JP4413109B2

JP4413109B2 - 船舶用シフト装置、船舶及び船舶用シフト方法

Info

Publication number: JP4413109B2
Application number: JP2004268850A
Authority: JP
Inventors: 孝浩小熊; 高志奥山
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2004-09-15
Publication date: 2010-02-10
Anticipated expiration: 2024-09-15
Also published as: US7267593B2; JP2006082669A; US20060057911A1

Description

この発明は、シフトレバーを操作することによりアクチュエータを介してシフト機構のシフト操作を行う船舶用シフト装置、船舶及び船舶用シフト方法に関するものである。

従来、船舶用シフト装置は、シフトレバー又はリモコンレバーの操作により、プッシュプルケーブルを介して、ハンドルギアシフトを回転させ、ドッグクラッチを嵌脱させるものが用いられている。

この装置の場合、操船者が直接ドッグクラッチを操作するため、操作力が弱い場合には、ガリガリ音がしたり、シフトが抜け難かったりする場合がある。また、操作力が余りに強い場合には、シフトＩＮの位置を超え、操船者は適切な操作力でシフト操作を行う必要がある。

このような船舶用シフト装置に関する発明には、特許文献１及び特許文献２に記載されたようなものがある。この特許文献１には、段落番号よれば、シフトレバーの回動をセンサーであるクラッチスイッチやスロットル調整機によって検出し、この検出信号をコントロールユニットに伝える。同時に、コントロールユニットは、その検出信号に基づいて、電源からの電力を調整してスロットルモーター又はクラッチモーターへ伝える。従って、シフトレバーが設けられるリモコンボックスと、コントロールユニットと、船外機のエンジンとの間を信号線によって接続することができる。」と記載されている。

これによれば、「従来のように、リモコンボックスとエンジンとの間を剛性の大きなプッシュプルケーブルによってつなぐ必要がなく、舵を切るため船外機を回動させる場合に、剛性の小さな信号線は船外機の回動に十分に追従できるので、船外機の操作性が良くなる。」と記載されている。

また、特許文献２には、「上部に内燃機関を搭載すると共に、下部に前記内燃機関で駆動されるプロペラを備え、船体の後尾に取りつけられて前記船体を前進あるいは後進させる船外機のシフトチェンジ装置であって、シフトロッドを介してシフトスライダをスライドさせ、クラッチを中立位置から前進ギヤあるいは後進ギヤのいずれかに係合させてシフトチェンジを行なうものにおいて、前記シフトロッドをアクチュエータによって駆動すると共に、前記アクチュエータを前記船外機の内部に配置したことを特徴とする船外機のシフトチェンジ装置。」が記載されている。

これによれば、「シフトロッドをアクチュエータによって駆動すると共に、前記アクチュエータを船外機の内部に配置する如く構成したので、手動によるシフトロッドの駆動に比して操作荷重が軽量となって操作フィーリングを向上させることができる。さらに、アクチュエータを船体に配置した場合に比してシフトロッドとアクチュエータの接続構成を簡素にすることができるため、部品点数および重量の増加を招くことがないと共に、船体のスペースを損なうことがない。」と記載されている。
特開平１０−１８４４０２特開２００４−１６３８

しかしながら、特許文献１に記載された発明のように、従来プッシュプルケーブルを用いていたものを信号線に変えて、スロットルモーター又はクラッチモーターをリモコン操作したり、特許文献２に記載された発明のように、シフトロッドをアクチュエータによって駆動したりすることができると、確かにシフト操作は容易になるであろうが、依然として、シフトレバー又リモコンレバーを早く操作すると応答遅れが生じたり、遅く操作すると例えばニュートラルからフォワードに操作する場合にシフトレバーがフォワード位置に到達する前にシフトＩＮしたりと、シフトレバーの操作に対するアクチュエータの応答に時間的誤差を生じる虞があり、操作感の悪いものであった。

