JP2023037808A - Control method for vessel, vessel control program, vessel control system, and vessel - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、船体の推進に用いられる動力源として少なくともモータを有する船舶に用いられる船舶の制御方法、船舶制御プログラム、船舶制御システム及び船舶に関する。 TECHNICAL FIELD The present disclosure relates to a ship control method, a ship control program, a ship control system, and a ship used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the ship.
関連技術として、エンジン及びモータ(電動機器)を備え、エンジンによる航走、エンジン及びモータによる航走、並びにモータによる航走を含む複数の推進モード(駆動形態)を有するハイブリッドシステムを搭載した船舶が知られている(例えば、特許文献1参照)。関連技術に係る船舶は、エンジン及びモータを含む複数の動力源と、プロペラとの間に介装される動力伝達部を更に備え、プロペラの駆動をエンジンとモータとの両方により可能する。ここで、ハイブリッドシステムは、動力伝達部に含まれるクラッチを切り替えることにより、上記推進モードを切替可能に構成されている。 As a related technology, there is a ship equipped with a hybrid system that is equipped with an engine and a motor (electric equipment) and has multiple propulsion modes (driving modes) including navigation by the engine, navigation by the engine and the motor, and navigation by the motor. known (see, for example, Patent Document 1). A ship according to the related art further includes a power transmission unit interposed between a plurality of power sources including an engine and a motor, and a propeller, so that the propeller can be driven by both the engine and the motor. Here, the hybrid system is configured to be able to switch the propulsion mode by switching the clutch included in the power transmission section.
関連技術に係る船舶では、操作レバーを操作して、その操作位置を調節することにより、船体の前進、中立、後進を切り替えるとともに、エンジンの駆動力(回転数)又はモータの駆動力(回転数)の調節を行う。 In the ship according to the related art, by operating the operation lever and adjusting the operation position, the hull is switched between forward, neutral, and reverse, and the driving force (rotation speed) of the engine or the driving force (rotation speed) of the motor ) is adjusted.
上記関連技術のように、動力源としてモータを有する船舶においては、通常、モータの出力トルクはモータの定格トルク以下の範囲に制限されており、モータ単独では、エンジンに比較して十分な出力トルクが得られないことがある。そのため、モータによる航行時に、例えば、全速前進(Full Ahead)から全速後進(Full Astern)に切り替えて船体を急停止させるクラッシュアスターンのような操船がされた場合等には、駆動力が不足して操船性(応答性)が悪くなる可能性がある。また、同様の場合において、エンジンを始動して駆動力を補うとすれば、エンジンの始動によるタイムラグが発生するため、やはり操船性(応答性)が悪くなる可能性がある。 As in the above-mentioned related art, in a ship having a motor as a power source, the output torque of the motor is usually limited to a range below the rated torque of the motor. may not be obtained. Therefore, when the motor is sailing, for example, when the ship is maneuvered, such as a crash astern, in which the hull is suddenly stopped by switching from full ahead to full astern, the driving force will be insufficient. maneuverability (response) may deteriorate. Also, in a similar case, if the engine is started to compensate for the driving force, a time lag occurs due to the engine start, which may also deteriorate the maneuverability (response).
本開示の目的は、操船性の改善を図りやすい船舶の制御方法、船舶制御プログラム、船舶制御システム及び船舶を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a ship control method, a ship control program, a ship control system, and a ship that facilitate improvement of ship maneuverability.
本開示の一態様に係る船舶の制御方法は、船体の推進に用いられる動力源として少なくともモータを有する船舶に用いられる。前記船舶の制御方法は、定常処理と、ブースト処理と、制限処理と、を有する。前記定常処理では、前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する。前記ブースト処理では、ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張する。前記制限処理では、少なくとも前記モータの出力トルクによる前記モータの加速領域であって前記モータの高回転側の制限領域において、前記ブースト処理を制限する。 A ship control method according to an aspect of the present disclosure is used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the ship. The vessel control method includes a steady process, a boost process, and a limit process. In the steady-state processing, the motor is controlled according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range. In the boost process, the allowable range is expanded only within the boost period. In the limiting process, the boost process is limited at least in a limited area on the high rotation side of the motor, which is an acceleration area of the motor due to the output torque of the motor.
本開示の一態様に係る船舶の制御方法は、船体の推進に用いられる動力源として少なくともモータを有する船舶に用いられる。前記船舶の制御方法は、定常処理と、ブースト処理と、を有する。前記定常処理では、前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する。前記ブースト処理では、ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張する。前記ブースト期間は、前記モータの目標回転数の閾値以上の変化を伴う前記操作部の操作をトリガに開始する。 A ship control method according to an aspect of the present disclosure is used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the ship. The ship control method includes a steady process and a boost process. In the steady-state processing, the motor is controlled according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range. In the boost process, the allowable range is expanded only within the boost period. The boost period is triggered by an operation of the operation unit that accompanies a change in the target rotational speed of the motor that is greater than or equal to a threshold value.
本開示の一態様に係る船舶制御プログラムは、前記船舶の制御方法を、1以上のプロセッサに実行させるためのプログラムである。 A ship control program according to an aspect of the present disclosure is a program for causing one or more processors to execute the ship control method.
本開示の一態様に係る船舶制御システムは、船体の推進に用いられる動力源として少なくともモータを有する船舶に用いられ、定常処理部と、ブースト処理部と、制限処理部と、を備える。前記定常処理部は、前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する。前記ブースト処理部は、ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張する。前記制限処理部は、少なくとも前記モータの出力トルクによる前記モータの加速領域であって前記モータの高回転側の制限領域において、前記ブースト処理部による前記許容範囲の拡張を制限する。 A ship control system according to an aspect of the present disclosure is used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the ship, and includes a steady processing section, a boost processing section, and a limit processing section. The steady-state processing unit controls the motor according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range. The boost processing unit expands the allowable range only within the boost period. The restriction processing unit restricts expansion of the allowable range by the boost processing unit at least in an acceleration region of the motor due to the output torque of the motor and a restriction region on the high rotation side of the motor.
