JP4554828B2 - 舵追従異常検出装置及び舵追従異常検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶自動操舵装置（オートパイロット）等に使用され、舵の指令に対する舵の追従異常を検出する舵追従異常検出装置及び舵追従異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、舵追従異常検出としては、オートパイロットのフォローアップ（追従）制御モードにおいて、命令舵角と実舵角との角度差を比較する方式が知られている。この方式では、オートパイロット部から出力される命令舵角と、現在の舵の角度（位置）を検出するリピートバックユニット部から出力される実舵角との角度差の絶対値を検出し、この角度差の絶対値が所定角度（例えば５°）以上の状態が所定時間（異常検出時間とも言う）以上継続した場合に、追従異常と判断して警報するものである。大角度の命令舵角を短時間で行った場合、実舵角がその命令舵角に追従するためには、ある程度の長い時間（例えば２８秒またはそれ以上）がかかり、この間は、舵追従が正常であっても、命令舵角と実舵角の角度差は大きくなる。従って、このような時間を考慮して、例えば、最大命令舵角に追従するために必要な時間以上に前記異常検出時間を設定する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記方式において、大角度の命令舵角を短時間で行った場合、実舵角が追従するまでの時間が長いため、前記異常検出時間も長く設定する必要があり、この異常検出時間以下の時間では追従異常と判断することができないため、もしもこの間に本当の追従異常が発生したとしても、異常の検出までに時間遅れが出てしまうことを避けることができないという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決するものとして、ＳＦＡ（Steering Failure Alarm）検出方式（Federal Register, April,8,1982, Coast Guard Electrical Engineering Regulation §113.43）が知られている。かかる方式では、命令舵角の変化量に応じて異常検出時間を変化させるもので、例えば、命令舵角が７０°変化した時には異常検出時間を３０秒、命令舵角が５°変化した時には異常検出時間を６．５秒とし、命令舵角に比例して異常検出時間を変化させるものである。
【０００５】
しかしながら、ＳＦＡ検出方式においても、命令舵角の変化量が大きくなれば、異常検出時間が長くなり、本当の追従異常が発生していたとしても異常の検出までに時間遅れが出てしまうのは避けることができない。
【０００６】
また、例えば、特表昭５５−５００５９０号公報は、舵の目標値と実際値との間の角度差及び舵の回動速度を検出し、角度差が所定値を超え、舵の回動速度が舵制御装置の始動時間を考慮した待ち時間の経過後も所定の最低値に達しないときに警報を発する構成を開示する。この構成によれば、待ち時間を経過した後に、舵の回動速度が所定の最低値に達していない場合には、警報が発生されるので、短い時間内で舵の異常が検出できる。
【０００７】
しかしながら、上記いずれの方法においても、ノンフォローアップ（非追従）制御モードにおいては、命令舵角が出力されないため、舵追従異常を検出することはできないという問題がある。そのため、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えて操縦することができる操舵装置においては、切り換え操作を行った後、舵が実際にその切り換え操作に反応していない場合に、自動的に異常を検出することができないという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、短時間で異常を検出することができると共に、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えることができる操舵装置においても、いずれのモードにおいても異常を検出することができる舵追従異常検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出装置であって、
前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求める舵スピード検出手段と、
舵の追従異常であると判断する舵追従異常検出処理手段と、
を備え、該舵追従異常検出処理手段は、前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードのいずれかが選択されているかを識別する識別手段と、該識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記識別手段によりノンフォローアップ制御モードであると識別され転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断する異常判定手段と、を備える。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記異常判定手段は、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のものにおいて、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記異常判定手段は、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出方法であって、
前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかのいずれかが選択されているかを識別し、
フォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求め、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別され且つ転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の方法において、前記フォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の方法において、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項５ないし７のいずれか１項の方法において、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１７】
