JP4303150B2 - 船舶の操舵装置 - Google Patents

Description

本発明は、小型船舶の電動操舵装置に関する。

小型船舶の船外機の操舵装置として、油圧機構に代えて電動モータを用いたステアリング装置が特許文献１に記載されている。この電動ステアリング装置は、ハンドル操作によるハンドル回転角度に応じた電流指令信号で電動モータを駆動することにより船外機を回動させて操舵するものである。

しかし、この電動モータ駆動の操舵装置では、ハンドルから電気ケーブルを介して電動モータを駆動するため、ハンドル操作して船の進行方向を変えた後、ハンドルが戻らず、このため操船者がハンドルを中立位置に戻さなければならず、十分満足できる操縦性が得られなかった。

また、船外機は、スイベル軸回りの回動位置を中立位置にして保管することにより水抜けがよくなり、また搬送作業上好ましい。したがって、接岸後に船外機を中立位置に戻す必要がある。しかし、従来の船外機の電動操舵装置では、エンジンを停止して電源をオフにしてしまうと、操舵装置を作動できなくなるため、電源をオフにする前に繰船者が船外機を中立位置に戻さなければならず、このための手間がかかっていた。

また、高速クルージング中に落水スイッチなどの緊急停止スイッチによりエンジンが停止した場合、舵がフリーになって船がスピンするおそれがある。

一方、陸上の車両用のパワーステアリング装置として、ハンドル操作の後、ハンドル及びタイヤを中立位置に復帰させる補助モータを備えた電動パワーステアリング装置が特許文献２に記載されている。

しかし、この車両用パワーステアリング装置は、メインスイッチがオンのエンジン駆動状態で走行中のステアリング動作を制御するものであり、エンジンが停止した状態では機能しない又機能する必要がない。

一方、船舶においては、港内走行で接岸するときにメインスイッチをオフにした場合やクルージング中に落水スイッチなどの緊急停止スイッチによりエンジンが停止した場合であっても、ハンドルや舵を中立位置に戻したり、あるいはハンドル操作が必要になる場合がある。したがって、特許文献２の車両用のパワーステアリング装置をそのまま船舶に適用することは不適切である。

特許第２９５９０４４号公報 特開２００２−３３１９４８号公報

本発明は上記従来技術を考慮したものであって、小型船舶において、エンジン停止後に使用者の手間をかけることなく、ハンドルや舵を中立位置に戻すことができ、また走行中の緊急停止時に迅速に適切な操舵動作ができる船舶の操舵装置の提供を目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１の発明では、電源をオン／オフさせるメインスイッチと、エンジンを緊急停止させる緊急停止スイッチと、
船の走行速度を検出する船速センサーと、繰船者が操作するハンドルと、このハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、検出されたハンドル操作量に応じて回動軸廻りに舵を動かすための作動力を与える電動アクチュエータを備えた舵取装置と、ハンドル操作量に応じて前記電動アクチュエータを動かすための信号を出力するコントローラとを備え、前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、舵を中立位置に戻すように前記舵取装置の電動アクチュエータを駆動することを特徴とする船舶の操舵装置を提供する。

請求項２の発明では、前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、一定時間操舵装置への電源をオン状態に維持することを特徴としている。

請求項３の発明では、前記ハンドルに回転力を付与するハンドルモータを備え、前記コントローラが前記ハンドルモータの駆動トルクを算出し、前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、前記ハンドルが中立位置に戻るように前記ハンドルモータを駆動することを特徴としている。

請求項４の発明では、前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、ハンドルが操作された場合には、前記舵を中立位置に戻す動作に優先して、ハンドル操作に応じて前記舵取装置の電動モータを駆動することを特徴としている。

請求項５の発明では、船速が所定の速度以上の高速走行時に、前記緊急停止スイッチによりエンジンが停止した場合に、舵を高速で中立位置に戻すことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、メインスイッチのオフ又は落水スイッチやその他のストップスイッチ等の緊急停止スイッチによりエンジンが停止した場合に、例えば船外機本体である舵が自動的に中立位置に戻されるため、使用者の手間をかけることなく舵を保管に最適な位置に戻すことができる。また、走行中の緊急停止時において、舵をふらつかせずに船のスピンを防止し、安定した姿勢で停止させることができる。
なお、電動アクチュエータは、電動モータあるいは電動油圧ポンプ等のように、電動駆動部を有する駆動装置である。

