特開 2022-147044 船舶用ステアリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022147044

(43)【公開日】2022-10-06

(54)【発明の名称】船舶用ステアリング装置

(51)【国際特許分類】

   B63H 25/42 20060101AFI20220929BHJP

   B63H 25/24 20060101ALI20220929BHJP

【ＦＩ】

B63H25/42 B

B63H25/24 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021048133

(22)【出願日】2021-03-23

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100067356

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 容一郎

(72)【発明者】

【氏名】桐原 建一

(72)【発明者】

【氏名】菊地 典夫

(72)【発明者】

【氏名】安間 友輔

(72)【発明者】

【氏名】福士 恭平

(72)【発明者】

【氏名】小暮 章浩

(57)【要約】

【課題】操縦性を向上させた船舶用ステアリング装置を提供する。
【解決手段】船舶用ステアリング装置３０は、舵取装置２０に対して機械的に分離されたハンドル１１と、前記ハンドル１１の操舵角θを検出する操舵角検出部３３と、前記ハンドル１１に付加する反力トルクＴｒを発生する反力モータ３１と、前記操舵角θと前記ハンドル１１に求められる目標操舵トルクＴｓとの基本関係を関連付けた操舵特性マップに基づいて前記操舵角θに応じた前記反力トルクＴｒが得られるように前記反力モータ３１を制御する反力制御部４０とを備える。前記操舵特性マップは、前記操舵角θが零からの第１操舵領域Ａ１に対し、前記操舵角θが前記第１操舵領域Ａ１よりも大きい第２操舵領域Ａ２では、前記操舵角θに対する前記目標操舵トルクＴｓの変化量が小さい特性を有している。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

船体に装着可能な船外機と、
前記船外機の舵取装置に対して機械的に分離されているとともに、前記舵取装置を電気的に操舵可能なハンドルと、
前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出部と、
前記ハンドルに付加する反力トルクを発生する反力モータと、
前記操舵角と前記ハンドルに求められる目標操舵トルクとの、基本関係を関連付けた操舵特性マップを記憶する記憶部と、
前記操舵特性マップに基づき、前記操舵角に応じた前記反力トルクが得られるように、前記反力モータを駆動する駆動電流値を制御する反力制御部と、を備え、
前記操舵特性マップは、前記操舵角が零から予め設定された第１操舵領域に対し、前記操舵角が前記第１操舵領域よりも大きい第２操舵領域では、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクの変化量が小さい特性を有している、船舶用ステアリング装置。

【請求項2】

前記船体の速度を検出する船速検出部を、更に備え、
前記操舵特性マップは、前記速度が高速であるほど、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクが大きくなる特性を有している、請求項１に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項3】

前記反力モータから前記ハンドルへ付加された前記反力トルクを検出する反力トルク検出部を、更に備え、
前記反力制御部は、前記反力トルク検出部によって検出された前記反力トルクに基づいて、フィードバック制御を実行している、請求項１又は請求項２に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項4】

前記船体の挙動を判定する船体挙動判定部を、更に備え、
前記反力制御部は、前記船体挙動判定部によって判断された前記船体の挙動の変化に応じて、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクの特性を補正するように、前記駆動電流値を補正している、請求項１～３のいずれか１項に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項5】

前記操舵特性マップは、前記操舵角が予め設定されている上限値に達したときに、前記目標操舵トルクを急増させる特性を有している、請求項１～４のいずれか１項に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項6】

前記操舵角に基づいて前記ハンドルの操舵方向を判定する操舵角方向判定部を、更に備え、
前記操舵特性マップは、前記操舵方向が切り増し操作方向である場合の、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクの第１特性と、前記操舵方向が切り戻し操作方向である場合の、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクの第２特性と、を有するとともに、前記第１特性よりも前記第２特性が小さくなるヒステリシスを有しており、
前記反力制御部は、前記操舵角方向判定部により判定された前記操舵方向に従って、前記第１特性または前記第２特性を選択し、前記選択した特性に基づき、前記操舵角に応じた前記反力トルクが得られるように、前記反力モータを駆動する駆動電流値を制御する、請求項１～５のいずれか１項に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項7】

前記ハンドルが把持された状態であるか否かを検出する把持検出部と、
前記ハンドルが把持された状態であることを前記把持検出部によって検出された条件下で、前記操舵角検出部によって検出された前記操舵角に基づいて、前記ハンドルを掴んだまま操舵をしない保舵状態であるか否かを判定する保舵状態判定部とを、更に備え、
前記反力制御部は、前記保舵状態判定部によって、前記保舵状態から非保舵状態へ切り替わったと判定された場合に、前記操舵特性マップのなかの前記第２特性を実行する、請求項６に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項8】

前記反力制御部は、前記把持検出部によって、前記ハンドルが把持された状態から把持されない状態に切り替わったことを検出された場合に、予め設定されている操舵角戻し速度によって前記ハンドルを中立位置へ復帰させるように、前記反力モータを駆動する駆動電流値を制御する、請求項７に記載の船舶用ステアリング装置。

【請求項9】

前記操船者が操舵する意思を判定する操舵意思判定部を、更に備え、
前記反力制御部は、
現時点の前記操舵角を維持する意思があると操舵意思判定部によって判定された場合には、現時点の前記操舵角を維持するように、前記反力モータを駆動する駆動電流値を制御するとともに、
前記操船者が自分自身で操舵する意思があると操舵意思判定部によって判定された場合には、前記反力モータによって現時点の前記操舵角を維持する駆動電流値の制御を解除する、請求項６に記載の船舶用ステアリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、船舶用ステアリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

