用于测量作用在舵上的力的装置的制作方法

专利名称：用于测量作用在舵上的力的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于测量作用在舵上的力的装置。
背景技术：
基本公知的是，在航海领域中许多水上运输工具具有自动驾驶系统。它是自动控 制装置，其常常基于软件和经计算机作用所构成的，而使得水上运输工具在行驶期间保持 在预先给出的航向上。这种自动驾驶系统通常具有固定点-参比-传感器或其他种类的位 置测量装置，如GPS-接收机、回转罗盘仪，或类似仪器。此外，可提供给自动驾驶装置系统 其他的参数，其例如由在水上运输工具的局部测量装置测量和进一步输入。对于概念“水上 运输工具”在本专利中应理解为确定用于在水上或水中的推进运动(例如船、可移动的钻井 平台，等)的各种运输工具。此外，自动驾驶系统通常包括控制装置，它用于控制水上运输 工具的机动装置构成。特别对于船的机动装置，特别地可以包括由例如船螺旋舵的工作单 元和例如具有可调节的舵的舵装置的控制单元所构成的组合装置。对于这样的机动装置， 自动驾驶装置系统常常特别用于控制或调节舵而构成，从而基于输入自动驾驶装置系统的 参数和预先给出的规则系统可以计算水上运输工具的实际航向。此外，由现有技术获知一种用于水上运输工具的动力学的定位系统。它通常是用 于水上运输工具，特别是船的自动定位的计算机控制的系统。动力学定位或者可以绝对地 进行-也就是说水上运输工具在固定的点通过底部而保持-或者相对于一个运动物体，如 船或水下运输工具而进行。这种动力学定位例如常常应用在钻井平台的近海-油-工业或 其他的近海-水上运输工具。然而中间方式地也装备更多的具有动力学定位体系的船，例 如横向式运输船。此外，这些系统可具有附加的自动驾驶功能，从而使得水上运输工具保持 在经确定的预先给定的航向上。原则上水上运输工具也可具有动力学的定位系统和附加的 分开的自动驾驶装置系统。这种动力学定位系统通常包括固定点-参比-传感器或其他种 类的位置测量装置，如GPS-接收机、回转罗盘仪，或类似仪器。这些装置提供给动力学定位 系统水上运输定位数据。其他种类的装置可以是运动报警器，采用其报警器例如可确定滚 动或船的夯实情况。也如自动驾驶装置系统一样，动力学定位系统包括控制装置，其控制装 置基于导入动力学定位体系的参数和存放的规则系统用于控制机动装置而构成。在此，机 动装置的控制在通常情况下这样进行，即应保持预先给定的位置。常常地在包括舵机和驱 动单元的机动装置的情况下动力学位置系统能控制两个部件装置。不仅动力学定位体系而 且用于水上运输工具的自动驾驶装置系统在上位概念下可包括用于水上运输工具的自动 控制系统。此外，动力学定位系统通常还包括至少一种用于测量水上运输工具的物理量的测 量数据的测量装置或对水上运输工具起作用的物理量的测量数据的测量装置。自动驾驶装 置系统也可包括这种测量装置。在此，例如还已知的是，借助于作为风传感器所构成的测量 装置可确定在船上起作用的风强度。此外，另外的或附加的已知的是，采用合适的风装置能 确定波浪过程。只要提供至少一个测量装置和用于测量中央控制装置例如计算机的水上运输工具的定位数据的信息的装置，那么就能提供关于船的位置和尺寸和作用方向一些环境 力，其(可)影响水上运输工具的位置。基于这些参数以及在关于所期望的航向的信息上， 动力学的位置系统和/或集成在控制装置中的自动驾驶装置系统的计算单元基于一个或 多个预先给定的规则系统计算必需的控制参数，由此，控制装置将控制信号传到船或水上 运输工具的机动装置上并这样相应地对此有影响。在此，这样可保持水上运输工具的所期 望的航向或达到或保持预先给定的位置。水上运输工具的机动装置例如可包括转向装置和工作单元，特别是工作舵。转向 装置又通常包括舵和转向调节装置，特别是舵机。通过控制调节装置和工作单元可改变水 上运输工具或机动装置的推力和转向角并从而影响水上运输工具的运行方向和速度。