請求項２の発明によれば、エンジンが停止した場合であっても、電源が自動的にオン状態に維持されるため舵取装置を円滑に駆動できる。

請求項３の発明によれば、エンジンが停止した場合に、舵とともにハンドルも中立位置に戻るため、次回の操船時にハンドルの初期状態が中立位置となって、使用性が向上する。

請求項４の発明によれば、エンジンが停止したとき、操船者がハンドルを回して舵を取ろうとしている場合には、優先的にハンドル入力にしたがって操舵するため、惰性で船が進行している間に針路を変えることができ、接岸時などに風や流れなどで針路修正が必要になった場合に対処できる。

請求項５の発明によれば、高速走行時に操船者が落水してキルスイッチ（落水スイッチ）によりエンジンが停止すると、高速で舵が中立位置に戻り、船のスピンを防止できる。

図１は、本発明が適用される船外機を備えた小型船舶の全体平面図である。
船体１の船尾板２にクランプブラケット４を介して船外機本体３が取り付けられる。船外機本体３は、スイベル軸６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の端部５ａに舵取装置１５が連結される。この舵取装置１５は、例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータからなり、船尾板２と平行に設けたネジ軸（不図示）に沿ってモータ本体（不図示）がスライド動作する。このモータ本体にステアリングブラケット５を連結してモータ本体のスライド動作に連動して船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させる。

船体１の運転席にハンドル７が備わり、そのハンドル軸８の根元にハンドル制御部１３が備わり、内部にハンドル操作量（例えば操作角）センサー９及びハンドルモータ１１が設けられる。ハンドル制御部１３は信号ケーブル１０を介してコントローラ１２に接続され、コントローラ１２は舵取装置１５に接続される。

コントローラ１２は、ハンドル操作角センサー９からの検出信号に基づいて操舵角を演算し、電流指令信号として舵取装置１５に送信して舵取装置１５を駆動し、船外機本体３をスイベル軸６廻りに回転させて船を操舵する。

さらにコントローラ１２は、船外機本体３又は舵取装置１５に設けた荷重センサー１６（図２）により船外機本体３に作用する外力Ｆ（図２）を検出し、この外力に基づいて、外力に対応してハンドルモータ１１からハンドル７に作用させる反トルクの目標値を演算する。そしてこの目標トルクとなるようにハンドルモータ１１を駆動し、これによりハンドル７に反力を付与する。

図２は、本発明の実施形態に係る操舵装置のブロック構成図である。
操船者によりハンドル７が操作されると、その回転角がハンドル操作角センサー９で検出され、その検出信号に基づいてコントローラ（ＥＣＵ）１２の操舵トルク演算回路２１が、操舵角を演算し、これを電流値に変換して舵取装置１５の電動モータ（不図示）を駆動する。これにより船外機本体３がスイベル軸６（図１）廻りに回動して船を操舵しその方向が変わる。

船外機本体３が回動するとき、外部からの抵抗力（外力）Ｆが反力として船外機本体３に作用する。この外力Ｆは、荷重センサー１６により検出され、検出データがハンドルモータ駆動トルク演算回路１７に送られる。この外力検出データに基づいて、目標トルクが算出され、この目標トルクが得られるようにハンドルモータ１１が駆動される。これによりハンドル７に操舵操作に応じた反力が付与され、操船者はハンドル操作の手ごたえとして反力を感じながら操縦できる。

船外機本体３は、スイベル軸廻りに回動することにより舵として機能する。この場合、舵の操舵量である操舵角（舵の切れ角）は、操舵角演算回路２１により、ハンドル操作角センサー９で検出したハンドル回転角度に基づいて算出される。

ハンドルモータ１１は、前述のように、ハンドル７に対し回転操舵操作に応じた反力を付与するための反トルクモータとして機能する。さらにこのハンドルモータ１１は、後述のように、ハンドルを回して操舵した後、ハンドルを中立位置に戻すための復帰モータとして機能する。

