CN112351936B

CN112351936B - 一种操纵杆装置、船舶推进控制系统和船舶

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Publication number: CN112351936B
Application number: CN201880095220.3A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·邦德森; 卡塔琳娜·哈玛; 安德斯·索林; 特雷瑟·德克尔; 西蒙·拉松
Original assignee: Volvo Penta AB
Current assignee: Volvo Penta AB
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: US11584501B2; US20210163114A1; WO2020007471A1; EP3817977A1; CN112351936A

Abstract

本公开总体上涉及一种操纵杆装置(100)，所述操纵杆装置能够操作为提供用于控制船舶(300)的速度、方向和转向命令，所述操纵杆装置(100)包括在轴线(V)上延伸的可移动转向杆(102)，所述可移动转向杆适于从中立位置在包括向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上倾斜，其中，‑可移动转向杆(102)的作用长度可在第一杆长度(L1)与第二杆长度(L2)之间调整，‑第一杆长度(L1)比第二杆长度(L2)短，‑用于操作船舶(300)的第一模式与第一杆长度(L1)相关联，并且‑用于操作船舶(300)的第二模式与第二杆长度(L2)相关联，第二模式不同于用于操作船舶(300)的第一模式。

Description

一种操纵杆装置、船舶推进控制系统和船舶

技术领域

本公开总体上涉及一种操纵杆装置，该操纵杆装置可操作以提供用于控制船舶的速度、方向和转向命令。本公开还涉及一种船舶推进控制系统，该船舶推进控制系统控制由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从这种操纵杆装置接收输入命令。

背景技术

当今的船舶通常装备有用于驱动船舶的多个推进单元。在典型实施方案中，船舶包括用于控制船舶的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，已提出另外使用允许船舶的停靠的操纵杆装置。

为了进一步简化船舶操作，如US9387916所示范，已提出将方向盘、推力调节器和操纵杆的功能性组合为单个“船只操控操纵杆”。US9387916所公开的船只操控操纵杆包括具有传感器的基座，这些传感器被布置成用于检测操控操纵杆的位置。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。所述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和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装置来操作船舶。然而，US9387916所呈现的解决方案因用于实现期望的“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，因此由例如没有经验的舵手操作船舶将会过于复杂。

因此，在适于提供上述组合效果、特别是着重于实现用于操作船舶的整体简化接口的操纵杆方面，似乎存在进一步改进的空间。

发明内容

根据本公开的另一个方面，上述问题至少部分通过一种操纵杆装置来缓解，该操纵杆装置可操作以提供用于控制船舶的速度、方向和转向命令，该操纵杆装置包括可移动转向杆，该可移动转向杆在轴线上延伸，并适于从中立位置在包括向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上倾斜，其中，可移动转向杆的作用长度可在第一杆长度与第二杆长度之间调整，第一杆长度比第二杆长度短，用于操作船舶的第一模式与第一杆长度相关联，并且用于操作船舶的第二模式与第二杆长度相关联，第二模式不同于用于操作船舶的第一模式。

根据本公开，理念是实现船舶的简化操作，因此允许舵手将全部注意力放在使用单个装置，以在船舶的不同操作模式期间对其进行控制。

应理解，按照本公开，可移动转向杆的总长度通常未被调整。相反，对从可移动转向杆的顶端到所出现的枢转点的“距离”(长度)进行调整，其中此距离是使用表述“可移动转向杆的作用长度”来定义的。因此，使用同一可移动转向杆并且在不调整其总长度的情况下，基于操作模式来调整到枢转点的距离，即，当处于第一模式中时，该距离是较短长度，并且当处于第二模式中时，该距离是较长长度。如将基于以上所述显而易见的是，根据操纵杆装置是处于第一模式还是第二模式中，用户体验将完全不同。

