JP2005280579A - 小型船舶用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転性に優れた小型船舶用ステアリング装置を提供する。
【解決手段】 船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機２と、運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて前記船外機を転回するギヤ装置１３と、前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータ２２と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ１１と、前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラ３と、からなり、前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、前記船舶の航行状態を検出する航行状態検出手段を備え、前記コントローラは、前記検出された航行状態に応じて、前記アクチュエータに出力する制御信号を補正する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、船外機を操舵する電動モータとステアリングとを電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置に関するものである。

従来から小型船舶用ステアリング装置として船外機を操舵する電動モータとステアリングとを電気的にのみ接続して、ステアリングの操舵操舵角度と操舵方向に応じて電動モータを制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。

これは、運転席に配置されたステアリングホイールの操作をセンサにより検出し、出力を電線を介してボート後部に配置され、船外機を操舵可能とする操舵力を発生する電動モータにコントローラを介して伝達する。センサはステアリングの操舵操舵角と操舵方向とを検出してコントローラに出力し、検出されたステアリングの操舵操舵角と操舵方向に応じて電動モータが船外機を操舵する。
特開平４−３８２９７号公報

しかしながら、上記従来例では、ステアリングの操舵角に対する船外機の操舵角の関係が一定であり、例えば係船時にはハンドルの操舵量が大きくなり、運転性が悪化する。一方、係船時の運転性を向上させるために、ステアリングの操舵角に対する船外機の操舵角を大きくすると、高速走行時のステアリングの微舵応答性が過剰となり、運転者の慎重な操舵を要求することとなり、運転者に負担を掛けることになる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、運転性を向上する小型船舶用ステアリング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機と、運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて前記船外機を転回するギヤ装置と、前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータと、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラと、からなり、前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、前記船舶の航行状態を検出する航行状態検出手段を備え、前記コントローラは、前記検出された航行状態に応じて、前記アクチュエータに出力する制御信号を補正する。

第２の発明は、第１の発明において、前記航行状態検出手段が、船舶の速度を検出する手段であって、前記コントローラは、前記船舶の速度が遅いほど前記ステアリングホイールの操舵角に対する前記船外機の転回角が大きくなるように、前記アクチュエータに出力する制御信号を補正する。

第３の発明は、第１の発明において、前記船舶の航行状態の判断を手動にて選択する航行状態選択手段を備え、前記コントローラは、前記選択された航行状態に応じて、前記アクチュエータに出力する制御信号を補正する。

第４の発明は、第１から３のいずれか一つにおいて、前記船外機の転回角を検出する転回角検出手段を備え、前記船外機の転回角が、前記制御信号と一致するまで電動アクチュエータを駆動する。

したがって、第１の発明では、船舶の航行状態に応じて、船外機をギヤ装置を介して転回するアクチュエータに出力する制御信号を補正するため、航行状態に応じて適切なステアリングホイールの操舵角に対する前記船外機の転回角とすることができ、船舶の運転性を向上することができる。

第２の発明は、船舶の速度が遅いほどステアリングホイールの操舵角に対する船外機の転回角が大きくなるように、アクチュエータに出力する制御信号を補正するため、例えば係船時のような場合には、操舵角に対する転回角を大きく設定でき、係船を容易に行うことができる。一方、高速航行時には、操舵角に対する転回角を小さく設定でき、操舵に対して船舶の進路が乱れにくく、運転性が向上する。

第３の発明は、船舶の航行状態を運転者が判断するため、航行状態を判断するためのセンサ等を不要とすることができる。

第４の発明では、船外機の転回角を検出する転回角検出手段を備え、船外機の転回角が、制御信号と一致するまで電動アクチュエータを駆動するため、制御上の転回角と実際の転回角とを一致させることができ、運転者の運転感覚と一致させることができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、この発明に係る小型船舶用ステアリング装置の一実施例を示す斜視図である。

