JP2008126777A - 船舶用転舵装置、及び船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】転舵荷重が増大した際のハンドルの応答性を良好に保つことができる船舶用転舵装置及び船舶を提供する。
【解決手段】電動モータによって駆動される船外機１２と、操船者により操作され、電動モータに電気的に接続されて駆動信号を電動モータに与えるハンドル１７と、ハンドル１７の駆動信号に基づいて電動モータを動作させるＥＣＵ３３とを備え、ＥＣＵ３３は、ハンドル操作に従った転舵状態を検出する操舵状態検出手段、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段、船外機１２の数量等の状態を認識する船外機状態認識手段、電動モータの状態を検出する電動モータ状態検出手段の少なくとも何れか一つを有する。転舵力演算手段は、当該手段からの検出値に基づいて、電動モータの駆動電流の電流値を大きくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、転舵駆動手段と船舶推進装置作動手段とを電気的に接続させた船舶用転舵装置、及び船舶に関する。

従来からこの種の船舶用転舵装置においては、特許文献１、及び特許文献２に記載されたようなものがある。即ち、特許文献１には、船尾に船外機が設けられ、船外機に転舵力を付与する「電動アクチュエータ」としての電動モータが設けられ、電動モータと操船席に設けられたハンドルとが信号ケーブルによって接続された船舶用転舵装置が記載されている。ここで、船外機を転舵させる際に電動アクチュエータに加わる荷重（本明細書において「転舵荷重」と称する。）は船舶の航行速度に依存する一方、転舵荷重が小さいときに電動モータに過大な駆動電流が供給されると、目標値に対して制御量がオーバーシュートしてしまい、図９の（ａ）に示すように転舵特性が悪化する恐れがある。そして、引用文献２には、船舶が低速で航行する場合に電動モータに供給する駆動電流を減少させる船舶用転舵装置が記載されている。
特許第２９５９０４４号公報 特開２００６−６９４０８号公報

ここで、例えば船舶が高速航行する場合、低速航行する場合に比べて転舵荷重は大きくなる。そのため、転舵の際電動モータが出力すべきトルク量は低速時に比べて増大する。しかし、引用文献１及び２に記載の発明においては、船舶の航行中に電動モータのトルク量を増大させるための構成を有していない。そのため、引用文献１及び２に記載の発明において船舶が高速航行する場合の応答特性が変化し、図９の（ｂ）に示すようにハンドルを転舵させてから船外機が転舵されるまでに大きなタイムラグが発生するようになる。そのため、引用文献１及び２に記載の発明においては、高速航行時のハンドルの操作性が変わるという問題がある。

一方、転舵荷重は、船舶の航行速度以外にも、船外機の回転角や転舵速度等の転舵状態、船外機に設けられたプロペラの回転方向と船外機の転舵方向の関係や船舶の重量等の船舶自体の状態によっても変化し、温度変化等、電動モータの状態の変化によっても事実上変化する。そして、引用文献１及び２に記載の発明においては、これらの状態の変化に伴う転舵荷重の増大によっても応答特性が変化し、ハンドルの操作性が変わるという問題がある。

本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、転舵荷重が増大した際のハンドルの応答性を良好に保つことができる船舶用転舵装置、及び当該船舶用転舵装置を搭載した船舶を提供することを課題としている。

