船舶用操舵装置及び船舶
【課題】船舶の走行状態に応じて、常に効率よく、且つ、操作感が良好に転舵できる船舶を提供する。
【解決手段】ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、船外機１２の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、電動モータの状態を検出する電動モータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択するＥＣＵ３３を有する船舶用操舵装置。
【解決手段】ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、船外機１２の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、電動モータの状態を検出する電動モータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択するＥＣＵ３３を有する船舶用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハンドルの操作により電動アクチュエータが駆動されて転舵される船舶用操舵装置及び、この操舵装置が設けられた船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からこの種の船舶としては、特許文献１に記載されたようなものがある。
【０００３】
すなわち、この特許文献１には、「ハンドル操作により舵取装置の電動アクチュエータが駆動され、ハンドル操作量に対応して操舵されると共に、船に作用する外力が検出され、この検出された外力に基づいてハンドルに対し、反トルクが付与される。従って、操船者は、水流などによって船に加えられる外力をハンドルを通して感じることができ、この外力に対応する船の動きを認識して迅速に対応することができる。」旨記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２５４８４８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のものにあっては、船に作用する外力に基づいてハンドルに対し、反トルクが付与され、操船者は、水流などによって船に加えられる外力をハンドルを通して感じることができ、この外力に対応する船の動きを認識して迅速に対応することができるようになっているが、船に対する外力が小さい状況では、ハンドル操作を軽くできるため、転舵に必要な出力（転舵トルク）が大きい場合に、ハンドル操作速度が速いと、ステアリングモータ（電動アクチュエータ）の出力が追いつかない。
【０００５】
ちなみに、転舵に必要な転舵トルク特性（必要転舵力特性）は、図１２に示すように、船舶の特性、転舵角、操舵速度等により、必要転舵力特性線Ａ１に示す状態から必要転舵力特性線Ａ２に示す状態まで変化する場合があり、かかる場合に、必要転舵力がモータ能力を超えてしまう。
【０００６】
また、モータ特性は、図１３に示すように、温度条件などの環境によって変化し、例えば、高温になると、モータ特性線Ｂ１（図中実線）に示す状態からモータ特性線Ｂ２（図中破線）に示す状態まで変化する場合があり、かかる場合に、必要転舵力がモータ能力を超えてしまい、応答性を損なう虞がある。
【０００７】
そこで、この発明は、船舶の走行状態に応じて、常に効率よく、且つ、操作感が良好に転舵できる船舶用転舵装置及び船舶を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵取り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルとを備えた船舶用操舵装置において、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有する船舶用転舵装置としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記制御手段には、前記ハンドルに対する反力を制御する反力アクチュエータ制御手段と、前記限度転舵角を制御する転舵角制御手段と、前記推力を制御する推力制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記操舵状態検出手段が検出した操舵状態と、前記走行状態検出手段が検出した走行状態と、前記船舶推進装置状態認識手段が認識した船舶推進装置状態と、前記モータ検出手段が検出したモータ特性状態とに基づいて、前記制御手段にて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記操舵状態検出手段には、前記ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角位置と舵の回転角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の構成に加え、前記走行状態検出手段には、前記船舶の喫水位置、重量の少なくとも一つを検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力の少なくとも一つを検出する速度検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記船舶推進装置状態認識手段には、前記船舶推進装置の搭載数、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の構成に加え、前記電動アクチュエータ状態検出手段には、前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動している電動アクチュエータの数を検出する駆動数検出手段との少なくとも一つの手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用操舵装置が配設された船舶としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記各発明によれば、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有する船舶用操舵装置としたため、船舶の走行状態に応じて、常に効率よく、且つ、操作感が良好に転舵できる船舶用転舵装置及び船舶を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１乃至図１１には、この発明の実施の形態を示す。
【００１９】
まず構成を説明すると、この実施の形態の船舶は、図１に示すように、船体１０の船尾板１１に「船舶推進装置」としての船外機１２がクランプブラケット１３を介して取り付けられ、この船外機１２は、上下方向に沿うスイベル軸（操舵ピボット軸）１４廻りに回転可能となっており、この船外機１２が回動されることで舵の役割を果たし、船舶の推進方向が変えられるようになっている。
【００２０】
このスイベル軸１４の上端部には、ステアリングブラケット１５が固定され、このステアリングブラケット１５の前端部１５ａに舵切り装置１６が連結され、この舵切り装置１６が、操船席に配設されたハンドル１７により操作されて駆動されるようになっている。
【００２１】
その舵切り装置１６は、図２に示すように、「電動アクチュエータ」としての例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータ２０を有し、この電動モータ２０が、船幅方向に配設されたネジ棒２１に装着され、このネジ棒２１に沿って船幅方向に移動するように構成されている。
【００２２】
そのネジ棒２１は、両端部が左右一対の支持部材２２に支持され、これら支持部材２２は、チルト軸２３に支持されている。
