JP5008904B2 - Ship steering system - Google Patents

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と船外機とを機械的に連結しない構成の船用操舵装置が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
また、操舵角検出手段からの舵角情報に基づいて得られた目標転舵角と舵取り部材の実際の転舵角との偏差に、所定の制御ゲインを与えて、舵取り部材の転舵角を制御するための制御信号を出力する船用操舵装置が提案されている（例えば特許文献２を参照）。 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.
Further, a marine steering device has been proposed in which a steering member such as a steering wheel provided in a driver's seat is not mechanically connected to an outboard motor (see, for example, Patent Document 1).
Further, a predetermined control gain is given to the deviation between the target turning angle obtained based on the steering angle information from the steering angle detection means and the actual turning angle of the steering member, and the steering angle of the steering member is set. A marine steering device that outputs a control signal for control has been proposed (see, for example, Patent Document 2).

また、スイベルシャフトの回動角を検出する回動角センサとして回転式の回動角センサを用い、その軸心とスイベルシャフトの回転中心を一致させるように構成した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）。
特許第２９５９０４４号公報 特許第２５１０３９１号公報 特開２００４−２４９７９１号公報 Further, a marine steering device has been proposed in which a rotary rotation angle sensor is used as a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the swivel shaft, and the axis of the swivel shaft is aligned with the rotation center of the swivel shaft. (For example, refer to Patent Document 3).
Japanese Patent No. 2959044 Japanese Patent No. 2510391 JP 2004-249791 A

操舵部材と転舵部材とを機械的に連結しない船用操舵装置を装備した船では、船が直進状態で航行しているときでも、風や潮流の影響で、操舵部材（転舵部材）が、中立位置にない場合が多い。
この直進状態から操舵を開始した場合、操縦者が操縦に違和感を覚えることがある。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、操舵部材と転舵部材とを機械的に連結しない船において、操縦に違和感のない船用操舵装置を提供することである。 In a ship equipped with a ship steering device that does not mechanically connect the steering member and the steering member, the steering member (steering member) is affected by wind and tidal currents even when the ship is navigating straight. Often not in a neutral position.
When steering is started from this straight traveling state, the driver may feel uncomfortable in the steering.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a marine steering apparatus that does not feel strange in maneuvering in a ship that does not mechanically connect a steering member and a steered member. .

上記課題を解決するため、本発明は、操舵部材（３）と、操舵部材と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を制御する転舵角制御部（３２）と、船体（２）が直進状態にあることを検出する船体状況検出手段（３３，３３Ａ）と、目標操舵反力（Ｆ）に応じて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、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出手段（３４）と、船体のヨーレート（γ）を検出するヨーレート検出手段（３３）と、船体の横加速度（Ｇｙ) を検出する横加速度検出手段（２４）とを備え、目標操舵反力算出手段により算出された目標操舵反力は、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて算出された操舵角相当成分 (Ｆ１) を含み、目標操舵反力算出手段は、船体状況検出手段によって船が直進状態にあることが検出されたときに、操舵角検出手段により検出された操舵角が中立位置に相当するとして、操舵角相当成分を補正する機能を有し、上記船体状況検出手段は、ヨーレート検出手段および横加速度検出手段からの信号に基づいて、船体が直進状態にあると判断することを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a steering member (3), a steering mechanism (5) that is not mechanically connected to the steering member, and a steering angle detection that detects the steering angle (θ) of the steering member. The means (20), the turning angle control part (32) for controlling the turning angle of the turning mechanism in accordance with the steering angle detected by the steering angle detection means, and that the hull (2) is in a straight traveling state. Hull state detection means (33, 33A) to detect, reaction force actuator (18) for applying a reaction force to the steering member in accordance with the target steering reaction force (F), and target steering for calculating the target steering reaction force A reaction force calculating means (34) , a yaw rate detecting means (33) for detecting the yaw rate (γ) of the hull, and a lateral acceleration detecting means (24) for detecting the lateral acceleration (Gy) of the hull. The target steering reaction force calculated by the force calculation means is sent to the steering angle detection means. The target steering reaction force calculation means includes a steering angle equivalent component (F1) calculated according to the detected steering angle, and the target steering reaction force calculation means performs steering when the hull condition detection means detects that the ship is in a straight traveling state. as the steering angle detected by the angle detecting means corresponds to the neutral position, have a function of correcting the steering angle corresponding components, the hull condition detecting means, based on a signal from the yaw rate detecting means and the lateral acceleration detecting means The hull is judged to be in a straight traveling state .

