JP2009083700A - 転舵制御方法、転舵制御装置および船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】電動ステアリング機構の船舶において、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いた場合などに、操船者に違和感を与えないようにする。
【解決手段】ハンドル角速度θ'ｈを演算するとともに（ステップＳ１１）、舵角比Ｋを設定する（ステップＳ１２）。次に、ハンドル角速度θ'ｈに舵角比Ｋを乗じて目標転舵速度θ'ｓ＊を算出する（ステップＳ１３）。そして、この目標転舵速度θ'ｓ＊でステアリングを転舵させる（ステップＳ１４、Ｓ１５）。これにより、ハンドルが回転していないときは、ハンドル角速度θ'ｈがゼロとなり、目標転舵速度θ'ｓ＊もゼロとなるので、ステアリングは転舵しなくなる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電動ステアリング機構（ステア・バイ・ワイヤ方式のステアリング機構）を備えた船舶に適用するに好適な転舵制御方法、転舵制御装置および船舶に関するものである。

図７乃至図１０には、従来の転舵制御方法を示す。

従来、電動ステアリング機構を備えた船舶においては、ハンドルとステアリング（舵）とが電気的に接続されており、図７に示すように、ハンドル回転角に応じて目標舵角を設定する転舵制御が行われていた（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、ハンドル回転角センサの検出信号に基づいてハンドル回転角θｈが演算されるとともに（ステップＳ２１）、船速に対応した舵角比Ｋが設定され（ステップＳ２２）、ハンドル回転角θｈに舵角比Ｋが乗じられて目標舵角θｓ＊（＝Ｋ・θｈ）が算出される（ステップＳ２３）。そして、この目標舵角θｓ＊に基づく転舵動作が指令され（ステップＳ２４）、実舵角θｓが目標舵角θｓ＊に一致するようにステアリング２７が転舵する（ステップＳ２５）。

ここで、舵角比Ｋは、ハンドル回転角θｈに対する目標舵角θｓ＊の比率を表し、船速に依存する定数である。例えば、舵角比Ｋが１／２４である場合は、ハンドルを１回転（３６０°回転）させると、ステアリングが１５°切れることになる。
特許第２９５９０４４号公報

しかしながら、このような転舵制御では、目標舵角θｓ＊がハンドル回転角θｈに基づいて設定されることから、次のような不都合があった。

第１に、電動ステアリング機構を備えているため、電源がオフになっている状態（例えば、水上または陸上での保管時など）では、ステアリングに関係なくハンドルだけ独立して回転位置を動かすことが可能であり、逆に、ハンドルに関係なくステアリングだけ独立して転舵位置を動かすことも可能である。これらの場合、ハンドル回転角θｈ、ひいては目標舵角θｓ＊に対して実舵角θｓがずれた状態となるため、船舶の起動時において電源がオンされた途端に、ハンドルやステアリングが不意に所定の位置（ハンドル回転角θｈと実舵角θｓとが対応する位置）まで動いて操船者に違和感を与える事態が生じてしまう。

すなわち、例えば、図８（ａ）に示すように、電源オフの状態（起動前の状態）で、ステアリングが転舵することなくハンドルが回転してハンドル回転角θｈがθ１となっていた場合、図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において電源がオンされて船舶が起動すると、ハンドル回転角θｈがθ１からθ２まで減少するようにハンドルが不意に回転するため、操船者に違和感を与えることになる。また、例えば、図８（ｂ）に示すように、電源オフの状態（起動前の状態）で、ハンドルが回転することなくステアリングが転舵して実舵角θｓがθ３となっていた場合、図８（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において電源がオンされて船舶が起動すると、実舵角θｓがθ３からθ４まで増大するようにステアリングが不意に転舵されるため、操船者に違和感を与えることになる。

第２に、船舶が複数（２つ以上）のステーション（操船席）を備えている場合、これらのステーションのハンドル回転角θｈが互いにずれているときには、ステーションの切替直後に、指令系統の変更に伴ってステアリングが不意に転舵し、操船者に違和感を与える事態が生じてしまう。

すなわち、例えば、図９（ｂ）に示すように、第１ステーションのハンドル回転角θｈがθ５であり、第２ステーションのハンドル回転角θｈがθ６（＜θ５）である場合、図９（ａ）に示すように、時刻ｔ２においてステーションモードが第１ステーションから第２ステーションへ切り替わると、ハンドル回転角θｈがθ５からθ６に減少するのに対応して目標舵角θｓ＊も減少するため、図９（ｃ）に示すように、実舵角θｓがθ７からθ８に減少してステアリングが不意に転舵する。その結果、操船者に違和感を与えることになる。