【００２３】
そして、その電動モータ２０には、連結ブラケット２４が後方に向けて突設され、この連結ブラケット２４とステアリングブラケット１５とが連結ピン２５を介して連結されている。
【００２４】
これにより、電動モータ２０が駆動して、ネジ棒２１に対して船幅方向に移動することにより、連結ブラケット２４及びステアリングブラケット１５を介して船外機１２が、スイベル軸１４を中心として回動するように構成されている。
【００２５】
一方、ハンドル１７は、図１に示すように、ハンドル軸２６に固定され、このハンドル軸２６の基端部にハンドル制御部２７が設けられ、このハンドル制御部２７には、ハンドル１７の操舵角を検出するハンドル操舵角センサ２８及び、ハンドル１７の操作時にこのハンドル１７に対して所望の反力を付与する反力モータ２９が設けられている。
【００２６】
このハンドル制御部２７が、信号ケーブル３０を介して「制御手段」としての制御装置（ＥＣＵ）３３に接続され、この制御装置３３が舵切り装置１６の電動モータ２０に接続され、この制御装置３３にハンドル操舵角センサ２８からの信号が入力され、この制御装置３３にて電動モータ２０が制御駆動されると共に、この制御装置３３にて反力モータ２９及び船外機１２のエンジンが制御されるように構成されている。
【００２７】
そして、この制御装置３３には、図４に示すように、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段３８と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段３９と、船外機１２の搭載数等の状態を認識する「船舶推進装置状態認識手段」としての船外機状態認識手段４０と、電動モータ２０の状態を検出する「電動アクチュエータ状態検出手段」としての電動モータ状態検出手段４１とを有している。また、これら手段３８…からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段３７を有し、算出された転舵力特性に基づいて、ハンドル１７に対する反力を制御する「反力アクチュエータ制御手段」である反力モータ制御手段４２と、限度転舵角を小さくする転舵角制御手段４３と、推力を制御する推力制御手段４４と、駆動する電動モータ２０を選択する選択制御手段５６とを有している。
【００２８】
その操舵状態検出手段３８には、図３に示す、転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段４６と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段５５と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段４７と、図４に示す、ハンドル操作に従った目標転舵角と検出された実転舵角との偏差（転舵角度偏差）を検出する偏差検出手段４５とが接続されている。その操舵検出手段４７に設けられた前記ハンドル操舵角センサ２８により、操舵角度が検出されるようになっている。
【００２９】
また、その走行状態検出手段３９には、図３に示す、船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段４８と、船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段４９と、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力を検出する速度検出手段５０と、ＰＴＴ作動状態を検出するＰＴＴ作動状態検出手段（図示省略）と、が接続されている。
【００３０】
さらに、船外機状態認識手段４０には、船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向及びプロペラサイズ、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状等の情報を記憶した操舵記憶手段５１が接続されている。勿論、操舵記憶手段５１はＥＣＵ３３に内蔵されていても良い。
【００３１】
さらにまた、電動モータ状態検出手段４１には、電動モータ２０の温度を検出する温度検出手段５２と、複数の船外機１２を搭載する場合等、複数の電動モータ２０が設けられ、これら電動モータ２０のうち駆動している電動モータ２０の数や、何れの電動モータ２０が駆動しているか検出する駆動数検出手段５３とが接続されている。
【００３２】
次に、作用について説明する。
【００３３】
まず、操船者にてハンドル１７が任意の方向に任意の角度回転されると、操舵検出手段４７のハンドル操舵角センサ２８からＥＣＵ３３に信号が送られて、操舵状態検出手段３８により、目標転舵角が検知され、該目標転舵角と舵の実角度との偏差（目標制御偏差）が演算される。
【００３４】
そして、図５中、ステップＳ１０で、操舵状態検出手段３８により、操舵状態が検知される。操舵状態とは、ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力、舵（船外機１２）に作用している負荷、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵（船外機１２）の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向、前述の偏差等の状態を言う。
【００３５】
ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力は転舵力検出手段４６により検出され、舵に作用している負荷は負荷検出手段５５により検出され、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向が操舵検出手段４７により検出され、これら検知信号が操舵状態検出手段３８に送信されて、操舵状態が検知される。
【００３６】
また、ステップＳ１１で、走行状態検出手段３９により、走行状態が検知される。走行状態とは、船舶の喫水位置、重量、トリム角、船舶の速度、加速度、減速度、推力、船外機１２の出力等の状態を言う。
【００３７】
さらに、その船舶の喫水位置、重量は重量検出手段４８により検出され、船舶のトリム角はトリム角検出手段４９により検出され、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力は速度検出手段５０により検出され、これら検知信号が走行状態検出手段３９に送信されて、走行状態が検知される。
【００３８】
さらにまた、ステップＳ１２で、船外機状態認識手段４０により、船外機１２の状態が認識される。船外機１２の状態とは、船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向、プロペラサイズ、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状等の状態を言う。
【００３９】
その船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向等の情報は、操舵記憶手段５１に記憶され、この情報が読み出され、この情報が船外機状態認識手段４０に送信されて、船外機１２の状態が認識される。
【００４０】
次いで、ステップＳ１３で、電動モータ状態検出手段４１により、電動モータ２０の状態が検知される。電動モータ２０の状態とは、電動モータ２０の出力特性に影響を与える要因の状態であり、電動モータ２０の温度や電圧、駆動している電動モータ２０の数、又は、何れの駆動モータ２０が駆動しているか等の状態を言う。
【００４１】