本発明では、風や潮流を受けた状態で直進状態を維持できる操舵部材の位置が、中立位置に相当するとして、目標操舵反力の操舵角相当成分を補正するので、この直進状態から操舵を開始するときに、操縦者が操舵反力による違和感を感じることがない。
また、船体のヨーレート（γ）を検出するヨーレート検出手段（２３）と、船体の横加速度（Ｇｙ) を検出する横加速度検出手段（２４）とを備え、上記船体状況検出手段は、ヨーレート検出手段および横加速度検出手段からの信号に基づいて、船体が直進状態にあると判断するので、下記の利点がある。すなわち、ヨーレートと横加速度という、船体挙動に関する２つのパラメータを用いて、船体が直進状態か否かを判断するので、直進状態を精度良く検出することができる。 In the present invention, assuming that the position of the steering member that can maintain the straight traveling state in the state of being subjected to wind or tide is equivalent to the neutral position, the steering angle equivalent component of the target steering reaction force is corrected. When starting, the operator does not feel discomfort due to the steering reaction force.
Further, it includes a yaw rate detection means (23 ) for detecting the yaw rate ( γ ) of the hull and a lateral acceleration detection means (24) for detecting the lateral acceleration (Gy) of the hull. The hull state detection means includes the yaw rate detection means. Further, since it is determined that the hull is in a straight traveling state based on the signals from the lateral acceleration detecting means , the following advantages are obtained. That is , since it is determined whether or not the hull is in a straight traveling state using two parameters relating to the hull behavior such as the yaw rate and the lateral acceleration, the straight traveling state can be accurately detected.

例えば、ヨーレート検出手段により検出されたヨーレートが所定の閾値以下であって且つ横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の閾値以下である状態が、所定時間以上継続した場合に、上記船体状況検出手段は、船体が直進状態にあると判断するようにしてもよい。この場合、ヨーレートと横加速度という、船体挙動に関する２つのパラメータが閾値以下となることが所定時間以上継続されることを条件としたので、風や波の動的な変動による外乱の影響を排除することができ、この点からも、直進状態を精度良く検出することができる。   For example, when the state where the yaw rate detected by the yaw rate detection means is equal to or less than a predetermined threshold and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration detection means is equal to or less than the predetermined threshold continues for a predetermined time or more, the hull condition The detection means may determine that the hull is in a straight traveling state. In this case, since it is a condition that two parameters relating to the hull behavior, the yaw rate and the lateral acceleration, remain below the threshold for a predetermined time or longer, the influence of disturbance due to dynamic fluctuations of wind and waves is eliminated. From this point, it is possible to accurately detect the straight traveling state.

また、本発明は、操舵部材と、操舵部材と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、船体が直進状態にあることを検出する船体状況検出手段と、目標操舵反力に応じて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、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出手段とを備え、目標操舵反力算出手段により算出された目標操舵反力は、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて算出された操舵角相当成分を含み、目標操舵反力算出手段は、船体状況検出手段によって船が直進状態にあることが検出されたときに、操舵角検出手段により検出された操舵角が中立位置に相当するとして、操舵角相当成分を補正する機能を有し、上記船体状況検出手段は、全方位測位システム（ＧＰＳ３６）から出力された船体の現在位置情報の履歴（Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２，…）に基づいて、船体が直進状態にあると判断することを特徴とする。ＧＰＳであれば、波の影響で船体が傾いたりしていても、船体の位置を正確に把握することができるので、船体の直進状態を精度良く検出することができる。
Further, the present invention provides 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 angle detected by the steering angle detection unit. A turning angle control unit for controlling the turning angle of the turning mechanism, a hull state detection means for detecting that the hull is in a straight traveling state, and a reaction force to the steering member according to the target steering reaction force And the target steering reaction force calculating means for calculating the target steering reaction force, and the target steering reaction force calculated by the target steering reaction force calculating means is the steering angle detected by the steering angle detecting means. The target steering reaction force calculation means includes a steering angle detected by the steering angle detection means when the hull condition detection means detects that the ship is in a straight traveling state. Is equivalent to the neutral position. It has a function of correcting the angular equivalent components, the hull condition detecting means, based on the history (P0, P1, P2, ... ) of the current position information of the hull that is output from the Global Positioning System (GPS36), hull Is judged to be in a straight traveling state . With GPS, since the position of the hull can be accurately grasped even if the hull is tilted due to the influence of waves, the straight traveling state of the hull can be accurately detected.

