(57)【要約】【課題】操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置の提供。【解決手段】操舵部材１４の操舵角を検出する操舵角検出器１５と、その検出した操舵角に基づき、操舵部材１４に操舵反力を与える反力アクチュエータ９と、操舵部材１４から機械的に分離され、船体８を転舵する舵取機構３，３０と、操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、舵取機構３，３０を駆動する転舵アクチュエータ１１とを備える航行用操舵装置。操舵角検出器１５が検出した操舵角に基づき、操舵角速度を演算する操舵角速度演算手段１６と、舵取機構３，３０の転舵方向の軸力を検出する軸力検出器４６とを備え、反力アクチュエータ９は、操舵角、演算した操舵角速度、及び検出した軸力に基づき、操舵部材１４に操舵反力を与える構成である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体を操舵する操舵部材の複数回転範囲の操舵角を検出する操舵角検出器と、該操舵角検出器が検出した操舵角に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータと、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、
前記操舵角検出器が検出した操舵角に基づき、操舵角速度を演算する操舵角速度演算手段と、前記舵取機構の転舵方向の軸力を検出する軸力検出器とを備え、前記反力アクチュエータは、前記操舵角、前記操舵角速度演算手段が演算した操舵角速度、及び軸力検出器が検出した軸力に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与えるように構成してあることを特徴とする航行用操舵装置。
【請求項２】
前記反力アクチュエータは、前記操舵角、操舵角速度及び軸力を線形結合した結果に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与えるように構成してある請求項１記載の航行用操舵装置。
【請求項３】
前記操舵角、操舵角速度及び軸力に各乗算する各定数を各調節する手段を更に備える請求項２記載の航行用操舵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船外機等の航行用操舵装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船外機を推進装置として利用するモータボート等の小型船舶では、舵は付いておらず、船外機が舵取機構であり、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。特に小型の場合には、船外機本体にハンドルバーを取付けて、運転者が直接操舵するようになっている。その他の場合では、運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材、ハンドル）の回転を、ロープと滑車、プッシュプルケーブル又は油圧プランジャにより伝達して、船外機本体を操舵している。
【０００３】
このような船外機の操舵を行わせる為の航行用操舵装置として、近年、運転席のステアリングホイールを船外機との機械的な連結なしに配すると共に、船外機に操舵用のアクチュエータを付設し、このアクチュエータを、ステアリングホイールの操作方向及び操作量の検出結果に基づいて動作させ、船外機を操向させて、ステアリングホイールの操作に応じた操舵を行わせる構成とした分離型の航行用操舵装置が、特許文献１等で提案されている。
【特許文献１】特許第２９５９０４４号公報
【特許文献２】特許第２７５５６９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような航行用操舵装置では、運転者が急操舵した場合、舵取機構が操舵速度に追従することができず、応答遅れが生じ、運転者に違和感を与える可能性があり、また、転舵側の負荷が大きい場合にも、同様に応答遅れが生じ、運転者に違和感を与える可能性があるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述したような事情に鑑みてなされたものであり、第１，２発明では、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置を提供することを目的とする。
第３発明では、操舵特性を調節することが可能であり、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１発明に係る航行用操舵装置は、船体を操舵する操舵部材の複数回転範囲の操舵角を検出する操舵角検出器と、該操舵角検出器が検出した操舵角に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータと、前記操舵部材から機械的に分離され、前記船体を転舵する舵取機構と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記舵取機構を駆動する転舵アクチュエータとを備える航行用操舵装置において、前記操舵角検出器が検出した操舵角に基づき、操舵角速度を演算する操舵角速度演算手段と、前記舵取機構の転舵方向の軸力を検出する軸力検出器とを備え、前記反力アクチュエータは、前記操舵角、前記操舵角速度演算手段が演算した操舵角速度、及び軸力検出器が検出した軸力に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与えるように構成してあることを特徴とする。
【０００７】
第２発明に係る航行用操舵装置は、前記反力アクチュエータは、前記操舵角、操舵角速度及び軸力を線形結合した結果に基づき、前記操舵部材に操舵反力を与えるように構成してあることを特徴とする。
【０００８】
第３発明に係る航行用操舵装置は、前記操舵角、操舵角速度及び軸力に各乗算する各定数を各調節する手段を更に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