かかる課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、船体の船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵切り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルと、該ハンドルの駆動信号に基づいて前記電動アクチュエータを動作させる制御手段とを備えた船舶用転舵装置において、前記制御手段は、ハンドル操作に従った転舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の数量等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも何れか一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検出値に基づいて、前記電動アクチュエータが付与する目標転舵力を大きくする転舵力演算手段と、該転舵力演算手段が演算した目標転舵力に応じて前記電動アクチュエータを制御する電動アクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記電動アクチュエータ制御手段は、目標転舵力が大きくなった際に前記電動アクチュエータに供給する駆動電流を増大させることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記操舵状態検出手段には、ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、前記船舶推進装置にかかる力を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操舵に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角と舵の転舵角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つが接続されたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記走行状態検出手段には、前記船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力を検出する速度検出手段との少なくとも一つが接続されたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の構成に加え、前記船舶推進装置状態認識手段には、前記船舶推進装置の数量、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度、タブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段が接続されたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記電動アクチュエータ状態検出手段には、前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動する電動アクチュエータ及び該駆動する電動アクチュエータの数を選択する電動アクチュエータ選択手段のうち少なくとも一つの手段が接続されたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の構成に加え、前記転舵力演算手段は、前記検出値に基づいてＰＩＤ制御のゲインを変化させて前記目標転舵力を算出することを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用転舵装置が配設されたことを特徴とする船舶であることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ハンドルの駆動信号に基づいて電動アクチュエータを動作させる制御手段は、ハンドル操作に従った転舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、船舶推進装置の数量等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも何れか一つを有し、少なくとも一つの手段からの検出値に基づいて、電動アクチュエータが付与する目標転舵力を大きくする転舵力演算手段と、転舵力演算手段が演算した目標転舵力に応じて電動アクチュエータを制御する電動アクチュエータ制御手段とを備えたことにより、電動アクチュエータに加わる転舵荷重の増大を、船舶の各種状態変化に基づく所定の物理量の変化によって検出し、転舵荷重が増大した際に、物理量の検出値に基づいて電動アクチュエータが出力するトルク量を増大させる制御を行うことができる。これにより、転舵荷重が増大した際のハンドルの応答性を良好に保つことができる。

請求項２に記載の発明によれば、電動アクチュエータ制御手段は、目標転舵力が大きくなった際に電動アクチュエータに供給する駆動電流を増大させることにより、電動アクチュエータに加わる荷重が増大した時に電動アクチュエータが出力するトルク量を確実に増大させ、転舵荷重が増大した際のハンドルの応答性を一層良好に保つことができる。

請求項３に記載の発明によれば、操舵状態検出手段には、ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、船舶推進装置にかかる力を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操舵に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角と舵の転舵角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つが接続されたことにより、転舵荷重の大きさに大きな影響を与えるハンドルの転舵状態の変化に基づいて、電動アクチュエータに加わる転舵荷重の変化を検出、算出できる。これにより、電動アクチュエータが出力するトルク量を転舵荷重の増大量に基づいて確実に増大させることができる。

請求項４に記載の発明によれば、走行状態検出手段には、船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段と、船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、船舶の速度、加速度、推力、船舶推進装置の出力を検出する速度検出手段との少なくとも一つが接続されたことにより、走行状態のうち転舵荷重の大きさに大きな影響を与える要因に基づいて、電動アクチュエータに加わる転舵荷重の変化を検出、算出できる。これにより、電動アクチュエータが出力するトルク量を転舵荷重の増大量に基づいて確実に増大させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、船舶推進装置状態認識手段には、船舶推進装置の数量、船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度、タブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段が接続されたことにより、船舶の各種状態変化に基づいて変動し電動アクチュエータに加わる荷重を変化させうる所定の物理量に関するデータを予め記憶させておき、このデータを用いて電動アクチュエータが出力するトルク量を算出できる。これにより、電動アクチュエータが出力するトルク量を転舵荷重の増大量に基づいて簡易かつ確実に増大させることができる。

請求項６に記載の発明によれば、電動アクチュエータ状態検出手段には、前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の電動アクチュエータのうち駆動する電動アクチュエータ及び駆動する電動アクチュエータの数を選択する電動アクチュエータ選択手段のうち少なくとも一つの手段が接続されたことにより、電動アクチュエータの出力特性に大きな影響を与える温度の変化に基づいて、電動アクチュエータの駆動状態を修正することができる。これにより、電動アクチュエータが出力するトルク量を転舵荷重の増大量に基づいて確実に増大させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、転舵力演算手段は、検出値に基づいてＰＩＤ制御のゲインを変化させて目標転舵力を算出することにより、転舵荷重の増大量をフィードバックできトルク量を追従させることができる。これにより、電動アクチュエータが出力するトルク量を転舵荷重の増大量に基づいて確実に増大させることができる。