假如现在确定从已知的自动驾驶装置系统或动力学的定位系统至经给定的时间 点，那么必须基于现有水上运输工具-和测量数据改变水上运输工具的航向或位置，虽然 控制机动装置和工作功率(推力)和/或转向角，然而常常不是处于最佳程度。在此，这样 水上运输工具的航向常常通过所期望的航向改变，或所期望的位置不直接达到，以致于又 必须相对控制。实际上，在此这样达到经常的控制或转向角的调节以及可能的在较短时间 内达到一定的工作舵的功率改变。这过程也称作为“转换滞后”且导致的是，机动装置需要 费用，或只是延缓调节所期望的航向或所期望的位置。换言之，这可导致机动装置的经提高 的利用或经提高的磨损和导致的是，从船进入了的航向常常不是最佳的。此外，在自动驾驶 装置系统的情况下通过常常的转向而提高必需的水上运输工具的必需的预驱动能。

发明内容
所以本发明的目的在于，这样改善水上运输工具的自动驾驶装置系统和/或动力 学的定位系统，即减小转换滞后。本发明的目的是这样实现的，用于水上运输工具特别是船 上测量作用在舵特别是完全摆动舵上的力特别是浮力和/或阻力的装置，该装置包括计算 单元，至少一个用于测量舵的物理量值的测量装置，和用于将所测得的物理量值传送到计 算单元的装置，其中配置计算单元用于根据所测得的物理量值来确定作用在舵上的力。通过具有在舵上起作用的与物理量相关联的力的值的测量而可以随时确定作用 在舵上的力。测量在舵上的物理量值以适合方式多次重复或以预先给定的可能重复的距离 而进行。特别适合的是，在操作时或在水上运输工具行驶时或水上运输工具停留时连续进 行测量。通过本装置可以确定舵的具体量值，即作用在舵上的力，并输入到动力学位置系统 或自动驾驶装置系统上，这些舵量值与其他的参数一起根据预先给定规则系统而使用并由 此能够更佳地确定最佳的舵角度改变的值或改善功率提高或降低的最佳程度，以便于避免 或至少减小转换滞后问题。概念“物理量”原则上可以是每个可定量确定的舵或舵装置的性能。其或者直接采 用至少一个测量装置(测量值)测量或可由从测量装置所测得的测量值所导出或计算出。 适合的是，计算借助计算单元而进行。然而测量装置也可自身地基于测量值用于测量或计 算物理量值而构成。计算单元例如可以是合适的计算机或类似装置且可由动力学定位系统 的一部分构成。有时这些值也称作为“物理-技术值”或“技术值”。这样的概念也包括在 本发明中。由测量装置所测量的或所检测的值传递到计算单元的装置可以为各种合适的装置。特别可以是通过电缆绳连接的或是无线数据传输的装置。其测量装置通常适合地直接 设置在舵上，其中计算单元通常在舵装置的外部设置在水上运输工具的底板上。在此，只要 例如电缆可以从舵引到计算单元，测量装置提供相应的发射器和计算单元提供相应的接收 器即可。在无线传输中也具有合适的发射器和接收器。计算单元又包括具有基于一个或多个经测得的物理量值的合适的规则系统，其可 根据作用在舵上的力确定或计算。原则上这些力是适合作用在舵上的力。优选地根据本发 明确定舵的浮力和/或阻力。在本发明中对于浮力特别涉及舵的动力学浮力。当物体(舵) 以确定的形式或位置相对于流体(水)运动时，通常形成这种力。流体或液体作用在物体 上的力通常分解成两个分力分解成动力学的浮力和摩擦阻力(阻力)，其浮力垂直于流动 方向或水上运输工具纵轴作用，其阻力沿流动方向或水上运输工具纵轴作用。在海事-技 术专业领域中概念舵的“浮力，，和“阻力，，也常常用它的英语词汇“浮力(lift)，，和“阻力 (drag) ”表示，特别是，浮力的大小对舵起决定性作用。浮力有时候也称作为舵的“侧力”。假如已知各自的舵的浮力-或阻力的实际值，那么可基于此由自动驾驶装置系统 或动力学定位系统非常准确地控制水上运输工具的舵装置或驱动装置，以达到所期望的航 向或所期望的位置。浮力和阻力之间的相互关系在图5中示意性地示出，在此U。表示的是 水上运输工具(在此未图示出)的驱动舵的舵流和用10表示处在这个流内的舵。