この発明では、フォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかを識別して、それぞれフォローアップ制御モードの場合とノンフォローアップ制御モードの場合とで、舵の追従異常の判断を切り換える。また、いずれの制御モードの場合でも、舵スピードの絶対値及びその方向を考慮に入れ、フォローアップ制御モードの場合には、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値以上で、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断する。また、ノンフォローアップ制御モードの場合には、舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいか、または舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断する。このように、舵スピードを考慮に入れることより、比較的短い異常検出時間において、舵の追従異常を検出することができ、また、ノンフォローアップ制御モードの場合でも、フォローアップ制御モードの場合と同様に、舵追従異常を検出することができる。フォローアップ制御モードからノンフォローアップ制御モードへとモード切り換えがなされたときに、舵が反応していないといった事態においても、その異常を検出することができるようになる。
【００１８】
さらに、フォローアップ制御モードと識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットし、ノンフォローアップ制御モードと識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることにより、ジグザグ運転が続いた場合等に、舵追従異常と誤判定されるのを防ぐことができる。符号が変化した直後、または転舵指令信号が出力された直後とは、ある一定の期間とすることができ、または、一定間隔で行う処理のタイミングにおいて、前回のタイミングから変化が生じた次のタイミングまたは次の複数のタイミングとすることができる。
【００１９】
また、ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することで、舵が流されている異常も検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の舵追従異常検出装置及び該装置が適用される船舶自動操舵装置のブロック図である。
【００２１】
図において、１０は、オートパイロット部（処理部）である。オートパイロット部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、後述のように、ジャイロコンパス等で検出された方位と設定針路との差から舵に対する命令舵角信号を算出し、出力する自動操舵プログラムを格納し、該プログラムを実行することにより自動操舵処理を行う機能と、後述の舵追従異常検出プログラムを格納し、該プログラムを実行することにより舵追従異常検出処理を行う機能の両方の機能を持つ。
【００２２】
１２はフォローアップ制御を実現するためのサーボアンプ部（制御部）、１３はステアリングギヤインターフェイス、１４は舵の舵角を変化させるように作動する舵取り機、１６は舵、１８は現在の舵１６の角度（位置）を検出し、実舵角信号を出力するリピートバックユニット（実舵角検出部）、３０は警報回路、３２は発光ダイオード、３４はブザーである。
【００２３】
サーボアンプ部１２は、オートパイロット部１０からの命令舵角信号と、リピートバックユニット１８からの実舵角信号との差を求める差動増幅器２０を有しており、この差に基づいて舵取り機１４を作動させるようになっている。モード切換スイッチ２２によってオートパイロット部１０からの命令舵角信号をサーボアンプ部１２へと送るオートモードと、舵輪２４を操作して手動による舵操作からの命令舵角信号をサーボアンプ部１２へと送る手動モードとが適宜選択されるが、手動モードが選択されている場合にも、サーボアンプ部１２が手動モードからの命令舵角信号に追従させるように舵取り機１４を作動させるため、本発明における異常検出においてはオートモードの場合と全く同じフォローアップ制御の処理となる。
【００２４】
また、符号２６は、ノンフォローアップ制御を行うためのレバーユニット（転舵レバー部）である。レバーユニット２６を右舷（Ｓ）側または左舷（Ｐ）側に倒すことにより、レバーユニット２６から信号が倒している間だけ舵取り機１４が作動するようになっている。モード切換スイッチ（スイッチ手段）２８によって、サーボアンプ部１２からの命令舵角信号がステアリングギヤインターフェイス１３から舵取り機１４へと送られるフォローアップ制御モードか、レバーユニット２６からの転舵指令信号がステアリングギヤインターフェイス１３から舵取り機１４へと送られるノンフォローアップ制御モードかが適宜選択される。
【００２５】
リピートバックユニット１８からの実舵角信号は、上述のようにサーボアンプ部１２の差動増幅器へと送出されると共に、Ａ／Ｄ変換された後、オートパイロット部１０へと送られる。オートパイロット部１０は、図２にその機能構成図を示したように、舵スピード検出部１０２と、モード識別部１０４と、タイマー部１０６と、舵追従異常検出処理部１０８と、命令舵角演算部１１０と、を主に有している。命令舵角演算部１１０は、図示しないジャイロコンパスからの方位信号、設定針路操作部からの設定針路信号を取り込み、前記自動操舵プログラムに基づいて、命令舵角を演算する。
【００２６】
舵スピード検出部１０２は、ディジタルフィルタで構成され、リピートバックユニット１８からＡ／Ｄ変換された実舵角信号を取り込んだ後、ディジタルフィルタで疑似微分処理を行い、舵スピードを算出するものである。この舵スピードは、この実施形態では、オートパイロット部１０においてソフトウェアによって検出されているが、これとは別にハードウェアで構成することもできる。
【００２７】
モード識別部１０４は、手動モードかオートモードを切り換える切換スイッチ２２、及びフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードを切り換える切換スイッチ２８からの切換信号を識別するものであり、識別した結果、命令舵角演算部１１０及び舵追従異常検出処理部１０８にフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかの信号を送出するものである。
【００２８】
タイマー部１０６では、常時計時を行っており、警報用の内部警報タイマー１０７を内蔵する。
【００２９】
舵追従異常検出処理部１０８は、前記モード識別部１０４からの信号に応じてフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかの識別を行う識別部１２０と、識別部１２０の識別信号に応じて舵追従異常検出プログラムを実行する異常判定部１２２とを有している。
【００３０】
図３は、識別部１２０でフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部１２２で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。タイマー部１０６で計時される所定時間ｔ0（例えば０．２秒）毎にプログラムが起動されるようになっており（ステップＳ３０１）、プログラムが起動されると、命令舵角演算部１１０から出力される命令舵角信号、リピートバックユニット１８からの実舵角信号及び舵スピード検出部１０２からの舵スピード信号をそれぞれ取り込む（ステップＳ３０２）。次いで、命令舵角信号と実舵角信号との差を演算し、その差の絶対値が所定角度θ0（例えば、５．０°）以上であり且つ舵スピードが設定した舵スピードＶ0の設定パーセントｐ以下（１００％以下）であるか、または舵スピードが命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きとなっていないかどうかを判断する。具体的には、転舵方向に分けて、