本発明のステアリング装置は、動力源としての船外機２と、船体１の運転席に設置されるステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０の操舵操作を検出する操舵角センサ１１と、操舵角センサ１１の出力を入力し導線２０を介して船外機２を操舵するコントローラ３と、コントローラ３の指示により船外機２を操舵するためのステアリング装置１２と、から構成される。

船外機２は、駆動力を発生する船外機本体４と、船外機本体４を水平方向に転回するためのスイベルブラケット５と、スイベルブラケット５を挟持し、船体１に支持するための一対のクランプブラケット６からなる。船外機本体４には、図示しないドライブシャフトを収装するドライブシャフトハウジングと、ドライブシャフトにより回転駆動されるプロペラ９とが備えられる。

図２に示すように、船外機本体４は、この船外機本体４に固定された上下方向軸（図示せず）を中心に水平面内で転回可能に支持される。船外機本体４を支持するスイベルブラケット５は、水平方向に延びるクランプブラケットシャフト７を介して一対のクランプブラケット６に対してクランプブラケットシャフト７回りに回動可能に、つまりチルトおよびトリム可能に支持される。このクランプブラケット６が船体１のトランサム８を把持することにより、船外機本体４が船体１に取り付けられる。

上述のような船外機２の船外機本体４を上下方向軸廻りに操舵するステアリング装置１２は、図１に示すように、ステアリング力を発生する電動モータ（電動アクチュエータ）２２を備えたギヤ装置１３と、このギヤ装置１３からの操舵力を船外機本体４へ伝達する伝達機構１４と、ステアリングホイール１０の操舵角、操舵方向等を検出する操舵角センサ１１と、電動モータ２２を制御するコントローラ３とを有して構成される。

図３および図４に示すように、ギヤ装置１３は、電動モータ２２の他にラック１５、ラック１５を支持するラックケース１６、ラック１５と噛合するピニオン１７、および電動モータ２２の回転を減速してピニオン１７に伝達する減速ギヤ１８および１９から構成される。

ラック１５は、船体１の幅方向に設置され、その両端部に取付ブラケット２５がボルト２６によって固定される。この取付ブラケット２５は一対のクランプブラケット６にそれぞれ取り付けられる。取付ブラケット２５のクランプブラケット６への取付は、スイベルブラケット５をクランプブラケット６に軸支するためのナット２７を用いて共締めされる。

ラック１５が貫通するラックケース１６にピニオンシャフト２８が軸支され、このピニオンシャフト２８にピニオン１７が設けられる。ピニオン１７はラック１５に噛合し、ピニオン１７がラック１５に噛合して幅方向（ラック１５の長手方向）に移動するのに伴って、ラックケース１６も移動する。

また、電動モータ２２は減速ギヤ１８および１９を内装するギヤケース２９に一体的に取り付けられ、このギヤケース２９がボルト３０によってラックケース１６に一体的に固定される。このギヤケース２９内に減速ギヤ１８および１９が収容される。ここで、減速ギヤ１８および１９は、互いに吃み合うベベルギヤであり、減速ギヤ１８が電動モータ２２の出力シャフト３１に固定され、減速ギヤ１９がピニオンシャフト２８に固定される。

したがって、電動モータ２２が回転すると、この回転力は減速ギヤ１８および１９を介してピニオン１７へ伝達され、このピニオン１７がラック１５と噛み合って回転することにより、ラックケース１６がギヤケース２９およびモータ２２と共に、ラック１５の長手方向に移動する。

一方、図４によると、ラックケース１６の上部に、船外機２方向に延びるガイドプレート３２が固定される。このガイドプレート３２の略中央に、船体前後方向へ延びる長孔３３が形成される。対して、船外機本体４には、図１および図２に示すようなステアリングブラケット３４が一体に固定される。これらのステアリングブラケット３４およびガイドブレート３２が伝達機構１４として構成される。ステアリングブラケット３４とガイドプレート３２とが、ガイドプレート３２の長孔３３を貫通するガイドボルト３５により固定される。ここで、このガイドボルト３５は、ステアリングブラケット３４内を長孔３３に沿って滑かにスライド可能に取り付けられる。

