CN101808894B - 用于控制船舶的表面驱动装置的方法 - Google Patents

Abstract

在用于一船舶(100)的一表面驱动装置中，其在不同的依赖于速度的行驶范围内运行，在至少一个行驶范围内自动地在一封闭的控制回路中在检测预定的调节参数的情况下进行平衡角度的调节，并且在至少另一行驶范围内受控制地在检测预定的控制参数下自动地以为该行驶范围规定的方式进行平衡角度(τ)的调节。

Description

用于控制船舶的表面驱动装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用以控制船舶的表面驱动装置的方法。

背景技术

在快速马达驱动的船舶中，其设有一表面驱动装置，螺旋桨轴可绕一与来自马达或传动装置的驱动轴的铰接点向所有的方向转动。马达和传动装置位于船体中。在螺旋桨轴在一个垂直的平行于船舶的纵轴线设置的平面内转动时改变螺旋桨的浸水深度并从而改变驱动能量转换成推力。螺旋桨轴在垂直平面内的转动称为平衡，转动的尺度称为平衡角度。在较高的速度和只部分地浸水的螺旋桨时，表面驱动装置达到其最好的效率。最好的平衡角度因此取决于船舶的速度，并且在传统的船舶中以相应的不准确性手工实施。此外，手工的平衡还增加船驾驶员除其其他的任务外的负担，这同样增加平衡角度的最好的调节的困难。

在现有技术中描述一种用于表面驱动装置的自动的平衡控制，其自动地根据相应的行驶范围调节平衡角度。行驶范围通过船舶在不同的速度时在水中占有的位置确定。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种对于相应的行驶范围用于优化地自动调节船舶的表面驱动装置的平衡角度的方法。

通过具有以下特征的用于控制船舶的表面驱动装置的方法达到该目的，其中该表面驱动装置具有至少一个驱动单元，该驱动单元由一个引导螺旋桨轴的万向轴套和一个由电子控制装置控制的平衡促动器和控制促动器组成，其中万向轴套绕一个在船尾板上安装的铰接点竖直地在平衡范围内能转动一个平衡角度并且水平地在一最大的控制角度内能转动一个控制角度，并且在铰接点中螺旋桨轴与一传动链铰链连接，并且表面驱动装置在至少两个不同的行驶范围内运行；其特征在于，在一个自动的工作方式中，在至少一个被调节的行驶范围内在检测预定的调节参数的数值情况下自动地在一封闭的控制回路中调节平衡角度的调节，并且在至少一个被控制的行驶范围内在检测预定的控制参数的数值的情况下自动地以一为该行驶范围规定的工作方式控制平衡角度的调节。

船舶的表面驱动装置包括至少一个驱动单元，在所述驱动单元中包括螺旋桨的螺旋桨轴在一万向轴套中导向。万向轴套在铰接点中可转动地固定在船舶的尾部并且螺旋桨轴在铰接点铰链连接于驱动轴。驱动轴或直接地由一在船舶的船体的内部设置的马达驱动，或连接于一在马达后面连接的传动装置的输出轴。万向轴套并从而螺旋桨轴在一平行于船舶的纵轴线的垂直平面内的转动被称为平衡，其中由一上平衡限和一下平衡限限定平衡角度作为转动的尺度。利用平衡运动调节螺旋桨的浸水深度。利用万向轴套在水平平面内的转动，控制船舶的行驶方向，其中用于该转动的尺度是控制角度，其在一左边的最大的控制角度和一右边的最大的控制角度之间运动。为了在两平面内实施转动运动，由一平衡促动器和一控制促动器操纵万向轴套。其中它们又由一电子控制装置来控制。表面驱动装置在至少两个不同的行驶范围内操作，使得在至少一个行驶范围内自动地在一封闭的控制回路中在检测预定的调节参数的情况下调节平衡角度的调节。在至少另一行驶范围内在检测预定的控制参数的情况下自动地以一为该行驶范围规定的方式控制平衡角度。平衡角度的自动的改变以下称为自动的平衡，按照行驶范围不同的方式和方法称为平衡方式。

自动的平衡的优点特别是对每个情况的最好的平衡角度的调节，从而按照要求能够利用最好的推力或有利的效率行驶以及减轻船驾驶员的负担。

在一可能的实施形式中，通过一转速上限和一转速下限或一关于船舶的速度限与其成正比关系的速度限确定各行驶范围。各转速极限或各速度限在电子控制装置中编程序。

在各行驶范围的变换时在方法的有利的方案中涉及的平衡方式自动地转到相应的转速极限或速度限。

在方案中从在电子控制装置中存放的数值表格或特性曲线取出根据转速或速度调节的平衡角度，其中内插中间值。另一方案用于至少一个行驶范围是转速或速度的检测，借此在电子控制装置中借助于一在那里存储的函数算出相应的平衡角度。

此外，在手工的数据输入上例如在一操纵台上新输入的和所要求的转速只被认为是一这样的转速，当其超出一滞后范围时，该滞后范围根据操作引起的转速波动确定。

在本发明的实施形式中驱动装置的全部转速，只要不出现转差，就相互成正比关系。在一传动链中使用一分级传动装置的特别情况下，能够利用传动级的识别算出与马达转速成正比的驱动转速或螺旋桨转速。

