JP2009286297A - 小型船舶の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】船舶に作用する重力軸方向の加速度と重力軸回りの角加速度とを少なくとも検出し、それに応じて船舶の挙動を変化するように機関回転数を補正することで、操船者の負担を軽減すると共に、船舶の安定度も向上させるようにした小型船舶の制御装置を提供する。
【解決手段】船体と、エンジン(内燃機関)で駆動される2基の船外機と、スロットルバルブを開閉してエンジン(機関)回転数を増減するアクチュエータを備えた小型船舶の制御装置において、船舶に作用する重力軸方向の加速度と重力軸回りの角加速度とを示す出力を少なくとも生じる加速度センサの出力に基づき、船舶の挙動が変化するように前記エンジン(機関)回転数NEの補正量を算出し(S10からS16)、算出された補正量に応じてアクチュエータの動作を制御する(S18)。
【選択図】図4

Description

この発明は、小型船舶の制御装置に関する。
小型船舶の左右方向(ロール方向)の加速度を検出し、検出された加速度が設定値以下となるように左右の油圧フラップを上下させることで、船舶の安定性や乗り心地を向上させる技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開平5−58383号公報
特許文献1記載の技術にあっては、ロール方向の加速度を検出して左右の油圧フラップを上下させることで風による外乱の影響を排除するようにしているが、小型船舶では、風以外にも、波による外乱が大きいため、操船者は、計器で確認しながら、機関回転数や航行方位を調整していた。従って、操船者の負担が大きく、船舶の安定度も十分ではなかった。
従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、船舶に作用する重力軸方向の加速度と重力軸回りの角加速度とを少なくとも検出し、それに応じて船舶の挙動を変化するように機関回転数を補正することで、操船者の負担を軽減すると共に、船舶の安定度も向上させるようにした小型船舶の制御装置を提供することにある。
上記した課題を解決するために、請求項1にあっては、船体と、内燃機関で駆動されると共に、前記船体に固定された少なくとも1基の船外機と、前記内燃機関のスロットルバルブを開閉して機関回転数を増減するアクチュエータとを少なくとも備えた小型船舶の制御装置において、前記船体に配置されると共に、前記船舶に作用する重力軸方向の加速度と前記重力軸回りの角加速度とを示す出力を少なくとも生じる加速度センサと、前記加速度センサの出力に基づき、前記船舶の挙動が変化するように前記機関回転数の補正量を算出する補正量算出手段と、前記算出された補正量に応じて前記アクチュエータの動作を制御するアクチュエータ制御手段とを備える如く構成した。
請求項2に係る小型船舶の制御装置にあっては、前記補正量算出手段は、前記重力軸方向の加速度が増加するとき、前記船舶の航行速度が増加するように前記機関回転数の補正量を算出する如く構成した。
請求項3に係る小型船舶の制御装置にあっては、前記船外機を少なくとも2基備えると共に、方位角センサと、前記方位角センサの出力から航行方位を算出する航行方位算出手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記算出された航行方位を前記重力軸回りの角加速度に応じて修正し、前記船舶が前記修正された方位に沿って航行するように前記少なくとも2基の船外機の内燃機関の機関回転数の補正量を算出する如く構成した。
請求項1に係る小型船舶の制御装置にあっては、船舶に作用する重力軸方向の加速度と重力軸回りの角加速度とを示す出力を少なくとも生じる加速度センサの出力に基づき、船舶の挙動が変化するように機関回転数の補正量を算出し、算出された補正量に応じてスロットルバルブを開閉するアクチュエータの動作を制御する如く構成したので、波による外乱の影響を受けたときの船舶の挙動を加速度から検出し、それに応じて船舶の挙動が変化、換言すれば外乱の影響を修正するように機関回転数を補正することができ、よって操船者の負担を軽減すると共に、船舶の安定度も向上させることができる。
