JP5360240B2 - Ship steering device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、船外機を電動モータにより転回制御する操舵装置に関するものであって、特に船外機の転回角度を検出する転回角センサに異常が発生した場合の対処機能を付加した操舵装置に関するものである。 The present invention relates to a steering device that controls the outboard motor by means of an electric motor, and more particularly to a steering device to which a countermeasure function in the case where an abnormality occurs in a rotation angle sensor that detects the rotation angle of the outboard motor. Is.
従来から船舶用の操舵装置として、電動モータを用いた電動式操舵装置が特許文献1に記載されている。この特許文献1では、船外機を転回させるためのアクチュエータと、船外機の転回角を検出する転回角センサと、ハンドルの回転角度を検出する舵輪センサと、前記転回角センサと舵輪センサの信号に応じて、前記アクチュエータに制御信号を出力するアクチュエータ用コントローラからなり、ハンドルと船外機が電気的にのみ接続している。前記ハンドル操作量を基に転回角を決め、転回角の値だけアクチュエータを駆動して船外機を操船者の意図通りに転舵させることができる。
また、特許文献2のように、船外機1機に対して一つのアクチュエータ、一つのコントローラではなく、複数の船外機に対して2つ以上のアクチュエータ用コントローラ、又は一つのアクチュエータという構成も考案されている。
Conventionally,
Further, as in
前記のような従来の操舵装置にあっては、転回角センサが故障するとアクチュエータ用コントローラは船外機の転回位置が不明となり、船外機の稼働限界位置まで達してもなおアクチュエータを駆動し続けてしまう可能性があり、引いてはアクチュエータの故障の原因になる。一方、アクチュエータを停止してしまうと、舵がきかなくなり、転舵できなくなってしまうという問題点があった。 In the conventional steering device as described above, when the turning angle sensor breaks down, the actuator controller does not know the turning position of the outboard motor, and continues to drive the actuator even when the operation limit position of the outboard motor is reached. Pulling it may cause actuator failure. On the other hand, if the actuator is stopped, there is a problem that the rudder cannot be steered and cannot be steered.
この発明は前記のような問題点を解決することを課題とするものであって、転回角センサが故障しても、また、転回角センサの信号がアクチュエータ用コントローラに入力されない場合であっても、アクチュエータを故障させることなく、操船し続けることができる操舵装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems. Even if the turning angle sensor fails, the turning angle sensor signal is not input to the actuator controller. An object of the present invention is to provide a steering device that can continue to operate a boat without causing an actuator to fail.
またこの発明における操舵装置は、少なくとも1機以上の船外機が取り付けられた船舶において、操船者が操舵方向を指示するハンドルと、ハンドルの操作角を検出する舵輪センサと、前記船外機を転回させるアクチュエータと、アクチュエータによる前記船外機の転回角を検出する転回角センサと、操作角に基づき前記アクチュエータを転回駆動する制御転回角を算出し、制御転回角と前記転回角との差異に従ってアクチュエータを転回駆動する制御装置とを有し、この制御装置は、アクチュエータの駆動電流を検出する駆動電流検出手段を有し、転回角センサの異常を検出した場合、制御転回角に応じて予め決められた所定時間、所定電流に基づき転回駆動を継続すると共に、駆動電流検出手段が検出した駆動電流が所定値より大きい場合は、転回駆動を停止するものである。
The steering device according to the present invention includes a steering wheel for a steering operator to instruct a steering direction, a steering wheel sensor for detecting an operation angle of the steering wheel, and the outboard motor in a ship to which at least one outboard motor is attached. An actuator for turning, a turning angle sensor for detecting a turning angle of the outboard motor by the actuator, a control turning angle for turning the actuator based on an operation angle, and calculating a control turning angle according to a difference between the control turning angle and the turning angle. A control device that drives the actuator to rotate, and this control device has drive current detection means for detecting the drive current of the actuator, and when an abnormality of the rotation angle sensor is detected, it is determined in advance according to the control rotation angle. predetermined time which is, while continuing the turn driven based on a predetermined current, the drive current detecting unit detects the driving current is larger than a predetermined value field It is intended to stop the turning drive.
この発明の操舵装置によれば、転回角センサの異常を検出した場合でもアクチュエータを故障させることなく、操舵を継続することができるものである。 According to the steering device of the present invention, even when an abnormality of the turning angle sensor is detected, the steering can be continued without causing the actuator to fail.
実施の形態1.
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当部材、部位については同一符号を付して説明する。
図1はこの発明のシステム構成図である。この発明の操舵装置は、動力源としての船外機(4)と、船体の運転席に設置されるハンドル(1)と、ハンドルの操作角を検出する舵輪センサ(2)と、船外機を転回させるアクチュエータ(5)と、アクチュエータにより制御された船外機の転回角を検出する転回角センサ(6)と、この転回角センサ信号と前記舵輪センサ信号とを入力し、前記操作角に応じて制御転回角を演算し、制御転回角と前記転回角の差異に基づき船外機(4)の転回角を制御するためにアクチュエータ(5)に駆動信号を出力する制御装置(8)から構成される。ここで制御装置(8)は、機能面、及び船舶への搭載場所から、操作角に応じた制御用の転回角を演算する制御転回角演算装置(3)と、アクチュエータ(5)に駆動信号を出力するコントローラ(7)とから成り立っている。船外機は1機のみならず、複数の船外機を備える船舶も存在する。またアクチュエータも1個で複数の船外機を駆動するタイプや、各船外機にそれぞれアクチュエータを備える構成も考えられる。さらにまた、制御装置、及び転回角センサも船外機、又はアクチュエータに対して複数設置される可能性もある。つまり、船外機(4)、アクチュエータ(5)、転回角センサ(6)、制御装置(8)は少なくとも1つは搭載され、船舶によっては複数搭載され、これらの個数の組合せは多岐にわたる。さらに制御転回角演算装置(3)とコントローラ(7)、又はコントローラ(7)同士は、いわゆるCANで接続されている場合もある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent members and parts will be described with the same reference numerals.