因此，按照本公开，操纵杆的操作固有地基于操控船舶的当前情形来调适。具体地，通过调适操纵杆装置的杆长度，舵手将不同地操控操纵杆装置，其中当进行船舶的“精细控制”(“微观控制模式”)时，诸如，当例如执行停靠操作(例如，对应于第一模式)时，较短杆长度通常将显得合适。相反，当作用杆长度相对较长时，操纵杆装置将显得较适合于船舶的“整体控制”(“宏观控制模式”)，诸如关于船舶的“高速”操作(例如，对应于第二模式)。

在本公开的一些实施例中，可以允许可移动转向构件围绕轴线旋转，以提供用于控制船舶的旋转命令。也就是说，在这种实施例中，操纵杆装置可有利地用于“扭转”船舶(偏航)。具体地，通过旋转/扭转可移动转向构件，将船舶控制成旋转/扭转。优选地，允许以顺时针和逆时针方式执行扭转/旋转动作，从而使船舶以对应方式旋转/扭转。

进一步优选地，实施可移动转向构件的扭转/旋转，以使得例如一旦舵手放开可移动转向构件，那么可移动转向构件可自动返回到其旋转中立位置。这种实施方案例如可包括用于实现返回功能的多个弹簧中的一个。

然而应理解，一般来说，关于可移动转向杆的倾斜的中立位置，此中立位置未必可导致由推进单元提供的推力被设定为零。实际上，在一些实施例中，中立位置可能涉及预定“地理位置”，诸如GPS位置，例如舵手希望船舶应停留在该位置(诸如，在捕鱼活动期间)。照此，中立位置仍可能导致由推进单元中的一些提供一些推力，来对抗例如水流和风以使得船舶“静止不动”。

按照以上论述，根据本公开，在一个实施例中，可移动转向构件可适于从中立位置在包括向前、向后、向左和向右方向的任意方向上倾斜。这样，无论操纵杆装置处于第一模式还是第二模式中，操纵杆可用于控制船舶的方向，该方向不仅仅是向前或向后方向。

根据操纵杆装置的期望实施方案，在一些实施例中，可希望仅允许第一模式与第二模式之间的转变在可移动转向构件布置在中立位置中时发生。也就是说，在例如舵手无意中在第一模式与第二模式之间切换的情况下，这种实施方案可实际上允许发生不期望的操纵。使用所提议的转变限制，可以确保当在独立模式之间转变时，船舶的行驶速度降低。

在本公开的一个实施例中，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期望在第一模式与第二模式之间转变的指示，并根据该指示的状态而控制用于调整可移动转向杆的作用长度的机械装置。在本公开的某一实施例中，期望从用户接口接收在第一模式与第二模式之间转变的指示，诸如通过包括在操纵杆装置中或被布置成与电子处理电路通信的按钮等来接收。

作为替代，期望在第一模式与第二模式之间转变的指示可基于船舶的速度和地理位置中的至少一个而形成。这将在稍后本公开的详细描述中进一步阐述。

在本公开的又一实施例中，可以为操纵杆装置提供反馈装置，该反馈装置适于在可移动转向构件处产生可感知的触觉效果。因此，根据例如可移动转向构件的倾斜方向(诸如，在关于倾斜的末端位置处)，可以向用手握持例如可移动转向构件的舵手给出反馈，通常使得舵手不必看着可移动转向构件即可确定可移动转向构件倾斜的方向。也可出于不同目的而提供触觉效果，例如，用于基于例如从包括在船舶中的另一控制系统接收的信息，在船舶将继续在当前方向上移动的情况下指示即将到来的障碍物，等等。

根据本公开，可移动转向杆可包括第一可移动转向杆部分和第二可移动转向杆部分。在一个实施例中，第一可移动转向杆部分的第一端可相对于基座布置在第一可控枢转点处，并且第一可移动转向杆部分的第二端可在第二可控枢转点处连接到第二可移动转向杆部分的第一端。按照此实施例，控制第一枢转点(联结部)和第二枢转点的“可移动性”实际上控制了可移动转向杆的作用长度。应理解，本公开未必仅限于两个可控枢转点。实际上，可包含额外可控枢转点，因此例如可进一步控制作用长度。

