(57)【要約】【課題】  船舶の挙動の変化を検出してそれに応じた操縦制御を行い、荒天時にも、熟練者でなくても容易に的確な操作ができるハンドル特性を有する小型船舶の挙動制御装置を提供する。【解決手段】  走行状態検知手段と、走行状態に基づいて走行環境を判別する走行環境判別手段と、走行環境に応じてハンドル操作特性を設定する操縦制御手段とを備えた。【選択図】      図４
2007050823.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行状態検知手段と、走行状態に基づいて走行環境を判別する走行環境判別手段と、走行環境に応じてハンドル操作特性を設定する操縦制御手段とを備えたことを特徴とする小型船舶の挙動制御装置。
【請求項２】
船体に取り付けられた推進機と、操船者による操船操作用ハンドルと、該ハンドルによる操舵角を検出する操舵角センサと、該操舵角に応じて前記推進機を船体に対し転舵動作させる舵切り装置と、前記転舵動作の荷重を検出する荷重センサと、転舵荷重に応じてハンドルに反力を付与する反力モータと、ハンドルの操舵角および転舵特性に基づいて前記舵切り装置の転舵角を算出する制御装置とを備え、
前記制御装置が、前記環境判別手段および前記操縦制御手段を構成することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶の挙動制御装置。
【請求項３】
前記転舵荷重に基づいて走行環境を判別することを特徴とする請求項２に記載の小型船舶の挙動制御装置。
【請求項４】
前記走行状態は、船の姿勢、振動、ヨーレート、速度、転舵荷重の少なくとも１つを含み、該走行状態の変化および頻度に基づいて走行環境を判別することを特徴とする請求項１に記載の小型船舶の挙動制御装置。
【請求項５】
走行環境が悪いと判別したときに、ハンドル反力を大きくし、かつ操舵角に対する転舵角の比を小さくすることを特徴とする請求項２に記載の小型船舶の挙動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船外機やスターンドライブ等の推進機を備えた小型船舶の挙動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶において、ステアリング操作を円滑にさせる電動式のステアリング装置を備えたものが、例えば特許文献１に開示されている。また、運転状況に応じて転舵負荷を調整し、軽い力で操作できるステアリング装置を備えたものが特許文献２に開示されている。水面が平穏な通常時の操船においては、このような電動のパワーステアリングが作動して軽いハンドル操作で操船できることが好ましい。
【０００３】
ところが、ボート等の小型船舶は、波や風等の影響により急に挙動が乱れることがある。すなわち、波や風が強い環境では、水面に接する船舶の位置が頻繁に変化し、船舶の走行抵抗や左右のバランスが変化して、挙動が乱れやすい。このような挙動の乱れによる横揺れ等を抑えるためには、ハンドル操作を素早く修正し、波や風等による外力に対処することが望ましい。
【０００４】
しかしながら、例えばフィッシング用途のボート等では、操船者は、自動車の運転時のように身体がシートに固定されるのではなく、立ったまま操船するものが多い。波や風等で水面が荒れて、船舶が揺れたり跳ねたりする状態では、立ったまま操船している操船者の体勢が不安定になり、熟練していない操船者にとっては、波や風等に迅速且つ的確に対処することが難しくなることもある。
【０００５】
車両に関しては、特許文献３において、車速や加速度等による車両の運転状況を検出して、その検出値に応じた運転環境が提供される操舵装置が開示されている。ところが、従来、船舶の挙動の変化を検出して操船操作を支援する手段がない。
【特許文献１】特許第２９５９０４４号公報
【特許文献２】特開平１０−３１００７４号公報
【特許文献３】特開２００４−１５５２８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術を考慮してなされたものであり、船舶の挙動の変化を検出してそれに応じた操縦制御を行い、荒天時にも、熟練者でなくても容易に的確な操作ができるハンドル特性を有する小型船舶の挙動制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明は、走行状態検知手段と、走行状態に基づいて走行環境を判別する走行環境判別手段と、走行環境に応じてハンドル操作特性を設定する操縦制御手段とを備えたことを特徴とする小型船舶の挙動制御装置を提供する。