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ものであるが、これらの参照符号により特許請求の範囲を限定する趣旨ではない。   In the above description, the alphanumeric characters in parentheses represent reference numerals of corresponding components in the embodiments described later, but the scope of the claims is not limited by these reference numerals.

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.

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。
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。 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.
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。 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（船外機４の向き）を検出するための転舵角センサ２２が設けられている。また、船体２のヨーレート（角速度。回頭速度）を検出するためのヨーレート検出手段としてのヨーレートセンサ２３と、船体２の横加速度を検出する横加速度検出手段としての横加速度センサ２４とが設けられている。また、船体２の航行速度（船速）を検出する船速センサ２５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. Further, a turning angle sensor 22 for detecting a turning angle (the direction of the outboard motor 4) is provided in relation to the position of the moving body 10 on the shaft 7 included in the turning mechanism 5. ing. Further, a yaw rate sensor 23 as a yaw rate detection means for detecting the yaw rate (angular velocity, turning speed) of the hull 2 and a lateral acceleration sensor 24 as a lateral acceleration detection means for detecting the lateral acceleration of the hull 2 are provided. Yes. Further, a ship speed sensor 25 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、ヨーレートセンサ２３、横加速度センサ２４、船速センサ２５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。   Output signals from the steering angle sensor 20, the turning angle sensor 22, the yaw rate sensor 23, the lateral acceleration sensor 24, and the ship speed sensor 25 are input to the control unit 28 configured by an electronic control unit (ECU) including a microcomputer. 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.

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。
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、船体２が直進状態にあることを検出するための船体状況検出手段としての船体状況検出部３３と、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出手段としての目標操舵反力算出部３４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３５とを有している。 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.
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 hull state detection unit 33 as a hull state detection unit for detecting that the hull 2 is in a straight traveling state, and a target steering reaction force It has a target steering reaction force calculation unit 34 as a target steering reaction force calculation means for calculating, and a reaction force control unit 35 for controlling the reaction force actuator 18 based on the target steering reaction force.

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、および船速センサ２５により検出された船速を入力し、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 detected by the steering angle sensor 20 and the ship speed detected by the ship speed sensor 25, 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.

船体状況検出部３３は、ヨーレートセンサ２３により検出されたヨーレート、および横加速度センサ２４により検出された横加速度を入力し、取得した情報に基づいて、船体２が直進状態にあるか否かを検出する。具体的には、船体状況検出部３３は、ヨーレートセンサ２３により検出されたヨーレートγが所定の閾値γ１以下（γ≦γ１）であって且つ横加速度センサ２４により検出された横加速度Ｇｙが所定の閾値Ｇｙ１以下（Ｇｙ≦Ｇｙ１）である状態が、所定時間以上継続したときに、船体２が直進状態にあると判断し、目標操舵反力算出部３４に、中立補正を実施するように指令する補正指令信号を出力する。   The hull state detection unit 33 inputs the yaw rate detected by the yaw rate sensor 23 and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration sensor 24, and detects whether or not the hull 2 is in a straight traveling state based on the acquired information. To do. Specifically, the hull state detection unit 33 has a yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 23 equal to or less than a predetermined threshold γ1 (γ ≦ γ1) and the lateral acceleration Gy detected by the lateral acceleration sensor 24 is a predetermined value. When the state of the threshold value Gy1 or less (Gy ≦ Gy1) continues for a predetermined time or more, it is determined that the hull 2 is in a straight traveling state, and the target steering reaction force calculation unit 34 is instructed to perform neutral correction. Outputs a correction command signal.

