CN101808892A - 用于控制具有表面驱动装置的船舶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制具有驱动装置的船舶的方法，该驱动装置能够偏转一个控制角度，并且最大可调节到的控制角度随着速度的升高以规定的梯度自动减小。所述驱动装置构成为具有至少两个驱动单元(140)的表面驱动装置，将所述驱动单元在垂直方向上在一个可预设的自动工作模式(301)中调整一个平衡角度(τ)，所述表面驱动装置在至少两个行驶范围内运行。在一个达到最高速度的行驶范围内在超过一个小于所述最大可调节到的控制角度的第一极限控制角度(σ_41)时，平衡角度(τ)的调节离开其自动工作模式(301)并且进入一个待命工作模式(300)，在该待命工作模式中必须手动调节至平衡角度(τ)，直至又低于一个第二极限控制角度(σ_42)并且因此重新激活平衡角度调节的自动工作模式(301)。

Description

用于控制具有表面驱动装置的船舶的方法
技术领域
本发明涉及采用一种根据权利要求1的前序部分的用于控制具有表面驱动装置(
Figure GPA00001075077500011
/surface drive)的船舶的方法。
背景技术
在快速的、马达驱动的船舶、特别是具有表面驱动装置的船舶中，船体在较高的速度时处于滑动状态并且仅仅在船尾的一部分位于水中。在船舶的转弯行驶和因此相关联的倾斜位置时，与水的接触位置移到船体的底侧的侧面上，由此船体上的行驶阻力的力作用情况发生改变并且产生一个力矩。自一个临界的控制角度和因此导出的窄的转弯半径起，自一个规定的速度起，所产生的力矩如此之高，使得船舶转出其轨道并且可能倾翻。
船舶的表面驱动装置由至少一个驱动单元构成，其推动力通过一个控制装置在其方向上改变，该控制装置基本上由一个引导螺旋桨的万向轴管和一个控制及平衡操作机构组装而成。万向轴管经由铰接点与船舶的船尾和驱动轴可偏转地连接，所述驱动轴直接来自马达或在马达之后设置的传动装置。此外万向轴管被平衡操作机构在一个垂直的偏转平面内移动并且为了导致船舶的方向改变，被控制操作机构在水平的偏转平面内移动。在两个平面内最大的运动自由度通过最大可调节到的控制角度和平衡范围(Trimmbereich)描述。用于相应的偏转的尺度是控制角度和平衡角度(Trimmwinkel)。控制及平衡操作机构的激活经由电子控制单元实现，通过电子路径将船驾驶员期望的控制角度信号输入所述电子控制单元内。平衡角度的调节可以选择地在一个自动的运行模式中与速度及转速相关地实现。为了在高的速度时避免大的控制角度，在电子控制单元内获得船舶的速度和控制角度并且与之相关地，自动确定一个减小的最大可调节到的控制角度。在速度减小时重新相应加大控制范围。
在高速度时与窄的转弯半径或大的控制角度相关联，船舶具有明显的倾斜位置，其中所描述的不稳定的行驶状态仍然不一定达到。然而在由至少两个驱动单元构成的表面驱动装置的情况下，自一个临界的倾斜位置起存在这样的可能性，即转向外侧的驱动单元的螺旋桨不再位于水中运行。由于不存在的或强烈减小的螺旋桨挤流，负载下降并且转速上升。自动的平衡调节不能调节这种状态，因为两个驱动单元是机械耦合的并且这种连接仅仅允许对驱动单元较小的限制。
由JP 02-279495已知一种系统，其中在舷外驱动装置时最大可调节到的控制角度随着速度的上升而被机械地减小。
US 6843195B2描述一种用于舷外驱动装置的控制系统，其中“实现的转向角度/经由方向盘输入的转向角度”之商随着速度的上升而降低，从而随着速度上升在舷外驱动装置上的方向盘的转动导致控制角度的较小的改变，与在低速度时相比。此外公开一种用于根据转速或速度限定最大可调节到的控制角度的方法。