請求項８に記載の発明によれば、上記効果を有する船舶用転舵装置が搭載された船舶を提供できる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。

図１乃至図９には、この発明の実施の形態を示す。

まず構成を説明すると、この実施の形態の船舶は、図１に示すように、船体１０の船尾板１１に「船舶推進装置」としての船外機１２がクランプブラケット１３を介して取り付けられ、この船外機１２は、上下方向に沿うスイベル軸（転舵ピボット軸）１４廻りに回転可能となっている。

このスイベル軸１４の上端部には、ステアリングブラケット１５が固定され、このステアリングブラケット１５の前端部１５ａに舵切り装置１６が連結され、この舵切り装置１６が、操船席に配設されたハンドル１７により操作されて駆動されるようになっている。

その舵切り装置１６は、図２に示すように、「電動アクチュエータ」としての例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータ２０を有し、この電動モータ２０が、左右方向に配設されたネジ棒２１に装着され、このネジ棒２１に沿って左右方向に移動するように構成されている。

そのネジ棒２１は、両端部が左右一対の支持部材２２に支持され、これら支持部材２２は、チルト軸２３に支持されている。

そして、その電動モータ２０には、連結ブラケット２４が後方に向けて突設され、この連結ブラケット２４とステアリングブラケット１５とが連結ピン２５を介して連結されている。

これにより、電動モータ２０が駆動して、ネジ棒２１に対して左右方向に移動することにより、連結ブラケット２４及びクランプブラケット１３を介して船外機１２が、スイベル軸１４を中心として回動するように構成されている。

一方、ハンドル１７は、図１に示すように、ハンドル軸２６に固定され、このハンドル軸２６の基端部にハンドル制御部２７が設けられ、このハンドル制御部２７には、ハンドル１７の操舵角を検出するハンドル操舵角センサ２８及び、ハンドル１７の操作時にこのハンドル１７に対して所望の反力を付与する反力モータ２９が設けられている。

このハンドル制御部２７が、信号ケーブル３０を介して「制御手段」としてのＥＣＵ（Engine Control Unit）３３に接続され、このＥＣＵ３３が舵切り装置１６の電動モータ２０に接続され、このＥＣＵ３３にハンドル操舵角センサ２８からの信号が入力され、このＥＣＵ３３にて電動モータ２０が制御駆動されると共に、このＥＣＵ３３にて反力モータ２９が制御されるように構成されている。

そして、このＥＣＵ３３は、図４に示すように、ハンドル操作に従った転舵状態を検出する操舵状態検出手段３８と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段３９と、船外機１２の数量等の状態を認識する「船舶推進装置状態認識手段」としての船外機状態認識手段４０と、電動モータ２０の状態を検出する「電動アクチュエータ状態検出手段」としての電動モータ状態検出手段４１とを有している。また、これら操舵状態検出手段３８、走行状態検出手段３９、船外機状態認識手段４０、電動モータ状態検出手段４１からの検出値に基づいて電動モータ２０が出力すべき転舵力（トルク量）を算出する転舵力演算手段４２と、転舵力演算手段４２が演算した目標転舵力に応じて電動モータ２０を制御する「電動アクチュエータ制御手段」としての電動モータ制御手段４３とを有している。転舵力演算手段４２は、転舵時に作用する電動モータ２０に対する荷重が増加されると判断される時に、電動モータ２０が付与する目標転舵力を大きくするようにトルク量の算出を行う（詳しくは後述する。）。

その操舵状態検出手段３８には、図３に示す、ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段５３と、水圧など舵にかかる負荷を検出する負荷検出手段４６と、ハンドル操舵角、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操舵に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段４７と、ハンドル操作に応じた目標転舵角と舵の転舵角との偏差を検出する偏差検出手段４５とが接続され、その操舵検出手段４７には、操舵角度を検出するハンドル操舵角センサ２８が含まれている。これにより、転舵荷重の大きさに大きな影響を与えるハンドル１７の転舵状態の変化に基づいて、電動モータ２０に加わる転舵荷重の変化を検出、算出できる。

