JP7141253B2 - 船舶推進装置の転舵装置 - Google Patents
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Description
この発明の第2の局面による船舶推進装置の転舵装置は、船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、電動アクチュエータによる転舵速度と転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域外の場合には、要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内に入るように、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の要求転舵速度および要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内の場合には、ステアリングホイールの回動角度に応じた目標転舵角を設定し、設定された目標転舵角に応じて電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、制御部は、要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内に入るように、要求転舵トルクを調整せずに要求転舵速度を調整するように構成されている。
この第2の局面による船舶推進装置の転舵装置では、上記第1の局面と同様に、電動アクチュエータにかかる負荷が過度に大きくなるのを抑制しつつ、転舵可能な範囲を十分に活用することができる。また、調整された要求転舵速度と要求転舵トルクとから目標転舵角を設定する場合と比べて、船舶推進装置の転舵装置の転舵性能を十分に発揮させることができる。また、転舵角の変化率である要求転舵速度を調整することによって、要求転舵トルクを調整する場合と比べて目標転舵角をより適切に設定することができる。これにより、電動アクチュエータを適切に駆動制御させることができる。
上記第2の局面による船舶推進装置の転舵装置において、好ましくは、制御部は、要求転舵速度を調整した際に要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内に入らない場合には、要求転舵速度および要求転舵トルクの両方を調整するように構成されている。このように構成すれば、出力領域内に入るように要求転舵速度と要求転舵トルクとをより確実に調整することができる。
この発明の第3の局面による船舶推進装置の転舵装置は、船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、電動アクチュエータによる転舵速度と転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域外の場合には、要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内に入るように、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の要求転舵速度および要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内の場合には、ステアリングホイールの回動角度に応じた目標転舵角を設定し、設定された目標転舵角に応じて電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、記憶部には、電動アクチュエータによる転舵速度と転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を示すマップが記憶されており、記憶部には、出力領域が各々異なる複数のマップが記憶されており、制御部は、電動アクチュエータの使用可能電流に応じてマップを選択するように構成されている。
この第3の局面による船舶推進装置の転舵装置では、上記第1の局面と同様に、電動アクチュエータにかかる負荷が過度に大きくなるのを抑制しつつ、転舵可能な範囲を十分に活用することができる。また、調整された要求転舵速度と要求転舵トルクとから目標転舵角を設定する場合と比べて、船舶推進装置の転舵装置の転舵性能を十分に発揮させることができる。また、制御部は、マップを参照することによって、複雑な演算を行うことなく要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を容易に調整することができる。これにより、制御部の負担を軽減することができる。また、制御部は、電動アクチュエータの出力に影響を及ぼす電動アクチュエータの使用可能電流に合わせて参照するマップを変更することができる。これにより、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方をより正確に調整することができる。
上記第3の局面による船舶推進装置の転舵装置において、好ましくは、複数のマップには、通常マップと、通常マップよりも転舵速度に応じた転舵トルクの上限値が小さくなるように出力領域が補正された補正マップとが含まれており、制御部は、電動アクチュエータの使用可能電流が制限されていない場合には、通常マップを選択し、電動アクチュエータの使用可能電流が制限されている場合には、補正マップを選択するように構成されている。このように構成すれば、電動アクチュエータの出力が小さくなるように電動アクチュエータの使用可能電流が制限されている場合に、制御部は、転舵速度に応じた転舵トルクの上限値が小さくなるように出力領域が狭く補正された補正マップを用いる。これにより、制御部は、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を電動アクチュエータの状況に適合するように正確に調整することができる。
この発明の第4の局面による船舶推進装置の転舵装置は、船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、電動アクチュエータによる転舵速度と転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域外の場合には、要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内に入るように、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の要求転舵速度および要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した要求転舵速度と要求転舵トルクとが出力領域内の場合には、ステアリングホイールの回動角度に応じた目標転舵角を設定し、設定された目標転舵角に応じて電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、制御部は、電動アクチュエータの使用可能電流に基づいて、出力領域を更新するように構成されている。
