JP2015182665A

JP2015182665A - 船舶の舵角制御装置、方法及びプログラム

Info

Publication number: JP2015182665A
Application number: JP2014062175A
Authority: JP
Inventors: 智彦宮木; Tomohiko Miyaki
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22
Anticipated expiration: 2034-03-25
Also published as: JP6146355B2

Abstract

【課題】速度センサを用いることなく、操船者の操舵意図に応じた良好な操縦性能が得られるようにした船外機の舵角を制御する舵角制御装置、方法及びプログラムを提供する。【解決手段】ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、コントロールユニットは、ステアリングホイールが中立位置から所定の操作範囲α1を超えて操作された場合にＳ１０１、所定の操作範囲α1における平均角速度ωを求めるＳ１０２。そして、平均角速度ωが所定の角速度ω1未満であればＳ１０３、ステアリングホイールの操舵角に対する船外機の舵角の変化比率を第１の規定値に維持するのに対してＳ１０４、所定の操作範囲α1における平均角速度ωが所定の角速度ω1以上であればＳ１０３、ステアリングホイールの操舵角に対する船外機の舵角の変化比率が高い第２の規定値に変更するＳ１０５。【選択図】図４

Description

本発明は、ステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて船外機の舵角を制御する舵角制御装置、方法及びプログラムに関する。

自動車等の車両のステアリングシステムとして、操舵ハンドルと転舵輪との間が機械的に連結していないステアバイワイヤ方式ステアリングシステムが提案されている。ステアバイワイヤ方式ステアリングシステムは、操舵ハンドルの操舵量を電気的に検出し、この検出信号に基づき制御装置（ＥＣＵ）が転舵輪の転舵角を算出し、操舵ハンドルとは機械的に独立したアクチュエータを駆動制御して、転舵輪を転舵駆動させるものである。

この種のステアバイワイヤ方式操舵システムは、ステアリングホイールの操作により船外機の舵角を制御する船舶にも適用可能である。
ステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶に関して、例えば特許文献１には、速度センサで検出される船速が所定値より高くなったときに、操舵角の変化に対する転舵角の変化の割合が、前記所定値以下の場合より、小さくなるように制御する船舶用転舵装置が開示されている。

特開２００６−２２４６９５号公報

しかしながら、陸上の車両と異なり、船舶の速度は対水速度であるため、潮の流れ、波や風等に影響を受ける。そのため、速度センサで検出される船速を船外機の舵角制御に用いた場合、精度の高い制御は難しいのが実情である。また、速度センサは高価であり、船舶に装備すると配線レイアウトや制御機構が複雑になってしまう。

本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、速度センサを用いることなく、操船者の操舵意図に応じた良好な操縦性能が得られるようにすることを目的とする。

本発明の舵角制御装置は、ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御する舵角制御装置であって、前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更する変更手段を備えたことを特徴とする。
本発明の舵角制御装置の他の特徴とするところは、前記変更手段は、前記ステアリングホイールが中立位置から所定の操作範囲を超えて操作された場合、前記ステアリングホイールの操作速度として、前記所定の操作範囲における平均角速度を求める点にある。そして、前記変更手段は、前記所定の操作範囲における平均角速度が所定の角速度以上である場合、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舵角の変化比率が高くなるように変更する。
本発明の舵角制御装置の他の特徴とするところは、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舵角の変化比率として少なくとも２以上の規定値が予め用意されており、前記変更手段は、前記規定値を選択することにより、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舵角の変化比率を変更する点にある。
本発明の舵角制御方法は、ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、コントロールユニットが、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御する舵角制御方法であって、前記コントロールユニットは、前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更するステップを行うことを特徴とする。
本発明のプログラムは、ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御するためのプログラムであって、前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更する処理をコンピュータに実行させる。

本発明によれば、速度センサを用いることなく、操船者の操舵意図に応じた良好な操縦性能を得ることが可能になる。

本発明を適用可能な船舶を斜め後方から眺めた斜視図である。実施形態におけるステアバイワイヤ方式操舵システムの概略構成を示す図である。実施形態におけるステアバイワイヤ方式操舵システムの概略構成を示す図である。実施形態におけるコントロールユニットの処理を示すフローチャートである。実施形態における第１の規定値を説明するための特性図である。実施形態における第２の規定値を説明するための特性図である。実施形態における操舵角と舵角との関係を示す特性図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１は、本発明を適用可能な船舶を斜め後方から眺めた斜視図である。
船舶１の船体２の後部に位置するトランサム２ａに、図示例では２基の船外機３、３がブラケット装置を介して取り付けられる。
船体２の略中央部は操舵室４となっており、ヘルム５に連結するステアリングホイール６と、表示器７と、リモコン８とが配置される。表示器７は、必要に応じてゲージ、モニタ、ＬＥＤ等を含む。また、リモコン８は、シフトレバー及びスロットルレバーを兼ねる操作レバーを備え、操作レバーを中立位置から前進方向／後進方向に倒すと、前進／後進が切り替えられるとともに、その操作量に応じてスロットルバルブの開閉制御が行われる。
また、操舵室４の上に第２操舵室９があり、操舵室４と同様にステアリングホイール６が連結するヘルム５と、表示器７と、リモコン８とが配置される。