そこで、この発明は、シフトレバーの操作に対するアクチュエータの応答に時間的誤差が生じるのを低減させてシフトの操作性を向上することができる船舶用シフト装置を提供することを課題とする。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、シフトレバーを操作することによりアクチュエータを介してシフト機構のシフト操作を行う船舶用シフト装置であって、前記シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出手段と、該位置検出手段の複数の位置データに基づいて、前記シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出手段と、該算出手段の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御手段とを備えた船舶用シフト装置としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記算出手段は、前記位置検出手段による所定回数分の位置データから近似曲線を作成し、該近似曲線から前記シフトレバーが前記操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出するように構成されたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動速度をＰＷＭ制御により制御することを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の船舶用シフト装置を備えた船舶としたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、シフトレバーを操作することによりアクチュエータを介してシフト機構のシフト操作を行う船舶用シフト方法であって、前記シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出工程と、該位置検出工程の複数の位置データに基づいて、前記シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出工程と、該算出工程の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御工程と、を備えた船舶用シフト方法としたことを特徴とする。

請求項１及び４に記載の発明によれば、シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出手段と、位置検出手段の複数の位置データに基づいて、シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出手段と、算出手段の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御手段とを備えるから、シフトレバーの操作速度に合わせてアクチュエータの操作速度が調節されるので、シフトレバーの操作に対するアクチュエータの応答に時間的誤差が生じるのを低減させてシフトの操作性を向上することができる。すなわち、シフトレバーを速く操作してもシフト機構をシフト操作するときに生じる応答遅れを小さくすることができ、シフトレバーを遅く操作してもシフトレバーの操作が完了する前にシフト機構のシフト操作が完了してしまわないようにすることができる。

請求項２に記載の発明によれば、算出手段が位置検出手段による所定回数分の位置データから近似曲線を作成して、シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出するから、シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を従来よりも正確に予測することができるので、シフトレバーの操作終了に合わせてシフト機構がシフトＩＮすることにより操作性の良いシフト操作をすることができる。

請求項３に記載の発明によれば、アクチュエータの駆動速度がＰＷＭ制御により制御されるから、シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間に合わせてシフト機構がシフトＩＮするようにアクチュエータの駆動速度が調節されるので、シフトレバーの操作速度の影響を極小化してシフト操作をすることができる。

請求項５に記載の発明によれば、シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出工程と、位置検出工程の複数の位置データに基づいて、シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出工程と、算出工程の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御工程とを備えるから、シフトレバーの操作速度に合わせてアクチュエータの操作速度が調節されるので、シフトレバーの操作に対するアクチュエータの応答に時間的誤差が生じるのを低減させてシフトの操作性を向上することができる。すなわち、シフトレバーを速く操作してもシフト機構をシフト操作するときに生じる応答遅れを小さくすることができ、シフトレバーを遅く操作してもシフトレバーの操作が完了する前にシフト機構のシフト操作が完了してしまわないようにすることができる。

以下、この発明の実施の形態について説明する。図１乃至図７には、この発明の実施の形態を示す。

まず構成を説明すると、図１で示すように、船体１は、その船尾に船外機２が取付けられ、この船外機２は、内蔵するエンジン３を電子制御する電子コントロールユニット機能を有するエンジンコントロールノード４と、内蔵する前後進切換装置２８を制御するシフトコントロールノード５とが設けられている。また、船体１の船尾の船底には船速を検出する船速センサ６が配設され、この船速センサ６で検出した船速データを送信する船速ノード７が設けられている。

一方、船体１の船首側には、船外機２に対して、スロットル開度及びシフト切換えを指示する遠隔指令値選択手段としてのシフトレバー８が配設され、このシフトレバー８の左前面側に操舵装置９と、キースイッチＫＳ、船速メータＳＭ等を配設した表示ユニット１０が配設されている。シフトレバー８にはスロットル開度指令データ及びシフト指令データを送信するシフトノード１１が設けられ、操舵装置９にも操舵角データを送信する操舵ノード１２が設けられ、表示ユニット１０にも、キースイッチ信号を送信すると共に、船速データ等を受信する表示ノード１３が設けられている。ここで、シフトレバー８は、図２に示すように、中立位置Ｎ、前進全閉位置Ｆ、後進全閉位置Ｒ、前進全開位置ＧＦ及び後進全開位置ＧＲを選択可能になっており、シフトレバー８の回動角度を検出する例えばロータリポテンショメータ、光学式エンコーダ等で構成される回動位置センサ８ａを備えている。

