JP2772646B2 - 船外機付ボートのパワーステアリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、エンジンに搭載した船外機の操舵を電動
モータでパワーアシストするようにしたパワーステアリ
ング装置に関する。

（従来の技術） 第６〜10図に示した従来の装置では、例えばハンドル
１を左に切った場合、ハンドル１と連係しているワイヤ
２が引っ張られ、ワイヤ２と連係しているレバー10が船
体の右方向にスライドする。

レバー10が右方向にスライドすると、レバー10と連係
しているステアリングアーム11が回転軸12を中心に時計
方向に回動する。ステアリングアーム11が時計方向に回
動すれば、それにともなってエンジンＢも時計方向に回
動する。

したがって、ハンドル１を回せば、その回転方向に応
じてエンジンＢも回動し、所望の転舵が可能になる。

さらにエンジンＢには、エンジン回転数を検出するエ
ンジン回転数センサ４が設置されている。このエンジン
回転数センサ４は、コントローラＣに接続している。こ
のコントローラＣは電動モータｍと接続している。この
電動モータｍは減速機７及びピニオン８を介してラック
９に連係している。

したがって、エンジン回転数センサ４で検出された信
号は、コントローラＣに入力され、このコントローラＣ
からの出力信号に応じて電動モータｍが駆動する。電動
モータｍが駆動すると、減速機７及びピニオン８を介し
て、ラック９を左右にスライドさせる。このときラック
９に連係したレバー10も回動してステアリングアーム11
を回転軸12を中心に時計方向に回動する。ステアリング
アーム11が時計方向に回動すれば、それにともなってエ
ンジンＢも時計方向に回動し、転舵が可能となる。

スクリュー推進ボートではスクリューの回転反力の作
用で操舵トルク反力が発生するが、この反力の発生をジ
ャイロ効果という。

そして、前進時、後退時のジャイロ効果と左右の操舵
トルクとの関係を示したのが第８図である。この第８図
からも明らかなように、左操舵時には、ジャイロ効果に
打ち勝つだけの操舵トルクを発揮させなければ、左方向
に転舵できない。

また右操舵時には、ジャイロ効果が加算されるので、
小さな操舵トルクで転舵が可能であり、左右の操舵力は
アンバランスとなる。

そこで、第６図に示すようなジャイロ効果キャンセル
テーブル値F_GをコントローラＣに記憶させている。この
ジャイロ効果キャンセルテーブル値F_Gは、左右の操舵力
のアンバランスをキャンセルする関係に設定されてい
る。

さらに、このジャイロ効果キャンセルテーブル値F
_Gは、エンジン回転数に依存する関係に設定されてい
る。このジャイロ効果キャンセルテーブル値F_Gは、エン
ジン回転数センサ４から送られてくるエンジン回転数信
号に応じてコントローラＣからモータｍに出力される。
このコントローラＣからの出力により電動モータｍが駆
動して、操舵トルクをアシストするものである。

（本発明が解決しようとする問題点） 上記のようにした従来の装置では、次のような問題点
があった。

すなわち、電動モータｍの駆動によってアシストされ
た後の左右の操舵トルク特性は第７図の曲線a₁とb₁のよ
うになる。

そして、エンジン回転数r₂付近のジャイロ効果による
操舵トルクの影響が最も大きくなるが、この部分におけ
るジャイロ効果をキャンセルするためには、左操舵時の
操舵トルクａの頂部であるｄを、他のエンジン回転数r₁
あるいはr₃と同様のトルクレベルまで下げる必要があ
る。

しかし、キャンセル出力特性線F_Mの頂部を大きくとる
と、左操舵時の操舵トルクを減少させることはできる
が、右操舵時の操舵トルクが大きくなりすぎてしまう。
そのためにアシスト後の左右の操舵トルクはバランスし
なくなる。例えば、キャンセル出力特性線F_Mの頂部をｆ
のように大きく取り、そのキャンセル値ｆでジャイロ効
果を打ち消せば、操舵トルクをｇの値まで減少させるこ
とができる。

しかし、右操舵時にも同じジャイロ効果キャンセルテ
ーブル値F_Gを用いると、そのキャンセル値がプラス方向
に作用するので、右方向の操舵トルクが極端に大きくな
りすぎてしまう。このためアシスト後の左右の操舵トル
クはバランスしなくなる。

（本発明が解決しようとする問題点） このように従来の装置では、１つのテーブル値をもち
いて、ジャイロ効果を打ち消すようにしていたので、異
なる性質を示す左右の操舵トルクをバランスさせること
ができないという問題があった。