两种系统仅仅涉及舷外驱动装置，其螺旋桨和控制装置明显与表面驱动装置的不同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于控制具有至少两个驱动单元的表面驱动装置用于在上部的速度范围内转弯行驶的方法。
上述目的通过权利要求1的特征实现。
在用于控制船舶的方法中，用于引起船舶的方向改变的驱动装置可偏转一个控制角度。这个控制角度仅仅能够改变至最大可调节到的控制角度，其随着速度的上升以预定的梯度而自动减小。在驱动装置作为表面驱动装置的实施方式中，其在至少两个行驶范围内运行并且由至少两个驱动单元构成，所述驱动单元在垂直的方向上在一个可预设的自动运行模式中被调整一个平衡角度。在船舶达到其最高速度的行驶范围内，根据本发明在超过在电子控制单元中定义的第一极限控制角度时，该第一极限控制角度小于最大可调节到的控制角度，平衡角度的自动调节离开自动工作模式并且切换到待命工作模式。调节到平衡角度现在必须手动实现，因为由于船舶在转弯行驶时的倾斜位置自第一极限控制角度起，转向外侧的螺旋桨不再位于水中运行并且自动调节到平衡角度不再能够调节转速偏差。待命工作模式如此长时间地存在，直至又低于一个第二极限控制角度，因此电子控制单元重新激活平衡角度的自动调节。
本发明的有利的构造由各从属权利要求得出。
在本发明的方法进一步发展中，待被超过的第一极限控制角度大于待被低于的第二极限控制角度。通过这个滞后作用，避免了在第一极限控制角度的范围内的控制角度时频繁的在平衡角度的自动调节和待命工作模式之间的切换。
最后证明有利的是，不仅极限控制角度而且最大可调节到的控制角度是与速度或转速相关的并且由在电子控制单元中存储的数值表格或特性曲线获得或者根据数学函数计算出来。
优选各行驶范围分别通过上部的和下部的转速极限或通过船舶的上部的和下部的速度极限定义，所述转速指得是马达的转速、传动系的转速或螺旋桨轴的转速。
此外根据本发明规定，所述最大可调节到的控制角度在从第一转速极限至一个第二转速极限的第一行驶范围内仍然未被减小，并且随着速度或转速的增大在另外的转速范围内线性减小。
在一个方案可能的是，所述最大可调节到的控制角度从第一转速极限至一个第二转速极限的第一行驶范围内仍然是最大的并且在每个随着速度增大而跟随的行驶范围内(在这些行驶范围内相应平衡角度的自动调节按照另外的工作模式实现)最大可调节到的控制角度在每个行驶范围内保持恒定并且在过渡至接下来的较快的行驶范围时减小。由此经由这个具有上升的转速或速度的工作范围所述最大可调节到的控制角度的楼梯形的降低。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出并且接下来详细阐述。其中：
图1具有表面驱动装置的船舶的示意的侧视图；
图2具有表面驱动装置的船舶的示意的俯视图；
图3平衡角度关于转速分布的图表；以及
图4在行驶范围S4内切换过程的分布图表。
具体实施方式
图1和图2示出具有表面驱动装置的船舶100。表面驱动装置的驱动单元140在船尾设置在船舶100的船身101上并且与艉横板104连接。驱动单元140由具有螺旋桨轴106的万向轴管105、螺旋桨107以及控制操作机构108、109和平衡操作机构110构成。在万向轴管105中在中心可旋转地支承螺旋桨轴106，在螺旋桨轴106的尾端上固定螺旋桨107。在铰接点111中万向轴管105与艉横板104连接并且螺旋桨轴106与来自马达102的传动系125连接，并且都可偏转地支承。传动系125包含传动装置103。转速n例如被开槽盘124上的转速传感器123测量，其信号被子控制单元130获取。从方向盘或舵133出发经由电子控制单元130和被电子控制单元130控制的中心的液压单元132通过由两个液压操作的缸体108和109构成的控制操作机构导致在水平平面内的偏转运动(也称为控制运动)。从操作台131出发经由电子控制单元130和中心的液压单元132借助于由液压操作的平衡缸体110和行程传感器112构成的平衡操作机构导致在垂直平面内的偏转运动(也称为平衡运动)。控制运动在最大可调节到的控制角度σ_L内部实现，其从水平平面的纵向轴线190出发测量，如由图2可见。驱动单元140的控制运动的尺度是控制角度σ，其从作为中性控制位置σ_0＝0°的纵向轴线190出发测量。用于驱动单元140的平衡运动的尺度是平衡角度τ。平衡运动在称为平衡范围的、通过上部平衡极限τ_P和下部平衡极限τ_N限定的角度内实现。以τ_0＝0°定义的中性平衡位置在侧视图中通过艉横板140上的垂直线给出。