また、その走行状態検出手段３９には、図３に示す、船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段４８と、船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段４９と、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力を検出する速度検出手段５０と、船舶の速度を検出する速度センサ３４と、船外機１２のエンジン回転数を検出する回転数センサ３５とが接続されている。これにより、走行状態のうち転舵荷重の大きさに大きな影響を与える要因に基づいて、電動モータ２０に加わる転舵荷重の変化を検出、算出できる。

また、そのＥＣＵ３３には、船舶情報（例えばトリム角、プロペラサイズ等）の信号が入力されるように構成されている。

さらに、船外機状態認識手段４０には、操舵記憶手段５１が接続されている。この操舵記憶手段５１は磁気ディスク、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）等の記憶媒体であって、船外機１２の数量、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度、タブトリム形状等の情報、及び、当該情報に基づく数値データがテーブルとして記憶されている。この数値データは、前述の情報をはじめとする、船舶の各種状態変化に基づいて変動し電動モータ２０に加わる荷重を変化させうる物理量に関するデータであり、後述する通り、電動モータ２０の駆動電流の算出に用いられる。なお、操舵記憶手段５１はＥＣＵ３３に内蔵されていても良いことは勿論である。

さらにまた、電動モータ状態検出手段４１には、電動モータ２０の温度を検出する温度検出手段５２が接続されている。温度検出手段５２は例えばサーミスタ、熱電対等を有する温度センサを備え、電動モータ２０の温度に基づいて変化する温度信号を出力する。なお、この実施の形態では直接関係しないが、船外機１２を転舵させる転舵モータ２０が複数存在する場合、電動モータ状態検出手段４１には、それら複数の電動モータ２０のうち駆動する電動モータ及び駆動する電動モータの数を選択する電動アクチュエータ選択手段が接続されていてもよい。

次に、作用について説明する。

図５は、この実施の形態に係る制御のフローチャート図である。同図に示す通り、まず、操船者にてハンドル１７が所定量回転されると、操舵検出手段４７のハンドル操舵角センサ２８からＥＣＵ３３に操作信号が送られて、操舵状態検出手段３８はこの操作信号に基づいてハンドル１７の操作角を検出する（ステップＳ１１）。更に、操舵状態検出手段３８は、その操作信号に基づいて目標転舵角を検出し（ステップＳ１２）、また、その操作信号に基づいて目標制御偏差の算出を行う（ステップＳ１３）。

また、操舵状態検出手段３８は、負荷検出手段４６、操舵検出手段４７、偏差検出手段４５から送られた操舵信号、及び転舵力検出手段５３が検出した転舵力により、操舵状態を検出する（ステップＳ１４）。ここで操舵状態とは、船外機１２の転舵に必要な転舵トルク、ハンドル操舵角、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操舵に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角と舵の転舵角との偏差等の状態を言う。

その転舵トルクは、負荷検出手段４６から供給された操舵信号に基づいて検出され、操舵角度、操舵速度及び操舵方向等は操舵検出手段４７から供給された操舵信号に基づいて検出される。

さらに、走行状態検出手段３９は、重量検出手段４８、トリム角検出手段４９、速度検出手段５０、速度センサ３４、回転数センサ３５から供給された走行信号により、走行状態を検出する（ステップＳ１５）。ここで走行状態とは、船舶の喫水位置、重量、トリム角、速度、加速度、推力、船外機１２の出力等の状態を言う。

その船舶の喫水位置、重量は重量検出手段４８から供給された走行信号により検出され、船舶のトリム角はトリム角検出手段４９から供給された走行信号により検出され、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力は速度検出手段５０から供給された走行信号により検出される。

さらにまた、船外機状態認識手段４０は、船外機１２の状態を認識する（ステップＳ１６）。ここで船外機１２の状態とは、船外機１２の数量（即ち１の船舶に設置された機数）、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度、タブトリム形状等の状態を言う。