FIG. 1 is a system configuration diagram of the present invention. The steering device according to the present invention includes an outboard motor (4) as a power source, a handle (1) installed in a driver's seat of a hull, a steering wheel sensor (2) for detecting an operation angle of the handle, and an outboard motor. The turning angle sensor signal and the steering wheel sensor signal are input to the operation angle, the actuator (5) for turning the steering wheel, the turning angle sensor (6) for detecting the turning angle of the outboard motor controlled by the actuator, and the steering wheel sensor signal. From the control device (8) that calculates the control turning angle accordingly and outputs a drive signal to the actuator (5) to control the turning angle of the outboard motor (4) based on the difference between the control turning angle and the turning angle. Composed. Here, the control device (8) is a drive signal to the control turning angle calculation device (3) for calculating the turning angle for control according to the operation angle from the functional aspect and the mounting position on the ship, and the actuator (5). And a controller (7) for outputting. There are not only one outboard motor but also a ship including a plurality of outboard motors. Further, a type in which a single actuator is used to drive a plurality of outboard motors, and a configuration in which each outboard motor is provided with an actuator are also conceivable. Furthermore, a plurality of control devices and turning angle sensors may be installed for the outboard motor or the actuator. That is, at least one of the outboard motor (4), the actuator (5), the turning angle sensor (6), and the control device (8) is mounted, and a plurality of them are mounted depending on the ship, and there are various combinations of these numbers. Further, the control turning angle calculation device (3) and the controller (7) or the controllers (7) may be connected by so-called CAN.
まず、転回角センサが正常な場合の動作を図2に基づき説明する。
S201で操船者がハンドル(1)を回すと、S202でハンドルの操作角を舵輪センサ(2)が検出し、S203で制御転回角演算装置(3)が操作角を舵輪センサ信号により受信する。この受信情報に基づいて、S204で制御転回角演算装置(3)が船外機(4)の転回すべき制御角度を演算し、S205でコントローラ(7)にその制御転回角信号を送信する。ここで、例えば制御転回角は絶対値でなくても、前回送信した制御転回角からの変化量で表してもよく、変化量が正の数あれば右舷側に船外機を転回させ、変化量が負の数であれば左舷側に船外機を転回させる。また、転回角センサは右舷の端が100%、左舷の端が−100%、中心点が0であるとする。
First, the operation when the turning angle sensor is normal will be described with reference to FIG.
When the boat operator turns the steering wheel (1) in S201, the steering wheel sensor (2) detects the operating angle of the steering wheel in S202, and the control turning angle calculation device (3) receives the operating angle by the steering wheel sensor signal in S203. Based on the received information, the control turning angle calculation device (3) calculates the control angle to be turned by the outboard motor (4) in S204, and transmits the control turning angle signal to the controller (7) in S205. Here, for example, the control turning angle may not be an absolute value but may be represented by the amount of change from the previously transmitted control turning angle. If the amount of change is a positive number, the outboard motor is turned to the starboard side and changed. If the amount is negative, turn the outboard to the port side. Further, the turning angle sensor is assumed that the starboard end is 100%, the starboard end is −100%, and the center point is 0.
S206でコントローラ(7)が制御転回角信号、及び転回角センサ(6)から現在転回角信号を受け取ると、S207で現在転回角に制御転回角を加算し、目標転回角を演算する。コントローラ(7)は、S208で目標転回角が−100〜100%の範囲になるようにクリップ処理を行う。S209で現在転回角と目標転回角の値が一致しているか調べる。目標転回角と現在転回角が一致していなければ(NO)、S210で現在転回角と目標転回角を比較する。現在転回角が目標転回角より大きければ(YES)、S211で左に転回させ、現在転回角が目標転回角より小さければ(NO)、S212で右に転回させる。目標転回角と現在の転回角が一致すると(YES)、S213でアクチュエータの駆動を停止する。このように、現在転回角と目標転回角の値が一致するまでアクチュエータを駆動し続けるフィードバック制御をコントローラ(7)が受け持っている。 When the controller (7) receives the control turning angle signal and the current turning angle signal from the turning angle sensor (6) in S206, the control turning angle is added to the current turning angle in S207 to calculate the target turning angle. In step S208, the controller (7) performs clip processing so that the target turning angle is in the range of −100 to 100%. In S209, it is checked whether the current turning angle and the target turning angle are the same. If the target turning angle does not match the current turning angle (NO), the current turning angle and the target turning angle are compared in S210. If the current turning angle is larger than the target turning angle (YES), it is turned to the left in S211. If the current turning angle is smaller than the target turning angle (NO), it is turned to the right in S212. If the target turning angle matches the current turning angle (YES), the driving of the actuator is stopped in S213. Thus, the controller (7) is responsible for feedback control that continues to drive the actuator until the current turning angle and the target turning angle match.
次に、転回角センサの異常検出の方法について説明する。
転回角センサの異常は、コントローラ(7)で転回角センサ用の電源のオープンとショート、グランドのオープンとショート、信号のオープンとショートなどのハードウエア検出で行うことが可能である。また、転回角センサを複数設けている場合では、それらのセンサの信号特性の関係が所定値以内でない場合を検知し、異常と判定することができる。さらにコントローラがアクチュエータを駆動したにも係わらず、転回角センサの値が変化しない場合、異常と判定するソフトウエア検出で行うことができる。
Next, a method for detecting abnormality of the turning angle sensor will be described.
The abnormality of the turning angle sensor can be detected by detecting the hardware such as opening and shorting of the power supply for the turning angle sensor, opening and shorting of the ground, and opening and shorting of the signal by the controller (7). In addition, when a plurality of turning angle sensors are provided, it is possible to detect a case where the relationship between the signal characteristics of these sensors is not within a predetermined value and to determine that there is an abnormality. Further, when the value of the turning angle sensor does not change even though the controller drives the actuator, it can be performed by software detection that determines that there is an abnormality.
このようなシステムにおいて、転回角センサの異常を検出した場合は、実際のアクチュエータの位置と転回角センサの値が異なることになるため、アクチュエータが操船者の意思と違う方向に動き続けたり、アクチュエータがとまって動かなくなったりしてしまう可能性がある。そこで転回角センサの異常を検出した場合でも、アクチュエータが故障することなく、操舵装置が転回できる方法について説明を行う。 In such a system, if an abnormality in the turning angle sensor is detected, the actual actuator position and the turning angle sensor value will be different, so the actuator may continue to move in a direction different from the intention of the vessel operator, May stop and stop moving. Therefore, a method will be described in which the steering device can turn without failure of the actuator even when an abnormality of the turning angle sensor is detected.
