CN112105554B

CN112105554B - 用于水上船舶的操纵杆装置

Info

Publication number: CN112105554B
Application number: CN201880093188.5A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·邦德森; 卡塔琳娜·哈玛; 安德斯·索林
Original assignee: Volvo Penta AB
Current assignee: Volvo Penta AB
Priority date: 2018-05-11
Filing date: 2018-05-11
Publication date: 2022-11-15
Anticipated expiration: 2038-05-11
Also published as: CN112105554A; US20210070414A1; WO2019214829A1; US11820481B2; EP3790796A1

Abstract

本公开总体上涉及一种操纵杆装置(100)，该操纵杆装置是可操作的，以提供用于控制水上船舶(300)的速度命令、方向命令和转向命令。本公开还涉及一种船舶推进控制系统，其控制由水上船舶(300)的船体承载的一组推进单元(308，310，312和314)，其中，所述船舶推进控制系统适于接收来自这种操纵杆装置(100)的输入命令。

Description

用于水上船舶的操纵杆装置

技术领域

本公开总体上涉及一种操纵杆装置，该操纵杆装置是可操作的，以提供用于控制水上船舶的速度命令、方向命令和转向命令。本公开还涉及一种船舶推进控制系统，其控制由水上船舶的船体承载的一组推进单元，其中，所述船舶推进控制系统适于接收来自这种操纵杆装置的输入命令。

背景技术

如今的水上船舶通常配备有多个推进单元以驱动船舶。在典型的实施方式中，水上船舶包括用于控制水上船舶方向的方向盘和用于控制推进单元的速度和方向的至少一个推力调节器。此外，例如在US9266594中，已经提出了额外使用操纵杆装置以允许水上船舶的停靠(docking)。

为了进一步简化水上船舶操作，已经提出将方向盘、推力调节器和操纵杆的功能结合到单个“船用操控操纵杆”中，如US9387916中所例示的那样。在US9387916中公开的船用操控操纵杆包括具有传感器的基座，这些传感器被布置成检测该操控操纵杆的位置。该操控操纵杆包括相对于彼此可移动地布置的第一双向控制旋钮和第二双向控制旋钮。该操控操纵杆还包括检测第一双向控制旋钮的第一位置的第一控制传感器、以及检测船尾控制旋钮的第二位置的第二控制传感器。

因此，通过US9387916，舵手可以只专注于单个用于操作水上船舶的装置。然而，US9387916中提出的解决方案因为用于实现所期望的“组合效果”(即，方向盘、推力调节器和停靠操纵杆的组合)的按钮和旋钮而显得杂乱，从而，由例如没有经验的舵手对水上船舶进行操作将会过于复杂。

因此，在适于提供上述组合效果的操纵杆方面，似乎存在进一步改进的空间，特别是着重于实现用于操作水上船舶的总体简化界面。

发明内容

根据本公开的另一方面，上述问题至少部分地通过如下一种操纵杆装置得到缓解，该操纵杆装置是可操作的，以提供用于控制水上船舶的速度命令、方向命令和转向命令，该操纵杆装置具有可移动的转向构件，该可移动的转向构件在轴线上延伸，并且适于在包括向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上从中间位置倾离(tilted)，其中，该操纵杆装置适于选择性地在第一模式和第二模式之一下操作，其中，当处于第一模式时，所述可移动的转向构件适于从所有倾斜方向自居中回到(self-centered to)中间位置，并且当处于第二模式时，所述可移动的转向构件适于从除了向前和向后方向之外的所有倾斜方向自居中回到中间位置。

根据本公开，构思是允许用于控制水上船舶的操纵杆装置的简化操作，其重点在于从例如水上船舶的停靠操作(对应于第一模式)到水上船舶的通常操作(例如“高速”操作)的、看似无缝的过渡。因此，根据本公开，操纵杆装置的功能将根据该水上船舶在何种模式下操作而改变。也就是说，在第一模式下，操纵杆将适于从所有方向自居中，因此不会像在第二模式下那样在可移动的转向构件的向前或向后方向(倾斜)上“卡住”。