目標操舵反力算出部３４は、例えば、操舵角センサ２０により検出された操舵角θに応じた操舵角相当成分Ｆ１（Ｆ１＝ａ・θ）、ヨーレートセンサ２３により検出されたヨーレートγに応じたヨーレート相当成分Ｆ２（Ｆ２＝ｂ・γ）、および横加速度センサ２４により検出された横加速度Ｇｙに応じた横加速度相当成分Ｆ３（Ｆ３＝ｃ・Ｇｙ）を加算して、目標操舵反力Ｆ（Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３）を算出し、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３５に出力する。   The target steering reaction force calculation unit 34 corresponds to, for example, the steering angle equivalent component F1 (F1 = a · θ) corresponding to the steering angle θ detected by the steering angle sensor 20 and the yaw rate γ detected by the yaw rate sensor 23. The yaw rate equivalent component F2 (F2 = b · γ) and the lateral acceleration equivalent component F3 (F3 = c · Gy) corresponding to the lateral acceleration Gy detected by the lateral acceleration sensor 24 are added to obtain the target steering reaction force F ( F = F1 + F2 + F3) is calculated, and a reaction force instruction signal corresponding to the calculated target steering reaction force F is output to the reaction force control unit 35.

ただし、目標操舵反力算出部３４は、船体２が直進状態にあることを検出した船体状況検出部３３から、補正指令信号を受けた場合には、そのときに操舵角センサ２０により検出された信号値（検出電圧値）が信号の中立位置（すなわちゼロ点）であると見做して、以後の操舵角相当成分Ｆ１を算出する。
なお、各成分Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３にそれぞれ対応する係数ａ，ｂ，ｃは、不変の値であってもよいし、また、船速センサ２５により検出された船速に応じて、予め定めるマップ、或いは関数式を用いて求められる値であってもよい。 However, when the target steering reaction force calculation unit 34 receives a correction command signal from the hull state detection unit 33 that detects that the hull 2 is in a straight traveling state, the target steering reaction force calculation unit 34 detects the correction command signal at that time. Assuming that the signal value (detected voltage value) is a neutral position (ie, zero point) of the signal, the subsequent steering angle equivalent component F1 is calculated.
Note that the coefficients a, b, and c corresponding to the components F1, F2, and F3 may be invariant values, and are determined in advance according to the ship speed detected by the ship speed sensor 25. Alternatively, it may be a value obtained using a functional expression.

反力制御部３５は、反力用アクチュエータ１８をフィードバック制御し、これにより、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。図示していないが、具体的には、反力制御部３５は、目標操舵反力算出部３４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決定部と、その目標電流に応じて反力用アクチュエータ１８に流す電流を制御する出力電流制御部とを含んでいる。出力電流制御部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 reaction force control unit 35 performs feedback control of the reaction force actuator 18, thereby performing an operation of applying a force (reaction force) in a direction opposite to the operation direction to the steering member 3. Although not shown, specifically, the reaction force control unit 35 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 34. It includes a determination unit and an output current control unit that controls a current flowing through the reaction force actuator 18 in accordance with the target current. A current control signal from the output current control unit 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.

次いで、図３のフローチャートを参照して、目標操舵反力の設定動作について説明する。
まず、ステップＳ１にて、全入力値がイニシャライズされた後、ステップＳ２にて、操舵角センサ２０、ヨーレートセンサ２３および横加速度センサ２４の各検出結果（操舵角θ，ヨーレートγ，横加速度Ｇｙ）が読み込まれる。 Next, the setting operation of the target steering reaction force will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, after all input values are initialized in step S1, detection results (steering angle θ, yaw rate γ, lateral acceleration Gy) of the steering angle sensor 20, the yaw rate sensor 23, and the lateral acceleration sensor 24 are detected in step S2. Is read.

次いで、ステップＳ３において、読み込まれたヨーレートγが所定の閾値γ１以下（γ≦γ１）であって且つ読み込まれた横加速度Ｇｙが所定の閾値Ｇｙ１以下（Ｇｙ≦Ｇｙ１）である条件が満たされいるか否かが判断される。上記条件が満たされていないときには、船体２が直進状態にないと判断して、ステップＳ４に進む。
そのステップＳ４において、タイマーがカンウト中であると判断された場合には、カンウトをリセットした（ステップＳ５）後、ステップＳ６に進み、ステップＳ４において、カンウト中でないと判断された場合には、ステップＳ５を飛び越してステップＳ６に進む。 Next, in step S3, is the condition that the read yaw rate γ is equal to or less than a predetermined threshold γ1 (γ ≦ γ1) and the read lateral acceleration Gy is equal to or less than a predetermined threshold Gy1 (Gy ≦ Gy1)? It is determined whether or not. When the above condition is not satisfied, it is determined that the hull 2 is not in the straight traveling state, and the process proceeds to step S4.
If it is determined in step S4 that the timer is counting, the count is reset (step S5), and then the process proceeds to step S6. If it is determined in step S4 that the timer is not counting, step S6 is performed. The process skips S5 and proceeds to step S6.

