JP2005280572A - 小型船舶用ステアリング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 運転性に優れた小型船舶用ステアリング装置を提供する。
【解決手段】 船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機２と、運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて船外機を転回するギヤ装置１３と、前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータ２２と、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサ１１と、前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラ３と、からなり、前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、前記ステアリングホイールの操舵力を増大する操舵力付加手段５２を備え、前記コントローラは、前記検出された操舵角と船外機の転回角の差に応じて、前記操舵力付加手段を用いて操舵反力を制御する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、船外機を操舵する電動モータとステアリングとを電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置に関するものである。

従来から小型船舶用ステアリング装置として船外機を操舵する電動モータとステアリングホイールとを電気的にのみ接続して、ステアリングホイ−ルの操舵回転角度と操舵方向に応じて電動モータを制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。

これは、運転席に配置されたステアリングホイールの操作をセンサにより検出し、出力を導線を介してボート後部に配置され、船外機を操舵可能とする操舵力を発生する電動モータにコントローラを介して伝達する。センサはステアリングホイ−ルの操舵回転角と操舵方向とを検出してコントローラに出力し、検出されたステアリングホイ−ルの操舵回転角と操舵方向に応じて電動モータが船外機を操舵する。
特開平４−３８２９７号公報

しかしながら、上記従来例では、ステアリングホイ−ルに操舵負荷を加える機構を有しておらず、操舵力が著しく軽くなり、船体や水面の状況がステアリングホイ−ルから感じ取ることができずいわゆるステアリングインフォメーションが不足し、ステアリングホイ−ルの誤操作を招く恐れがある。また、船外機の操舵角が最大操舵角の状態であってもステアリングホイ−ルを回転することができる構成であるため、ステアリングホイ−ル操舵角と船外機の操舵角とのズレが生じて、結果としてステアリングホイ−ルの中立位置と船外機の中立位置とがずれてしまい、操舵制御が不可能となる不具合が生じる。

そこで本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、操舵感を向上する小型船舶用ステアリング装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機と、前記船外機の転回角を検出する転回角検出手段と、運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて船外機を転回するギヤ装置と、前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータと、前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラと、からなり、前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、前記ステアリングホイールの操舵反力を増大する操舵反力付加手段を備え、前記コントローラは、前記検出された操舵角と前記船外機の転回角との差に応じて、前記操舵反力付加手段を用いて操舵反力を制御する。

第２の発明は、第１の発明において、前記コントローラが、前記検出された操舵角と前記船外機の転回角との差が大きいほど操舵反力が大きくなるように前記操舵反力制御手段を制御する。

第３の発明は、第１または２の発明において、前記コントローラが、検出した転回角が所定値に達した時に、操舵反力を急増し、前記ステアリングホイールの操舵角が増加しないように前記操舵反力付加手段を制御する。

第４の発明は、第３の発明において、前記コントローラが、前記船外機の転回角が限界値に達した時に、転回角の限界値に対応する前記ステアリングホイールの操舵角より大きく実際の操舵角となっている場合には、前記ステアリングホイ−ルの操舵角を転回角の限界値に対応する前記ステアリングホイールの操舵角まで戻すように前記電動アクチュエータを制御する。

したがって、第１と第２の発明では、操舵角と転回角との差に応じてステアリングホイールの操舵反力（操舵抵抗）を制御するようにしたので、例えば、操舵角と転回角との差の小さい係船時には、操舵反力を小さくして係船を容易にし、一方、操舵角と転回角との差が大きい高速航行時には、操舵反力を大きくして、船体や水面の状況を感じることができ、ステアリングホイールの誤操作を防止できる。

第３の発明では、船外機の転回角が所定値となった場合には、それ以上ステリングホイールの操舵角が増加することを禁止したので、常にステアリングホイールの操舵角と船外機の転回角とが所定の関係を維持し、操舵角に対する転回角を補償することができる。

第４の発明では、船外機の転回角が限界に達したいときに既にステアリングホイールの操舵角が切れ過ぎていた場合には、転回角の限界値に対応する操舵角までステアリングホイールを戻すように制御するため、操舵角に対する転回角を補償することができる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は、この発明に係る小型船舶用ステアリング装置の一実施例を示す斜視図である。

本発明のステアリング装置は、動力源としての船外機２と、船体１の運転席に設置されるステアリングホイール１０と、ステアリングホイール１０の操舵操作を検出する操舵角センサ１１と、操舵角センサ１１の出力を入力し導線２０を介して船外機２を操舵するコントローラ３と、コントローラ３の指示により船外機２を操舵するためのステアリング装置１２と、から構成される。

