JP2005254849A

JP2005254849A - 船舶の操舵装置

Info

Publication number: JP2005254849A
Application number: JP2004065701A
Authority: JP
Inventors: Makoto Mizutani; 真水谷
Original assignee: Yamaha Marine Co Ltd
Current assignee: Yamaha Marine Co Ltd
Priority date: 2004-03-09
Filing date: 2004-03-09
Publication date: 2005-09-22
Also published as: US20050199169A1

Abstract

【課題】船速センサーを用いることなく、船の走行速度に対応してハンドル操作の回転角度に対する舵の切れ角となる操舵量の割合を変えて船速に応じて常に良好な操縦性能が得られる小型船舶の電動操舵装置を提供する。
【解決手段】電動アクチュエータにより舵３を回動軸廻りに回転させる舵取装置１５と、繰船者が操作するハンドル７と、該ハンドル７の操作量を検出するハンドル操作量センサー９と、検出したハンドル操作量に応じた前記舵取装置１５の回動量を演算し、算出された回動量に基づいて前記電動アクチュエータの動作信号を送信するコントローラ１２とを備えた船舶の操舵装置において、船舶に推進力を発生させるためのエンジンの回転数を表す信号を前記コントローラ１２が受信し、前記コントローラ１２は、ハンドル操作量に対する舵の回動量の比率を、エンジン回転数に応じて変更する。
【選択図】図２

Description

本発明は、小型船舶の電動操舵装置に関する。

小型船舶の操舵装置において、船速センサーを備えて、ハンドルの回転角度に対する操舵装置の操舵量（例えば操舵角度）の割合を船速に応じて異なるようにして、船速が遅いときにはハンドル回転角度に対する操舵角を大きくして舵を大きく切り、船速が速いときには操舵角を小さくして小さな切れ角として、船速に応じて良好な操縦性能を得るようにした操舵装置が特許文献１に記載されている。

しかしながら、陸上の車両と異なり、船舶の速度は対水速度であるため、潮の流れあるいは波や風に影響を受ける。したがって船速を船舶の運転制御に用いた場合、精度の高い制御は難しい。また、船速センサーは高価であり、また、船舶に装備すると配線レイアウトや制御機構を複雑にする。

特公平６−３３０７７号公報

本発明は、上記従来技術を考慮したものであって、船速センサーを用いることなく、船の走行速度に対応してハンドル操作の回転角度に対する舵の切れ角となる操舵量の割合を変えて船速に応じて常に良好な操縦性能が得られる小型船舶の電動操舵装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、電動アクチュエータにより舵を回動軸廻りに回転させる舵取装置と、繰船者が操作するハンドルと、該ハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、検出したハンドル操作量に応じた前記舵取装置の回動量を演算し、算出された回動量に基づいて前記電動アクチュエータの動作信号を送信するコントローラとを備えた船舶の操舵装置において、船舶に推進力を発生させるためのエンジンの回転数を表す信号を前記コントローラが受信し、前記コントローラは、ハンドル操作量に対する舵の回動量の比率を、エンジン回転数に応じて変更することを特徴とする船舶の操舵装置を提供する。

請求項２の発明では、前記ハンドル回転角度に対する操舵量の大きさを、予め定めたエンジン回転数の範囲に応じて段階的に変化させることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、船速値を用いることなく、ハンドル回転角度に対する操舵量（例えば舵の切れ角）の割合をエンジン回転数に応じて変えることができる。ここで、船舶は、港内走行や海上での釣りなどのときのトローリングでは低速走行であり、通常の海上でのクルージングは高速走行であって、いずれも船速はエンジン回転数にほぼ対応している。これは、船舶エンジンはほとんど多段ギヤのシフト機構を介さずに単段の減速ギヤによりプロペラを駆動するために、負荷変動の大きい加減速時以外は、エンジン回転数が速度に対応することに基づく。

本発明は、この点に着目して船速センサーに代えてエンジン回転数センサーを用いて船の走行速度に応じた操舵制御を行ったものである。これにより、実用上支障ない精度で船の走行速度に対応して操舵量を制御することができ、また、高価な船速センサーを接続する必要がなく、コストの低減や制御機構及び配線レイアウト等の簡素化が図られる。

また、エンジン回転数センサーは、燃料制御や点火時期制御のために必要不可欠であって、通常のエンジン制御装置に備わるものであり、新たに準備することなく既存のものを使用できる。

なお、電動アクチュエータは、電動モータあるいは電動油圧ポンプ等のように電動駆動部を含む駆動装置である。

請求項２の発明によれば、エンジン回転数を段階的に範囲分けして例えば低回転、中回転及び高回転の３つに区分けし、それぞれ低速、中速、高速走行に対応させて操舵量を制御することにより、簡単な構成でエンジン回転数に応じた操舵量の制御が可能である。特に低速領域でハンドル操作角に対する操舵量を大きくして機敏なハンドル操作ができる。

図１は、本発明が適用される船外機を備えた小型船舶の全体平面図である。
船体１の船尾板２にクランプブラケット４を介して船外機本体３が取り付けられる。船外機本体３は、スイベル軸６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の端部５ａに舵取装置１５が連結される。この舵取装置１５は、例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータからなり、船尾板２と平行に設けたネジ軸（不図示）に沿ってモータ本体（不図示）がスライド動作する。このモータ本体にステアリングブラケット５を連結してモータ本体のスライド動作に連動して船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させる。