第３に、船舶に舵角比可変機能（航行時の安全性を高めるため、船速に応じて舵角比が適宜変更される機能）が搭載されている場合、船速が変更されると、ハンドルが回転しなくても、当て舵に対する舵角が不意に変更されるため、操船者に違和感を与える事態が生じてしまう。

すなわち、例えば、図１０（ｃ）に示すように、一定の速度ｖ１で進行する船舶が時刻ｔ３で減速を開始し、時刻ｔ４で速度ｖ２に達して減速を終了し、その後、一定の速度ｖ２で進行する場合、図１０（ａ）に示すように、航行の全過程（減速開始前から減速終了後まで）においてハンドル回転角θｈが一定値θ９を保持しているにもかかわらず、図１０（ｂ）に示すように、減速開始時ｔ３を過ぎると、実舵角θｓがθ１０から増大し始め、減速終了時ｔ４になると、実舵角θｓがθ１１に達する。その結果、操船者に違和感を与えることになる。

本発明は、このような事情に鑑み、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いた場合でも、また、複数のステーションのハンドル回転角が互いにずれている場合でも、さらに、舵角比可変機能が搭載された船舶において船速が変更された場合でも、操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することが可能な転舵制御方法、転舵制御装置および船舶を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ハンドルとステアリングとが電気的に接続された船舶に適用される転舵制御方法であって、前記ハンドルの回転状況に応じて目標転舵速度を設定し、この目標転舵速度で前記ステアリングを転舵させる転舵制御方法としたことを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、ハンドルとステアリングとが電気的に接続された船舶に適用される転舵制御装置であって、前記ハンドルの回転状況に応じて目標転舵速度を設定する転舵速度設定手段と、この転舵速度設定手段によって設定された目標転舵速度で前記ステアリングを転舵させるステアリング駆動手段とを備えている転舵制御装置としたことを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の構成に加え、前記転舵速度設定手段は、前記ハンドルのハンドル角速度に比例させて前記目標転舵速度を設定することを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２または３に記載の転舵制御装置が搭載されている船舶としたことを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、ハンドルの回転状況に応じて設定された目標転舵速度でステアリングが転舵する。そのため、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いても、船舶の起動時において電源がオンされた途端にハンドルやステアリングが不意に所定の位置まで動いて操船者に違和感を与える恐れはない。また、船舶が複数のステーションを備えていて、これらのステーションのハンドル回転角が互いにずれていても、ステーションの切替直後にステアリングが不意に転舵して操船者に違和感を与える恐れはない。さらに、船舶に舵角比可変機能が搭載されている場合に船速が変更されても、当て舵に対する舵角が不意に変更されて操船者に違和感を与える恐れはない。したがって、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いた場合でも、また、複数のステーションのハンドル回転角が互いにずれている場合でも、さらに、舵角比可変機能が搭載された船舶において船速が変更された場合でも、操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することが可能な転舵制御方法を提供することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、ハンドルの回転状況に応じて設定された目標転舵速度でステアリングを転舵させることができる。そのため、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いても、船舶の起動時において電源がオンされた途端にハンドルやステアリングが不意に所定の位置まで動いて操船者に違和感を与える恐れはない。また、船舶が複数のステーションを備えていて、これらのステーションのハンドル回転角が互いにずれていても、ステーションの切替直後にステアリングが不意に転舵して操船者に違和感を与える恐れはない。さらに、船舶に舵角比可変機能が搭載されている場合に船速が変更されても、当て舵に対する舵角が不意に変更されて操船者に違和感を与える恐れはない。したがって、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いた場合でも、また、複数のステーションのハンドル回転角が互いにずれている場合でも、さらに、舵角比可変機能が搭載された船舶において船速が変更された場合でも、操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することが可能な転舵制御装置を提供することができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、ハンドル角速度に比例する目標転舵速度でステアリングを転舵させることができる。そのため、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いても、船舶の起動時において電源がオンされた途端にハンドルやステアリングが不意に所定の位置まで動いて操船者に違和感を与える恐れはない。また、船舶が複数のステーションを備えていて、これらのステーションのハンドル回転角が互いにずれていても、ステーションの切替直後にステアリングが不意に転舵して操船者に違和感を与える恐れはない。さらに、船舶に舵角比可変機能が搭載されている場合に船速が変更されても、当て舵に対する舵角が不意に変更されて操船者に違和感を与える恐れはない。したがって、電源オフの状態でハンドルとステアリングの片方のみが動いた場合でも、また、複数のステーションのハンドル回転角が互いにずれている場合でも、さらに、舵角比可変機能が搭載された船舶において船速が変更された場合でも、操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することが可能な転舵制御装置を提供することができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３に記載の発明と同じ効果を奏する船舶を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１乃至図６には、本発明の実施の形態１を示す。