本開示の一態様に係る船舶は、前記船舶制御システムと、前記船体と、を備える。 A ship according to an aspect of the present disclosure includes the ship control system and the ship body.
本発明によれば、操船性の改善を図りやすい船舶の制御方法、船舶制御プログラム、船舶制御システム及び船舶を提供することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to provide a ship control method, a ship control program, a ship control system, and a ship that facilitate improvement of ship maneuverability.
以下、添付図面を参照しながら、本開示の実施形態について説明する。以下の実施形態は、本開示を具体化した一例であって、本開示の技術的範囲を限定する趣旨ではない。 Embodiments of the present disclosure will be described below with reference to the accompanying drawings. The following embodiments are examples that embody the present disclosure, and are not intended to limit the technical scope of the present disclosure.
(実施形態1)
[1]全体構成
まず、本実施形態に係る船舶10の全体構成について、図1及び図2を参照して説明する。
(Embodiment 1)
[1] Overall Configuration First, the overall configuration of a
船舶10は、海、湖又は河川等の水上を航行(航走)する移動体である。本実施形態では一例として、船舶10は、主として海においてスポーツ又はレクリエーション等に用いられる小型船舶である「プレジャーボート」である。また、本実施形態では、船舶10は、人(操縦者)の操作(遠隔操作を含む)に応じて動作する構成であって、特に、操縦者である人が搭乗可能な有人タイプであることとする。
The
船舶10は、図1に示すように、船体1と、船舶制御システム2と、を備えている。船体1は、動力を発生する駆動ユニット3と、船体1を推進させるための推進力を出力する出力部4と、人(操縦者)の操作を受け付ける操作装置5と、を備えている。これに加えて、船体1は、舵機構、表示装置、通信装置、及び照明設備等を含む種々の船内設備等を更に備えている。
A
駆動ユニット3は、図2に示すように、第1動力源としてのエンジン31と、第2動力源としてのモータ32と、動力伝達部33と、を有している。出力部4は、本実施形態ではプロペラを含み、駆動ユニット3で発生する動力を受けて、回転軸(プロペラシャフト)を中心にプロペラを回転させることにより、船体1を前進又は後進させるための推進力を出力する。
The
第1動力源(エンジン31)及び第2動力源(モータ32)を含む複数の動力源は、それぞれ船体1の推進に用いられる動力(機械的エネルギー)を発生する。これら複数の動力源は互いに出力特性が異なっており、少なくとも最大出力(最高回転数及び最大トルク)が異なる。本実施形態では、複数の動力源は、その方式及び種類等が完全に異なる異種の動力源である。要するに、本実施形態に係る船舶10は、複数種類の動力源を有するハイブリッド式の駆動ユニット3を備えている。
A plurality of power sources including a first power source (engine 31) and a second power source (motor 32) each generate power (mechanical energy) used to propel the hull 1 . These power sources have different output characteristics, and at least different maximum outputs (maximum rotation speed and maximum torque). In this embodiment, the plurality of power sources are different types of power sources with completely different methods, types, and the like. In short, the
本実施形態では一例として、第1動力源は燃料の燃焼により動力を発生するエンジン(内燃機関)31であって、第2動力源は電力(電気エネルギー)の供給を受けて動力を発生するモータ(電動機)32である。より詳細には、エンジン31は、軽油を燃料として駆動されるディーゼルエンジンであって、モータ32は、交流電力により駆動される交流モータである。
In this embodiment, as an example, the first power source is an engine (internal combustion engine) 31 that generates power by burning fuel, and the second power source is a motor that generates power by receiving electric power (electrical energy). (electric motor) 32; More specifically, the
エンジン31とモータ32とは、個別に駆動され、それぞれ動力を発生する。そのため、複数の動力源は、例えば、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみが駆動される状態、モータ32のみが駆動される状態、及びエンジン31及びモータ32の両方が駆動される状態等を切替可能である。ここで、エンジン31で発生する動力とモータ32で発生する動力とは、動力伝達部33にて合成され、合成された動力が出力部4に供給される。そのため、例えば、エンジンからなるエンジン31の動力にモータからなるモータ32の動力が合成されることにより、モータ32がエンジン31をアシストして、より大きな動力で出力部4を駆動することが可能である。
The
動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)と出力部4との間に設けられている。動力伝達部33は、複数の動力源で発生する動力が入力され、この動力を出力部4に伝達する機能を有している。ここで、動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)からの動力を合成し、合成された動力を出力部4へと出力する。
The