在本发明的特别的实施形式中，在至少一个行驶范围内，在向较快的行驶范围加速行驶时的变换比在较快的行驶范围到较慢的行驶范围的减速行驶时的变换以较高的转速极限或速度极限进行。由螺旋桨轴的转速或与其处于正比的马达转速算出或借助于测量装置检测速度，其在方法中作为一重要的参数，其中测量装置例如能够是一超声波传感器、一雷达系统、一全制动测管或一卫生支持的和/或无线电支持的导航或位置的识别系统。

在一有利的实施形式中，除了所述至少一个被控制的行驶范围和至少一个被调节的行驶范围外设置一慢速行驶范围用于慢速行驶例如开始操纵。该慢速行驶范围从一通过马达的空转转速产生的第一转速极限，一直延伸到一第二转速极限。在该行驶范围内自动的平衡是未激活的，但这与一手工的工作方式不是意义相同的，因为虽然由船驾驶员可手工任意改变平衡角度而在平衡促动器中没有电子控制装置干预，但在超过第二转速极限并从而离开慢速行驶范围时由在背后运行的自动的平衡自动地激活用于第二行驶范围的自动的控制方式。

在另一实施形式中，表面驱动装置在四个行驶范围内运行，其中随着在慢速行驶范围内转速的提高从第二转速极限起接着一第二行驶范围，从一第三转速极限起接着一第三行驶范围并且从一第四转速极限起接着一第四行驶范围。在第二行驶范围和第三行驶范围内受控制地实现自动的平衡。在第四行驶范围内自动地在一封闭的控制回路中调节平衡角度，在该第四行驶范围内驱动装置达到一确定的最高的转速或船舶达到其最高的速度。

在另一方案中，在一平衡上限与一平衡下限之间的平衡范围内改变平衡角度，该平衡上限规定螺旋桨达到其最大最高的位置的、万向轴套的角度，其中平衡下限规定螺旋桨占据其可达到的最低的位置的、万向轴套的角度。在其中间具有一确定的中间的位置，其不必是各平衡限的数学的平均值。

在本发明的另一实施形式中，在随着升高的转速或速度发生的从慢速行驶范围向第二行驶范围的过渡时从平衡角度在前行的行驶范围内占有的任意位置自动地向平衡范围的平衡下限调节平衡角度。

此外在转速或速度降低时从第三行驶范围向第二行驶范围的过渡时同样发生平衡角向平衡下限那边的调节。

在从第二行驶范围到达第三行驶范围时在一方案中平衡角度从平衡下限进入确定的中间的位置。

如果转速或速度下降并且第四行驶范围转入第三行驶范围，则在一方案中平衡角度从由其在第四行驶范围内已调节的位置移到第三行驶范围的中间的位置。

在一有利的实施形式中，特别在第三行驶范围内，在该行驶范围内船舶处于滑移状态，有可能由船驾驶员在一在电子控制装置中预调的校正范围内从中间位置出发手工改变平衡角度。借此一对外部的影响例如波浪的适应是可能的。自动的平衡控制在这种情况下类似如在慢速行驶范围内在背后仍然是激活的并且在超过一第三转速极限时自动地变换自动的平衡方式。

如果在第三行驶范围内超过所说的校正范围，则在本发明的一有利的进一步构成中自动的平衡控制切换到一第一备用工作方式并且仅仅能够手工调节平衡角度。

可选地，自动的工作方式的结束通过船驾驶员是可能的，例如借助于一个平衡的开关。

在另一方案中，为了返回自动的平衡控制需要手工的复位，例如借助于一复位开关。

在通过转速或船舶的速度的提高从第三行驶范围向第四行驶范围过渡时有利地首先保持在第三行驶范围内调准的平衡角度。此外，在从第三范围向第四范围的过渡时在一封闭的控制回路内自动地从平衡角度的控制向平衡角度的调节变换，在第四范围内船舶达到其最高速度并且各马达满载运转。在这种情况下改变平衡角度，使达到一确定的最高转速或最高的速度。

在特别的实施形式中，在一船舶上设置至少两个驱动单元。在这种情况下每一驱动单元由一自己的马达驱动。

在可能的实施形式中，在按照一编程序的数值表格或函数控制平衡角度的各行驶范围内，在电子控制装置中算出全部驱动单元的转速的平均值并且作为转速信号检测该平均值。同样在受控的各行驶范围内同步调节全部驱动单元的平衡角度，亦即各平衡角度全部在数值和方向上是相同的。

在第四行驶范围内，在其中各驱动马达在最高马达转速下满载运转并且船舶达到其最高速度，在按照本发明的方法的进一步构成中在多个驱动单元时在一封闭的控制回路中彼此独立地调节各个驱动单元的平衡角度，为此各驱动单元的转速达到一确定的转速。同时有利地，多个驱动单元的转速之间的偏差不应超过一确定的误差限。