船外機状態認識手段４０は、船外機１２の状態を認識すると、操舵記憶手段５１にアクセスし、認識した条件に基づく数値データを取得する。なお、船外機状態認識手段４０が認識した情報のうち転舵状態の変化や走行状態の変化によっても変化しないもの（例えば船外機１２の設置台数や設置位置、船外機１２の重量、プロペラの回転方向等）は操舵記憶手段５１にデータとして記憶され、ステップＳ１６が２回以上繰り返される際はこの記憶されたデータを船外機状態認識手段４０が読み出して用いてもよい。

次いで、電動モータ状態検出手段４１は、温度検出手段５２から供給された温度信号等により、電動モータ２０の状態を検出する（ステップＳ１７）。ここで、電動モータ２０の状態とは、電動モータ２０の温度や電圧等の状態を言い、電動モータ２０が複数設けられている場合には、複数の電動モータ２０のうちの駆動している電動モータ２０及び駆動している電動モータ２０の数も、この状態に含まれる。

そして、転舵力演算手段４２は、ステップＳ１１〜Ｓ１７にて検出並びに算出された値に基づいて電動モータ２０が出力すべきトルク量（即ち目標転舵力）を算出する（ステップＳ１８）。この実施の形態においては、転舵力演算手段４２は、電動モータ２０が出力すべきトルク量として、電動モータ２０に供給される駆動電流の電流値を算出する。

この実施の形態において、転舵力演算手段４２は所定の式にステップＳ１１〜Ｓ１７にて検出並びに算出された値を適用することで電流値を算出する。ここで用いる所定の式は、電流値の算出に適していればどのようなものでもよいが、例えば下記に示すＰＩＤ制御の式（１）が考えられる。

そして、転舵力演算手段４２は、ステップＳ１３にて算出した偏差を式（１）に適用すると共に、ステップＳ１２，Ｓ１４〜Ｓ１７にて検出した値を補正値として式（１）のｋ_１，ｋ_２，ｋ_３に加算（又は乗算）することで電流値を算出する。
ステップＳ１２，Ｓ１４〜Ｓ１７における検出値に基づいてＰＩＤ制御のゲインを変化させて電流値を算出することにより、転舵荷重の増大量をフィードバックでき電動モータ２０のトルク量を追従させることができる。

そして、電動モータ制御手段４３はステップＳ１８で算出された電流値の駆動電流を電動モータ２０に供給する（ステップＳ１９）。これにより、電動モータ２０は回動してステップＳ１８にて算出されたトルク量を出力し、船外機１２を転舵させる。

ここで、上述のこの実施の形態における電流値の算出は、より詳しくは下記（原理１）〜（原理４）に基づくものである。

（原理１）転舵状態に応じた電動モータ２０の制御
図６の（ａ）は、一の船外機１２の転舵角と転舵力との関係を示す模式図である。船外機１２の転舵方向及び転舵角と転舵力の大きさとの関係は同図に示すようになり、それゆえ、転舵速度が速いとき（図６の（ａ）に示す“Ａ_１”参照）は、転舵速度が遅いとき（同図の“Ａ_２”参照）よりも船外機１２を転舵させるために大きな力を要する。又、船外機１２の転舵角が大きくなる（同図の“Ｂ_１”参照）程、転舵角が小さいとき“Ｂ_２”参照）よりも、船外機１２を転舵させるために大きな力を要する。

また、図６の（ａ）の模式図に示す関係により、船外機１２をプロペラの回転による反トルクを受ける方向に転舵する時（同図の“Ｃ_１”参照）は、当該方向とは反対方向に転舵する場合（同図の“Ｃ_２”参照）よりも、船外機１２を転舵させるために大きな力を要する。更に、船外機１２を特定の転舵角から転舵角を大きくする方向（即ち、舵を切る方向）に転舵する場合（同図の“Ｄ_１”参照）よりも、当該特定の転舵角から転舵角を小さくする方向（即ち、舵を戻す方向）に転舵する場合（図６の“Ｄ_２”参照）の方が船外機１２を転舵させるために大きな力を要する。

