JP4847224B2 - Ship steering system - Google Patents

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JP4847224B2 JP2006165392A JP2006165392A JP4847224B2 JP 4847224 B2 JP4847224 B2 JP 4847224B2 JP 2006165392 A JP2006165392 A JP 2006165392A JP 2006165392 A JP2006165392 A JP 2006165392A JP 4847224 B2 JP4847224 B2 JP 4847224B2
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Description

本発明は、船用操舵装置に関するものである。   The present invention relates to a marine steering apparatus.

船の推進装置として、船外機と船内機とがある。
船内機では、船体内部に、船に推進力を与える動力装置と舵取り装置が備えられている。動力装置と舵取り装置とは、一体に設けられる場合と、別体に設けられて、互いの間が動力伝達装置を介して連結される場合とがある。
船外機では、船体に対して外付けの船外機本体に、動力装置を備えている。モータボート等の小型船舶を例にとると、独立した舵は設けられておらず、船外機自体に、舵取り機構が備えられている。具体的には、船外機本体の向きを変えることにより、舵取りが行われる。
There are outboard motors and inboard motors as ship propulsion devices.
In an inboard motor, a power device and a steering device for providing a propulsive force to the ship are provided inside the hull. The power device and the steering device may be provided integrally, or may be provided separately and connected to each other via a power transmission device.
In an outboard motor, a power unit is provided in an outboard motor body externally attached to the hull. Taking a small vessel such as a motor boat as an example, an independent rudder is not provided, and a steering mechanism is provided in the outboard motor itself. Specifically, steering is performed by changing the direction of the outboard motor main body.

特に小型のモータボートの場合には、船外機本体に取り付けられたハンドルバーを介して、操縦者が直接、操舵するようになっている。また、運転席に設けられたステアリングホイール等の操舵部材の回転を、ロープ、滑車、プッシュプルケーブル等により伝達して、船外機本体を操舵する場合もある(特許文献1,2参照)。
特許文献1の船用操舵装置では、船外機に備えられた電動モータを、操舵部材の操作に応じて駆動することにより、船外機に転舵を行わせるようにしている。
In particular, in the case of a small motor boat, a driver directly steers through a handle bar attached to the outboard motor main body. In addition, the rotation of a steering member such as a steering wheel provided in the driver's seat may be transmitted by a rope, a pulley, a push-pull cable, or the like to steer the outboard motor body (see Patent Documents 1 and 2).
In the marine steering system disclosed in Patent Document 1, the outboard motor is steered by driving an electric motor provided in the outboard motor according to the operation of the steering member.

特許文献2の船用操舵装置では、操舵部材の操作に応じて駆動された油圧シリンダによって、リンク機構を介して船外機に転舵を行わせるようにしている。
ところで、近年、運転席のステアリングホイール等の操舵部材と船外機とを機械的に連結しない構成の、いわゆるステアバイワイヤ方式の船用操舵装置が提案されている(例えば特許文献3を参照)。
In the marine steering apparatus disclosed in Patent Document 2, the outboard motor is steered through a link mechanism by a hydraulic cylinder driven in accordance with an operation of a steering member.
In recent years, a so-called steer-by-wire marine steering apparatus has been proposed in which a steering member such as a steering wheel of a driver's seat and an outboard motor are not mechanically coupled to each other (see, for example, Patent Document 3).

特許文献3の船用操舵装置では、ステアリングホイール等の操舵部材の操舵角に基づいて制御された電動モータによって、船外機の転舵力を発生させるようにしている。
特許第2509015号公報 特開2004−249791号公報 特許第2959044号公報
In the marine steering apparatus of Patent Document 3, the steering force of the outboard motor is generated by an electric motor controlled based on the steering angle of a steering member such as a steering wheel.
Japanese Patent No. 2509015 JP 2004-249791 A Japanese Patent No. 2959044

しかしながら、ステアバイワイヤ方式では、操縦者が、操舵部材を介して船の状況を把握することは非常に困難である。すなわち、操舵部材と転舵部材とが機械的に連結されている従来の操舵装置と比較した場合、操縦者は、操舵に違和感を感じることになる。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ステアバイワイヤ方式の船において、操縦に違和感のない船用操舵装置を提供することを目的とする。
However, in the steer-by-wire system, it is very difficult for the operator to grasp the state of the ship through the steering member. That is, when compared with a conventional steering device in which the steering member and the steered member are mechanically connected, the operator feels uncomfortable with the steering.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a marine steering apparatus that does not feel uncomfortable in a steer-by-wire type ship.