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１の発明において、船体に取り付けられた推進機と、操船者による操船操作用ハンドルと、ハンドルによる操舵角を検出する操舵角センサと、操舵角に応じて推進機を船体に対し転舵動作させる舵切り装置と、転舵動作の荷重を検出する荷重センサと、転舵荷重に応じてハンドルに反力を付与する反力モータと、ハンドルの操舵角および転舵特性に基づいて舵切り装置の転舵角を算出する制御装置とを備え、制御装置が、環境判別手段および操縦制御手段を構成することを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、転舵荷重に基づいて走行環境を判別することを特徴とする。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１の発明において、走行状態は、船の姿勢、振動、ヨーレート、速度、転舵荷重の少なくとも１つを含み、走行状態の変化および頻度に基づいて走行環境を判別することを特徴とする。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項２の発明において、走行環境が悪いと判別したときに、ハンドル反力を大きくし、かつ操舵角に対する転舵角の比を小さくすること
を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によると、走行環境に応じたハンドル操作特性が得られることにより、熟練した操船技術を要することなく、走行時の波や風等の状況に応じて、安定した操船を行うことができる。
【００１３】
請求項２の発明によると、大がかりな装置を設けることなく、通常の船舶に備えられる装置を利用して、制御装置により環境判別および操縦制御を行うことができるので、簡単な構造で実施できる。
【００１４】
請求項３の発明によると、転舵荷重に基づいて走行環境を判別することにより、船体位置の水面の状況を的確且つ容易に検出することができる。
【００１５】
請求項４の発明によると、船の姿勢、振動、ヨーレート、速度、転舵荷重等からなる走行状態の変化および頻度に基づいて走行環境を判別することにより、船舶の挙動変化を見逃すことなく検出することができる。
【００１６】
請求項５の発明によると、走行環境が悪い場合にハンドルが重くなることにより、操船者の体勢が安定しない立った状態でも、ハンドルを回しすぎるのを防ぐことができる。同時に、操舵角に対する転舵角の比が小さくなるので、ハンドル操作により過剰に転舵して意図しない旋回等が起こるのを防ぐ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明が適用される小型船舶の全体平面図である。
【００１８】
小型船舶１の船体１６の船尾板２に、クランプブラケット４を介して船外機３が取り付けられる。船外機３は、ほぼ垂直なスイベル軸（操舵ピボット軸）６廻りに回転可能である。スイベル軸６の上端部にステアリングブラケット５が固定される。ステアリングブラケット５の前端部５ａに舵切り装置１５が連結される。この舵切り装置１５は、例えばＤＤ（ダイレクトドライブ）型電動モータからなり、船尾板２と平行に設けたネジ軸（不図示）に沿ってモータ本体（不図示）がスライド動作する。このモータ本体にステアリングブラケット５の前端部５ａを連結することにより、モータ本体のスライド動作に連動して船外機３をスイベル軸６廻りに回転させる。
【００１９】
船体１６の運転席にハンドル７が備わり、そのハンドル軸８の根元にハンドル制御部１３が備わる。ハンドル制御部１３には、ハンドルの操舵角センサ９および反力モータ１１が備わる。ハンドル制御部１３は、信号ケーブル１０を介して制御装置（ＥＣＵ）１２に接続される。制御装置１２は、舵切り装置１５に接続される。
【００２０】
更に、挙動検知部１４が制御装置１２に接続される。挙動検知部１４は、エンジン制御のためのエンジン回転数センサやスロットル開度センサ、および、船の状態を検知する姿勢センサ、振動センサ、ヨーレートセンサ、速度センサからなり、各センサごとに制御装置１２に接続される。
【００２１】
制御装置１２は、操舵角センサ９からの検出信号に基づいてハンドル操作による操舵量を検出し、このハンドル操舵量とともに、速度や加減速状態等の走行状態に応じて、舵切り装置１５に送信してそのＤＤモータを駆動し、船外機３をスイベル軸６廻りに回転させて転舵する。
【００２２】
図２は、本発明に係るステアリング装置の基本構成図である。
【００２３】