作为对此的替代，通过各平衡角度的改变将船舶的速度调节到其最大值。

在另一方案中，由电子控制装置与平衡的自动的工作方式无关随着渐升的转速或速度减小驱动单元的最大可能的控制角度，亦即减小万向轴套的最大可能的侧面的偏转，用以控制船舶。这在一可能的方案中按一数值表格实现，在该数值表格中为一规定的转速配置相关的控制角度，或在另一实施形式中按照转速或速度的函数来实现。通过最大可调的控制角度随着渐升的速度或转速的减小，避免在转弯行驶时的不稳定的行驶状态，在高速和由大的控制角度引起的很小的转弯半径时尤其如此。

在依赖于转速或速度的可变的最大的可调的控制角度以下，其即使在手工的平衡时也不可能超过，在一方案中在达到最高速度的第四行驶范围内在电子控制装置中附加规定一第一极限控制角度，在其超过时电子控制装置切换到一第二备用工作方式并且必须手工实施平衡这么长时间直到重新低于第二极限控制角度并从而重新激活自动的工作方式。

对于通过控制角度的自动的限制影响自动的平衡的另一原因，特别是在包括至少两个驱动单元的表面驱动装置中，是船舶在高速和由于控制角度的增大而产生的很小的转弯半径时渐大的倾斜位置。从规定的倾斜位置起例如在第四行驶范围内在一封闭的控制回路中内调节平衡角度的自动的平衡不再向下调节万向轴套并从而不再向下调节转弯外部的驱动单元的螺旋桨的位置，从而在转弯内部的螺旋桨深浸入水中的过程中转弯外部的螺旋桨凸出于水。控制角度的自动的限制在一方案中避免这种行驶状态或在超过第一极限控制角度时允许以第二备用工作方式手工校正平衡角度。

在用于船舶的方法的另一实施形式中，其在船尾板的两侧分别具有至少一个平衡活板，其中它们关于相对船舶的横轴线的平衡线绕一平衡角度可转动地支承在船尾板上。按照行驶范围以为此设置的方式操纵各平衡活板，其中由电子控制装置控制各平衡活板的运动，如同驱动单元的运动并且使两侧的平衡活板在方向和平衡活板角度上同步活动。这意味着在自动的工作方式中左边的和右边的平衡活板角度始终是相同的。经由各平衡活板促动器例如液压缸进行各平衡活板的操纵。当使各活板运动时，这总是沿驱动单元的平衡角度的方向实现。

优选地，在全部的行驶范围内自动地控制各平衡活板的操纵，在慢速行驶范围内手工实现各平衡活板的调节。

在第二行驶范围内，在其中在一加速过程中必须抬高船舶的尾部，以便到达滑移状态，其作为第三行驶范围的特征，在另一实施形式中各平衡活板支持驱动单元的平衡运动。各平衡活板角度按照驱动单元的平衡角度采用其下端值。

在第三行驶范围内在一方案中各平衡活板角度同驱动单元的平衡角度一样占有一中间的位置，但在一预调的校正范围内能够手工沿相同的方向加以调节。在这种情况下由一平衡活板校正上限和一平衡活板校正下限限定该校正范围。

在从第三行驶范围向第四行驶范围过渡时在另一按照本发明的实施形式中各平衡活板角度保持在最后的数值上，其在第三行驶范围内已占有该数值并且不同于驱动单元的平衡角度并不调节。在第四行驶范围内，在该第四行驶范围内为了达到最高的转速或最高的速度，在一封闭的控制回路中调节平衡角度，有可能如在第三行驶范围内在预调的校正范围内手工调节各平衡活板角度。

在平衡活板角度超过预调的校正范围的手工校正时任选不仅在第三行驶范围内而且在第四行驶范围内电子控制装置切换到第一备用工作方式，其中仅仅能够手工改变平衡角度和平衡活板角度。

在一方案中能够手工例如通过操纵一平衡活板的开关断开自动的平衡活板控制，从而能够手工操纵各平衡活板。

驱动单元的平衡角度或包括在其支承的螺旋桨轴的万向轴套直到平衡范围的下限的调节特别在第二行驶范围内也能够以如同自动工作方式地进行手工操作。在这种情况下具有与水底相撞的可能性并从而具有损坏螺旋桨或螺旋桨轴以及万向轴套的可能性。在特别的实施形式中，为了防止与水底相撞在至少所述两个行驶范围内利用一测量装置检测从在船舶上的确定的固定点直到水底的第一垂直的距离并且在电子控制装置中与一个由当前的平衡角度算出的螺旋桨的最低点到固定点的第二垂直的距离相比较。如果在平衡角度的向下调节时面临第二距离、必要时包括安全系数超出第一距离的危险，则自动地向下限制平衡角度并且能够使驱动单元或螺旋桨不再向下运动。

