驾驶台和操纵系统

第二节　驾驶台和操纵系统

一、驾驶台

图8-7显示一艘16m动力游艇的驾驶台布置。台内配置主机操纵手柄、监视仪表、操舵装置、主机遥控及显示仪表、航行信号管理、磁罗经、甚高频无线电话等。从安全和方便驾驶员操纵方面考虑，大部分电气设备控制都集中在驾驶区域。

图8-7　16m游艇的驾驶台布置

该艇装有两台柴油发动机、一台柴油发电机、空调、电动起锚机、电动船首侧推器、液压舵机等机械。导航设备有雷达、GPS系统、测深仪/鱼探仪、甚高频电话、多功能显示器、自动驾驶仪等，驾艇人员的操作可全部在驾驶台上完成。

中小型游艇的驾驶台占据的空间都很小，这样可以留下更多的生活空间，但要求有宽阔的视野，以便在驾驶座上进行各种驾艇操作。

对于有飞桥甲板的游艇，一般都有复式驾驶台，即在飞桥甲板上设置一套与座舱中主驾驶台一模一样的副驾驶台，主、副驾驶台是联动的，可完成相同的功能，唯一的区别是复式驾驶台上配备的显示器尺寸可能会小一些。

二、游艇操纵装置

1）液压操舵系统

一个液压操舵系统的基本配置包括舵轮带动的液压油泵、驱动舵转动的液压油缸、连接油泵和油缸的液压油管路。

如图8-8所示。舵轮1向右转动，带动油泵从左管路2吸入液压油，并推向右管路4中，此时右管路油压升高，推动油缸活塞自右向左运动，带动舵叶转向右侧，导致船首向右转向（与舵轮旋转方向一致）。这种由驾驶盘（舵轮）带动的液压油泵功率小，只适合用于小型游艇。在一些大中型游艇上，驾驶盘只提供转向讯号，由专用的电动液压油泵提供驱动液压舵机的动力油。

图8-8　液压操舵原理简介

1—舵轮油泵；2，4—液压管路；3—转舵液压油缸；5—旁通阀

图8-9为一套小型手动液压操舵系统。油泵1为柱塞泵，内置小活塞，由舵轮直接驱动。油缸3为双作用型，单底座固定，允许活塞杆推动舵转动时作弧形漂移。这种装置非常简单和可靠。

图8-9　手动液压操舵系统

（图片来源：Vetus公司样本）

1—柱塞泵；2—液压管路；3—转舵液压油缸

手动液压操舵系统增加一些元件后可以很方便地转换为电动液压操舵系统。图8-10为电动液压操舵系统原理和配置图。它由电气控制回路和液压动作回路两部分组成。电气控制回路的核心是控制箱，液压动作回路的核心是电动液压油泵。当电动液压油泵不工作时，手动油泵也能担负起驾驶操舵功能。手动液压操舵系统转换为电动液压操舵系统之后可接入自动驾驶仪、随动驾驶器和电动遥控驾驶器。随动驾驶器和电动遥控驾驶器可以在驾驶台以外的任意地点操纵舵机。

图8-10　电动液压操舵系统（图片来源：Vetus公司样本）

2）电气操舵装置

德国ZF海事集团的Arco公司与意大利法拉帝集团合作开发成功一套电气操舵装置使驾驶小艇像驾驶汽车一样容易。这套装置命名为SteerCommand。

SteerCommand是一套具备智能驾驶反馈的操舵装置。该装置确保最佳的艇操控，大大简化了驾驶，给舵手一个非凡的精确控制新感觉。结合双机装置，电气操舵装置使用电动舵机来驱动舵。每个舵叶各自转动，其舵角改变的大小取决于艇回转的紧凑程度。SteerCommand操舵装置的动作有点像汽车的差动器，增加了执行能力和舒适性。

该装置真正的不同之处是舵手不同凡响的感觉。典型的液压操舵装置和电动液压操舵装置不提供反馈给舵手，故舵手感知船对操舵命令正在起到什么样的作用是困难的。Steer-Command操舵装置把舵侧面的压力（舵力）用传感器测量出来并把它传送到舵轮。这种舵力随艇速、舵角、波高等变化而变化，舵手通过转动舵轮来感知这种力，因此有与他的艇形成一体的独特感觉！欲使艇的回转快一些，则舵手会施加舵轮较大的力。驾艇人员感知艇的反应，从而获得满意、安全的驾驶感觉。