船外機３には、風や波による力や転舵時の回動の抵抗力などの外力Ｆが作用する。舵切り装置１５により船外機３を転舵するときに、外力Ｆが舵切り装置１５に対する転舵荷重として作用する。この転舵荷重（外力Ｆ）は、荷重センサ１７により検出される。検出された転舵荷重は制御装置１２に入力される。
【００２４】
操船者によりハンドル７が回されて操船操作されると、その回転操作量が操舵角センサ９で検出され、操舵角αの検出情報が制御装置１２に入力される。更に、操船中は、制御装置１２に、エンジン駆動制御のためのエンジン回転数センサ１４ａ、スロットル開度センサ１４ｂ、および船体の挙動を検出する姿勢センサ１４ｃ、振動センサ１４ｄ、ヨーレートセンサ１４ｅ、速度センサ１４ｆの各センサ１４ａ〜１４ｆからの検出値が入力される。
【００２５】
制御装置１２は、上記船の情報や挙動に関する情報などから判別される走行状態に応じて、予め設定してある転舵特性に基づいて、ハンドル操作による操舵角αに対応した船外機の転舵角βを算出する。
【００２６】
また、制御装置１２は、転舵角βの算出やエンジン駆動制御とともに、走行状態や外力の状態などに応じてハンドル操作量に対応した反力を算出し、その反力を反力モータ１１によりハンドル７に付与する。例えば通常走行時にはハンドルを軽くして操船感覚を向上させ、荒天時にはハンドルを重くして急激にハンドルを回しすぎるのを防ぐ。
【００２７】
このように、船舶の走行状態等に応じて、操舵角αに対する転舵角βの設定、およびハンドル７の重さを設定することにより、船舶の状況に合わせて容易に操舵できる操作特性が得られる。
【００２８】
尚、船舶の速度は、以下のいずれかの方法により検出できる。
（ａ）速度センサにより検出する。速度センサは、例えば船底に装着した羽根車の回転を計測して対水速度を検出するものや、ＧＰＳを利用した対地速度を検出するものなどがある。
（ｂ）エンジン回転数に基づいて速度を検出する。速度はエンジン回転数とほぼ一定の相関関係があるため、エンジン回転数がわかると速度が判別できる。エンジン回転数は、エンジンの駆動制御に必須のデータであるため、エンジン回転数データは制御装置に必ず入力される。従って、このエンジン回転数データを利用することにより、専用の速度センサ１４ｆを設けることなく速度を検出できる。
（ｃ）スロットル開度またはアクセル操作量に基づいて速度を検出する。速度はスロットル開度またはアクセル操作量とほぼ一定の相関関係があるため、スロットル開度またはアクセル操作量がわかると速度が判別できる。スロットル開度またはアクセル操作量は、エンジンの駆動制御に必須のデータであるため、スロットル開度またはアクセル操作量データは、制御装置に必ず入力される。従って、このスロットル開度またはアクセル操作量データを利用することにより、専用の速度センサ１４ｆを設けることなく速度を検出できる。
（ｄ）推力（エンジントルク）に基づいて速度を検出する。エンジントルクは例えばクランク軸にトルクセンサを設けて検出する。速度は推力とほぼ一定の相関関係があるため、推力がわかると速度が判別できる。
（ｅ）ヨーレートや加速度等から船の挙動を算出し、その挙動に基づいて速度を検出する。速度と船の挙動はほぼ一定の相関関係があるため、船の挙動がわかると速度が判別できる。
【００２９】
上記のうち、（ｂ）のエンジン回転数情報および（ｃ）のスロットル開度情報は、エンジンの点火時期や燃料吐出量などのエンジン駆動制御に用いられるため、制御装置に必ず入力されるデータである。このようなエンジン駆動制御のためのエンジン回転数情報やスロットル開度情報を利用すれば、専用の速度センサ１４ｆ等を用いることなく、速度を判別することができる。
【００３０】
図３は、舵切り装置の構成図である。
【００３１】
舵切り装置１５を構成する電動モータ２０は、ネジ棒１９に装着されネジ棒１９に沿って摺動する。ネジ棒１９の両端は支持部材２２により船尾板（不図示）に固定される。２３はクランプブラケットのクランプ部分であり、２４はチルト軸である。船外機３（図１）のスイベル軸６にステアリングブラケット５が固定され、このステアリングブラケット５の前端部５ａに、連結ブラケット２１を介して電動モータ２０が連結される。
【００３２】
このような構成において、ハンドル操舵量に応じて電動モータ２０をネジ棒１９に沿って摺動させることにより、船外機がスイベル軸６廻りに回動されて転舵することができる。
【００３３】
図４は、本発明の実施手順を示すフローチャートである。以下、図４に基づいて手順を説明する。
【００３４】
ステップＳ１：船の挙動を検知する各センサ１４ａ〜１４ｆ（図２）により、姿勢、振動、ヨーレート、速度等の船体の走行状態を検知する。
【００３５】
ステップＳ２：荷重センサ（図２）の検出値から、転舵負荷を検知する。