舵相对于 水上动输工具纵向18或流动U0的方向呈角度α。通常水上运输工具纵向18和流动方向 是一致的。由此得出，和垂直于流动方向或水上运输纵向18运行的浮力是用箭头20表示 的，与此相反阻力用箭头21表示和以水上运输工具纵向18运行。箭头20、21作为矢量示 出，不仅表示数值而且表示各个力的方向。由两个上述的力导出的一个力用箭头22表示。 在图5中所示出的相互关系特别地对于水上运输工具的自动驾驶装置系统是重要的，因为 这基本上只调节舵和通常不对驱动单元起作用，从而在此对于舵的浮力的程度对于舵角度 和相应的控制是非常重要的。根据本发明可相应地对于自动驾驶装置系统用基本较少的和 较小的舵振动是够用的，在此这样可显著地节省水上运输工具的必需的推进能量。根据本发明的装置的优选的实施方案在从属权利要求中给出。在本发明的一个优选的实施方案中物理量是弯曲应力和/或转矩。另外通过弯曲 应力也可以测出作用在舵上且在舵中引起弯曲应力的弯矩。在弯曲应力的基础上不仅浮力 而且阻力可毫无困难地通过计算测得。这基于对舵起作用的扭力，也就是转矩也是可能的。 特别优选的是，不仅弯曲应力而且转矩都是可确定的，以得到在对舵起作用的力的计算时 尽可能高的准确度。弯曲应力可由于它的拉紧的种类特别优选地在完全摆动舵时测量。特别合适的是，配置至少一个测量装置用于测量对舵杆筒和/或舵的舵轴作用的 弯曲应力和/或用于测量对舵的舵轴起作用的转矩。舵杆筒特别使用于完全摆动舵中并由 水上运输工具体向着舵导入的空载体构成，在其内部设置和放置舵轴。此外，在此优选的 是，至少一个测量装置设置在舵杆筒上，特别是在舵杆筒的内壳体上，和/或在舵轴上，特 别是在舵轴的外壳体上。完全摆动舵的舵杆筒是这样设置的，即它承受作用在舵上的弯曲 应力且引入水上运输工具体。只要弯曲应力的测量在此是特别地合适的。在舵轴上的转矩 的测量也是合适的，因为这构成舵的转轴。特别优选的是，至少一个测量装置设置在上部、朝向船体的舵轴区域中和/或朝 向舵杆筒的区域中。在此优选的是，在上半部中，特别优选在舵轴或舵杆筒的上三分之一中设置测量装置。所以这是特别优选的，因为在这个区域弯曲是最大的，且此外上述区域在最 前面可达到的用于测量装置的安装。特别地该区域常常还处在船体的内部，以致于也可以 以较简单的种类和方式安装电缆或类似物。为了得到测量的特别高的冗余度或为了测量两个物理量，特别不仅是弯曲应力且 是转矩，合适的是，具有两个测量装置，其优选各自在舵杆筒和/或舵轴上设置。此外两个 测量装置在这个实施方案中关于圆柱形的舵杆筒或舵轴外围交错呈80°至100°设置，特 别是基本上交错呈90°设置。这二个测量装置的互相交错的设置特别在横截面前视图中是 可获知的。在此优选的是，舵的浮力和阻力也基本上互相正交地起作用，以致于各自可具有 用于测量物理量的测量装置，其构成用于测量各自的上述力的主位置。然而原则上也可只 在舵轴处或只在舵杆筒上进行测量。原则上测量装置包括各种合适的，由现有技术已知的装置。特别优选的是至少一 个测量装置包括应变计，光学测试仪，和/或用于摆动频率的测量的装置。在此这样以简单 和成本低廉的方式可得到可靠的测量结果，在此基础上可测量物理量值。此外，本发明的基本目的通过用于测量在舵上特别是完全摆动舵的方法实现，对 于水上运输工具，特别是船，所测量的力而实现，在该方法中舵的物理量的至少一个值，特 别是转矩和/或弯曲力，采用至少一个测量装置而测得，在该方法至少一个所测得的值转 送到计算单元上，和在该方法中采用计算单元基于所测得的至少一个值而确定对舵起作用 的力，特别是浮力和/或阻力。优选的是对于转矩的测量在舵的舵轴上和对于弯曲应力在 舵的舵轴上和/或在舵杆筒上进行。特别地该方法可采用根据本发明的，上述的装置而实 施。此外合适的是，在舵杆筒上和/或在舵轴上具有两个测量装置并基于一个测量装 置的测量值而确定舵的浮力和基于另一个测量装置的测量值而确定舵的阻力。