請求項2に係る小型船舶の制御装置にあっては、前記補正量算出手段は、重力軸方向の加速度が増加するとき、船舶の航行速度が増加するように機関回転数の補正量を算出する如く構成したので、重量軸方向の加速度の増加を介して例えば船舶が波の斜面を登るときなどを検出でき、そのような場合には航行速度が増加するように機関回転数の補正量、具体的には増加補正量を算出することで、波の斜面を降るときも含めて航行速度を一定にすることができ、よって操船者の負担を軽減すると共に、船舶の安定度も向上させることができる。
請求項3に係る小型船舶の制御装置にあっては、方位角センサの出力から航行方位を算出すると共に、算出された航行方位を重力軸回りの角加速度に応じて修正し、修正された方位に沿って航行するように少なくとも2基の船外機の内燃機関の機関回転数の補正量を算出する如く構成したので、例えば2基の船外機の機関回転数を相違させて航行方向を変えられるような構成とすることで、同様に操船者の負担を軽減することができる。
以下、添付図面に即してこの発明に係る小型船舶の制御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、この発明の実施例に係る小型船舶の制御装置が搭載される小型船舶の平面図である。
図1において符号1は船舶(小型船舶)を示し、小型船舶1は船体(艇体)10と、船体10の後部に並列に固定された少なくとも1基、具体的には2基の船外機12(12a,12b)を備える。以下、左舷側(進行方向に対して左側)の船外機12aを「左側船外機」といい、右舷側(同右側)の船外機12bを「右側船外機」という。
図2は図1に示す小型船舶1に搭載される制御装置を全体的に示す概略図、図3は図1などに示す船外機の部分断面拡大側面図である。
図2の説明に入る前に、図3を参照して2基の船外機12の構造を詳細に説明する。尚、左側と右側の船外機12a,12bは略同一構成であるので、図3とその説明では添え字a,bを省略する。
図3に示すように、船外機12はスターンブラケット14を介して船体10の後尾に固定されると共に、チルティングシャフト16を介してチルト自在に固定される。船外機12はスイベルケース18とマウントフレーム20を備え、マウントフレーム20はシャフト部22をスイベルケース18の内部に収容される。マウントフレーム20は、その上端と下端が船外機12の本体を構成するフレーム(図示せず)に固定され、よって船外機12は船体10に対して重力軸(鉛直軸)回りに揺動しないように固定される。
船外機12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は火花点火式の水冷ガソリンエンジンで、排気量2200ccを備える。エンジン30は水面上に位置し、エンジンカバー32によって覆われる。
エンジン30の吸気管34には、スロットルボディ36が接続される。スロットルボディ36はその内部にスロットルバルブ38を備えると共に、スロットルバルブ38を開閉するスロットル用電動モータ(アクチュエータ)40が一体的に取り付けられる。
スロットル用電動モータ40の出力軸はスロットルボディ36に隣接して配置された減速ギヤ機構(図示せず)を介し、スロットルバルブ38に接続される。即ち、スロットル用電動モータ40を動作させることでスロットルバルブ38が開閉され、エンジン30の吸気が調量されてエンジン回転数が調節される。
船外機12は、重力軸と平行に配置されて回転自在に支持されるドライブシャフト42を備える。ドライブシャフト42の上端にはエンジン30のクランクシャフト(図示せず)が接続される一方、下端にはシフト機構44を介して水平軸回りに回転自在に支持されたプロペラシャフト46が接続される。プロペラシャフト46は、その軸線46aが船体10の進行方向に対して略平行となるように配置される。プロペラシャフト46の一端にはプロペラ50が取り付けられる。
シフト機構44は、ドライブシャフト42に接続されて回転させられる前進ベベルギヤ52および後進ベベルギヤ54と、プロペラシャフト46と一体に回転すると共に、シフトロッド56とシフトスライダ60を変位させることで前進ベベルギヤ52と後進ベベルギヤ54のいずれかに係合自在とされるクラッチ62とからなる。