【００３６】
図５は、荷重センサ１７の検出値による船体の挙動の検知例であり、縦軸が外力Ｆ、横軸が時間を示す。図５（Ａ）は、負荷（外力Ｆ）の変動が少なく、波や風が少なく穏やかに走行している状態を示す。一方、図５（Ｂ）では、点線で囲んだ部分において、急激な負荷の上下変動があり、荒れた環境を走行している状態を示す。制御装置において、負荷が急激な変動を起こす頻度や、外力Ｆの変化（微分）ｄＦ／ｄｔ等から、走行環境のランクが判定される。
【００３７】
ステップＳ３：Ｓ１およびＳ２の検出値より、変動が起こる頻度や変動量を算出する。これは制御装置１２（図２）が行う。
【００３８】
ステップＳ４：Ｓ３の算出結果より、船体の走行環境を判定する。これは制御装置１２（図２）が行う。
【００３９】
ステップＳ５：走行環境に適応した操作特性を設定する。これは制御装置１２（図２）が行う。
【００４０】
図６は、Ｓ４における走行環境の判定およびＳ５における操作特性の設定例を示す。例えば図５（Ｂ）に示すような負荷の変動量を、小、中、大の３段階に分け、その頻度を少、中、多の３段階に分ける。これらの結果から、走行環境をＡ，Ｂ，Ｃの３ランクに分けて、それぞれのランクに応じた操作特性を設定する。
【００４１】
例えば負荷の変動が小さく、その頻度も少ない場合の走行環境をＡランクとし、Ａランク時には設定モード１が選択される。設定モード１は、ハンドルが軽く、操舵角に対する転舵角が大きい設定である。これにより、Ａランクの静穏な状態では、軽いハンドル操作でスムーズな操舵を行うことができる。また、負荷の変動が中でその頻度も中の場合には、走行環境がＢランクと判定されて設定モード２が選択され、ハンドルは軽く、操舵角に対する転舵角が中程度に設定される。負荷の変動が大きく、その頻度も多い場合には、走行環境がＣランクと判定され、ハンドルの重さを中、転舵角を中とする設定モード３が選択される。これにより、荒天時にはハンドルを回しすぎたり、転舵角が大き過ぎて意図しない旋回が起こったりすることを防ぐ。
【００４２】
このような走行環境のランク分けおよび設定モードの種類は、図６の例に限らず、制御装置に予めプログラムしておくことにより、更に多くのパターンによる操作特性の設定を行うことができる。
【００４３】
上記のＳ１〜Ｓ５の作業を繰り返し行うことにより、操船中、常に走行環境に応じた操作特性で操船することができる。
【００４４】
図７は、上記の操作特性の設定による効果の説明図である。図中、二点鎖線は、操作特性を制御しない状態で走行した場合を示す。
【００４５】
（Ａ）に示すように船体の傾きや揺れ等が検出されると、その大きさや頻度に応じて、ハンドル操作が通常時よりも重くなるように制御される。ハンドルが重くなると、操船者の体勢が不安定になっても、必要以上に大きく操舵してしまうことがなく、（Ｂ）の実線に示すように、ハンドルの回転角を小さく抑えられる。更に、（Ｃ）に示すように、操舵角に対する転舵角が少なくなるように制御される。従って、（Ｄ）に示すように、ヨーレートや横加速度等の挙動の変化が少なくなり、船体が安定する。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、推進機を備えた船舶に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る小型船舶の平面図。
【図２】本発明に係るステアリング装置の構成を示すブロック図。
【図３】図１の舵切り装置の構成図。
【図４】本発明の実施手順を示す流れ図。
【図５】負荷検知例を示すグラフ。
【図６】本発明による走行特性の設定例を示す説明図。
【図７】本発明による効果例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４８】
１：船舶、２：船尾板、３：船外機、４：クランプブラケット、５：ステアリングブラケット、５ａ：前端部、６：スイベル軸、７：ハンドル、８：ハンドル軸、９：操舵角センサ、１０：信号ケーブル、１１：反力モータ、１２：制御装置、１３：ハンドル制御部、１４：挙動検知部、１４ａ：エンジン回転数センサ、１４ｂ：スロットル開度センサ、１４ｃ：姿勢センサ、１４ｄ：振動センサ、１４ｅ：ヨーレートセンサ、１４ｆ：速度センサ、１５：舵切り装置、１６：船体、１９：ネジ棒、２０：電動モータ、２１：連結ブラケット、２２：支持部材、２３：クランプ部、２４：チルト軸。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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