在一个实施例中，当处于第一模式中时，第一可控枢转点(例如，使用联结部布置而实施)可被控制为固定的，并且第二可控枢转点(例如，也使用又一联结部装置而实施)可被控制为可移动的。对应地，当处于第二模式中时，第一可控枢转点可被控制为可移动的，并且第二可控枢转点可被控制为固定的。然而，应理解，在又一(替代)实施例中，可以将第一可控枢转点与第二可控枢转点两者控制为可移动的，因而将操纵杆装置布置在第三模式中，其中第三模式通常不同于第一模式和第二模式。

根据本公开的另一方面，提供了一种控制由船舶的船体承载的至少一个推进单元的船舶推进控制系统，该船舶推进控制系统包括电子处理电路，该电子处理电路被配置成从根据前述技术方案中任一项所述的操纵杆装置接收输入命令，并提供用于控制该至少一个推进单元的期望传递推力、挡位选择和转向角的一组控制命令。本公开的此方面提供了与上文关于本公开的先前方面所论述类似的优点。

所述船舶推进控制系统可又包括在船舶中，该船舶还包括至少一个推进单元和如上文所论述的操纵杆装置。任何数量的推进单元可包括在船舶中。可以例如包含其它推进单元，它们未必仅布置在船舶的船尾，而是可以布置在船头，即，所谓的船头推力器。

下文描述和随附权利要求书中公开了本公开的其它优点和有利特征。

附图说明

参照附图，下文是作为实例引述的本公开的实施例的更详细描述。

在附图中：

图1A到1C示意性图示了根据本公开的操纵杆装置的实施例；

图2A到图2C提供了操纵杆装置的操作的说明性实例，以及

图3示范了船舶，该船舶包括用于使用图1的操纵杆装置来操作船舶的船舶推进控制系统。

具体实施方式

现将在下文中参照附图更全面地描述本公开，其中本公开的当前优选的实施例示出在附图中。然而，本公开可按许多不同形式来体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例；实际上，这些实施例是为了详尽和完整而提供，并且向本领域的技术人员全面传达本公开的范围。相同附图标记始终表示相同元件。

现参考附图，特别是图1，其示意性描绘了适于控制船舶的操纵杆装置100。操纵杆装置100包括在轴线V上延伸的可移动转向构件102，该可移动转向构件102适于从中立位置在包含向前、向后、向左和向右方向的至少四个方向上倾斜。因此，可移动转向构件102的倾斜方向用于发出命令，以至少用于船舶的正向或反向纵荡、向左或向右摇摆移动。然而，应理解，在一些实施例中，可移动转向构件102可在任何方向上倾斜，诸如，在向前与向左方向之间等等。

此外，可移动转向构件102也可被可旋转地操作，以便发出用于实现船舶的偏航移动的操作指令。在一个实施例中，这是通过将可移动转向构件102围绕其竖直轴线V旋转来实现的。当可移动转向构件102从中立位置改变时，检测信号被传输到电子处理电路104。例如，当舵手(或其他操作员)将操纵杆朝左舷倾斜并顺时针旋转时，推进单元被控制，以使得船舶的船体以顺时针旋转、以相对于左舷而平移的摇摆移动来移动。

此外，应理解，倾斜程度可以确定为了移动船舶而提供的推力等级，该倾斜程度可能取决于操纵杆装置100是布置在第一模式还是第二模式中。也就是说，可移动转向构件102的增大的倾斜度对应于船舶的移动速度的相应增大。这种关系可能是线性的，但不必然如此。操纵杆装置100可例如包括传感器(未示出)或用于检测可移动转向构件102的位置(诸如，可移动转向构件102的当前倾斜度)的其他装置。