そのステップＳ６では、読み込まれた操舵角θを補正することなく、式Ｆ１＝ａ・ θ（図４参照）を用いて、目標操舵反力Ｆの操舵角相当成分Ｆ１を算出する。次いで、算出された操舵角相当成分Ｆ１を用いて、上述した式Ｆ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３により、目標操舵反力Ｆを算出し、その後、ステップＳ１に戻る。
一方、ステップＳ３において、読み込まれたヨーレートγが所定の閾値γ１以下（γ≦γ１）であって且つ読み込まれた横加速度Ｇｙが所定の閾値Ｇｙ１以下（Ｇｙ≦Ｇｙ１）である条件が満たされていると判断された場合には、ステップＳ８に進む。 In step S6, the steering angle equivalent component F1 of the target steering reaction force F is calculated using the formula F1 = a · θ (see FIG. 4) without correcting the read steering angle θ. Next, the target steering reaction force F is calculated by the above-described equation F = F1 + F2 + F3 using the calculated steering angle equivalent component F1, and then the process returns to step S1.
On the other hand, in step S3, the condition that the read yaw rate γ is equal to or less than the predetermined threshold γ1 (γ ≦ γ1) and the read lateral acceleration Gy is equal to or less than the predetermined threshold Gy1 (Gy ≦ Gy1) is satisfied. If it is determined that there is, the process proceeds to step S8.

そのステップＳ８では、タイマーがカウント中か否かが判断される。ステップＳ８において、カンウト中でないと判断された場合には、カンウトをスタートした（ステップＳ９）後、ステップＳ６，Ｓ７に進み、読み込まれた操舵角θを補正することなく、操舵角相当成分Ｆ１および目標操舵反力Ｆを算出する。その後、ステップＳ１に戻る。
ステップＳ８において、カウント中であると判断された場合には、ステップＳ１０において、カウントアップ（所定時間が経過）しているか否かが判断される。カウントアップしていない場合には、ステップＳ６，Ｓ７に進み、読み込まれた操舵角θを補正することなく、操舵角相当成分Ｆ１および目標操舵反力Ｆを算出する。その後、ステップＳ１に戻る。 In step S8, it is determined whether or not the timer is counting. If it is determined in step S8 that the counting is not being performed, the counting is started (step S9), and then the process proceeds to steps S6 and S7, where the steering angle equivalent component F1 and the read steering angle θ are corrected without correcting the read steering angle θ. A target steering reaction force F is calculated. Then, it returns to step S1.
If it is determined in step S8 that counting is in progress, it is determined in step S10 whether the count is up (a predetermined time has elapsed). If not counted up, the process proceeds to steps S6 and S7, and the steering angle equivalent component F1 and the target steering reaction force F are calculated without correcting the read steering angle θ. Then, it returns to step S1.

