JP2006069408A - 船外機の操舵装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操舵用アクチュエータの駆動電流値を操舵負荷に応じた値に決定して消費電力を低減すると共に、操舵角を目標操舵角に精度良く追従させるようにした船外機の操舵装置を提供する。
【解決手段】船外機の操舵負荷が船体の速度に応じて変動することに鑑み、船体の速度を示す値としてエンジン回転数（ＮＥ）を検出し、検出したエンジン回転数（ＮＥ）に基づいて操舵用アクチュエータ（油圧シリンダ）の駆動電流値を決定する（Ｓ１８）ことにより、操舵用アクチュエータの駆動電流値を操舵負荷に応じた値とする。
【選択図】図６

Description

この発明は、船外機の操舵装置に関する。

従来、例えば特許文献１に記載されるように、船外機の操舵角をアクチュエータで調整するようにした船外機の操舵装置が提案されている。特許文献１に記載される装置にあっては、非操舵時のアクチュエータの駆動電流値を操舵時のそれよりも減少させることで、消費電力を低減させるように構成している。
特開平５−２２１３８５号公報

ところで、船外機のエンジン回転数が上昇してプロペラが発生する推力が大きくなると、水流抵抗が増加して操舵負荷が増大する。また、推力が大きくなって船速（特に対水速度）が上昇すると、船外機のラダー部分に作用する水圧が増加して操舵負荷はさらに増大する。

そこで、操舵負荷が増大したときでも安定した操舵が行えるように、操舵用アクチュエータには十分に大きな駆動電流が供給されるのが一般的である。しかしながら、そのように構成すると、船速が小さいとき（即ち、操舵負荷が小さいとき）に、必要以上の駆動電流が操舵用アクチュエータに供給されることとなり、消費電力の点で改善の余地を残していた。

また、大きな駆動電流が供給されることによってアクチュエータの出力が操舵負荷に対して過大になると、操舵角の変化量が目標操舵角をオーバーシュートして収束性が低下し、操舵性能に悪影響を与えるおそれがあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、操舵用アクチュエータの駆動電流値を操舵負荷に応じた値に決定して消費電力を低減すると共に、操舵角を目標操舵角に精度良く追従させるようにした船外機の操舵装置を提供することにある。

上記の目的を解決するために、請求項１にあっては、船体に装着された船外機の操舵角を調整するアクチュエータを備えた船外機の操舵装置において、前記船体の速度を示す値を検出する船速検出手段と、前記検出された船体の速度に基づいて前記アクチュエータの駆動電流値を決定する駆動電流値決定手段と、前記決定された駆動電流値に従って前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段とを備えるように構成した。

また、請求項２にあっては、前記駆動電流値決定手段は、前記検出された船体の速度が小さくなるに従って減少するように前記駆動電流値を決定するように構成した。

請求項１に係る船外機の操舵装置にあっては、船体の速度を示す値を検出し、検出された船体の速度に基づいて操舵用アクチュエータの駆動電流値を決定するように構成したので、操舵用アクチュエータの駆動電流値を操舵負荷に応じた値に決定することができ、よって消費電力を低減することができる。また、駆動電流値が操舵負荷に応じた値に決定されることで、操舵用アクチュエータの出力が操舵負荷に対して過大となるのを防止でき、よって船外機の操舵角を目標操舵角に精度良く追従させることができる。

また、請求項２に係る船外機の操舵装置にあっては、操舵用アクチュエータの駆動電流値を、検出された船体の速度が小さくなるに従って減少するように決定する如く構成したので、操舵用アクチュエータの駆動電流値を操舵負荷に応じた最適な値に決定することができ、よって消費電力をより一層効果的に低減することができると共に、操舵角を目標操舵角により精度良く追従させることができる。

以下、添付図面に即してこの発明に係る船外機の操舵装置を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置を船体も含めて全体的に示す概略図であり、図２は、図１に示す船外機の説明側面図である。

図１および図２において、符合１０は船外機を示す。船外機１０は、図２に示す如く、船体（船舶）１２の後部に固定されたスターンブラケット１４と、スターンブラケット１４に取り付けられたスイベルケース１６と、スイベルケース１６に回動自在に収容されたスイベルシャフト１８とを介して船体１２に取り付けられる。

スイベルシャフト１８は、スイベルケース１６の内部に回動自在に収容され、その上端はマウントフレーム２０を介して船外機１０のフレームに接続されると共に、下端も船外機１０のフレームに接続される。また、スイベルケース１６は、チルティングシャフト２２を介してスターンブラケット１４に取り付けられる。これにより、船外機１０は、船体１２およびスターンブラケット１４に対し、スイベルシャフト１８を回転軸として操舵自在とされると共に、チルティングシャフト２２を回転軸としてチルトアップ・ダウンおよびトリムアップ・ダウン自在とされる。