そこで、この実施の形態においては、転舵速度が速い程、また、船外機１２の転舵角が大きい程、電動モータ２０に大きな駆動電流を供給する。また、プロペラの回転による反トルクを受ける方向に転舵する時は、反トルクを受けない方向に転舵する場合よりも電動モータ２０に大きな駆動電流を供給する。

更に、この実施の形態においては、船外機１２を特定の転舵角から転舵角を大きくする方向に転舵する場合よりも、当該特定の転舵角から転舵角を小さくする方向に転舵する場合の方が電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する。

このようにして、転舵荷重が大きくなるときに電動モータ２０が出力するトルク量を的確に増大させることができる。

（原理２）走行状態に応じた電動モータ２０の制御
（2-1）図７は、転舵力と転舵速度等の関係を示す模式図である。同図に示す通り、転舵力と船舶重量との関係は、船舶重量が大きくなると転舵力が大きくなるような比例関係を示す。同様に、転舵力とトリム角との関係、転舵力と船速との関係、転舵力と加速度（及び減速度）との関係等も、それぞれが大きく（トリム角の場合は小さく）なると転舵力が大きくなるような関係を示す。

そこで、この実施の形態においては、船舶重量が大きいほど、また、船外機１２のトリム角が小さいほど（即ち船外機１２の水没深さが深いほど）、また、船舶の航行速度が速いほど、また、船舶の加速度（又は減速度）が大きいほど、電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する。
（2-2）一の船舶に船外機１２が複数搭載されている場合（この実施の形態において図示せず）においては、搭載された複数の船外機１２のうち実際には一部の船外機１２のみで走行しているとき、又は各船外機１２のトリム状態が異なるとき（船外機１２下部の水没深さが異なる場合）には、左転舵と右転舵の際の転舵荷重特性が同一にならない。

そこで、この実施の形態においては、推力を発生している船外機１２が船体１０の幅方向で右側か左側かに応じて電動モータ２０に供給する駆動電流の大きさを調整し、転舵負荷が大きくなるときに大きな駆動電流を供給する。

また、複数の船外機１２において、船舶が旋回するときに旋回内側の船外機１２は旋回外側の船外機１２よりも水没量が大きくなる。そのため、旋回内側の船外機１２は旋回外側の船外機１２よりも大きな転舵力を要する。また、この転舵力は旋回中心に近いほど大きくなり、更に、水没量が大きくなるほど大きな転舵力を要する。そして、図７の模式図に示す通り、複数の船外機１２の設置位置が外側寄り（即ち、船尾板１１の両端部寄り）であるほど旋回内側の船外機１２の転舵力が大きくなるような比例関係を示す。また、図７の模式図に示す通り、船舶の旋回時のロール角が大きくなると旋回内側の船外機１２の転舵力が大きくなる比例関係を示す。

そこで、この実施の形態においては、船外機１２が複数設置されている場合、旋回内側の船外機１２は旋回外側の船外機１２よりも大きな駆動電流を供給する。更に、船外機１２が複数設置されている場合、各船外機１２が外側寄り（即ち、船尾板１１の両端部寄り）に設置されている場合の方が内側寄り（即ち、船尾板１１の中央寄り）に設置されている場合よりも旋回内側の船外機１２に大きな駆動電流を供給し、旋回時の船舶のロール角が大きいほど旋回内側の船外機１２に大きな駆動電流が供給されるように制御する。このようにして、転舵荷重が大きくなるときに電動モータ２０が出力するトルク量を的確に増大させることができる。
（2-3）一の船舶に船外機１２が複数設置され、それぞれのプロペラが異なる方向に回転する場合、それぞれの船外機１２の反トルクを受ける方向が相違し、その結果各船外機１２を転舵させる際の転舵力が相違する。例えば、図６の（ｂ）の模式図には一の船舶に２基の船外機１２を設置した場合を示しているが、一方側に転舵する際は一方側の船外機１２における転舵力（同図のＥ_１参照）は他方側の船外機１２における転舵力（同図のＥ_２参照）よりも大きくなり、逆に他方側に転舵する際は他方側の船外機１２における転舵力（同図のＦ_１参照）は一方側の船外機１２における転舵力（同図のＦ_２参照）よりも大きくなる。

