EP2193076B1 - Verfahren zum betreiben einer lenkeinheit für ein steer-by-wire schiffsteuersystem - Google Patents

Verfahren zum betreiben einer lenkeinheit für ein steer-by-wire schiffsteuersystem Download PDF

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EP2193076B1
EP2193076B1 EP08804777.4A EP08804777A EP2193076B1 EP 2193076 B1 EP2193076 B1 EP 2193076B1 EP 08804777 A EP08804777 A EP 08804777A EP 2193076 B1 EP2193076 B1 EP 2193076B1
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steering
rudder
mechanical resistance
control system
steering wheel
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    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/06—Steering by rudders
    • B63H25/08—Steering gear
    • B63H25/14—Steering gear power assisted; power driven, i.e. using steering engine
    • B63H25/18—Transmitting of movement of initiating means to steering engine
    • B63H25/24—Transmitting of movement of initiating means to steering engine by electrical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
    • B63H25/02—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring
    • B63H25/04—Initiating means for steering, for slowing down, otherwise than by use of propulsive elements, or for dynamic anchoring automatic, e.g. reacting to compass

Definitions

  • the present invention relates to a method of operating a steering unit for a steer-by-wire ship control system, comprising a rudder, a controller connected to the electronic control of the ship control system (ECU), a sensor for detecting the angular position of the rudder and a device for Generating a mechanical resistance on the rudder according to the preamble of patent claim 1.
  • steer-by-wire systems which are also used in the ship control technology.
  • the steering commands are detected by a sensor and forwarded via a control unit to an actuator which executes the steering command.
  • a control unit to an actuator which executes the steering command.
  • a steer-by-wire ship control system is for example from the US Pat. No. 6,431,928 B1 known.
  • an electric motor for rotating the entire propeller drive unit via a mechanical power transmission chain is provided, wherein the electric motor is controlled by a control unit which includes the steering device for obtaining steering command information and the sensor for detecting the steering position information connected is.
  • a steering unit for a steer-by-wire ship control system which includes a mechanically rotatable steering device, such as a rudder, a sensor for detecting the rotational movement the rudder and a stop mechanism to block further rotation of the rudder to starboard or port when the rudder of the ship has reached an extreme starboard position.
  • a steer-by-wire ship control system known which comprises at least two steering units.
  • the rudder is actuated by means of a hydraulically actuatable actuator based on the steering signals which are generated by that steering device which requires the faster movement of the rudder.
  • the steering units each comprise a rudder, which is connected to a respective control device, which in turn is connected to the control network.
  • the steering devices in the event of actuation or rotation of the rudder in response to signals of a sensor for detecting the rudder position by means of couplings produce a mechanical resistance, the resistance is the greater, the closer the rudder to an end position approaches.
  • the mechanical resistance on the rudder is set such that further rotation of the same in the same direction is not possible. This is made possible by a coupling which, when fully closed, does not allow any rotation of the rudder.
  • the present invention has for its object to provide a method for operating the steering unit for a steer-by-wire ship control system, through its implementation, the comfort and safety are increased.
  • a method of operating a steering unit for a steer-by-wire ship control system comprising a rudder, a control preferably connected via a CAN bus to the electronic control of the ship control system (ECU), a sensor for detecting the angular position of the rudder and a Suggested means for generating a mechanical resistance on the rudder, in the event that no auto-pilot device is activated, the mechanical resistance at the rudder generated by the user when the rudder is actuated is a function of the ship's speed, wherein the resistance is increased with increasing speed up to a predetermined limit, wherein in the event that an auto-pilot device is activated, the mechanical resistance at each speed assumes a constant (high) value.