此外，本发明的基本目的通过用于水上运输工具，特别是船的自动定位的动力学 定位系统而实现，采用舵，特别是完全摆动舵、调节装置，特别是舵机，用于调节舵和驱动螺 旋舵而实现，其包括用于控制调节装置的控制装置和/或驱动螺旋舵的控制装置，用于测 量水上运输工具定位数据的装置，和至少一个用于测量对水上运输工具起作用的物理量或 水上运输工具的物理量的测量装置。此外，控制装置用于控制调节装置和/或驱动螺旋舵， 其基于水上运输定位数据和测量数据而构成的。此外根据本发明构成至少一个测量装置用 于测量舵的物理量的舵测量数据的测量装置。此外，根据本发明构成至少一个用于测量舵 的物理量的舵测量数据的测量装置，控制装置是构成它的用于关于调节装置的控制和/或 驱动螺旋舵的控制的舵测量数据的考虑。此外，本发明的基本目的通过用于水上运输工具特别是船的自动航向控制的自动 驾驶系统实现，其具有舵特别是完全摆动舵和调节装置特别是舵机，用于舵的调节，包括用 于控制调节装置的控制装置，用于测量水上运输工具定位数据的装置，其装置用于将水上 运输定位数据传送到控制装置上而构成，和至少一个用于测量作用于水上运输工具物理量 的测量值的测量装置，根据本发明其中至少一个测量装置用于将所测得的测量数据传送到 控制装置上而构成，控制装置基于水上运输工具定位数据和测量数据用于控制调节装置而 构成，至少一个测量装置用于测量舵的物理量的舵测量数据而构成，控制装置用于考虑关 于调节装置调节的舵测量数据而构成。
对于两个系统，用于测量水上运输工具定位数据的装置将其数据传送到控制装置 上。至少一个测量装置测量数据传输到控制装置上。测量数据可以是舵的物理量的经测量 的值或也基于所测得的或所计算的测量装置的真实的所测得的值。根据本发明现在首次代 替常用的，由现有技术已知的测量数据而应用作用于舵上物理量的舵测量数据。这些舵测 量数据也传输到控制装置上和用于确定水上运输工具的自动定位或自动航向控制，也就是 特别是基于舵数据由动力学定位-或自动驾驶装置系统的控制装置所进行。从而通过根据 本发明系统可以进行水上运输工具的机动装置的非常精确的控制和从而显著减小转换滞 后。从而对于根据本发明的系统首次涉及测量数据，其不包括舵，用于水上运输工具的定位 或控制。舵的物理量优选为弯曲应力和/或转矩。此外，构成用于测定作用于舵上的力，特别是浮力和/或阻力，其基于所测得的舵 的物理量的值的控制装置或还可能为分开的计算单元。然后作用于舵的力用于定位或航向 控制并特别用于水上运输工具的机动装置的控制。根据上述的本发明的用于测量作用于舵上的力的设置的实施方案可构成两个 系统中的至少一个测量装置。特别地整个的、上述的根据本发明的设置可以是动力学定 位-或自动驾驶装置系统，在此由根据本发明的设置构成的计算单元的功能可由各自的系 统的控制装置采纳接受。另外计算单元也可分开在具有两个系统中的一个之内。在一个优选的系统的实施方案中，具有另一个测量装置，其构成用于测量关于水 上运输工具，特别是水上运输工具的推进的驱动力的水上运输工具驱动测量数据。这在水 上运输工具的驱动舵的驱动轴处是优选的。此外构成用于关于调节装置和/或驱动舵的控 制的水上运输工具驱动测量数据的考虑的控制装置。从而在该实施方案中，除了舵测量数 据，水上运输驱动测量数据用于控制水上运输工具的机动装置或一起向处于控制的规则系 统中加入。所以是特别合适的，因为水上运输工具的推进精确地相对于舵的阻力起作用或 减小至舵的阻力。只要在附加的水上运输工具驱动测量数据的预见是可能的，那么通过水 上运输工具驱动测量数据而得到很大程度的信息。特别地基于这些数据控制装置可以测量 或计算净机动力(“净机动力”)并且这对于机动装置的控制过程是一起投入使用的。这些 单个的力之间的内在关联通过在图6中示意图表示。该示意图是基于图5的示意图，在此 附加地起反作用的阻力21的推进23称作为矢量箭头。由净推力23b(=推力-阻力)和 浮力20可作为得出的力测量净机动力24。在图5中所示出的内在关联特别地在动力学的 定位系统中是意义重大的，因为这不仅常常构成用于舵的控制而且常常构成驱动单元。