船舶用ステアリング装置には、電気アシスト油圧ステアリング技術が採用され始めている。しかしながら、電気アシスト油圧ステアリングには、操舵フィーリングや船体応答性の観点で改善の余地が残っている。そこで近年、運転席のハンドルと船外機の舵取装置とを機械的に分離した構成の、いわゆるステアバイワイヤ方式の船舶用ステアリング装置の開発が進められている。この種の船舶用ステアリング装置に関する従来技術として、例えば特許文献１に開示される技術がある。

【0003】

特許文献１に示される船舶用ステアリング装置では、運転席のハンドルは船外機の舵取装置から機械的に分離しているとともに、舵取装置を電気的に操舵可能である。つまり、ハンドルの操舵角に基づいて制御された電動モータによって、舵取装置の転舵力を発生させる。ハンドルには、操舵に応じた反力がハンドルモータ（反力モータ）から付加される。操船者は、ハンドル操作の手ごたえとして反力を感じながら操縦できる。このハンドルモータは、ハンドルを回して操舵した後、ハンドルを中立位置へ戻すための復帰モータとして機能する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６－２１９１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、ステアバイワイヤ方式を採用した場合に、反力モータからハンドルに単に反力を付加するだけでは、ハンドルと舵取装置とが機械的に連結されている従来のステアリング装置と比べて、操船者は操舵に違和感を覚えることがあり得る。例えば、船外機のプロペラの水掻き特性による、船体の応答性に左右差が発生しやすい。これまでよりも操縦性を向上させた船舶用ステアリング装置が求められている。

【0006】

本発明は、操縦性を向上させた船舶用ステアリング装置の提供を課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明者等は、鋭意検討の結果、操船者が船体の挙動を体で感じ取り、船体の状態を探りながら操舵する場合には、操船者がハンドルを操舵するときに、操舵角が小さい領域と操舵角が大きい領域とでは、操舵トルクが異なることに着目した。そして、ハンドルの操舵角と、ハンドルに求められる目標操舵トルクと、の関係を操舵特性マップによって関連付けることにより、もっと操縦性を向上させた船舶用ステアリング装置が得られることを知見した。本発明は、当該知見に基づいて完成させた。本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、ステアバイワイヤ方式の船において、操縦に違和感のない船用操舵装置を提供することを目的とする。

【0008】

以下、本開示について説明する。
本開示によれば、船体に装着可能な船外機と、前記船外機の舵取装置に対して機械的に分離されているとともに、前記舵取装置を電気的に操舵可能なハンドルと、前記ハンドルの操舵角を検出する操舵角検出部と、前記ハンドルに付加する反力トルクを発生する反力モータと、前記操舵角と前記ハンドルに求められる目標操舵トルクとの、基本関係を関連付けた操舵特性マップを記憶する記憶部と、前記操舵特性マップに基づき、前記操舵角に応じた前記反力トルクが得られるように、前記反力モータを駆動する駆動電流値を制御する反力制御部と、を備え、前記操舵特性マップは、前記操舵角が零から予め設定された第１操舵領域に対し、前記操舵角が前記第１操舵領域よりも大きい第２操舵領域では、前記操舵角に対する前記目標操舵トルクの変化量が小さい特性を有している、船舶用ステアリング装置が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明では、操縦性を向上させた船舶用ステアリング装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施例１による船舶用ステアリング装置を搭載した船体の平面模式図である。

【図2】図１に示される船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図3】図２に示される記憶部に記憶されている操舵特性マップの概念図である。

【図4】実施例２による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図5】図４に示される記憶部に記憶されている操舵特性マップの概念図である。

【図6】実施例３による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図7】実施例４による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図8】実施例５による船舶用ステアリング装置の操舵特性マップの概念図である。

【図9】実施例６による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図10】図９に示される記憶部に記憶されている操舵特性マップの概念図である。

【図11】実施例７による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【図12】実施例８による船舶用ステアリング装置の制御の内容を説明するブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、添付図に示した形態は本発明の一例であり、本発明は当該形態に限定されない。説明中、左右とは船体の直進状態を基準として左右、前後とは船体の直進状態を基準として前後を指す。また、図中Ｆｒは前（進行方向）、Ｒｒは後（進行方向に対して逆方向）、Ｌｉは左、Ｒｉは右を示している。

【0012】

＜実施例１＞
図１～図３を参照しつつ、実施例１の船体１０及びこの船体１０に搭載された船舶用ステアリング装置３０を説明する。

【0013】

図１に示されるように、船体１０は、前部にハンドル１１（操舵部材１１）を備え、後部に船外機１２を備えている。船外機１２は、船外機本体１３と、船外機本体１３の下部に設けられたにプロペラ１４と、このプロペラ１４を駆動する動力源１５とを備えている。この船外機１２の前部は、船体１０に垂直なスイベル軸１６によって左右へ揺動可能に支持されているとともに、舵取装置２０に連結されている。