転回角センサ(6)の異常をコントローラ(7)が検出した場合の対応方法について、図3のフローチャートに従って説明する。図3のフローチャートは、図2のS206とS207の間に挿入されているものとする。
S301でコントローラが転回角センサの異常の有無を検出し、異常がない場合(NO)図2のS207へ戻る。一方、転回角センサ異常を検出すると(YES)、S302でコントローラは、転回角センサ値の更新を中止する。正常動作時、コントローラは、転回角センサの現在値と過去の値を保持している。転回角センサの異常時、転回角センサ値の更新を中止することで、転回角センサの過去の値は、ほぼ正確な値として保持することができる。次に、S303でコントローラ同士は電気的に接続されていて、例えばCAN通信を使って正常な別の転回角センサがあるかどうか確認する。正常な転回角センサがある場合はS304へ進み、正常な転回角センサがない場合はS307へ進む。S304では、転回角センサの異常発生前のアクチュエータの制御が同調動作であったかを確認する。ここで同調動作とは、複数のアクチュエータがハンドル操作により、ほぼ同一角度で連動して転回されている状態を言う。同調動作であれば、S305で転回角センサ異常のアクチュエータは、正常な転回角センサの値に従って制御を行う。同調動作をしていれば、複数の船外機がほぼ同じ位置にあると考えられるため、正常な転回角センサに従うことで動作を保障することができる。
A response method when the controller (7) detects an abnormality of the turning angle sensor (6) will be described with reference to the flowchart of FIG. The flowchart in FIG. 3 is assumed to be inserted between S206 and S207 in FIG.
In S301, the controller detects whether or not the turning angle sensor is abnormal. If there is no abnormality (NO), the process returns to S207 in FIG. On the other hand, if a turning angle sensor abnormality is detected (YES), the controller stops updating the turning angle sensor value in S302. During normal operation, the controller holds the current value and past value of the turning angle sensor. When the turning angle sensor is abnormal, the update of the turning angle sensor value is stopped, so that the past value of the turning angle sensor can be held as a substantially accurate value. Next, in S303, the controllers are electrically connected to each other, and it is confirmed whether there is another normal turning angle sensor using, for example, CAN communication. If there is a normal turning angle sensor, the process proceeds to S304, and if there is no normal turning angle sensor, the process proceeds to S307. In S304, it is confirmed whether or not the control of the actuator before the occurrence of the abnormality of the turning angle sensor is a synchronous operation. Here, the tuning operation refers to a state in which a plurality of actuators are rotated in association with each other at almost the same angle by a handle operation. If the operation is synchronous, the actuator having the abnormal turning angle sensor controls in S305 according to the value of the normal turning angle sensor. Since the plurality of outboard motors are considered to be at substantially the same position if they are in a synchronized operation, the operation can be guaranteed by following a normal turning angle sensor.
一方、同調動作でない場合、例えば右旋回するために右舷の船外機を大きく転回させ、左舷の船外機をほとんど転回させない、また、直進であっても、左右の転回方向を逆方向に駆動する。さらには左右の船外機のプロペラの推進方向を逆として横移動を行う場合、船外機を逆方向転回する等々、運転モードによっては同調動作をしないことが起こる。この場合、S306で制限的動作を付加した特別な制御処理を行うが、この内容については後述する。また正常な転回角センサがない場合、S307で転回角センサも1個しかなく、かつ異常を検出した場合の特別処理を行うが、この内容についても後述する。 On the other hand, when the operation is not synchronized, for example, the starboard outboard motor is largely turned to turn right, and the port outboard motor is hardly turned. To drive. Further, when the lateral movement is performed with the propeller propulsion directions of the left and right outboard motors reversed, depending on the operation mode, for example, the outboard motor may be rotated in the reverse direction. In this case, a special control process with a restrictive operation is performed in S306, which will be described later. If there is no normal turning angle sensor, there is only one turning angle sensor in S307, and special processing is performed when an abnormality is detected. This content will also be described later.
次に前記S305の正常な別の転回角センサに依存した制御内容について、さらに詳細に図4に沿って説明する。転回角センサの異常を検出したコントローラ(7)は、S401で他の正常な転回角センサの現在転回角を受信する。S402で制御転回角がある閾値以内(−a<制御転回角<a)であるかどうかを判定する。これは、ハンドルの遊びの量に対するものであり、細かいハンドル操作は無視して船外機の転回に影響を与えないようにしている。閾値範囲内であれば、S403で船外機を駆動しないのでアクチュエータ転回停止信号を出力する。一方、閾値範囲外であれば、S404で前記制御転回角に他機の現在転回角を加算し目標転回角を演算する。その後転回角異常処理制御に入るが、この異常処理は2つのパターンに分離される。S405で現在の転回角を閾値bと比較する。ここで|b|>|a|であり、船外機がすでに左舷端付近又は右舷端付近に転回しているか否かをチェックしている。 Next, the control contents depending on another normal turning angle sensor in S305 will be described in more detail with reference to FIG. The controller (7) that has detected the abnormality of the turning angle sensor receives the current turning angle of another normal turning angle sensor in S401. In S402, it is determined whether or not the control turning angle is within a certain threshold (−a <control turning angle <a). This is for the amount of play of the steering wheel, and the fine steering operation is ignored so as not to affect the turning of the outboard motor. If it is within the threshold range, the outboard motor is not driven in S403, so an actuator rotation stop signal is output. On the other hand, if it is outside the threshold range, in S404, the current turning angle of the other machine is added to the control turning angle to calculate the target turning angle. Thereafter, the turning angle abnormality processing control is entered. This abnormality processing is separated into two patterns. In S405, the current turning angle is compared with the threshold value b. Here, it is | b |> | a |, and it is checked whether or not the outboard motor has already turned around the port side or the starboard end.