【００３１】
【数１】
を満足するかどうかを判定し（ステップＳ３０３）、この判定がｙｅｓのときは、処理１のサブルーチンへと進み、ｎｏのときには、処理２のサブルーチンへと進む。設定舵スピードＶ0としては、各船舶において設定される舵スピードとすることができる。図５は、標準的な舵の挙動を表すグラフであり、横軸は命令舵角が大きく変化して舵取り機１４が作動を開始してからの経過時間であり、縦軸は舵スピードである。命令舵角が大きく変化すると、舵スピードの変化は、所定の立ち上がり時間の経過の後、一定値となる。この一定値は、命令舵角にはさほど依存せずに各船舶によって一定であるので、この一定値を設定舵スピードとし、それに対して設定パーセントを掛けたものを、前記判定基準の閾値（第２所定値）とすることができる。その設定パーセントを大きくしすぎても、また小さくしすぎても誤検出率が増加するが、本発明者の研究によれば、例えばｐ＝５０±５％とすることで誤検出を小さくすることができる。
【００３２】
上記条件ａ）またはｂ）が満足されているということは、命令舵角が実舵角と所定角度以上、異なっているにも拘わらず、舵スピードが十分な大きさ及び適当な方向になっていない状態である。従って、処理１では、舵追従異常警報セット処理が行われ、内部警報タイマー１０７のインクリメントを行うと共に、内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値に達したかどうかを判断し、達していない場合には、次のステップＳ３０６に進み、達している場合には警報信号を出力して警報回路３０をセットする（ステップＳ３０４）。
【００３３】
一方、上記条件ａ）でなく且つｂ）でない場合は、舵追従が正常に行われていると判断し、処理２で舵追従異常警報リセット処理が行われ、内部警報タイマー１０７による計時をリセットし、且つ警報回路３０のリセットを行う。
【００３４】
次にステップＳ３０６では、命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0より大きいかどうか、の判定を行う。命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0以下である場合には、ステップＳ３０７で命令舵角−実舵角の符号をＳ0にセットして、終了する。一方、ステップＳ３０６で、命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0よりも大きい場合には、命令舵角−実舵角の符号（＋、−）をＳ1にセットする（ステップＳ３０８）。そして、前回の命令舵角−実舵角の符号であるＳ0と同じであるかどうかを判定する（ステップＳ３０９）。異なっている場合には、ステップＳ３０５と同じ処理２のリセット処理を行い（ステップＳ３１０）、次いでＳ0の更新を行ってＳ0に今回の符号Ｓ1をセットし（ステップＳ３１１）、処理を終了する。一方、ステップＳ３０９で、今回の命令舵角−実舵角の符号が前回の命令舵角−実舵角の符号と同じである場合には、そのまま終了する（ステップＳ３１２）。
【００３５】
以上のステップＳ３０６からステップＳ３１１までの処理は、命令舵角と実舵角との差が所定角度θ0より大きい場合に、命令舵角−実舵角の符号が変化した直後には、舵異常であると誤検出しないようにし、一方、命令舵角と実舵角との差が所定角度θ0以内である場合には、符号の変化に拘わらず、異常と判定せずに、ステップＳ３０５と同じ処理２のリセット処理を行うというものである。以下、具体例に基づいてこの処理を説明する。
【００３６】
図６は、命令舵角が右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へ変化した後、左舷（Ｐｏｒｔ）方向及び右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと交互にジグザグに変化する場合の命令舵角と実舵角との時間変化例を表している。一点鎖線はプログラムの起動タイミングを表している。図６の場合、実舵角は命令舵角の変化に応答してほぼ追従しており、舵追従異常は発生していないにも拘わらず、命令舵角がジグザグに変化しているために、命令舵角信号と実舵角信号との差の絶対値がθ0以下とならない状態、即ち、条件ａ）及びｂ）を満足しない状態が継続しており、ステップＳ３０３の判定だけでは、内部警報タイマー１０７がリセットされない。しかしながら、命令舵角信号がジグザグに変化しているところでは、各タイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ1が前回のタイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ0と異なるために、各タイミングにおいて、ステップＳ３１０によるリセットが働く。こうして、舵追従異常と誤検出しないようになっている。
【００３７】
一方、図７は、命令舵角が右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へ変化した後、左舷（Ｐｏｒｔ）方向及び右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと交互にジグザグに変化するのに対して、実舵角は、命令舵角の変化に応じて最初は右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと変化しているが、途中から命令舵角に追従しておらず、従って、異常が発生した場合の時間変化例を表している。この場合には、命令舵角信号と実舵角信号との差の絶対値がθ0以下とならない状態が継続しており、命令舵角信号がジグザグに変化していても、命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ1が前回のタイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ0と同じであるために、ステップＳ３０３の判定でｙｅｓ及びステップＳ３０９の判定でｎｏとなり、リセットは働かず、内部警報タイマー１０７のインクリメントがそのまま継続される。
図７の例において、命令舵角信号が実舵角信号を交差した直後のタイミングには、ステップＳ３０９の判定によりリセットが働くものの、それ以外のタイミングではリセットが働かないために、リセットが働く前に舵追従異常を正しく検出することができる。
【００３８】
以上の処理Ｓ３０１〜Ｓ３１１をｔ0秒毎に繰り返すことにより、舵追従異常が発生している場合には、ステップＳ３０４における内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値（所定時間）に達し、警報信号が警報回路３０に出力される。警報タイマー設定値としては、例えば、３秒から１５秒の間の所定時間を設定することができる。警報回路３０では警報信号を受けて、発光ダイオード３２を点滅させると共に、ブザー３４を鳴らして、操船者に異常を知らしめる。
【００３９】