【0014】

舵取装置２０は、例えば、船体１０の幅方向へ延びた固定軸２１と、この固定軸２１にボールねじ機構２２を介して出力軸が連結された舵取り用モータ２３と、この舵取り用モータ２３と共に固定軸２１に沿って移動可能な移動体２４と、この移動体２４に連結されたリンク機構２５とを備える。このリンク機構２５は、船外機本体１３に連結されている。

【0015】

舵取り用モータ２３の動力は、ボールねじ機構２２を介して、固定軸２１に沿う方向への移動体２４の直線運動に変換される。この移動体２４の直線運動は、リンク機構２５を介して、スイベル軸１６を中心とした船外機１２の左右揺動運動に変換される。このようにして、舵取装置２０は、舵取り用モータ２３の動力によって船外機１２の向きを変えることにより、転舵する。

【0016】

船舶用ステアリング装置３０は、運転席のハンドル１１と、船外機１２の舵取装置２０とを機械的に分離しているとともに、ハンドル１１によって舵取装置２０を電気的に操舵可能な構成の、いわゆるステアバイワイヤ方式を採用している。

【0017】

ハンドル１１は、例えばステアリングホイールによって構成されるとともに、ステアリング軸１１ａを備えている。ステアリング軸１１ａには、ハンドル１１に対して操舵反力（反力トルク）を付加する反力モータ３１が連結されている。反力モータ３１（図示せぬ各種のアクチュエータを含む）は、操船者が操舵するハンドル１１の操舵力に抵抗する、反力トルクを発生することによって、操船者に操舵感を与える。この反力モータ３１は、電動モータによって構成されている。

【0018】

ここで、「反力トルクＴｒ」とは、ハンドル１１に対して、その操舵方向とは逆方向のトルクのことである。上述のように、ハンドル１１と舵取装置２０とを機械的に分離しているので、ハンドル操作の手ごたえがない。これに対処するために、反力モータ３１は、ハンドル１１に対して、操船者の操舵方向とは逆方向のトルクを付与する。このため、操船者は、ハンドル操作の手ごたえとしてトルク（反力トルクＴｒ）を感じながら操縦できる。反力トルクＴｒは、ハンドル１１と舵取装置２０とが機械的に結合されている場合に必要な、操舵トルクを勘案して設定される。

【0019】

ハンドル１１の操舵情報は、制御部３２に送られる。この操舵情報の１つは、操舵角検出部３３によって検出された、ハンドル１１の操舵角θである。

【0020】

制御部３２は、マイクロコンピュータ等を含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）により構成されており、ハンドル１１の操舵情報を含む各種の情報に基づいて、舵取り用モータ２３を駆動制御する。さらに制御部３２は、反力モータ３１を駆動制御する反力制御部４０を備えている。

【0021】

図２に示されるように、反力制御部４０は、コンピュータが所定のプログラム処理を実行することによってソフトウエア的に実現される複数の機能処理部を有している。この反力制御部４０は、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θに応じた目標反力トルクを算出する目標反力トルク演算部４１と、目標反力トルク演算部４１から出力された目標反力トルクに応じて反力モータ３１に対する目標電流を決定する目標モ－タ電流演算部４２と、目標モ－タ電流演算部４２から出力された目標電流に応じて反力モータ３１を例えばＰＷＭ制御によって駆動するモータ駆動部４３とを備えている。

【0022】

このようにして駆動された反力モータ３１は、ハンドル１１に対して、その操舵方向とは逆方向の反力トルクＴｒを付与する動作をなす。

【0023】

反力制御部４０は、操舵特性マップを記憶する記憶部４４を備えている。なお、この記憶部４４は、反力制御部４０とは別に構成してもよい。

【0024】

図３も参照すると、操舵特性マップは、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θと、ハンドル１１に求められる目標操舵トルクＴｓとの、基本関係を関連付けてマップ化したものである。この操舵特性マップの操舵特性は、ハンドル１１の左操舵と右操舵の、どちらも同じ特性である。

【0025】

ここで、操船者によるハンドル１１の操作について、次のように定義する。操船者がハンドル１１の操舵角θを増す操作のことを、「切り増し操作」という。操船者がハンドル１１の操舵角θを減らす操作、つまりハンドル１１を中立方向へ戻す操作のことを、「切り戻し操作」という。

【0026】

図３に示されるように、操舵特性マップは、横軸を操舵角θとし縦軸を目標操舵トルクＴｓとして、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓを求める曲線Ｑ１の特性（実線によって示される基本特性曲線Ｑ１）を有している。

【0027】

この基本特性曲線Ｑ１によれば、操舵角θが零のとき、つまりハンドル１１が中立位置にあるときには、目標操舵トルクＴｓは一定値Ｔｓ１に予め設定されている。この一定値Ｔｓ１のことを「操舵トルク不感値Ｔｓ１」という。基本特性曲線Ｑ１に操舵トルク不感値Ｔｓ１を設定しているので、中立位置（θ＝０）に位置しているハンドル１１を切り増し操作するには、操舵トルク不感値Ｔｓ１を超える操舵トルクＴｓを必要とする。ハンドル１１の操舵方向の振らつきを規制することができるので、船体１０の直進時に、確実に直進操舵している感覚を、操船者に与えることができる。ハンドル１１の左操舵と右操舵の、どちらでも同じである。