在上述的实施形式的方案中，在任一行驶范围内行驶的过程中水深的减小和一由此第二垂直的距离可能超出第一垂直的距离时自动地减小平衡角度。

附图说明

附图中示出本发明的一个实施例并且以下更详细描述之。其中：

图1：包括表面驱动装置的船舶的示意的侧视图，

图2：包括表面驱动装置的船舶的示意的俯视图，

图3：用于自动地变换平衡角度的流程图，

图4：平衡角度关于转速的变化的简图，

图5：平衡活板角度关于转速的变化的简图，

图6；在包括表面驱动装置的船舶中测量到水底的垂直距离的示意图。

具体实施方式

图1和2示出一包括一表面驱动装置的船舶100。该表面驱动装置的驱动单元140在尾部侧设置在船舶的船体101上并且连接于船尾板104。驱动单元140包括万向轴套105，其具有螺旋桨轴106和螺旋桨107以及控制促动器108、109和平衡促动器110。在万向轴套105在中央可旋转支承螺旋桨轴106，在其尾端固定螺旋桨107。在铰接点111中万向轴套105与船尾板104和螺旋桨轴106与从马达102开始的传动链125相连接并可转动地支承。传动链125包括一传动装置103。转速n例如由一转速传感器123对一槽盘124测量，由电子控制装置130检测其信号。在水平平面内的转动运动(也称为控制运动)由包括两个液压操纵的油108和109的控制促动器产生。在垂直平面内的转动运动(也称为平衡运动)由包括液压操纵的平衡110的平衡促动器产生。两个运动由电子控制装置130启动，其经由一中心的液压装置132控制所述控制促动器和平衡促动器。在一最大的可调的控制角度σ_L内实现控制运动，σ_L从水平平面的纵轴线190开始向外测量，如由图2显而易见的。用于驱动单元140的控制运动的尺度是控制角度σ，其从纵轴线190°开始作为中立的控制角度σ_0＝0°向外测量。用于驱动单元140的平衡运动的尺度是平衡角度τ。在称为平衡范围τ_N的通过一平衡上限τ_P和一平衡下限τ_N限定的角度内实现平衡运动。在侧视图中通过对船尾板104的垂直线提供中立的平衡位置τ_0，其用τ_0＝0°确定。另外为了船舶100的平衡，在右边和左边在船尾板104上安装两个平衡活板114和115，它们由各一个平衡活板缸116和117操纵。同样由电子控制装置130经由中心的液压装置132实现平衡活板缸116和117的控制。以自动的工作方式相互同步调节平衡活板114和115，从而各平衡活板角度在右边和左边总是相同的并且用共同的平衡活板角度γ表示。在这种情况下，由一平衡活板上限角度γ_P和一平衡活板下限角度γ_N限定平衡活板114和115的运动。中立的位置γ_0处在它们之间，如同就平衡角度τ而言通过对船尾板104的垂直线给出该中立的位置γ_0。利用各一个在平衡活板缸116和117中设置的位移传感器120和121测量平衡活板运动并且在电子控制装置130中检测，或例如全部测得的数值显示在操纵台131上。

图3中借助一流程图示出平衡方式根据用作为速度的尺度的转速n并从而根据行驶范围的自动变换。传动链125的全部转速由于传动装置103的固定的传动级彼此处于正比的关系，从而考虑到测量点马达、传动装置或螺旋桨轴在电子控制装置130中检测转速n。作为转速测量装置采用例如一转速传感器123与一槽盘124或来自一马达控制的信息。在慢速行驶范围S1内在加速行驶时转数n从通过马达的空转转速产生的开始转速n_11升高。在慢速行驶范围S1内例如操纵船舶，如这在开始和启航行驶时是必需的。在电子控制装置130中将当前的转速n与一在电子控制装置130中编程序的来自一存储的数值表格或曲线函数的转速极限n_12相比较。如果当前的转速n的数值大于转速极限n_12的数值，则自动的平衡控制转入一第二行驶范围S2并确定为行驶范围S2在数值表格中配置的当前的平衡角度τ，其然后作为输出信号离开电子控制装置130通向中心的液压装置132，其操纵包括平衡缸110和其行程传感器112的平衡促动器180并且按要求的平衡角度τ调节驱动单元140。第二行驶范围S2在一加速行驶时只是一短时的行驶范围，在其中平衡能够过渡到一第三行驶范围S3。如果转速在行驶范围S2内重新低于n_12，则自动的平衡控制返回到慢速行驶范围S1。在行驶范围S2内一转速升高和超过一转速极限n_23时在电子控制装置130中启动用于第三行驶范围S3的工作方式。S3是具有表面驱动装置的船舶的主行驶范围，其中在这里也例如达到马达102或螺旋桨104的最高效率。如果在行驶范围S3内重新降低转速n并且低于一转速极限n_32，其低于n_23，则自动的平衡返回到用于行驶范围S2的方式。如果在另一加速时在行驶范围S3内超过一转速极限n_34，则在电子控制装置130中启动用于第四行驶范围S4的方式。S4是马达满载运转达到其最高的转速n_40并且船舶100达到其最高速度的行驶范围。如果转速n下降低于n_34，则按照用于第三行驶范围S3的方式调节平衡角度τ。