此外，本发明的基本目的通过用于动力学定位和/或用于水上运输工具，特别是 船的自动航向控制的方法而实现，该方法包括下列步骤a)测量水上运输工具至少一个舵特别是完全摆动舵的物理量，特别是转矩或弯曲 应力的值，b)基于所测得的舵的物理量的值确定作用在舵上的力，特别是浮力和/或阻力，c)基于在步骤b)中所确定的力和可能的其他的水上运输工具定位数据和/或 水上运输测量数据，控制水上运输工具用于调节舵、特别是舵机的调节装置，和/或驱动单 元，且可能的是，d)重复步骤 a)-C)。
水上运输工具测量数据在此是关于作用在水上运输工具的物理量，例如风强度、 波浪过程等的测量数据。合适方式地单个的方法步骤在水上运输工具行驶期间总是重复 的。从而作用在舵上的力也是连续地和以重复的种类和方式进行测量，这导致关于最佳的 定位或水上运输工具的航向方向高质量的结果。特别地可实施具有根据本发明的、上述的 动力学定位-或自动驾驶装置系统的方法。此外，在根据本发明的方法的一个优选的实施方案中可测量水上运输工具的驱动 力，特别是推力。然后在这种内在关联中合适的是，能测定不仅浮力而且阻力和能确定基于 上述三种力的水上运输工具机动力或水上运输工具的净机动力，在此进行在步骤c)中基 于水上运输工具机动力的控制。在此这样可进一步减小转换滞后。此外，本发明的基本目的通过舵，特别是完全摆动舵，用于水上运输工具，特别是 船而实现，其包括舵杆筒和舵轴，在此在舵杆筒处和/或在舵轴处具有至少一个测量装置， 其构成用于测量舵的物理量，特别是在舵杆筒中和/或舵轴中和/或在舵轴中转矩的弯曲 应力。此外，舵包括用于将至少一个测量装置所测得的值传送到数据处理单元上的装置。数 据处理单元特别可以是计算机和可属于动力学的定位-或自动驾驶装置系统，以致于舵的 测量装置可与这样的系统耦合。物理量的值或者直接测量或者基于所测量的数据采用测量 装置或可能的其他的计算-或数据处理单元而测定。采用这样的舵可通过舵力或舵作用而 传送给上述的系统附加的信息，以使水上运输工具的机动装置的控制可更精确地进行并可 减小转换滞后。最后本发明的基本目的通过计算机程序产品实现，其包括计算机可读的存储介 质，在该存储介质上存储程序，其可由计算机实现，在存入计算机的存储器中后，实施根据 本发明先前描述的方法之一，可以根据本发明的装置一起或根据本发明动力学定位系统而 实施。


以下本发明根据不同的在附图中所示出的实施例而更清楚地得到解释。附图示 出图1是具有用于测量转矩和弯曲力的测量装置的舵的部分截面侧面图，图2是具有用于转矩和弯曲力的测量装置的舵杆筒和舵轴的部分区域的剖面图，图3是动力学定位体系的示意图，图4是自动驾驶装置系统的示意图，图5是用于表示在浮力和阻力之间的内在关联的力矢量示意图，和图6是由图5具有附加的记录了的推力-和净机动力。附图标记说明表10 舵11动力学定位系统Ila自动驾驶装置系统12 装置13控制装置14用于测量水上运输工具定位数据的工具
15风测量装置16舵调节装置17水上运输工具驱动单元18水上运输工具纵向方向20浮力21阻力22得出的力M推力23b净推力24净机动力25内孔26船体27测量装置/筒28测量装置/轴29计算单元30舵杆筒30a舵杆筒下端35收缩36铺板37铺板40舵轴50舵板51鳍板70支承件71支承件U0螺旋舵流α舵角
具体实施例方式