操纵杆装置100还包括反馈装置106，该反馈装置106适于在可移动转向构件102处产生可感知的触觉效果。例如，当可移动转向构件102已被尽可能远地推动到“末端倾斜位置”时，可出现这种反馈。还可以例如“刚好”在接合挡位或改变档位“之前”提供这种反馈。

此外，在本公开的一些实施例中，可以允许操纵杆装置100包括“按钮”132，例如用于允许舵手指示操纵杆装置100将处于第一模式还是第二模式中。

然而，根据本公开，可以基于其他“非舵手”启动的输入来允许发生从第一模式到第二模式的转变。也就是说，可例如在例如通过电子处理电路104和包括在船舶中的GPS接收器(未示出)确定船舶在预定速度以上行驶的情况下，发生第一模式与第二模式之间的转变。例如，在电子处理电路104确定船舶在例如5节以上行驶(应被理解为非限制性实例)的情况下，操纵杆装置100可自动从第一模式转变到第二模式。该转变也可(或替代性地)基于位置(停靠区域、基于地图)或基于时间。

此外，在所示实施例中，可移动转向构件102又包括第一可移动转向杆部分120和第二可移动转向杆部分122。第一可移动转向杆部分120的第一端相对于例如基座130布置在第一可控枢转点124处，并且第一可移动转向杆部分120的第二端在第二可控枢转点126处连接到第二可移动转向杆部分122的第一端。

进一步参考图1B和图1C，应理解，第一可控枢转点124相对于基座130的布置应被广义地解释。也就是说，在一个实施例中，第一可控枢转点124可按升高方式布置(图1B)或者布置在基座130的主表面下方(图1C)。与实施方案无关，该构思按照本公开是相同的。

在操纵杆装置100的操作期间，进一步参考图2A到图2C，操纵杆装置100可在第一模式或第二模式中被控制。如前所述，第一模式可以例如对应于停靠模式，其中船舶希望以低速操作，以实现高可控性，其中低速模式例如是当船舶在5节以下操作时。相对地，当操纵杆装置100布置在第二模式中时，船舶可以例如适于“正常操作”，诸如，与操纵杆装置100布置在第一模式中时相比，以较高速度操作。

按照以上所述，第一枢转点124和第二枢转点126的“可控性”可允许枢转点124、126以固定或可移动方式布置。例如，为了实施枢转点124、126而提供的联结部可适于允许增大或减小相关联结部处的惯性。还应理解，与实施第二枢转点126的联结部的惯性相比，可以不同地设定实施第一枢转点124的联结部的“默认”惯性。

例如，在操纵杆装置100布置在停靠模式中的情况下，第一可控枢转点124可被设定为固定的，并且第二可控枢转点126可以是可移动的，如图2A所示。因此，舵手的用户体验将是舵手控制具有相对短的长度(如图1A所图示的L1)的可移动杆。同时，实施第二枢转点126的联结部可被设定为相对低的惯性。因此，不仅舵手控制“短”杆102，而且杆102的感觉是杆102“容易”操纵。

相反地，当操纵杆装置100布置在第二模式(诸如，高速模式)中时，第一可控枢转点124继而可被设定为可移动的，并且第二可控枢转点126可以是固定的，如图2B所示。因此，舵手的用户体验将是舵手控制具有相对长的长度(如图1A所图示的L2)的可移动杆。同时，实施第一枢转点124的联结部可被设定为相对高的惯性。因此，不仅舵手控制“长”杆102，而且感觉他需要提供一点动力来操纵杆102。因此，使用操纵杆装置100的同一可移动转向杆102，可向舵手提供两种完全不同的用户体验，其中选择两种不同操作模式以对应于操纵船舶的方式。

在如2C所示的又一实施例中，第一可控枢转点124与第二可控枢转点126两者布置在可移动状态中。因此，这种实施例可例如用于实施操作船舶的第三模式，其中与第一模式和第二模式相比，第三模式可被不同地选择。作为替代方案，第三模式可以是替代性高速模式(对应于第二模式)，其中第一可移动转向杆部分120用于控制例如船舶的速度，并且第二可移动转向杆部分122用于控制船舶的方向。