この電動モータ２０の温度は温度検出手段５２により検出され、駆動している電動モータ２０の数や何れの駆動モータ２０が駆動しているかについては駆動数検出手段５３により検出され、これら検知信号が電動モータ状態検出手段４１に送信されて、電動モータ２０の状態が検知される。
【００４２】
これら検知値に基づいて、ステップＳ１４では、電動モータ状態検出手段４１からの信号により、電動モータ２０にて転舵する場合の能力が算出されると共に、ステップＳ１５では、操舵状態検出手段３８や走行状態検出手段３９等からの信号により、転舵力特性算出手段３７にて転舵力特性が算出される。
【００４３】
そして、ステップＳ１６で、転舵荷重制御の要否が判定手段５４により判定される。すなわち、この判定手段５４では、ステップＳ１６で、ステップＳ１４で算出された電動モータ２０の転舵能力が、ステップＳ１５で算出された転舵に必要な転舵力特性を満足していると判定された場合には、制御が不要なため「ＮＯ」となり、ステップＳ１７へ進み、転舵駆動が行われてステップＳ１０に戻る。
【００４４】
一方、反対に、ステップＳ１６で、ステップＳ１４で算出された電動モータ２０の転舵能力が、ステップＳ１５で算出された転舵に必要な転舵力特性を満足していないと判定された場合には、制御が必要なため「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１８へ進み、反力モータ２９、電動モータ２０及びエンジン等のモータ駆動設定が行われる。
【００４５】
そして、ステップＳ１９で反力モータ２９が駆動されて反力制御が行われ、ステップＳ２０で電動モータ２０の駆動長さが制御されて舵角制御が行われ、ステップＳ２１で船外機１２のエンジンの推力制御が行われ、更に、ステップＳ２２で駆動する電動モータ２０を選択する制御が行われ、ステップＳ１７へ進み、転舵駆動が行われてステップＳ１０に戻る。
【００４６】
これにより、操船者は、操船するに当たり、船舶の走行状態等に応じて、反力制御、舵角制御、推力制御及び電動モータ２０の選択制御が行われるため、電動モータ２０が常に効率よく駆動され、且つ、操船者は操作感が良好に転舵できる。
【００４７】
より詳しくは、
【００４８】
（１）操舵状態に応じた制御は、操舵速度が速い程、又、操舵角が大きい程、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００４９】
通常のハンドル１７と船外機１２とが機械的ケーブルで連結されているものでは、操舵速度が速い程、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５０】
すなわち、図６に示すように、転舵力と舵角との関係が（ｂ）に示すように舵角が大きくなると転舵力が大きくなるような比例関係にある場合、又、転舵力と転舵速度との関係が（ｃ）に示すように転舵速度が大きくなると転舵力が大きくなるような比例関係にある場合において、転舵速度と転舵力との関係が（ａ）に示すように、転舵能力特性線が破線に示すように設定されている場合には、舵角が値ａ１で、転舵能力特性線の範囲内であるときには、ハンドル１７の反力を現状より大きくする必要がなく、転舵応答性を確保することができる。
【００５１】
一方、転舵速度が値ｂ１で、転舵能力特性線の範囲外であるときには、ハンドル１７の反力を大きくすることにより、図６（ａ）中値ｂ２に示すように、転舵能力特性線の範囲内とすることにより、転舵応答性を確保することができる。
【００５２】
つまり、図７（ａ）に示すように反力値をｄ１からｄ２まで大きくすると、ハンドル１７の操作速度がｄ１からｄ２まで遅くなり、これにより、図７（ｂ）に示すように操作速度がｅ１からｅ２まで減速されることとなる。
【００５３】
その結果、図７（ｃ）に示すように、反力を制御しない従前の状態では、ハンドル１７操作は、図中破線に示すように時間ｔに対して操作角（舵角）が急激に変化していたが、上述のように反力を大きくすることにより、図中実線に示すように、時間ｔに対する操舵角（舵角）の変化がなだらかになる。
【００５４】
（２）走行状態に応じた制御は、船舶が高速で航行している時、船舶が重い時、トリムイン状態、加減速時等における走行時には、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００５５】
通常のハンドル１７と船外機１２とが機械的ケーブルで連結されているものでは、船舶が高速で航行している時、船舶が重い時、トリムイン状態、加減速時等における走行時には、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５６】
（３）船外機１２の状態に応じた制御は、船外機１２の搭載数が多い時、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。また、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向により、一方向にプロペラ反力が発生する場合には、この反力に抗する方向に転舵するときには、反対側に転舵する場合に比較して、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００５７】
通常のハンドル１７と船外機１２とがケーブルで連結されているものでは、図３に示すように、プロペラ反力を受ける方向と反対方向の操舵動作時は、プロペラ反力を受ける方向に転舵する場合より、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５８】
船外機１２の搭載位置については、複数の船外機１２を搭載し、実際にはそのうちの一部の船外機１２のみで走行している場合、又は、それぞれの船外機１２のトリム状態が異なる場合（ロワーの水没深さが異なる場合）には、左への転舵と右への転舵の荷重特性が異なる。従って、船外機１２の搭載位置に応じて、又は、トリム角の差に応じて転舵時の反力、限度転舵角及び推力を補正する。例えば、トリム角の小さい船外機１２を搭載している側に転舵する場合、転舵した後にハンドル１７を戻すときの反力を大きくする。
【００５９】
なお、図８には２機掛け、図９には３機掛けの状態を示す。図８（ａ）では図中実線に示すように２機とも駆動状態、図８（ｂ）では中実線に示すように１機が駆動状態、図８（ｃ）では２機の内、１機の破線に示す舵切り装置１６が故障している状態を示す。図９（ａ）では図中実線に示すように３機とも駆動状態、図９（ｂ）では３機の内、図中実線に示す両側の２機（Ｓ機，Ｐ機）が駆動状態、図９（ｃ）では３機の内、図中実線に示す中央の１機（Ｃ機）が駆動している状態を示す。
【００６０】
（４）モータ状態に応じた制御は、モータ温度が高くなる程、前述の図１３中破線に示すモータ特性を示すようになるため、トルクが出難くくなることから、電動モータ２０の能力の限界を超えないようにすべく、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００６１】
また、電動モータ２０を複数用いている場合において、これらの中で駆動できるモータ数が少ない程、反力を大きく、限度転舵角を小さく、推力を小さくして、電動モータ２０の能力の限界を超えないようにしている。
【００６２】
このように、かかる船舶では、船外機１２の転舵は、電動モータ２０で行うようにしているため、ハンドル１７操作を軽くできるが、例えば舵を切り過ぎると、切る時よりも、戻す時の方が大きな荷重を必要とすることから、電動モータ２０の出力が追いつかず、転舵動作の操作感を悪くする虞がある。しかし、ここでは、電動モータ２０のモータ特性に応じて、反力を大きく、限度転舵角を小さく、推力を小さくして、舵を戻すときでも、このモータ特性の限度を越えないようにしている。
【００６３】
これにより、舵を戻すときでも、電動モータ２０の出力の範囲内で、船外機１２を転舵できるため、転舵動作の操作感を悪くすることがない。