图1示出舵10的侧面图，该舵10包括舵杆筒30，舵轴40以及具有可偏转的鳍板 51的舵板50。舵杆筒30、舵轴40以及舵板50的部分区域在剖面图中示出。舵杆筒30的 上部区域与船体沈固接。舵杆筒30还具有内孔25，其承接舵轴40。舵杆筒30优选地导 入到舵板50中的圆柱形缩口 35中，其缩口 35承接舵杆筒30的自由端30a。缩口 35通过 舵板50侧铺板36、37而限制。舵轴40通过它的从舵杆筒30突出的且向舵板50突出的端 区域40a与舵板50连接。此外具有用于在舵杆筒30中支承舵轴40的或用于将舵杆筒30 支承在舵板50中的支承件70、71。在舵轴40的上区域的舵轴40表面上具有测量装置观， 舵轴40的上区域处于船体沈的内部且还未在舵板50上。测量装置观固定地安装在舵轴 40的表面上。该测量装置观包括应变计。另一个测量装置27设置在内壳体上或在舵杆筒 30的上部区域的舵杆筒30的内侧上并在测量装置观的附近。这样设置测量装置27、28的优点是，它们还设置在船体26内部，因此相对容易地被装入且在此相应地也可将电缆或类 似物较不复杂地导入测量装置。此外测量装置27J8设置在舵轴40或舵杆筒30的较大的 弯曲度的区域中，以致于在此可达到最佳的测量结果的目的。原则上测量装置27也可设置 在舵杆筒30的外壳体上。测量装置27也包括应变计。测量装置观用于在舵轴40中测量 或检测转矩而构成，而借助测量装置27可测量在舵杆筒30上产生的弯曲应力。所测得或 检测得的值由两个测量装置27、观传递到计算单元(在此未图示出)上。对此，在每个测 量装置27、28中集成设置传送-或发射件(在此未示出)，其适合用于数据的无线传送。图2示出舵在其中所设置的舵轴40的舵杆筒30的部分区域。在该示意图中也在 舵轴表面上设置用于测量舵轴40转矩和/或弯曲应力的测量装置观。不设置其他测量装 置。因此，在图2的实施方式中，作用在舵上的力只通过在舵轴40上设置的测量装置而进 行，其测量装置通常或者用于测量转矩或者用于测量弯曲应力而构成。测量装置洲也具有 发射-或传送件，用于将数据传递到计算单元(在这里未示出)中。图3示出了动力学定位系统11的示意图。该系统11包括一个用于测量作用在舵 上力的装置12。测量装置27、观测量在舵上的弯曲应力或转矩。所测得的或检测的数据从 测量装置27J8传递到计算单元四上，其计算单元四处于船的底部(在此未示出)。计 算单元四基于所测得的弯曲应力和转矩的值计算舵10的浮力20和/或阻力21并将其力 的值传递到动力学定位系统11的控制装置13上。原则上计算单元四也可在预先设置的 步骤中基于测量值首先测得转矩或弯曲应力。此外，控制装置13由作为GPS-接收器所构 成的部件获得用于测量水上运输工具定位数据14的水上运输工具数据并获得由风测量装 置15通过在水上运输工具周围的风强度的数据。在此，可能还有用于测量水上运输工具定 位数据的其他测量装置与控制装置13连接。基于传递到控制装置13的值或参数，控制装 置13测量或计算基于在控制装置13中所存储的或预先给定的规则系统，其规则系统也是 在控制装置13中存储的用于最佳地达到或含有所期望位置的舵角度或驱动力。对于这个 计算步骤根据本发明也考虑浮力20和/或阻力21。基于所测得的舵角度或所测得的功率 强度，控制装置13控制用于调节舵角度的调节装置16和/或用于提高或降低水上运输工 具推力的水上运输工具驱动单元17。上述的过程在水上运输工具驱动期间总是重复的，以 确保水上运输工具停留在前面所期望的位置上。图4示出的是自动驾驶装置系统Ila的示意图。这个示意图或自动驾驶装置系统 Ila基本对应于在图3中所示出的动力学定位系统。与动力学定位系统11不同的是自动驾 驶装置系统Ila的控制装置13只控制用于调节舵角度的调节装置16而不调节水上驱动单 元。此外，也没有风测量装置或类似装置，因为这种参数在水上运输工具的行驶时对于航向 控制只起次要作用。
权利要求