そして、エンジンコントロールノード４、シフトコントロールノード５、船速ノード７、シフトノード１１、操舵ノード１２、表示ノード１３がローカルエリアネットワークの一種であるコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ：ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒＡｒｅａＮｅｔｗｏｒｋ）を構成する伝送路としてのバス１５に接続されている。このバス１５には各ノード４、５、７、１１〜１３の物理アドレスを管理するネットワーク管理手段としてのネットワーク管理ノード１６が接続されている。

船外機２は、図２に示すように、船体１の船尾１ａにクランプブラケット２１を介して上下、左右に揺動可能に支持されている。この船外機２は推進機２２が配設された下部ケース２３にエンジン３を搭載した構造のものである。推進機２２は、垂直方向に延びるドライブシャフト２４の下端に傘歯車機構２５を介して推進軸２６を連結し、この推進軸２６の後端にプロペラ２７を結合した構成となっている。

ここで、傘歯車機構２５は、ドライブシャフト２４に装着された駆動傘歯車２５ａと、推進軸２６に回転自在に装着された駆動傘歯車２５ａに噛合された前進傘歯車２５ｂ及び後進傘歯車２５ｃとから構成されている。

推進機２２には、前後進切換装置２８が配設されている。この前後進切換装置２８は、例えば電動モータで構成されるアクチュエータ２８ａによって回転駆動され、上下方向に延長するシフトロッド２８ｂと、このシフトロッド２８ｂに連結されたドッグクラッチ２８ｃとを有し、ドッグクラッチ２８ｃによって前進歯車２５ｂ及び後進歯車２５ｃの何れかを推進軸２６に結合する前進状態及び後進状態の何れか又は両方とも結合しない中立状態に切換制御する。そして、シフトロッド２８ｂにその回転角を検出して実際のシフト状態を検出する例えば光学式、磁気式等のエンコーダで構成されるにシフト状態センサ２８ｄが設けられている。傘歯車機構２５及び前後進切換装置２８とによってシフト機構が構成される。

エンジン３は、クランク軸３０を走行時に略垂直をなすように縦向きに配置して構成されており、このクランク軸３０の下端に前記ドライブシャフト２４の上端が連結されている。エンジン３は、シリンダブロック３１に形成された気筒３１ａ内にピストン３２を挿入配置すると共に、ピストン３２をコンロッド３３でクランク軸３０に連結した構造を有する。

一方、前後進切換装置２８のアクチュエータ２８ａは、シフトコントロールノード５に内蔵されたマイクロコンピュータで構成されるシフトコントロールユニット６０によって回転駆動される。

シフトコントロールユニット６０は、シフトレバー８が操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出手段としての回動位置センサ８ａの複数の位置データに基づいて、シフトレバー８が操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出手段６０ａと、算出手段６０ａの予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータ２８ａの駆動速度を制御する制御手段６０ｂとが備えられている。

また、このシフトコントロールユニット６０は、シフトレバー８で前進位置、後進位置及び中立位置の何れかが選択されると、これらに応じたシフトレバー８の位置データがバス１５を介して伝送される。シフトレバー８の位置データが前進位置を表すときには、前進傘歯車２５ｂを駆動傘歯車２５ａに噛合させるようにシフトロッド２８ｂを回動させてドッグクラッチ２８ｃを作動させる。シフトレバー８の位置データが後進位置を表すときには、後進傘歯車２５ｃを駆動傘歯車２５ａに噛合させるようにシフトロッド２８ｂを回動させてドッグクラッチ２８ｃを作動させる。シフトレバー８の位置データが中立位置を表すときには、前進傘歯車２５ｂ及び後進傘歯車２５ｃが共に駆動傘歯車２５ａから離間するようにシフトロッド２８ｂを回動させてドッグクラッチ２８ｃを作動させる。