次に、識別部１２０でノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に異常判定部１２２で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートを図４に示す。このプログラムも、タイマー部１０６で計時される所定時間ｔ0（例えば０．２秒）毎に起動されるようになっており（ステップＳ４０１）、まず、レバーユニット２６から出力されるＳｔｂ’ｄ転舵信号及びＰｏｒｔ転舵信号のいずれか、リピートバックユニット１８からの実舵角信号及び舵スピード検出部１０２からの舵スピードをそれぞれ取り込む（ステップＳ４０２）。次いで、舵スピードが設定した舵スピードＶ0の設定パーセントｐ以下（１００％以下）であるかどうか、または、転舵指令が無いのにも拘わらず、実舵角が所定角度θ2（例えば、５．０°）（第４所定値）以上動いていないか、即ち舵が流れていないかどうか、を判断する。具体的には、転舵方向も考慮して、
【００４０】
【数２】
を満足するかどうかを判定する（ステップＳ４０３）。Ｖ0、ｐについては、フォローアップ制御処理の場合と同じ設定とすることができる（第３所定値＝第２所定値）。この判定がｙｅｓのときは、処理１のサブルーチンへと進み（ステップＳ４０４）、ｎｏのときには処理２のサブルーチンへと進む（ステップＳ４０５）。これらの処理１及び処理２は、図３のものと同じ処理である。上記ｈ）の実舵角の変化は、転舵信号がＯＦＦとなったときの実舵角と現在の実舵角との間の変化を見るものとする。
【００４１】
次に、ステップＳ４０６では、次の判定を行う。即ち、
ｉ）Ｓｔｂ’ｄ転舵信号がＯＦＦからＯＮになった時か、または
ｊ）Ｐｏｒｔ転舵信号がＯＦＦからＯＮになった時か、
を判定する。これらの判定ｉ）及びｊ）は、言い換えれば、転舵信号がＯＮになった直後かどうかを決定するためのものであり、Ｓｔｂ’ｄ転舵信号とＰｏｒｔ転舵信号とが連続的に切り換えられてジグザグ運転されたときに、舵追従異常と誤検出しないようにするためのものである。これらの判定がｙｅｓである場合は、舵追従異常検出をリセットする必要があるので、次のステップＳ４０７で処理２のリセット処理を行う。次いで、ステップＳ４０３で比較を行うための転舵信号がＯＦＦとなったときの実舵角の更新、及びステップＳ４０６で比較を行うための前回の転舵信号として今回の転舵信号をセットして更新を行い（ステップＳ４０８）、処理は終了する（ステップＳ４０９）。
【００４２】
以上の処理Ｓ４０１〜Ｓ４０９をｔ0秒毎に繰り返すことにより、舵追従異常が発生している場合には、ステップＳ４０４における内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値（第２所定時間）に達し、警報信号が警報回路３０に出力される。この警報タイマー設定値は、フォローアップ制御モードの場合と同じ設定とすることができる。警報回路３０では警報信号を受けて、発光ダイオード３２を点滅させると共に、ブザー３４を鳴らして、操船者に異常を知らしめる。
【００４３】
以上のように、フォローアップ制御モード及びノンフォローアップ制御モードのいずれのモードにおいても同様に、追従異常を検出することができ、異常発生から短時間のうちに追従異常を検出することができる。また、命令舵角を変化させていない場合または転舵指令が出ていない場合でも、舵がゆっくりと流れるという異常も正確に検出することができる。
【００４４】
以上の舵追従異常検出装置は、主としてソフトウェアで構成し、船舶自動操舵装置のオートパイロット部１０のハードウェア資源を共通に用いることとしているため、既存のオートパイロット部１０に対してこの舵追従異常検出装置を簡単に且つ低コストで組み込むことができる。しかしながら、この実施形態に限るものではなく、舵追従異常検出装置を船舶自動操舵装置とは別個のハードウェア資源で動作するソフトウェアまたは別個のハードウェアのみで構成することも勿論可能である。
【００４５】
前記所定角度、所定時間、設定パーセント等の各所定値は、固定値とすることもできるが、船舶によって調整可能とすることもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、異常発生から短時間のうちに追従異常を検出することができ、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えることができる操舵装置においても、いずれのモードにおいても異常を検出することができる。そのため、フォローアップ制御モードからノンフォロアップ制御モードへと切り換えた場合に、舵がその切り換え操作に正しく反応していない場合にも異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の舵追従異常検出装置及び該装置が適用される船舶自動操舵装置のブロック図である。
【図２】図１のオートパイロット部の機能構成図である。
【図３】図２の識別部でフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。
【図４】図２の識別部でノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。
【図５】舵の挙動を表すグラフであり、横軸は命令舵角が大きく変化して舵取り機が作動を開始してからの経過時間であり、縦軸は舵スピードである。
【図６】命令舵角と実舵角とが図示したような時間変化を示す場合に、計時のリセットが行われる時と、リセットされない時とを表す説明図である。
【図７】命令舵角と実舵角とが図示したような時間変化を示す場合に、計時のリセットが行われる時と、リセットされない時とを表す説明図である。
【符号の説明】
１０ オートパイロット部（処理部）
１２ サーボアンプ部（制御部）
１４ 舵取り機
１６ 舵
１８ リピートバックユニット（実舵角検出部）
２６ レバーユニット（転舵レバー部）
２８ モード切換スイッチ（スイッチ手段）
１０２ 舵スピード検出部（舵スピード検出手段）
１０４ モード識別部
１０８ 舵追従異常検出処理部
１２０ 識別部（識別手段）
１２２ 異常判定部
【発明の属する技術分野】
本発明は、船舶自動操舵装置（オートパイロット）等に使用され、舵の指令に対する舵の追従異常を検出する舵追従異常検出装置及び舵追従異常検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、舵追従異常検出としては、オートパイロットのフォローアップ（追従）制御モードにおいて、命令舵角と実舵角との角度差を比較する方式が知られている。この方式では、オートパイロット部から出力される命令舵角と、現在の舵の角度（位置）を検出するリピートバックユニット部から出力される実舵角との角度差の絶対値を検出し、この角度差の絶対値が所定角度（例えば５°）以上の状態が所定時間（異常検出時間とも言う）以上継続した場合に、追従異常と判断して警報するものである。大角度の命令舵角を短時間で行った場合、実舵角がその命令舵角に追従するためには、ある程度の長い時間（例えば２８秒またはそれ以上）がかかり、この間は、舵追従が正常であっても、命令舵角と実舵角の角度差は大きくなる。従って、このような時間を考慮して、例えば、最大命令舵角に追従するために必要な時間以上に前記異常検出時間を設定する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記方式において、大角度の命令舵角を短時間で行った場合、実舵角が追従するまでの時間が長いため、前記異常検出時間も長く設定する必要があり、この異常検出時間以下の時間では追従異常と判断することができないため、もしもこの間に本当の追従異常が発生したとしても、異常の検出までに時間遅れが出てしまうことを避けることができないという問題がある。