ステップＳ１０において、カウントアップ（所定時間が経過）していると判断された場合には、そのときに操舵角センサ２０により検出されていた操舵角θをシフト値θＳとして読み込む。次いで、ステップＳ１２〜Ｓ１５の補正モードに入る。
その補正モードでは、ステップＳ１２において、各検出結果としての操舵角θ，ヨーレートトγ，横加速度Ｇｙが読み込まれ、読み込まれたヨーレートγおよび横加速度Ｇｙに基づいて、船体２が直進状態にあるか否かが監視される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、直進状態にあると判断された場合には、ステップＳ１４に進み、目標操舵反力Ｆの操舵角相当成分Ｆ１を式Ｆ１＝ａ（θ＋θＳ）を用いて、算出する（図４参照）。すなわち、操舵角θを、先に記憶したシフト値θＳを用いて（θ＋θＳ）と補正し、この補正値に基づいて、操舵角相当成分Ｆ１を算出する（図４参照。）。これにより、シフト値θＳが、以後検出される操舵角θの中立位置に相当するとして、操舵角相当成分Ｆ１が補正されることになる。 If it is determined in step S10 that the count-up (predetermined time has elapsed), the steering angle θ detected by the steering angle sensor 20 at that time is read as the shift value θS. Next, the correction mode of steps S12 to S15 is entered.
In the correction mode, in step S12, the steering angle θ, the yaw rate γ, and the lateral acceleration Gy as the respective detection results are read, and based on the read yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, whether or not the hull 2 is in a straight traveling state. Is monitored (step S13). If it is determined in step S13 that the vehicle is in the straight traveling state, the process proceeds to step S14, and the steering angle equivalent component F1 of the target steering reaction force F is calculated using the formula F1 = a (θ + θS) (see FIG. 4). ). That is, the steering angle θ is corrected to (θ + θS) using the previously stored shift value θS, and the steering angle equivalent component F1 is calculated based on this correction value (see FIG. 4). Thus, assuming that the shift value θS corresponds to the neutral position of the steering angle θ detected thereafter, the steering angle equivalent component F1 is corrected.

このようにして算出された操舵角相当成分Ｆ１の値を用いて、ステップＳ１５において、目標操舵反力Ｆを算出する。目標操舵反力Ｆの算出後、ステップＳ１２に戻り、ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返す。
ステップＳ１２〜Ｓ１５の処理を繰り返している間に、ステップＳ１３において、船体２が直進状態にないと判断された場合には、ステップＳ１に戻り、補正モードを終了することになる。 Using the value of the steering angle equivalent component F1 calculated in this way, the target steering reaction force F is calculated in step S15. After calculating the target steering reaction force F, the process returns to step S12, and the processes of steps S12 to S15 are repeated.
If it is determined in step S13 that the hull 2 is not in the straight traveling state while the processes in steps S12 to S15 are being repeated, the process returns to step S1 to end the correction mode.

本実施の形態によれば、風や潮流を受けた状態で直進状態を維持できる操舵部材３の位置が中立位置に相当するとして、目標操舵反力Ｆの操舵角相当成分Ｆ１を補正するので、この直進状態から操舵を開始するときに、操縦者が操舵反力による違和感を感じることがない。
また、ヨーレートγと横加速度Ｇｙという、船体挙動に関する２つのパラメータを用いて、船体２が直進状態か否かを判断するので、直進状態を精度良く検出することができる。特に、ヨーレートγと横加速度Ｇｙの各パラメータが対応する閾値γ１，Ｇｙ１以下となることが所定時間以上継続されることを条件としたので、風や波の動的な変動による外乱の影響を排除することができ、この点からも、直進状態を精度良く検出することができる。 According to the present embodiment, the steering angle equivalent component F1 of the target steering reaction force F is corrected on the assumption that the position of the steering member 3 that can maintain the straight traveling state in a state of receiving wind or tide corresponds to the neutral position. When steering is started from this straight traveling state, the operator does not feel uncomfortable due to the steering reaction force.
Further, since it is determined whether or not the hull 2 is in the straight traveling state using the two parameters relating to the hull behavior such as the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, the straight traveling state can be detected with high accuracy. In particular, since the condition that the parameters of the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy remain below the corresponding threshold values γ1, Gy1 is continued for a predetermined time or longer, the influence of disturbance due to dynamic fluctuations of wind and waves is eliminated. From this point, it is possible to accurately detect the straight traveling state.

上述した図２の実施の形態では、船体状況検出部３３が、ヨーレートγと横加速度Ｇｙに基づいて、船体２が直進状態にあることを検出したが、これに限らない。例えば、図５に示すように、船体状況検出部３３Ａは、全方位測位システム（ＧＰＳ）３６から出力された船体２の現在位置情報を取得し、取得した現在位置情報の履歴に基づいて、船体２が直進状態にあると判断するようにしてもよい。   In the embodiment of FIG. 2 described above, the hull state detection unit 33 detects that the hull 2 is in a straight traveling state based on the yaw rate γ and the lateral acceleration Gy, but the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 5, the hull condition detection unit 33A acquires the current position information of the hull 2 output from the omnidirectional positioning system (GPS) 36, and based on the acquired history of the current position information, the hull It may be determined that 2 is in a straight traveling state.