【0028】

さらに、基本特性曲線Ｑ１は、操舵トルク不感値Ｔｓ１から、操舵角θの増大に応じて目標操舵トルクＴｓが右肩上がりに増大する特性を有する。より詳しく述べると、基本特性曲線Ｑ１は、操舵角θが零から予め設定された第１操舵領域Ａ１に対し、操舵角θが第１操舵領域Ａ１よりも大きい第２操舵領域Ａ２では、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの変化量が小さい特性を有している。

【0029】

つまり、第１操舵領域Ａ１では、操舵角θの変化量に対して、目標操舵トルクＴｓの変化量が、第２操舵領域Ａ２における変化量よりも大きい。第２操舵領域Ａ２では、操舵角θの変化量に対して、目標操舵トルクＴｓの変化量が、第１操舵領域Ａ１における変化量よりも小さい。第１操舵領域Ａ１と第２操舵領域Ａ２との境界（操舵角θが境界トルクθ１）付近では、操舵角θに対して目標操舵トルクＴｓが曲線的に変化する。

【0030】

次に、図２及び図３を参照しつつ、反力制御部４０の作用を説明する。目標反力トルク演算部４１は、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θと、図３に示される操舵特性マップの特性に従って、目標反力トルクを求め、この目標反力トルクに応じた反力指示信号を、目標モ－タ電流演算部４２に出力する。目標モ－タ電流演算部４２は、目標反力トルク演算部４１から出力された目標反力トルクに応じて、反力モータ３１に対する目標電流を決定し、この目標電流に応じて反力モータ３１に出力する電流を制御する。モータ駆動部４３は、目標モ－タ電流演算部４２から出力された電流制御信号に応じて、反力モータ３１を駆動する。

【0031】

このように、反力制御部４０は、操舵特性マップに基づき、操舵角θに応じた目標操舵トルクＴｓが得られるように、反力モータ３１を駆動する駆動電流値を制御する。

【0032】

実施例１についてまとめると、次のとおりである。
図１～図３に示されるように、船舶用ステアリング装置３０は、船体１０に装着可能な船外機１２と、前記船外機１２の舵取装置２０に対して機械的に分離されているとともに、前記舵取装置２０を電気的に操舵可能なハンドル１１と、前記ハンドル１１の操舵角θを検出する操舵角検出部３３と、前記ハンドル１１に付加する反力トルクＴｒを発生する反力モータ３１と、前記操舵角θと前記ハンドル１１に求められる目標操舵トルクＴｓとの、基本関係を関連付けた操舵特性マップを記憶する記憶部４４と、前記操舵特性マップに基づき、前記操舵角θに応じた前記反力トルクＴｒが得られるように、前記反力モータ３１を駆動する駆動電流値を制御する反力制御部４４と、を備える。前記操舵特性マップは、前記操舵角θが零から予め設定された第１操舵領域Ａ１に対し、前記操舵角θが前記第１操舵領域Ａ１よりも大きい第２操舵領域Ａ２では、前記操舵角θに対する前記目標操舵トルクＴｓの変化量が小さい特性を有している。

【0033】

このように、反力制御部４４は、操舵角θと目標操舵トルクＴｓとを関連付けた操舵特性マップに基づいて、反力モータ３１を制御する。つまり、ハンドル１１の左操舵時と右操舵時とで、同じ操舵特性マップを用いる。これにより、左操舵時と右操舵時とで、同じ操舵フィーリングで舵取装置２０を操舵することができる。操船者は、左右へのハンドル１１の操作の手ごたえとして、左右同じような反力トルクＴｒを感じながら操縦できる。この結果、操縦に違和感のない、ステアバイワイヤ方式の船舶用ステアリング装置３０を提供することができる。

【0034】

さらには、操舵特性マップにおいて、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの変化量（勾配）の特性は、操舵角θが小さい第１操舵領域Ａ１では大きく設定され、操舵角θが大きい第２操舵領域Ａ２では小さくされている。

【0035】

一般に、操舵角θが小さい領域、すなわち船体１０の特性として横方向の加速度（横加速度）、ヨーレート、船体１０の傾斜量（傾き角）などの物理量が小さい状態では、操船者はハンドル１１を弱く握り、手や腕に弱い力を入れた状態で操舵を行うことが多い。このため、ハンドル１１の操舵角制御が難しく、船体１０の挙動と相関の強い操舵トルク情報を用いて操舵を行う。

【0036】

これに対して実施例１では、ハンドル１１を切り増し操作する場合に、ハンドル１１の操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの変化量（勾配）が大きく、その変化をより操舵感覚として感じやすい第１操舵領域Ａ１で操舵する。

【0037】

一方、操舵角θが大きい領域、すなわち船体１０の特性として横方向の加速度（横加速度）、ヨーレート、船体１０の傾斜量（傾き角）などの物理量が大きい状態では、操船者はハンドル１１を強く握り、手や腕に強い力を入れた状態で操舵を行うことが多い。手の位置での操舵トルクの検出精度が下がるので、操舵角θの制御の精度が上がる。このため、操舵トルク特性が緩やかな方が、操舵角θを制御しやすいので、第２操舵領域Ａ２で操舵をする。

【0038】

以上の関係から、図３に示されるように、操縦性を確保した基本特性として、操舵角θが小さい第１操舵領域Ａ１では、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの変化量が大きい特性とし、操舵角θが大きい第２操舵領域Ａ２では、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの変化量が小さい特性としている。このように、操舵領域Ａ１，Ａ２によって目標操舵トルクＴｓの変化量を変えることによって、ハンドル１１による操縦性を向上することができる。

