(57)【要約】【課題】舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁な場合でも、振動・発振が発生せず、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化しない航行用操舵装置の提供。【解決手段】操舵角検出器１５が検出した操舵角に応じて、反力アクチュエータ９を駆動制御する反力制御手段１６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、その転舵角を検出する転舵角検出器４１と、操舵角に応じた目標転舵角を転舵させるように、転舵アクチュエータ１１を駆動制御する転舵制御手段４２とを備える航行用操舵装置。目標転舵角と実転舵角との大小反転の頻度を検出する頻度検出手段４２と、検出した頻度の高／低に応じて、反力制御手段１６及び転舵制御手段４２の各制御ゲインを低／高に調節する各調節手段１６，４２とを備える構成である。【選択図】図１
2007203843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体を操舵する操舵部材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応じて、前記操舵部材に目標とする操舵反力を与えるように、反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段と、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、該舵取機構の転舵角を検出する転舵角検出器と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じた目標転舵角を、前記舵取機構に転舵させるように、転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段とを備える航行用操舵装置において、
前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出する頻度検出手段と、該頻度検出手段が検出した頻度の高／低に応じて、前記反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低／高に調節する各調節手段とを備えることを特徴とする航行用操舵装置。
【請求項２】
前記頻度検出手段は、前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角とが時系列的にサンプリングされる都度、前記目標転舵角と転舵角との差を演算する手段と、該手段の連続する２つの演算結果を乗算する手段と、該手段の乗算結果が負であるか否かを判定する手段と、該手段が負であると判定した回数を、所定時間毎に累計する手段とを備え、該手段が累計した回数を前記頻度とするように構成してある請求項１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】特開２００４−２２４２４７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、直進時の修正舵等で舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合、転舵角制御の制御ゲインが大き過ぎると、振動・発振が発生し、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。しかし、逆に制御ゲインが小さ過ぎると、目標転舵角への偏差が大きいときの応答性が悪化するという問題がある。また、操舵反力制御においても、同様の問題がある。
【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、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化し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応じて、前記操舵部材に目標とする操舵反力を与えるように、反力アクチュエータを駆動制御する反力制御手段と、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、該舵取機構の転舵角を検出する転舵角検出器と、前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じた目標転舵角を、前記舵取機構に転舵させるように、転舵アクチュエータを駆動制御する転舵制御手段とを備える航行用操舵装置において、前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出する頻度検出手段と、該頻度検出手段が検出した頻度の高／低に応じて、前記反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低／高に調節する各調節手段とを備え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、前記頻度検出手段は、前記目標転舵角と前記転舵角検出器が検出した転舵角とが時系列的にサンプリングされる都度、前記目標転舵角と転舵角との差を演算する手段と、該手段の連続する２つの演算結果を乗算する手段と、該手段の乗算結果が負であるか否かを判定する手段と、該手段が負であると判定した回数を、所定時間毎に累計する手段とを備え、該手段が累計した回数を前記頻度とするように構成してあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明に係る航行用操舵装置によれば、頻度検出手段が、目標転舵角と転舵角検出器が検出した転舵角との大小反転の頻度を検出し、各調節手段が、頻度検出手段が検出した頻度の高／低に応じて、反力制御手段及び転舵制御手段の各制御ゲインを低／高に調節するので、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化しない航行用操舵装置を実現することができる。
【０００９】
第２発明に係る航行用操舵装置によれば、頻度検出手段は、目標転舵角と転舵角検出器が検出した転舵角とが時系列的にサンプリングされる都度、演算する手段が、目標転舵角と転舵角との差を演算し、乗算手段が、その連続する２つの演算結果を乗算し、判定する手段が、その乗算結果が負であるか否かを判定し、判定する手段が負であると判定した回数を、所定時間毎に累計し、累計した回数を頻度とする。これにより、舵取機構の目標転舵角と実転舵角との大小反転が頻繁に生じた場合でも、振動・発振が発生せず、また、目標転舵角への偏差が大きい場合でも応答性が悪化し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】
【００１０】
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（反力アクチュエータ）９、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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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、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。
【００１５】
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プブラケットシャフト６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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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、ケーブル３９を通じて、操舵角信号を転舵用コントローラ４２に与える。
【００２１】
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。
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する。また、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。
【００２２】
操舵／反力用コントローラ１６及び転舵用コントローラ４４は、目標転舵角と転舵角検出器４１が検出した転舵角との大小反転する頻度と、制御ゲインとの図４に示すような関係を定める各参照テーブルを、各内蔵するメモリ１６ａ，４２ａにそれぞれ記憶している。大小反転する頻度と制御ゲインとの関係は、反転する頻度が所定頻度を超えると、制御ゲインが低くなるように定めてある。
【００２３】
以下に、このような構成及び動作の航行用操舵装置の制御ゲインを設定する動作を、それを示す図５のフローチャートを参照しながら説明する。
この航行用操舵装置の転舵用コントローラ４２は、始動時にパラメータ類を初期化しておくものとする。先ず、転舵角検出器４１から実転舵角を読込み（Ｓ１）、操舵／反力用コントローラ１６から与えられた目標転舵角と実転舵角との差△βを演算する（Ｓ３）。次いで、前回のサンプリング時に演算した目標転舵角と実転舵角との差△βｐと差△βとを乗算し、その乗算結果が負であるか否かを判定する（Ｓ５）。
【００２４】
転舵用コントローラ４２は、乗算結果が負であれば（Ｓ５）、累計パラメータｃに１を加算し（Ｓ７）、次いで、計時パラメータｔに１を加算し（Ｓ９）、計時パラメータｔが所定値ｔｈに達したか否かを判定する（Ｓ１１）。
転舵用コントローラ４２は、計時パラメータｔが所定値ｔｈに達していれば（Ｓ１１）、そのときの累計パラメータｃ（＝大小反転頻度）を操舵／反力用コントローラ１６に与える（Ｓ１２）と共に、累計パラメータｃに応じた制御ゲインを、メモリ４２ａ内の参照テーブルを参照して設定する（Ｓ１３）。次いで、累計パラメータｃ及び計時パラメータｔを初期化し（Ｓ１５）、今回の差△βを前回の差△βｐとして記憶し（Ｓ１７）リターンする。
【００２５】
転舵用コントローラ４２は、乗算結果が負でなければ（Ｓ５）、計時パラメータｔに１を加算し（Ｓ９）、計時パラメータｔが所定値ｔｈに達したか否かを判定する（Ｓ１１）。
転舵用コントローラ４２は、計時パラメータｔが所定値ｔｈに達していなければ（Ｓ１１）、今回の差△βを前回の差△βｐとして記憶し（Ｓ１７）リターンする。
操舵／反力用コントローラ１６は、累計パラメータｃを与えられた（Ｓ１２）ときは、累計パラメータｃに応じた制御ゲインを、メモリ１６ａ内の参照テーブルを参照して設定する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【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】目標転舵角と実転舵角との大小反転する頻度と、制御ゲインとの関係の例を示す特性図である。
【図５】本発明に係る航行用操舵装置の制御ゲインを設定する動作の例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００２７】
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）、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（反力制御手段）、１６ａ，４２ａ  メモリ、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（転舵制御手段）、４５  転舵シャフト（舵取機構）
【図１】
2007203843.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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