そこで、この実施の形態においては、複数の船外機１２が設置され、それぞれのプロペラの回転方向が相違する場合には、転舵時に反トルクを受ける方向に転舵する船外機１２を転舵させる電動モータ２０にのみ大きな駆動電流が供給されるように制御する。このようにして、転舵荷重が大きくなるときに電動モータ２０が出力するトルク量を的確に増大させることができる。

（原理３）電動モータ２０の状態に応じた電動モータ２０の制御
通常、モータは温度が上昇するに伴ってモータ特性が変化する。そして、電動モータ２０も、温度が高くなるほど図８の（ａ）の模式図に破線で示すようなモータ特性を示すようになる。即ち、特定の回転数において出力される転舵トルクは、電動モータ２０の温度が上昇するほど低下することになる（同図におけるＧ_１，Ｇ_２参照）。

ここで、電動モータ２０の回転数は駆動電流の大きさと略線形の関係にある。そこで、この実施の形態においては、電動モータ２０の温度が上昇するほど、当該電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御し、電動モータ２０の駆動状態を修正して低温時と同等のトルク量が出力されるようにする（図８におけるＧ_３参照）。

また、一の船外機１２を複数の電動モータ２０を用いて転舵駆動させる場合（この実施の形態では図示せず）、駆動可能な電動モータ２０の数が少なくなるほど、図８の（ｂ）の模式図に破線で示すように、転舵に際し個々の電動モータ２０が出力すべきトルク量が増大する（同図におけるＨ_１，Ｈ_２参照）。

そこで、この実施の形態においては、一の船外機１２を複数の電動モータ２０を用いて転舵駆動させる場合、駆動可能な電動モータ２０の数が少なくなるほど個々の電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する（図８の（ｂ）におけるＨ_３参照）。このようにして、個々の電動モータ２０に加わる転舵荷重が大きくなるときに個々の電動モータ２０が出力するトルク量を的確に増大させることができる。

（原理４）線外機１２の状態に応じた電動モータ２０の制御
船外機１２自体の状態、例えば、船外機１２の基数や、各船外機１２に設けられたプロペラやタブトリム（図示せず）等の大きさや位置等も、転舵させる際の抵抗の大きさに影響を及ぼす。

そこで、この実施の形態においては、一の船体１０に搭載された船外機１２の基数が多いほど電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する。また、船外機１２に設けられたプロペラやタブトリムの大きさが大きいほど電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する。また、タブトリムの角度が、航行速度や、トリム角や、喫水に応じた基準位置からずれている場合、ずれ具合が大きいほど電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されるように制御する。このようにして、個々の電動モータ２０に加わる転舵荷重が大きくなるときに個々の電動モータ２０が出力するトルク量を的確に増大させることができる。

図９の（ｃ）は、上記（原理１）〜（原理４）に基づいて電動モータ２０の制御を行った結果としての転舵応答性の模式図である。上記（原理１）〜（原理４）に基づいて、転舵荷重が大きくなったときに電動モータ２０に大きな駆動電流が供給されることにより、トルク量が増大し、ハンドル１７の操舵状態と船外機１２の転舵状態をほぼ一致した状態とすることができる。

このように、この実施の形態では、電動モータ制御手段４３が、目標転舵力が大きくなった際に電動モータ２０に供給する駆動電流を増大させることにより、電動モータ２０に加わる荷重が増大した時に電動モータ２０が出力するトルク量を確実に増大させることができる。

以上、この実施の形態においては、船舶の各種状態変化に基づいて変動し電動モータ２０に加わる荷重を変化させうる所定の物理量を検出して、荷重が増大した際に、物理量の検出値に基づいて電動モータ２０が出力するトルク量を増大させる制御を行うことができる。これにより、船舶の各種状態変化に基づいて転舵荷重が増大した際のハンドル１７の応答性を良好に保つことができる。