最后转向图3，示出了船舶300的实例，该船舶包括用于使用上述操纵杆装置100来操作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，该船体具有船头304、船尾306。在船尾306中，可安装四个推进单元308、310、312和314。推进单元308、310、312和314可相对于船体302枢转地布置，以用于在一般常规种类的期望方向上产生驱动推力。替代性地，推进单元也可以是舷内推进单元，在船舶下方安装在船体302上，或者安装在船尾306上，即，所谓的船尾驱动装置。也就是说，推进单元308、310、312和314可以是舷外推进单元或舷内推进单元。

应理解，船舶300可设有多于四个(或少于四个，包含一个)推进单元。此外，船舶300可设有例如用于辅助在例如在有风天气“移动”船头304的船头推力器(未示出)。308、310、312和314以及船头推力器基于命令来操作，这些命令是在以如上文所论述的方式倾斜和/或旋转可移动转向构件102时产生的。

处理器可以是或可包含任何数量的硬件部件，用于进行数据或信号处理或用于执行存储器中所存储的计算机代码。存储器可以是用于存储数据和/或计算机代码的一个或更多个装置，其中数据或计算机代码用于完成或有助于本说明书所述的各种方法。存储器可包含易失性存储器或非易失性存储器。存储器可包含数据库部件、目标代码部件、脚本部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。根据示范性实施例，任何分散式或本地存储器装置可用于本说明书的系统和方法。根据示范性实施例，存储器以通信方式连接到处理器(例如，经由电路或任何其它有线、无线或网络连接)，并且包含用于执行本文所述的一个或更多个过程的计算机代码。

本公开设想用于实现各种操作的方法、装置以及任何机器可读介质上的程序产品。本公开的实施例可使用现有计算机处理器、或通过用于出于此目的或其它目的而并入的适当系统的专用计算机处理器或通过硬连线系统来实施。本公开的范围内的实施例包含程序产品，其中程序产品包括机器可读介质，机器可读介质用于携载机器可执行指令或数据结构，或使机器可执行指令或数据结构存储在机器可读介质上。这些机器可读介质可以是可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取的任何可用介质。

举例来说，这些机器可读介质可包括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性存储装置，或可用于携载或存储呈机器可执行指令或数据结构的形式的期望程序代码并且可由通用或专用计算机或具有处理器的其它机器存取的任何其它介质。当在网络或另一通信连接(硬连线、无线或硬连线或无线的组合)上将信息传递或提供到机器时，该机器可将该连接适当地视为机器可读介质。因此，任何此种连接被适当地称为机器可读介质。上述各项的组合也包含在机器可读介质的范围内。机器可执行指令包含例如使通用计算机、专用计算机或专用处理机执行某功能或一群功能的指令和数据。

虽然附图可示出方法步骤的具体次序，但步骤的次序可不同于所描绘的次序。此外，可同时或部分同时地执行两个或更多个步骤。此变化将取决于所选择的软件和硬件系统并取决于设计者的选择。所有这些变化处于本公开的范围内。同样，可使用基于规则的逻辑和其它逻辑用标准编程技术实现软件实施方案以实现各种连接步骤、处理步骤、比较步骤和决策步骤。另外，虽然已参考本公开的具体示范性施例来描述本公开，但对于本领域的技术人员来说，许多不同更改、修改等将变得显而易见。

根据对附图、本公开和随附权利要求书的研究，所公开的实施例的变化可由本领域的技术人员在实践本公开时理解和实行。此外，在权利要求书中，词“包括”不排除其它元件或步骤，并且词“一”不排除多个。