【0039】

なお、操舵特性マップにおいて、第１操舵領域Ａ１と第２操舵領域Ａ２との境界点（境界トルクθ１）は、操船者がハンドル１１を操舵する操舵性を考慮して最適な点に設定される。

【0040】

＜実施例２＞
図４～図５を参照しつつ、実施例２の船舶用ステアリング装置１３０を説明する。実施例２の船舶用ステアリング装置１３０は、実施例１の構成に船速検出部１３１を加えたことを特徴とする。実施例１と同じ構成については説明を省略する。

【0041】

図４に示されるように、実施例２の船舶用ステアリング装置１３０は、前記船体１０の速度Ｖｒ（船速Ｖｒ）を検出する船速検出部１３１を備えている。反力制御部１４０は、実施例１の反力制御部４０（図２参照）に対応している。反力制御部１４０の目標反力トルク演算部１４１は、操舵角θ及び船速Ｖｒに応じた目標反力トルクを算出する。図５に示される操舵特性マップは、速度Ｖｒ（船速Ｖｒ）が高速であるほど、操舵角θに対する前記目標操舵トルクＴｓが大きくなる特性を有している。

【0042】

例えば、図５に示される前記操舵特性マップでは、予め設定された基準船速の場合の特性曲線として、実施例１の基本特性曲線Ｑ１（図３参照）を採用している。この基本特性曲線Ｑ１を基準として、船速Ｖｒが基準船速よりも低速の場合には想像線によって示される低速特性曲線Ｑ２を設定するとともに、船速Ｖｒが基準船速よりも高速の場合には破線によって示される高速特性曲線Ｑ３を設定している。なお、船速Ｖｒに応じた特性曲線はＱ１，Ｑ２，Ｑ３の３つに限定されるものではなく、船速Ｖｒに応じた特性曲線の数は４以上であってもよい。

【0043】

このように、操舵特性マップは、船体１０の速度Ｖｒ（船速Ｖｒ）が高速であるほど、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓが大きくなる特性を有している。これにより、船速Ｖｒに応じた反力トルクＴｒをハンドル１１に付加することができるので、操船者が操縦する負担を軽減することができるとともに、船舶用ステアリング装置１３０の操縦性を、より向上することができる。その他の作用、効果については、上記実施例１と同じである。

【0044】

＜実施例３＞
図６を参照しつつ、実施例３の船舶用ステアリング装置２３０を説明する。実施例３の船舶用ステアリング装置２３０は、実施例１～２のいずれかの構成に、フィードバック制御を行うための反力トルク検出部２３１及び修正モータ電流演算部２３２を加えたことを特徴とする。ここでは、実施例２の構成に反力トルク検出部２３１及び修正モータ電流演算部２３２を加えた構成を例示し、実施例２と同じ構成については説明を省略する。

【0045】

図６に示されるように、反力トルク検出部２３１は、反力モータ３１からハンドル１１へ付加された反力トルクＴｒを検出する。反力制御部２４０は、実施例２の反力制御部１４０（図４参照）に対応している。反力制御部２４０の修正モータ電流演算部２３２は、反力トルク検出部２３１によって検出された反力トルクＴｒに応じて修正電流を設定し、目標モ－タ電流演算部４２の目標電流を修正する。この結果、フィードバック制御を行うことができる。

【0046】

このように、実施例３の船舶用ステアリング装置２３０は、反力モータ３１からハンドル１１へ付加された反力トルクＴｒを検出する反力トルク検出部２３１を備えている。反力制御部２４０は、反力トルク検出部２３１によって検出された反力トルクＴｒに基づいて、フィードバック制御を実行している。

【0047】

このため、例えば船舶用ステアリング装置２３０の環境（例えば気温）の変化や、船舶用ステアリング装置２３０の経年劣化による各部の機械的な摩擦力の変化が発生した場合であっても、安定した反力トルクＴｒをハンドル１１に付加することができる。従って、船舶用ステアリング装置２３０の操縦性を、より向上することができる。その他の作用、効果については、上記実施例２と同じである。

【0048】

＜実施例４＞
図７を参照しつつ、実施例４の船舶用ステアリング装置３３０を説明する。実施例４の船舶用ステアリング装置３３０は、実施例１～３のいずれかの構成に、船体１０の挙動に応じてモータ電流を補正するための各種の検出部３５１～３５３、船体挙動判定部３５４、反力トルク補正部３５５及び修正モータ電流演算部３５６を加えたことを特徴とする。ここでは、実施例３の構成に各種の検出部３５１～３５３、船体挙動判定部３５４、反力トルク補正部３５５及び修正モータ電流演算部３５６を加えた構成を例示し、実施例３と同じ構成については説明を省略する。

【0049】

船体挙動判定部３５４、反力トルク補正部３５５及び修正モータ電流演算部３５６は、反力制御部３４０に組み込まれている。反力制御部３４０は、実施例３の反力制御部２４０（図６参照）に対応している。

【0050】

船体挙動判定部３５４は、船体１０の挙動によって発生、変動する物理量の特性を、規範特性（船体１０の運動方程式からの算出量や水面環境安定時の計測値）との比較演算によって、船体１０の挙動を判断する。