本公开所带来的优点是可以简化水上船舶的整体操作，由此，基于用于处理该水上船舶的当前状况而内在地对操作进行适配。也就是说，在上述正常操作模式中，例如高速模式(第二模式)中，可以允许舵手以期望的向前或向后倾斜来布置所述可移动的转向构件，这意味着水上船舶将向前/向后移动(通常具有与所述可移动的转向构件的倾斜水平相关的速度)，即使舵手没有以所期望的倾斜主动地将其手握持在所述可移动的转向构件处。相反地，当例如停靠该水上船舶(第一模式)时，舵手将必须以所期望的倾斜(任何方向)主动操作/倾斜所述可移动的转向构件，否则，所述可移动的转向构件将自居中回到中间位置，由此在一些实施例中，由推进单元提供的推力可以被设置为零。

然而，应当理解，所述中间位置不一定会导致由推进单元提供的推力被设置为零。相反，在一些实施例中，可能的是所述中间位置涉及预定的“地理位置”，例如GPS位置，在该位置，例如舵手希望船舶应该停留不动(例如在钓鱼期间)。这样，该中间位置仍可能导致一些推进单元提供一些推力来对抗例如水流和风，使得船舶“静止不动”。

根据上述讨论，根据本公开，在一个实施例中，所述可移动的转向构件可以适于在包括向前、向后、向左和向右方向的任意方向上从中间位置倾离。这样，无论操纵杆装置是处于第一模式还是第二模式；该操纵杆都可以用于控制船舶的方向，而不仅仅是向前或向后方向。

另外，在本公开的一些实施例中，可以允许所述可移动的转向构件可围绕轴线旋转，以提供用于控制该水上船舶的旋转命令。也就是说，在这样的实施例中，操纵杆装置可以有利地用于使水上船舶“扭转”(偏航)。具体地，通过旋转/扭转所述可移动的转向构件，控制该水上船舶旋转/扭转。该扭转/旋转动作可以优选被允许以顺时针和逆时针两种方式执行，从而以对应的方式旋转/扭转该船舶。

进一步优选的是，实施所述可移动的转向构件的扭转/旋转，使得所述可移动的转向构件可以自动返回到其旋转中间位置，例如，一旦舵手放开所述可移动的转向构件，就自动返回到其旋转中间位置。这种实施方式例如可以包括用于实现该返回功能的多个弹簧中的一个。

然而，应当理解，在一些实施例中，可能优选的是当操纵杆装置处于第一模式时仅允许发生旋转/扭转。也就是说，在第二模式是上文例示的高速模式的情况下，这种偏航操作可能是不希望的，并且可能导致对推进单元以及该船舶所包括的相关控制设备的不期望的磨损。

也就是说，在一些情况下，可以在第二模式下也允许执行扭转动作(可能以稍微不同的方式实施)，用于在某些操作情况下实现船舶的旋转运动。

取决于操纵杆装置的期望的实施方式，在一些实施例中，可能希望的是，仅当所述可移动的转向构件被布置在中间位置时，才允许发生第一模式和第二模式之间的转换。也就是说，这种实施方式在例如舵手无意地在第一模式和第二模式之间切换的情况下可有效地允许非期望的操控发生。使用所提出的转换限制，可以确保在独立的模式之间转换时降低水上船舶的行驶速度。

在本公开的实施例中，所述操纵杆装置还包括电子处理电路，该电子处理电路适于接收“希望在第一模式和第二模式之间转换”的指示，并根据该指示的状态来控制用于将所述可移动的转向构件布置在第一模式或第二模式下的机械装置。这将在下文中在本公开的详细描述中进一步阐述。

在本公开的另一实施例中，可以为该操纵杆装置提供反馈装置，该反馈装置适于在所述可移动的转向构件处产生可感知的触觉效果。因此，根据例如所述可移动的转向构件的倾斜方向(例如在倾斜的末端位置)，可以向例如手握在所述可移动的转向构件上的舵手给出反馈，典型地，舵手不必观看所述可移动的转向构件来确定所述可移动的转向构件在哪个方向上倾斜。该触觉效果也可以基于例如从船舶所包括的另一控制系统接收的信息而被提供用于不同的目的(例如，在船舶将继续在当前方向上移动的情况下，用于指示即将到来的障碍物等)。