このように、船舶用シフト装置を適用された船体１及び船外機２は、シフトレバー８を操作することによりアクチュエータ２８ａを駆動し、シフトロッド２８ｂを回動させてドッグクラッチ２８ｃを作動させ、シフト操作が行われることになる。

次に、この発明の実施の形態における船舶用シフト装置のシフトの操作方法を述べる。

図３で示すように、シフトレバー８が、例えば中立位置Ｎから前進全閉位置Ｆに移動して更に前進全開位置ＧＦに移動すると、回動位置センサ８ａは、シフトレバー８が移動する所定時間毎の位置、例えば０．５ｍｓ毎の位置、を検出する（図３のＳ１００）（位置検出工程）。

算出手段６０ａは、図４で示す折れ線グラフＡのように回動位置センサ８ａが検出した１回目から１０回目までの過去１０回分のシフトレバー８の位置データをプロットして、これに基づいて、多項式近似曲線Ｂを図４の実線及び破線で示すように作成する（図３のＳ１０１）。例えば、この近似曲線Ｂは、ｙ＝０．２４６２ｘ２−１．２８４１ｘ＋１．８８３３で表される。このような近似曲線Ｂから図４の破線で示すように、シフトレバー８が操作終了位置となる前進全開位置ＧＦに到達する予測時間Ｔ_１を演算により算出する（図３のＳ１０２）（算出工程）。

制御手段６０ｂは、アクチュエータ２８ａを駆動開始してからシフトＩＮするまでの時間を既定時間Ｔ_Ｚとして予め入力されており、予測時間Ｔ_１が既定時間Ｔ_Ｚよりも小さいか否かを判断する（制御工程）。

そして、予測時間Ｔ_１≧既定時間Ｔ_Ｚの場合には、シフトレバー８の位置は、再度、回動位置センサ８ａによって検出される（図３参照）。この場合に回動位置センサ８ａによって、シフトレバー８に関する１１回目の位置検出を行い、算出手段６０ａは、シフトレバー８に関する２回目から１１回目までの過去１０回分の位置データからシフトレバー８が操作終了するまでの予測時間Ｔ_１を演算により算出する（制御工程）。

予測時間Ｔ_１＜既定時間Ｔ_Ｚの場合には、予測時間Ｔ_１の経過時にアクチュエータ２８ａがシフトＩＮすることができるようにアクチュエータ２８ａの駆動速度を算出して（図３のＳ１０４）、アクチュエータ２８ａの駆動速度をＰＷＭ制御によって駆動制御する（図３のＳ１０５）（制御工程）。

アクチュエータ２８ａは、図３で示すように予測時間Ｔ_１＜既定時間Ｔ_Ｚとなると直ちに駆動が開始され、図５で示すように、駆動開始時には、デューティー比を高くして電流を流すことにより速度が速くなり、シフトレバー８が操作を終了する時にアクチュエータ２８ａがシフトＩＮするようにされ、応答遅れが少なくなる。その後、次第にデューティー比を小さくして電流を流すことにより速度が遅くなり、制御終了時にデューティー比が０パーセントの状態で電流が流れなくなって止まるように設定され、このようなＰＷＭ（ＰｕｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御により制御される（制御工程）。従って、アクチュエータ２８ａの駆動がＰＷＭ制御されることによって、シフトレバー８の操作終了時に、アクチュエータ２８ａがシフトＩＮするように調節することができるから、図６で示すように、シフトレバー８の操作によるアクチュエータ２８ａの応答遅れｔは、図７で示す従来の場合よりも低減されることになる。