  • the concept according to the invention increases safety Because very fast maneuvers at high speeds are largely avoided.
  • a speed is defined, which is preferably 10kn, below which no mechanical resistance is generated during a movement of the rudder, above which speed the mechanical resistance generated by the device for generating a mechanical resistance on the rudder up to a predetermined limit value as a function of the speed, preferably increased linearly.
  • the predetermined value may be 15Nm.
  • the method according to the invention can be used in steer-by-wire ship control systems, irrespective of the type of rudder-linked steering actuator.
  • the actuator may be designed as a hydraulic or electromechanical actuator.
  • the ECU processes the signals of the user-operated steering unit or an auto-pilot device and forwards them to the steering actuator.
  • the steering actuator is operated according to the specifications of the steering unit and the ECU with respect to the steering angle and the rotational speed of the rudder.
  • an auto-pilot device is activated, the control unit of the steering unit continuously updates the rudder position.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Steering Control In Accordance With Driving Conditions (AREA)
  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem, umfassend ein Steuerruder, eine mit der elektronischen Steuerung des Schiffsteuersystems (ECU) verbundene Steuerung, einen Sensor zur Erfassung der Winkelposition des Steuerruders und eine Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Steer-by-wire Systeme bekannt, die auch in der Schiffsteuertechnik eingesetzt werden. Bei derartigen Systemen werden die Lenkbefehle von einem Sensor erfasst und über eine Steuereinheit an einen Aktuator weitergeleitet, welcher den Lenkbefehl ausführt. In vorteilhafter Weise besteht keine mechanische Verbindung zwischen dem Steuerruder und dem Ruder bzw. für den Fall eines Kraftfahrzeugs zwischen dem Lenkrad und den gelenkten Rädern.
  • Ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem ist beispielsweise aus der US 6,431,928 B1 bekannt. Bei dem bekannten System ist ein elektrischer Motor zum Drehen der gesamten Propeller-Antriebseinheit über eine mechanische Energieübertragungskette vorgesehen, wobei der elektrische Motor von einer Steuereinheit gesteuert wird, welche zum Einen mit der Lenkeinrichtung zum Erhalten einer Lenkbefehlsinformation und zum Anderen mit einem die Lenkstellungsinformation erfassenden Sensor verbunden ist.
  • Aus der US 7,137,347 B2 ist eine Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem bekannt, welche eine mechanisch drehbare Lenkeinrichtung, beispielsweise ein Steuerruder, einen Sensor zum Erfassen der Drehbewegung des Steuerruders und einen Stop-Mechanismus zum Blockieren einer weiteren Drehbewegung des Steuerruders nach Steuerbord oder Backbord, wenn das Ruder des Schiffs eine extreme Steuerbord- bzw. Backbord-Position erreicht hat.
  • Aus der EP 1770008 A2 ist ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem bekannt, welches mindestens zwei Lenkeinheiten umfasst. Hierbei wird das Ruder mittels eines hydraulisch betätigbaren Aktuators anhand der Lenksignale betätigt, die vom derjenigen Lenkeinrichtung generiert werden, welche die schnellere Bewegung des Ruders fordert. Bei dem bekannten System umfassen die Lenkeinheiten jeweils ein Steuerruder, das mit jeweils einer Steuereinrichtung verbunden ist, die wiederum mit dem Steuernetzwerk verbunden ist.
  • Des weiteren ist vorgesehen, dass die Lenkeinrichtungen im Falle einer Betätigung bzw. Drehung des Steuerruders in Abhängigkeit von Signalen eines Sensors zur Erfassung der Ruderposition mittels Kupplungen einen mechanischen Widerstand erzeugen, wobei der Widerstand um so größer ist, je näher sich das Ruder an eine Endposition nähert. Wenn eine Endposition erreicht ist, ist der mechanische Widerstand am Steuerruder derart eingestellt, dass eine weitere Drehbewegung desselben in die gleiche Richtung nicht möglich ist. Dies wird durch eine Kupplung ermöglicht, welche im vollständig geschlossenen Zustand keine Drehbewegung des Steuerruders ermöglicht.