さらに、動力伝達部33は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)の各々から出力部4に動力を伝達するか否かを、つまり「伝達状態」と「遮断状態」とを切り替える機能を有している。本開示でいう「伝達状態」は、各動力源(エンジン31又はモータ32)と出力部4との間を機械的に接続し、各動力源から出力部4に動力を伝達する状態である。動力伝達部33が伝達状態にあるときに各動力源(エンジン31又はモータ32)が駆動することにより、各動力源で発生する動力によって出力部4が駆動される。本開示でいう「遮断状態」は、各動力源(エンジン31又はモータ32)と出力部4との間を機械的に遮断し、各動力源から出力部4に動力を伝達しない状態である。動力伝達部33が遮断状態にあるときに各動力源(エンジン31又はモータ32)が駆動しても、各動力源で発生する動力は出力部4に伝達されないため出力部4は駆動されない。
Further, the
駆動ユニット3について詳しくは「[2]駆動ユニットの構成」の欄で説明する。
The
船舶制御システム2は、CPU(Central Processing Unit)等の1以上のプロセッサと、ROM(Read Only Memory)及びRAM(Random Access Memory)等の1以上のメモリとを有するコンピュータシステムを主構成とし、種々の処理(情報処理)を実行する。船舶制御システム2における1以上のメモリには、1以上のプロセッサに船舶10の制御方法を実行させるためのプログラム(船舶制御プログラム)が記録されている。
The
船舶制御システム2は、少なくとも駆動ユニット3の制御を行う。つまり、船舶制御システム2は、例えば、エンジン31及びモータ32の各々の駆動状況、並びに動力伝達部33の状態(伝達状態/遮断状態等)を制御する。
The
本実施形態では、船舶制御システム2は、操作装置5と電気的に接続されており、操作装置5からの操作信号に応じて、駆動ユニット3等の制御を行う。例えば、船舶制御システム2は、操作装置5からの操作信号に応じて駆動ユニット3を制御して、出力部4のプロペラを回転させることにより、船体1を前進又は後進させることが可能である。さらに、船舶制御システム2は、エンジン31又はモータ32の出力(回転数又はトルク)を制御することにより、出力部4のプロペラの回転数を調節し、船体1の移動速度(船速)を調節することが可能である。
In this embodiment, the
また、船舶制御システム2は、複数の推進モードを切替可能である。本開示でいう「推進モード」は、複数の動力源(エンジン31及びモータ32)のうち、船体1の推進に用いられる動力源が異なるモードである。つまり、船舶制御システム2は、複数の動力源のいずれを船体1の推進に用いるかを切り替えることにより、複数の推進モードを切替可能である。
Also, the
本実施形態では一例として、複数の推進モードは、ハイブリッド推進モード、モータ推進モード及びエンジン推進モードの3つの推進モードを含んでいる。ハイブリッド推進モードは、エンジン31(第1動力源)及びモータ32(第2動力源)の両方を船体1の推進に用いる推進モードである。モータ推進モードは、エンジン31及びモータ32のうちのモータ32のみを船体1の推進に用いる推進モードである。エンジン推進モードは、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみを船体1の推進に用いる推進モードである。
As an example in this embodiment, the plurality of propulsion modes includes three propulsion modes: a hybrid propulsion mode, a motor propulsion mode, and an engine propulsion mode. The hybrid propulsion mode is a propulsion mode in which both the engine 31 (first power source) and the motor 32 (second power source) are used to propel the hull 1 . The motor propulsion mode is a propulsion mode in which only the
本実施形態では、船舶制御システム2は、船体1全体の制御を行う統合コントローラであって、例えば、電子制御ユニット(ECU:Electronic Control Unit)からなる。ただし、船舶制御システム2は、統合コントローラと別に設けられていてもよい。船舶制御システム2について詳しくは「[3]船舶制御システムの構成」の欄で説明する。
In this embodiment, the
操作装置5は、人(操縦者)の操作を受け付けるユーザインタフェースであって、一例として、船体1のうちの操縦者が搭乗する操縦室に配置されている。操作装置5は、例えば、操縦者による各種の操作を受け付けて、当該操作に応じた電気信号(操作信号)を船舶制御システム2に出力する。本実施形態では一例として、操作装置5は、回転操作可能な操作レバーからなる操作部51(図2参照)を含んでいる。操作装置5は、操作部51の位置(回転角度)を検知するエンコーダ等の検知部を含んでおり、操作部51の位置から操作部51の操作量を検知し、操作量を表す操作信号を出力する。また、操作装置5は、複数の機械式スイッチ、タッチパネル及び操作ダイヤル等を更に含んでいてもよい。
The operating
操縦室には、表示装置及び通信装置等も配置されている。表示装置は、人(操縦者)に種々の情報を出力するためのユーザインタフェースである。表示装置は、例えば、船舶制御システム2と電気的に接続されており、船舶制御システム2からの表示制御信号に従って、種々の画面を表示する。通信装置は、船体1の外部の別システム(サーバ等を含む)と通信可能に構成されており、別システムとの間でデータの授受が可能である。
A display device, a communication device, and the like are also arranged in the cockpit. A display device is a user interface for outputting various information to a person (operator). The display device is, for example, electrically connected to the
[2]駆動ユニットの構成
次に、駆動ユニット3の構成について、図3~図5を参照してより詳細に説明する。
[2] Configuration of Drive Unit Next, the configuration of the
駆動ユニット3は、上述したように複数の動力源(エンジン31及びモータ32)と、動力伝達部33と、を有している。また、駆動ユニット3は、図3に示すように、アクチュエータ34、駆動回路351、主バッテリ352及び充電回路353等を更に有している。図3等において、駆動回路351と主バッテリ352との間のように電気的な接続関係については、破線にて示している。
The
本実施形態では、エンジン31は、ディーゼルエンジンであって、シリンダ等によって区画された燃焼室を有し、当該燃焼室内で燃料(軽油)が燃焼することによって、ピストンを往復運動する。エンジン31には、ピストンの往復運動を受けて回転運動するクランクシャフトが出力軸として設けられており、クランクシャフトが動力伝達部33に接続されている。これにより、動力伝達部33には、クランクシャフトを通してエンジン31からの動力が入力される。
In this embodiment, the