なお、上記実施の形態では、「船舶推進装置」について船外機１２を適用したが、これに限らず、船内外機でも良いことは勿論である。また、上記実施の形態では、操舵状態検出手段３８、走行状態検出手段３９、船外機状態認識手段４０及び電動モータ状態検出手段４１を有しているが、これら手段の少なくとも一つを備えていればよい。

この発明の実施の形態に係る船舶の平面図である。 同実施の形態に係る船舶の舵切り装置の拡大平面図である。 同実施の形態に係る船舶のブロック図である。 同実施の形態に係るＥＣＵを示すブロック図である。 同実施の形態に係る制御のフローチャート図である。 （ａ）同実施の形態に係る一の船外機の転舵角と転舵トルクとの関係を示す模式図、（ｂ）同実施の形態に係る複数の船外機の転舵角と転舵力との関係を示す模式図である。 同実施の形態に係る転舵力と転舵速度等の関係を示す模式図である。 同実施の形態に係る走行状態に応じた反力制御の状態を示すグラフ図である。 （ａ），（ｂ）従来の船舶用転舵装置におけるハンドルの操舵角と船外機の転舵角との関係を示す模式図、（ｃ）この発明の実施の形態におけるハンドルの操舵角と船外機の転舵角との関係を示す摸式図である。

符号の説明

10 船体
12 船外機（船舶推進装置）
16 舵切り装置
17 ハンドル
20 電動モータ（電動アクチュエータ）
33 ＥＣＵ（制御手段）
38 操舵状態検出手段
39 走行状態検出手段
40 船外機状態認識手段（船舶推進装置状態認識手段）
41 電動モータ状態検出手段（電動アクチュエータ状態検出手段）
42 転舵力演算手段
43 電動モータ制御手段（電動アクチュエータ制御手段）
45 偏差検出手段
46 負荷検出手段
47 操舵検出手段
48 重量検出手段
49 トリム角検出手段
50 速度検出手段
51 操舵記憶手段
52 温度検出手段
53 転舵力検出手段

Claims (8)

1. 船体の船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵切り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルと、該ハンドルの駆動信号に基づいて前記電動アクチュエータを動作させる制御手段とを備えた船舶用転舵装置において、
   前記制御手段は、
   ハンドル操作に従った転舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の数量等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも何れか一つを有し、
   該少なくとも一つの手段からの検出値に基づいて、前記電動アクチュエータが付与する目標転舵力を大きくする転舵力演算手段と、
   該転舵力演算手段が演算した目標転舵力に応じて前記電動アクチュエータを制御する電動アクチュエータ制御手段とを備えたことを特徴とする船舶用転舵装置。
2. 前記電動アクチュエータ制御手段は、目標転舵力が大きくなった際に前記電動アクチュエータに供給する駆動電流を増大させることを特徴とする請求項１に記載の船舶用転舵装置。
3. 前記操舵状態検出手段には、
   ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、前記船舶推進装置にかかる力を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操舵に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角と舵の転舵角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つが接続されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用転舵装置。
4. 前記走行状態検出手段には、
   前記船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力を検出する速度検出手段との少なくとも一つが接続されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の船舶用転舵装置。
5. 前記船舶推進装置状態認識手段には、
   前記船舶推進装置の数量、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度、タブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段が接続されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の船舶用転舵装置。
6. 前記電動アクチュエータ状態検出手段には、前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動する電動アクチュエータ及び該駆動する電動アクチュエータの数を選択する電動アクチュエータ選択手段のうち少なくとも一つの手段が接続されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の船舶用転舵装置。
7. 前記転舵力演算手段は、前記検出値に基づいてＰＩＤ制御のゲインを変化させることで前記目標転舵力を算出することを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の船舶用転舵装置。
8. 請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用転舵装置が配設されたことを特徴とする船舶。

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