根据本公开的另一方面，提供了一种船舶推进控制系统，其控制由水上船舶的船体承载的一组推进单元，该船舶推进控制系统包括控制单元，该控制单元被配置成接收来自根据前述权利要求中的任一项所述的操纵杆装置的输入命令，并提供一组控制命令，以控制所述一组推进单元的期望的递送推力(delivered thrust)、档位选择和转向角。本公开的这一方面提供了与上文关于本公开的前一方面所讨论的类似的优点。

水上船舶又可以包括该船舶推进控制系统，该水上船舶还包括一组推进单元和如上所述的操纵杆装置。该水上船舶可以包括任意数量的推进单元，例如至少第一推进单元和第二推进单元。例如，可以包括另外的推进单元，例如船首推进器。

在以下描述和从属权利要求中，公开了本公开的另外的优点和有利特征。

附图说明

参考附图，以下是作为示例引述的本公开的实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1示意性地示出了根据本公开的操纵杆装置；

图2A和图2B提供了该操纵杆装置的操作的示意性示例，并且

图3例示了一种水上船舶，其包括用于使用图1的操纵杆装置来操作水上船舶的船舶推进控制系统。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的当前优选实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实现，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例；相反，这些实施例是为了彻底性和完整性而提供的，并且向本领域技术人员充分传达本公开的范围。贯穿全文，相同的附图标记指代相同的元件。

现在参考附图，并且特别参考图1，示意性地描绘了适于控制水上船舶的操纵杆装置100。操纵杆装置100包括可移动的转向构件102，该可移动的转向构件102在轴线上延伸并且适于在包括向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上从中间位置倾离。因此，可移动的转向构件102的倾离方向用于发出命令，以便至少用于该船舶的向前或后退波动、向左或向右摇摆移动。然而，应当理解，在一些实施例中，可移动的转向构件102可以在任何方向上(例如在向前方向和向左方向之间等)倾离/倾斜。

此外，可移动的转向构件102也可以被可旋转地操作，以便发出用于实现该船舶的偏航移动的操作指令。在一个实施例中，这是通过使该可移动的转向构件102围绕其竖直轴线A旋转来实现的。当可移动的转向构件102从中间位置改变时，检测信号被传送到控制单元104。例如，当舵手(或其它操作员)将操纵杆倾离到左边(port side)并顺时针旋转该操纵杆时，推进单元被控制为使得该船舶的船体以向左边平移的摇摆移动和顺时针旋转而移动。

另外，应该理解，倾斜的水平(可能取决于操纵杆装置100被布置在第一模式还是第二模式)可以确定所提供的用于移动该船舶的推力水平。也就是说，可移动的转向构件102的增加的倾斜对应于该船舶的移动速度的相当(comparable)的增加。这种关系可能是(但并非必须是)线性的。操纵杆装置100例如可以包括传感器(未示出)或用于检测可移动的转向构件102的位置(例如可移动的转向构件102的当前倾斜度)的其它装置。

操纵杆装置100还包括反馈装置106，该反馈装置106适于在可移动的转向构件102处产生可感知的触觉效果。例如，当可移动的转向构件102已经被尽可能远地推至“末端倾离位置”时，可以出现这种反馈。例如，还可以“刚好在”档位被接合或改变之前提供这样的反馈。

在操纵杆装置100的操作期间，进一步参考图2A和图2B，操纵杆装置100可以被控制处于第一模式或第二模式。如之前所讨论的，第一模式可以例如对应于停靠模式，在该停靠模式下，船舶旨在以低速操作以实现高可控性，其中低速模式例如是当船舶在5节以下被操作时。相反，当操纵杆装置100被布置在第二模式下时，该船船例如适于被“正常操作”，例如在与操纵杆装置100被布置在第一模式下时相比以更高的速度下操作。

参考图2A，提供了当操纵杆装置100被布置在第一模式下时、操纵杆装置100的操作的示例性图示。如上所述，当操纵杆装置100被布置在第一模式下时，可移动的转向构件102适于从所有倾斜方向自居中到中间位置200，这是操纵杆装置的正常且众所周知的操作。也就是说，例如，一旦舵手放开可移动的转向构件102，可移动的转向构件102将自动且准确地返回到其中间(中心)位置。这例如可以使用多个弹簧来实现。还如上所述，该第一模式通常用于船舶在低速(例如低于5节)下的停靠操作。