スイベルケース１６の上部には、船外機１０の操舵角を調整するための油圧シリンダ（アクチュエータ。以下「操舵用油圧シリンダ」という）２６が配置される。また、操舵用油圧シリンダ２６には、ストロークセンサ２８が取り付けられ、操舵用油圧シリンダ２６の駆動量（換言すれば、船外機１０の操舵角）に応じた信号を出力する。

船外機１０の上部には、内燃機関（以下「エンジン」という）３０が搭載される。エンジン３０は火花点火式の直列４気筒で２２００ｃｃの排気量を備える４サイクルガソリンエンジンからなる。また、エンジン３０の付近には、マイクロコンピュータからなる電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）３２が配置される。

エンジン３０のクランクシャフト（図示せず）の付近には、クランク角センサ３４が配置される。クランク角センサ３４は、所定クランク角（例えば３０度）ごとに信号を出力する。

一方、船外機１０の下部には、プロペラ３６とラダー３８が設けられる。プロペラ３６は、図示しないクランクシャフト、ドライブシャフトおよびシフト機構を介してエンジン３０の動力が伝達されて回転し、推力を生じる。

また、前記したスターンブラケット１４とスイベルケース１６の付近には、船外機１０のチルト角とトリム角を調整するためのアクチュエータ、具体的には、公知のパワーチルトトリムユニット４０が配置される。上記した操舵用油圧シリンダ２６、ストロークセンサ２８、クランク角センサ３４およびパワーチルトトリムユニット４０は、それぞれ信号線２６Ｌ，２８Ｌ，３４Ｌおよび４０Ｌを介してＥＣＵ３２に接続される。

図１に示す如く、船体１２の操縦席付近にはステアリングホイール４２が配置される。ステアリングホイール４２の付近には、転舵角センサ４４が配置される。転舵角センサ４４は、具体的にはロータリエンコーダからなり、操縦者によって入力されたステアリングホイール４２の転舵角（操作量）に応じた信号を出力する。

操縦席付近には、さらにシフトレバー４６とスロットルレバー４８が配置される。シフトレバー４６とスロットルレバー４８は、それぞれプッシュプルケーブルを介してエンジン３０のシフト機構とスロットルバルブ（図示せず）に接続される。即ち、シフトレバー４６が操作されることによってシフト機構が動作し、船体１２の進行方向が切り換えられる。また、スロットルレバー４８が操作されることによってスロットルバルブが開閉し、エンジン回転数が調整される。

さらに、操縦席付近には、船外機１０のチルト角の調整指示を入力するパワーチルトスイッチ５０と、トリム角の調整指示を入力するパワートリムスイッチ５２が配置される。各スイッチ５０，５２は、操縦者によって入力されたチルトアップ・ダウンおよびトリムアップ・ダウンの指示に応じた信号を出力する。上記した転舵角センサ４４、パワーチルトスイッチ５０およびパワートリムスイッチ５２は、それぞれ信号線４４Ｌ，５０Ｌおよび５２Ｌを介してＥＣＵ３２に接続される。

ＥＣＵ３２は、信号線３４Ｌを介して入力されたクランク角センサ３４の出力をカウントし、船体１２の速度（船速。特に対水速度）を示す値としてエンジン回転数ＮＥを検出（算出）する。また、ＥＣＵ３２は、信号線２８Ｌ，４４Ｌを介して入力されたストロークセンサ２８と転舵角センサ４４の出力、および前記したエンジン回転数ＮＥに基づき、操舵用油圧シリンダ２６の駆動を制御して船外機１０の操舵角を調整する。操舵用油圧シリンダ２６の駆動制御については、後に詳説する。さらに、ＥＣＵ３２は、信号線５０Ｌ，５２Ｌを介して入力されたパワーチルトスイッチ５０とパワートリムスイッチ５２の出力に基づき、パワーチルトトリムユニット４０の駆動を制御して船外機１０のチルト角とトリム角を調整する。

図３は、図２に示すスイベルケース１６付近を拡大した部分断面図である。

図３に示すように、パワーチルトトリムユニット４０は、１本のチルト角調整用の油圧シリンダ（以下「チルト用油圧シリンダ」という）４０ａと、２本の（図では１本のみ表れる）トリム角調整用の油圧シリンダ（以下「トリム用油圧シリンダ」という）４０ｂを一体的に備える。