S405で閾値|b|以上であれば、S406で他機の転回角センサ値に従って転回駆動を継続し、この他機転回角センサによる追従制御は閾値b範囲内に入るまで続けられる。一方、S407では、前記追従制御が閾値b範囲内に入った、又は現在の転回角が閾値|b|以内である場合、他機の転回角センサ値を利用して同様なフィードバック制御を行うが、目標転回角を範囲b以内に制限を行って転回角が|b|を越えることがないようにアクチュエータを駆動制御する。つまり目標転回角クリップ処理により転回角センサ正常時よりも制御領域を制限したものとしている。これは、船外機によって取り付け位置、傾きが同じでなかったり、船外機、転回角センサに個体差があったりするため、転回角にずれが生じる可能性があり、範囲bに制限しているものである。S406、S407において、目標転回角と現在転回角が一致していない場合、S408で目標転回角が現在転回角より小さければ左に転回させ、目標転回角が現在転回角より大きければ右に転回させる。また、目標転回角と現在転回角が一致すれば、駆動を停止し処理は終了する。この一連の制御は、転回角センサの異常を検出した位置が閾値を超えた領域にいる場合には、閾値以内に入るまでは他機の転回角センサに従って通常と同様に転回制御を続け、一旦閾値以内に入ると閾値を越えることがないように制限した制御を行うものである。なお、S406の追従制御において、正常転回角センサ側であっても転回最端部に至ればアクチュエータの転回駆動は停止、又は電力低下を行うため、異常センサ側も最悪でもしばらく後には同様な停止、又は電力低下になる。しかしそれより先だって、例えば所定時間で区切って、所定時間内は正常転回角センサに追従制御を継続し、その後は再度範囲bに入るまで制御を停止、電力低減、又は中央位置戻り方向のみに制御することも可能である。 If the threshold value | b | is equal to or greater than the threshold value | b | in S405, the turning drive is continued in accordance with the turning angle sensor value of the other machine in S406, and the follow-up control by this other machine turning angle sensor is continued until it falls within the threshold value b range. On the other hand, in S407, when the follow-up control is within the threshold value b range or the current turning angle is within the threshold value | b |, the same feedback control is performed using the turning angle sensor value of the other machine. Then, the target turning angle is limited within the range b, and the actuator is driven and controlled so that the turning angle does not exceed | b |. That is, the control area is limited by the target turning angle clip process more than when the turning angle sensor is normal. This is because the mounting position and inclination are not the same depending on the outboard motor, and there are individual differences in the outboard motor and the turning angle sensor. It is what. In S406 and S407, when the target turning angle does not match the current turning angle, if the target turning angle is smaller than the current turning angle in S408, the turning is made to the left, and if the target turning angle is larger than the current turning angle, the turning is made to the right. . If the target turning angle matches the current turning angle, the driving is stopped and the process ends. In this series of controls, when the position where the abnormality of the turning angle sensor is detected is in an area exceeding the threshold, the turning control is continued as usual according to the turning angle sensor of the other machine until it falls within the threshold. The control is performed so that the threshold value is not exceeded when the value falls within the threshold value. In the follow-up control in S406, even if it is on the normal turning angle sensor side, the turning drive of the actuator is stopped or the power is reduced when reaching the end of turning, so that the same stop will occur after a while even in the worst case on the abnormal sensor side. Or, power is reduced. However, prior to that, for example, divided by a predetermined time, the tracking control is continued for the normal turning angle sensor within the predetermined time, and then the control is stopped until it enters the range b again, the power is reduced, or the control is performed only in the center position return direction. It is also possible to do.
次に図5により別の制御方法を説明する。図4と同一の符号は同等の処理を行っているものとする。S501aで目標転回角を演算する際に、制御転回角と他機の現在転回角を加算したものに係数K1(K1<1)を乗算することにより目標転回角自体を正常時に対し狭い範囲に制限する。その後、S408でこの目標転回角と他機の転回角との差に基づいて通常のフィードバック制御を継続する。ここでは、正常なものと異常な転回角センサ値のもので目標転回角が異なるため、異常なものは正常な転回角センサの前回値と今回値の偏差を用いて制御を行う。さらに目標転回角に制限を付する別の方法として、S501bのように制御転回角自体にK2(K2<1)を加味することも可能である。転回角を正常時に比較し小さい領域に制限して転回駆動を継続することができる。さらにまた、目標転回角自体に上限制限を付加することもできる。これらの制限付加方法の選択は、例えばフリーハンドル、つまりハンドルの操舵角に制限がなく何回でも同一方向に回転操舵可能な構造、逆に自動車のようにハンドル回転角に制限がある構造等、ハンドル構造に依存させることもできる。一方、この制限により他機の船外機と転回角に差異が発生することになり、この制限が操船者にとって違和感を覚えさせる可能性がある。そのため正常な船外機も同様な制限を付することにより、この違和感を解消させることもできる。 Next, another control method will be described with reference to FIG. It is assumed that the same reference numerals as those in FIG. 4 perform equivalent processing. When calculating the target turning angle in S501a, the target turning angle itself is limited to a narrower range than normal by multiplying the sum of the control turning angle and the current turning angle of the other machine by a coefficient K1 (K1 <1). To do. Thereafter, in S408, normal feedback control is continued based on the difference between the target turning angle and the turning angle of the other machine. Here, since the target turning angle differs between the normal one and the abnormal turning angle sensor value, the abnormal one is controlled using the deviation between the previous value and the current value of the normal turning angle sensor. Furthermore, as another method for limiting the target turning angle, K2 (K2 <1) can be added to the control turning angle itself as in S501b. The turning drive can be continued by limiting the turning angle to a small region compared with the normal time. Furthermore, an upper limit can be added to the target turning angle itself. Selection of these restriction addition methods is, for example, a free handle, that is, a structure in which the steering angle of the handle is not limited and can be rotated and rotated in the same direction any number of times, and conversely, a structure in which the steering wheel rotation angle is limited like an automobile, etc. It can also depend on the handle structure. On the other hand, this restriction causes a difference in turning angle with the outboard motor of the other aircraft, and this restriction may make the operator feel uncomfortable. For this reason, normal outboard motors can also eliminate this sense of incongruity by giving similar restrictions.