【００６４】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、走行状態や電動モータ状態等の、例えば、船速、トリム角、重量、加速度、減速度、推力等が大きくなると、転舵角と転舵力との関係が、図中実線に示す特性から図中破線に示すような特性に変化する。これにより、実線に示す特性の位置ａ１と同じ転舵角の場合には、破線に示す特性の位置ａ２のように転舵力が大きくなり、実線に示す特性の位置ａ１と同じ転舵力の場合には、破線に示す特性の位置ａ３のように転舵角が小さくなる。
【００６５】
このように転舵力等が大きくなると、限度転蛇角が大きい場合には、転舵力と転舵速度との関係を示す図１０（ａ）中、特性線Ｂ１に示す位置ｂ１のように、電動モータ２０の能力特性線Ｃの外側に外れてしまう場合がある。かかる場合に本発明のように限度転蛇角を小さく制御することにより、特性線Ｂ２のように変化させることで、位置ｂ２に示すように、転舵速度が位置ｂ１と同じで、転舵力が小さくなり、能力特性線Ｃの範囲内に収まるため、電動モータ２０の出力の範囲内で、船外機１２を転舵できるため、転舵動作に応答遅れが生じることがない。
【００６６】
一方、電動モータ２０の選択制御は、各電動モータ２０の状態に応じて算出すると同時に、各電動モータ２０のうち駆動可能な電動モータ２０から複数を選択した場合の転舵力特性を算出する。そして、転舵能力が必要転舵力特性を上回るように駆動する電動モータ２０と数を選択する。例えば電動モータＡの転舵能力が図１１（ａ）中特性線ａに、電動モータＡ＋Ｂの転舵能力が図１１（ｂ）中特性線ｂに、電動モータＡ＋Ｂ＋Ｃの転舵能力が図１１（ｃ）中特性線ｃに示すように算出され、必要転舵力特性が図１１（ｄ）中特性線ｄに示すように算出された場合、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す転舵力特性と、図１１（ｄ）に示す必要転舵力特性とを比較することにより、ここでは、転舵力特性が必要転舵力特性を上回るように、図１１（ｃ）中特性線ｃ、つまり、電動モータＡ＋Ｂ＋Ｃが駆動するように制御する。
【００６７】
なお、上記実施の形態では、「船舶推進装置」について船外機１２を適用したが、これに限らず、船内外機でも良いことは勿論である。また、上記実施の形態では、操舵状態検出手段３８、走行状態検出手段３９、船外機状態認識手段４０及び電動モータ状態検出手段４１を有しているが、これら手段の少なくとも一つを備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】この発明の実施の形態に係る船舶の平面図である。
【図２】同実施の形態に係る船舶の舵取り装置の拡大平面図である。
【図３】同実施の形態に係る船舶のブロック図である。
【図４】同実施の形態に係るＥＣＵを示すブロック図である。
【図５】同実施の形態に係る反力制御のフローチャート図である。
【図６】同実施の形態に係る転舵状態による反力制御の状態を示すグラフ図である。
【図７】同実施の形態に係る反力制御の効果を示すグラフ図である。
【図８】同実施の形態に係る船外機が２機掛けの状態を示す模式図である。
【図９】同実施の形態に係る船外機が３機掛けの状態を示す模式図である。
【図１０】同実施の形態に係るグラフ図を示し、（ａ）は転舵速度と転舵力との関係を示し、（ｂ）は転舵力と転舵角との関係を示す。
【図１１】同実施の形態に係るグラフ図を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ）は転舵能力の算出結果における転舵速度と転舵力との関係を示し、（ｄ）は電動モータの選択における転舵速度と転舵力との関係を示す。
【図１２】転舵トルクと転舵速度との関係を示す必要転舵力特性のグラフ図である。
【図１３】電動モータの発生トルクと回転速度との関係を示すモータ特性のグラフ図である。
【符号の説明】
【００６９】
10 船体
12 船外機（船舶推進装置）
16 舵切り装置
17 ハンドル
20 電動モータ
28 ハンドル操舵角センサ
29 反力モータ
33 ＥＣＵ（制御装置）
38 操舵状態検出手段
37 転舵力特性算出手段
39 走行状態検出手段
40 船外機状態認識手段（船舶推進装置状態認識手段）
41 電動モータ状態検出手段（電動アクチュエータ状態検出手段）
42 反力モータ制御手段
43 転舵角制御手段
44 推力制御手段
45 偏差検出手段
46 転舵力検出手段
47 操舵検出手段
48 重量検出手段
49 トリム角検出手段
50 速度検出手段
51 操舵記憶手段
52 温度検出手段
53 駆動数検出手段
54 判定手段
55 負荷検出手段
56 選択制御手段
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ハンドルの操作により電動アクチュエータが駆動されて転舵される船舶用操舵装置及び、この操舵装置が設けられた船舶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からこの種の船舶としては、特許文献１に記載されたようなものがある。
【０００３】
すなわち、この特許文献１には、「ハンドル操作により舵取装置の電動アクチュエータが駆動され、ハンドル操作量に対応して操舵されると共に、船に作用する外力が検出され、この検出された外力に基づいてハンドルに対し、反トルクが付与される。従って、操船者は、水流などによって船に加えられる外力をハンドルを通して感じることができ、この外力に対応する船の動きを認識して迅速に対応することができる。」旨記載されている。
【特許文献１】特開２００５−２５４８４８号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような従来のものにあっては、船に作用する外力に基づいてハンドルに対し、反トルクが付与され、操船者は、水流などによって船に加えられる外力をハンドルを通して感じることができ、この外力に対応する船の動きを認識して迅速に対応することができるようになっているが、船に対する外力が小さい状況では、ハンドル操作を軽くできるため、転舵に必要な出力（転舵トルク）が大きい場合に、ハンドル操作速度が速いと、ステアリングモータ（電動アクチュエータ）の出力が追いつかない。
【０００５】
ちなみに、転舵に必要な転舵トルク特性（必要転舵力特性）は、図１２に示すように、船舶の特性、転舵角、操舵速度等により、必要転舵力特性線Ａ１に示す状態から必要転舵力特性線Ａ２に示す状態まで変化する場合があり、かかる場合に、必要転舵力がモータ能力を超えてしまう。
【０００６】
また、モータ特性は、図１３に示すように、温度条件などの環境によって変化し、例えば、高温になると、モータ特性線Ｂ１（図中実線）に示す状態からモータ特性線Ｂ２（図中破線）に示す状態まで変化する場合があり、かかる場合に、必要転舵力がモータ能力を超えてしまい、応答性を損なう虞がある。
【０００７】