本実施形態では、モータ32は、交流モータであって、インバータ回路からなる駆動回路351から供給される交流電力(交流電圧)によって駆動される。駆動回路351は、主バッテリ352に電気的に接続されており、主バッテリ352から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ32に供給することで、モータ32を駆動する。モータ32の出力軸は動力伝達部33に接続されており、動力伝達部33には、出力軸を通してモータ32からの動力が入力される。主バッテリ352は、補機バッテリとは別に設けられており、一例として、リチウムイオンバッテリ等の大容量の二次電池(蓄電池)からなる。充電回路353は、主バッテリ352に電気的に接続されており、例えば、陸上電源(電力系統)又はオルタネータ等の出力電力を用いて、主バッテリ352を充電する。
In this embodiment, the
さらに、本実施形態では、駆動回路351は、双方向インバータ回路であって、直流電圧を交流電圧に変換するだけでなく、交流電圧を直流電圧に変換する機能も有する。そのため、駆動回路351は、主バッテリ352から出力される直流電圧を交流電圧に変換してモータ32に出力するだけでなく、モータ32から出力される交流電圧を直流電圧に変換して主バッテリ352に出力することも可能である。つまり、本実施形態に係る駆動ユニット3では、モータ32を発電機として用いることで、モータ32が外力によって回転する際に発生する電気エネルギー(交流電力)を利用して、駆動回路351にて主バッテリ352を充電することが可能である。
Furthermore, in this embodiment, the
本実施形態では、動力伝達部33は、図3に示すように、第1クラッチ331、第2クラッチ332、第1ギア333、第2ギア334、第3ギア335及び第4ギア336を含んでいる。図3等では、動力伝達部33の構成を簡略化して示しているが、第1ギア333、第2ギア334、第3ギア335及び第4ギア336等は、マリンギアとしての減速装置に含まれる。
In this embodiment, the
第1クラッチ331は、エンジン31の出力軸(クランクシャフト)と、出力部4との間に挿入されている。つまり、第1クラッチ331は、エンジン31から出力部4への動力伝達経路の途中に位置している。第1クラッチ331は、入力側回転体331A及び出力側回転体331Bを有し、入力側回転体331A及び出力側回転体331Bがつながった状態(伝達状態)と、切り離された状態(遮断状態)とを切替可能に構成されている。
The
入力側回転体331Aは、エンジン31の出力軸(クランクシャフト)に接続されており、出力側回転体331Bは、出力部4に接続されている。これにより、入力側回転体331Aは、エンジン31で発生する動力を受けて回転する。そして、第1クラッチ331が伝達状態にあれば、エンジン31の動力は第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、第1クラッチ331が遮断状態にあれば、エンジン31の動力は第1クラッチ331で遮断され出力部4には伝達されない。
The
第1クラッチ331は、一例として、湿式多板クラッチ等の油圧クラッチからなり、油圧ポンプを含む油圧回路から作動油が供給されることにより、伝達状態と遮断状態との切り替えが行われる。第1クラッチ331の伝達状態と遮断状態との切り替えは、例えば、油圧回路の電磁バルブを、船舶制御システム2にて制御することにより行われる。つまり、船舶制御システム2は、直接的又は間接的に、第1クラッチ331を制御して、第1クラッチ331を伝達状態と遮断状態とで切り替える。
The
第1ギア333は、第1クラッチ331の入力側回転体331Aに接続されており、入力側回転体331Aの回転に伴って回転する。第2ギア334は、第1ギア333と噛み合うように設けられており、第1ギア333と共に回転する。第3ギア335は、第1クラッチ331の出力側回転体331Bに接続されており、出力側回転体331Bの回転に伴って回転する。第4ギア336は、第3ギア335と噛み合うように設けられており、第3ギア335と共に回転する。
The
第2クラッチ332は、モータ32の出力軸と、第2ギア334及び第4ギア336との間に挿入されている。つまり、第2クラッチ332は、モータ32から出力部4への動力伝達経路の途中に位置している。第2クラッチ332は、モータ側回転体332C及び相手側回転体332A,332Bを有し、モータ側回転体332C及び相手側回転体332A,332Bがつながった状態(伝達状態)と、切り離された状態(遮断状態)とを切替可能に構成されている。
The
本実施形態では、相手側回転体332A,332Bとして、第1相手側回転体332Aと第2相手側回転体332Bとが設けられている。第2クラッチ332は、モータ側回転体332Cが第1相手側回転体332Aにつながった第1伝達状態と、モータ側回転体332Cが第2相手側回転体332Bにつながった第2伝達状態と、モータ側回転体332Cが第1相手側回転体332A及び第2相手側回転体332Bのいずれからも切り離された遮断状態と、を切替可能である。
In this embodiment, a first mating rotating body 332A and a second
モータ側回転体332Cは、モータ32の出力軸に接続されている。第1相手側回転体332Aは、第2ギア334に接続されており、第2相手側回転体332Bは、第4ギア336に接続されている。これにより、モータ側回転体332Cは、モータ32で発生する動力を受けて回転する。そして、第2クラッチ332が第1伝達状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332、第2ギア334及び第1ギア333を介して第1クラッチ331の入力側回転体331Aに伝達される。このとき、第1クラッチ331が伝達状態にあれば、モータ32の動力は、エンジン31の動力と合成され、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達される。また、第2クラッチ332が第2伝達状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達される。一方、第2クラッチ332が遮断状態にあれば、モータ32の動力は第2クラッチ332で遮断され出力部4には伝達されない。
The motor-
第2クラッチ332は、一例として、ドグクラッチ等のかみ合い式のクラッチからなる。第2クラッチ332の、第1伝達状態、第2伝達状態及び遮断状態の切り替えは、モータ側回転体332Cを、シフターからなるアクチュエータ34によって移動させることにより行われる。アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第1相手側回転体332Aに嵌入する位置に移動させることで、第2クラッチ332を、モータ側回転体332Cと第1相手側回転体332Aとが噛み合う第1伝達状態にする。また、アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第2相手側回転体332Bに嵌入する位置に移動させることで、第2クラッチ332を、モータ側回転体332Cと第2相手側回転体332Bとが噛み合う第2伝達状態にする。アクチュエータ34は、モータ側回転体332Cを第1相手側回転体332A及び第2相手側回転体332Bのいずれにも嵌入しない位置に移動させることで、第2クラッチ332を、遮断状態にする。