【０００４】
かかる問題を解決するものとして、ＳＦＡ（Steering Failure Alarm）検出方式（Federal Register, April,8,1982, Coast Guard Electrical Engineering Regulation §113.43）が知られている。かかる方式では、命令舵角の変化量に応じて異常検出時間を変化させるもので、例えば、命令舵角が７０°変化した時には異常検出時間を３０秒、命令舵角が５°変化した時には異常検出時間を６．５秒とし、命令舵角に比例して異常検出時間を変化させるものである。
【０００５】
しかしながら、ＳＦＡ検出方式においても、命令舵角の変化量が大きくなれば、異常検出時間が長くなり、本当の追従異常が発生していたとしても異常の検出までに時間遅れが出てしまうのは避けることができない。
【０００６】
また、例えば、特表昭５５−５００５９０号公報は、舵の目標値と実際値との間の角度差及び舵の回動速度を検出し、角度差が所定値を超え、舵の回動速度が舵制御装置の始動時間を考慮した待ち時間の経過後も所定の最低値に達しないときに警報を発する構成を開示する。この構成によれば、待ち時間を経過した後に、舵の回動速度が所定の最低値に達していない場合には、警報が発生されるので、短い時間内で舵の異常が検出できる。
【０００７】
しかしながら、上記いずれの方法においても、ノンフォローアップ（非追従）制御モードにおいては、命令舵角が出力されないため、舵追従異常を検出することはできないという問題がある。そのため、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えて操縦することができる操舵装置においては、切り換え操作を行った後、舵が実際にその切り換え操作に反応していない場合に、自動的に異常を検出することができないという問題がある。
【０００８】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、短時間で異常を検出することができると共に、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えることができる操舵装置においても、いずれのモードにおいても異常を検出することができる舵追従異常検出装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１記載の発明は、命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出装置であって、
前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求める舵スピード検出手段と、
舵の追従異常であると判断する舵追従異常検出処理手段と、
を備え、該舵追従異常検出処理手段は、前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードのいずれかが選択されているかを識別する識別手段と、該識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記識別手段によりノンフォローアップ制御モードであると識別され転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断する異常判定手段と、を備える。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のものにおいて、前記識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のものにおいて、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記異常判定手段は、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のものにおいて、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記異常判定手段は、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出方法であって、
前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかのいずれかが選択されているかを識別し、
フォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求め、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別され且つ転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の方法において、前記フォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項５または６記載の方法において、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項５ないし７のいずれか１項の方法において、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする。
【００１７】
この発明では、フォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかを識別して、それぞれフォローアップ制御モードの場合とノンフォローアップ制御モードの場合とで、舵の追従異常の判断を切り換える。また、いずれの制御モードの場合でも、舵スピードの絶対値及びその方向を考慮に入れ、フォローアップ制御モードの場合には、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値以上で、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断する。また、ノンフォローアップ制御モードの場合には、舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいか、または舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断する。このように、舵スピードを考慮に入れることより、比較的短い異常検出時間において、舵の追従異常を検出することができ、また、ノンフォローアップ制御モードの場合でも、フォローアップ制御モードの場合と同様に、舵追従異常を検出することができる。フォローアップ制御モードからノンフォローアップ制御モードへとモード切り換えがなされたときに、舵が反応していないといった事態においても、その異常を検出することができるようになる。
【００１８】