上記課題を解決するため、請求項1の発明は、操舵部材(3)と、操舵部材とは機械的に連結されていない転舵機構(5)と、操舵部材の操舵角(θ)を検出する操舵角検出手段(20)と、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵機構の転舵角(β)を制御する転舵角制御部(32)と、操舵部材に反力を与えるための反力用アクチュエータ(18)と、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて反力用アクチュエータの駆動を制御する反力制御部(34)とを備え、反力制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角の中立位置を含む所定範囲に、上記反力用アクチュエータが反力を付与しない不感帯を設けることにより、反力用アクチュエータの駆動を制御し、船速を検出する船速検出手段を備え、上記反力制御部は、船速検出手段により検出された船速に応じて不感帯幅を変更する機能を有することを特徴とするものである。
また、請求項2の発明は、操舵部材と、操舵部材とは機械的に連結されていない転舵機構と、操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵機構の転舵角を制御する転舵角制御部と、操舵部材に反力を与えるための反力用アクチュエータと、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて反力用アクチュエータの駆動を制御する反力制御部とを備え、反力制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角の中立位置を含む所定範囲に、上記反力用アクチュエータが反力を付与しない不感帯を設けることにより、反力用アクチュエータの駆動を制御し、操舵部材の操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、上記反力制御部は、操舵速度検出手段により検出された操舵速度に応じて不感帯幅を変更する機能を有することを特徴とするものである。
また、請求項3の発明は、請求項1または2において、上記転舵角制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角が上記不感帯にあるときに、転舵角の変更を制限する機能を有することを特徴とするものである。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention of claim 1 detects a steering member (3), a steering mechanism (5) not mechanically connected to the steering member, and a steering angle (θ) of the steering member. A steering angle detecting means (20) for controlling the turning angle (β) of the steering mechanism in accordance with the steering angle detected by the steering angle detecting means, and a steering member. A reaction force actuator (18) for applying force, and a reaction force control unit (34) for controlling the driving of the reaction force actuator in accordance with the steering angle detected by the steering angle detection means. parts are in a predetermined range including the neutral position of the steering angle detected by the steering angle detection means, by providing a dead zone in which the reaction force actuator does not impart reaction force to control the drive of the reaction force actuator, ship A ship speed detecting means for detecting the speed, and the reaction force control Parts are characterized in that have a function of changing the dead zone width in accordance with the boat speed detected by the boat speed detecting means.
The invention according to claim 2 is detected by the steering member, the steering mechanism that is not mechanically connected to the steering member, the steering angle detection means that detects the steering angle of the steering member, and the steering angle detection means. A steering angle control unit for controlling the steering angle of the steering mechanism according to the steering angle, a reaction force actuator for applying a reaction force to the steering member, and a steering angle detected by the steering angle detection means And a reaction force control unit that controls the driving of the reaction force actuator, and the reaction force control unit reacts the reaction force actuator within a predetermined range including a neutral position of the steering angle detected by the steering angle detection means. By providing a dead zone that does not apply force, the driving of the reaction force actuator is controlled, and a steering speed detecting unit that detects the steering speed of the steering member is provided. The reaction force control unit is detected by the steering speed detecting unit. Depending on the steering speed It is characterized in that it has a function of changing the sensitive band width.
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the turning angle control unit limits the change of the turning angle when the steering angle detected by the steering angle detection means is in the dead zone. It has a function.

請求項1および請求項2の各発明では、操舵角の実質的な中立位置を不感帯内に収めることができるので、真の中立位置でない位置で反力の方向が切り換えられることがない。したがって、操舵に違和感がない。仮に、船体の旋回中に、操舵部材から手を離したとしても、操舵部材が中立位置をオーバーシュートするようなことがなく、収斂性がよい In each of the first and second aspects of the invention, the substantially neutral position of the steering angle can be accommodated in the dead zone, so that the direction of the reaction force is not switched at a position that is not a true neutral position. Therefore, there is no sense of incongruity in steering. Even if the hand is released from the steering member while the hull is turning, the steering member does not overshoot the neutral position, and the convergence is good .

ところで、船体の航行速度(船速)や操舵部材の操作の速度(操舵速度)にかかわらず、不感帯幅を一定としている場合、操舵部材の操作に対して過剰な応答性で転舵動作が行われ、その結果、船体の挙動をコントロールし難くなるおそれがある。
これに対して、請求項1のように、船速(V)を検出する船速検出手段(24)を備え、上記反力制御部は、船速検出手段により検出された船速に応じて不感帯幅を変更する機能を有していれば、好ましい。具体的には、船速が相対的に大きいときに、不感帯幅を相対的に広くするようにすることが好ましい。
By the way, regardless of the navigation speed of the hull (ship speed) and the speed of operation of the steering member (steering speed), when the dead zone width is constant, the steering operation is performed with excessive response to the operation of the steering member. As a result, the behavior of the hull may be difficult to control.
On the other hand, as in claim 1, a ship speed detecting means (24) for detecting the ship speed (V) is provided, and the reaction force control unit is responsive to the ship speed detected by the ship speed detecting means. as long as it has the ability to change the dead zone width, not preferred. Specifically, it is preferable to make the dead zone width relatively wide when the boat speed is relatively large.

