JP2007203840A - Steering device for navigation - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a navigation steering apparatus such as an outboard motor.
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。 A small boat such as a motor boat that uses an outboard motor as a propulsion device does not have a rudder, the outboard motor is a steering mechanism, and steering is performed by changing the direction of the outboard motor main body. In particular, in the case of a small size, a handlebar is attached to the outboard motor main body so that the driver can directly steer. In other cases, the rotation of a steering wheel (steering member, steering wheel) provided in the driver's seat is transmitted by a rope and pulley, a push-pull cable, or a hydraulic plunger to steer the outboard motor body.
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。
上述したような航行用操舵装置では、ステアリングホイールは、舵取機構とリンクレスである為、無制限に自由に回転可能であり、自由な回転を制限するには制動手段及びストッパが必要である。しかし、ステアリングホイールは、通常複数回転して操舵する為、機械機構でストッパを設ける場合は、減速機構等が必要で複雑な構造となり、サイズが大きくなり、また、制限角を変更するのも容易でないという問題がある。
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発明では、複雑な構造及び設置空間が不要であり、適当な重さを感じながら、操舵部材を操作することができ、また、制限角の変更を容易に可能とする航行用操舵装置を提供することを目的とする。
第2、3発明では、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を提供することを目的とする。
In the navigation steering apparatus as described above, since the steering wheel is linkless with the steering mechanism, the steering wheel can freely rotate freely without limitation, and braking means and a stopper are required to limit the free rotation. However, since the steering wheel is usually steered by multiple rotations, if a mechanical mechanism is provided with a stopper, a reduction mechanism is required, resulting in a complicated structure, an increase in size, and an easy to change limit angle. There is a problem that is not.
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. In the first invention, a complicated structure and an installation space are unnecessary, and the steering member can be operated while feeling an appropriate weight. Another object of the present invention is to provide a navigation system that can easily change the limit angle.
It is an object of the second and third aspects of the invention to provide a navigation steering apparatus that includes a stopper for a steering member that does not require a complicated structure and installation space and that can easily change the limit angle.
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、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応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータを備えることを特徴とする。 A navigation steering apparatus according to a first aspect of the present invention includes a steering angle detector that detects a steering angle of a steering member that steers a hull, a steering mechanism that is mechanically separated from the steering member and steers the hull, In a navigation steering apparatus comprising a steering actuator that drives the steering mechanism according to a steering angle detected by the steering angle detector, the steering member according to the steering angle detected by the steering angle detector And a reaction force actuator for applying a steering reaction force to the motor.
第2発明に係る航行用操舵装置は、前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上になったときは、前記操舵部材による操舵が禁止されるように、前記反力アクチュエータが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。 In the navigation steering apparatus according to the second aspect of the present invention, the reaction force actuator is arranged so that the steering member is prohibited from being steered when the steering angle detected by the steering angle detector exceeds a predetermined angle. It is characterized by giving a steering reaction force.
第3発明に係る航行用操舵装置は、前記操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上であるか否かを判定する手段と、該手段が所定角度以上であると判定したときは、所定角度以上でないと判定したときよりも不連続的に大きい操舵反力を、前記操舵部材に与える手段とを備えることを特徴とする。 When the steering device for navigation according to the third aspect of the invention determines that the steering angle detected by the steering angle detector is equal to or greater than a predetermined angle, and determines that the means is equal to or greater than the predetermined angle, Means for giving the steering member a steering reaction force that is discontinuously greater than when it is determined that the angle is not equal to or greater than a predetermined angle.
第1発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、反力アクチュエータが操舵部材に操舵反力を与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、適当な重さを感じながら、操舵部材を操作することができ、また、制限角の変更を容易に可能とする航行用操舵装置を実現することができる。 According to the navigation steering apparatus of the first invention, the reaction force actuator applies a steering reaction force to the steering member in accordance with the steering angle detected by the steering angle detector, so that a complicated structure and installation space are not required. The steering member can be operated while feeling an appropriate weight, and a navigation steering device that can easily change the limit angle can be realized.
第2発明に係る航行用操舵装置によれば、操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上になったときは、操舵部材による操舵が禁止されるように、反力モータが操舵部材に操舵反力を与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を実現することができる。 In the navigation steering apparatus according to the second aspect of the present invention, the reaction force motor is applied to the steering member so that steering by the steering member is prohibited when the steering angle detected by the steering angle detector exceeds a predetermined angle. Since the steering reaction force is applied, it is possible to realize a navigation steering apparatus including a steering member stopper that does not require a complicated structure and installation space and that can easily change the limit angle.
第3発明に係る航行用操舵装置によれば、判定する手段が、操舵角検出器が検出した操舵角が所定角度以上であるか否かを判定し、判定する手段が、所定角度以上であると判定したときは、所定角度以上でないと判定したときよりも不連続的に大きい操舵反力を、与える手段が操舵部材に与えるので、複雑な構造及び設置空間が不要であり、また、制限角を変更するのが容易である操舵部材のストッパを備えた航行用操舵装置を実現することができる。 According to the navigation steering apparatus of the third aspect of the invention, the determining means determines whether or not the steering angle detected by the steering angle detector is equal to or greater than a predetermined angle, and the determining means is equal to or greater than the predetermined angle. When it is determined that the angle is not equal to or greater than the predetermined angle, the means for applying a steering reaction force that is discontinuously greater than the predetermined angle is applied to the steering member. It is possible to realize a navigation steering apparatus having a steering member stopper that can be easily changed.
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。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings illustrating embodiments thereof.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an embodiment of a navigation steering apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a connection relationship between an outboard motor main body and a hull used in the navigation steering apparatus according to the present invention. FIG.