エンジンカバー32の内部には、前記したシフト機構44を駆動するシフト用電動モータ(アクチュエータ)66が配置される。シフト用電動モータ66の出力軸は、減速ギヤ機構70を介してシフト機構44のシフトロッド56の上端に接続自在とされる。即ち、シフト用電動モータ66を駆動することにより、シフトロッド56とシフトスライダ60を変位させ、クラッチ62を前進ベベルギヤ52と後進ベベルギヤ54のいずれかに係合させることができる。
ドライブシャフト42の回転はシフト機構44を介してプロペラシャフト46に伝達され、よってプロペラ50が船体10を前進あるいは後進させる方向のいずれかに回転させられる。また、シフト用電動モータ66を駆動してシフトスライダ60を適宜な位置に変位させることにより、クラッチ62と各ベベルギヤ52,54の係合を解除する。即ち、シフト用電動モータ66を駆動してシフト機構のクラッチ62を動作させることにより、シフトポジションをフォワード、リバースおよびニュートラルの間で切り替える。
このように、船外機12は、電動モータ40,66によってシフト機構44と搭載されたエンジン30のスロットルバルブ38が駆動される。船外機12はエンジン30に取り付けられたバッテリなどの電源部(図示せず)を備え、電動モータ40,66などに動作電源が供給される。
図2を参照して制御装置を説明すると、2基の船外機12にはそれぞれスロットル開度センサ72とシフト位置センサ74(共に図3で図示省略)とクランク角センサ76を備える。尚、図2において船外機12aの構成部品には添え字aを、船外機12bのそれには添え字bを付すが、以下の説明では添え字の記載を可能な限り省略する。
スロットル開度センサ72はスロットルバルブ38の付近に配置され、スロットル開度を示す出力を生じると共に、シフト位置センサ74はシフトロッド56の付近に配置され、シフトポジションを示す出力(具体的にはシフトロッド56の回転角を示す出力)を生じる。クランク角センサ76はエンジン30のクランクシャフトの付近に配置され、所定のクランク角度ごとにパルス信号を出力する。
上記した各センサの出力は、2基の船外機12のそれぞれ搭載された電子制御ユニット(Electronic Control Unit。以下「ECU」という)80に入力される。ECU80はCPUやROM、RAMなどを備えたマイクロ・コンピュータからなり、船外機12のエンジンカバー32の内部に配置(搭載)される。
船体10には、例えばGPS(Global Positioning System)信号を受信する装置からなる方位角センサ(方位角検出手段)82と、船舶1に作用する加速度を検出する加速度センサ84を備える。図1に示す如く、加速度センサ84は船体10の船舶1の重心位置に配置され、船舶1に作用する重力軸z、即ち、重力方向の加速度と、重力軸z回りの角加速度(回転加速度)Δδと、船舶1の進行方向yの加速度とを示す出力を生じる。
さらに、船舶1は、操船者に操作自在に配置された複数個、具体的には2個の操船部90を備える。以下、符号の末尾に数字1を付した操船部901を「第1操船部」、数字2を付した操船部902を「第2操船部」という。第1操船部901と第2操船部902は、操船者の操作に応じ、上記した電動モータ40,66の駆動指示を示す出力をそれぞれ生じる。
第1操船部901は、操船者に操作自在に配置された1個のステアリングホイール921と、2個のリモートコントロールボックス(以下「リモコンボックス」という)941a,941bと、エンジン回転数NEあるいは操舵角などが表示されるインディケータ(計器)961とを備える。第2操船部902も同様に、1個のステアリングホイール922と、2個のリモコンボックス942a,942bと、インディケータ962とを備える。図1に示す如く、第1操船部901のステアリングホイール921はキャビン内に、第2操船部902のステアリングホイール922は船尾側に配置される。
上記した4個のリモコンボックスの内、リモコンボックス941a,942aは左側船外機12aの駆動指示を、リモコンボックス941b,942bは右側船外機12bの駆動指示を示す出力を生じる。
