向に離して2以上配置して、
車輪を転舵させる運転者の運転操作に応じて、前記各車体傾動手段を駆動制御し、
前記車体傾動手段の何れかが正常でないと判定すると、正常な車体傾動手段を駆動制御して、ロール方向の車体の姿勢を中立姿勢にし、
車体の姿勢がロール方向で中立姿勢になったと判定すると、車体の姿勢を該中立姿勢に固定すること
を特徴とする車体傾動制御方法。
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