现在转到图2B，提供了当操纵杆装置100被布置在第二模式下时、操纵杆装置100的操作的示例性图示。在该第二模式中，例如，用于将可移动的转向构件102居中到中间位置200的弹簧在关于自定心功能的范围内被选择性地“停用”。因此，当舵手放开可移动的转向构件102时，可移动的转向构件102被迫向前或向后。也就是说，当处于第二模式并且舵手放开可移动的转向构件102时，在可移动的转向构件102被定位在向前和向后方向中的任一方向上时，可移动的转向构件102将保持处于相同的倾斜水平。因此，在第二模式下，舵手在操作船舶时可以被允许“让”操纵杆装置100处于例如向前方向并且继续进行其它任务，从而不必将他的手保持在可移动的转向构件102上。

在本公开的一些实施例中，可以允许操纵杆装置100包括例如“按钮”(未示出)，用于允许舵手指示该操纵杆装置100应处于第一模式还是第二模式。

然而，根据本公开，可以基于其它“非舵手”发起的输入而允许发生从第一模式到第二模式的转换。也就是说，例如，第一模式和第二模式之间的转换可以在例如船舶所包括的电子控制单元(ECU)和GPS接收器确定该船舶高于预定速度行驶的情况下发生。例如，在ECU确定该船舶高于例如5节行驶的情况下(应该理解为非限制性示例)，操纵杆装置100可以自动地从第一模式转换到第二模式。这种转换也可以(或替代性地)是基于定位(停靠区域，基于地图)或基于时间的。

最后转向图3，示出了水上船舶300的示例，该水上船舶300包括用于使用上述操纵杆装置100操作该水上船舶的船舶推进控制系统。

在所提供的图示中，船舶300被设计成具有船体302，该船体302具有船首304、船尾306。在船尾306中，可以安装四个推进单元308、310、312和314。推进单元308、310、312和314可以相对于船体302枢转地布置，用于在通常常规类型的期望方向上生成驱动推力。替代性地，这些推进单元可以是船内推进单元，它们在船舶下方安装在船体302上，或者安装在船尾306上作为所谓的船尾驱动器。也就是说，推进单元308、310、312和314可以是船外推进单元或船内推进单元。

应当理解，船舶300可以设置有多于四个(或更少)的推进单元。另外，船舶300可以设有例如船首推进器(未示出)，用于例如在有风的情况下帮助“移动”船首304。推进单元308、310、312和314以及所述船首推进器是基于当以上文讨论的方式使可移动的转向构件102倾离和/或旋转时生成的命令来操作的。

处理器可以是或可以包括用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器中的计算机代码的任何数量的硬件组件。存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码以便完成或促进本说明书中描述的各种方法的一个或多个设备。存储器可以包括易失性存储器或非易失性存储器。存储器可以包括数据库组件、目标代码组件、脚本组件或用于支持本说明书的各种活动的任何其它类型的信息结构。根据示例性实施例，任何分布式或本地存储设备都可以与本说明书的系统和方法一起使用。根据示例性实施例，存储器可通信地连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线连接、无线连接或网络连接)，并且包括用于执行本文描述的一个或多个过程的计算机代码。

本公开设想了用于实现各种操作的方法、设备和任何机器可读介质上的程序产品。本公开的实施例可以使用现有的计算机处理器来实施、或者通过用于适当系统(为了这个目的或另一目的而结合)的专用计算机处理器来实施、或者通过硬连线系统来实施。本公开的范围内的实施例包括程序产品，该程序产品包括用于携带或具有存储在其上的机器可执行指令或数据结构的机器可读介质。这种机器可读介质可以是可以由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何可用介质。

作为示例，这种机器可读介质可以包括RAM、ROM、EPROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁存储设备、或者可以用于以机器可执行指令或数据结构的形式携带或存储期望的程序代码并且可以由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器访问的任何其它介质。当信息通过网络或其它通信连接(硬连线、无线或硬连线和无线的组合)传递或提供到机器时，机器正确地将该连接视为机器可读介质。因此，任何这样的连接被恰当地称为机器可读介质。上述内容的组合也包括在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包括例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行特定功能或功能组的指令和数据。