そこで、この発明は、船舶の走行状態に応じて、常に効率よく、且つ、操作感が良好に転舵できる船舶用転舵装置及び船舶を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵取り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルとを備えた船舶用操舵装置において、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有する船舶用転舵装置としたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記制御手段には、前記ハンドルに対する反力を制御する反力アクチュエータ制御手段と、前記限度転舵角を制御する転舵角制御手段と、前記推力を制御する推力制御手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記操舵状態検出手段が検出した操舵状態と、前記走行状態検出手段が検出した走行状態と、前記船舶推進装置状態認識手段が認識した船舶推進装置状態と、前記モータ検出手段が検出したモータ特性状態とに基づいて、前記制御手段にて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力を制御することを特徴とする。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一つに記載の構成に加え、前記操舵状態検出手段には、前記ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角位置と舵の回転角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の構成に加え、前記走行状態検出手段には、前記船舶の喫水位置、重量の少なくとも一つを検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力の少なくとも一つを検出する速度検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一つに記載の構成に加え、前記船舶推進装置状態認識手段には、前記船舶推進装置の搭載数、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段を備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６の何れか一つに記載の構成に加え、前記電動アクチュエータ状態検出手段には、前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動している電動アクチュエータの数を検出する駆動数検出手段との少なくとも一つの手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用操舵装置が配設された船舶としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記各発明によれば、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有する船舶用操舵装置としたため、船舶の走行状態に応じて、常に効率よく、且つ、操作感が良好に転舵できる船舶用転舵装置及び船舶を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１８】
図１乃至図１１には、この発明の実施の形態を示す。
【００１９】
まず構成を説明すると、この実施の形態の船舶は、図１に示すように、船体１０の船尾板１１に「船舶推進装置」としての船外機１２がクランプブラケット１３を介して取り付けられ、この船外機１２は、上下方向に沿うスイベル軸（操舵ピボット軸）１４廻りに回転可能となっており、この船外機１２が回動されることで舵の役割を果たし、船舶の推進方向が変えられるようになっている。
【００２０】
このスイベル軸１４の上端部には、ステアリングブラケット１５が固定され、このステアリングブラケット１５の前端部１５ａに舵切り装置１６が連結され、この舵切り装置１６が、操船席に配設されたハンドル１７により操作されて駆動されるようになっている。
【００２１】
その舵切り装置１６は、図２に示すように、「電動アクチュエータ」としての例えばＤＤ（Direct Drive）型電動モータ２０を有し、この電動モータ２０が、船幅方向に配設されたネジ棒２１に装着され、このネジ棒２１に沿って船幅方向に移動するように構成されている。
【００２２】
そのネジ棒２１は、両端部が左右一対の支持部材２２に支持され、これら支持部材２２は、チルト軸２３に支持されている。
【００２３】
そして、その電動モータ２０には、連結ブラケット２４が後方に向けて突設され、この連結ブラケット２４とステアリングブラケット１５とが連結ピン２５を介して連結されている。
【００２４】
これにより、電動モータ２０が駆動して、ネジ棒２１に対して船幅方向に移動することにより、連結ブラケット２４及びステアリングブラケット１５を介して船外機１２が、スイベル軸１４を中心として回動するように構成されている。
【００２５】
一方、ハンドル１７は、図１に示すように、ハンドル軸２６に固定され、このハンドル軸２６の基端部にハンドル制御部２７が設けられ、このハンドル制御部２７には、ハンドル１７の操舵角を検出するハンドル操舵角センサ２８及び、ハンドル１７の操作時にこのハンドル１７に対して所望の反力を付与する反力モータ２９が設けられている。
【００２６】
このハンドル制御部２７が、信号ケーブル３０を介して「制御手段」としての制御装置（ＥＣＵ）３３に接続され、この制御装置３３が舵切り装置１６の電動モータ２０に接続され、この制御装置３３にハンドル操舵角センサ２８からの信号が入力され、この制御装置３３にて電動モータ２０が制御駆動されると共に、この制御装置３３にて反力モータ２９及び船外機１２のエンジンが制御されるように構成されている。
【００２７】
そして、この制御装置３３には、図４に示すように、ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段３８と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段３９と、船外機１２の搭載数等の状態を認識する「船舶推進装置状態認識手段」としての船外機状態認識手段４０と、電動モータ２０の状態を検出する「電動アクチュエータ状態検出手段」としての電動モータ状態検出手段４１とを有している。また、これら手段３８…からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段３７を有し、算出された転舵力特性に基づいて、ハンドル１７に対する反力を制御する「反力アクチュエータ制御手段」である反力モータ制御手段４２と、限度転舵角を小さくする転舵角制御手段４３と、推力を制御する推力制御手段４４と、駆動する電動モータ２０を選択する選択制御手段５６とを有している。
【００２８】
その操舵状態検出手段３８には、図３に示す、転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段４６と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段５５と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段４７と、図４に示す、ハンドル操作に従った目標転舵角と検出された実転舵角との偏差（転舵角度偏差）を検出する偏差検出手段４５とが接続されている。その操舵検出手段４７に設けられた前記ハンドル操舵角センサ２８により、操舵角度が検出されるようになっている。
【００２９】
また、その走行状態検出手段３９には、図３に示す、船舶の喫水位置、重量を検出する重量検出手段４８と、船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段４９と、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力を検出する速度検出手段５０と、ＰＴＴ作動状態を検出するＰＴＴ作動状態検出手段（図示省略）と、が接続されている。
【００３０】
さらに、船外機状態認識手段４０には、船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向及びプロペラサイズ、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状等の情報を記憶した操舵記憶手段５１が接続されている。勿論、操舵記憶手段５１はＥＣＵ３３に内蔵されていても良い。