さらに、フォローアップ制御モードと識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットし、ノンフォローアップ制御モードと識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることにより、ジグザグ運転が続いた場合等に、舵追従異常と誤判定されるのを防ぐことができる。符号が変化した直後、または転舵指令信号が出力された直後とは、ある一定の期間とすることができ、または、一定間隔で行う処理のタイミングにおいて、前回のタイミングから変化が生じた次のタイミングまたは次の複数のタイミングとすることができる。
【００１９】
また、ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することで、舵が流されている異常も検出することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の舵追従異常検出装置及び該装置が適用される船舶自動操舵装置のブロック図である。
【００２１】
図において、１０は、オートパイロット部（処理部）である。オートパイロット部１０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を含み、後述のように、ジャイロコンパス等で検出された方位と設定針路との差から舵に対する命令舵角信号を算出し、出力する自動操舵プログラムを格納し、該プログラムを実行することにより自動操舵処理を行う機能と、後述の舵追従異常検出プログラムを格納し、該プログラムを実行することにより舵追従異常検出処理を行う機能の両方の機能を持つ。
【００２２】
１２はフォローアップ制御を実現するためのサーボアンプ部（制御部）、１３はステアリングギヤインターフェイス、１４は舵の舵角を変化させるように作動する舵取り機、１６は舵、１８は現在の舵１６の角度（位置）を検出し、実舵角信号を出力するリピートバックユニット（実舵角検出部）、３０は警報回路、３２は発光ダイオード、３４はブザーである。
【００２３】
サーボアンプ部１２は、オートパイロット部１０からの命令舵角信号と、リピートバックユニット１８からの実舵角信号との差を求める差動増幅器２０を有しており、この差に基づいて舵取り機１４を作動させるようになっている。モード切換スイッチ２２によってオートパイロット部１０からの命令舵角信号をサーボアンプ部１２へと送るオートモードと、舵輪２４を操作して手動による舵操作からの命令舵角信号をサーボアンプ部１２へと送る手動モードとが適宜選択されるが、手動モードが選択されている場合にも、サーボアンプ部１２が手動モードからの命令舵角信号に追従させるように舵取り機１４を作動させるため、本発明における異常検出においてはオートモードの場合と全く同じフォローアップ制御の処理となる。
【００２４】
また、符号２６は、ノンフォローアップ制御を行うためのレバーユニット（転舵レバー部）である。レバーユニット２６を右舷（Ｓ）側または左舷（Ｐ）側に倒すことにより、レバーユニット２６から信号が倒している間だけ舵取り機１４が作動するようになっている。モード切換スイッチ（スイッチ手段）２８によって、サーボアンプ部１２からの命令舵角信号がステアリングギヤインターフェイス１３から舵取り機１４へと送られるフォローアップ制御モードか、レバーユニット２６からの転舵指令信号がステアリングギヤインターフェイス１３から舵取り機１４へと送られるノンフォローアップ制御モードかが適宜選択される。
【００２５】
リピートバックユニット１８からの実舵角信号は、上述のようにサーボアンプ部１２の差動増幅器へと送出されると共に、Ａ／Ｄ変換された後、オートパイロット部１０へと送られる。オートパイロット部１０は、図２にその機能構成図を示したように、舵スピード検出部１０２と、モード識別部１０４と、タイマー部１０６と、舵追従異常検出処理部１０８と、命令舵角演算部１１０と、を主に有している。命令舵角演算部１１０は、図示しないジャイロコンパスからの方位信号、設定針路操作部からの設定針路信号を取り込み、前記自動操舵プログラムに基づいて、命令舵角を演算する。
【００２６】
舵スピード検出部１０２は、ディジタルフィルタで構成され、リピートバックユニット１８からＡ／Ｄ変換された実舵角信号を取り込んだ後、ディジタルフィルタで疑似微分処理を行い、舵スピードを算出するものである。この舵スピードは、この実施形態では、オートパイロット部１０においてソフトウェアによって検出されているが、これとは別にハードウェアで構成することもできる。
【００２７】
モード識別部１０４は、手動モードかオートモードを切り換える切換スイッチ２２、及びフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードを切り換える切換スイッチ２８からの切換信号を識別するものであり、識別した結果、命令舵角演算部１１０及び舵追従異常検出処理部１０８にフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかの信号を送出するものである。
【００２８】
タイマー部１０６では、常時計時を行っており、警報用の内部警報タイマー１０７を内蔵する。
【００２９】
舵追従異常検出処理部１０８は、前記モード識別部１０４からの信号に応じてフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかの識別を行う識別部１２０と、識別部１２０の識別信号に応じて舵追従異常検出プログラムを実行する異常判定部１２２とを有している。
【００３０】
図３は、識別部１２０でフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部１２２で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。タイマー部１０６で計時される所定時間ｔ0（例えば０．２秒）毎にプログラムが起動されるようになっており（ステップＳ３０１）、プログラムが起動されると、命令舵角演算部１１０から出力される命令舵角信号、リピートバックユニット１８からの実舵角信号及び舵スピード検出部１０２からの舵スピード信号をそれぞれ取り込む（ステップＳ３０２）。次いで、命令舵角信号と実舵角信号との差を演算し、その差の絶対値が所定角度θ0（例えば、５．０°）以上であり且つ舵スピードが設定した舵スピードＶ0の設定パーセントｐ以下（１００％以下）であるか、または舵スピードが命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きとなっていないかどうかを判断する。具体的には、転舵方向に分けて、
【００３１】
【数１】
【００３２】
上記条件ａ）またはｂ）が満足されているということは、命令舵角が実舵角と所定角度以上、異なっているにも拘わらず、舵スピードが十分な大きさ及び適当な方向になっていない状態である。従って、処理１では、舵追従異常警報セット処理が行われ、内部警報タイマー１０７のインクリメントを行うと共に、内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値に達したかどうかを判断し、達していない場合には、次のステップＳ３０６に進み、達している場合には警報信号を出力して警報回路３０をセットする（ステップＳ３０４）。
【００３３】
一方、上記条件ａ）でなく且つｂ）でない場合は、舵追従が正常に行われていると判断し、処理２で舵追従異常警報リセット処理が行われ、内部警報タイマー１０７による計時をリセットし、且つ警報回路３０のリセットを行う。