この発明の目的は、ジャイロ効果が発生しても左右の
操舵トルクを等しくするとともに、その操舵トルクがエ
ンジンの回転数に依存して自動的に制御され、各速度に
おいて最適な操舵フィーリングを設定できるようにする
ことである。

（問題点を解決する手段） この発明は、ハンドル操作に応じて回動する船外機
と、ハンドルの操舵方向に応じて駆動する電動モータ
と、この電動モータの回転力を船外機へ伝達する伝達機
構と、エンジンの回転数を検出する回転数センサと、回
転数センサの検出値に応じて電動モータの電流指令値を
制御するコントローラとを有する船外機付ボートのパワ
ーステアリング装置を前提にするものである。

上記の装置を前提にしつつこの発明は、操舵トルクと
操舵方向とを検出する操舵トルクセンサと、エンジンが
回転しているかどうかを検出するニュートラルセンサ
と、スクリュー回転方向を検出するリバースセンサと、
スクリュー回転により発生するジャイロ効果が操舵トル
クに与える影響をキャンセルしつつ、前進及び後退時の
左右の操舵トルクをバランスさせ、しかも、高速時の操
舵フィーリングを改善する関係に設定されたテーブル値
を記憶し、上記各センサの検出する信号により航行条件
に合ったテーブル値F_Gを引き出し、エンジン回転数と操
舵入力トルクとに依存した電流指令値を制御するコント
ローラとを備えた点に特徴を有する。

（本発明の作用） この発明は、上記のように構成したので、ハンドルを
回転すれば、それにともなって電動モータが駆動してそ
の操舵力をパワーアシストする。

また、各センサの検出値に応じて変化するテーブル値
とエンジン回転数センサの検出値と、トルクセンサの検
出値とに応じて、コントローラがモータ電流指令値を制
御し、ジャイロ効果をキャンセルする。このようにして
電動モータの電流値を制御すれば、この電流値が電動モ
ータの出力トルクにほぼ比例するので、操舵力を制御す
ることができる。

しかも、上記のようにジャイロ効果キャンセル値に
は、前進及び後退時の左右の操舵トルクをバランスさせ
特性を持たせたので、左右の操舵トルクがバランスす
る。

（本発明の効果） この発明の装置によれば、左右の操舵トルクをバラン
スさせ、どのような操舵方向に対しても安定した操舵が
可能になる。

また、この電動モータの出力トルクは、エンジンの回
転数にも依存しているので、船速に応じて最適な操舵フ
ィーリングを保つことができる。

（本発明の実施例） 第１〜５図に示す本発明の実施例では、第９、10図に
示す従来例の装置に、トルクセンサ３と、ニュートラル
センサ５とリバースセンサ６とが付加されている。これ
らのセンサはコントローラＣに接続している。トルクセ
ンサ３は、操舵トルクと操舵方向とを検出し、コントロ
ーラＣに操舵トルク信号V_Tと操舵方向制御信号とを出力
する。

ニュートラルセンサ５は、エンジンのニュートラル状
態を検出し、コントローラＣにニュートラル判別信号を
出力する。リバースセンサ６は、エンジンの回転方向を
検出し、コントローラＣに前進、後退判別信号を出力す
る。

コントローラＣでは、これらの信号に応じて次のエン
ジン回転数テーブル値R_Eを選択する。

前進 右操舵時R_EfR 〃 左 〃 R_EfL ニュートラル 右 〃 R_EnR ニュートラル 左操舵時R_EnL 後退 右 〃 R_EbR 〃 左 〃 R_EbL ここで、添え字のｆは前進、ｎはニュートラル、ｂは
後退、Ｌは左操舵、Ｒは右操舵を示している。

これらのエンジン回転数テーブル値R_Eは例えば、第３
図に示すように、エンジン回転数に依存してジャイロ効
果による影響をキャンセルするような値を取る。

またこのエンジン回転数テーブル値R_Eが、前進、後
退、ニュートラル、左右操舵時によって異なるのは、各
運転条件によって、ジャイロ効果の影響力が、各運転条
件によって異なるからである。

またコントローラＣには、トルクセンサ３から送られ
てくる操舵トルク信号V_Tが入力する。コントローラＣで
は、この操舵トルク信号V_Tに応じてトルクテーブル値C_T
を出力する。

トルクテーブル値C_Tは操舵フィーリングを調整するた
めのものである。したがって、所望のフィーリングによ
ってその特性を自由に変えてもよい。例えば、第４図が
このトルクテーブル値C_Tの一例を示しているが、この第
４図ではその特性線がノンリニアになっている。しか
し、求めるフィーリング特性によってはリニアにしても
問題はない。

これらのエンジン回転数テーブル値R_Eとトルクテーブ
ル値C_Tとに基いてモータ電流指令値I_Mが特定されるとと
もに、そのモータ電流指令値I_MがコントローラＣから出
力される。