ステアリングホイール921,922の回転軸の付近には操舵角センサ981,982が配置され、操船者によって入力された操舵角に応じた出力を生じる。操舵角センサ981,982の出力は操舵角センサユニット1001,1002に送られ、そこでセンサ出力がラッチされる。
リモコンボックス941a,941b,942a,942bにはそれぞれ、操船者に操作自在に配置されたシフト・スロットルレバー1201a,1201b,1202a,1202bが設けられる。シフト・スロットルレバー1201a,1201b,1202a,1202bは、操船者からのシフトチェンジ指示とエンジン回転数の調節指示(スロットル用電動モータ40a,40bの駆動指示)とを入力する。
シフト・スロットルレバー1201a,1201b,1202a,1202bの付近には、それぞれレバー位置センサ1221a,1221b,1222a,1222bが配置され、操船者によって入力されたレバー位置を検出する。レバー位置センサ1221a,1221b,1222a,1222bの出力はレバー位置センサユニット1241a,1241b,1242a,1242bに送られ、そこでセンサ出力がラッチされる。
操舵角センサユニット1001,1002とレバー位置センサユニット1241a,1241b,1242a,1242bは、電気信号線162a,162bを介して船外機12a,12bのそれぞれ配置されたECU80a,80bに接続されると共に、ECU80a,80bは相互に通信自在に構成される。
次いで、この実施例に係る小型船舶の制御装置の動作を説明する。
図4はそ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ECU80a,80bの一方、例えばECU80aによって実行される。
以下説明すると、S10において2基の船外機12a,12bにそれぞれ搭載されたエンジン30の回転数NEをクランク角センサ76の出力から検出し、S12において船舶1、より具体的には船体10に作用する重力方向の加速度を加速度センサ84の出力から検出し、S14に進み、検出された重力方向の加速度が1.2G以上か否か判断する。Gは重力の加速度g、即ち、9.8m/s相当の値である。
図5と図6は図4の処理を説明する説明図である。図5と図6を参照して図4の処理を説明すると、船舶1が洋上を航行するとき、船体10に作用する重力方向の加速度は、図5に示す如く、船体10が上下動しない限り平地と同様1.0Gであるが、波の斜面を下るときは0.8Gなどと減少する一方、波の斜面を登るときは1.2Gなどと増加する。
エンジン回転数NEが同一であれば、重力方向の加速度の増減に伴って航行速度も増減して乗り心地も悪化することから、それを避けるには操船者はインディケータ961,962でエンジン回転数NEを確認する必要があって煩瑣であると共に、船舶1の安定度も低下する。
従って、この実施例においては重力方向の加速度に基づき、船舶1の挙動が変化するようにエンジン回転数NEの補正量を算出、より具体的には加速度が増加するとき、船舶1の航行速度が増加するようにエンジン回転数NEの補正量を算出する如く構成した。尚、加速度が1.0Gから減少するときは航行速度が増加するため、エンジン回転数NEを補正しないようにした。
図4の説明に戻ると、S14で肯定されるときはS16に進み、検出された加速度でマップ検索してエンジン回転数補正量を算出する。図7はそのマップの特性を示す説明グラフであり、図示の如く、エンジン回転数補正量は、加速度が1.2Gを超えると、0.2Gごとに100rpmずつ増加するように算出される。
次いでS18に進み、2基の船外機12a,12bにそれぞれ搭載されたエンジン30のスロットル用電動モータ40を駆動(動作を制御)してエンジン回転数NEを補正量だけ増加させる。
ここで、この実施例におけるエンジン回転と船舶1の進行(航行)方向の関係について図8と図9を参照して説明すると、操船者によってステアリングホイール921,922が操作されず、操船者が直進を所望しているときは、図8に示す如く、左右の船外機の出力が同等となるようにスロットル用電動モータ40a,40bの動作が制御される。尚、図8などにおいて、船外機12から伸びる矢印は船外機の出力(エンジン出力)を示し、その長短は出力の大小を表す。