【0051】

船体挙動判定部３５４が判定するための、船体１０の挙動で発生、変動する物理量を検出する検出部としては、例えばヨーレート検出部３５１、横加速度検出部３５２及び船体傾斜量検出部３５３を挙げることができる。ヨーレート検出部３５１は、船体１０の走行時に船体１０の上下軸まわりに回転運動（ヨーイング）が変化する速度（ヨーレート）を検出する。横加速度検出部３５２は、船体１０の旋回時に船体１０にかかる横方向の加速度を検出する。船体傾斜量検出部３５３は、船体１０の姿勢（傾き角）を検出する。

【0052】

船体１０の挙動と関係するヨーレート、横方向の加速度、傾き角などの物理量に合わせて操舵トルク特性を変更することによって、船体１０と操船者との締結が強固なハンドル１１を介して、船体１０の挙動を感じ取ることができる。

【0053】

反力トルク補正部３５５は、船体挙動判定部３５４が判定した船体１０の挙動結果に基づいて、目標反力トルク演算部１４１から出力された目標反力トルクを補正する。修正モータ電流演算部３５６は、反力トルク補正部３５５から出力された補正値に応じて補正電流を決定し、目標モ－タ電流演算部４２の目標電流を修正する。

【0054】

このように実施例４の船舶用ステアリング装置３３０は、船体１０の挙動を判定する船体挙動判定部３５４を備えている。反力制御部３４０は、船体挙動判定部３５４によって判断された船体１０の挙動の変化に応じて、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの特性を補正するように、駆動電流値を補正している。

【0055】

例えば、反力制御部３４０は、船体挙動判定部３５４によって判定された船体１０の挙動の変化が大きいほど、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの値が大きくなるように補正する。このため、船体１０の挙動に応じた操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓの特性を変化させることができる。従って、船舶用ステアリング装置３３０の操縦性を、より向上することができる。その他の作用、効果については、上記実施例３と同じである。

【0056】

＜実施例５＞
図１～図３及び図８を参照しつつ、実施例５の船舶用ステアリング装置を説明する。実施例８の船舶用ステアリング装置は、実施例１の船舶用ステアリング装置３０（図２参照）の操舵特性マップ（図３参照）の特性を、図８に示される操舵特性マップの特性に一部を変更したことを特徴とする。以下、操舵特性マップの特性の変更点とそれに関連する内容のみを説明し、それ以外は実施例１と同じなので、説明を省略する。

【0057】

図８に示されるように、実施例５の前記操舵特性マップは、前記操舵角θが予め設定されている上限値θｓに達したときに、前記目標操舵トルクＴｓを急増させる特性（例えば目標操舵トルクＴｓを無限大にする特性）を有している。

【0058】

操舵角θの上限値θｓを設定することによって、これ以上、操船者がハンドル１１を切り増し操作（操舵角θを増す操作）することを規制することができる。過大な切り増し操作を規制することによって、船体１０の挙動が安定した範囲に収めることができる。その他の作用、効果については、上記実施例１と同じである。

【0059】

＜実施例６＞
図９～図１０を参照しつつ、実施例６の船舶用ステアリング装置４３０を説明する。実施例６の船舶用ステアリング装置４３０は、実施例１～５のいずれかの構成に、ヒステリシス特性を付与するための操舵角方向判定部４４１及びヒステリシス特性部４４２を加えたことを特徴とする。ここでは、実施例４の構成に操舵角方向判定部４４１及びヒステリシス特性部４４２を加えた構成を例示し、実施例４と同じ構成については説明を省略する。

【0060】

操舵角方向判定部４４１及びヒステリシス特性部４４２は、反力制御部４４０に組み込まれている。反力制御部４４０は、実施例４の反力制御部３４０（図７参照）に対応している。

【0061】

操舵角方向判定部４４１は、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θに基づいて、ハンドル１１の操舵方向を判定する。ヒステリシス特性部４４２は、操舵角方向判定部４４１によって、ハンドル１１の操舵方向が切り戻し操作方向であると判定された場合に、図１０に示される操舵特性マップのなかの第２特性Ｑ４（ヒステリシス特性）を実行するように演算する。

【0062】

図１０に示されるように、操舵特性マップは、ハンドル１１を切り増し操作した場合の目標操舵トルクの第１特性Ｑ１と、ハンドル１１を切り戻し操作した場合の目標操舵トルクの第２特性Ｑ４と、を有している。第１特性Ｑ１は、実施例１の基本特性曲線Ｑ１（図３参照）を採用している。第２特性Ｑ４は、切り増し操舵から切り戻し操舵へ切り替わったときに、第１特性Ｑ１よりも小さくなるヒステリシス特性である。第２特性Ｑ４によれば、操舵角θが零のとき、つまりハンドル１１が中立位置にあるときには、目標操舵トルクＴｓは零に設定されている。

【0063】

なお、操舵角方向判定部４４１によって、ハンドル１１の操舵方向が切り戻し操作方向であると判定された場合に、反力制御部４４０の反力制御部４４０自体が、図１０に示される操舵特性マップのなかの第２特性Ｑ４（ヒステリシス特性）を実行するように演算してもよい。その場合には、ヒステリシス特性部４４２は不要である。