在图3中的图表示例示出最大可调节到的控制角度σ_L与转速n或与转速n成比例的速度v的关系。在图表的纵坐标上标出控制角度σ，连续的线表示最大可调节到的控制角度σ_L关于转速n或速度v的分布。控制角度σ_L能够从转速n_0＝0l/min或船舶的静止状态直至在慢速行驶范围S1终点上的转速极限n_12调节至其用于虚线表示的左边或右边的最高值σ_L，max，L或σ_L，max，R。自转速极限n_12或行驶范围S2开始，最大可调节到的控制角度σ_L根据在电子控制单元中存储的函数或数值表格或特性曲线(能够在它们的数值内进行插值)被减小。超过最大可调节到的控制角度σ_L即使在平衡角度的自动调节被断开时也是不可能的。在自转速极限n_34开始的行驶范围S4(在该行驶范围中最大可调节到的控制角度σ_L由于高的速度或转速是最小的，以避免不稳定的行驶状态)在最大可调节到的控制角度σ_L的下方分布第一极限控制角度σ_41。超过第一极限控制角度σ_41首先触发用于船驾驶员的光学的和/或声学的信号。在进一步加大控制角度σ时，电子控制单元切换到待命工作模式300，在该工作模式中断开平衡角度τ的自动调节并且其平衡调节重新必须如此长地手动实现，直至控制角度σ被如此减小，使得它小于第二极限控制角度σ_42。两个极限控制角度σ_41、σ_42可以是相同的。为了避免持续的来回切换，提供一种滞后并且将待被超过的第一极限控制角度σ_41选择成大于第二极限控制角度σ_42，在低于第二极限控制角度时在行驶范围S4内重新激活平衡角度τ的自动调节。在所描述的示例中第一和第二极限控制角度σ_41和σ_42在行驶范围S4内是恒定的，最大可能的控制角度σ_L在此范围内也是恒定的。然而对于这两种参数，每个任意的与转速n或速度相关的分布都是可以考虑的，因为不仅最大可能的控制角度σ_L而且第一和第二极限控制角度σ_41和σ_42根据在电子控制单元中存储的数值表格或特性曲线或数学函数被控制。特性曲线、数值表格或数学函数通过试验获得，在所述试验中例如在极限控制角度σ_41的情况下获得，自何控制角度σ起，在恒定速度v的情况下在转向外侧的螺旋桨不在位于水中。极限控制角度σ_41和σ_42如在图表中所示对于左和右是相同的，然而理论上也可以是不同的，如果由于船舶几何特征的原因需要这样的话。
图4示出在行驶范围S4内的切换过程的过程图。从操纵方向盘133开始，应当调节至期望的控制角度σ。在电子控制单元内将实际的转速n与转速极限n_34比较并且确定具有所属工作模式的行驶范围。如果转速n小于转速极限n_34，如在步骤401中的比较，那么仅当期望的控制角度σ在步骤402的比较中小于实际的转速n所属的最大可调节到的控制角度σ_L时，才能够调节至期望的控制角度σ；否则控制角度σ采用最大可调节到的控制角度σ_L的值。在两种情况下保持自动的用于调节至平衡角度τ的工作模式301。如果转速n大于转速极限n_34，那么用于行驶范围S4的工作模式是有利的，在该行驶范围内船舶达到其最高速度。如果期望的控制角度σ在比较步骤403中小于极限控制角度σ_41，那么自动的用于调节至平衡角度τ的工作模式301是保持激活的。如果控制角度σ超过第一极限控制角度σ_41，那么电子控制单元切换到待命工作模式300，在该工作模式中平衡角度τ必须手动调节到，因为在超过第一极限控制角度σ_41时，在转向外侧的螺旋桨露出水面时自动调节至平衡角度不能调整转向外侧的驱动装置的转速上升。如果控制角度σ在比较步骤404中低于第二极限控制角度σ_42，那么重新激活平衡角度的自动调节，否则保持待命工作模式300和因此存在手动的调节。