第１発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角速度演算手段が、操舵角検出器が検出した操舵角に基づき、操舵角速度を演算し、軸力検出器が、舵取機構の転舵方向の軸力を検出し、反力アクチュエータは、操舵角、操舵角速度演算手段が演算した操舵角速度、及び軸力検出器が検出した軸力に基づき、操舵部材に操舵反力を与えるので、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置を実現することができる。
【００１０】
第２発明に係る航行用操舵装置によれば、反力アクチュエータは、操舵角、操舵角速度及び軸力を線形結合した結果に基づき、操舵部材に操舵反力を与えるので、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置を実現することができる。
【００１１】
第３発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角、操舵角速度及び軸力に各乗算する各定数を各調節することができるので、操舵特性を調節することが可能であり、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えない航行用操舵装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図であり、図２は、本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
この航行用操舵装置は、船体８前部の運転席に設けられたステアリングホイール（操舵部材）１４の操舵シャフト３７に、操舵角検出器１５、モータ駆動回路４４、反力モータ９（反力アクチュエータ）、及びロータ角検出器１２が付設されている。複数回転数の絶対操舵角を検出する操舵角検出器１５が検出した操舵角信号は操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。
【００１３】
操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号に基づき、反力モータ９を駆動制御して、ステアリングホイール１４に操舵反力を与えると共に、ケーブル３９により、操舵角信号を船体８後部に設けられた転舵用コントローラ４２に与える。
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、ブラシレスモータである反力モータ９を駆動する為の３相電圧を発生させるのに使用される。
【００１４】
船外機１は、船体８後尾部のトランサム（横材）７に、船外機懸架ブラケット４及び一対のクランプブラケット５（図２）を介して取付けられている。船外機本体３（舵取機構）は、船外機本体３に固定された後述する転舵シャフト４５（図２）を介して、船外機懸架ブラケット４回りに水平方向へ回動可能に支持されている。
船外機懸架ブラケット４は、一対のクランプブラケット５間に渡されたクランプブラケットシャフト６により、鉛直方向に回動可能に、つまり、チルト及びトリム可能に軸支されている。
船外機本体３の図示しないプロペラは、船外機本体下部のドライブシャフトが収納されたドライブシャフトハウジングの下方に取付けられている。
【００１５】
転舵力を発生させる転舵モータ１１（転舵アクチュエータ）には、モータ駆動回路４３が付設され、モータ駆動回路４３には、転舵モータ１１を駆動制御する転舵用コントローラ４２がケーブルにより接続されている。転舵モータ１１に隣接してギアケース２７が設けられており、ギアケース２７はラックハウジング１８に付設されている。ラックハウジング１８にその中央部が収納された後述するラック１７（図２）の両端部は、各クランプブラケット５に取付けられた各取付けブラケット２２に支持されている。
【００１６】
ラックハウジング１８の側方には、ガイドプレート３０が固着されており、ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、転舵アーム３３が水平方向に回動自在に連結されている。
モータ駆動回路４３，４４、転舵用コントローラ４２、操舵／反力用コントローラ１６、操舵角検出器１５、反力モータ９等の電源は、船体８後部に設置されたバッテリ４０から供給される。
【００１７】
ラック（舵取機構）１７は、船体８の幅方向であるその長手方向の両端部が、各取付けブラケット２２に各ボルト２３により固定され、また、その一端部には、ラック１７の転舵方向の軸力を検出する軸力検出器４６が付設されている。各取付けブラケット２２は、船外機懸架ブラケット４をクランプブラケット５により軸支するクランクブラケットシャフト１６の両端部に螺合される各ナット２４により、クランプブラケット５に共締めされている。
ラック（舵取機構）１７のラックハウジング１８に収納されない部分は、伸縮可能な防水の為のブーツ５０により被覆されている。
【００１８】
ラック１７のラックハウジング１８に収納された部分は、ラック１７に刻設された雄ネジ２５と、回転筒２６の内周面に刻設された雌ネジとの間を多数の鋼球が転動することにより、転舵モータ１１の回転運動を直線運動に変換するボールネジ機構となっている。回転筒２６は、その外周面とラックハウジング１８の内周面との間に設けられた一対の軸受２８により、回動自在に支持されている。
ボールネジ機構は、転舵モータ１１のモータ軸２９の先端に取付けられた傘歯車２０と、回転筒２６の外周面に周設された傘歯車２１との噛合により、転舵モータ１１の回転運動が減速されて回転筒２６に伝達され、回転筒２６が回転する。
【００１９】
回転筒２６が回転することにより、ラックハウジング１８がラック１７の軸方向に移動し、ラックハウジング１８の側面に垂直方向へ回動自在に取付けられたガイドプレート（舵取機構）３０も同様に移動する。
ガイドプレート３０の船外機本体３側先端部には、ラック１７の軸方向と垂直方向に長い長孔３２が穿設されており、転舵アーム（舵取機構）３３の一端部に突設されたガイドピン３４が、長孔３２を貫通している。
転舵アーム３３の図示しない他端部は、船外機本体３に固着されており、転舵アーム３３の他端部の向かう方向が、船外機本体３のプロペラの向かう方向となり、転舵が行われる。
【００２０】
船外機懸架ブラケット４の船外機本体３側先端部には、転舵シャフト４５（舵取機構）が突設されており、転舵シャフト４５は、転舵アーム３３の中間部に穿設された孔を貫通しており、転舵アーム３３は、転舵シャフト４５に軸支されている。