【0064】

実施例６についてまとめると、次のとおりである。
図９に示されるように、実施例６の船舶用ステアリング装置４３０は、操舵角θに基づいてハンドル１１の操舵方向を判定する操舵角方向判定部４４１を備えている。図１０に示されるように、実施例６の操舵特性マップは、操舵方向が切り増し操作方向である場合の、操舵角θに対する目標操舵トルクの第１特性Ｑ１と、操舵方向が切り戻し操作方向である場合の、操舵角θに対する目標操舵トルクの第２特性Ｑ４と、を有するとともに、第１特性Ｑ１よりも第２特性Ｑ４が小さくなるヒステリシスを有している。反力制御部４４０は、操舵角方向判定部４４１により判定された操舵方向に従って、第１特性Ｑ１または第２特性Ｑ４を選択し、選択した特性に基づき、操舵角θに応じた反力トルクＴｒが得られるように、反力モータ３１を駆動する駆動電流値を制御する。

【0065】

このように、図１０に示される操舵特性マップは、ハンドル１１の操舵方向に応じたヒステリシス特性を有している。ハンドル１１の操舵方向が切り戻し操作方向（中立位置へ復帰させる操作方向）の場合には、操舵角θに対する目標操舵トルクＴｓのトルク特性が小さく、鈍感な勾配特性とする。外乱による船体１０や操船者の揺れが生じても、舵の乱れを抑制し、操縦安定性を向上することができる。その他の作用、効果については、上記実施例１や実施例６と同じである。

【0066】

＜実施例７＞
図１１を参照しつつ、実施例７の船舶用ステアリング装置５３０を説明する。実施例７の船舶用ステアリング装置５３０は、実施例１～６のいずれかの構成に、ハンドル１１から手を放した場合にハンドル１１を中立位置へ戻すための、把持検出部５４１、保舵状態判定部５４２及びハンドル戻し速度演算部５４３及びモータ電流加減算値演算部５４４を加えたことを特徴とする。ここでは、実施例６の構成に把持検出部５４１、保舵状態判定部５４２及びハンドル戻し速度演算部５４３及びモータ電流加減算値演算部５４４を加えた構成を例示し、実施例６と同じ構成については説明を省略する。

【0067】

保舵状態判定部５４２及びハンドル戻し速度演算部５４３及びモータ電流加減算値演算部５４４は、反力制御部５４０に組み込まれている。反力制御部５４０は、実施例４の反力制御部４４０（図９参照）に対応している。

【0068】

把持検出部５４１は、操船者がハンドル１１を掴んでいるかを検出する。例えばハンドル１１に設けられている静電容量式センサによって構成される。

【0069】

保舵状態判定部５４２は、操船者がハンドル１１を掴んだまま操舵をしない状態、いわゆる保舵状態であるか否かを判定する。例えば、操船者がハンドル１１を握って、予め設定された操舵角θを保った状態の場合に、保舵状態判定部５４２は保舵状態であると判定する。この保舵状態判定部５４２は、例えば、把持検出部５４１の検出信号と、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θと、に基づいて保舵状態であるか否かを判定する。

【0070】

保舵状態判定部５４２によって、保舵状態と判定された場合には、目標反力トルク演算部４１は、船体１０の挙動に対して舵の乱れを抑制するように電流値を制御する。例えば、反力制御部５４０は、図１０に示される操舵特性マップのなかの第２特性Ｑ４（ヒステリシス特性）を実行するように演算する。

【0071】

保舵状態判定部５４２によって、保舵状態から非保舵状態へ切り替わったと判定された場合には、ハンドル戻し速度演算部５４３は、予め設定されている操舵角戻し速度によってハンドル１１を中立位置（θ＝０）へ復帰させるように戻し速度を演算する。モータ電流加減算値演算部５４４は、ハンドル戻し速度演算部５４３からの戻し速度に応じて電流値を演算し、目標モ－タ電流演算部４２から出力される目標電流を加減する。

【0072】

実施例７についてまとめると、次のとおりである。
図１１に示されるように、実施例７の船舶用ステアリング装置５３０は、ハンドル１１が把持された状態であるか否かを検出する把持検出部５４１と、ハンドル１１が把持された状態であることを把持検出部５４１によって検出された条件下で、操舵角検出部３３によって検出された操舵角θに基づいて、ハンドル１１を掴んだまま操舵をしない保舵状態であるか否かを判定する保舵状態判定部５４２と、を備えている。反力制御部５４０は、保舵状態判定部５４２によって、保舵状態から非保舵状態へ切り替わったと判定された場合に、図１０に示される操舵特性マップのなかの、第２特性Ｑ４を実行する。

【0073】

このため、船体１０の挙動に対して舵の乱れを抑制するように電流値を制御することができる。外乱による船体１０や操船者の揺れが生じても、舵の乱れを抑制し、操縦安定性を向上することができる。

【0074】

さらに、反力制御部５４０は、把持検出部５４１によって、ハンドル１１が把持された状態から把持されない状態に切り替わったことを検出された場合に、予め設定されている操舵角戻し速度によってハンドル１１を中立位置（θ＝０）へ復帰させるように、反力モータ３１を駆動する駆動電流値を制御する。

【0075】

操船者がハンドル１１から手を離したときには、ハンドル１１を適切な操舵角戻し速度によって中立位置へ復帰させることができる。このため、操縦安定性を向上することができるとともに、操船者の快適性を向上することができる。その他の作用、効果については、上記実施例６と同じである。