【００３４】
次にステップＳ３０６では、命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0より大きいかどうか、の判定を行う。命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0以下である場合には、ステップＳ３０７で命令舵角−実舵角の符号をＳ0にセットして、終了する。一方、ステップＳ３０６で、命令舵角と実舵角との差の絶対値が所定角度θ0よりも大きい場合には、命令舵角−実舵角の符号（＋、−）をＳ1にセットする（ステップＳ３０８）。そして、前回の命令舵角−実舵角の符号であるＳ0と同じであるかどうかを判定する（ステップＳ３０９）。異なっている場合には、ステップＳ３０５と同じ処理２のリセット処理を行い（ステップＳ３１０）、次いでＳ0の更新を行ってＳ0に今回の符号Ｓ1をセットし（ステップＳ３１１）、処理を終了する。一方、ステップＳ３０９で、今回の命令舵角−実舵角の符号が前回の命令舵角−実舵角の符号と同じである場合には、そのまま終了する（ステップＳ３１２）。
【００３５】
以上のステップＳ３０６からステップＳ３１１までの処理は、命令舵角と実舵角との差が所定角度θ0より大きい場合に、命令舵角−実舵角の符号が変化した直後には、舵異常であると誤検出しないようにし、一方、命令舵角と実舵角との差が所定角度θ0以内である場合には、符号の変化に拘わらず、異常と判定せずに、ステップＳ３０５と同じ処理２のリセット処理を行うというものである。以下、具体例に基づいてこの処理を説明する。
【００３６】
図６は、命令舵角が右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へ変化した後、左舷（Ｐｏｒｔ）方向及び右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと交互にジグザグに変化する場合の命令舵角と実舵角との時間変化例を表している。一点鎖線はプログラムの起動タイミングを表している。図６の場合、実舵角は命令舵角の変化に応答してほぼ追従しており、舵追従異常は発生していないにも拘わらず、命令舵角がジグザグに変化しているために、命令舵角信号と実舵角信号との差の絶対値がθ0以下とならない状態、即ち、条件ａ）及びｂ）を満足しない状態が継続しており、ステップＳ３０３の判定だけでは、内部警報タイマー１０７がリセットされない。しかしながら、命令舵角信号がジグザグに変化しているところでは、各タイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ1が前回のタイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ0と異なるために、各タイミングにおいて、ステップＳ３１０によるリセットが働く。こうして、舵追従異常と誤検出しないようになっている。
【００３７】
一方、図７は、命令舵角が右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へ変化した後、左舷（Ｐｏｒｔ）方向及び右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと交互にジグザグに変化するのに対して、実舵角は、命令舵角の変化に応じて最初は右舷（Ｓｔｂ’ｄ）方向へと変化しているが、途中から命令舵角に追従しておらず、従って、異常が発生した場合の時間変化例を表している。この場合には、命令舵角信号と実舵角信号との差の絶対値がθ0以下とならない状態が継続しており、命令舵角信号がジグザグに変化していても、命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ1が前回のタイミングにおける命令舵角信号と実舵角信号との差の符号Ｓ0と同じであるために、ステップＳ３０３の判定でｙｅｓ及びステップＳ３０９の判定でｎｏとなり、リセットは働かず、内部警報タイマー１０７のインクリメントがそのまま継続される。
図７の例において、命令舵角信号が実舵角信号を交差した直後のタイミングには、ステップＳ３０９の判定によりリセットが働くものの、それ以外のタイミングではリセットが働かないために、リセットが働く前に舵追従異常を正しく検出することができる。
【００３８】
以上の処理Ｓ３０１〜Ｓ３１１をｔ0秒毎に繰り返すことにより、舵追従異常が発生している場合には、ステップＳ３０４における内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値（所定時間）に達し、警報信号が警報回路３０に出力される。警報タイマー設定値としては、例えば、３秒から１５秒の間の所定時間を設定することができる。警報回路３０では警報信号を受けて、発光ダイオード３２を点滅させると共に、ブザー３４を鳴らして、操船者に異常を知らしめる。
【００３９】
次に、識別部１２０でノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に異常判定部１２２で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートを図４に示す。このプログラムも、タイマー部１０６で計時される所定時間ｔ0（例えば０．２秒）毎に起動されるようになっており（ステップＳ４０１）、まず、レバーユニット２６から出力されるＳｔｂ’ｄ転舵信号及びＰｏｒｔ転舵信号のいずれか、リピートバックユニット１８からの実舵角信号及び舵スピード検出部１０２からの舵スピードをそれぞれ取り込む（ステップＳ４０２）。次いで、舵スピードが設定した舵スピードＶ0の設定パーセントｐ以下（１００％以下）であるかどうか、または、転舵指令が無いのにも拘わらず、実舵角が所定角度θ2（例えば、５．０°）（第４所定値）以上動いていないか、即ち舵が流れていないかどうか、を判断する。具体的には、転舵方向も考慮して、
【００４０】
【数２】
【００４１】
次に、ステップＳ４０６では、次の判定を行う。即ち、
ｉ）Ｓｔｂ’ｄ転舵信号がＯＦＦからＯＮになった時か、または
ｊ）Ｐｏｒｔ転舵信号がＯＦＦからＯＮになった時か、
を判定する。これらの判定ｉ）及びｊ）は、言い換えれば、転舵信号がＯＮになった直後かどうかを決定するためのものであり、Ｓｔｂ’ｄ転舵信号とＰｏｒｔ転舵信号とが連続的に切り換えられてジグザグ運転されたときに、舵追従異常と誤検出しないようにするためのものである。これらの判定がｙｅｓである場合は、舵追従異常検出をリセットする必要があるので、次のステップＳ４０７で処理２のリセット処理を行う。次いで、ステップＳ４０３で比較を行うための転舵信号がＯＦＦとなったときの実舵角の更新、及びステップＳ４０６で比較を行うための前回の転舵信号として今回の転舵信号をセットして更新を行い（ステップＳ４０８）、処理は終了する（ステップＳ４０９）。
【００４２】
以上の処理Ｓ４０１〜Ｓ４０９をｔ0秒毎に繰り返すことにより、舵追従異常が発生している場合には、ステップＳ４０４における内部警報タイマー１０７が警報タイマー設定値（第２所定時間）に達し、警報信号が警報回路３０に出力される。この警報タイマー設定値は、フォローアップ制御モードの場合と同じ設定とすることができる。警報回路３０では警報信号を受けて、発光ダイオード３２を点滅させると共に、ブザー３４を鳴らして、操船者に異常を知らしめる。