この第4の局面による船舶推進装置の転舵装置では、上記第1の局面と同様に、電動アクチュエータにかかる負荷が過度に大きくなるのを抑制しつつ、転舵可能な範囲を十分に活用することができる。また、調整された要求転舵速度と要求転舵トルクとから目標転舵角を設定する場合と比べて、船舶推進装置の転舵装置の転舵性能を十分に発揮させることができる。また、
上記第4の局面による船舶推進装置の転舵装置において、好ましくは、制御部は、電動アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合に、電動アクチュエータの使用可能電流を制限するとともに、制限された使用可能電流に基づいて、出力領域を更新するように構成されている。このように構成すれば、制御部は、電動アクチュエータの使用可能電流を制限して電動アクチュエータの温度上昇を抑制する必要がある場合に、制限された使用可能電流に基づいて出力領域を更新することができる。これにより、制御部は、電動アクチュエータの温度上昇を抑制しつつ、要求転舵速度および要求転舵トルクの少なくとも一方を調整することができる。
図1を参照して、本発明の一実施形態による転舵装置1を備えた船舶100の構成について説明する。転舵装置1は、特許請求の範囲の「船舶推進装置の転舵装置」の一例である。
次に、図4~図11を参照して、船舶100の転舵制御について説明する。
一般的な船舶の転舵制御としては、ECUは、下記のような転舵制御を行う。ステアリングホイールが回動操作された際に、ECUは、船外機の船体に対する目標転舵角を設定する。ECUは、その設定された目標転舵角と船体の実際の舵角(実舵角)との角度差に基づいて電動舵きり部の電動モータにより発生する転舵トルクを演算する。ECUは、演算された転舵トルクに基づいて電動モータに流れる駆動電流の大きさを演算して、電動モータに電流を流す。この際、ECUは、デューティ制御により演算された駆動電流が発生するように制御する。この結果、電動モータが駆動されて、船舶の転舵(旋回)が行われる。
そこで、本実施形態の船舶100の転舵装置1では、ECU6は、下記のような転舵制御を行うように構成されている。ECU6は、ステアリングホイール4の回動角度(ステアリング回動角)θhに応じた要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrとを取得する。ECU6は、取得した要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrとが出力領域外の場合には、要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrとが出力領域内に入るように、要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrの少なくとも一方を調整して、調整後の要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrに応じて目標転舵角θsを設定する。ECU6は、設定された目標転舵角θsに応じて電動舵きり部5の電動モータ51を駆動制御する。この転舵制御は、ECU6により所定の時間間隔S(たとえば、約20m秒)毎に行われる。
ECU6は、記憶部7に記憶され、出力領域が示された性能マップ(転舵速度-転舵トルクマップ)を用いるように構成されている。具体的には、ECU6は、取得した要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrとが出力領域外か否かを判断する際と、要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrとが出力領域内に入るように、要求転舵速度ωrと要求転舵トルクTrの少なくとも一方を調整する際とに、性能マップを用いるように構成されている。
(転舵制御フロー)
次に、図13~図15を参照して、上記転舵制御に関する転舵制御フローについて説明する。なお、この制御フローの制御は、ECU6により、所定の時間間隔Sで継続的に行われる。
図14に示す目標転舵角設定制御フローでは、ステップS11において、性能マップの選択および設定(図15の性能マップ設定制御フロー)が行われる。ステップS12において、ステアリングホイール4の回動角度(ステアリング回動角)θhの変化量dθhが算出される。具体的には、操舵角センサ42により検知されたステアリング回動角θhから、記憶部7に記憶されている前回の転舵制御時のステアリング回動角θhbを減算する。これにより、ステアリング回動角θhの変化量dθh(=θh-θhb)が算出される。ステップS13において、ステアリング回動角θhの変化量dθhから目標転舵角θsの加算分dθsが算出される。具体的には、ステアリング回動角θhの変化量dθhに所定の定数k1が乗算されることによって、目標転舵角θsの加算分(増加度合)dθs(=dθh×k1)が算出される。
図15に示す性能マップ設定制御フローでは、ステップS31において、電動舵きり部5の電流センサ56により電流Iが検知される。ステップS32において、電流Iから電動モータ51の温度の上昇度合dtが推定される。具体的には、電流Iと所定の定数k2とを乗算した値に、記憶部7に記憶されている前回の転舵制御時の温度上昇度合dtbを加算する。これにより、電動モータ51の温度の上昇度合dt(=I×k2+dtb)が算出される。ステップS33において、電動舵きり部5の温度センサ55により電動モータ51の実際の温度(モータ温度tm)が検知される。ステップS34において、モータ温度tmに温度上昇度合dtが加算されることによって、温度上昇後の電動モータ51の推定モータ温度t(=tm+dt)が算出される。
上記制御フローに基づいて制御を行った場合の結果について図16、図17、図20および図21に示す。一方、上記制御フローに基づいて制御を行わない場合の制御結果について比較例として図18および図19に示す。図16および図17には、要求転舵速度と要求転舵トルクとが電動舵きり部の電動モータの出力領域内である場合(調整不要時)を示す。この場合、目標の転舵速度(図16の点線)と実際の転舵速度(図16の実線)との差、および、目標の転舵トルク(図17の点線)と実際の転舵トルク(図17の実線)との差は、共にほとんど生じなかった。
上記実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
3 船外機(船舶推進装置)
4 ステアリングホイール
5 電動舵きり部(電動アクチュエータ)
6 ECU(制御部)
7 記憶部
Tr 要求転舵トルク
θs 目標転舵角
ωr 要求転舵速度
Claims (9)