The
第2クラッチ332の第1伝達状態、第2伝達状態及び遮断状態の切り替えは、例えば、電動式のアクチュエータ34を、船舶制御システム2にて制御することにより行われる。つまり、船舶制御システム2は、直接的又は間接的に、第2クラッチ332を制御して、第2クラッチ332を伝達状態(第1伝達状態又は第2伝達状態)と遮断状態とで切り替える。
Switching of the
上述したような構成の駆動ユニット3によれば、船舶制御システム2が、第1クラッチ331及び第2クラッチ332を制御することで、図4及び図5に例示するように複数の推進モードを切替可能である。図4及び図5では、各推進モードにおける駆動ユニット3の状態を模式的に表しており、駆動回路351、主バッテリ352及び充電回路353の図示を省略する。また、図4及び図5では、エンジン31及びモータ32から出力部4に伝達される動力を(太線の)破線矢印で示している。
According to the
図4の上段は、エンジン31及びモータ32のうちのモータ32のみを船体1の推進に用いるモータ推進モードを示している。モータ推進モードでは、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を遮断状態に制御し、第2クラッチ332を第2伝達状態に制御する。さらに、モータ推進モードでは、船舶制御システム2は、エンジン31を停止させ、主バッテリ352からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図4に示すように、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生することができる。
The upper part of FIG. 4 shows a motor propulsion mode in which only the
図4の下段は、エンジン31及びモータ32のうちのエンジン31のみを船体1の推進に用いるエンジン推進モードを示している。エンジン推進モードでは、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を遮断状態に制御する。さらに、エンジン推進モードでは、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、モータ32を停止させるように駆動回路351を制御する。これにより、図4に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生することができる。
The lower part of FIG. 4 shows an engine propulsion mode in which only the
図5の上段は、エンジン31及びモータ32の両方を船体1の推進に用いるハイブリッド推進モードのうち、「低速」での航行に好適な「ハイブリッド推進モード(低速)」を示している。このハイブリッド推進モード(低速)では、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を第2伝達状態に制御する。さらに、ハイブリッド推進モード(低速)では、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、主バッテリ352からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図5に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第4ギア336及び第3ギア335を介して出力部4に伝達される。結果的に、エンジン31からの動力とモータ32からの動力とが合成され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生する。
The upper part of FIG. 5 shows a “hybrid propulsion mode (low speed)” suitable for “low speed” navigation among the hybrid propulsion modes in which both the
図5の下段は、エンジン31及びモータ32の両方を船体1の推進に用いるハイブリッド推進モードのうち、「高速」での航行に好適な「ハイブリッド推進モード(高速)」を示している。このハイブリッド推進モード(高速)では、船舶制御システム2は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を第1伝達状態に制御する。さらに、ハイブリッド推進モード(高速)では、船舶制御システム2は、エンジン31を駆動させ、主バッテリ352からの電力でモータ32を駆動させるように駆動回路351を制御する。これにより、図5に示すように、エンジン31で発生する動力は、第1クラッチ331を介して出力部4に伝達され、モータ32で発生する動力は、第2クラッチ332、第2ギア334、第1ギア333及び第1クラッチ331を介して出力部4に伝達される。結果的に、エンジン31からの動力とモータ32からの動力とが合成され、出力部4のプロペラを回転させて、船体1の推進力を発生する。
The lower part of FIG. 5 shows a “hybrid propulsion mode (high speed)” suitable for “high speed” navigation among hybrid propulsion modes in which both the
また、図4の上段に示すモータ推進モードにおいて、船体1のセーリング時に、出力部4のプロペラの回転力を回生エネルギーとして主バッテリ352に供給することにより、主バッテリ352の充電を行うことも可能である(充電モード)。この場合、出力部4の回転力は、第3ギア335、第4ギア336及び第2クラッチ332を介してモータ32に伝達され、モータ32の出力軸を回転させることによって、モータ32にて交流電力を発生させる。モータ32で発生する交流電力は、双方向インバータ回路からなる駆動回路351により、主バッテリ352の充電に用いられる。
In addition, in the motor propulsion mode shown in the upper part of FIG. 4, when the hull 1 is sailing, the
同様に、図5の下段に示すハイブリッド推進モード(高速)において、船体1のセーリング時又は停船(停泊)時には、エンジン31で発生する動力を利用して、主バッテリ352の充電を行うことも可能である(充電モード)。この場合、船舶制御システム2が第1クラッチ331を遮断状態に制御することで、エンジン31で発生する動力は、第1ギア333、第2ギア334及び第2クラッチ332を介してモータ32に伝達され、モータ32の出力軸を回転させることによって、モータ32にて交流電力を発生させる。モータ32で発生する交流電力は、双方向インバータ回路からなる駆動回路351により、主バッテリ352の充電に用いられる。
Similarly, in the hybrid propulsion mode (high speed) shown in the lower part of FIG. 5 , it is possible to charge the
さらに、図3等では図示を省略しているが、駆動ユニット3は、第1クラッチ331を駆動するための油圧回路、及び各種のセンサ等を更に有している。