そして、モータ電流指令値I_Mは、次の式によって特定
される。

I_MfR＝kC_TR_EfR（前進、右操舵時） I_MfL＝kC_TR_EfL（ 〃 左 〃 ） I_MnR＝kC_TR_EnR（ニュートラル右 〃） I_MnL＝kC_TR_EnL（ 〃 左 〃 ） I_MbR＝kC_TR_EbR（後退 右 〃 ） I_MbL＝kC_TR_EbL（ 〃 左 〃 ） ここでｋは定数である。

このモータ電流指令値I_Mは電動モータｍの出力を制御
するものである。

次に、航行条件の違う場合を個々説明する。

今、ボートを前進させながら左操舵したとすると、リ
バースセンサ６では前進信号、ニュートラルセンサ５で
は移動信号、操舵トルクセンサ３では左旋回信号が、そ
れぞれ検出され、コントローラＣに送られる。コントロ
ーラＣでは、これらの信号に基き第３図に示すような値
をとるエンジン回転数テーブル値R_EfLが選択される。

このエンジン回転数 テーブル値F_GR_EfLは、エンジン
回転数センサで検出されたエンジン回転数信号に依存
し、スクリューの回転によるジャイロ効果の左旋回に与
える影響をキャンセルする様に設定されている。

このエンジン回転数テーブル値R_EfLは、前記のトルク
テーブル値C_Tとかけ合わされ、出力I_MfLとなり、電動モ
ータｍに出力する。そして、第３図におけるエンジン回
転数r₁、r₂、r₃に対応する出力I_Mは、第５図の出力曲線
では、I_MfLr1 I_MfLr2 I_MfLr3となる。この図に示すよ
うに操舵トルクが左入力であるとすべて左出力となり、
第３象限に出力曲線が表れている。

このアシスト力で、第２図に示すようなスクリューの
ジャイロ効果に影響された左操舵時の異常に高い操舵ト
ルクａがキャンセルされる。したがって、このときの操
舵トルクは、操舵トルク特性線a₂で示したように非常に
小さなものとなる。

なお、第２図では、理解しやすいようにするために、
トルクテーブル値C_Tの寄与を除外している。

次に、ボートが前進している時に右操舵したとする
と、リバースセンサ６では前進信号、ニュートラルセン
サ５では移動信号、操舵トルクセンサ３では右操舵信号
が検出され、コントローラＣに送られる。コントローラ
Ｃでは、これらの信号に基き、第３図に示すエンジン回
転数テーブル値R_EfRが選択される。

このエンジン回転数テーブル値R_EfRは、エンジン回転
数センサで検出されたエンジン回転数信号に依存し、ス
クリューの回転によるジャイロ効果の右旋回に与える影
響をキャンセルするように設定している。

このエンジン回転数テーブル値R_EfRは前記のトルクテ
ーブル値C_Tとかけ合わされ出力I_MfRとなり電動モータｍ
に出力する。第３図に置けるエンジン回転数がr₁ r₂
r₃の場合に対応する出力I_Mは第５図の出力曲線ではI
_MfRr1、I_MfRr2、I_MfRr3となる。

この第３図に示すように、操舵トルクが右入力である
にもかかわらず、回転数r₂、r₃においては、左出力とな
って第４象限に出力曲線が現われるようにしている。

これは、右操舵時の操舵トルクがスクリューのジャイ
ロ効果の影響で小さくなりすぎるためである。そこで、
この実施例では、右操舵時に、逆にアシスト力を左方向
出力として、操舵トルクに負荷することにより、左右の
操舵時のジャイロ効果による影響をキャンセルするよう
にしている。

上記のようにして右操舵の操舵トルクｂに、反対方向
のアシスト力を負荷することにより、実際の操舵トルク
は第２図のb₂となる。

こようにすることによって右操舵時の操舵トルク特性
線b₂と、左操舵時の操舵トルク特性線a₂とが、各回転数
においてほぼ対称に位置し、左右の操舵トルクバランス
が保たれるようになる。

さらに操舵トルクテーブル値C_Tがかけ合わされている
ので、操舵フィーリングを適度に調整することができる
ようになった。

次にエンジンが停止し、惰性で航行中に、左操舵をす
れば、ニュートラルセンサ５とリバースセンサ６とで中
立信号が検出され、操舵トルクセンサ３では左旋回信号
がそれぞれ検出され、コントローラＣに送られる。