また、請求項2のように、操舵部材の操舵速度(dθ/dt)を検出する操舵速度検出手段を備え、上記反力制御部は、操舵速度検出手段により検出された操舵速度に応じて不感帯幅を変更する機能を有していれば、好ましい。具体的には、操舵速度が相対的に速いときに、不感帯幅を相対的に広くするようにすることが好ましい。
また、請求項3のように、上記転舵角制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角が上記不感帯にあるときに、転舵角の変更を制限する機能を有する場合には、直進航行中の船体の左右にふらつきの発生を防止することができる。
なお、上記において、括弧内の英数字は、後述する実施形態における対応構成要素の参照符号を表す。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a steering speed detecting means for detecting the steering speed (dθ / dt) of the steering member, and the reaction force control section is a dead zone according to the steering speed detected by the steering speed detecting means. as long as it has the ability to change the width, not preferred. Specifically, it is preferable to make the dead zone width relatively wide when the steering speed is relatively high.
Further, as in claim 3, when the steering angle control unit has a function of limiting the change of the steering angle when the steering angle detected by the steering angle detection means is in the dead zone, Occurrence of wobbling on the left and right sides of the hull while traveling straight ahead can be prevented.
In the above description, the alphanumeric characters in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later.

本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照しながら説明する。
図1は本発明の一実施形態に係る船用操舵装置1が適用された船の模式図である。図1を参照して、船体2の前部には、ステアリングホイール等の操舵部材3が取り付けられている。また、船体2の後部には、舵取り部材を兼用する推進ユニットとしての船外機4と、船外機4の向きを変えることにより、転舵を達成するための転舵機構5とが設けられている。船外機4は、プロペラ4aと、プロペラ4aを図示しないドライブシャフトを介して駆動するための内燃機関4bを内蔵した船外機本体4cとを備えている。
Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic view of a ship to which a marine steering apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is applied. Referring to FIG. 1, a steering member 3 such as a steering wheel is attached to the front portion of the hull 2. Further, an outboard motor 4 as a propulsion unit that also serves as a steering member and a steering mechanism 5 for achieving steering by changing the direction of the outboard motor 4 are provided at the rear of the hull 2. ing. The outboard motor 4 includes a propeller 4a and an outboard motor main body 4c having an internal combustion engine 4b for driving the propeller 4a via a drive shaft (not shown).

本実施の形態の船用操舵装置1では、操舵部材3と転舵機構5との機械的な結合をなくしている。転舵機構5は、操舵部材3の操作に応じて駆動される、例えば、ブラシレスモータ等の電動モータからなる転舵用アクチュエータ6を有している。転舵機構5は、転舵用アクチュエータ6の駆動力を用いて、船外機4の向きを変えることにより、転舵する。 船体2の幅方向W1(船体2の中心線C1と直交する方向に相当)に沿って延びる軸7の第1の端部7aおよび第2の端部7bが、それぞれ対応する第1の取付ブラケット8(第1の取付部材)および第2の取付ブラケット9(第2の取付部材)を介して、それぞれ船体2に固定されている。   In the marine steering apparatus 1 according to the present embodiment, the mechanical coupling between the steering member 3 and the steering mechanism 5 is eliminated. The steered mechanism 5 includes a steered actuator 6 that is driven in accordance with an operation of the steering member 3 and is composed of, for example, an electric motor such as a brushless motor. The turning mechanism 5 turns by changing the direction of the outboard motor 4 using the driving force of the turning actuator 6. The first end bracket 7a and the second end 7b of the shaft 7 extending along the width direction W1 of the hull 2 (corresponding to the direction orthogonal to the center line C1 of the hull 2) correspond to the first mounting brackets respectively. 8 (first mounting member) and second mounting bracket 9 (second mounting member) are fixed to the hull 2, respectively.

軸7には、上記の転舵用アクチュエータ6を内蔵し、軸7の軸長方向(船体2の幅方向W1に相当)に沿って移動可能な移動体10が設けられている。この移動体10と軸7とは、例えばボールねじ機構からなる変換機構11を介して互いに連結されている。一方、船外機本体4cは、転舵中心軸12の回りに回動自在に船体2に取り付けられており、船外機本体4cと移動体10とは、伝達機構としてのリンク機構13を介して、互いに連結されている。   The shaft 7 is provided with a moving body 10 that incorporates the steering actuator 6 and is movable along the axial length direction of the shaft 7 (corresponding to the width direction W1 of the hull 2). The moving body 10 and the shaft 7 are connected to each other via a conversion mechanism 11 including a ball screw mechanism, for example. On the other hand, the outboard motor main body 4c is attached to the hull 2 so as to be rotatable around the turning center shaft 12, and the outboard motor main body 4c and the moving body 10 are connected via a link mechanism 13 as a transmission mechanism. Are connected to each other.