图4中的简图示出平衡角度τ关于转速n或关于与转速n成正比的速度v的变化。在慢速行驶范围S1内，其从空转转速n_11开始，由船驾驶员在平衡上限τ_P与平衡下限τ_N之间可自由选择平衡角度τ，如可选择的平衡角度示于点A或点A′中。自动的平衡在该行驶范围内是未激活的，亦即不自动地控制或调节平衡角度τ，但这与手工的工作方式不是意义相同的，因为电子控制装置130在背后检测转速n或速度v，并且在超过向上限定慢速行驶范围S1的转速极限n_12时通过在电子控制装置130检测测得的转速n并紧接着从一存储的数值表格中确定所属的平衡角度τ起动用于第二行驶范围S2的平衡角度τ的自动控制的调节。在仅仅用作为在慢速行驶范围S1与第三行驶范围S3之间的过渡范围的第二行驶范围S2内，其转入通过第三行驶范围S3描述的滑移阶段，为了船舶100的尾侧的抬高，需要在到达点C的平衡下限τ_N调节平衡角度τ。由于有限的动力能够不跳跃式地而只以时间上的梯度实现该调节，因此从点B开始以具有一最大梯度的有限的调节速度落在平衡下限τ_N的数值上。在那里驱动单元140在渐增的行驶中一直保持到在电子控制装置130中考虑到梯度的情况下直到算出接近第三行驶范围S3为止。在点D开始调节平衡角度τ，而使在超过转速极限n_23时驱动单元140已到达平衡角度的中间的位置τ_0，其例如用τ_0＝0°确定。在第三行驶范围S3内，从点E起，在主要的时间内操作船舶100，能够由船驾驶员在校正范围τ_30内手工校正平衡角度τ，以便使平衡角度τ适应于海面状况。校正范围τ_30的处于上面的范围的校正上限τ_31和处于负范围的校正下限τ_32存储于电子控制装置130中。这样，总平衡范围τ_G＝τ_P-τ_N，例如15°，其中平衡上限τ_P为+7°和平衡下限τ-N为-8°。通过对船尾板104的垂直线给出平衡角度的中间的位置τ-0＝0°。校正范围τ_30延伸例如4°，其对称于中间的位置τ-0＝0°，其分成对在S3中的平衡的校正上限τ_31＝+2°和对在S3中的平衡的校正下限τ_32＝-2°。例如在波浪起伏的海面中，对于行驶范围S3中的平衡由船驾驶员在负范围内向校正下限τ_32的方向校正平衡角度τ(见点G)。如果在平衡角度τ的手工校正时超过校正范围(点G′)，则平衡控制切换到一第一备用工作方式并离开自动的工作方式，从而更加可手工调节平衡角度τ。此外，在警报状况和系统故障时电子控制装置切换到第一备用工作方式。警报状况是例如在一液压装置中过高的油温或过低的油位。所谓系统故障应该理解为例如过低的供电电压线或在CANBUS连接中的故障。

自动的工作方式的返回只通过手工复位、例如操纵一复位开关才是可能的，由此平衡角度τ重新占有中间的位置τ_N＝0°。在第三行驶范围S3内转速下降(线E-J)时第二行驶时间S2的自动的工作方式只从转速n_32起才有效(线E-J-K)，n_32小于转速n_23。通过这样的滞后作用避免工作方式在过渡范围内的不断的变换。

如果在第三行驶范围S3内转速升高时超过极限速度n-34，则平衡角度τ首先保持最后在第三行驶范围S3内调准的数值(点F或H)并且随着用于第四行驶范围S4的工作方式的起动在一封闭的控制回路中改变平衡角度τ，使其达到一最高的转速n_40或最大的速度v_max(点I)。在多个驱动单元140的设置中，它们分别由一自己的马达102经由一自己的传动链125驱动，彼此独立地调节各平衡角度τ以便达到最高的转速n_40，其中将各个驱动单元140的转速调节成使它们共同处于一例如10l/min的狭窄的公差范围内。如果驾驶员试图手工调节平衡角度τ，则起动第一备用工作方式。除了平衡角度的自动的调节外，为了避免在转弯行驶时的临界的状态，最大的可调的控制角度σ_L＝f(n，v)关于转速n或速度v的自动的渐增的限制是可能的，在简图的纵坐标上除平衡角度τ外标出控制角度σ，点划线说明最大的可调的控制角度σL关于转速n或速度v的可能的变化。最大的可调的控制角度σ_L在慢速行驶范围S1内仍然达到其最高值并且从行驶范围S2起按照一在电子控制装置中存放的函数或数值表格减小，在数值内能够内插。超过最大的可调的控制角度σ_L即使在断开的自动的平衡时或以第一备用工作方式也是不可能的。在第四行程范围S4内，最大的可调的控制角度σ_L由于高的转速或速度是最小的，在第四行程范围S4内第一极限控制角度σ_41处在最大的可调的控制角度σ_L以下。超过第一极限控制角度σ_41首先为船驾驶员释放一光信号和/或声信号，在控制角度σ继续增大时电子控制装置切换到第二备用工作方式，在第二备用工作方式中断开平衡角度τ的自动的调节并且必须重新这么长时间地手工实施其平衡，直到控制角度σ减到使其重新小于第二极限控制角度σ_42。两个极限控制角度σ_41和σ_42能够是相同的。为了避免不断地来回转换，人们设立一滞后作用并且选择第一极限控制角度σ_41用于其超过较大的如第二极限控制角度σ_42，在其超过时平衡角度τ的自动的调节在第四行驶范围S4内重新被激活。在描述的实例中，在第四行驶范围S4内的极限控制角度σ_41和σ_40由于其短时间是常数，同样最大的可能的控制角度σ_L也是常数。当然也可设想根据转速n或速度的可变的变化曲线。