この船舶は、ステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載している。ステアバイワイヤ方式操舵システムでは、コントロールユニットの制御下、ステアリングホイール６の操作を電気的に検出し、この検出信号に基づいて船外機３、３の舵角を制御する。したがって、ステアリングホイール６と船外機３、３との間を機械的に連結しなくてもよく、図示例のように複数の操舵室４、９を配することも可能となる。
なお、図１に示す船舶は一例であり、例えば一の操舵室だけを有していたり、一台の船外機だけが取り付けられたりする船舶であっても本発明は適用可能である。

図２、図３に、本実施形態に係るステアバイワイヤ方式操舵システムの概略構成を示す。なお、図２、図３では、いずれか一方の操舵室、例えば操舵室４のステアリングホイール６及びヘルム５、表示器７、リモコン８のみを示す。

図２において、１０はコントロールユニットであり、ヘルム５で検出されたステアリングホイール６の操舵角が入力される。コントロールユニット１０は、ステアリングホイール６の操作を電気的に検出し、この検出信号に基づいて船外機３の舵角を制御する。１１は船外機３ごとに配されたステアリングユニットであり、コントロールユニット１０からの指令に従って船外機３の左右への舵角調整を実施する。

１２はボートコントロールモジュールであり、表示器７及びリモコン８が接続する。１３は各船外機３に内蔵されたエンジンコントロールモジュールである。例えばリモコン８の操作レバーのレバー位置に対応する電圧信号が、ボートコントロールモジュール１２を介してエンジンコントロールモジュール１３に入力される。エンジンコントロールモジュール１３は、操作レバーのレバー位置に対応する電圧信号と、前後進を切替えるシフトアクチュエータのシフト位置と、実際のスロットルバルブの開度と、エンジン状態とに基づいてスロットルバルブ開度を計算し、スロットルバルブの開閉制御を行う。

コントロールユニット１０とボートコントロールモジュール１２とは相互に通信可能となっている。なお、図２では、コントロールユニット１０を中心とする操舵制御系と、ボートコントロールモジュール１２を中心とするエンジン制御系とを別系統とした例を示したが、コントロールユニット１０とボートコントロールモジュール１２とを一体化するような形態でもかまわない。

図３に示すように、ヘルム５は、ステアリングホイール６の操作（回転）に対してブレーキ力を与える電磁ブレーキ５ａと、ステアリングホイール６の操舵角を検出する操舵角センサ５ｂとを備える。ステアリングホイール６と船外機３との間が機械的に連結されておらず、ステアリングホイール６は自由に回転しうるので、電磁ブレーキ５ａによりステアリングホイール６の操作に抵抗を与えたり、ステアリングホイール６の一定の角度以上の回転を規制したりする。
コントロールユニット１０は、ＣＰＵ１０ａと、ＥＥＰＲＯＭ１０ｂと、ヘルム５の電磁ブレーキ５ａ及びステアリングユニット１１のアクチュエータ１１ａを制御、操作するドライバ１０ｃとを備える。
ステアリングユニット１１は、コントロールユニット１０の制御下で船外機３の舵角調整を実施するアクチュエータ１１ａと、船外機３の舵角を検出する舵角センサ１１ｂとを備える。

ここで、操船者は、例えば低速時の大きな進路変更時や着岸時のように大きな舵取り量を要求するときには、小さな舵取り量を要求するときと比較して、短時間で所望の舵取り量までステアリングホイール６を回転させるためにステアリングホイール６の操作速度（回転角速度）を速くする。
この特性に着目して、本実施形態では、舵角制御装置であるコントロールユニット１０が、ステアリングホイール６の操作速度に基づいて、ステアリングホイール６の操舵角αに対する船外機３の舵角βの変化比率を変更する。

以下、図４〜図６を参照して、ステアリングホイール６の操作速度に基づいて、ステアリングホイール６の操舵角αに対する船外機３の舵角βの変化比率を変更する処理を説明する。
前提として、操舵角αに対する舵角βの変化比率として、第１の規定値が設定されているものとする。図５Ａは、第１の規定値を説明するための図であり、（ａ）が船外機３の転舵方向と舵角（舵角センサ１１ｂの出力）との関係を示し、（ｂ）がステアリングホイール６の回転と操舵角（操舵角センサ５ｂの出力）との関係を示す。図５Ａに示すように、ステアリングホイール６を左右いずれかの方向に２回転させると、船外機３が最大舵角の半分程度にまで転舵される関係にある。

図４は、コントロールユニット１０の処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、コントロールユニット１０のＣＰＵ１０ａがプログラムを実行することによって実現される。
図４のフローチャートは、ステアリングホイール６が中立位置或いはその近傍にあるときに開始される。