3）单手柄操纵器

现在，单手柄操纵器已非常流行。图8-11为一种单手柄操纵器的式样。这种手柄对艇的操纵非常直观，可以把手柄扳到想要的航向，手柄发出的命令经控制箱内的中央控制器处理后会变成操舵命令和操纵推进器或侧推器的命令，使艇按照驾艇者的意图行进（见图8-12）。

图8-11　单手柄操纵器

图8-12　手柄的方向与艇的航向一致

图8-13为单手柄操纵原理图。无论是单手柄操纵器发出的航向命令，还是主机控制手柄（车钟）或遥控操纵器发出的指令都在控制箱内经计算机处理后，转变成为控制主机油门、变速箱档位、首、尾侧推器和舵机的指令，由各种执行器执行。舵的转动角度由舵角传感器反馈给控制箱，再进行修正。

图8-13　单手柄操纵原理图

一些高档游艇上，单手柄操纵器和智能驾驶仪结合起来，使复杂的驾驶操作转变成为简单而直觉的程序，连缺乏经验的驾驶员都能做。

例如一艘Bertram 63型运动钓鱼船装备了ZF海事公司的SmartCommand电子驾驶装置（一种智能驾驶仪）和JMS单手柄操纵器。该艇总长20m，装备有液压驱动的首推力器，两台卡特彼勒1 323kW发动机通过ZF 2000系列变速箱驱动螺旋桨，提供推进动力。JMS单手柄操纵器对发动机、变速箱和首推力器实施电子控制，使艇可以按驾艇人员的意图实现任意方向（侧向也一样）的精确移动。即便是360°原地旋转和传统驾驶装置难以执行的复杂指令都能完成，因为JMS单手柄操纵器精确控制发动机的加速度、首推力器以及变速箱的平滑换挡。

JMS单手柄操纵器与一个电子罗经相连后，就能精密地协调所有推进装置提供的推力去补偿水流、风和其他外力的作用，使艇稳定地保持预设定的航向。

有了这样的智能驾驶系统，驾驶一艘游艇变得更令人愉快、简易和可靠！

三、主机操纵器

主机的控制主要是调节油门大小和变速齿轮箱的变挡。除了一些简易小艇上依然采用钢丝绳牵引控制外，极大部分中高档游艇上都采用了电气控制系统。图8-14为游艇上一种常见的双控制头控制双主机系统的配置形式。其控制原理图如8-15所示。驾驶员操纵控制头手柄的信号经中央控制单元处理后送至执行机构执行。系统输入电压12VDC或24VDC。目前油门的控制方式有机械式和电子式两种，可适配适当的执行机构。

图8-14　双控制头双主机电气控制系统

控制头是用来控制主机油门和排挡的指令发送器，形式很多，大同小异。图8-16为ZF海事公司SmartCommand操纵系统的控制头。它是一种单手操作的手动掌控开关。所有的控制模式能够方便地用按钮选择，具备的控制模式有轻松靠泊、自动回转、热机、单手柄操纵。当手柄扳转一个角度后，指示灯会显示控制头的命令和变速箱的响应程度。

图8-15　双控制头双主机控制原理图

图8-16　SmartCommand驾驶系统的控制头（图片来源：ZF公司样本）

主机操纵器的品牌很多，现代游艇上使用的主机操纵器大都融入以微处理器为核心的智能驾驶系统中，成为冗余控制模式中的一种模式，并且可以被其他操纵模式（如单手柄操纵模式、遥控操纵模式）所取代。

四、帆船操舵装置

帆船属于非动力艇，它的操舵装置以人力为主。为了省力，操舵轮的直径通常在1m左右，大的可达到1.8m。图8-17为一台海洋帆船的简易操舵装置。它的底座用螺栓固定在甲板上，底座的顶部安装一台磁罗经，正面除了舵轮外，还可安装指示仪表。侧面是操纵辅助发动机（如果有的话）的手柄，上部还有一个保护磁罗经兼做扶手的环。

图8-17　帆船操舵装置（图片来源：Lewmar公司样本）

小型帆船上只设一台操舵装置，通过钢丝绳牵动舵旋转，如图8-18所示。在一些大一点的帆船上，左右舷各设置一台操舵装置。两台操舵装置是联动的，人在左舷或右舷都可以驾驶船。除了钢丝绳牵引使舵转动的方式外，也有采用齿轮、齿条、连杆机构传动方式的，但这类机构比较复杂，造价较高。

图8-18　单台操舵装置布置图