Claims

1.一种操纵杆装置(100)，所述操纵杆装置能够操作为提供用于控制船舶(300)的速度命令、方向命令和转向命令，所述操纵杆装置(100)包括在轴线(V)上延伸的可移动转向杆(102)，所述可移动转向杆(102)适于从中立位置在包括向前方向、向后方向、向左方向和向右方向的至少四个方向上倾斜，

特征在于：

-所述可移动转向杆(102)的作用长度能够在第一杆长度(L1)和第二杆长度(L2)之间调整，

-所述第一杆长度(L1)比所述第二杆长度(L2)短，

-所述第一杆长度(L1)用于在第一低速模式下操作所述船舶(300)，

-所述第二杆长度(L2)用于在第二高速驾驶模式下操作所述船舶(300)，并且

-所述可移动转向杆(102)包括第一可移动转向杆部分(120)和第二可移动转向杆部分(122)，其中，所述第一可移动转向杆部分(120)的第一端相对于基座(130)被布置在第一可控枢转点(124)处，并且所述第一可移动转向杆部分(120)的第二端在第二可控枢转点(126)处连接到所述第二可移动转向杆部分(122)的第一端，允许在不调节所述可移动转向杆(102)的总长度的情况下、调节所述可移动转向杆(102)的作用长度。

2.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述可移动转向杆(102)能够围绕所述轴线旋转，以提供用于控制所述船舶的旋转命令。

3.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，所述第一低速模式是停靠模式，所述第二高速驾驶模式是驾驶模式。

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

-接收期望在所述第一低速模式与所述第二高速驾驶模式之间转变的指示，并且

-根据所述指示的状态，控制用于调整所述可移动转向杆(102)的作用长度的机械装置。

5.根据权利要求4所述的操纵杆装置(100)，其中，由用户接口来接收期望在所述第一低速模式与所述第二高速驾驶模式之间转变的所述指示。

6.根据权利要求5所述的操纵杆装置(100)，其中，所述用户接口包括与所述操纵杆装置(100)一起布置的至少一个按钮(132)。

7.根据权利要求4所述的操纵杆装置(100)，其中，基于所述船舶(300)的速度和地理位置中的至少一个而形成期望在所述第一低速模式与所述第二高速驾驶模式之间转变的所述指示。

8.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，还包括反馈装置(106)，所述反馈装置适于在所述可移动转向杆(102)处产生可感知的触觉效果。

9.根据权利要求8所述的操纵杆装置(100)，其中，所述反馈装置(106)根据所述可移动转向杆(102)的预定位置来操作。

10.根据权利要求9所述的操纵杆装置(100)，其中，所述预定位置是用于所述可移动转向杆(102)的末端倾斜位置。

11.根据权利要求9所述的操纵杆装置(100)，其中，所述预定位置是用于所述可移动转向杆(102)的空转前进位置、空转后退位置或所述中立位置中的至少一个。

12.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，当处于所述第一低速模式中时：

-所述第一可控枢转点(126)被控制为固定的，并且

-所述第二可控枢转点(126)被控制为能够移动。

13.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，当处于所述第二高速驾驶模式中时：

-所述第一可控枢转点(126)被控制为能够移动，并且

-所述第二可控枢转点(126)被控制为固定的。

14.根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)，其中，当处于第三模式中时：

-所述第一可控枢转点(126)被控制为能够移动，并且

-所述第二可控枢转点(126)被控制为能够移动。

15.一种船舶推进控制系统，所述船舶推进控制系统控制由船舶(300)的船体承载的至少一个推进单元(308、310、312、314)，所述船舶推进控制系统包括根据权利要求1所述的操纵杆装置(100)和电子处理电路，所述电子处理电路被构造成用于：

-从所述操纵杆装置(100)接收输入命令，并且

-提供一组控制命令，用于控制所述至少一个推进单元(308、310、312、314)的期望传递推力、挡位选择和转向角。

16.一种船舶(300)，包括：

-至少一个推进单元(308、310、312、314)，

-根据权利要求15所述的船舶推进控制系统。