1.一种用于水上运输工具、特别是船上测量作用在舵(10)、特别是完全摆动舵上的 力、特别是浮力00)和/或阻力的装置(12)，该装置包括计算单元( )，至少一个 用于测量舵的物理量的值的测量装置07、观)，和用于将所测得的物理量的值传送到计算 单元09)的装置，其中配置计算单元09)用于根据所测得的物理量的值来确定作用在舵 (10)上的力。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于，所述物理量是弯曲应力和/或转矩。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于，配置至少一个用于测量作用于舵(10)的舵杆 筒(30)和/或舵轴00)上的弯曲应力的测量装置0738)，和/或构成至少一个用于测量 作用于舵(10)的舵轴00)上的转矩的测量装置0738)。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于，至少一个测量装置(27、28)设置在舵杆筒 (30)上，特别是设置在舵杆筒(30)的内壳体上，和/或设置在舵轴GO)上，特别是设置在 舵轴GO)的外壳体上。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，至少一个测量装置07、观)设置在舵杆筒 (30)和/或舵轴00)的上部区域，优选设置在上半部区域，特别优选设置在上三分之一的 区域。
6.根据权利要求4或5的装置，其特征在于，在舵杆筒(30)上和/或在舵轴00)上具 有两个测量装置07、观)，其中测量装置(27、28)在舵杆筒(30)或舵轴00)外围彼此交错 呈80°至100°设置，特别是基本上交错呈90°设置。
7.根据上述权利要求之一的装置，其特征在于，至少一个测量装置(27、28)包括应变 计，光学测量仪，和/或用于测量摆动频率的装置。
8.一种用于水上运输工具、特别是船上测量作用于舵(10)上、特别是完全摆动舵上力 的方法，其中至少一个舵(10)的物理量、特别是转矩和或弯曲应力的值借助至少一个测量 装置(27、28)测量，其中至少一个所测得的值传送到计算单元(四)，借助计算单元09)基 于所测得的至少一个值确定作用于舵(10)上的力，特别是浮力00)和/或阻力(21)，优选 采用至少一个在舵(10)的舵杆筒(30)上和/或舵轴00)上的测量装置07、观)实施测 量。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，在舵杆筒(30)上和/或在舵轴00)上设有两 个测量装置，并基于一个测量装置(XT)的测量值确定舵(10)的浮力00)，以及基于另一个 测量装置08)的测量值确定舵(10)的阻力01)。
10.一种用于水上运输工具、特别是船的自动定位的动力学定位系统(11)，具有舵 (10)、特别是完全摆动舵，调节装置(16)、特别是舵机，用于舵(10)和驱动单元(17)、特别 是驱动螺旋舵的调节，动力学定位系统(11)包括用于控制其调节装置(16)和/或驱动单 元(17)的控制装置(13)，用于测量水上运输工具定位数据的装置(14)，配置该装置(14) 用于将水上运输定位数据传送到控制装置(13)，和至少一个用于测量作用于水上运输工具 上的物理量测量数据的测量装置，其中配置所述至少一个测量装置用于将所测得的测量数 据传送到控制装置(13)，其中配置控制装置(1 用于基于水上运输定位数据和测量数据 控制调节装置(16)和/或驱动单元(17)，其特征在于，配置至少一个测量装置(27、28)用 于测量舵(10)的物理量的舵测量数据，配置控制装置(1 用于考虑关于调节装置(16)和 /或驱动单元(17)的控制的舵测量数据。
11.一种用于水上运输工具、特别是船的自动航向控制的自动驾驶系统(11a)，具有舵 (10)、特别是完全摆动舵，和调节装置(16)、特别是舵机，用于舵的调节，包括用于控制调节 装置(16)的控制装置(13)，用于测量水上运输工具定位数据的装置(14)，配置该装置(14) 用于将水上运输定位数据传送到控制装置(13)，和至少一个用于测量作用于水上运输工具 物理量的测量值的测量装置，其中配置至少一个测量装置用于将所测得的测量数据传送到 控制装置(13)，配置控制装置(1 用于基于水上运输工具定位数据和测量数据控制调节 装置(16)，配置至少一个测量装置(27、28)用于测量舵(10)的物理量的舵测量数据，并配 置控制装置(1 用于考虑关于调节装置(16)的控制的舵测量数据。