また、ステアリングホイール921(あるいは922)が右回りに操作されたときは、図9に示す如く、右側船外機12bのスロットル用電動モータ40bをスロットルバルブ38bが閉方向となるように動作させてエンジン回転数NEを減少させ、船舶1の進行方向が右方向となるように調整する。図示は省略するが、ステアリングホイール921(922)が左回りに操作されたときは、左側船外機12aのスロットル用電動モータ40aをスロットルバルブ38aが閉方向となるように動作させる。
次いで、この実施例に係る小型船舶の制御装置の動作の別の例を説明する。
図10はその動作を示すフロー・チャートである。
以下説明すると、S100において船舶1の航行すべき方位λを設定し、S102において方位角センサ82のGPS情報から船舶1が現在航行している方位θを取得し、S104に進み、両者の差分φを算出する。図11にそれらの値を示す。尚、値は全て「rad」で算出される。
次いでS106に進み、2基の船外機12a,12bにそれぞれ搭載されたエンジン30の回転数NEをクランク角センサ76の出力から検出し、S108に進み、船舶1、より具体的には船体10に作用する重力軸回りの角加速度Δδを加速度センサ84の出力から検出する。
次いでS110に進み、検出された重力軸回りの角加速度Δδの積分値を算出し、S104で算出された差分φに加算して差分φを補正する。次いでS112に進み、修正された差分φでマップ検索してエンジン回転数補正量を算出する。
図12はそのマップの特性を示す説明グラフであり、図示の如く、エンジン回転数補正量は、差分φが増加するにつれて増加するように算出される。
次いでS114に進み、2基の船外機12a,12のうち、航行方位の修正に関与する側、例えば図11で示す例で斜め右に航行方位を修正するときは、左側船外機12aに搭載されたエンジン30のスロットルモータ40を駆動(動作を制御)してエンジン回転数NEを補正量だけ増加させる。次いでS102に戻り、上記の処理を繰り返す。尚、図10フロー・チャートにおいてS102からS114までの処理は、300msecごとに実行される。
これについて説明すると、方位角センサ82が使用するGPS信号は通例1secに1回程度しか受信することができず、従ってそれから算出される現在の航行方位θにも誤差を生じる。
そこで、この実施例にあっては船舶1(より具体的には船体10)に作用する重力軸回りの角加速度を検出し、それに基づいて方位角センサ82から検出される方位を修正するようにした。これにより、方位を誤ることがなく、操船者の負担も軽減することができる。
即ち、コンパスを用いて航行方位を決定する場合、操船者は頻繁にコンパスで方位を確認する必要があるが、GPS信号を受信する方位角センサ82を用いることで操船者の負担を軽減できると共に、上記のように加速度センサ84の出力から補正することで、操船者の負担を軽減しつつ、誤りなく方位を決定することができる。
以上の如く、この実施例にあっては、船体10と、エンジン(内燃機関)30で駆動されると共に、前記船体10に固定された少なくとも1基、より具体的には2基の船外機12a,12bと、前記エンジン(内燃機関)10のスロットルバルブ38を開閉してエンジン(機関)回転数NEを増減するアクチュエータ(スロットル用電動モータ)40とを少なくとも備えた小型船舶1の制御装置において、前記船体10に配置されると共に、前記船舶1に作用する重力軸方向の加速度と前記重力軸回りの角加速度とを示す出力を少なくとも生じる加速度センサ84と、前記加速度センサ84の出力に基づき、前記船舶1の挙動が変化するように前記エンジン(機関)回転数NEの補正量を算出する補正量算出手段(ECU80a,S10からS16,S100からS112)と、前記算出された補正量に応じて前記アクチュエータの動作を制御するアクチュエータ制御手段(ECU80a,S18,S114)とを備える如く構成したので、波による外乱の影響を受けたときの船舶1の挙動を加速度から検出し、それに応じて船舶1の挙動が変化、換言すれば外乱の影響を修正するようにエンジン(機関)回転数NEを補正することができ、よって操船者の負担を軽減すると共に、船舶1の安定度も向上させることができる。