転回角センサの異常が回復したと判断した場合は、通常の制御に戻すことは容易である。例えば、転回角センサの異常を検出したときに、転回角センサの前回値のみ更新を中止し、現在値は更新を続ける別の手段を備え、正常か異常かの判定は継続する。このように転回角センサが異常中であっても、正常と異常の判定し続けることで正常判定に戻った場合簡単に通常制御に戻すことができる。また、転回角センサの異常を検出したときに前回値を記憶し、更新は通常通り継続して正常と異常の判定を行う方法もある。
以上のように、転回角センサ異常が発生し、他機の正常なアクチュエータの転回角センサに従い転回制御を継続させるのみならず、転回角に制限を付することによりアクチュエータを故障させることなく、操船を続行できる効果を奏する。
When it is determined that the abnormality of the turning angle sensor has been recovered, it is easy to return to normal control. For example, when an abnormality of the turning angle sensor is detected, updating of only the previous value of the turning angle sensor is stopped, and the current value is provided with another means for continuing to update, and the determination of whether it is normal or abnormal continues. As described above, even when the turning angle sensor is abnormal, it is possible to easily return to the normal control when returning to the normal determination by continuously determining the normality and the abnormality. In addition, there is a method in which the previous value is stored when an abnormality of the turning angle sensor is detected, and the update is continued as usual to determine whether it is normal or abnormal.
As described above, a turning angle sensor abnormality occurs, and not only the turning control is continued according to the turning angle sensor of a normal actuator of another machine, but also the operation of the ship is not caused by causing a failure of the actuator by limiting the turning angle. There is an effect that can continue.
実施の形態2.
次に転回角センサに異常を検出し、正常な転回角センサがない場合、例えば小型船舶のようにアクチュエータ、転回角センサが各々1個のみ設置されている場合の対応方法について説明する。図6にシステム構成を示したが、この船舶のコントローラ(7)にはアクチュエータを駆動している電流を検出する駆動電流検出手段(9)を有している。駆動電流検出手段(9)は、アクチュエータ(5)を転回駆動するために左、右それぞれの向きの電流検出ができる必要がある。
Next, a description will be given of a method for dealing with a case where an abnormality is detected in the turning angle sensor and there is no normal turning angle sensor, for example, when only one actuator and turning angle sensor are installed as in a small vessel. Although the system configuration is shown in FIG. 6, the controller (7) of this ship has a drive current detection means (9) for detecting the current driving the actuator. The drive current detection means (9) needs to be able to detect currents in the left and right directions in order to rotate the actuator (5).
前記駆動電流検出手段(9)を用いて転回を継続する方法について、図7に沿って説明する。S701で閾値の範囲内(制御転回角>a)であれば、S702で所定時間右に転回する。S703で閾値の範囲内(制御転回角<−a)であれば、S704で所定時間左に転回する。この閾値aは、実施の形態1で記載したハンドルの遊びの量であり、一定角以上の値とすれば、細かいハンドル操作は無視して船外機の転回に影響を与えないようにすることができる。 A method of continuing the rotation using the drive current detecting means (9) will be described with reference to FIG. If it is within the threshold value range (control turning angle> a) in S701, it turns to the right for a predetermined time in S702. If it is within the threshold value range (control turning angle <-a) in S703, it turns to the left for a predetermined time in S704. This threshold value a is the amount of play of the handle described in the first embodiment. If the value is greater than a certain angle, the fine handle operation should be ignored so as not to affect the turning of the outboard motor. Can do.
次に、S705でアクチュエータの駆動電流を検出する。S706で閾値|c|より駆動電流が大きいか小さいかを判定する。電流値が閾値|c|より小さければ、そのまま駆動を継続する。電流値が閾値|c|より大きければ、船外機が駆動範囲の境界にあり、それ以上転回すると操舵装置が故障すると判断し、S707でアクチュエータの駆動を停止する。またS707の駆動停止は急激に停止するのではなく、徐々に電流を減らしながら停止することも可能である。 Next, the drive current of the actuator is detected in S705. In S706, it is determined whether the drive current is larger or smaller than the threshold value | c |. If the current value is smaller than the threshold value | c |, the driving is continued as it is. If the current value is larger than the threshold value | c |, it is determined that the outboard motor is at the boundary of the drive range, and if it turns more than that, the steering device will break down, and the drive of the actuator is stopped in S707. Further, the drive stop at S707 is not stopped suddenly, but can be stopped while gradually reducing the current.
前記S702、又はS704における所定時間は、実験等で予め決められた時間である。また流す電流値も可変することも可能である。時間・電流の可変のトリガとなるものは、制御転回角の大きさ、又は早さに依存し、電流値が大きければより早く転回するため、所定時間を短くし、逆に電流値が小さければ所定時間を長めに修正することができる。
前記閾値a、cについては一定値である必要はなく、例えば船速に依存して変化させ、船速が速ければ速いほど、大きな値とすることも可能である。
The predetermined time in S702 or S704 is a time determined in advance by an experiment or the like. The value of the current that flows can also be varied. The trigger that can change the time and current depends on the magnitude or speed of the control turning angle, and if the current value is large, it will rotate faster, so if the specified time is shortened and conversely the current value is small The predetermined time can be corrected longer.
The threshold values a and c do not need to be constant values, and can be changed depending on, for example, the boat speed, and can be set to a larger value as the boat speed increases.
実施の形態3.
次にさらに別の方法として、推定転回角を使用する方法について説明する。転回角推定手段は、コントローラ(7)に配置されているものとし、具体的方法を図8に沿って説明する。
S801で目標転回角を算出する。その方法は、制御転回角に推定した転回角を加算する。転回角センサの異常を検出した最初の制御では、実施の形態1の図3、S302における正常な過去の転回角を代用する。その後は後述する推定転回角を使用する。
Next, as another method, a method using the estimated turning angle will be described. The turning angle estimation means is assumed to be arranged in the controller (7), and a specific method will be described with reference to FIG.
In S801, a target turning angle is calculated. The method adds the estimated turning angle to the control turning angle. In the first control that detects the abnormality of the turning angle sensor, the normal past turning angle in FIG. 3, S302 of the first embodiment is substituted. After that, the estimated turning angle described later is used.
次にS802で船外機の転回限界角度を制限する。左の限界角度をleft_deg、右の限界角度をright_degとした。つまり、S802では、目標転回角が船外機の転回限界角度以内であるか判定する。もし、船外機の転回限界角度を越えていれば、船外機の転回限界角度が目標転回角になるように処理する。S803で左舷側、右舷側のどちら側の限界角度を超えているか判定する。左舷側の限界角度を超えていれば、S804で目標転回角を左舷側の限界角度であるleft_degに設定する。右舷側の限界角度を超えていれば、S805で目標転回角を右舷側の限界角度であるright_degに設定する。 In step S802, the turning limit angle of the outboard motor is limited. The left limit angle is left_deg and the right limit angle is right_deg. That is, in S802, it is determined whether the target turning angle is within the turning limit angle of the outboard motor. If the turning limit angle of the outboard motor is exceeded, processing is performed so that the turning limit angle of the outboard motor becomes the target turning angle. In S803, it is determined which side of the port side or starboard side exceeds the limit angle. If it exceeds the limit angle on the port side, the target turning angle is set to left_deg which is the limit angle on the port side in S804. If the starboard side limit angle is exceeded, the target turning angle is set to right_deg which is the starboard side limit angle in S805.