This navigation steering device includes a
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。
The steering /
The rotor angle signal detected by the
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。
The
The outboard motor suspension bracket 4 is pivotally supported by a
A propeller (not shown) of the outboard motor
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。
The steered motor 11 (steering actuator) that generates the steered force is provided with a
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。
A
The
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。
Both ends of the rack (steering mechanism) 17 in the longitudinal direction, which is the width direction of the
A portion of the rack (steering mechanism) 17 that is not accommodated in the
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。
A portion of the
In the ball screw mechanism, the rotational motion of the steered
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。
As the
A
The other end (not shown) of the steered
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。
A steered shaft 45 (steering mechanism) protrudes from the tip of the outboard motor suspension bracket 4 on the outboard motor
A
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。
From the connection relationship of the
Further, when the
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。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of a control system of the navigation system according to the present invention.
In this control system, the steering angle signal of the
操舵角と反力トルクとは、図4に示すように、操舵角が0から、操舵が制限されるストッパ角迄は、反力トルクは徐々に増加し、ストッパ角を超えると、反力トルクは急激に最大トルクに増加する特性となっている。操舵/反力用コントローラ16は、この特性を実現する操舵角とモータ電流との関係を示す参照テーブルを、メモリ16aに内蔵しており、操舵角信号でこの参照テーブルを参照することにより、目標モータ電流を定め、反力モータ9を駆動制御する。
As shown in FIG. 4, the steering angle and the reaction force torque are gradually increased from a steering angle of 0 to a stopper angle at which steering is restricted. Has a characteristic of rapidly increasing to the maximum torque. The steering /
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。
The rotor angle signal detected by the
The turning
The calculation of the target turning angle can also be performed by the steering /
このような構成及び動作の航行用操舵装置では、操舵/反力用コントローラ16は、操舵角検出器15が検出した操舵角信号で、メモリ16aに内蔵してある、操舵角と反力トルク(=モータ電流)との関係を示す図4のような参照テーブルを参照して目標モータ電流を定め、定めたモータ電流が反力モータ9に流れるように、モータ駆動回路44をPWM(Pulse Width Modulation)制御する。
操舵/反力用コントローラ16は、操舵角信号がストッパ角以上のときは、反力トルクが最大となるように、目標モータ電流を定め、反力モータ9を駆動制御する。
In the navigation steering apparatus having such a configuration and operation, the steering /
When the steering angle signal is equal to or greater than the stopper angle, the steering /
図5は、本発明に係る航行用操舵装置の操舵反力制御の他の動作を示すフローチャートである。
このフローチャートでは、操舵/反力用コントローラ16は、先ず、操舵角検出器15が検出した操舵角θを読込み(S1)、操舵角θ(例えば一方向の操舵角をプラスとすれば、他方向の操舵角はマイナスとなる)の絶対値が、ストッパ角である所定角度より大きいか否かを判定する(S3)。
FIG. 5 is a flowchart showing another operation of the steering reaction force control of the navigation system according to the present invention.
In this flowchart, the steering /
操舵/反力用コントローラ16は、操舵角θの絶対値が、所定角度より大きくなければ(S3)、目標モータ電流=a|θ|(aは正の比例定数)として(S5)、操舵角θのプラス/マイナスに基づく反力モータ9の回転方向と目標モータ電流とをモータ駆動回路44に指示して(S7)リターンする。
操舵/反力用コントローラ16は、操舵角θの絶対値が、所定角度より大きければ(S3)、目標モータ電流をa|θ|の最大電流より数倍大きい電流として(S9)、操舵角θのプラス/マイナスに基づく反力モータ9の回転方向と目標モータ電流とをモータ駆動回路44に指示して(S7)リターンする。
モータ駆動回路44は、指示された回転方向及び目標モータ電流に基づき、反力モータ9をPWM制御する。
If the absolute value of the steering angle θ is not larger than the predetermined angle (S3), the steering /
If the absolute value of the steering angle θ is larger than the predetermined angle (S3), the steering /
The
以上により、運転者は、ステアリングホイール14をストッパ角以上の操舵角に操舵することが困難となり、ステアリングホイール14が、ストッパ角以上に回転されることはなく、機械機構によるストッパと同様の機能を得ることができる。また、メモリ16a内の参照テーブル又は操舵/反力用コントローラ16のプログラムを書き換えることにより、ストッパ角を容易に変更することができる。
As a result, it becomes difficult for the driver to steer the
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、16a 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、45 転舵シャフト(舵取機構) 1 outboard motor, 3 outboard motor body (steering mechanism), 4 outboard motor suspension bracket, 5 clamp bracket, 8 hull, 9 reaction force motor (reaction actuator), 11 steering motor (steering actuator), 14 steering wheel (steering member), 15 steering angle detector, 16 steering / reaction force controller, 16a memory, 17 rack (steering mechanism), 18 rack housing, 22 mounting bracket, 26 rotating cylinder (steering mechanism), 30 Guide plate (steering mechanism), 33 Steering arm (steering mechanism), 41 Steering angle detector, 42 Steering controller, 45 Steering shaft (steering mechanism)
Claims (3)
前記操舵角検出器が検出した操舵角に応じて、前記操舵部材に操舵反力を与える反力アクチュエータを備えることを特徴とする航行用操舵装置。 A steering angle detector that detects a steering angle of a steering member that steers the hull, a steering mechanism that is mechanically separated from the steering member and steers the hull, and a steering angle detected by the steering angle detector. In response, in a navigation steering apparatus comprising a steering actuator that drives the steering mechanism,
A navigation steering apparatus comprising a reaction force actuator that applies a steering reaction force to the steering member in accordance with a steering angle detected by the steering angle detector.
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