まず、構成を説明する。船舶２０は、図１に示すように、船体２１を有しており、船体２１のほぼ中央部にはステーション２２が設けられている。ステーション２２にはハンドル２３が時計方向・反時計方向に回転自在に支持されており、ハンドル２３には、エンコーダなどのハンドル角速度センサ３２が取り付けられている。また、船体２１の後部（船尾）には船外機２５が着脱自在に取り付けられており、船外機２５は、ブラケット２６と、推進器部分である船外機本体（ステアリング）２７と、転舵モータなどのステアリング駆動装置２８とから構成されている。ここで、ブラケット２６は船体２１の後部に固定されており、船外機本体２７は、ステアリング駆動装置２８によってステアリング軸回りに左右方向に転舵して推力方向を変更しうるようにブラケット２６に支持されている。さらに、船外機本体２７は、エンジン３０と、駆動伝達機構３１と、プロペラ（スクリュー）２９とから構成されており、エンジン３０の駆動力を駆動伝達機構３１を介してプロペラ２９へ伝達することにより、プロペラ２９を回転させて推力を発生させることができる。なお、この船舶２０では電動ステアリング機構が採用されており、ハンドル２３とステアリング駆動装置２８とが電気的に接続されている。

また、船舶２０には、図１に示すように、転舵制御装置１が搭載されており、転舵制御装置１は、図２に示すように、ＣＰＵ（中央処理装置）などの転舵制御部２を有している。転舵制御部２にはバス線３を介して舵角比メモリ６、演算部（転舵速度設定手段）７、ステアリング駆動部（ステアリング駆動手段）９が接続されている。また、舵角比メモリ６には、舵角比Ｋが船速に対応した形で読み出し自在に格納されている。さらに、演算部７には前記ハンドル角速度センサ３２が接続されており、ステアリング駆動部９には前記ステアリング駆動装置２８が接続されている。

次に、作用について説明する。

以上のような構成を有する船舶２０を操縦する際には、操船者は、ステーション２２でハンドル２３を適宜回転させる。すると、転舵制御部２は、所定の制御周期（例えば、５ｍｓ）ごとに、図３に示すステップＳ１１〜Ｓ１５の手順に従って転舵制御を実行する。

すなわち、転舵制御部２は、演算部７に対して、目標転舵速度θ'ｓ＊の算出動作を指令する。これを受けて演算部７は、以下に述べるとおり、目標転舵速度θ'ｓ＊を算出する。

まず、演算部７は、ハンドル角速度センサ３２の検出信号に基づいてハンドル角速度θ'ｈを演算するとともに（ステップＳ１１）、現在の船速に対応した舵角比Ｋ（例えば、Ｋ＝１／２４）を舵角比メモリ６から読み出して設定する（ステップＳ１２）。次に、演算部７は、ハンドル角速度θ'ｈに舵角比Ｋを乗じて目標転舵速度θ'ｓ＊（＝Ｋ・θ'ｈ）を算出する（ステップＳ１３）。

こうして目標転舵速度θ'ｓ＊が算出されたところで、転舵制御部２は、ステアリング駆動部９に対して、目標転舵速度θ'ｓ＊での転舵動作を指令する（ステップＳ１４）。これを受けてステアリング駆動部９は、ステアリング駆動装置２８を適宜駆動することにより、実転舵速度θ'ｓが目標転舵速度θ'ｓ＊に一致するようにステアリング２７を転舵させる（ステップＳ１５）。

このように、目標転舵速度θ'ｓ＊はハンドル角速度θ'ｈに比例して設定されることから、ステアリング２７は、ハンドル２３の位置（回転角）とは関係なく、ハンドル２３の回転速度に応じて転舵することになる。その結果、ハンドル２３が回転していないときは、ハンドル角速度θ'ｈがゼロとなり、このハンドル角速度θ'ｈに比例して目標転舵速度θ'ｓ＊もゼロとなるので、ステアリング２７は転舵しなくなる。