S806で制御転回角からアクチュエータの駆動時間を決定する。また駆動電流も制御することも可能である。前記実施の形態2に記載した時間・電流の可変方法とは別に、このアクチュエータ駆動電流値は、船速、トリム角、シフト位置などから決定することにより、推定転回角と実際の船外機の転回角度が近い精度の高い制御が可能となる。例えば、船速、トリム角、目標転回角、現在転回角に応じて変化する係数を設定し、電流値にその係数を掛けることで補正を行う。例えば、船速の係数は、船速が速くなるほど、電流値が増加するように設定する。トリム角の係数は、トリム角が小さいほど電流値が増加するように設定する。これらの関係をマップにより記憶しておき、制御する時点の船舶の操船状況に応じて時間・電流を可変することもできる。これらは船外機の場合、船速、トリム角により、船外機が受ける負荷が変わり、転回させるときの必要な電流値が変化するためである。また、船外機が複数設置される場合は、プロペラの回転方向を逆にする場合もある。プロペラの回転方向により船外機を転回させるときに船外機が受ける負荷の大きさが左右で異なる。そのため、船外機の設置位置でも転回させるときの電流を変化させることも可能である。同様に、前進、後進でもプロペラの回転は逆になるため、シフト位置でも電流値変化させることも可能である。この決定した値で、S807で船外機を転回駆動する。 In S806, the actuator drive time is determined from the control turning angle. It is also possible to control the drive current. Apart from the time / current variable method described in the second embodiment, the actuator drive current value is determined from the ship speed, trim angle, shift position, etc., so that the estimated turning angle and the actual outboard motor Highly accurate control with close rotation angle is possible. For example, the coefficient which changes according to a ship speed, a trim angle, a target turning angle, and the present turning angle is set, and it correct | amends by multiplying the coefficient with an electric current value. For example, the coefficient of the ship speed is set so that the current value increases as the ship speed increases. The trim angle coefficient is set so that the current value increases as the trim angle decreases. These relationships can be stored as a map, and the time and current can be varied according to the ship maneuvering situation at the time of control. This is because in the case of an outboard motor, the load received by the outboard motor changes depending on the boat speed and trim angle, and the current value required for turning changes. In addition, when a plurality of outboard motors are installed, the propeller rotation direction may be reversed. Depending on the direction of rotation of the propeller, the load applied to the outboard motor varies depending on the left and right. For this reason, it is also possible to change the current when turning around the outboard motor installation position. Similarly, since the rotation of the propeller is reversed during forward and reverse travel, the current value can be changed even at the shift position. With this determined value, the outboard motor is driven to rotate in S807.
S808で前記駆動時間が経ったならば、推定転回角を目標転回角として更新する。これにより転回角センサ異常の初回以外はこの推定転回角をS801で使用することができる。この推定転回角はあくまでも推定値であるため、実転回角と誤差が生じ、この誤差は小さくなることもあるが、大きくなることも起こる。例えば、所定以上の船速があるにもかかわらず左右どちらにも駆動していない状況が継続した場合、推定転回角を中心、0にリセットすることにより、推定転回角が実転回角と等しくなり誤差を抑制することが可能となり、結果転回制御の精度を向上できる。 If the drive time has elapsed in S808, the estimated turning angle is updated as the target turning angle. Thus, the estimated turning angle can be used in S801 except for the first turning angle sensor abnormality. Since this estimated turning angle is only an estimated value, an error occurs with the actual turning angle, and this error may be reduced but may also be increased. For example, if there is a situation where the boat does not drive to the left or right despite the boat speed exceeding a predetermined level, the estimated turning angle becomes equal to the actual turning angle by resetting the estimated turning angle to the center and zero. The error can be suppressed, and the accuracy of the result turning control can be improved.
転回角推定方法は、実施の形態1における目標転回角とのフィードバック制御とは異なり、いわゆるオープン制御となっている。この制御により図3におけるS306、S307の異常時処理1、2に使用できる。また、S306の非同調処理においては、船外機同士の干渉防止の目的で、推定転回角の算出のための前記マップをさらに転回角が小さい方向に制限したものとすることにより、非同調制御の転回角を制限した転回制御を行うことも可能である。さらに非同調処理においては、S804、S805における目標転回角の制限値left_deg、又はright_degを異なる値とすることも可能である。例えば、操船者の操舵方向に対して反対方向の制限値を小さい値とすることが考えられる。単に制限値を小さい値とする場合のみならず、船外機の転回方向が他の船外機と逆方向の場合、船外機同士の干渉の防止のために、船外機同士が近づく方向の制限値は小さく、離れる方向の制限値は大きくすることも可能である。また三機以上の船外機を搭載している場合、中側に搭載された船外機が干渉しないように制限値を小さくしすぎないようにすることも可能である。この方法では、船舶の操船応答性を高くできる。さらに図2のS208のクリップ値と比較し、前記制限値left_deg、及びright_degを小さい値にすることもできる。
Unlike the feedback control with the target turning angle in the first embodiment, the turning angle estimation method is a so-called open control. This control can be used for the
さらにまた、転回角センサ異常を検出したときに、非同調制御であれば、同調制御に変更することもできる。操船者の意図しないところで船外機が転回しても安全な状態であれば、例えば、ニュートラルかつアイドル状態、異常検出と同時に自動的に異常前の正常な値を利用して船外機をほぼ正確な位置に転回させることができる。ここで動かす船外機は転回角センサが異常な船外機でも、正常な船外機でもどの船外機でもよい。また、転回すると安全でないような場合は安全な状態になるまで待ち、同調動作に戻すことも可能である。また、操船中に船外機同士がほぼ同じ位置になった場合に、同調動作に戻すこともできる。同調動作に戻れば、図3のS305のように他機の正常な転回角センサに従うように処理してもよい。 Furthermore, when the turning angle sensor abnormality is detected, if it is non-synchronous control, it can be changed to synchronous control. If the outboard motor is in a safe state even if it is not intended by the operator, for example, the neutral and idle state, the abnormal value is automatically detected at the same time as the abnormality is detected. It can be turned to the correct position. The outboard motor to be moved here may be an outboard motor with an abnormal turning angle sensor, a normal outboard motor, or any outboard motor. If it is not safe to turn, it is possible to wait until it is in a safe state and return to the tuning operation. In addition, when the outboard motors are in substantially the same position during the boat maneuvering, it is possible to return to the synchronized operation. If the operation returns to the tuning operation, processing may be performed in accordance with the normal turning angle sensor of the other machine as in S305 of FIG.