12.根据权利要求10或11的系统，其特征在于，舵(10)的物理量是弯曲应力和/或转矩。
13.根据权利要求10-12之一的系统，其特征在于，配置所述控制装置(13)用于基于舵 (10)的物理量的舵测量数据测量作用于舵(10)上的力，特别是浮力00)和/或阻力。
14.根据权利要求10-13之一的系统，其特征在于，根据权利要求3-7之一配置至少一 个测量装置(27,28) 0
15.根据权利要求10-14之一的系统，其特征在于，设有另一个测量装置，其被配置用 于测量关于水上运输工具驱动力、特别是推力的水上运输工具驱动测量数据，且优选设置 在驱动单元(17)上、特别是在驱动螺旋舵的驱动轴上，其中配置控制装置(1 用于考虑关 于调节装置(16)和/或驱动单元(17)的控制的水上运输工具驱动测量数据。
16.一种用于水上运输工具、特别是船的动力学定位和/或用于自动航向控制的方法， 其包括下列步骤a.)测量水上运输工具的舵、特别是完全摆动舵的至少一个物理量、特别是转矩或弯曲 应力的值，b.)基于所测得的舵(10)的物理量的值确定作用在舵上的力，特别是浮力00)和/或 阻力01)，c.)基于在步骤b.)中所确定的力和可能的其他的水上运输工具定位数据和/或水上 运输测量数据，控制水上运输工具用于调节舵(10)、特别是舵机的调节装置(16)，和/或驱 动单元(17)，且可能的是，d.)重复步骤a.)-c.)。
17.根据权利要求16的方法，其特征在于，测量水上运输工具的驱动力、特别是推力 (23)，在步骤b.)中测量浮力00)和阻力(21)，和基于上述的力确定水上运输工具机动力 (M)，其中在步骤c.)中的控制根据所确定的水上运输机动力04)实现。
18.根据权利要求8、9、16或17的方法，其特征在于，在水上运输工具的驱动期间连续 测量作用于舵(10)上力。
19.一种用于水上运输工具、特别是船的舵(10)，特别是完全摆动舵，具有舵杆筒(30) 和舵轴(40)，其中在舵杆筒(30)上和/或舵轴00)上设有至少一个测量装置07、观)，配 置测量装置(27、28)用于测量舵(10)的物理量的值，特别是在舵杆筒(30)中和/或舵轴 (40)中的弯曲应力和/或在舵轴GO)中的转矩，并且其中设有用于将至少一个测量装置 (27,28)所测得的值传送到数据处理单元09)的装置。
20.根据权利要求19的舵，其特征在于，根据权利要求3-7之一配置至少一个测量装置(27,28)。
21.一种计算机程序产品，其包括计算机可读的存储介质，在该存储介质上存储程序， 在载入计算机的存储器中之后，其能够使计算机实施根据权利要求8、9、16、17或18之一的 方法，可以会同根据权利要求1-7之一的装置(12) —起或根据权利要求10-15之一的系统 (IlUla)而实施。
22.—种计算机可读的存储介质，在该存储介质上存储程序，在载入计算机的存储器中 之后，其能够使计算机实施根据权利要求8、9、16、17或18之一的方法，可以会同根据权利 要求1-7之一的装置(12) —起或根据权利要求10-15之一的系统(IlUla)而实施。
全文摘要
为了在用于水上运输工具的动力学定位体系(11)和/或自动驾驶装置系统(11a)中减少转换滞后的问题，具有用于测量的作用于水上运输工具舵(10)上力的装置(12)，其包括计算单元(29)，至少一个用于测量舵(10)的物理量值的测量装置(27、28)，具有用于将所测得的物理量的值传送到计算单元(29)上的装置，其中配置计算单元(29)用于基于所测得的物理大小的值来确定作用在舵(10)上的力。
文档编号B63H25/14GK102050221SQ20101053690
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月8日 优先权日2009年11月6日
发明者迪克·莱曼 申请人:贝克船舶系统有限公司