チルト用油圧シリンダ４０ａは、そのシリンダボトムがスターンブラケット１４に接続されると共に、ロッドヘッドがスイベルケース１６に接続される。また、トリム用油圧シリンダ４０ｂは、そのシリンダボトムがスターンブラケット１４に接続されると共に、ロッドヘッドがスイベルケース１６に当接させられる。これにより、チルト用油圧シリンダ４０ａあるいはトリム用油圧シリンダ４０ｂを駆動することで、チルティングシャフト２２を回転軸としてスイベルケース１６が回動され、よって船外機１０のチルトトリム角が調整される。

図４は、スイベルケース１６付近を上方から見た平面図である。

図３および図４に示すように、マウントフレーム２０においてスイベルシャフト１８の直上付近には、ステー６０が設けられる。操舵用油圧シリンダ２６は、そのロッドヘッド２６ａがステー６０に回動自在に取り付けられると共に、シリンダボトム２６ｂがスイベルケース１６の上部に回動自在に取り付けられる。これにより、操舵用油圧シリンダ２６を駆動することで、マウントフレーム２０およびスイベルシャフト１８が回動され、よって船外機１０が左右に操舵される。

図５は、この実施例に係る船外機の操舵装置の構成を表すブロック図である。

図５に示すように、操舵用油圧シリンダ２６には、それに作動油を吐出する油圧ポンプ７０が接続され、油圧ポンプ７０には、それを駆動する電動モータ７２が接続される。前記した信号線２６Ｌは、具体的には電動モータ７２とＥＣＵ３２に接続される。ＥＣＵ３２は、上記した各センサの出力に基づいて電動モータ７２の駆動を制御し、よって油圧ポンプ７０を動作させて操舵用油圧シリンダ２６の駆動を制御する。

図６は、この発明に係る船外機の操舵装置の動作を示すフローチャートである。図示のプログラムは、ＥＣＵ３２において所定の周期、例えば１０ｍｓｅｃごとに実行される。以下、図６以降を参照し、操舵用油圧シリンダ２６の駆動制御（即ち、電動モータ７２の駆動制御）について詳説する。

先ず、Ｓ１０において、転舵角センサ４４で検出されたステアリングホイール４２の転舵角に基づき、船外機１０の目標操舵角を決定する。目標操舵角は、例えば船外機１０の最大操舵角が左右それぞれ３０度（計６０度）であり、ステアリングホイール４２の最大転舵角が左右それぞれ３６０度（計７２０度）であれば、ステアリングホイール４２が１２度転舵されるごとに１度ずつ増加あるいは減少させられる。

次いでＳ１２に進み、ストロークセンサ２８の出力から現在の操舵角（実操舵角）を検出し、さらにＳ１４に進んで目標操舵角と現在の操舵角の偏差ΔＡＮＧを算出する。そしてＳ１６に進み、エンジン回転数ＮＥに基づいてゲインＧを決定する。

図７は、エンジン回転数ＮＥに対するゲインＧの特性を示す特性図である。図７に示すように、ゲインＧは、エンジン回転数ＮＥが低下するに従って減少するように設定される。尚、ゲインＧとは、例えばＰＩＤ制御で言えば、Ｐ項、Ｉ項およびＤ項の少なくともいずれかに相当する制御ゲインである。

図６フローチャートの説明に戻ると、次いでＳ１８に進み、ゲインＧと偏差ΔＡＮＧに基づいて操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値を決定する。具体的には、偏差ΔＡＮＧが減少する方向に操舵用油圧シリンダ２６が駆動されるように基本電流値を決定し、決定した基本電流値に前記ゲインＧを乗算することによって操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値、より詳しくは電動モータ７２の駆動電流値を決定する。

上記したように、ゲインＧは、エンジン回転数ＮＥが低下するに従って減少するように設定されることから、駆動電流値は、エンジン回転数ＮＥが低下するに従って減少するように決定される。即ち、操舵用油圧シリンダ２６の出力は、エンジン回転数ＮＥが低下するに従って低下させられる。操舵用油圧シリンダ２６の出力特性がこのように設定されるのは、操舵負荷が船体１２の速度に応じて変動する（具体的には、エンジン回転数ＮＥの低下に伴って船速（対水速度）が小さくなるに従い、操舵負荷が減少する）ためである。