実施の形態4.
さらに別の方法として、コントローラが転回角センサの異常を検出すると、転回位置を複数段階で制御し、予め決められたアクチュエータ駆動時間に依存する方法について図9を用いて説明する。例えば最も簡単な3段階で制御するときの船外機の制御領域の例では、max_deg=100%、mid_deg=20%とする。転回角センサ前回値から船外機位置を判定するフローを図9(a)に示す。−100≦転回角センサ前回値≦−20の領域であるかを判定し、この領域内であれば船外機位置act_pos=0とする。S901の領域でなければ、S903で−20<転回角センサ前回値<20の領域であるかを判定し、この領域内であればact_pos=1とする。S901、S903共に当てはまらなければ、20≦転回角センサ前回値≦100の領域であるため、act_pos=2とする。
As another method, when the controller detects an abnormality in the turning angle sensor, a method of controlling the turning position in a plurality of stages and depending on a predetermined actuator driving time will be described with reference to FIG. For example, in the example of the control region of the outboard motor when controlling in the simplest three stages, max_deg = 100% and mid_deg = 20%. FIG. 9A shows a flow for determining the outboard motor position from the previous value of the turning angle sensor. It is determined whether it is in the region of −100 ≦ turning angle sensor previous value ≦ −20, and if it is within this region, the outboard motor position act_pos = 0. If it is not the region of S901, it is determined in S903 whether the region is −20 <turning angle sensor previous value <20, and if it is within this region, act_pos = 1. If neither S901 nor S903 is applicable, the region is 20 ≦ turning angle sensor previous value ≦ 100, so act_pos = 2.
船外機位置判定後、操船者がハンドルを操作したときの3段階制御時の処理例を図9(b)に示す。
まず、S911で操船者が一定角度(閾値e)以上ハンドルを操作したかを判定する。この処理では、船外機を複数段階で制御するため、ハンドルを細かく動かしても船外機が動いてしまわないように閾値を設けるものである。閾値eは、実施の形態2の閾値cのように可変の値に設定することもできる。S911でハンドル操作が所定角度以上あれば、S912に移り、act_pos=0であるか判定する。act_pos=0であれば、最も左舷側に船外機が向いていることになるので、その位置から右舷側へのみ転回可能としこの位置から左舷側へは転回しない。S913で右舷側への転回であれば、所定時間右に転回する。S914の転回により、船外機の位置が左舷側から中央付近へ転回されたため、S915でact_posを0から1に更新する。逆にS916でact_pos=2であれば、最も右舷側に船外機が向いていることになるので、その位置から左舷側へのみ転回可能としこの位置から右舷側へは転回しない。S917で左舷側への転回要求であれば、所定時間左に転回する。S918の転回により、船外機の位置が右舷側から中央付近へ転回されたため、S919でact_posを2から1に更新する。S912、S916のどちらでもない場合、act_pos=1であるため、S920に進む。船外機が、中央位置にあることになるので、左右どちらでも転回可能とする。どちら向きに動かすかは、制御転回角に従う(S921、S923)。所定時間転回した後は、船外機の位置act_posを更新する(S922、S924)。
FIG. 9B shows an example of processing at the time of three-stage control when the operator operates the steering wheel after the outboard motor position is determined.
First, in S911, it is determined whether the ship operator has operated the steering wheel by a certain angle (threshold e) or more. In this process, since the outboard motor is controlled in a plurality of stages, a threshold is set so that the outboard motor does not move even if the handle is moved finely. The threshold e can also be set to a variable value like the threshold c in the second embodiment. If it is determined in S911 that the handle operation is equal to or larger than the predetermined angle, the process proceeds to S912, and it is determined whether act_pos = 0. If act_pos = 0, the outboard motor is facing the most port side, so that it can only turn from the position to the starboard side and does not turn from this position to the port side. If it is a turn to the starboard side in S913, it turns to the right for a predetermined time. Since the position of the outboard motor has been turned from the port side to the vicinity of the center due to the turning in S914, act_pos is updated from 0 to 1 in S915. On the other hand, if act_pos = 2 in S916, the outboard motor is most facing the starboard side, so that it can only turn from the position to the port side, and does not turn from this position to the starboard side. If it is a turn request to the port side in S917, it turns to the left for a predetermined time. As the position of the outboard motor is turned from the starboard side to the vicinity of the center due to the turning of S918, the act_pos is updated from 2 to 1 in S919. If neither S912 nor S916, act_pos = 1, so the process proceeds to S920. Since the outboard motor is in the center position, it can be turned on either side. Which direction is moved depends on the control turning angle (S921, S923). After turning for a predetermined time, the position act_pos of the outboard motor is updated (S922, S924).
転回時間は、予め制御の段数、駆動電流等により、アクチュエータ駆動時間を設定しておく。制御段数が多い、また、船外機の転回領域の広さが異なる設定をした場合には、位置によって転回時間を可変にすることもできる。また、制御段数を増やした場合、制御転回角の閾値を二つ以上持たせ、閾値の大きさにより、数領域分を一度に転回させても良い。精度を高めるため、安全性を高めるために、エンジンの点火や噴射や吸入空気量を制御するエンジン制御コントローラを備え、エンジン制御コントローラとコントローラがCANで通信可能なシステムにおいて、転回角センサが故障すると燃料噴射量や吸入空気量を減らすことで、船速を制限する処理を加えてもよい。 As the turn time, the actuator drive time is set in advance according to the number of control stages, drive current, and the like. When the number of control stages is large and the width of the rotation area of the outboard motor is set differently, the rotation time can be made variable depending on the position. When the number of control stages is increased, two or more threshold values for the control turning angle may be provided, and several regions may be turned at a time depending on the size of the threshold value. In order to improve accuracy and safety, an engine control controller that controls engine ignition, injection, and intake air volume is provided. In a system in which the engine control controller and the controller can communicate via CAN, if the turning angle sensor fails A process for limiting the boat speed may be added by reducing the fuel injection amount and the intake air amount.