- 船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータによる転舵速度と前記転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、
ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域外の場合には、前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入るように、前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内の場合には、前記ステアリングホイールの回動角度に応じた前記目標転舵角を設定し、設定された前記目標転舵角に応じて前記電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、所定の時間間隔により、前記目標転舵角の設定を更新するように構成されている、船舶推進装置の転舵装置。 - 前記制御部は、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域外の場合には、調整後の前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクに応じて、前記所定の時間間隔における前記目標転舵角の増加度合を抑制した状態で、前記目標転舵角の設定を更新するように構成されている、請求項1に記載の船舶推進装置の転舵装置。
- 前記制御部は、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内の場合に、前記目標転舵角の増加度合が前記ステアリングホイールの回動角度の変化度合に比例するように前記目標転舵角を設定するように構成されている、請求項1または2に記載の船舶推進装置の転舵装置。
- 船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータによる転舵速度と前記転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、
ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域外の場合には、前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入るように、前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内の場合には、前記ステアリングホイールの回動角度に応じた前記目標転舵角を設定し、設定された前記目標転舵角に応じて前記電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入るように、前記要求転舵トルクを調整せずに前記要求転舵速度を調整するように構成されている、船舶推進装置の転舵装置。 - 前記制御部は、前記要求転舵速度を調整した際に前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入らない場合には、前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクの両方を調整するように構成されている、請求項4に記載の船舶推進装置の転舵装置。
- 船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータによる転舵速度と前記転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、
ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域外の場合には、前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入るように、前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内の場合には、前記ステアリングホイールの回動角度に応じた前記目標転舵角を設定し、設定された前記目標転舵角に応じて前記電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、
前記記憶部には、前記電動アクチュエータによる前記転舵速度と前記転舵トルクとに基づいて設定される前記出力領域を示すマップが記憶されており、
前記記憶部には、前記出力領域が各々異なる複数の前記マップが記憶されており、
前記制御部は、前記電動アクチュエータの使用可能電流に応じて前記マップを選択するように構成されている、船舶推進装置の転舵装置。 - 複数の前記マップには、通常マップと、前記通常マップよりも前記転舵速度に応じた前記転舵トルクの上限値が小さくなるように前記出力領域が補正された補正マップとが含まれており、
前記制御部は、前記電動アクチュエータの使用可能電流が制限されていない場合には、前記通常マップを選択し、前記電動アクチュエータの使用可能電流が制限されている場合には、前記補正マップを選択するように構成されている、請求項6に記載の船舶推進装置の転舵装置。 - 船舶推進装置の推力の向きを変更可能な電動アクチュエータと、
前記電動アクチュエータによる転舵速度と前記転舵速度に応じた転舵トルクとに基づいて設定される出力領域を記憶する記憶部と、
ステアリングホイールの回動角度に応じた要求転舵速度と要求転舵トルクとを取得し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域外の場合には、前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内に入るように、前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクの少なくとも一方を調整して、調整後の前記要求転舵速度および前記要求転舵トルクに応じて目標転舵角を設定し、取得した前記要求転舵速度と前記要求転舵トルクとが前記出力領域内の場合には、前記ステアリングホイールの回動角度に応じた前記目標転舵角を設定し、設定された前記目標転舵角に応じて前記電動アクチュエータを駆動制御するように構成された制御部と、を備え、
前記制御部は、前記電動アクチュエータの使用可能電流に基づいて、前記出力領域を更新するように構成されている、船舶推進装置の転舵装置。 - 前記制御部は、前記電動アクチュエータの温度が所定の温度以上である場合に、前記電動アクチュエータの使用可能電流を制限するとともに、制限された前記使用可能電流に基づいて、前記出力領域を更新するように構成されている、請求項8に記載の船舶推進装置の転舵装置。
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