Furthermore, although illustration is omitted in FIG. 3 and the like, the
[3]船舶制御システムの構成
次に、本実施形態に係る船舶制御システム2の構成について、図2を参照して説明する。船舶制御システム2は、船舶10の構成要素であって、船体1と共に船舶10を構成する。言い換えれば、本実施形態に係る船舶10は、船舶制御システム2と、船体1と、を備えている。本実施形態では一例として、船舶制御システム2は、船体1に搭載されたコンピュータシステムである。
[3] Configuration of Ship Control System Next, the configuration of the
船舶制御システム2は、図2に示すように、モード切替処理部21と、エンジン制御部22と、モータ制御部23と、定常処理部24と、ブースト処理部25と、制限処理部26と、を備えている。本実施形態では一例として、船舶制御システム2は1以上のプロセッサを有するコンピュータシステムを主構成とするので、1以上のプロセッサが船舶制御プログラムを実行することにより、これら複数の機能部(モード切替処理部21等)が実現される。船舶制御システム2に含まれる、これら複数の機能部は、複数の筐体に分散して設けられていてもよいし、1つの筐体に設けられていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
船舶制御システム2は、船体1の各部に設けられたデバイスと通信可能に構成されている。つまり、船舶制御システム2には、少なくとも操作装置5、エンジン31、モータ32を駆動する駆動回路351、第1クラッチ331を制御するための電磁バルブ、及び第2クラッチ332を制御するためのアクチュエータ34等が、通信可能に接続されている。これにより、船舶制御システム2は、例えば、操作装置5からの操作信号に応じて、駆動ユニット3を制御すること等が可能である。ここで、船舶制御システム2は、各種の情報(電気信号)の授受を、各デバイスと直接的に行ってもよいし、中継器等を介して間接的に行ってもよい。
The
モード切替処理部21は、船舶10の推進モードを切り替える処理を実行する。本実施形態では、船舶10は、上述したようにハイブリッド推進モード、モータ推進モード及びエンジン推進モードを含む複数の推進モードを有している。本実施形態では、モード切替処理部21は、操作装置5に対する人(操縦者)の操作に従って、ハイブリッド推進モード、モータ推進モード又はエンジン推進モードのいずれかを選択する。一例として、操作装置5はモード選択スイッチを有しており、モード選択スイッチにてハイブリッド推進モード、モータ推進モード又はエンジン推進モードのいずれかの推進モードが選択されると、当該推進モードに切り替えられる。
The mode switching processing unit 21 executes processing for switching the propulsion mode of the
具体的に、モード切替処理部21は、選択された推進モードでの動作となるように駆動ユニット3を制御する。例えば、モード切替処理部21は、第1クラッチ331を遮断状態に制御し、第2クラッチ332を第2伝達状態に制御することで、船舶10の推進モードをモータ推進モードに切り替える(図4の上段参照)。また、モード切替処理部21は、第1クラッチ331を伝達状態に制御し、第2クラッチ332を遮断状態に制御することで、船舶10の推進モードをエンジン推進モードに切り替える(図4の下段参照)。モード切替処理部21で切り替えられた推進モード、つまり選択中の推進モードは、例えば、表示装置等で人(操縦者)に提示されることが好ましい。
Specifically, the mode switching processing section 21 controls the
エンジン制御部22は、第1動力源としてのエンジン31を制御する。具体的に、エンジン制御部22は、エンジン31を駆動するための燃料噴射、及び排気弁開閉等の制御を行う。これにより、エンジン制御部22では、エンジン31の出力(主として回転数)を、任意の値に調節するようにエンジン31を制御することが可能である。
The
モータ制御部23は、第2動力源としてのモータ32を制御する。具体的に、モータ制御部23は、モータ32を駆動するための駆動回路351(図3参照)等の制御を行う。これにより、モータ制御部23では、モータ32の出力(主として回転数及びトルク)を、任意の値に調節するようにモータ32を制御することが可能である。本実施形態では特に、モータ制御部23は、モータ32の制御として、回転数制御(回転速度制御)とトルク制御との2種類の制御が可能である。回転数制御では、モータ制御部23は、モータ32の目標回転数を設定し、当該目標回転数に近づけるようにモータ32の回転数を制御する。トルク制御では、モータ制御部23は、モータ32の目標トルクを設定し、当該目標トルクに近づけるようにモータ32のトルクを制御する。
The
定常処理部24は、モータ32の出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部51の操作に応じてモータ32を制御する定常処理を実行する。具体的には、定常処理部24は、許容範囲内でモータ32の出力トルクの上限を設定した上で、モータ32の目標回転数をモータ制御部23に指示することで、モータ制御部23にモータ32の回転数制御を実施させる。ここで、定常処理部24は、基本的には、操作部51の操作量が大きいほど、モータ32の目標回転数を大きくし、操作部51の操作量が小さいほど、モータ32の目標回転数を小さくする。定常処理部24は、操作装置5から操作部51の操作量を表す操作信号が入力されると、この操作量に対応する目標回転数を決定する。
The steady-
ここで、操作部51の操作量は、操作レバーからなる操作部51の回転角度に相当する。すなわち、操作部51が中立位置から、前進位置及び後進位置の各々に回転(移動)可能であって、操作部51が中立位置にある状態では、船体1の推進力は0(ゼロ)であるとする。この場合、船体1を前進させるには、操縦者は操作部51を中立位置から前進位置側に回転(移動)させるように操作し、船体1を後進させるには、操縦者は操作部51を中立位置から後進位置側に回転(移動)させるように操作する。そして、中立位置から前進位置側への操作部51の回転角度が、船体1を前進させる際の操作部51の操作量となり、中立位置から後進位置側への操作部51の回転角度が、船体1を後進させる際の操作部51の操作量となる。
Here, the amount of operation of the
ブースト処理部25は、ブースト期間内に限り、許容範囲を拡張するブースト処理を実行する。すなわち、モータ32の出力トルクは、定常処理部24にて許容範囲内に制限されているところ、ブースト処理部25が一時的に許容範囲を拡張(拡大)することにより、モータ32の出力トルクを一時的に底上げ可能とする。本実施形態では一例として、拡張前の許容範囲がモータ32の「定格トルク」を上限とする範囲であるのに対し、拡張後の許容範囲はモータ32の「許容トルク」を上限とする範囲である。ここでいう「定格トルク」は、モータ32が定格電圧かつ定格周波数で定格出力を連続的(継続的)に出すことができることとして、モータ32ごとに定められたトルクである。ここでいう「許容トルク」は、モータ32の運転時に一時的に使用可能な最大(上限)トルクとして、モータ32ごとに定められたトルクであって、定格トルクより大きなトルクである。つまり、モータ32は、定格トルクでは連続的(継続的)に駆動可能であるのに対し、許容トルクで駆動可能なのは一定時間(例えば、10秒、20秒又は60秒等)以内に限られている。