図８は、偏差ΔＡＮＧがある遷移を示したときの駆動電流値を、エンジン回転数ＮＥが６０００［ｒｐｍ］であるときと１２００［ｒｐｍ］であるときで対比して表すタイムチャートである。図８を参照して具体例を説明すると、図示の如く、エンジン回転数ＮＥが６０００［ｒｐｍ］であるときは、ゲインＧは１８０に設定される。これに対し、エンジン回転数ＮＥが１２００［ｒｐｍ］であるときは、ゲインＧは６０に設定される。従って駆動電流値は、エンジン回転数ＮＥが６０００［ｒｐｍ］であるときよりも１２００［ｒｐｍ］であるときの方が小さな値に決定され、よって操舵用油圧シリンダ２６の出力は、エンジン回転数ＮＥが６０００［ｒｐｍ］であるときよりも１２００［ｒｐｍ］であるときの方が小さくなる。

図６フローチャートの説明を続けると、次いでＳ２０に進み、Ｓ１８で決定した駆動電流値に従って操舵用油圧シリンダ２６の駆動（電動モータ７２の駆動）を制御する。これにより、船外機１０が左右に操舵される。

このように、この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置にあっては、操舵負荷が船体１２の速度に応じて変動することに鑑み、船体１２の速度を示す値としてエンジン回転数ＮＥを検出し、検出したエンジン回転数ＮＥに基づいて操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値を決定するように構成したので、操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値を操舵負荷に応じた値に決定することができ、よって消費電力を低減することができる。また、駆動電流値が操舵負荷に応じた値に決定されることで、操舵用油圧シリンダ２６の出力が操舵負荷に対して過大となるのを防止できるため、船外機１０の操舵角を目標操舵角に精度良く追従させることができる。

より具体的には、操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値を、エンジン回転数ＮＥが低下する（船体１２の速度が小さくなる）に従って減少するように決定する如く構成したので、操舵用油圧シリンダ２６の駆動電流値を操舵負荷に応じた最適な値に決定することができ、よって消費電力をより一層効果的に低減することができると共に、操舵角を目標操舵角により精度良く追従させることができる。

以上のように、この発明の第１実施例にあっては、船体（１２）に装着された船外機（１０）の操舵角を調整するアクチュエータ（操舵用油圧シリンダ２６）を備えた船外機の操舵装置において、前記船体（１２）の速度を示す値（エンジン回転数ＮＥ）を検出する船速検出手段（クランク角センサ３４）と、前記検出された船体の速度（エンジン回転数ＮＥ）に基づいて前記アクチュエータ（２６）の駆動電流値を決定する駆動電流値決定手段（ＥＣＵ３２、図６フローチャートのＳ１８）と、前記決定された駆動電流値に従って前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段（ＥＣＵ３２、図６フローチャートのＳ２０）とを備えるように構成した。

また、前記駆動電流値決定手段（ＥＣＵ３２）は、前記検出された船体の速度（エンジン回転数ＮＥ）が小さくなるに従って減少するように前記駆動電流値を決定する如く構成した。

尚、上記において、船外機１０の操舵角を調整するためのアクチュエータを油圧シリンダとしたが、電動モータなどの他のアクチュエータであっても良い。

また、船体１２の速度を示す値としてエンジン回転数ＮＥを検出するようにしたが、流速センサなどを使用して船速そのものを検出するようにしても良い。

この発明の第１実施例に係る船外機の操舵装置を船体も含めて全体的に示す概略図である。 図１に示す船外機の説明側面図である。 図２に示すスイベルケース付近を拡大した部分断面図である。 図３に示すスイベルケース付近を上方から見た平面図である。 図１に示す装置の構成を表すブロック図である。 図１に示す装置の動作を表すフローチャートである。 図６フローチャートの処理で使用される、エンジン回転数に対するゲインの特性を示す特性図である。 図６フローチャートの処理において、目標操舵角と実操舵角の偏差がある遷移を示したときの操舵用油圧シリンダの駆動電流値を、エンジン回転数が６０００[ｒｐｍ]であるときと１２００［ｒｐｍ］であるときで対比して表すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 船外機
１２ 船体
２６ 操舵用油圧シリンダ（アクチュエータ）
３２ ＥＣＵ（駆動電流値決定手段、アクチュエータ制御手段）
３４ クランク角センサ（船速検出手段）

Claims (2)

1. 船体に装着された船外機の操舵角を調整するアクチュエータを備えた船外機の操舵装置において、前記船体の速度を示す値を検出する船速検出手段と、前記検出された船体の速度に基づいて前記アクチュエータの駆動電流値を決定する駆動電流値決定手段と、前記決定された駆動電流値に従って前記アクチュエータの駆動を制御するアクチュエータ制御手段とを備えることを特徴とする船外機の操舵装置。
2. 前記駆動電流値決定手段は、前記検出された船体の速度が小さくなるに従って減少するように前記駆動電流値を決定することを特徴とする請求項１記載の船外機の操舵装置。
   

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