リンク機構13は、一端が移動体10に固定された第1ブラケット14と、船外機本体4cに固定された一端(図示せず)を有し、船外機本体4cとともに、転舵中心軸12の回りに回動自在な第2ブラケット15とを備えている。第1ブラケット14の他端と第2ブラケット15の他端とは、連結軸16を介して回動自在に連結されている。
転舵用アクチュエータ6が駆動されると、その転舵用アクチュエータ6の駆動力は、変換機構11を介して、軸7の軸長方向への、移動体10の直線運動に変換される。さらに、この移動体10の直線運動は、リンク機構13を介して、転舵中心軸12回りの船外機4の、転舵方向X1への回動に変換され、転舵が達成されるようになっている。
The link mechanism 13 has a first bracket 14 having one end fixed to the moving body 10 and one end (not shown) fixed to the outboard motor main body 4c. And a second bracket 15 that is freely rotatable around 12. The other end of the first bracket 14 and the other end of the second bracket 15 are rotatably connected via a connecting shaft 16.
When the steering actuator 6 is driven, the driving force of the steering actuator 6 is converted into a linear motion of the moving body 10 in the axial length direction of the shaft 7 via the conversion mechanism 11. Further, the linear motion of the moving body 10 is converted to rotation of the outboard motor 4 around the turning center axis 12 in the turning direction X1 via the link mechanism 13 so that turning is achieved. It has become.

図1を参照して、操舵部材3は、船体2に対して回転可能に支承された回転シャフト17の一端に連結されている。この回転シャフト17には、操舵部材3に操作反力を与えるための反力用アクチュエータ18が設けられている。反力用アクチュエータ18は、回転シャフト17と一体の出力シャフトを有するブラシレスモータ等の電動モータを含む。図示していないが、電動モータのケーシングは船体2の適宜部に固定されている。   Referring to FIG. 1, the steering member 3 is connected to one end of a rotating shaft 17 that is rotatably supported with respect to the hull 2. The rotary shaft 17 is provided with a reaction force actuator 18 for applying an operation reaction force to the steering member 3. The reaction force actuator 18 includes an electric motor such as a brushless motor having an output shaft integrated with the rotary shaft 17. Although not shown, the casing of the electric motor is fixed to an appropriate part of the hull 2.

回転シャフト17の他端と船体2との間には、渦巻きばね等からなる弾性部材19が介在しており、この弾性部材19は、回転シャフト17を介して操舵部材3を中立位置に付勢している。反力用アクチュエータ18が回転シャフト17にトルクを付加していないときに、弾性部材19の弾性力によって、操舵部材2が中立位置(直進操舵位置に相当)に復帰させられる。   An elastic member 19 made of a spiral spring or the like is interposed between the other end of the rotating shaft 17 and the hull 2, and this elastic member 19 biases the steering member 3 to the neutral position via the rotating shaft 17. is doing. When the reaction force actuator 18 does not apply torque to the rotary shaft 17, the steering member 2 is returned to the neutral position (corresponding to the straight steering position) by the elastic force of the elastic member 19.

操舵部材3の操作入力値を検出するために、回転シャフト17に関連して、操舵部材3の操舵角を検出するための操舵角検出手段としての操舵角センサ20が設けられている。操舵角センサ20は例えばロータリーエンコーダからなる。
また、転舵機構5に含まれる、上記の軸7上の移動体10の位置に関連して、転舵角γ(船体2の中心線C1に対する船外機4の向き)を検出するための転舵角検出手段としての転舵角センサ22が設けられている。転舵角センサ22として、リニアーエンコーダ、ポテンショメータ等が用いられる。また、船体2の航行速度(船速)を検出する船速センサ24が設けられている。
In order to detect an operation input value of the steering member 3, a steering angle sensor 20 as a steering angle detection unit for detecting the steering angle of the steering member 3 is provided in association with the rotary shaft 17. The steering angle sensor 20 is composed of, for example, a rotary encoder.
Further, in relation to the position of the moving body 10 on the shaft 7 included in the turning mechanism 5, the turning angle γ (the direction of the outboard motor 4 with respect to the center line C1 of the hull 2) is detected. A turning angle sensor 22 is provided as turning angle detection means. As the turning angle sensor 22, a linear encoder, a potentiometer, or the like is used. Further, a ship speed sensor 24 for detecting a navigation speed (ship speed) of the hull 2 is provided.

マイクロコンピュータ等を含む電子制御ユニット(ECU)により構成された制御部28には、操舵角センサ20、転舵角センサ22、船速センサ24の出力信号が入力されており、これらの信号に基づいて、制御部28は、転舵用アクチュエータ6および反力用アクチュエータ18をそれぞれ対応する駆動回路29,30を介して適切に制御する。
図2は主たる制御の内容を説明するためのブロック図である。制御部28は、コンピュータが所定のプログラム処理を実行することによってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を有している。
Output signals of the steering angle sensor 20, the turning angle sensor 22, and the ship speed sensor 24 are input to the control unit 28 constituted by an electronic control unit (ECU) including a microcomputer or the like, and based on these signals. The control unit 28 appropriately controls the steering actuator 6 and the reaction force actuator 18 via the corresponding drive circuits 29 and 30.
FIG. 2 is a block diagram for explaining the contents of the main control. The control unit 28 includes a plurality of function processing units that are realized in software by a computer executing predetermined program processing.

すなわち、制御部28は、目標転舵角を算出する目標転舵角算出部31と、目標転舵角および実転舵角(転舵角センサ22により実際に検出された転舵角)に基づいて転舵用アクチュエータ6を制御するための転舵角制御部32と、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出部33と、目標操舵反力に基づいて反力用アクチュエータ18を制御するための反力制御部34とを有している。   That is, the control unit 28 is based on the target turning angle calculation unit 31 that calculates the target turning angle, and the target turning angle and the actual turning angle (the turning angle actually detected by the turning angle sensor 22). A steering angle control unit 32 for controlling the steering actuator 6, a target steering reaction force calculation unit 33 for calculating a target steering reaction force, and a reaction force actuator 18 based on the target steering reaction force. And a reaction force control unit 34.