ハンドル復帰動作は以下のように行われる。
ハンドル７を回すと、その回転角度がハンドル操作角センサー９により検出され、所定の角度以上に回転していると、中立位置に戻る方向に所定の復帰トルクでハンドルモータ１１を駆動する。この復帰トルクは、人の手で止めることができ、さらにこの復帰トルクに抗して反対方向に回転できる程度のトルクである。このハンドルモータ１１による復帰トルクは、中立位置近傍の所定の角度範囲までハンドルが復帰するとゼロになる。すなわち、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではハンドルに対し復帰力は作用しない。これは以下の理由による。

船舶においては、プロペラの回転に起因して、舵（例えば船外機本体）に対し一定の偏倚力が作用し、船を常に一定方向に偏って進ませようとする力が作用する（パドルラダー効果）。このパドルラダー効果のため、操舵角ゼロのハンドルの中立位置において、船は常に一定の偏った方向に進行する。このため、船を真直ぐに進ませようとすれば、パドルラダー効果による力に抗して、ハンドルを一定の角度だけ回した状態に保持しなければならない。このとき、ハンドル復帰力が加わると、そのハンドル復帰力に抗する力も要するため、大きな保持力が必要になり、操船者の負担が大きくなり、疲労する。このため、中立位置近傍の所定の角度範囲内ではハンドル復帰力を付与しないようにしている。

コントローラ１２のハンドルモータ駆動トルク演算回路１７は、前述のようにハンドルに対する反力を演算するとともに、ハンドル復帰力を付与するためのトルクを演算する。このような反力や復帰力の演算プログラム及び演算のためのマップは、後述のエンジン停止後の操舵装置制御のプログラムとともにメモリ２２に格納され、それぞれ演算処理時に演算回路１７，２１に読み出されてハンドルモータ及び舵取装置の電動モータの駆動量を演算する。

コントローラ１２には、電源をオン／オフしてエンジンを駆動可能状態又は停止状態にするメインスイッチ２３と、落水スイッチやストップスイッチなどの緊急停止用スイッチを含むキルスイッチ２４と、船速を計測する速度センサー２５が接続される。コントローラ１２の各演算回路１７，２１は、これらのメインスイッチ及びキルスイッチのオン／オフ状態のデータ及び船速のデータを適宜読み出し、メモリ２２に格納されたプログラムにしたがって、エンジン停止後のハンドルモータ及び舵取装置の電動モータを駆動制御する。

本発明では、メインスイッチ２３又はキルスイッチ２４がオフにされることによりエンジンが停止すると、コントローラ１２は、タイマ（不図示）により所定時間電源をオン状態に保持し、この操舵装置を作動可能状態にしておく。この状態で、舵（船外機本体３）を中立位置に戻すように舵取装置１５の電動モータを駆動する。このような舵の戻り動作は、例えばコントローラ１２内に組込まれた復帰制御回路（不図示）により予め定められたプログラムにしたがって行われる。

コントローラ１２の復帰制御回路は、舵の戻り動作とともに、ハンドルモータ１１を駆動してハンドル７の中立位置への復帰動作を行う。このとき、前述の通常運転時のハンドル復帰動作のように、中立位置近傍の所定の回転角範囲ではハンドルモータ１１による復帰回転力は付与しないままにしておいてもよいし、あるいは完全な中立位置までハンドル７に復帰トルクを付与してもよい。

このようなエンジン停止状態では、エンジンが停止していても、船は惰性で進行する。この場合、操船者がハンドルを操作して船の針路を変えようとしたときには、舵の復帰動作及びハンドル復帰動作を停止して、通常運転時と同様に、ハンドル操作による操舵を行う。すなわち、ハンドル操作角センサー９でハンドル７の回転角度を検出し、これに基づいて操舵角演算回路２１で操舵角を算出し、舵取装置１５の電動モータを駆動する。これにより、惰性で船が進行している間に針路を変えることができ、接岸時などに風や流れなどで針路修正が必要になった場合に対処できる。

また、高速走行中に、キルスイッチ２４がオフになってエンジンが停止した場合には、舵を中立位置に復帰させるときの電動モータに対する指令電流を大きくして高速で復帰動作させる。これにより、高速走行時に操船者が落水した場合などに、高速で舵が中立位置に戻り、船のスピンを防止できる。

図３は、本発明の実施形態に係る電動操舵装置の動作例を示すフローチャートである。各ステップの動作は以下の通りである。

ステップＳ１：キルスイッチがオン状態かどうかを判別する。オンであれば通常の運転状態であり、ステップＳ２に進む。オフであれば落水等でエンジンを緊急停止した状態であり、ステップＳ４に進む。