【００３１】
さらにまた、電動モータ状態検出手段４１には、電動モータ２０の温度を検出する温度検出手段５２と、複数の船外機１２を搭載する場合等、複数の電動モータ２０が設けられ、これら電動モータ２０のうち駆動している電動モータ２０の数や、何れの電動モータ２０が駆動しているか検出する駆動数検出手段５３とが接続されている。
【００３２】
次に、作用について説明する。
【００３３】
まず、操船者にてハンドル１７が任意の方向に任意の角度回転されると、操舵検出手段４７のハンドル操舵角センサ２８からＥＣＵ３３に信号が送られて、操舵状態検出手段３８により、目標転舵角が検知され、該目標転舵角と舵の実角度との偏差（目標制御偏差）が演算される。
【００３４】
そして、図５中、ステップＳ１０で、操舵状態検出手段３８により、操舵状態が検知される。操舵状態とは、ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力、舵（船外機１２）に作用している負荷、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵（船外機１２）の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向、前述の偏差等の状態を言う。
【００３５】
ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力は転舵力検出手段４６により検出され、舵に作用している負荷は負荷検出手段５５により検出され、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向が操舵検出手段４７により検出され、これら検知信号が操舵状態検出手段３８に送信されて、操舵状態が検知される。
【００３６】
また、ステップＳ１１で、走行状態検出手段３９により、走行状態が検知される。走行状態とは、船舶の喫水位置、重量、トリム角、船舶の速度、加速度、減速度、推力、船外機１２の出力等の状態を言う。
【００３７】
さらに、その船舶の喫水位置、重量は重量検出手段４８により検出され、船舶のトリム角はトリム角検出手段４９により検出され、船舶の速度、加速度、推力、船外機１２の出力は速度検出手段５０により検出され、これら検知信号が走行状態検出手段３９に送信されて、走行状態が検知される。
【００３８】
さらにまた、ステップＳ１２で、船外機状態認識手段４０により、船外機１２の状態が認識される。船外機１２の状態とは、船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向、プロペラサイズ、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状等の状態を言う。
【００３９】
その船外機１２の搭載数、船外機１２の船舶に対する搭載位置、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向等の情報は、操舵記憶手段５１に記憶され、この情報が読み出され、この情報が船外機状態認識手段４０に送信されて、船外機１２の状態が認識される。
【００４０】
次いで、ステップＳ１３で、電動モータ状態検出手段４１により、電動モータ２０の状態が検知される。電動モータ２０の状態とは、電動モータ２０の出力特性に影響を与える要因の状態であり、電動モータ２０の温度や電圧、駆動している電動モータ２０の数、又は、何れの駆動モータ２０が駆動しているか等の状態を言う。
【００４１】
この電動モータ２０の温度は温度検出手段５２により検出され、駆動している電動モータ２０の数や何れの駆動モータ２０が駆動しているかについては駆動数検出手段５３により検出され、これら検知信号が電動モータ状態検出手段４１に送信されて、電動モータ２０の状態が検知される。
【００４２】
これら検知値に基づいて、ステップＳ１４では、電動モータ状態検出手段４１からの信号により、電動モータ２０にて転舵する場合の能力が算出されると共に、ステップＳ１５では、操舵状態検出手段３８や走行状態検出手段３９等からの信号により、転舵力特性算出手段３７にて転舵力特性が算出される。
【００４３】
そして、ステップＳ１６で、転舵荷重制御の要否が判定手段５４により判定される。すなわち、この判定手段５４では、ステップＳ１６で、ステップＳ１４で算出された電動モータ２０の転舵能力が、ステップＳ１５で算出された転舵に必要な転舵力特性を満足していると判定された場合には、制御が不要なため「ＮＯ」となり、ステップＳ１７へ進み、転舵駆動が行われてステップＳ１０に戻る。
【００４４】
一方、反対に、ステップＳ１６で、ステップＳ１４で算出された電動モータ２０の転舵能力が、ステップＳ１５で算出された転舵に必要な転舵力特性を満足していないと判定された場合には、制御が必要なため「ＹＥＳ」となり、ステップＳ１８へ進み、反力モータ２９、電動モータ２０及びエンジン等のモータ駆動設定が行われる。
【００４５】
そして、ステップＳ１９で反力モータ２９が駆動されて反力制御が行われ、ステップＳ２０で電動モータ２０の駆動長さが制御されて舵角制御が行われ、ステップＳ２１で船外機１２のエンジンの推力制御が行われ、更に、ステップＳ２２で駆動する電動モータ２０を選択する制御が行われ、ステップＳ１７へ進み、転舵駆動が行われてステップＳ１０に戻る。
【００４６】
これにより、操船者は、操船するに当たり、船舶の走行状態等に応じて、反力制御、舵角制御、推力制御及び電動モータ２０の選択制御が行われるため、電動モータ２０が常に効率よく駆動され、且つ、操船者は操作感が良好に転舵できる。
【００４７】
より詳しくは、
【００４８】
（１）操舵状態に応じた制御は、操舵速度が速い程、又、操舵角が大きい程、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００４９】
通常のハンドル１７と船外機１２とが機械的ケーブルで連結されているものでは、操舵速度が速い程、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５０】
すなわち、図６に示すように、転舵力と舵角との関係が（ｂ）に示すように舵角が大きくなると転舵力が大きくなるような比例関係にある場合、又、転舵力と転舵速度との関係が（ｃ）に示すように転舵速度が大きくなると転舵力が大きくなるような比例関係にある場合において、転舵速度と転舵力との関係が（ａ）に示すように、転舵能力特性線が破線に示すように設定されている場合には、舵角が値ａ１で、転舵能力特性線の範囲内であるときには、ハンドル１７の反力を現状より大きくする必要がなく、転舵応答性を確保することができる。
【００５１】
一方、転舵速度が値ｂ１で、転舵能力特性線の範囲外であるときには、ハンドル１７の反力を大きくすることにより、図６（ａ）中値ｂ２に示すように、転舵能力特性線の範囲内とすることにより、転舵応答性を確保することができる。
【００５２】
つまり、図７（ａ）に示すように反力値をｄ１からｄ２まで大きくすると、ハンドル１７の操作速度がｄ１からｄ２まで遅くなり、これにより、図７（ｂ）に示すように操作速度がｅ１からｅ２まで減速されることとなる。
【００５３】
その結果、図７（ｃ）に示すように、反力を制御しない従前の状態では、ハンドル１７操作は、図中破線に示すように時間ｔに対して操作角（舵角）が急激に変化していたが、上述のように反力を大きくすることにより、図中実線に示すように、時間ｔに対する操舵角（舵角）の変化がなだらかになる。
【００５４】
（２）走行状態に応じた制御は、船舶が高速で航行している時、船舶が重い時、トリムイン状態、加減速時等における走行時には、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００５５】