目標転舵角算出部31は、操舵角センサ20により検出された操舵角θ、および船速センサ24により検出された船速Vを入力し、取得した情報に基づいて目標転舵角を算出する。算出された目標転舵角は転舵角制御部32に与えられる。転舵角制御部32は、取得した情報に基づいて、転舵角センサ22による検出結果(実転舵角)を参照しながら、転舵用アクチュエータ6をフィードバック制御する。   The target turning angle calculation unit 31 inputs the steering angle θ detected by the steering angle sensor 20 and the ship speed V detected by the ship speed sensor 24, and calculates the target turning angle based on the acquired information. . The calculated target turning angle is given to the turning angle control unit 32. The turning angle control unit 32 feedback-controls the turning actuator 6 while referring to the detection result (actual turning angle) by the turning angle sensor 22 based on the acquired information.

目標操舵反力算出部33が算出する目標操舵反力(トルク)は、例えば、図3に示すように、操舵部材3の操舵角θの中立位置を含む所定範囲に、反力がゼロになる不感帯を有し、その不感帯幅Wは、船速センサ24からの入力として与えられる船速Vの高低に応じて増減するような特性を有している。また、船速Vが異なる場合の不感帯外の特性は、その一次関数の部分を平行移動させた特性となっている。   For example, as shown in FIG. 3, the target steering reaction force (torque) calculated by the target steering reaction force calculation unit 33 is zero within a predetermined range including the neutral position of the steering angle θ of the steering member 3. There is a dead zone, and the dead zone width W has a characteristic of increasing or decreasing according to the level of the boat speed V given as an input from the boat speed sensor 24. Further, the characteristic outside the dead zone when the ship speed V is different is a characteristic obtained by translating the linear function portion.

目標操舵反力算出部33は、および船速センサ24により検出された船速Vを入力し、その船速Vに応じて決定された不感帯幅Wを有する特性を求め、求めた特性を用いて、操舵角センサ20により検出された操舵角θに応じた目標操舵反力Fを算出する。
目標操舵反力算出部33は、算出した目標操舵反力Fに応じた反力指示信号を、反力制御部34に出力する。反力制御部34は、目標操舵反力算出部33から出力される目標操舵反力値に応じて反力用アクチュエータ18に対する目標電流を決定する目標電流設定部35と、その目標電流に応じて反力用アクチュエータ18に出力する電流を制御する出力電流制御部36とを含んでいる。出力電流制御部36からの電流制御信号が、駆動回路30に入力され、駆動回路30は、反力用アクチュエータ18を例えばPWM制御によって駆動するようになっている。また、駆動回路30と出力電流制御部36との間で出力電流のフィードバック制御が行われるようになっている。
The target steering reaction force calculation unit 33 inputs the ship speed V detected by the ship speed sensor 24, obtains a characteristic having a dead zone width W determined according to the ship speed V, and uses the obtained characteristic. Then, the target steering reaction force F corresponding to the steering angle θ detected by the steering angle sensor 20 is calculated.
The target steering reaction force calculation unit 33 outputs a reaction force instruction signal corresponding to the calculated target steering reaction force F to the reaction force control unit 34. The reaction force control unit 34 determines a target current for the reaction force actuator 18 according to the target steering reaction force value output from the target steering reaction force calculation unit 33, and according to the target current. And an output current control unit 36 that controls a current output to the reaction force actuator 18. A current control signal from the output current control unit 36 is input to the drive circuit 30, and the drive circuit 30 drives the reaction force actuator 18 by, for example, PWM control. Further, feedback control of output current is performed between the drive circuit 30 and the output current control unit 36.

このようにして駆動された反力用アクチュエータ18が、操舵部材3に、その操作方向と逆方向の力(反力)を付与する動作をなす。
次いで、制御部28の制御の流れを示すフローチャートである。制御部28は、まず船速センサ24からの船速Vを読み込み(ステップS1)、その船速Vに応じて、下記の式(1)を用いて、不感帯幅Wを決定する(ステップS2)。
The reaction force actuator 18 driven in this way operates to apply a force (reaction force) in the direction opposite to the operation direction to the steering member 3.
Then, it is a flowchart which shows the flow of control of the control part 28. FIG. First, the control unit 28 reads the ship speed V from the ship speed sensor 24 (step S1), and determines the dead zone width W using the following equation (1) according to the ship speed V (step S2). .

W=K×Func1 (V) …(1)
Kは、船体2および転舵機構5の特性に応じて決定された比例定数である。関数Func1 (V)は、例えば、船速Vのマイナスa乗として、式Func1 (V)=V-aで表される場合がある。ただし、上記の乗数aは正の定数であって、0<a<3の不等式を満たすことが好ましい。
W = K × Func1 (V) (1)
K is a proportionality constant determined according to the characteristics of the hull 2 and the steering mechanism 5. The function Func1 (V) may be expressed by, for example, the expression Func1 (V) = V −a as the minus a power of the ship speed V. However, the multiplier a is a positive constant and preferably satisfies the inequality 0 <a <3.