そのため、電源オフの状態でハンドル２３と船外機本体２７の片方のみが動いた場合でも、船舶２０の起動時において電源がオンされた途端にハンドル２３や船外機本体２７が不意に所定の位置まで動いて操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することができる。

すなわち、例えば、図４（ａ）に示すように、電源オフの状態（起動前の状態）で、船外機本体２７が転舵することなくハンドル２３が回転してハンドル回転角θｈがθ１となっていた場合、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において電源がオンされて船舶２０が起動しても、ハンドル回転角θｈはθ１のままとなり、ハンドル２３が不意に回転することはない。したがって、船舶２０の起動時において電源がオンされた途端にハンドル２３が不意に回転して操船者に違和感を与える恐れはない。また、図４（ｂ）に示すように、電源オフの状態（起動前の状態）で、ハンドル２３が回転することなく船外機本体２７が転舵して実舵角θｓがθ３となっていた場合、図４（ｃ）に示すように、時刻ｔ１において電源がオンされて船舶２０が起動しても、実舵角θｓはθ３のままとなり、船外機本体２７が不意に転舵することはない。したがって、船舶２０の起動時において電源がオンされた途端に船外機本体２７が不意に転舵して操船者に違和感を与える恐れはない。

また、船舶２０が２つのステーション２２を備えていて両方のステーション２２のハンドル回転角θｈが互いにずれている場合でも、ステーション２２の切替直後に船外機本体２７が不意に転舵して操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することができる。

すなわち、例えば、図５（ｂ）に示すように、第１ステーションのハンドル回転角θｈがθ５であり、第２ステーションのハンドル回転角θｈがθ６（＜θ５）である場合、図５（ａ）に示すように、時刻ｔ２においてステーションモードが第１ステーションから第２ステーションへ切り替わって指令系統が変更されても、図５（ｃ）に示すように、実舵角θｓはθ７のままとなり、船外機本体２７が不意に転舵することはない。したがって、ステーション２２の切替直後に船外機本体２７が不意に転舵して操船者に違和感を与える恐れはない。

さらに、船舶２０に舵角比可変機能が搭載されていて船速が変更された場合でも、当て舵に対する舵角が不意に変更されて操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することができる。

すなわち、例えば、図６（ｃ）に示すように、一定の速度ｖ１で進行する船舶が時刻ｔ３で減速を開始し、時刻ｔ４で速度ｖ２に達して減速を終了し、その後、一定の速度ｖ２で進行する場合、図６（ａ）に示すように、航行の全過程（減速開始前から減速終了後まで）においてハンドル回転角θｈが一定値θ９を保持していれば、図６（ｂ）に示すように、減速開始時ｔ３を過ぎても、実舵角θｓはθ１０のままとなり、船外機本体２７が不意に転舵することはない。同様に、加速時においても、船外機本体２７が不意に転舵することはない。したがって、加減速時に当て舵に対する舵角が増減して操船者に違和感を与える恐れはない。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、ハンドル角速度センサ３２の検出信号に基づいてハンドル角速度θ'ｈが演算される場合について説明した。しかし、ハンドル角速度センサ３２の代わりにハンドル回転角センサ（図示せず）を取り付けておき、このハンドル回転角センサの検出信号に基づいてハンドル回転角変化量Δθｈを演算し、このハンドル回転角変化量Δθｈに基づいてハンドル角速度θ'ｈを算出することもできる。

すなわち、まず、演算部７は、ハンドル回転角変化量Δθｈを時間で微分してハンドル角速度変化量Δθ'ｈを算出する。次に、演算部７は、このハンドル角速度変化量Δθ'ｈを制御周期１つ前のハンドル角速度に足してハンドル角速度θ'ｈを算出する。最後に、演算部７は、このハンドル角速度θ'ｈに舵角比Ｋを乗じて目標転舵速度θ'ｓ＊（＝Ｋ・θ'ｈ）を算出する。

この場合、上述した実施の形態１と比べて、ハンドル角速度θ'ｈを演算する手法が異なるのみであり、それ以降の制御手順は同じである。その結果、ハンドル２３が回転していないときは、ハンドル角速度θ'ｈがゼロとなり、このハンドル角速度θ'ｈに比例して目標転舵速度θ'ｓ＊もゼロとなるので、ステアリング２７は転舵しなくなる。したがって、電源オフの状態でハンドル２３と船外機本体２７の片方のみが動いた場合でも、また、船舶２０が２つのステーション２２を備えていて両方のステーション２２のハンドル回転角θｈが互いにずれている場合でも、さらに、船舶２０に舵角比可変機能が搭載されていて船速が変更された場合でも、操船者に違和感を与える事態の発生を未然に防止することができる。