【0076】

＜実施例８＞
図１２を参照しつつ、実施例８の船舶用ステアリング装置６３０を説明する。実施例８の船舶用ステアリング装置６３０は、実施例１～７のいずれかの構成に、操船者が操舵する意思を判定するための、保舵意思検出部６４１、操舵意思検出部６４２、操舵意思判定部６４３及び駆動電流切り替え部６４４を加えたことを特徴とする。ここでは、実施例７の構成に保舵意思検出部６４１、操舵意思検出部６４２、操舵意思判定部６４３及び駆動電流切り替え部６４４を加えた構成を例示し、実施例７と同じ構成については説明を省略する。

【0077】

操舵意思判定部６４３及び駆動電流切り替え部６４４は、反力制御部６４０に組み込まれている。反力制御部５４０は、実施例７の反力制御部５４０（図１１参照）に対応している。

【0078】

保舵意思検出部６４１は、操船者が現時点の操舵角θを維持する意思があるということを明示するときに、操作する。この保舵意思検出部６４１は、例えば、スイッチング機能を有している操作ボタンやタッチパネル、操船者が握る握力等を検出する把持センサによって構成される。

【0079】

操舵意思検出部６４２は、操船者が自分自身で操舵する意思があることを検出する。この操舵意思検出部６４２は、例えば、反力モータ３１に内蔵されているトルク・アングル・センサ)によって構成される。トルク・アングル・センサは、反力モータ３１のトルクや角度を検出する。

【0080】

操舵意思判定部６４３は、現時点の操舵角θを維持する意思があるか否かを判定する操舵角維持意志判定部６４５と、操船者が自分自身で操舵する意思があるか否かを判定する操舵開始意思判定部６４６と、を備える。

【0081】

操舵角維持意志判定部６４５（旋回保舵意思判定部６４５）は、保舵意思検出部６４１の検出信号に基づいて、現時点の操舵角θを維持する意思（保舵する意思）があるか否かを判定する。

【0082】

操舵開始意思判定部６４６は、操舵意思検出部６４２の検出信号に基づいて、操船者が自分自身で操舵する意思があるか否かを判定する。例えば、操舵開始意思判定部６４６は、駆動電流切り替え部６４４から保舵司令を発している状態で、反力モータ３１に内蔵されているトルク・アングル・センサ６４２（操舵意思検出部６４２）の検出信号の変動が閾値を超えた場合に、操船者が自分自身で操舵する意思有りと判定する。

【0083】

操舵角維持意志判定部６４５によって、操船者が保舵する意思有りと判定された場合には、駆動電流切り替え部６４４は、現時点の操舵角θを維持するように、目標モ－タ電流演算部４２に司令する（保舵司令）。その後、操舵開始意思判定部６４６によって、操船者が自分自身で操舵する意思有りと判定された場合には、駆動電流切り替え部６４４は、現時点の操舵角θを維持する司令を解除する（解除司令）。

【0084】

実施例８についてまとめると、次のとおりである。
図１２に示されるように、実施例９の船舶用ステアリング装置６３０は、操船者が操舵する意思を判定する操舵意思判定部６４３を備えている。船舶用ステアリング装置６３０の反力制御部６４０は、現時点の操舵角θを維持する意思があると操舵意思判定部６４３によって判定された場合には、現時点の操舵角θを維持するように、反力モータ３１を駆動する駆動電流値を制御するとともに、操船者が自分自身で操舵する意思があると操舵意思判定部６４３によって判定された場合には、反力モータ３１によって現時点の操舵角θを維持する駆動電流値の制御を解除する。

【0085】

操船者の意思に応じて操舵角θを保持することによって、船外機１２の転舵角を保持することができる。このため、従来の電気アシスト油圧ステアリング装置と同様の旋回時の手放し運転をすることが可能となる。しかも、操船者の操舵意思を判断して、通常の操舵を継続することができる。その他の作用、効果については、上記実施例７と同じである。

【0086】

なお、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、実施例に限定されるものではない。
例えば、船舶用ステアリング装置３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０は、船体１０に複数の船外機１２を搭載した場合を含む。
各実施例の船舶用ステアリング装置３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０は、任意の１つまたは複数の実施例同士を組み合わせることができる。

【産業上の利用可能性】

【0087】

本発明の船舶用ステアリング装置３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０は、小型の船体１０に搭載された船外機１２に好適である。

【符号の説明】

【0088】

１０ 船体
１１ ハンドル
１２ 船外機
２０ 舵取装置
３０，１３０，２３０，３３０，４３０，５３０，６３０ 船舶用ステアリング装置
３１ 反力モータ
３３ 操舵角検出部
４０，１４０，２４０，３４０，４４０，５４０，６４０ 反力制御部
４４ 記憶部
１３１ 船速検出部
２３１ 反力トルク検出部
３５４ 船体挙動判定部
３５５ 反力トルク補正部
４４１ 操舵角方向判定部
４４２ ヒステリシス特性部
５４１ 把持検出部
５４２ 保舵状態判定部
５４３ ハンドル戻し速度演算部
６４１ 保舵意思検出部
６４２ 操舵意思検出部
６４３ 操舵意思判定部
Ａ１ 第１操舵領域
Ａ２ 第２操舵領域
Ｑ１ 基本特性曲線（第１特性）
Ｑ４ 第２特性
Ｔｒ 反力トルク
Ｔｓ 目標操舵トルク
Ｖｒ 船体の速度（船速）
θ 操舵角
θｓ 操舵角θの上限値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】