次いで、操舵角θ−目標操舵反力Fの特性を決定する(ステップS3)。すなわち、
操舵角θが−(W/2)≦θ≦(W/2)の範囲では、目標操舵反力Fを下記の式(2)のように零として、不感帯とする。
F=0 …(2)
また、不感帯外の反力の特性を下記の式(3)、(4)を用いて決定する。すなわち、 操舵角θが(W/2)よりも大きい領域では、すなわち、(W/2)<θの領域では、 F=e×〔θ−(W/2)〕 …(3)
操舵角θが−(W/2)よりも小さい領域では、すなわち、θ<−(W/2)の領域では、
F=−e×〔θ+(W/2)〕 …(4)
ここで、式(3)、(4)において、eは正の定数である。
Next, a characteristic of steering angle θ-target steering reaction force F is determined (step S3). That is,
When the steering angle θ is in the range of − (W / 2) ≦ θ ≦ (W / 2), the target steering reaction force F is set to zero as shown in the following formula (2) to be a dead zone.
F = 0 (2)
Further, the characteristics of the reaction force outside the dead zone are determined using the following equations (3) and (4). That is, in a region where the steering angle θ is larger than (W / 2), that is, in a region where (W / 2) <θ, F = e × [θ− (W / 2)] (3)
In a region where the steering angle θ is smaller than − (W / 2), that is, in a region where θ <− (W / 2),
F = −e × [θ + (W / 2)] (4)
Here, in equations (3) and (4), e is a positive constant.

次に、操舵角センサ20から操舵角θを読み込み(ステップS4)、その操舵角θに応じた目標操舵反力Fを、対応する式(2)、(3)または(4)から求める(ステップS5)。
これにより、求められた目標操舵反力Fに応じた目標電流値が設定され(ステップS6)。その目標電流値に等しい電流が反力アクチュエータ14に流れるように、反力アクチュエータ18の駆動回路30が制御される(ステップS7)。
Next, the steering angle θ is read from the steering angle sensor 20 (step S4), and the target steering reaction force F corresponding to the steering angle θ is obtained from the corresponding equation (2), (3) or (4) (step). S5).
Thereby, a target current value corresponding to the determined target steering reaction force F is set (step S6). The drive circuit 30 of the reaction force actuator 18 is controlled so that a current equal to the target current value flows through the reaction force actuator 14 (step S7).

一方、転舵制御に関しては、図5に示すように、操舵角センサ20から操舵角θを読み込むとともに(ステップS10)、上記反力制御により決定された不感帯幅Wを読み込む(ステップS11)。
次いで、ステップS12において、操作角θが不感帯内にあるか否かが判断される。すなわち、θの絶対値が不感帯幅Wの半分未満であるか否かが判断される。
On the other hand, regarding the turning control, as shown in FIG. 5, the steering angle θ is read from the steering angle sensor 20 (step S10), and the dead zone width W determined by the reaction force control is read (step S11).
Next, in step S12, it is determined whether or not the operation angle θ is within the dead zone. That is, it is determined whether or not the absolute value of θ is less than half of the dead zone width W.

操作角θが不感帯内にあるとき、すなわち|θ|≦(W/2)であるときには、転舵制御部32による転舵角γの変更を禁止する(ステップS13)。操作角θが不感帯外にあるとき、すなわち|θ|>(W/2)であるときには、通常の転舵制御を実施する(ステップS14)。
本実施の形態によれば、操舵反力に関して操舵角θの実質的な中立位置を不感帯内に収めることができるので、真の中立位置でない位置で反力の方向が切り換えられることがない。したがって、操舵に違和感がない。また、船体2の旋回中に、運転者が操舵部材3から手を離したとしても、操舵部材3が中立位置をオーバーシュートするようなことがなく、したがって、収斂性がよい。
When the operating angle θ is in the dead zone, that is, when | θ | ≦ (W / 2), the turning control unit 32 is prohibited from changing the turning angle γ (step S13). When the operation angle θ is outside the dead zone, that is, when | θ |> (W / 2), normal steering control is performed (step S14).
According to the present embodiment, since the substantial neutral position of the steering angle θ with respect to the steering reaction force can be accommodated in the dead zone, the direction of the reaction force is not switched at a position that is not a true neutral position. Therefore, there is no sense of incongruity in steering. Further, even if the driver releases his hand from the steering member 3 while the hull 2 is turning, the steering member 3 does not overshoot the neutral position, and therefore the convergence is good.