The boost processing unit 25 executes boost processing for expanding the allowable range only within the boost period. That is, while the output torque of the
制限処理部26は、少なくともモータ32の出力トルクによるモータ32の加速領域であってモータ32の高回転側の制限領域L1(図6参照)において、ブースト処理部25による許容範囲の拡張(ブースト処理)を制限する制限処理を実行する。本開示でいう「制限」は、許容範囲の拡張を完全に禁止することだけでなく、許容範囲の拡張量(拡張幅)を小さくする等、ブースト処理部25による許容範囲の拡張に何かしらの制限を課すこと全般を意味する。すなわち、モータ32の出力トルクは、ブースト処理部25が一時的に許容範囲を拡張(拡大)することにより、モータ32の出力トルクを一時的に底上げ可能であるところ、制限領域L1においては、当該底上げについて制限処理部26が何かしら制限を加える。
The
また、本開示でいう「加速領域」は、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数を増加(加速)させる向きに作用する領域、つまり、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数と同符号(正又は負)となる領域を意味する。一方、本開示でいう「減速領域」は、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数を減少(減速)させる向きに作用する領域、つまり、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数と異符号(正又は負)となる領域を意味する。後述する図6のようなモータ32の回転数-トルク特性においては、第1象限(右上の領域)及び第3象限(左下の領域)が加速領域となり、第2象限(左上の領域)及び第4象限(右下の領域)が減速領域となる。
In addition, the “acceleration region” referred to in the present disclosure is a region in which the output torque of the
[4]船舶の制御方法
以下、図6~図10を参照しつつ、主として船舶制御システム2によって実行される船舶10の制御方法(以下、単に「制御方法」ともいう)の一例について説明する。
[4] Vessel Control Method An example of a
本実施形態に係る制御方法は、コンピュータシステムを主構成とする船舶制御システム2にて実行されるので、言い換えれば、船舶制御プログラムにて具現化される。つまり、本実施形態に係る船舶制御プログラムは、船舶10の制御方法に係る各処理を1以上のプロセッサに実行させるためのコンピュータプログラムである。このような船舶制御プログラムは、例えば、船舶制御システム2及び端末装置等によって協働して実行されてもよい。
Since the control method according to the present embodiment is executed by the
ここで、船舶制御システム2は、船舶制御プログラムを実行させるための予め設定された特定の開始操作が行われた場合に、制御方法に係る下記の各種処理を実行する。開始操作は、例えば、船舶10の電源オン操作等である。一方、船舶制御システム2は、予め設定された特定の終了操作が行われた場合に、制御方法に係る下記の各種処理を終了する。終了操作は、例えば、船舶10の電源オフ操作等である。
Here, the
[4.1]全体処理
図6は、横軸を回転数、縦軸をトルクとして、モータ32の回転数-トルク特性を示すグラフである。
[4.1] Overall Processing FIG. 6 is a graph showing rotation speed-torque characteristics of the
上述したように、モータ32の出力トルクに関して定められた許容範囲には、「定格トルク」を上限とする拡張前の許容範囲と、「許容トルク」を上限とする拡張後の許容範囲と、がある。図6では、定格トルクG1及び許容トルクG2を模式的に表している。つまり、許容範囲が拡張されていない状態では、図6の定格トルクG1で囲まれた範囲内に、モータ32の出力トルクが制限され、許容範囲が拡張された状態では、図6の許容トルクG2で囲まれた範囲内に、モータ32の出力トルクが制限される。そのため、許容範囲が拡張された状態では、定格トルクG1を超えた出力トルクを、モータ32に出力させることが可能である。
As described above, the allowable range defined for the output torque of the
また、船舶10においては、航行速度(船速)に応じて、モータ32に加わる負荷を表す負荷特性G3が変化する。つまり、モータ32の出力を船体1の推進に用いている推進モード(モータ推進モード又はハイブリッド推進モード)では、モータ32の回転数が増加するにつれて航行速度が増加し出力部4に加わる負荷が大きくなる。そのため、図6に示すように、モータ32の回転数に応じて負荷特性G3が決まり、モータ32の回転数が増加するほど、負荷特性G3で示される負荷も大きくなる。
Further, in the
ここにおいて、許容範囲は、ブースト期間内に限って拡張可能である。つまり、「許容トルク」でモータ32を駆動可能なのは一定時間(例えば、10秒、20秒又は60秒等)以内に限られているため、無暗に許容範囲の拡張を行える訳ではない。そこで、本実施形態に係る船舶制御システム2は、ブースト期間以外の通常時においては、定格トルクG1を上限とする拡張前の許容範囲内に制限するように、定常処理部24にてモータ32を制御する。そして、船舶10の航行時においては、負荷特性G3よりも大きなトルクが加速に供される。言い換えれば、負荷特性G3よりも大きな出力トルクでモータ32を駆動することで船体1を加速させる。そのため、許容範囲が拡張されていない場合、船体1を加速させる際には、図6の定格トルクG1に沿ってモータ32の回転数を上昇させる。そして、モータ32の回転数が上昇し、定格トルクG1と負荷特性G3との交点C1に達すると、それ以上は加速できないようにモータ32を制御する。つまり、モータ32の出力トルクと負荷特性G3によりモータ32に加わる負荷とが一致するときのモータ32の回転数を、最大船速とする。
Here, the tolerance can be extended only within the boost period. In other words, since the
一方、操作部51の操作状態を全速前進(Full Ahead)から全速後進(Full Astern)に切り替えて船体1を急停止させるクラッシュアスターンのような操船がされた場合等には、モータ32の出力トルクを強制的に底上げすることが好ましい。つまり、クラッシュアスターンのような急停止、又は急発進等の操作が操作部51に対してなされた場合、通常よりも大きな出力トルクがモータ32に要求されるので、このような要求トルクが大きな操作がされた場合には、許容範囲を拡張することが好ましい。