また、図１に示すように、ステアリングホイール１０は船体１の運転席に設置され、運転員により直接回転操作される。このステアリングホイール１０のホイールシャフト３６に操舵角センサ１１が取り付けられる。この操舵角センサ１１は、ステアリングホイール１０と一体回転するホイールシャフト３６の操舵角度および回転方向を検出し、この検出値をパルス信号として導線２０を介しコントローラ３へ送信する。コントローラ３は、電動モータ２２と導線２０によって接続され、操舵角センサ１１からのパルス信号に応じたステアリング力を電動モータ２２に発生させるべく電動モータ２２の回転数を演算し、その信号を導線２０を介して電動モータ２２へ出力する。

図５は、本発明のステアリング装置の制御内容を説明するためのブロック図である。この制御ブロックは、コントローラ３によって実施される制御を示しており、コントローラ３には、操舵角センサ１１から出力されたステアリングホイール１０の操舵角の制御信号と、転回角センサ５１から出力された船外機２の転回角信号とが入力される。

まず第１信号変換器５２では、検出されたステアリングホイール１０の操舵角の制御信号を補正出力器５３からの補正信号（例えは、航行状態やマニュアル選択に応じた補正信号）に基づき補正する。例えば、航行状態は、船舶周辺の環境や船速に応じて湾内航行状態、低速航行状態および通常航行状態とに分類され、航行状態に応じて、操舵角センサ１１の制御信号を補正する。なお、制御信号は船速に応じて補正するようにしてもよい。

操舵角の制御信号の補正の方法としては、極低速状態である湾内航行状態では制御信号が大きくなるように、すなわちステアリングホイール１０の操舵角に対する船外機２の転回角が大きくなるように補正し、これに対して船速が速い通常航行状態では制御信号の補正値が湾内航行状態の出力値より小さくなるように補正し、あるいは補正せずに出力する（補正値は、湾内航行状態≧低速航行状態≧通常航行状態の関係となる）。

またマニュアル選択時には、例えば、ステアリングホイール１０近傍に選択スイッチを設けておき、運転者の判断より航行状態を選択し、選択された航行状態に応じた補正出力により操舵角センサ１１の制御信号を第１信号変換器５２で補正する。

補正された操舵角センサ１１の制御信号は増幅器５４で所定のゲインを掛けて増幅し、目標操舵角として加算器５２に送る。加算器５５で船外機２の転回角を検出する転回角センサ５１の出力信号と目標操舵角とを比較する。目標操舵角と検出された転回角センサ５１の出力値が一致しない場合には、転回角センサ５１の出力値が目標操舵角に一致するまで、船外機２の転回動作を実施する。なお、転回角センサ５１の出力値が目標操舵角より大きくなった場合には、船外機の転回角を小さくするように制御信号を制御する。

目標操舵角と転回角センサ５１の出力との差異を増幅器５６で増幅して、ＰＷＭ変換器５７に入力して、ＰＷＭ変換器５７によりパルス幅を変換した出力パルスにより、電動モータ２２が制御される。そして、目標操舵角と転回角センサ５１との差がなくなれば、目標の転回角となったと判断し、ＰＷＭ変換器５７からの出力信号を停止し、その転回角を維持する。

次に、作用を説明する。

運転員がステアリングホイール１０を回転操作すると、その操舵角度および回転方向を操舵角センサ１１が検出する。コントローラ３は、操舵角センサ１１の検出値に基づいて電動モータ２２の回転数を決定し、電動モータ２２を回転させる。この電動モータ２２の回転力は減速ギヤ１８および１９を介してピニオン１７を回転させ、これによりラックケース１６がラック１５の長手方向に移動し、操舵力としてガイドプレート３２およびステアリングブラケット３４を介し、ステアリング本体４を操舵する。このとき、ガイドボルト３５が長孔３３内をスライドする。このようにして、ステアリングホイール２４の操舵角に応じてラックケース１６が移動し、この移動に伴って、船外機２が所定角度だけ転回する。