特に、高速で航行しているときには、操舵反力に関して違和感を生じない程度に不感帯の幅を広くすることにより、違和感のない自然な操舵フィーリングを得ることができる。 また、操舵角θが不感帯内にあるときには、転舵角の変更が禁止されるので、この点からも、操舵に違和感がない。
次いで、図6は本発明の別の実施の形態において、目標操舵反力Fの不感帯幅Wを変更するための制御の流れを示している。制御部28は、船速センサ24からの船速Vを読み込む(ステップS21)。次いで、操舵角センサ20から操舵角θを読み込み(ステップS22)、その操舵角θを微分演算処理することにより操舵速度dθ/dtを検出する(ステップS23)。
In particular, when navigating at a high speed, a natural steering feeling without a sense of incongruity can be obtained by widening the width of the dead zone to such an extent that a sense of incongruity does not occur with respect to the steering reaction force. Also, when the steering angle θ is within the dead zone, the change of the turning angle is prohibited, and from this point, there is no sense of incongruity in steering.
Next, FIG. 6 shows the flow of control for changing the dead zone width W of the target steering reaction force F in another embodiment of the present invention. The control unit 28 reads the ship speed V from the ship speed sensor 24 (step S21). Next, the steering angle θ is read from the steering angle sensor 20 (step S22), and the steering speed dθ / dt is detected by subjecting the steering angle θ to differential calculation processing (step S23).

次いで、読み込まれた船速Vおよび検出された操舵速度dθ/dtに応じて、下記の式(5)を用いて、不感帯幅Wを決定する(ステップS24)。
W=K×Func1 (V)×Func2 (dθ/dt) …(5)
Kは、船体2および転舵機構5の特性に応じて決定された比例定数である。関数Func1 (V)は、例えば、船速Vのマイナスa乗として、式Func1 (V)=V-aで表される場合がある。ただし、上記の乗数aは正の定数であって、0<a<3の不等式を満たすことが好ましい。
Next, the dead zone width W is determined using the following equation (5) according to the read ship speed V and the detected steering speed dθ / dt (step S24).
W = K × Func1 (V) × Func2 (dθ / dt) (5)
K is a proportionality constant determined according to the characteristics of the hull 2 and the steering mechanism 5. The function Func1 (V) may be expressed by, for example, the expression Func1 (V) = V −a as the minus a power of the ship speed V. However, the multiplier a is a positive constant and preferably satisfies the inequality 0 <a <3.

Func2 (dθ/dt)は、例えば、操舵速度dθ/dtのマイナスb乗として、式Func2 (dθ/dt)=(dθ/dt)-bで表される場合がある。ただし、上記の乗数bは正の定数であって、0<b<3の不等式を満たすことが好ましい。
これにより、図7Aおよび図7Bに示すように、操舵速度dθ/dtが小さいときには、不感帯幅Wが小さくされ、操舵速度dθ/dtが大きいときには、不感帯幅Wが大きくされる。また、船速Vが小さいときには、不感帯幅Wが小さくされ、船速Vが大きいときには、不感帯幅Wが大きくされる。
Func2 (dθ / dt) may be expressed by the expression Func2 (dθ / dt) = (dθ / dt) −b , for example, as the minus b power of the steering speed dθ / dt. However, the multiplier b is a positive constant and preferably satisfies the inequality of 0 <b <3.
Thus, as shown in FIGS. 7A and 7B, when the steering speed dθ / dt is small, the dead band width W is reduced, and when the steering speed dθ / dt is large, the dead band width W is increased. When the boat speed V is low, the dead zone width W is reduced. When the boat speed V is high, the dead zone width W is increased.

したがって、船速Vが大きく、且つ操舵速度dθ/dtが小さい場合には、不感帯幅Wが小さくされるので、高速航行中の緩やかな操舵操作に対しては、良好な応答性で反力付与が行われる。一方、高速航行中であっても、水上の障害物を避けるため等で素早い操舵操作が行われたときには、不感帯幅Wが大きくされるので、その素早い操舵操作に対して過剰な応答性が操舵反力が付与されるおそれがない。したがって、運転者が操舵に違和感を感じることがない。   Therefore, when the ship speed V is high and the steering speed dθ / dt is low, the dead zone width W is reduced, so that a reaction force is applied with a good response to a gentle steering operation during high-speed navigation. Is done. On the other hand, even during high-speed navigation, when a quick steering operation is performed in order to avoid obstacles on the water, the dead zone width W is increased. There is no risk of reaction force. Therefore, the driver does not feel uncomfortable in steering.

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の船用操舵装置を、いわゆる船内機によって推進力を得る船に適用するようにしてもよい。その他、請求の範囲記載の範囲内で種々の変更を施すことができる。   The present invention is not limited to the above embodiment, and the marine steering apparatus of the present invention may be applied to a ship that obtains a propulsive force by a so-called inboard motor. In addition, various changes can be made within the scope of the claims.