图5中示出一包括平衡活板角度γ_L和γ_R的变化曲线的简图，其中纵坐标由于各平衡活板以自动的工作方式的同步的调节标有共同的平衡活板角度。能够最大在平衡活板角度上限γ_P与平衡下限γ_N之间改变平衡活板角度。在横坐标上标出转速n或与转速n成正比关系的速度v。类似于图4中的平衡角度τ在慢速行驶范围S1内(点R-S或R′-S′)从开始转速n_11起在上限γ_P与平衡活板角度下限γ_N之间可手工自由调节平衡活板角度γ。在从转速极限n_12开始的行驶范围S2内，将平衡活板角度γ按照平衡角度τ由自动的控制向平衡活板下限γN调节(S-T或S′-T′)。在点U随着接近于行驶范围S3同样类似于平衡角度τ向中间的平衡活板位置γ_0开始平衡活板角度γ的调节，例如用-γ0＝0°的数值确定γ_0并且在点v达到转速极限n_23。在整个的第三行驶范围S3内和从转速极限n_34开始的第四行驶范围S4(V-Z)内，平衡活板角度γ保持在中间的平衡活板位置γ_0，不过其中在第三行驶范围S3内的一校正范围γ_30内和在第四行驶范围S4内的一校正范围γ_40内手工的校正是可能的。校正上限γ_31或γ_41或校正下限γ_32或γ_42的超过通过在第三和第四行驶范围S3和S4内平衡活板角度γ的手工的调节导入第一备用工作方式。由此不仅在第三行驶范围S3而且在第四行驶范围S4内结束自动的平衡的相应的工作方式并且必须手工实施平衡角度τ和平衡活板角度γ的调节。自动的工作方式的返回只通过复位、例如操纵复位开关310才是可能的，因此不仅平衡活板角度γ而且平衡角度τ重新占有中间的位置γ_0＝0°。中间的平衡活板位置γ_0和驱动位置τ_0分别由垂直于船尾板104的直线确定，从而驱动单元(140)和平衡活板(114、115)的两中间的位置是相同的。相反各终端位置是不同的。这样，平衡活板角度上限γ_P例如为+5°，并且平衡活板角度下限γ_N＝-15°。沿点V-W-X的直线示出平衡活板角度γ在校正范围γ-30的手工调节。在从行驶范围S3向行驶范围S4过渡时平衡活板角度γ的数值保持不变。从点X向点Y例如在第四行驶范围S4内减小下方的平衡活板角度γ并且直到转速n_40保持不变。在行驶范围S2、S3和S4内控制平衡活板角度γ，不进行调节。

图6示出在螺旋桨107的下面的外径403与水底402之间的距离测量，所述外径构成驱动单元140的最低点。由一在船舶100的船体101上固定的距离传感器401测量从在该实例中船体101的最低点到水底402的垂直距离410。在电子控制装置130中例如由用在平衡缸110内设置的平衡缸行程传感器112直接测量的平衡角度τ算出螺旋桨107的下面的外径403到铰链111的中心的垂直距离411。利用已知的从111的中心到距离传感器401的高度的垂直距离412算出从船体101的最低点直到螺旋桨107的最低点的垂直距离413，该距离传感器401在图中安装在船体101的最低点上。如果垂直距离413大于垂直距离410，则螺旋桨107与水底402相撞。由于该原因持续地测量或算出垂直距离410和413并在电子控制装置130中相互比较。在垂直距离413接近垂直距离410时通过平衡角度τ的自动的或手工的调节移动平衡下限τ_N，而使排除与水底的相撞。此外，还能够考虑一垂直的安全距离414。如果在行驶过程中水深减小并从而垂直距离410减小，则在螺旋桨107与水底402预计的相撞时向平衡上限τ_P的方向改变平衡角度τ。

附图标记清单

100  船舶

101  船体

102  驱动马达

103  传动装置

104  船尾板

105  万向轴套

106  螺旋桨轴

107  螺旋桨

108  右边的控制缸

109  左边的控制缸

110  平衡缸

111  铰接点

112  平衡缸的行程传感器

113  平衡缸的行程传感器

114  右边的平衡活板

115  左边的平衡活板

116  右边的平衡活板缸

117  左边的平衡活板缸

120  右边的平衡活板传感器

121  左边的平衡活板传感器

123  螺旋桨轴的转速传感器

124  槽盘

125  传动链

130  电子控制装置

131  操纵台

132  中心的液压装置

140  驱动单元

190  纵轴线

200  螺旋桨转速

201  速度

202  速度测量装置

401  距离传感器

402  水底

403  螺旋桨107的外径的最低点

410  401与402之间的垂直距离

411  111与403之间的垂直距离

412  111与401间的垂直距离

413  401与403之间的垂直距离(差距411-412)