船外機２は、駆動力を発生する船外機本体４と、船外機本体４を水平方向に転回するためのスイベルブラケット５と、スイベルブラケット５を挟持し、船体１に支持するための一対のクランプブラケット６からなる。船外機本体４には、図示しないドライブシャフトを収装するドライブシャフトハウジング２１と、ドライブシャフトにより回転駆動されるプロペラ９とが備えられる。

図２に示すように、船外機本体４は、この船外機本体４に固定された上下方向軸（図示せず）を中心に水平面内で転回可能に支持される。船外機本体４を支持するスイベルブラケット５は、水平方向に延びるクランプブラケットシャフト７を介して一対のクランプブラケット６に対してクランプブラケットシャフト７回りに回動可能に、つまりチルトおよびトリム可能に支持される。このクランプブラケット６が船体１のトランサム８を把持することにより、船外機本体４が船体１に取り付けられる。

上述のような船外機２の船外機本体４を上下方向軸廻りに操舵するステアリング装置１２は、図１に示すように、ステアリング力を発生する電動モータ（電動アクチュエータ）２２を備えたギヤ装置１３と、このギヤ装置１３からの操舵力を船外機本体４へ伝達する伝達機構１４と、ステアリングホイール１０の操舵角、操舵方向等を検出する操舵角センサ１１と、電動モータ２２を制御するコントローラ３とを有して構成される。

図３および図４に示すように、ギヤ装置１３は、電動モータ２２の他にラック１５、ラック１５を支持するラックケース１６、ラック１５と噛合するピニオン１７、および電動モータ２２の回転を減速してピニオン１７に伝達する減速ギヤ１８および１９から構成される。

ラック１５は、船体１の幅方向に設置され、その両端部に取付ブラケット２５がボルト２６によって固定される。この取付ブラケット２５は一対のクランプブラケット６にそれぞれ取り付けられる。取付ブラケット２５のクランプブラケット６への取付は、スイベルブラケット５をクランプブラケット６に軸支するためのナット２７を用いて共締めされる。

ラック１５が貫通するラックケース１６にピニオンシャフト２８が軸支され、このピニオンシャフト２８にピニオン１７が設けられる。ピニオン１７はラック１５に噛合し、ピニオン１７がラック１５に噛合して幅方向（ラック１５の長手方向）に移動するのに伴って、ラックケース１６も移動する。

また、電動モータ２２は減速ギヤ１８および１９を内装するギヤケース２９に一体的に取り付けられ、このギヤケース２９がボルト３０によってラックケース１６に一体的に固定される。このギヤケース２９内に減速ギヤ１８および１９が収容される。ここで、減速ギヤ１８および１９は、互いに吃み合うベベルギヤであり、減速ギヤ１８が電動モータ２２の出力シャフト３１に固定され、減速ギヤ１９がピニオンシャフト２８に固定される。

したがって、電動モータ２２が回転すると、この回転力は減速ギヤ１８および１９を介してピニオン１７へ伝達され、このピニオン１７がラック１５と噛み合って回転することにより、ラックケース１６がギヤケース２９およびモータ２２と共に、ラック１５の長手方向に移動する。

一方、図４によると、ラックケース１６の上部に、船外機２方向に延びるガイドプレート３２が固定される。このガイドプレート３２の略中央に、船体前後方向へ延びる長孔３３が形成される。対して、船外機本体４には、図１および図２に示すようなステアリングブラケット３４が一体に固定される。これらのステアリングブラケット３４およびガイドブレート３２が伝達機構１４として構成される。ステアリングブラケット３４とガイドプレート３２とが、ガイドプレート３２の長孔３３を貫通するガイドボルト３５により固定される。ここで、このガイドボルト３５は、ステアリングブラケット３４内を長孔３３に沿って滑かにスライド可能に取り付けられる。

また、図１に示すように、ステアリングホイール１０は船体１の運転席に設置され、運転員により直接回転操作される。このステアリングホイール１０のホイールシャフト３６に操舵角センサ１１が取り付けられる。この操舵角センサ１１は、ステアリングホイール１０と一体回転するホイールシャフト３６の操舵角度および回転方向を検出し、この検出値をパルス信号として導線２０を介しコントローラ３へ送信する。コントローラ３は、電動モータ２２と導線２０によって接続され、操舵角センサ１１からのパルス信号に応じたステアリング力を電動モータ２２に発生させるべく電動モータ２２の回転数を演算し、その信号を導線２０を介して電動モータ２２へ出力する。