このような船舶用シフト装置によれば、シフトレバー８の操作速度に合わせてアクチュエータ２８ａの操作速度が調節されるので、シフトレバー８の操作に対するアクチュエータ２８ａの応答に時間的誤差が生じるのを低減させてシフトの操作性を向上することができる。すなわち、シフトレバー８を速く操作してもアクチュエータ２８ａをシフト操作するときに生じる応答遅れを小さくすることができ、シフトレバー８を遅く操作してもシフトレバー８の操作が完了する前にシフト機構のシフト操作が完了してしまうようなことをなくすることができる。

また、シフトレバー８が操作終了位置に到達する予測時間を従来よりも正確に予測することができるので、シフトレバー８の操作終了に合わせてアクチュエータ２８ａの駆動を終了させようとすることにより操作性の良いシフト操作をすることができる。

さらに、シフトレバー８が操作終了位置に到達する予測時間に合わせてアクチュエータ２８ａの駆動速度が調節されてシフト操作が終了されるので、シフトレバー８の操作速度の影響を極小化してシフト操作をすることができる。

なお、図２において、符号は、３１はシリンダブロック、３２はピストン、３３はコンロッド、３４はシリンダヘッド、３５は点火プラグ、３６は排気ポート、３７は吸気ポート、３８は排気バルブ、３９は吸気バルブ、４０はカム軸、４１はカム軸、４３は吸気管、４４は電子制御スロットル弁、４６は吸気ポート、４７はエンジン回転速度センサ、４８は吸気圧センサ、４９はスロットル開度センサ、５０はエンジン温度センサを示している。

この発明の実施の形態に係る船舶用シフト装置を適用する船体及び船外機の概略図である。同実施の形態に係る船外機の基本構成を示す模式図である。同実施の形態に係る船外機のシフト操作状況を示すフローチャートである。同実施の形態に係るシフトレバーの操作位置と操作時間との関係を示すグラフである。同実施の形態に係るシフトレバーの操作によってアクチュエータを操作する場合にＰＷＭ制御に必要な電流の状況を示すグラフである。同実施の形態に係るシフトレバーの操作とアクチュエータの操作とを比較するグラフであって、（ａ）は、シフトレバーの操作位置と時間との関係を示すグラフ、（ｂ）シフトレバーの位置データと時間との関係を示すグラフ、（ｃ）及びアクチュエータの操作位置と時間との関係を示すグラフである。従来技術におけるシフトレバーの操作とアクチュエータの操作とを比較するグラフであって、（ａ）は、シフトレバーの操作位置と時間との関係を示すグラフ、（ｂ）シフトレバーの位置データと時間との関係を示すグラフ、（ｃ）及びアクチュエータの操作位置と時間との関係を示すグラフである。

符号の説明

8 シフトレバー
8a 回動位置センサ
28a アクチュエータ
60a 算出手段
60b 制御手段

Claims

シフトレバーを操作することによりアクチュエータを介してシフト機構のシフト操作を行う船舶用シフト装置であって、
前記シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出手段と、
該位置検出手段の複数の位置データに基づいて、前記シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出手段と、
該算出手段の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする船舶用シフト装置。
前記算出手段は、前記位置検出手段による所定回数分の位置データから近似曲線を作成し、該近似曲線から前記シフトレバーが前記操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の船舶用シフト装置。
前記制御手段は、前記アクチュエータの駆動速度をＰＷＭ制御により制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用シフト装置。
請求項１乃至３の何れか一つに記載の船舶用シフト装置を備えた船舶。
シフトレバーを操作することによりアクチュエータを介してシフト機構のシフト操作を行う船舶用シフト方法であって、
前記シフトレバーが操作開始位置から現在位置まで移動する所定時間毎の位置を検出する位置検出工程と、
該位置検出工程の複数の位置データに基づいて、前記シフトレバーが操作終了位置に到達する予測時間を演算により算出する算出工程と、
該算出工程の予測時間データに基づいて、シフト操作完了時までのアクチュエータの駆動速度を制御する制御工程と、
を備えたことを特徴とする船舶用シフト方法。