本発明の一実施の形態の船用操舵装置が適用された船の模式図である。1 is a schematic view of a ship to which a marine steering system according to an embodiment of the present invention is applied. 船用操舵装置の要部のブロック図である。It is a block diagram of the principal part of the ship steering device. 船速毎の操舵角と目標操舵反力の関係を示す特性図である。It is a characteristic view showing the relationship between the steering angle for each ship speed and the target steering reaction force. 反力制御の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of reaction force control. 転舵制御に関するフローチャートである。It is a flowchart regarding steering control. 本発明の別の実施の形態において、不感帯幅を決定するためのフローチャートである。In another embodiment of this invention, it is a flowchart for determining a dead zone width | variety. 図7Aは船速が相対的に小さいときの操舵角と目標操舵反力の関係を示す特性図であり、図7Bは船速が相対的に大きいときの操舵角と目標操舵反力の関係を示す特性図である。FIG. 7A is a characteristic diagram showing the relationship between the steering angle and the target steering reaction force when the boat speed is relatively small, and FIG. 7B shows the relationship between the steering angle and the target steering reaction force when the boat speed is relatively large. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1…船用操舵装置、2…船体、3…操舵部材、4…船外機(舵取り部材)、5…転舵機構、6…転舵用アクチュエータ、18…反力用アクチュエータ、20…操舵角センサ(操舵角検出手段)、22…転舵角センサ(転舵角検出手段)、24…船速センサ(船速検出手段)、28…制御部、32…転舵角制御部、33…目標操舵反力算出部、34…反力制御部、θ…操舵角、γ…転舵角、F…目標操舵反力、dθ/dt…操舵速度。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Ship steering apparatus, 2 ... Hull, 3 ... Steering member, 4 ... Outboard motor (steering member), 5 ... Steering mechanism, 6 ... Steering actuator, 18 ... Reaction force actuator, 20 ... Steering angle sensor (Steering angle detection means), 22 ... steering angle sensor (steering angle detection means), 24 ... ship speed sensor (ship speed detection means), 28 ... control section, 32 ... steering angle control section, 33 ... target steering Reaction force calculation unit 34... Reaction force control unit θ θ Steering angle γ Steering angle F F Target steering reaction force dθ / dt Steering speed

Claims (3)

操舵部材と、操舵部材とは機械的に連結されていない転舵機構と、操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵機構の転舵角を制御する転舵角制御部と、操舵部材に反力を与えるための反力用アクチュエータと、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて反力用アクチュエータの駆動を制御する反力制御部とを備え、反力制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角の中立位置を含む所定範囲に、上記反力用アクチュエータが反力を付与しない不感帯を設けることにより、反力用アクチュエータの駆動を制御し、
船速を検出する船速検出手段を備え、上記反力制御部は、船速検出手段により検出された船速に応じて不感帯幅を変更する機能を有することを特徴とする船用操舵装置。
A steering member, a steering mechanism that is not mechanically connected to the steering member, a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering member, and a steering mechanism that is in accordance with the steering angle detected by the steering angle detection unit The steering angle control unit for controlling the steering angle of the vehicle, the reaction force actuator for applying a reaction force to the steering member, and the drive of the reaction force actuator according to the steering angle detected by the steering angle detection means A reaction force control unit configured to provide a dead zone in which the reaction force actuator does not apply a reaction force in a predetermined range including a neutral position of the steering angle detected by the steering angle detection unit. , Control the drive of the reaction force actuator ,
Comprising a boat speed detecting means for detecting the boat speed, the reaction force control unit, marine steering system, characterized in that it have the function of changing the dead zone width in accordance with the boat speed detected by the boat speed detecting means.
操舵部材と、操舵部材とは機械的に連結されていない転舵機構と、操舵部材の操舵角を検出する操舵角検出手段と、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて転舵機構の転舵角を制御する転舵角制御部と、操舵部材に反力を与えるための反力用アクチュエータと、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて反力用アクチュエータの駆動を制御する反力制御部とを備え、反力制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角の中立位置を含む所定範囲に、上記反力用アクチュエータが反力を付与しない不感帯を設けることにより、反力用アクチュエータの駆動を制御し、
操舵部材の操舵速度を検出する操舵速度検出手段を備え、上記反力制御部は、操舵速度検出手段により検出された操舵速度に応じて不感帯幅を変更する機能を有することを特徴とする船用操舵装置。
A steering member, a steering mechanism that is not mechanically connected to the steering member, a steering angle detection unit that detects a steering angle of the steering member, and a steering mechanism that is in accordance with the steering angle detected by the steering angle detection unit The steering angle control unit for controlling the steering angle of the vehicle, the reaction force actuator for applying a reaction force to the steering member, and the drive of the reaction force actuator according to the steering angle detected by the steering angle detection means A reaction force control unit configured to provide a dead zone in which the reaction force actuator does not apply a reaction force in a predetermined range including a neutral position of the steering angle detected by the steering angle detection unit. , Control the drive of the reaction force actuator,
A marine steering system comprising steering speed detecting means for detecting a steering speed of a steering member, wherein the reaction force control unit has a function of changing a dead band width according to a steering speed detected by the steering speed detecting means. apparatus.
請求項1または2において、上記転舵角制御部は、操舵角検出手段により検出された操舵角が上記不感帯にあるときに、転舵角の変更を制限する機能を有することを特徴とする船用操舵装置。 3. The marine vessel according to claim 1, wherein the turning angle control unit has a function of restricting the change of the turning angle when the steering angle detected by the steering angle detection means is in the dead zone. Steering device.
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