  • Aus der US 2006/042532 A1 , die als nächstliegender Stand der Technik angesehen ist, ist ein Verfahren zum Betrieb eines Steer-by-wire Schiffssteuersystems mit mehreren Lenkeinheiten, einem Steuerruder, einer Steuerelektronik, einem von der Steuerelektronik ansteuerbaren Aktuator zum Verstellen des Steuerruders, sowie einem Sensor zur Erfassung der Winkelposition des Steuerruders bekannt, bei dem ein zur Verstellung des Steuerruders vorgesehenen Regelkreis die Signale aller Lenkeinheiten und des Sensors verarbeitet. Dabei wird die auf die Lenkeinheit wirkenden Rückmeldekraft bei Annäherung an den maximal möglichen Steuerruderwinkel progressiv angehoben, um dem Benutzer an einem Überdrehen der von ihm bedienten Lenkeinheit zu hindern.
  • Des weiteren ist aus der US 6,843195 B2 ein Steuersystem für einen Außenbordmotor bekannt, bei dem der Quotient "realisierter Lenkwinkel/über das Steuerruder eingegebener Lenkwinkel" mit steigender Geschwindigkeit abnimmt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben der Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem anzugeben, durch dessen Durchführung der Komfort und die Sicherheit erhöht werden.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere erfindungsgemäße Ausgestaltungen und Vorteile gehen aus dem entsprechenden Unteranspruch 2 hervor.
  • Demnach wird ein Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem, umfassend ein Steuerruder, eine vorzugsweise über einen CAN-Bus mit der elektronischen Steuerung des Schiffsteuersystems (ECU) verbundene Steuerung, einen Sensor zur Erfassung der Winkelposition des Steuerruders und eine Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder vorgeschlagen, im Rahmen dessen für den Fall, dass keine Auto-Pilot-Einrichtung aktiviert ist, der bei einer Betätigung des Steuerruders seitens des Benutzers erzeugte mechanische Widerstand am Steuerruder eine Funktion der Schiffsgeschwindigkeit ist, wobei der Widerstand mit steigender Geschwindigkeit bis zu einem vorgegebenen Grenzwert erhöht wird, wobei für den Fall, dass eine Auto-Pilot-Einrichtung aktiviert ist, der mechanische Widerstand bei jeder Geschwindigkeit einen konstanten (hohen) Wert annimmt. Durch die erfindungsgemäße Konzeption wird die Sicherheit erhöht, da sehr schnelle Manöver bei hohen Geschwindigkeiten weitgehend vermieden werden.
  • Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird eine Geschwindigkeit definiert, die vorzugsweise 10kn beträgt, unterhalb der kein mechanischer Widerstand bei einer Bewegung des Steuerruders erzeugt wird, wobei oberhalb dieser Geschwindigkeit der von der Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder erzeugte mechanische Widerstand bis zu einem vorgegebenen Grenzwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, vorzugsweise linear erhöht wird. Beispielsweise kann der vorgegebene Wert 15Nm betragen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann unabhängig von der Art des mit dem Ruder verbundenen Lenkatuators in Steer-by-wire Schiffsteuersystemen eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Aktuator als hydraulischer oder elektromechanischer Aktuator ausgeführt sein. Hierbei verarbeitet die ECU die Signale der vom Benutzer betätigten Lenkeinheit oder einer Auto-Pilot - Einrichtung und leitet diese an den Lenkaktuator. Hierbei wird der Lenkaktuator entsprechend der Vorgaben der Lenkeinheit und der ECU hinsichtlich des Lenkwinkels und der Drehgeschwindigkeit des Ruders betrieben. Für den Fall, dass eine Auto-Pilot-Einrichtung aktiviert ist, wird in der Steuerung der Lenkeinheit die Ruderposition kontinuierlich aktualisiert.

Claims (2)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem, umfassend ein Steuerruder, eine mit der elektronischen Steuerung des Schiffsteuersystems (ECU) verbundene Steuerung, einen Sensor zur Erfassung der Winkelposition des Steuerruders und eine Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder bei einer Betätigung des Steuerruders seitens des Benutzers erzeugte mechanische Widerstand am Steuerruder eine Funktion der Schiffsgeschwindigkeit ist, wobei der Widerstand mit steigender Geschwindigkeit bis zu einem vorgegebenen Grenzwert erhöht wird, wobei für den Fall, dass eine Auto-Pilot-Einrichtung aktiviert ist, der mechanische Widerstand bei jeder Geschwindigkeit einen konstanten Wert annimmt.
  2. Verfahren zum Betreiben einer Lenkeinheit für ein Steer-by-wire Schiffsteuersystem, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Geschwindigkeit definiert wird, unterhalb der kein mechanischer Widerstand bei einer Bewegung des Steuerruders erzeugt wird, wobei oberhalb dieser Geschwindigkeit der von der Einrichtung zum Erzeugen eines mechanischen Widerstandes am Steuerruder erzeugte mechanische Widerstand bis zu einem vorgegebenen Grenzwert in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit erhöht wird.
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