ステップＳ２：メインスイッチがオン状態かどうかを判別する。オンであれば通常の運転状態であり、ステップＳ３に進む。オフであればエンジン停止状態であり、ステップＳ５に進む。

ステップＳ３：通常時の操舵制御と同様に、ハンドル操作に基づいて舵取装置１５を駆動して船外機本体３を操舵する。

ステップＳ４：船速が速いか遅いかを判別する。この船速判別は、速いか又は遅いかの２段階のラフなものでよく、船速センサーは高精度でなくてもよい。また、エンジン回転数により船速を判断して、高回転のときは高速、低回転のときは低速として判別してもよい。この場合には船速判別のために、船速センサーに代えてエンジン回転数センサーを用いる。

ステップＳ５：キルスイッチ２４又はメインスイッチ２３がオフになってエンジンが停止し電源が切られた状態のときに、操舵装置に電源を供給し続ける。これはキルスイッチ又はメインスイッチのオフを検出した後、タイマにより所定時間だけ電源回路をオン状態に保持することにより行う。

ステップＳ６：エンジン停止後の惰性走行中にハンドル操作があったかどうかを判別する。これは、ハンドルが回されると、ハンドル操作角センサー９により、ハンドルの回転角度が検出されこの検出信号がコントローラ１２に入力されることにより判別できる。ハンドル入力が有ればステップＳ３に進み、なければステップＳ７に進む。

ステップＳ７：上記ステップＳ６でハンドル入力がない場合、すなわち惰性走行中に、舵及びハンドルを中立位置に戻す。

ステップＳ８：上記ステップＳ４で、高速の場合、すなわち高速走行中にキルスイッチがオフにされた場合に、高速で舵を中立位置に戻す。

本発明は、船外機あるいはスターンドライブを備えた小型船舶において、特に電動モータを用いた操舵装置に対し有効に適用可能である。

本発明の実施形態の全体平面図。 本発明の実施形態に係る電動操舵装置のブロック図。 本発明の実施形態のフローチャート。

符号の説明

１：船体、２：船尾板、３：船外機本体、４：クランプブラケット、
５：ステアリングブラケット、５ａ：端部、６：スイベル軸、
７：ハンドル、
８：ハンドル軸、９：ハンドル操作角センサー、１０：信号ケーブル、
１１：ハンドルモータ、１２：コントローラ、１３：ハンドル制御部、
１５：舵取装置、１６：荷重センサー、
１７：ハンドルモータ駆動トルク演算回路、
２１：操舵角演算回路、２２メモリ、２３：メインスイッチ、
２４：キルスイッチ、２５：速度センサー。

Claims (5)

1. 電源をオン／オフさせるメインスイッチと、
   エンジンを緊急停止させる緊急停止スイッチと、
   船の走行速度を検出する船速センサーと、
   繰船者が操作するハンドルと、
   このハンドルの操作量を検出するハンドル操作量センサーと、
   検出されたハンドル操作量に応じて回動軸廻りに舵を動かすための作動力を与える電動アクチュエータを備えた舵取装置と、
   ハンドル操作量に応じて前記電動アクチュエータを動かすための信号を出力するコントローラとを備え、
   前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、舵を中立位置に戻すように前記舵取装置の電動アクチュエータを駆動することを特徴とする船舶の操舵装置。
2. 前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、一定時間操舵装置への電源をオン状態に維持することを特徴とする請求項１に記載の船舶の操舵装置。
3. 前記ハンドルに回転力を付与するハンドルモータを備え、前記コントローラが前記ハンドルモータの駆動トルクを算出し、前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、前記ハンドルが中立位置に戻るように前記ハンドルモータを駆動することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶の操舵装置。
4. 前記コントローラは、前記メインスイッチ又は緊急停止スイッチによりエンジンが停止したときに、ハンドルが操作された場合には、前記舵を中立位置に戻す動作に優先して、ハンドル操作に応じて前記舵取装置の電動モータを駆動することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の船舶の操舵装置。
5. 船速が所定の速度以上の高速走行時に、前記緊急停止スイッチによりエンジンが停止した場合に、舵を高速で中立位置に戻すことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の船舶の操舵装置。
   

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