附图标记清单
100船舶
101船身
102驱动马达
103传动装置
104艉横板
105万向轴管
106螺旋桨轴
107螺旋桨
108右边的控制缸体
109左边的控制缸体
110平衡缸体
111铰接点
112平衡缸体行程传感器
113控制缸体行程传感器
123螺旋桨轴的转速传感器
124开槽盘
125传动系
130电子控制单元
131操作台
132中心的液压单元
133方向盘
140驱动单元
190纵向轴线
202速度测量装置
300待命工作模式
S1慢速行驶范围
S4达到最高速度的行驶范围
n转速
n_11S1的起始转速
n_12第二转速极限
n_34S4的起始转速极限
n_40S4的最大转速
v船舶的速度
v_40船舶的最高速度
σ控制角度
σ_L左右的最大可调节到的控制角度，f(n)
σ_L，max，L左边的可调节的控制角度的最大值
σ_L，max，R右边的可调节的控制角度的最大值
σ_0控制角度的中立位置
σ_41在行驶范围S4内的第一极限控制角度
σ_42在行驶范围S4内的第二极限控制角度
τ平衡角度
τ_P上部的平衡极限
τ_N下部的平衡极限
τ_0平衡角度的中立位置
τ_G平衡范围

Claims (6)

1.用于控制具有驱动装置的船舶的方法，该驱动装置能够偏转一个控制角度，并且最大可调节到的控制角度(σ_L)随着速度的升高以规定的梯度自动减小，其特征在于，所述驱动装置构成为具有至少两个驱动单元(140)的表面驱动装置，将所述驱动单元在垂直方向上在一个可预设的自动工作模式(301)中调整一个平衡角度(τ)，所述表面驱动装置在至少两个行驶范围内运行，并且在一个达到最高速度的行驶范围(S4)内在超过一个小于所述最大可调节到的控制角度(σ_L)的第一极限控制角度(σ_41)时，平衡角度(τ)的调节离开其自动工作模式(301)并且进入一个待命工作模式(300)，在该待命工作模式中必须手动调节至平衡角度(τ)，直至又低于一个第二极限控制角度(σ_42)并且因此重新激活平衡角度调节的自动工作模式(301)。
2.如权利要求2所述的用于控制船舶的方法，其特征在于，待被超过的第一极限控制角度(σ_41)大于待被低于的第二极限控制角度(σ_42)。
3.如权利要求9所述的用于控制船舶的方法，其特征在于，不仅极限控制角度而且最大可调节到的控制角度(σ_L)是与速度(v)或转速(n)相关的并且由在电子控制单元(130)中存储的数值表格或特性曲线获得或者根据数学函数计算出来。
4.如权利要求1所述的用于控制船舶的驱动装置的方法，其特征在于，各行驶范围分别通过上部的和下部的转速极限或通过船舶(100)的上部的和下部的速度极限定义，其中转速(n)指得是马达(102)的转速、传动系(125)的转速或螺旋桨轴(106)的转速。
5.如权利要求1所述的用于控制船舶的方法，其特征在于，所述最大可调节到的控制角度(σ_L)在从第一转速极限至第二转速极限的第一行驶范围(S1)内仍然未被减小，并且随着速度(v)或转速(n)的增大在另外的行驶范围内线性减小。
6.如权利要求1所述的用于控制船舶的方法，其特征在于，所述最大可调节到的控制角度(σ_L)在第一行驶范围(S1)内仍然是最大的并且在每个随着速度增大而跟随的行驶范围内，在这些行驶范围内平衡角度(τ)的自动调节分别按照另外的工作模式实现，所述最大可调节到的控制角度(σ_L)在每个行驶范围内保持恒定并且在过渡至接下来的较快的行驶范围内减小。
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