414  403与402之间的垂直安全距离

S1   第一行驶范围

S2   第二行驶范围

S3   第三行驶范围

S4   第四行驶范围

n_11 S1的开始转速

n_12 从S1向S2的转速极限

n_23 从S2向S3的转速极限

n_32 从S3向S2的转速极限(减速时)

n_34 从S3向S4的转速极限

n_40 S4的最高转速

v    船舶的速度

γ   共同的平衡活板角度

γ_R 右边的平衡活板角度

γ_L 左边的平衡活板角度

γ_P 平衡活板上限角度

γ_N 平衡活板下限角度

γ_0 平衡活板角度的中间的位置

γ_30  S3中的平衡活板校正范围

γ_30  S3中平衡活板校正上限

γ_31  S3中平衡活板校正下限

γ_32  S3中平衡活板校正范围

γ_40  S4中平衡活板校正上限

γ_41  S4中平衡活板校正下限

σ     控制角度

σ_L   左边和右边的最大的可调的控制角度，f(n)

σ_0   控制角度的中立位置

σ_41  在行驶范围S4的极限控制角度(高)

σ_42  在行驶范围S4内的极限控制角度(低)

τ     平衡角度

τ_P   平衡上限

τ_N   平衡下限

τ_0   平衡角度的中间的位置

τ_G   平衡范围

τ_30  用于在S3中平衡的校正范围

τ_31  用于在S3中平衡的校正上限

τ_32  用于在S3中平衡的校正下限

Claims (24)

1.用于控制船舶(100)的表面驱动装置的方法，该表面驱动装置具有至少一个驱动单元(140)，该驱动单元由一个引导螺旋桨轴(106)的万向轴套(105)和一个由电子控制装置(130)控制的平衡促动器(180)和控制促动器(181)组成，其中万向轴套(105)绕一个在船尾板(104)上安装的铰接点(111)竖直地在平衡范围(τ_G)内能转动一个平衡角度(τ)并且水平地在一最大的控制角度(σ_L)内能转动一个控制角度(σ)，并且在铰接点(111)中螺旋桨轴(106)与一传动链(125)铰链连接，并且表面驱动装置在至少两个不同的行驶范围内运行；其特征在于，在一个自动的工作方式中，在至少一个被调节的行驶范围内在检测预定的调节参数的数值情况下自动地在一封闭的控制回路中调节平衡角度(τ)的调节，并且在至少一个被控制的行驶范围内在检测预定的控制参数的数值的情况下自动地以一为该行驶范围规定的工作方式控制平衡角度的调节，各行驶范围分别通过一转速上限和一转速下限或通过船舶(100)的速度上限和速度下限确定，其中转速(n)涉及一马达(102)、传动链(125)或螺旋桨轴(106)的转速。

2.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在各行驶范围的变换时自动地变换相应的工作方式。

3.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在一个被控制的行驶范围内从存放在电子控制装置(130)中的数值表格取出根据转速(n)或速度(ν)待调节的平衡角度(τ)，其中内插中间值，或由一存储的函数算出平衡角度(τ)。

4.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在至少一个行驶范围内，在向较快的行驶范围加速行驶时的变换比在较快的行驶范围到较慢的行驶范围的减速行驶时的变换以较高的转速极限或速度极限进行。

5.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，除了所述至少一个被控制的行驶范围和所述至少一个被调节的行驶范围外，从一第一转速极限(n_11)起设置一个用于慢速行驶的慢速行驶范围(S1)，在该慢速行驶范围内自动的平衡是未激活的，从而由船驾驶员在平衡范围(τ_G)内手工任意调节平衡角度(τ)，并且自动的平衡只在离开慢速行驶范围(S1)时才被激活。

6.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，表面驱动装置在四个行驶范围内运行，其中随着转速(n)在慢速行驶范围(S1)内的提高从一第二转速极限(n_12)起接着一第二行驶范围(S2)，从一第三转速极限(n_23)起接着一第三行驶范围(S3)并且从一第四转速极限(n_34)起接着一第四行驶范围(S4)，其中在第二行驶范围(S2)和第三行驶范围(S3)内受控制地进行自动的平衡，并且在第四行驶范围(S4)内在一调节中实现自动的平衡，在该第四行驶范围内达到最高的转速(n_40)或船舶的最高的速度(ν_40)。

7.按照权利要求6所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第二行驶范围(S2)内，平衡角度(τ)自动地调节到平衡范围(τ_G)的一平衡下限(τ_N)。

8.按照权利要求6所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第三行驶范围(S3)内，平衡角度(τ)自动地占有一中间的位置(τ_0)。

9.按照权利要求8所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，在第三行驶范围(S3)内，在一在电子控制装置(130)中确定的校正范围(τ-30)内船驾驶员能够手工改变平衡角度(τ)，使其适应于水面上的状况，其中自动的工作方式仍然是被激活的。