ステップＳ１０１で、コントロールユニット１０は、ヘルム５の操舵角センサ５ｂを介して、ステアリングホイール６が中立位置から所定の操作範囲α₁を超えて操作されたか否かを監視する。ステアリングホイール６を中立位置から右に回転させるときには、所定の操作範囲α₁は、例えば中立位置から９０度〜１２０度程度までの操舵角範囲とする。ステアリングホイール６を左に回転させるときも同様である。

ステップＳ１０１においてステアリングホイール６が中立位置から所定の操作範囲α₁を超えて操作された場合、ステップＳ１０２に進み、コントロールユニット１０は、ステアリングホイール６の操作速度として、該所定の操作範囲α₁における平均角速度ωを求める。

ステップＳ１０３で、ステップＳ１０２において求めた平均角速度ωが所定の角速度ω₁以上であるか否かを判定する。
ステップＳ１０３において平均角速度ωが所定の角速度ω₁未満である場合、ステップＳ１０４に進み、コントロールユニット１０は、操舵角αに対する舵角βの変化比率を第１の規定値に維持する。
それに対して、ステップＳ１０３において平均角速度ωが所定の角速度ω₁以上である場合、ステップＳ１０５に進み、コントロールユニット１０は、操舵角αに対する舵角βの変化比率を第２の規定値に変更する。第２の規定値は、操舵角αに対する舵角βの変化比率を第１の既定値よりも高くしたものである。図５Ｂは、第２の規定値を説明するための図であり、（ａ）が船外機３の転舵方向と舵角（舵角センサ１１ｂの出力）との関係を示し、（ｂ）がステアリングホイール６の回転と操舵角（操舵角センサ５ｂの出力）との関係を示す。図５Ｂに示すように、ステアリングホイール６を左右いずれかの方向に２回転させると、船外機３が最大舵角にまで転舵される関係にある。

図６に、本実施形態における操舵角αと舵角βとの関係を示す。図中の特性線Ａが第１の規定値が維持されるときの特性を示し、特性線Ｂが途中で第２の規定値に変更されるときの特性を示す。図６に示すように、ステアリングホイール６が中立位置から所定の操作範囲α₁で操作されているときは第１の規定値となっている。そして、ステアリングホイール６が所定の操作範囲α₁を超えて操作された場合に、所定の操作範囲α₁における平均角速度ωが所定の角速度ω₁未満であれば、第１の規定値が維持される（特性線Ａ）。それに対して、所定の操作範囲α₁における平均角速度ωが所定の角速度ω₁以上であれば、第２の規定値に変更される（特性線Ｂ）。なお、操舵角αに対する舵角βの変化比率を変更するときに、ブザーや表示器７等で操船者に告知するようにしてもよい。
これにより、速度センサを用いることなく、操船者の操舵意図に応じた良好な操縦性能を得ることが可能になる。例えば低速時の大きな進路変更時や着岸時のように大きな舵取り量を要求するときに、操舵角αに対する舵角βの変化比率が高くなるように変更されるので、ステアリングホイール６を広範囲にわたって操作する必要がなくなり、短時間で所望の舵取り量まで操作することができる。

以上、本発明を種々の実施形態と共に説明したが、本発明はこれらの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の範囲内で変更等が可能である。
例えば、本実施形態では、ステアリングホイール６の操舵角αに対する船外機３の舵角βの変化比率として第１の規定値及び第２の規定値を用意した例を説明したが、より細やかに３段階以上に変更されるようにしてもよい。
また、本発明の舵角制御は、ＣＰＵがプログラムを実行することによって実現され、プログラム自体も本発明を構成することになる。

１：船舶、２：船体、３：船外機、５：ヘルム、５ａ：操舵角センサ、６：ステアリングホイール、１０：コントロールユニット、１０ａ：ＣＰＵ、１０ｂ：ＥＥＰＲＯＭ、１ｃ：ドライバ、１１：ステアリングユニット、１１ａ：アクチュエータ、１１ｂ：舵角センサ

Claims

ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御する舵角制御装置であって、
前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更する変更手段を備えたことを特徴とする舵角制御装置。
前記変更手段は、前記ステアリングホイールが中立位置から所定の操作範囲を超えて操作された場合、前記ステアリングホイールの操作速度として、前記所定の操作範囲における平均角速度を求めることを特徴とする請求項１に記載の舵角制御装置。
前記変更手段は、前記所定の操作範囲における平均角速度が所定の角速度以上である場合、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舵角の変化比率が高くなるように変更することを特徴とする請求項２に記載の舵角制御装置。
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舵角の変化比率として少なくとも２以上の規定値が予め用意されており、前記変更手段は、前記規定値を変更することにより、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舵角の変化比率を変更することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の舵角制御装置。
ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、コントロールユニットが、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御する舵角制御方法であって、
前記コントロールユニットは、前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更するステップを行うことを特徴とする舵角制御方法。
ステアリングホイールと船外機との間が機械的に連結されていないステアバイワイヤ方式操舵システムを搭載した船舶において、前記ステアリングホイールの操作の検出信号に基づいて前記船外機の舵角を制御するためのプログラムであって、
前記ステアリングホイールの操作速度に基づいて、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舵角の変化比率を変更する処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。