コントローラＣでは、これらの信号に基き、第３図に
示すエンジン回転数テーブル値R_EnLが選択される。この
エンジン回転数テーブル値は、操舵トルクテーブル値C_T
とかけ合わされ、第５図に示すI_MnLのような曲線をもつ
操舵トルクに依存した信号となり、電動モータｍに出力
する。このパワーアシストにより、操舵トルクはａから
a₃に軽減される。よってエンジンが停止していても、操
舵トルクに合ったパワーアシストが得られ、慣性航行時
などに換向抵抗による操舵反力が大きい場合に、ハンド
ルを軽くすることができる。

エンジンが停止していて、右操舵した場合も同様であ
る。

なお、エンジン回転数テーブル値R_EnLとR_EnRとをゼロ
出力に設定して、パワーアシストを行なわず、エンジン
停止時はマニュアルステアリングの状態にすることも可
能である。

次に、後退時に左操舵をすれば、リバースセンサ６で
は後退信号、ニュートラルセンサ５では移動信号、操舵
トルクセンサ３では左旋回信号がそれぞれ検出され、コ
ントローラＣに送られる。

コントローラＣでは、これらの信号に基き第３図に示
すような値をとるエンジン回転数テーブルR_EbLが選択さ
れる。

このエンジン回転数テーブルR_EbLのエンジン回転数r₄
付近が、前進時のエンジン回転数テーブルR_EfLのエンジ
ン回転数r₂付近の頂部よりも小さく設定しているのは、
後退時のスクリューによるジャイロ効果の影響が小さい
ためである。

このエンジン回転数テーブル値F_Gに、操舵トルクC_Tを
乗じモータ電流指令値I_MbLを決定し、これを電動モータ
ｍに出力すること前進時と同様である。このモータ電流
指令値I_MbLは、エンジン回転数r₄では第５図に示すI
_MbLr4のようになる。後退時に右操舵した場合も同様に
モータ電流指令値I_MbRを出力する。

第２図に示すように左右操舵時の操舵トルクａとｂと
はアシスト力を負荷することによりキャンセルされた操
舵トルクa₄とb₄とになる。これにより後退時の左右操舵
トルクa₄とb₄とは各回転数においてほぼ対称に位置し、
左右の操舵トルクのバランスが保たれる。

これらの構成により、前進、ニュートラル、後進、及
びスクリューの回転によるジャイロ効果をキャンセルし
つつ、最適な操舵フィーリングが設定可能となった。

【図面の簡単な説明】

図面第１〜５図はこの発明の実施例を示すもので、第１
図は機構図、第２図はキャンセル前とキャンセル後の操
舵トルクを表したグラフ、第３図はエンジン回転数テー
ブル値を表したグラフ、第４図は操舵トルク信号とトル
クテーブル値との関係を示すグラフ、第５図は操舵トル
ク信号とモータ電流指令値との関係を示したグラフ、第
６〜９図に従来の実施例を示すもので、第６図はジャイ
ロ効果キャンセルテーブル値を表したグラフ、第７図は
アシスト前とアシスト後の操舵トルクを表したグラフ、
第８図はエンジン回転数と操舵トルクとの関係を示した
グラフでジャイロ効果の特性を加味味したもの、第９〜
10図は従来例を示すもので、第９図は機構図、第10図は
要部の斜視図である。 １…ハンドル、３…トルクセンサ、４…エンジン回転数
センサ、５…ニュートラルセンサ、６…リバースセン
サ、ｍ…モータ、Ｃ…コントローラ、Ａ…ボート、Ｂ…
エンジン。

フロントページの続き (72)発明者 吉田 正樹 岐阜県可児市土田2548 カヤバ工業株式 会社岐阜北工場内 (56)参考文献 特開 平１−114590（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−314695（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハンドル操作に応じて回動する船外機と、
   ハンドルの操舵方向に応じて駆動する電動モータと、こ
   の電動モータの回転力を船外機へ伝達する伝達機構と、
   エンジンの回転数を検出する回転数センサと、回転数セ
   ンサの検出値に応じて電動モータの電流指令値を制御す
   るコントローラとを有する船外機付ボートのパワーステ
   アリング装置において、操舵トルクと操舵方向とを検出
   する操舵トルクセンサと、エンジンが回転しているかど
   うかを検出するニュートラルセンサと、スクリュー回転
   方向を検出するリバースセンサと、スクリュー回転によ
   り発生するジャイロ効果が操舵トルクに与える影響をキ
   ャンセルしつつ、前進及び後退時の左右の操舵トルクを
   バランスさせ、しかも、高速時の操舵フィーリングを改
   善する関係に設定されたテーブル値を記憶し、上記各セ
   ンサの検出する信号により航行条件に合ったテーブル値
   を引き出し、エンジン回転数と操舵入力トルクとに依存
   した電流指令値を制御するコントローラとを備えた船外
   機付ボートのパワーステアリング装置。