転舵シャフト４５の軸回りには、転舵角検出器４１が周設されており、転舵角検出器４１は、転舵アーム３３との回転角を転舵角として検出し、検出した転舵角信号を転舵用コントローラ４２へ与える。
【００２１】
上述した転舵モータ１１、ラック１７及び転舵アーム３３の連結関係から、転舵モータ１１が一方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の一方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに他方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
また、転舵モータ１１が他方向に回転すると、ラックハウジング１８及びガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動する。ガイドプレート３０が、ラック１７の軸方向の他方向へ移動すると、転舵アーム３３は、ガイドピン３４が長孔３２内を滑動して、転舵シャフト４５の軸回りに一方向へ回動し、船外機本体３が操向する。
【００２２】
図３は、本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
この制御系は、操舵角検出器１５が検出したステアリングホイール１４の操舵角信号と、軸力検出器４６が検出したラック１７の転舵方向の軸力とが操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角信号を時間により微分して、操舵角速度を求め、操舵角、操舵角速度及び軸力を線形結合した結果に基づき、モータ駆動回路４４により反力モータ９を駆動制御する。また、操舵角信号を、ケーブル３９を通じて、転舵用コントローラ４２に与える。
【００２３】
定数設定器（調節する手段）４７は、操舵角、操舵角速度及び軸力に各乗算する各定数を調節するものであり、調節された各定数は、操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた各定数により、操舵角、操舵角速度及び軸力を線形結合する。
ロータ角検出器１２が検出したロータ角信号は、モータ駆動回路４４に与えられ、モータ駆動回路４４は、与えられたロータ角信号に基づき、反力モータ９を駆動する為の例えば３相電圧を発生させる。
【００２４】
転舵用コントローラ４２は、操舵／反力用コントローラ１６から与えられた操舵角信号に基づき、目標転舵角を演算し、この演算した目標転舵角、及び転舵角検出器４１が検出した転舵シャフト４５と転舵アーム３３との転舵角信号に基づき、モータ駆動回路４３により転舵モータ１１を駆動制御する。
尚、目標転舵角の演算は、操舵／反力用コントローラ１６で行なうことも可能である。
【００２５】
図４は、このような構成及び動作の航行用操舵装置の反力制御動作の例を模式的に説明する説明図である。
この反力制御動作では、操舵角検出器１５が検出した操舵角θ、及び軸力検出器４６が検出したラック１７の軸力値Ｆが、操舵／反力用コントローラ１６に与えられる。
【００２６】
操舵／反力用コントローラ１６は、与えられた操舵角θを時間で微分して、操舵角速度ｄθ／ｄｔを求める。次いで、操舵角θの一次式ｆ（θ）、操舵角速度ｄθ／ｄｔの一次式ｇ（ｄθ／ｄｔ）、及び軸力値Ｆの一次式ｈ（Ｆ）により、操舵角θ、操舵角速度ｄθ／ｄｔ及び軸力値Ｆを線形結合し、その線形結合した結果に基づき、目標反力＝ｆ（θ）＋ｇ（ｄθ／ｄｔ）＋ｈ（Ｆ）を定める。
操舵／反力用コントローラ１６は、定めた目標反力＝ｆ（θ）＋ｇ（ｄθ／ｄｔ）＋ｈ（Ｆ）に基づき、モータ駆動回路４４により、反力モータ９を駆動制御する。
【００２７】
ここで、操舵角θの一次式ｆ（θ）は、図５（ａ）に示すように、操舵角θに比例する関数であり、操舵角速度ｄθ／ｄｔの一次式ｇ（ｄθ／ｄｔ）は、（ｂ）に示すように、所定の操舵角速度迄は操舵角速度ｄθ／ｄｔに比例して増加するが、所定の操舵角速度以上では、より急速に増加する関数である。軸力値Ｆの一次式ｈ（Ｆ）は、（ｃ）に示すように、所定の軸力値迄は、軸力値Ｆに比例して増加するが、所定の軸力値以上では、より急速に増加する関数である。一次式ｇ（ｄθ／ｄｔ），ｈ（Ｆ）が、それぞれ、所定の操舵角速度、軸力値から、急速に増加することにより、操舵反力が著しく増加し、操舵速度を抑制することができるので、操舵において応答遅れが生じず、運転者に違和感を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係る航行用操舵装置の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】本発明に係る航行用操舵装置に使用される船外機本体及び船体の連結関係を示す横断面図である。
【図３】本発明に係る航行用操舵装置の制御系の構成例を示すブロック図である。
【図４】本発明に係る航行用操舵装置の反力制御動作の例を模式的に説明する説明図である。
【図５】本発明に係る航行用操舵装置の反力制御に使用される操舵角、操舵角速度及び軸力値の各関数を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２９】
１  船外機、３  船外機本体（舵取機構）、４  船外機懸架ブラケット、５  クランプブラケット、８  船体、９  反力モータ（反力アクチュエータ）、１１  転舵モータ（転舵アクチュエータ）、１２  ロータ角検出器、１４  ステアリングホイール（操舵部材）、１５  操舵角検出器、１６  操舵／反力用コントローラ（操舵角速度演算手段）、１７  ラック（舵取機構）、１８  ラックハウジング、２２  取付けブラケット、２６  回転筒（舵取機構）、３０  ガイドプレート（舵取機構）、３３  転舵アーム（舵取機構）、４１  転舵角検出器、４２  転舵用コントローラ、４５  転舵シャフト（舵取機構）、４６  軸力検出器、４７  定数設定器（調節する手段）
【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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