実施の形態5.
また、別の方法としてアクチュエータがモータであり、船外機自体の転回角ではなくモータ転回角を検知するモータ角センサを有しているシステム構成を図10に示す。図において、10はアクチュエータモータのモータ角センサであり、モータ角演算手段(11)をコントローラ(7)が有している。モータ角演算手段(11)は、モータ角センサ(10)の信号により、モータを右回転、又は左回転したときのモータの転回角を演算し、この転回角は船外機の転回角に相当するものである。
As another method, FIG. 10 shows a system configuration in which the actuator is a motor and has a motor angle sensor for detecting the motor turning angle instead of the turning angle of the outboard motor itself. In the figure,
前記モータ角演算手段(11)を用いて転回を継続する方法について、図11に沿って説明する。ここで、モータ角演算手段によって演算される転回角を演算転回角とする。演算転回角は、実施の形態3と同様に、転回角センサの異常を検出した最初の制御では、実施の形態1の図3、S302における正常な過去の転回角を代用する。その後は後述する演算転回角を使用する。 A method of continuing the rotation using the motor angle calculation means (11) will be described with reference to FIG. Here, the turning angle calculated by the motor angle calculating means is defined as the calculated turning angle. As in the third embodiment, the calculated turning angle substitutes the normal past turning angle in FIG. 3, S302 of the first embodiment in the first control in which an abnormality of the turning angle sensor is detected. Thereafter, an arithmetic turning angle described later is used.
S1101で演算転回角に制御転回角を加算し、目標転回角を演算する。コントローラ(7)は、S1102で予め設定された目標転回角の範囲内に収まるようにクリップ処理を行う。S1103で目標転回角と演算転回角が一致しているかを調べる。目標転回角と演算転回角が一致していなければ(NO)、S1105で演算転回角と目標転回角を比較する。演算転回角が目標転回角より大きければ(YES)、S1106で左に転回させ、演算転回角が目標転回角より小さければ(NO)、S1107で右に転回させる。S1106、S1107で転回させると、コントローラ(7)は、S1108でモータ角センサ(10)の信号より、演算転回角を算出し、フィードバック制御を行う。そして、目標転回角と演算転回角が一致すると(YES)、S1104でアクチュエータの駆動を停止する。 In S1101, the control turning angle is added to the calculated turning angle to calculate the target turning angle. The controller (7) performs clip processing so as to be within the range of the target turning angle set in advance in S1102. In S1103, it is checked whether the target turning angle and the calculated turning angle are the same. If the target turning angle and the calculated turning angle do not match (NO), the calculated turning angle and the target turning angle are compared in S1105. If the calculated turning angle is larger than the target turning angle (YES), it is turned to the left in S1106, and if the calculated turning angle is smaller than the target turning angle (NO), it is turned to the right in S1107. When the rotation is performed in S1106 and S1107, the controller (7) calculates the calculated rotation angle from the signal of the motor angle sensor (10) in S1108 and performs feedback control. If the target turning angle matches the calculated turning angle (YES), the actuator driving is stopped in S1104.
以上のように、船外機自体の転回角を検出する代わりに、アクチュエータの駆動に基づき転回角に代用する方法であっても同様な効果を奏することができる。この発明は、前記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組合せを含むことは云うまでもない。操船者の指示である舵輪センサ信号から制御用の転回角を算出する制御角演算装置(3)と、この制御転回角と転回角センサとの差異に応じてアクチュエータを駆動するコントローラ(7)を分離して記載したが、これら手段を1つの制御装置として構成することも可能である。また、制御転回角に閾値を設けてハンドルの遊びを設定する処理は、センサの正常、異常に関係なく、どの実施の形態に対しても有効である。 As described above, a similar effect can be obtained even by a method of substituting the turning angle based on the driving of the actuator instead of detecting the turning angle of the outboard motor itself. The present invention is not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that possible combinations of these embodiments are included. A control angle calculation device (3) that calculates a turning angle for control from a steering wheel sensor signal that is an instruction of a marine vessel operator, and a controller (7) that drives an actuator according to the difference between the control turning angle and the turning angle sensor. Although described separately, these means may be configured as one control device. Further, the process of setting the play of the handle by setting a threshold value for the control turning angle is effective for any embodiment regardless of whether the sensor is normal or abnormal.
この発明の操舵装置において、転回角センサ異常を検出した場合、非同調制御を中止し同調制御に変更することもできる、また、この異常が回復したと判断した場合は、通常の制御に戻すことは容易である。 In the steering device of the present invention, when a turning angle sensor abnormality is detected, non-synchronous control can be stopped and changed to synchronous control. When it is determined that this abnormality has been recovered, normal control is restored. Is easy.
この発明の操舵装置は、転回角センサの異常を検出した場合であっても船外機を操船者の意思に沿った転回駆動を行うことができ、操船し続けることが可能である。また船外機・転回角センサの個数に関係なく、転回駆動を継続できる。 The steering device of the present invention can drive the outboard motor in accordance with the intention of the operator, and can continue to operate the boat even when an abnormality of the turning angle sensor is detected. In addition, the turning drive can be continued regardless of the number of outboard motors and turning angle sensors.
この発明の操舵装置において、転回角センサは実施の形態5のようなモータ角センサでもよく、転回角センサはアクチュエータの位置が分かるようなセンサであれば、すべての実施の形態が実現可能であることは言うまでもない。 In the steering apparatus of the present invention, the turning angle sensor may be a motor angle sensor as in the fifth embodiment, and all the embodiments can be realized as long as the turning angle sensor can detect the position of the actuator. Needless to say.
1 ハンドル、2 舵輪センサ、3 制御角演算装置、4 船外機、5 アクチュエータ、6 転回角センサ、7 コントローラ、8 制御装置 1 steering wheel, 2 steering wheel sensor, 3 control angle calculation device, 4 outboard motor, 5 actuator, 6 turning angle sensor, 7 controller, 8 control device
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