また、上述した実施の形態１では、２つのステーション２２の切替時に効果を奏すると説明したが、３つ以上のステーション２２の切替時についても同様である。或いは、ステーション２２の切替時以外でも、指令系統が変更されたとき、例えば自動操縦（オートパイロット）モードが解除されたときや、リモートコントロールモードからハンドル操作モードに切り替わったときなどにも、ステーション２２の切替時と同様の効果を奏するのは言及するまでもない。

さらに、上述した実施の形態１では、船体２１に船外機２５が取り付けられた船舶２０について説明したが、船外機２５以外の船舶推進装置（例えば、船内外機など）が船体２１に取り付けられた船舶２０に本発明を適用することも勿論できる。

また、上述した実施の形態１では、ステアリングの一例として船外機本体２７を取り上げて説明したが、船外機本体２７以外のステアリング（例えば、船内外機の舵部分、船内機を装備した船舶の舵部分など）を備えた船舶２０に本発明を適用することも可能である。

本発明は、プレジャーボート、小型滑走艇、水上オートバイなど各種の船舶に幅広く適用することができる。

本発明の実施の形態１に係る船舶を示す平面図である。 同実施の形態１に係る転舵制御装置を示す制御ブロック図である。 同実施の形態１に係る転舵制御方法を示すフローチャートである。 同実施の形態１に係る転舵制御方法において電源オフの状態でハンドルと船外機本体の一方のみが回転したときの起動前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は実舵角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は電源のオン／オフ状態を示すグラフである。 同実施の形態１に係る転舵制御方法において２つのステーションのハンドル回転角が互いにずれているときのステーション切替前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はステーションモードの切替状態を示すグラフ、（ｂ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は実舵角の経時変化を示すグラフである。 同実施の形態１に係る転舵制御方法において舵角比可変機能が作動したときの減速前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は実舵角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は船舶の速度の経時変化を示すグラフである。 従来の転舵制御方法を例示するフローチャートである。 従来の転舵制御方法において電源オフの状態でハンドルと船外機本体の一方のみが回転したときの起動前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は実舵角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は電源のオン／オフ状態を示すグラフである。 従来の転舵制御方法において２つのステーションのハンドル回転角が互いにずれているときのステーション切替前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はステーションモードの切替状態を示すグラフ、（ｂ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は実舵角の経時変化を示すグラフである。 従来の転舵制御方法において舵角比可変機能が作動したときの減速前後の様子を示すグラフであって、（ａ）はハンドル回転角の経時変化を示すグラフ、（ｂ）は実舵角の経時変化を示すグラフ、（ｃ）は船舶の速度の経時変化を示すグラフである。

符号の説明

１……転舵制御装置
２……転舵制御部
３……バス線
６……舵角比メモリ
７……演算部（転舵速度設定手段）
９……ステアリング駆動部（ステアリング駆動手段）
２０……船舶
２１……船体
２２……ステーション
２３……ハンドル
２５……船外機
２６……ブラケット
２７……船外機本体（ステアリング）
２８……ステアリング駆動装置
２９……プロペラ
３０……エンジン
３１……駆動伝達機構
３２……ハンドル角速度センサ
Ｋ……舵角比
Δθｈ……ハンドル回転角変化量
θｈ……ハンドル回転角
θ'ｈ……ハンドル角速度
θｓ……実舵角
θｓ＊……目標舵角
θ'ｓ＊……目標転舵速度

Claims (4)

1. ハンドルとステアリングとが電気的に接続された船舶に適用される転舵制御方法であって、
   前記ハンドルの回転状況に応じて目標転舵速度を設定し、
   この目標転舵速度で前記ステアリングを転舵させることを特徴とする転舵制御方法。
2. ハンドルとステアリングとが電気的に接続された船舶に適用される転舵制御装置であって、
   前記ハンドルの回転状況に応じて目標転舵速度を設定する転舵速度設定手段と、
   この転舵速度設定手段によって設定された目標転舵速度で前記ステアリングを転舵させるステアリング駆動手段とを備えていることを特徴とする転舵制御装置。
3. 前記転舵速度設定手段は、前記ハンドルのハンドル角速度に比例させて前記目標転舵速度を設定することを特徴とする請求項２に記載の転舵制御装置。
4. 請求項２または３に記載の転舵制御装置が搭載されていることを特徴とする船舶。

Images