10.按照权利要求9所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第三行驶范围(S3)内，在超过用于平衡的一校正上限(τ_31)或低于一校正下限(τ_32)时电子控制装置(130)转换到一第一备用工作方式并且结束自动的工作方式，从而船驾驶员仅仅还能够手工改变表面驱动装置的平衡角度(τ)。

11.按照权利要求10所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，从第一备用工作方式只通过一手工的复位才能够返回到自动的工作方式。

12.按照权利要求9所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第四行驶范围(S4)内，在一封闭的控制回路中自动地调节平衡角度(τ)，以便达到确定的最高转速(n_40)或船舶的最高速度(ν_40)。

13.按照权利要求1至12之一项所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，所述表面驱动装置包括至少两个驱动单元(140)，在慢速行驶范围(S1)、第二行驶范围(S2)和第三行驶范围(S3)内，使各个驱动单元(140)的平衡角度(τ)同步运动并且各个驱动单元(140)的转速的平均值用作为转速信号。

14.按照权利要求13所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第四行驶范围(S4)内，在一封闭的控制回路中自动地彼此独立地调节各个驱动单元(140)的平衡角度(τ)，使每一驱动单元(140)本身达到规定的最高转速(n_40)和/或达到船舶(100)的最高速度(ν_40)。

15.按照权利要求1所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，与自动平衡无关地，一最大可能的控制角度(σ_L)作为转速(n)或速度(ν)的函数随着增大的转速(n)而变小，以便由于安全原因避免在高的速度(ν)和大的控制角度(σ)时不稳定的行驶状态。

16.按照权利要求12所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第四行驶范围(S4)内，在超过在电子控制装置(130)中确定的第一极限控制角度(σ_41)时，平衡调节离开其自动的工作方式并且切换到一第二备用工作方式，所述第一极限控制角度小于在该转速(n)或速度(ν)时最大可能的控制角度(σ_L)，在所述第二备用工作方式中必须手工进行平衡角度(τ)的调节，直到重新低于第一极限控制角度(σ_41)并且离开第二备用工作方式，因此平衡角度(τ)的自动的调节重新起作用。

17.按照权利要求16所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在上限时的第一极限控制角度(σ_41)大于一个在下限时的第二极限控制角度(σ_42)。

18.按照权利要求1至12之一项所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，该表面驱动装置在船尾板(104)的左侧和右侧具有至少各一个平衡活板(114、115)，为了支持驱动单元(140)，两个平衡活板(114、115)以自动的工作方式在一平衡活板上限角度(γ_P)和一平衡活板下限角度(γ_N)内同步调节一个相同的平衡活板角度(γ)。

19.按照权利要求18所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第二行驶范围(S2)内，使平衡活板(114、15)类似于驱动单元(140)受控制地调节到其平衡活板下限角度(γ_N)上。

20.按照权利要求19所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第三行驶范围(S3)内，将平衡活板(114、115)类似于驱动单元(140)控制地调节到其中间的位置(γ_0)。

21.按照权利要求20所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在第三行驶范围(S3)内，平衡活板角度(γ)的手工校正能够类似于驱动单元(140)的平衡角度(τ)的手工校正在一个预设定的平衡活板校正范围(γ_30)内沿与平衡角度(τ)的校正的相同方向进行，并且超过一平衡活板校正上限(γ_30)或低于一平衡活板校正下限(γ_32)切换到第一备用工作方式。

22.按照权利要求21所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在从第三行驶范围(S3)向第四行驶范围(S4)过渡时，平衡活板角度(γ)保持在最后的数值上，所述最后的数值是在第三行驶范围(S3)内的数值，并且在第四行驶范围(S4)内，在一由平衡活板校正上限(γ_41)和平衡活板校正下限(γ_42)限定的预设定的平衡校正范围(γ_40)内可手工调节平衡活板角度(γ)，其中在离开平衡活板校正范围(γ_40)时电子控制装置(130)切换到第一备用工作方式并从而取消平衡角度(τ)的自动调节。

23.按照权利要求1至12之一项所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在万向轴套(105)下降和因此可能与水底(402)相撞时，为了保护螺旋桨(107)，从一在船舶(100)上设置的距离传感器(401)直到水底(402)的第一垂直距离(410)借助于距离传感器(401)测量，并且在电子控制装置(130)中与一第二垂直距离(413)相比较，该第二垂直距离从驱动单元在螺旋桨(107)的外径上的最低点(403)开始测量到距离传感器的垂直位置，所述最低点的位置由所计划的平衡角度(τ)算出，其中当由于驱动单元的所期望的指向下方的偏转(431)可能超过第一垂直距离(410)时，相应地向上移动平衡下限(τ-N)，该平衡下限向下限定平衡角度(τ)。

24.按照权利要求23所述的用于控制船舶的表面驱动装置的方法，其特征在于，在驱动单元(140)与水底(402)预计相撞时，在行驶过程中自动地朝平衡上限(τ_P)的方向减小平衡角度(τ)的数值。

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