また、図５は、本発明の特徴的な構成を示すステアリングホイール１０部の構成図である。ステアリングホイール１０に接続したホイールシャフト３６に減速機からなるヘルム５１が取り付けられ、ヘルム５１には電動モータ（操舵力付加手段）５２が接続する。この電動モータ５２は、ステアリングホイール１０の操舵力を付加するために設けられ、電動モータ５２の回転トルクは、ステアリングホイール１０の回転方向と反対方向のトルクを発生し、減速機を介してホイールシャフト３６に回転負荷として作用する。つまり、電動モータ５２の回転トルクに応じて、ステアリングホイール１０の操舵力を制御することができる。

図６は、本発明のステアリング装置の制御内容を説明するためのブロック図である。この制御ブロックは、コントローラ３によって実施され、コントローラ３には、センサ１１により検出されたステアリングホイール１０の操舵角信号と、船外機２の転回角信号とが入力される。

検出された操舵角信号は、第１増幅器５３で、船外機２の転回角検出信号と同じ基準とするため第１ゲインを乗じて増幅され、目標操舵角として、船外機２の転回角検出信号と比較される。比較した結果、目標操舵角と転回角とに差がある場合には、信号変換器５４により、差異を解消するように操舵角信号を変更する。変更した操舵角信号を入力したＰＷＭ変換器５５は、操舵角信号に基づいて船外機２を転回する電動モータ２２を制御する。

一方、電動モータ５２に出力される指令信号は、信号変換器５４から出力される操舵角信号が、第２増幅器５６で補正され、この値をＰＷＭ変換器５７を介して電動モータ５２への出力信号とする。

この場合、第２増幅器５６では、操舵角と転回角との差が大きい場合は、船外機部の負荷が大きい通常航行、特に高速航行であると考えられ、ステアリングホイール１０の操舵力が大きくなるように、電動モータ５２への制御信号を大きくし、船体や水面の状況がステアリングから感じ取ることができ、ステアリングインフォメーションを向上する。また、操舵角と転回角との差が小さい場合には、低速航行または係船時と考えられ、ステアリングホイール１０に付加される電動モータ５２の回転負荷は０または小さく、小さい操舵力で操舵可能な状態とする。このような設定により係船が容易となり、低速時の小回り性を向上できる。なお、操舵角と転回角との差に変えて、単位時間当りの操舵角、つまり操舵角速度に応じて操舵反力を付与するようにしてもよい。

また、制御器５８には、操舵角センサ１１と転回角センサ５０の出力信号が入力され、制御器５８では、転回角センサ５０の出力に基づいて、船外機２の転回角が転回限度に達した場合の制御を行う。

転回角センサ５０の出力結果より船外機２の転回角が限界に達した場合には、その時点でのステアリングホイール１０の操舵角を越えないよう電動モータ５２による回転負荷を増大させ、操舵反力を大きくし、ステアリングホイール１０が切り増ししないようにする。これは、ステアリングホイール１０の操舵角が増加するにもかかわらず船外機２の転回角が増加しないという状態を避けるため、ステアリングホイール１０のそれ以上の切り増しができないように制御するためである。また、ステアリングホイール１０がロックエンド（最大操舵角）を越えた場合には、ステアリングホイール１０の操舵回転角を切り増し分だけ戻すように電動モータ２２を制御する。電動モータ５２による操舵反力の増大の指令信号は、制御器５８から出力されて、増幅器５９で所定倍率に増幅される、その後、加算器６０で第２増幅器５６から出力された出力信号と加算され、ＰＷＭ変換器５７に出力され、電動モータ５２が制御される。

次に、作用を説明する。

運転員がステアリングホイール１０を回転操作すると、その操舵角度および回転方向を操舵角センサ１１が検出する。コントローラ３は、操舵角センサ１１の検出値に基づいて電動モータ２２の回転数を決定し、電動モータ２２を回転させる。この電動モータ２２の回転力は減速ギヤ１８および１９を介してピニオン１７を回転させ、これによりラックケース１６がラック１５の長手方向に移動し、操舵力としてガイドプレート３２およびステアリングブラケット３４を介し、ステアリング本体４を操舵する。このとき、ガイドボルト３５が長孔３３内をスライドする。このようにして、ステアリングホイール１０の操舵角に応じてラックケース１６が移動し、この移動に伴って、船外機２が所定角度だけ転回する。