また、前記補正量算出手段は、前記重力軸方向の加速度が増加するとき、前記船舶1の航行速度が増加するように前記エンジン(機関回転数)NEの補正量を算出する(ECU80a,S10からS16)如く構成したので、重量軸方向の加速度の増加を介して例えば船舶1が波の斜面を登るときなどを検出でき、そのような場合には航行速度が増加するようにエンジン(機関)回転数NEの補正量、具体的には増加補正量を算出することで、波の斜面を降るときも含めて航行速度を一定にすることができ、よって操船者の負担を軽減すると共に、船舶1の安定度も向上させることができる。
また、前記船外機12を少なくとも2基備えると共に、方位角センサ82と、前記方位角センサ82の出力から航行方位を算出する航行方位算出手段(ECU80a,S102)とを備え、前記補正量算出手段は、前記算出された航行方位を前記重力軸回りの角加速度に応じて修正し、前記船舶1が前記修正された方位に沿って航行するように前記少なくとも2基の船外機12a,12bのエンジン(内燃機関)のエンジン(機関)回転数NEの補正量を算出する(ECU80a,S100,S104からS112)如く構成したので、2基の船外機12a,12bのエンジン(機関)回転数NEを相違させて航行方向を変えられるような構成とすることで、同様に操船者の負担を軽減することができる。
尚、上記において、船体10に装着(固定)される船外機12を2基としたが、3基以上であっても良い。
また、ステアリングホイール921,922を2個備えるように構成したが、1個あるいは3個以上であっても良く、要は操船者の操舵指示が入力可能な構成であれば良い。
この発明の実施例に係る小型船舶の制御装置が搭載される小型船舶の平面図である。 図1に示す小型船舶の制御装置を全体的に示す概略図である。 図1などに示す船外機の部分断面拡大側面図である。 図2に示す小型船舶の制御装置の動作を示すフロー・チャートである。 図4の処理を説明する説明図である。 同様に、図4の処理を説明する説明図である。 図4の処理で使用されるエンジン回転数補正量のマップ特性を示す説明グラフである。 図2に示す装置のエンジン回転と船舶の進行(航行)方向の関係を説明する説明図である。 同様に、図2に示す装置のエンジン回転と船舶の進行(航行)方向の関係を説明する説明図である。 図2に示す小型船舶の制御装置の動作の別の例を示すフロー・チャートである。 図10の処理を説明する説明図である。 図10の処理で使用されるエンジン回転数補正量のマップ特性を示す説明グラフである。
符号の説明
1 船舶(小型船舶)、10 船体、12a,12b 船外機、30、エンジン(内燃機関)、38 スロットルバルブ、40a,40b スロットル用電動モータ(アクチュエータ)、80a,80b ECU(電子制御ユニット)、82 方位角センサ、84 加速度センサ、921,922 ステアリングホイール

Claims (3)

  1. 船体と、内燃機関で駆動されると共に、前記船体に固定された少なくとも1基の船外機と、前記内燃機関のスロットルバルブを開閉して機関回転数を増減するアクチュエータとを少なくとも備えた小型船舶の制御装置において、前記船体に配置されると共に、前記船舶に作用する重力軸方向の加速度と前記重力軸回りの角加速度とを示す出力を少なくとも生じる加速度センサと、前記加速度センサの出力に基づき、前記船舶の挙動が変化するように前記機関回転数の補正量を算出する補正量算出手段と、前記算出された補正量に応じて前記アクチュエータの動作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小型船舶の制御装置。
  2. 前記補正量算出手段は、前記重力軸方向の加速度が増加するとき、前記船舶の航行速度が増加するように前記機関回転数の補正量を算出することを特徴とする請求項1記載の小型船舶の制御装置。
  3. 前記船外機を少なくとも2基備えると共に、方位角センサと、前記方位角センサの出力から航行方位を算出する航行方位算出手段とを備え、前記補正量算出手段は、前記算出された航行方位を前記重力軸回りの角加速度に応じて修正し、前記船舶が前記修正された方位に沿って航行するように前記少なくとも2基の船外機の内燃機関の機関回転数の補正量を算出することを特徴とする請求項1記載の小型船舶の制御装置。
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