通常のハンドル１７と船外機１２とが機械的ケーブルで連結されているものでは、船舶が高速で航行している時、船舶が重い時、トリムイン状態、加減速時等における走行時には、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５６】
（３）船外機１２の状態に応じた制御は、船外機１２の搭載数が多い時、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。また、船外機１２に設けられたプロペラの回転方向により、一方向にプロペラ反力が発生する場合には、この反力に抗する方向に転舵するときには、反対側に転舵する場合に比較して、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００５７】
通常のハンドル１７と船外機１２とがケーブルで連結されているものでは、図３に示すように、プロペラ反力を受ける方向と反対方向の操舵動作時は、プロペラ反力を受ける方向に転舵する場合より、必要転舵荷重が大きくなるため、ここでは、これに合わせて反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるようにしている。
【００５８】
船外機１２の搭載位置については、複数の船外機１２を搭載し、実際にはそのうちの一部の船外機１２のみで走行している場合、又は、それぞれの船外機１２のトリム状態が異なる場合（ロワーの水没深さが異なる場合）には、左への転舵と右への転舵の荷重特性が異なる。従って、船外機１２の搭載位置に応じて、又は、トリム角の差に応じて転舵時の反力、限度転舵角及び推力を補正する。例えば、トリム角の小さい船外機１２を搭載している側に転舵する場合、転舵した後にハンドル１７を戻すときの反力を大きくする。
【００５９】
なお、図８には２機掛け、図９には３機掛けの状態を示す。図８（ａ）では図中実線に示すように２機とも駆動状態、図８（ｂ）では中実線に示すように１機が駆動状態、図８（ｃ）では２機の内、１機の破線に示す舵切り装置１６が故障している状態を示す。図９（ａ）では図中実線に示すように３機とも駆動状態、図９（ｂ）では３機の内、図中実線に示す両側の２機（Ｓ機，Ｐ機）が駆動状態、図９（ｃ）では３機の内、図中実線に示す中央の１機（Ｃ機）が駆動している状態を示す。
【００６０】
（４）モータ状態に応じた制御は、モータ温度が高くなる程、前述の図１３中破線に示すモータ特性を示すようになるため、トルクが出難くくなることから、電動モータ２０の能力の限界を超えないようにすべく、反力が大きく、限度転舵角が小さく、推力が小さく、又、駆動する電動モータ２０の数が多く、或いは、出力の大きい電動モータ２０が選択されるように制御される。
【００６１】
また、電動モータ２０を複数用いている場合において、これらの中で駆動できるモータ数が少ない程、反力を大きく、限度転舵角を小さく、推力を小さくして、電動モータ２０の能力の限界を超えないようにしている。
【００６２】
このように、かかる船舶では、船外機１２の転舵は、電動モータ２０で行うようにしているため、ハンドル１７操作を軽くできるが、例えば舵を切り過ぎると、切る時よりも、戻す時の方が大きな荷重を必要とすることから、電動モータ２０の出力が追いつかず、転舵動作の操作感を悪くする虞がある。しかし、ここでは、電動モータ２０のモータ特性に応じて、反力を大きく、限度転舵角を小さく、推力を小さくして、舵を戻すときでも、このモータ特性の限度を越えないようにしている。
【００６３】
これにより、舵を戻すときでも、電動モータ２０の出力の範囲内で、船外機１２を転舵できるため、転舵動作の操作感を悪くすることがない。
【００６４】
すなわち、図１０（ｂ）に示すように、走行状態や電動モータ状態等の、例えば、船速、トリム角、重量、加速度、減速度、推力等が大きくなると、転舵角と転舵力との関係が、図中実線に示す特性から図中破線に示すような特性に変化する。これにより、実線に示す特性の位置ａ１と同じ転舵角の場合には、破線に示す特性の位置ａ２のように転舵力が大きくなり、実線に示す特性の位置ａ１と同じ転舵力の場合には、破線に示す特性の位置ａ３のように転舵角が小さくなる。
【００６５】
このように転舵力等が大きくなると、限度転蛇角が大きい場合には、転舵力と転舵速度との関係を示す図１０（ａ）中、特性線Ｂ１に示す位置ｂ１のように、電動モータ２０の能力特性線Ｃの外側に外れてしまう場合がある。かかる場合に本発明のように限度転蛇角を小さく制御することにより、特性線Ｂ２のように変化させることで、位置ｂ２に示すように、転舵速度が位置ｂ１と同じで、転舵力が小さくなり、能力特性線Ｃの範囲内に収まるため、電動モータ２０の出力の範囲内で、船外機１２を転舵できるため、転舵動作に応答遅れが生じることがない。
【００６６】
一方、電動モータ２０の選択制御は、各電動モータ２０の状態に応じて算出すると同時に、各電動モータ２０のうち駆動可能な電動モータ２０から複数を選択した場合の転舵力特性を算出する。そして、転舵能力が必要転舵力特性を上回るように駆動する電動モータ２０と数を選択する。例えば電動モータＡの転舵能力が図１１（ａ）中特性線ａに、電動モータＡ＋Ｂの転舵能力が図１１（ｂ）中特性線ｂに、電動モータＡ＋Ｂ＋Ｃの転舵能力が図１１（ｃ）中特性線ｃに示すように算出され、必要転舵力特性が図１１（ｄ）中特性線ｄに示すように算出された場合、図１１（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す転舵力特性と、図１１（ｄ）に示す必要転舵力特性とを比較することにより、ここでは、転舵力特性が必要転舵力特性を上回るように、図１１（ｃ）中特性線ｃ、つまり、電動モータＡ＋Ｂ＋Ｃが駆動するように制御する。
【００６７】
なお、上記実施の形態では、「船舶推進装置」について船外機１２を適用したが、これに限らず、船内外機でも良いことは勿論である。また、上記実施の形態では、操舵状態検出手段３８、走行状態検出手段３９、船外機状態認識手段４０及び電動モータ状態検出手段４１を有しているが、これら手段の少なくとも一つを備えていればよい。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】この発明の実施の形態に係る船舶の平面図である。
【図２】同実施の形態に係る船舶の舵取り装置の拡大平面図である。
【図３】同実施の形態に係る船舶のブロック図である。
【図４】同実施の形態に係るＥＣＵを示すブロック図である。
【図５】同実施の形態に係る反力制御のフローチャート図である。
【図６】同実施の形態に係る転舵状態による反力制御の状態を示すグラフ図である。
【図７】同実施の形態に係る反力制御の効果を示すグラフ図である。
【図８】同実施の形態に係る船外機が２機掛けの状態を示す模式図である。
【図９】同実施の形態に係る船外機が３機掛けの状態を示す模式図である。
【図１０】同実施の形態に係るグラフ図を示し、（ａ）は転舵速度と転舵力との関係を示し、（ｂ）は転舵力と転舵角との関係を示す。
【図１１】同実施の形態に係るグラフ図を示し、（ａ），（ｂ），（ｃ）は転舵能力の算出結果における転舵速度と転舵力との関係を示し、（ｄ）は電動モータの選択における転舵速度と転舵力との関係を示す。
【図１２】転舵トルクと転舵速度との関係を示す必要転舵力特性のグラフ図である。
【図１３】電動モータの発生トルクと回転速度との関係を示すモータ特性のグラフ図である。
【符号の説明】
【００６９】
10 船体
12 船外機（船舶推進装置）
16 舵切り装置
17 ハンドル
20 電動モータ
28 ハンドル操舵角センサ
29 反力モータ
33 ＥＣＵ（制御装置）
38 操舵状態検出手段
37 転舵力特性算出手段