船体１の運転席にハンドル７が備わり、そのハンドル軸８の根元にハンドル制御部１３が備わり、内部にハンドル操作量（例えば操作角）センサー９及び反トルクモータ１１が設けられる。ハンドル制御部１３は信号ケーブル１０を介してコントローラ１２に接続され、コントローラ１２は舵取装置１５に接続される。

コントローラ１２は、ハンドル操作角センサー９からの検出信号に基づいて操舵角を演算し、電流指令信号として舵取装置１５に送信して舵取装置１５を駆動し、船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させて船を操舵する。

さらにコントローラ１２は、船外機本体３又は舵取装置１５に設けた荷重センサー１６（図２）により船外機本体３に作用する外力Ｆ（図２）を検出し、この外力に基づいて、外力の反作用として反トルクモータ１１からハンドル７に作用させる反トルクの目標値を演算する。そして、この目標トルクとなるように、反トルクモータ１１を駆動し、これによりハンドル７に外力に応じた反力を付与する。

図２は、本発明の実施形態に係る操舵装置のブロック構成図である。
操船者によりハンドル７が操作されると、その回転角がハンドル操作角センサー９で検出され、その検出信号に基づいてコントローラ（ＥＣＵ）１２の操舵角演算回路２１が、後述のように、操舵角を演算し、これを電流値に変換して舵取装置１５の電動モータ（不図示）を駆動する。これにより船外機本体３がスイベル軸６（図１）廻りに回動して船の方向が変わる。

船外機本体３が回動するとき、外部からの抵抗力（外力）Ｆが反力として船外機本体３に作用する。この外力Ｆは、荷重センサー１６により検出され、検出データが反トルク演算回路１７に送られる。この外力検出データに基づいて、目標トルクが算出され、この目標トルクが得られるように反トルクモータ１１が駆動される。これによりハンドル７に操舵操作に応じた反力が付与され、操船者はハンドル操作の手ごたえとして反力を感じながら操縦できる。

船外機本体３は、スイベル軸廻りに回動することにより舵として機能する。この場合、舵の操舵量である操舵角（例えば舵の切れ角）βは、操舵角演算回路２１により、ハンドル操作角センサー９で検出したハンドル回転角度αに基づいて算出される。このとき、操舵角演算回路２１は、エンジン回転数センサー２０で検出したエンジン回転数Ｎに応じて、β／αが変わるようにβを算出する。回転数Ｎに対応するβ／αの値は、予め設定されたマップとしてメモリ２２に格納される。βの演算処理時に、操舵角演算回路２１は、メモリ２２からβ／αをメモリ２２のマップから読み出して、ハンドル操作角センサー９からの回転角度αの検出データに基づいて操舵角βを算出する。

図３は、ハンドル回転角度に対する操舵角の大きさの設定例を示す説明図である。

（Ａ）は、（ア）に示すように、ハンドル回転角度αに対する操舵角βを、小さい設定値ａと大きい設定値ｂの２段階に設定し、その間はエンジン回転数Ｎに比例するように設定したものである。すなわち、（イ）に示すように、低回転域ではβ／αが大きく、高回転域ではβ／αが小さく、その間の中間域ではβ／αは回転数Ｎに対しリニアに対応して変化するように設定されている。

（Ｂ）は、（ア）に示すように、ハンドル回転角度αに対する操舵角βを、小さい設定値ａと大きい設定値ｂ及びその中間の設定値ｃの３段階に設定したものである。すなわち、（イ）に示すように、エンジン回転数Ｎの低回転域、中間域及び高回転域の３段階にステップ状にβ／αが大きい方から順番に変化するように設定されている。

（Ａ）（Ｂ）の（イ）に示すようなＮに対するβ／αの設定値をマップとしてメモリに格納し、ハンドルが操作されたときに読み出してハンドル回転角度α及びエンジン回転数Ｎに基づいて操舵角βを算出する。

本発明は、船外機あるいはスターンドライブを備えた小型船舶において、特に電動モータを用いた舵取装置に対し有効に適用できる。

本発明の実施形態の全体平面図。本発明の実施形態に係る電動操舵装置のブロック図。ハンドル回転角度に対する操舵角の大きさの設定例を示す説明図。

符号の説明

１：船体、２：船尾板、３：船外機本体、４：クランプブラケット、
５：ステアリングブラケット、５ａ：端部、６：スイベル軸、
７：ハンドル、
８：ハンドル軸、９：ハンドル操作角センサー、１０：信号ケーブル、
１１：反トルクモータ、１２：コントローラ、１３：ハンドル制御部、
１４：プロペラ、１５：舵取装置、１６：荷重センサー、
１７：反トルク演算回路、２０：エンジン回転数センサー、
２１：操舵角演算回路、２２メモリ、α：ハンドル回転角度（操作角）、
β：操舵角（舵の切れ角）、Ｎ：エンジン回転数。

Claims

電動アクチュエータにより舵を回動軸廻りに回転させる舵取装置と、
繰船者が操作するハンドルと、
該ハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、
検出したハンドル操作量に応じた前記舵取装置の回動量を演算し、算出された回動量に基づいて前記電動アクチュエータの動作信号を送信するコントローラとを備えた船舶の操舵装置において、
船舶に推進力を発生させるためのエンジンの回転数を表す信号を前記コントローラが受信し、
前記コントローラは、ハンドル操作量に対する舵の回動量の比率を、エンジン回転数に応じて変更することを特徴とする船舶の操舵装置。
前記ハンドル回転角度に対する操舵量の大きさを、予め定めたエンジン回転数の範囲に応じて段階的に変化させることを特徴とする請求項１に記載の電動操舵装置。