虽然附图可以示出方法步骤的特定顺序，但是所述步骤的顺序可以与所描绘的不同。此外，两个或多个步骤可以同时执行或部分并发地执行。这种变化将取决于所选择的软件和硬件系统和取决于设计师的选择。所有这些变化都在本公开的范围内。同样，软件实施方式可以用标准编程技术来完成，该技术具有基于规则的逻辑和其它逻辑，以完成各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。附加地，尽管已经参考其特定示例性实施例描述了本公开，但是许多不同的变更、修改等对于本领域技术人员来说将变得显而易见。

通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践要求保护的公开内容时可以理解和实现对所公开实施例进行的变化。另外，在权利要求中，词语“包括”不排除其它元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。

Claims

1.一种操纵杆装置(100)，所述操纵杆装置(100)是可操作的，以提供用于控制水上船舶(300)的速度命令、方向命令和转向命令，所述操纵杆装置(100)具有可移动的转向构件(102)，所述可移动的转向构件(102)在轴线(V)上延伸，并且适于在包括向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上从中间位置(200)倾离，其中，所述操纵杆装置(100)适于选择性地在第一模式和第二模式之一下操作，

其特征在于：

-当处于所述第一模式时，所述可移动的转向构件(102)适于从所有倾斜方向自居中回到所述中间位置(200)，并且

-当处于所述第二模式时，所述可移动的转向构件(102)适于从除了向前和向后方向之外的所有倾斜方向自居中回到所述中间位置(200)。

2.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述可移动的转向构件(102)适于在包括向前、向后、向左和向右方向的任意方向上从所述中间位置(200)倾离。

3.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述可移动的转向构件(102)能够围绕所述轴线旋转，以提供用于控制所述水上船舶的旋转命令。

4.根据权利要求3所述的操纵杆装置(100)，其中，所述可移动的转向构件(102)仅在所述第一模式下才能旋转。

5.根据权利要求3所述的操纵杆装置(100)，其中，所述可移动的转向构件(102)在所述第一模式下和所述第二模式下都能旋转。

6.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述第一模式是低速驱动模式，而所述第二模式是高速驱动模式。

7.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述第一模式是停靠模式，而所述第二模式是驱动模式。

8.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述操纵杆装置(100)适于：仅当所述可移动的转向构件(102)布置在所述中间位置时，才在所述第一模式和所述第二模式之间转换。

9.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，还包括处理电路(104)，所述处理电路(104)适于：

-接收希望在所述第一模式和所述第二模式之间转换的指示，以及

-根据所述指示的状态来控制用于将所述可移动的转向构件(102)布置在所述第一模式或所述第二模式下的机械装置。

10.根据权利要求9所述的操纵杆装置(100)，还包括反馈装置(106)，所述反馈装置(106)适于在所述可移动的转向构件(102)处产生可感知的触觉效果。

11.根据权利要求10所述的操纵杆装置(100)，其中，所述反馈装置(106)是根据所述可移动的转向构件(102)的预定位置来操作的。

12.根据权利要求11所述的操纵杆装置(100)，其中，所述预定位置是所述可移动的转向构件(102)的末端位置。

13.根据权利要求11所述的操纵杆装置(100)，其中，所述预定位置是所述可移动的转向构件(102)的怠速向前位置、怠速后退位置和所述中间位置(200)中的至少一个。

14.一种船舶推进控制系统，所述船舶推进控制系统控制由水上船舶(300)的船体承载的一组推进单元(308、310、312和314)，所述船舶推进控制系统包括控制单元，所述控制单元被配置成：

-接收来自根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)的输入命令，以及

-提供一组控制命令，所述一组控制命令用于控制所述一组推进单元(308、310、312和314)的所期望的递送推力、档位选择和转向角。

15.一种水上船舶(300)，包括：

-一组推进单元(308、310、312和314)，

-根据权利要求14所述的船舶推进控制系统，和

-根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)。

16.根据权利要求15所述的水上船舶(300)，其中，所述一组推进单元至少包括第一推进单元(308)和第二推进单元(310)。