具体的には、船体状況検出部３３Ａは、模式図である図６に示すように、新たに取得した現在位置情報Ｐ１および前回取得して記憶されている現在位置情報Ｐ０に基づいて、船体２の進行方向Ｖ１を算出し、算出した進行方向Ｖ１を記憶しておく。そして、次に取得される現在位置情報Ｐ２を用いて算出される船体２の進行方向Ｖ２と、上記記憶された進行方向Ｖ１との差（角度差Ｑに相当）が、所定の閾値内（−Ｑ１≦Ｑ≦Ｑ１）にあるという条件が、所定時間の間、継続的に満たされた場合、船体２が直進状態と判断する。   Specifically, as shown in FIG. 6, which is a schematic diagram, the hull state detection unit 33 </ b> A is based on the newly acquired current position information P <b> 1 and the current position information P <b> 0 acquired and stored last time. The traveling direction V1 is calculated, and the calculated traveling direction V1 is stored. The difference between the traveling direction V2 of the hull 2 calculated using the current position information P2 acquired next and the stored traveling direction V1 (corresponding to the angle difference Q) is within a predetermined threshold (− When the condition of Q1 ≦ Q ≦ Q1) is continuously satisfied for a predetermined time, it is determined that the hull 2 is in a straight traveling state.

なお、図示していないが、ＧＰＳ３６は、方位センサ、ＧＰＳ受信機、地図データ記憶部およびメモリ、並びにこれらと接続された制御部を含む公知の構成である。制御部は、船体２の位置を算出するための位置算出部を含んでいる。
本実施の形態においても、図２の実施の形態と同様に、直進状態から操舵を開始するときに、操縦者が操舵反力による違和感を感じることがない。また、ＧＰＳ３６を用いるので、波の影響で船体２が傾いたりしていても、船体２の位置を正確に把握することができるので、船体２の直進状態を精度良く検出することができる。 Although not shown, the GPS 36 has a known configuration including an orientation sensor, a GPS receiver, a map data storage unit and a memory, and a control unit connected thereto. The control unit includes a position calculation unit for calculating the position of the hull 2.
Also in the present embodiment, as in the embodiment of FIG. 2, when steering is started from a straight traveling state, the driver does not feel uncomfortable due to the steering reaction force. Further, since the GPS 36 is used, the position of the hull 2 can be accurately grasped even if the hull 2 is tilted due to the influence of waves, so that the straight traveling state of the hull 2 can be accurately detected.

なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、操舵角相当成分部Ｆ１を算出するための式Ｆ１＝ａ・θの係数ａは、操舵角θの範囲毎に異なる複数の係数ａ１，ａ２，…を含むものであってもよい。
また、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-described embodiments, and the coefficient a of the formula F1 = a · θ for calculating the steering angle equivalent component part F1 is different for each range of the steering angle θ. The coefficients a1, a2,.
Further, 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. 目標操舵反力を算出するためのフローチャートである。It is a flowchart for calculating a target steering reaction force. 操舵角と目標操舵反力の操舵角成分との関係を示すグラフ図である。It is a graph which shows the relationship between a steering angle and the steering angle component of a target steering reaction force. 本発明の別の実施の形態の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 of another embodiment of this invention. 現在位置情報の履歴を用いて船体の直進状態を検出する態様を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the aspect which detects the straight-ahead state of a hull using the log | history of present position information.

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、２３…ヨーレートセンサ（ヨーレート検出手段）、２４…横加速度センサ（横加速度検出手段）、２８…制御部、３２…転舵角制御部、３３，３３Ａ…船体状況検出部（船体状況検出手段）、３４…目標操舵反力算出部（目標操舵反力算出手段）、３５…反力制御部、３６…全方位測位システム（ＧＰＳ）、θ…操舵角、γ…ヨーレート、Ｇｙ…横加速度、Ｆ…目標操舵反力、Ｆ１…目標操舵反力の操舵角相当成分、Ｐ０，Ｐ１，Ｐ２…現在位置情報の履歴   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 , 23 ... Yaw rate sensor (yaw rate detection means), 24 ... Lateral acceleration sensor (lateral acceleration detection means), 28 ... Control section, 32 ... Steering angle control section, 33, 33A ... Hull situation detection section (hull situation detection means) , 34 ... target steering reaction force calculation unit (target steering reaction force calculation means), 35 ... reaction force control unit, 36 ... omnidirectional positioning system (GPS), θ ... steering angle, γ ... yaw rate, Gy ... lateral acceleration, F ... Target steering reaction force, F1 ... Steering angle equivalent component of target steering reaction force, P0, P1, P2 ... History of current position information