また、本発明では、電動モータ５２によりステアリングホイール１０の操舵角と船外機２の転回角との差に応じて操舵反力を制御するようにした。操舵角センサの出力信号に第２増幅器５６で操舵角に応じた補正値を乗算し、例えば、操舵角と転回角との差が大きいほど操舵反力が大きく、操舵角と転回角との差が小さい時には操舵反力を小さくする。このようにして船舶の航行状態に応じてステアリングホイール１０の操舵角に対する船外機の転回角を変化させることができ、低速航行時と高速航行時の運転性を両立することができる。

なお、船外機２の転回角が限界に達した場合に、ステアリングホイール１０の操舵角を切り増ししないように操舵力を制御するため、ステアリングホイール１０の操舵角と船外機２の転回角が常に所定の関係にあり、操舵角に対する転回角を補償することができる。

なお、本実施形態では、操舵力を制御するために電動モータ５２を用いたが、これに限らず、フリクションにより操舵力を増大させる機構を用いてもよい。

またステアリングホイール１０が、船外機の転回角に対応する操舵角を越えて操作された場合には、船外機の転回角に対応する操舵角まで戻るように電動モータ２２を制御するため、ステアリングホイール１０の操舵角と船外機２の転回角とを関係を補償することができる。

船舶航行時のハンドル操作を改善するステアリング装置の制御方法であり、特に船外機を備えた小型船舶に有用である。

本発明の一実施形態を示す小型船舶用ステアリング装置の斜視図である。 同じく舵取り手段としての船外機を示す側面図である。 ギヤ装置の詳細図である。 同じくギヤ装置の詳細図である。 ステアリングホイール部の構成図である 本発明の制御ブロック図である。

符号の説明

１ 船体
２ 船外機
３ コントローラ
４ 船外機本体
５ スイベルブラケット
６ クランプブラケット
７ クランプブラケットシャフト
８ トランサム
９ プロペラ
１０ ステアリングホイール
１１ 操舵角センサ
１２ ステアリング装置
１３ ギヤ装置
１４ 伝達機構
１５ ラック
１６ ラックケース
１７ ピニオン
１８ 減速ギヤ
１９ 減速ギヤ
２０ 導線
２１ ドライブシャフトハウジング
２２ 電動モータ
２５ 取付ブラケット
２６ ボルト
２７ ナット
２８ ピニオンシャフト
２９ ギヤケース
３０ ボルト
３１ 出力シャフト
３２ ガイドプレート
３３ 長孔
３４ ガイドブラケット
３５ ガイドボルト
３６ ホイールシャフト
５０ 転回角センサ
５１ ホルム
５２ 電動モータ

Claims (4)

1. 船体後部に船体に対して左右方向に転回可能に配置した船外機と、
   前記船外機の転回角を検出する転回角検出手段と、
   運転席のステアリングホイールの操舵角に応じて船外機を転回するギヤ装置と、
   前記ギヤ装置を転回方向に駆動する電動アクチュエータと、
   前記ステアリングホイールの操舵角を検出する操舵角センサと、
   前記操舵角センサの検出信号に応じて、前記電動アクチュエータに制御信号を出力するコントローラと、からなり、
   前記ステアリングホイールと前記船外機が電気的にのみ接続した小型船舶用ステアリング装置において、
   前記ステアリングホイールの操舵反力を増大する操舵反力付加手段を備え、
   前記コントローラは、前記検出された操舵角と前記船外機の転回角との差に応じて、前記操舵反力付加手段を用いて操舵反力を制御することを特徴とする小型船舶用ステアリング装置。
2. 前記コントローラは、前記検出された操舵角と前記船外機の転回角との差が大きいほど操舵反力が大きくなるように前記操舵反力制御手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶用ステアリング装置。
3. を備え、
   前記コントローラは、検出した転回角が所定値に達した時に、操舵反力を急増し、前記ステアリングホイールの操舵角が増加しないように前記操舵反力付加手段を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の小型船舶用ステアリング装置。
4. 前記コントローラは、前記船外機の転回角が限界値に達した時に、転回角の限界値に対応する前記ステアリングホイールの操舵角より大きく実際の操舵角となっている場合には、前記ステアリングホイ−ルの操舵角を転回角の限界値に対応する前記ステアリングホイールの操舵角まで戻すように前記電動アクチュエータを制御することを特徴とする請求項３に記載の小型船舶用ステアリング装置。

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