【００４３】
以上のように、フォローアップ制御モード及びノンフォローアップ制御モードのいずれのモードにおいても同様に、追従異常を検出することができ、異常発生から短時間のうちに追従異常を検出することができる。また、命令舵角を変化させていない場合または転舵指令が出ていない場合でも、舵がゆっくりと流れるという異常も正確に検出することができる。
【００４４】
以上の舵追従異常検出装置は、主としてソフトウェアで構成し、船舶自動操舵装置のオートパイロット部１０のハードウェア資源を共通に用いることとしているため、既存のオートパイロット部１０に対してこの舵追従異常検出装置を簡単に且つ低コストで組み込むことができる。しかしながら、この実施形態に限るものではなく、舵追従異常検出装置を船舶自動操舵装置とは別個のハードウェア資源で動作するソフトウェアまたは別個のハードウェアのみで構成することも勿論可能である。
【００４５】
前記所定角度、所定時間、設定パーセント等の各所定値は、固定値とすることもできるが、船舶によって調整可能とすることもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、異常発生から短時間のうちに追従異常を検出することができ、フォローアップ制御モードとノンフォローアップ制御モードとを切り換えることができる操舵装置においても、いずれのモードにおいても異常を検出することができる。そのため、フォローアップ制御モードからノンフォロアップ制御モードへと切り換えた場合に、舵がその切り換え操作に正しく反応していない場合にも異常を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の舵追従異常検出装置及び該装置が適用される船舶自動操舵装置のブロック図である。
【図２】図１のオートパイロット部の機能構成図である。
【図３】図２の識別部でフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。
【図４】図２の識別部でノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、異常判定部で実行される舵追従異常検出プログラムのフローチャートである。
【図５】舵の挙動を表すグラフであり、横軸は命令舵角が大きく変化して舵取り機が作動を開始してからの経過時間であり、縦軸は舵スピードである。
【図６】命令舵角と実舵角とが図示したような時間変化を示す場合に、計時のリセットが行われる時と、リセットされない時とを表す説明図である。
【図７】命令舵角と実舵角とが図示したような時間変化を示す場合に、計時のリセットが行われる時と、リセットされない時とを表す説明図である。
【符号の説明】
１０ オートパイロット部（処理部）
１２ サーボアンプ部（制御部）
１４ 舵取り機
１６ 舵
１８ リピートバックユニット（実舵角検出部）
２６ レバーユニット（転舵レバー部）
２８ モード切換スイッチ（スイッチ手段）
１０２ 舵スピード検出部（舵スピード検出手段）
１０４ モード識別部
１０８ 舵追従異常検出処理部
１２０ 識別部（識別手段）
１２２ 異常判定部
Claims (8)
- 命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出装置であって、
前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求める舵スピード検出手段と、
舵の追従異常であると判断する舵追従異常検出処理手段と、
を備え、該舵追従異常検出処理手段は、前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードのいずれかが選択されているかを識別する識別手段と、該識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記識別手段によりノンフォローアップ制御モードであると識別され転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断する異常判定手段と、を備える舵追従異常検出装置。 - 前記異常判定手段は、前記識別手段によってフォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする請求項１記載の舵追従異常検出装置。
- 前記異常判定手段は、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする請求項１または２記載の舵追従異常検出装置。
- 前記異常判定手段は、前記識別手段によってノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の舵追従異常検出装置。
- 命令舵角信号に応じて舵取り機を制御する制御部と、舵の実舵角を検出して実舵角信号を出力する実舵角検出部と、転舵指令信号を出力する転舵レバー部と、前記命令舵角信号に応じて舵取り機を制御するフォローアップ制御モードかまたは転舵レバー部からの転舵指令信号に応じて舵取り機を制御するノンフォローアップ制御モードかを選択するスイッチ手段と、を備える船舶自動操舵装置において舵の追従異常を検出する舵追従異常検出方法であって、
前記スイッチ手段によりフォローアップ制御モードかノンフォローアップ制御モードかのいずれかが選択されているかを識別し、
フォローアップ制御モードであると識別された場合に、前記実舵角信号の時間変化から舵スピードを求め、前記命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きく、且つ、前記舵スピードの絶対値が第２所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が命令舵角信号と実舵角信号の差を小さくする方向と反対向きである状態が所定時間以上継続したときに舵の追従異常であると判断し、前記ノンフォローアップ制御モードであると識別され且つ転舵指令信号が出力された場合に、前記舵スピードの絶対値が第３所定値より小さいかまたは舵スピードの方向が転舵指令の方向と反対向きである状態が第２所定時間以上継続したときに、舵の追従異常であると判断することを特徴とする舵追従異常検出方法。 - 前記フォローアップ制御モードであると識別された場合に、命令舵角信号と実舵角信号の差の絶対値が所定値より大きくても、命令舵角信号と実舵角信号の差の符号が変化した直後には、前記所定時間の計時をリセットすることを特徴とする請求項５記載の舵追従異常検出方法。
- 前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力された直後は、前記第２所定時間の計時をリセットすることを特徴とする請求項５または６記載の舵追従異常検出方法。
- 前記ノンフォローアップ制御モードであると識別された場合に、転舵指令信号が出力されておらず、転舵指令信号がオフとなった時点での実舵角信号と現在の実舵角信号との差の絶対値が第４所定値以上となったときにも舵の追従異常であると判断することを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１項に記載の舵追従異常検出方法。
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