39 走行状態検出手段
40 船外機状態認識手段（船舶推進装置状態認識手段）
41 電動モータ状態検出手段（電動アクチュエータ状態検出手段）
42 反力モータ制御手段
43 転舵角制御手段
44 推力制御手段
45 偏差検出手段
46 転舵力検出手段
47 操舵検出手段
48 重量検出手段
49 トリム角検出手段
50 速度検出手段
51 操舵記憶手段
52 温度検出手段
53 駆動数検出手段
54 判定手段
55 負荷検出手段
56 選択制御手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵取り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルとを備えた船舶用操舵装置において、
ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、
該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有することを特徴とする船舶用操舵装置。
【請求項２】
前記制御手段には、前記ハンドルに対する反力を制御する反力アクチュエータ制御手段と、前記限度転舵角を制御する転舵角制御手段と、前記推力を制御する推力制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の船舶用操舵装置。
【請求項３】
前記操舵状態検出手段が検出した操舵状態と、前記走行状態検出手段が検出した走行状態と、前記船舶推進装置状態認識手段が認識した船舶推進装置状態と、前記モータ検出手段が検出したモータ特性状態とに基づいて、前記制御手段にて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用操舵装置。
【請求項４】
前記操舵状態検出手段には、
前記ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角位置と舵の回転角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項５】
前記走行状態検出手段には、
前記船舶の喫水位置、重量の少なくとも一つを検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力の少なくとも一つを検出する速度検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項６】
前記船舶推進装置状態認識手段には、
前記船舶推進装置の搭載数、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項７】
前記電動アクチュエータ状態検出手段には、
前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動している電動アクチュエータの数を検出する駆動数検出手段との少なくとも一つの手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用操舵装置が配設されたことを特徴とする船舶。
【請求項１】
船尾に配設される船舶推進装置と、船舶の進行方向を変えるための電動アクチュエータによって駆動される舵取り装置と、操船者により操作され、操作量に応じた駆動信号を前記電動アクチュエータに与えるために前記電動アクチュエータに電気的に接続されたハンドルとを備えた船舶用操舵装置において、
ハンドル操作に従った操舵状態を検出する操舵状態検出手段と、船舶の走行状態を検出する走行状態検出手段と、前記船舶推進装置の搭載数等の状態を認識する船舶推進装置状態認識手段と、前記電動アクチュエータの状態を検出する電動アクチュエータ状態検出手段との少なくとも一つを有し、
該少なくとも一つの手段からの検知値に基づいて、転舵力特性を算出する転舵力特性算出手段を有し、算出された転舵力特性に基づいて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力の少なくとも一つを制御し、及び又は駆動する前記電動アクチュエータを選択する制御手段を有することを特徴とする船舶用操舵装置。
【請求項２】
前記制御手段には、前記ハンドルに対する反力を制御する反力アクチュエータ制御手段と、前記限度転舵角を制御する転舵角制御手段と、前記推力を制御する推力制御手段とを有することを特徴とする請求項１に記載の船舶用操舵装置。
【請求項３】
前記操舵状態検出手段が検出した操舵状態と、前記走行状態検出手段が検出した走行状態と、前記船舶推進装置状態認識手段が認識した船舶推進装置状態と、前記モータ検出手段が検出したモータ特性状態とに基づいて、前記制御手段にて、前記ハンドルに対する反力、限度転舵角、推力を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の船舶用操舵装置。
【請求項４】
前記操舵状態検出手段には、
前記ハンドル操作に従った転舵に必要な転舵力を検出する転舵力検出手段と、舵に作用している負荷を検出する負荷検出手段と、ハンドル操舵角度、ハンドル操舵速度、ハンドル操舵方向、ハンドル操作に従って駆動される舵の回転角、舵の回転速度、舵の回転方向を検出する操舵検出手段と、前記ハンドル操作に応じた目標転舵角位置と舵の回転角との偏差を検出する偏差検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項５】
前記走行状態検出手段には、
前記船舶の喫水位置、重量の少なくとも一つを検出する重量検出手段と、前記船舶のトリム角を検出するトリム角検出手段と、前記船舶の速度、加速度、推力、前記船舶推進装置の出力の少なくとも一つを検出する速度検出手段との少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項６】
前記船舶推進装置状態認識手段には、
前記船舶推進装置の搭載数、前記船舶推進装置の船舶に対する搭載位置、前記船舶推進装置に設けられたプロペラの回転方向、プロペラ形状、タブトリム角度及びタブトリム形状のうちのいずれか１つの情報を記憶した操舵記憶手段を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項７】
前記電動アクチュエータ状態検出手段には、
前記電動アクチュエータの温度を検出する温度検出手段と、複数の前記電動アクチュエータのうち駆動している電動アクチュエータの数を検出する駆動数検出手段との少なくとも一つの手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一つに記載の船舶用操舵装置。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか一つに記載の船舶用操舵装置が配設されたことを特徴とする船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００８−１２６７７４（Ｐ２００８−１２６７７４Ａ）
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３１２１８４（Ｐ２００６−３１２１８４）
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（０００１７６２１３）ヤマハマリン株式会社 (256)
【公開日】平成２０年６月５日（２００８．６．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１１月１７日（２００６．１１．１７）
【出願人】（０００１７６２１３）ヤマハマリン株式会社 (256)
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