Claims (3)

操舵部材と、操舵部材と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、船体が直進状態にあることを検出する船体状況検出手段と、目標操舵反力に応じて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、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出手段と、船体のヨーレートを検出するヨーレート検出手段と、船体の横加速度を検出する横加速度検出手段とを備え、
目標操舵反力算出手段により算出された目標操舵反力は、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて算出された操舵角相当成分を含み、
目標操舵反力算出手段は、船体状況検出手段によって船が直進状態にあることが検出されたときに、操舵角検出手段により検出された操舵角が中立位置に相当するとして、操舵角相当成分を補正する機能を有し、
上記船体状況検出手段は、ヨーレート検出手段および横加速度検出手段からの信号に基づいて、船体が直進状態にあると判断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 detects the steering angle detected by the steering angle detection unit. A turning angle control unit for controlling the turning angle, a hull state detecting means for detecting that the hull is in a straight traveling state, a reaction force actuator for applying a reaction force to the steering member in accordance with a target steering reaction force, A target steering reaction force calculating means for calculating a target steering reaction force , a yaw rate detecting means for detecting a yaw rate of the hull, and a lateral acceleration detecting means for detecting a lateral acceleration of the hull ,
The target steering reaction force calculated by the target steering reaction force calculation means includes a steering angle equivalent component calculated according to the steering angle detected by the steering angle detection means,
The target steering reaction force calculation means calculates a steering angle equivalent component assuming that the steering angle detected by the steering angle detection means corresponds to a neutral position when the hull condition detection means detects that the ship is in a straight traveling state. It has a function of correcting,
The ship steering apparatus according to claim 1, wherein the hull state detecting means determines that the hull is in a straight traveling state based on signals from the yaw rate detecting means and the lateral acceleration detecting means . 請求項１において、ヨーレート検出手段により検出されたヨーレートが所定のしきい値以下であって且つ横加速度検出手段により検出された横加速度が所定の閾値以下である状態が、所定時間以上継続した場合に、上記船体状況検出手段は、船体が直進状態にあると判断することを特徴とする船用操舵装置。 The state according to claim 1, wherein the yaw rate detected by the yaw rate detecting means is not more than a predetermined threshold and the lateral acceleration detected by the lateral acceleration detecting means is not more than a predetermined threshold for a predetermined time or longer. In addition, the ship hull state detecting means determines that the hull is in a straight traveling state. 操舵部材と、操舵部材と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、船体が直進状態にあることを検出する船体状況検出手段と、目標操舵反力に応じて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、目標操舵反力を算出する目標操舵反力算出手段とを備え、
目標操舵反力算出手段により算出された目標操舵反力は、操舵角検出手段により検出された操舵角に応じて算出された操舵角相当成分を含み、
目標操舵反力算出手段は、船体状況検出手段によって船が直進状態にあることが検出されたときに、操舵角検出手段により検出された操舵角が中立位置に相当するとして、操舵角相当成分を補正する機能を有し、
上記船体状況検出手段は、全方位測位システム（ＧＰＳ）から出力された船体の現在位置情報の履歴に基づいて、船体が直進状態にあると判断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 detects the steering angle detected by the steering angle detection unit. A turning angle control unit for controlling the turning angle, a hull state detecting means for detecting that the hull is in a straight traveling state, a reaction force actuator for applying a reaction force to the steering member in accordance with a target steering reaction force, A target steering reaction force calculating means for calculating a target steering reaction force,
The target steering reaction force calculated by the target steering reaction force calculation means includes a steering angle equivalent component calculated according to the steering angle detected by the steering angle detection means,
The target steering reaction force calculation means calculates a steering angle equivalent component assuming that the steering angle detected by the steering angle detection means corresponds to a neutral position when the hull condition detection means detects that the ship is in a straight traveling state. Has a function to correct,
The ship steering apparatus according to claim 1, wherein the hull state detecting means determines that the hull is in a straight traveling state based on a history of hull current position information output from an omnidirectional positioning system (GPS).

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