ステアリングホイール２４の操舵角は、操舵角センサ１１の出力信号として電動モータ２２に伝達される。ここで出力信号は、船舶の航行状態に応じて補正され、例えば、船速が遅い場合には出力信号が大きくなるように補正し、反対に船速が速い場合には出力信号の補正代を船速が遅い場合より小さく、または補正をしないようにする。

また、船外機２の転回角は、目標操舵角に対応した転回角となるように、船外機２の転回角センサ５１の検出値によりフィードバック制御される。

したがって、本発明では、ステアリングホイール１０の操舵角に対する船外機２の転回角の関係を船舶の航行状態、または船速に応じて補正するようにしたため、船舶が低速で走行したり、係船する場合にはステアリングホイール１０の操舵角に対する船外機２の転回角が大きくなるように、つまりわずかな操舵角でも大きな転回角が得られるように補正して運転性を向上できる。一方、通常航行時、特に船速が速い場合には、ステアリングホイール１０の操舵角に対する船外機２の転回角が、低速時より小さくなるように補正して、ステアリングホイール１０を操舵した時に過剰に舵が切れることを防止し、特に高速航行時の運転性を向上することができる。

船体航行時のハンドル操作を改善するステアリング装置の制御方法であり、特に船外機を備えた小型船舶に有用である。

本発明の一実施形態を示す小型船舶用ステアリング装置の斜視図である。 同じく舵取り手段としての船外機を示す側面図である。 ギヤ装置の詳細図である。 同じくギヤ装置の詳細図である。 本発明の制御ブロック図である。

符号の説明

１ 船体
２ 船外機
３ コントローラ
４ 船外機本体
５ スイベルブラケット
６ クランプブラケット
７ クランプブラケットシャフト
８ トランサム
９ プロペラ
１０ ステアリングホイール
１１ 操舵角センサ
１２ ステアリング装置
１３ ギヤ装置
１４ 伝達機構
１５ ラック
１６ ラックケース
１７ ピニオン
１８ 減速ギヤ
１９ 減速ギヤ
２０ 導線
２２ 電動モータ
２５ 取付ブラケット
２６ ボルト
２７ ナット
２８ ピニオンシャフト
２９ ギヤケース
３０ ボルト
３１ 出力シャフト
３２ ガイドプレート
３３ 長孔
３４ ガイドブラケット
３５ ガイドボルト
３６ ホイールシャフト
５１ 転回角センサ

Claims (4)

1. 船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機と、
   運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて前記船外機を転回するギヤ装置と、
   前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラと、からなり、
   前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、
   前記船舶の航行状態を検出する航行状態検出手段を備え、
   前記コントローラは、前記検出された航行状態に応じて、前記電動アクチュエータに出力する制御信号を補正することを特徴とする小型船舶用ステアリング装置。
2. 前記航行状態検出手段は、船舶の速度を検出する手段であって、
   前記コントローラは、前記船舶の速度が遅いほど前記ステアリングホイールの操舵角に対する前記船外機の転回角が大きくなるように、前記電動アクチュエータに出力する制御信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用ステアリング装置。
3. 前記船舶の航行状態の判断を手動にて選択する航行状態選択手段を備え、
   前記コントローラは、前記選択された航行状態に応じて、前記電動アクチュエータに出力する制御信号を補正することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用ステアリング装置。
4. 前記船外機の転回角を検出する転回角検出手段を備え、
   前記船外機の転回角が、前記制御信号と一致するまで電動アクチュエータを駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の小型船舶用ステアリング装置。

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