On the other hand, when the operation state of the
そこで、本実施形態に係る船舶制御システム2は、モータ32の目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作をトリガに、許容範囲を拡張するためのブースト期間を開始することとする。本開示でいう「目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作」は、目標回転数の急変により大きな出力トルクが要求され得る操作であって、操作部51の操作量の単位時間当たりの変化率が所定値以上となる操作、及び単位時間における操作部51の操作量の変化量が所定値以上となる操作等を含む。本実施形態では一例として、操作部51の操作速度(回転速度)が所定値以上である場合に、目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作がなされたこととする。すなわち、操作部51の操作速度が速い(操作量の変化率が大きい)場合、当該操作をトリガにして許容範囲を「許容トリガ」まで拡張するためのブースト期間が開始する。そのため、例えば、クラッシュアスターンのように操作部51の操作状態を全速前進から全速後進に急に切り替えた場合にはブースト期間が開始するが、操作部51の操作状態を全速前進から全速後進にゆっくり切り替えた場合にはブースト期間は開始しない。
Therefore, the
ところで、船舶10の最大船速付近においては、上述したような大きな出力トルクが要求されることはない。そこで、本実施形態に係る船舶制御システム2は、少なくともモータ32の出力トルクによるモータ32の加速領域であってモータ32の高回転側の制限領域L1においては、許容範囲を拡張するブースト処理を制限する。その結果、図6に制限トルクG10として示すラインが、実際のモータ32の出力トルクの上限となる。つまり、図6において、加速領域となる第1象限(右上の領域)及び第3象限(左下の領域)では、モータ32の回転数がある回転数を超えると、モータ32の出力トルクが制限トルクG10に制限される制限領域L1が存在する。
By the way, near the maximum ship speed of the
そのため、例えば、操作部51を全速前進から全速後進に素早く切り替えて船体1を急停止させるクラッシュアスターンの実施時には、図7に示すように、モータ32の出力トルクが変化することになる。
Therefore, for example, when performing a crash astern in which the
すなわち、モータ推進モードにおいて最大船速での航行時には、モータ32の出力トルクは第1象限(右上の領域)における定格トルクG1と負荷特性G3との交点C1上にある。この状態で、操作部51が全速前進から全速後進に切り替えられると、ブースト期間が開始するため、許容範囲が拡張されて、定格トルクG1を超えて許容トルクG2でモータ32を駆動させる(矢印A1)。この時点では、出力部4(プロペラ)は慣性で正回転しているため、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数を減少(減速)させる向きに作用する減速領域、つまり図7の第4象限(右下の領域)に移行する。
That is, when sailing at the maximum ship speed in the motor propulsion mode, the output torque of the
この状態で、モータ32を負の出力トルクで駆動し続けることで、許容トルクG2に沿って出力部4(プロペラ)の回転数が徐々に低下し、回転数ゼロ(0)を経由して、逆回転へと遷移する(矢印A2,A3)。これにより、モータ32の出力トルクがモータ32の回転数を増加(加速)させる向きに作用する加速領域、つまり図7の第3象限(左下の領域)に移行する。このようにして、モータ32が逆回転すると、出力部4にて船体1を後進させる向きの推力が発生するので、船体1を急停止させるための制動力が作用する。
In this state, by continuing to drive the
以上説明したように、本実施形態に係る船舶10の制御方法は、船体1の推進に用いられる動力源として少なくともモータ32を有する船舶10に用いられる。この制御方法は、定常処理と、ブースト処理と、制限処理と、を有する。定常処理では、モータ32の出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部51の操作に応じてモータ32を制御する。ブースト処理では、ブースト期間内に限り、許容範囲を拡張する。制限処理では、少なくともモータ32の出力トルクによるモータ32の加速領域であってモータ32の高回転側の制限領域L1において、ブースト処理を制限する。
As described above, the
この構成によれば、モータ32単独であっても、許容範囲を拡張することで、十分な出力トルクが得ることが可能である。そのため、モータ32による航行時(モータ推進モード)に、例えば、全速前進から全速後進に切り替えて船体1を急停止させるクラッシュアスターンのような操船がされた場合等において、操船性(応答性)の向上を図りやすい。しかも、少なくともモータ32の出力トルクによるモータ32の加速領域であってモータ32の高回転側の制限領域L1においては、ブースト処理による許容範囲の拡張が制限されるので、いざという時のクラッシュアスターン等の操作に備えて、許容範囲を拡張する余力を残しておくことが可能である。
According to this configuration, even with the
また、本実施形態に係る船舶10の制御方法は、船体1の推進に用いられる動力源として少なくともモータ32を有する船舶10に用いられる。この制御方法は、定常処理と、ブースト処理と、を有する。定常処理では、モータ32の出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部51の操作に応じてモータ32を制御する。ブースト処理では、ブースト期間内に限り、許容範囲を拡張する。ここで、ブースト期間は、モータ32の目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作をトリガに開始する。
Further, the control method for the
この構成によれば、モータ32単独であっても、許容範囲を拡張することで、十分な出力トルクが得ることが可能である。しかも、モータ32の目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作をトリガにして、許容範囲を拡張するブースト期間が開始する。そのため、モータ32による航行時(モータ推進モード)に、例えば、全速前進から全速後進に切り替えて船体1を急停止させるクラッシュアスターンのような操船がされた場合等において、操船性(応答性)の向上を図りやすい。
According to this configuration, even with the
また、本実施形態では、制限領域L1は、モータ32の出力トルクによるモータ32の減速領域と加速領域とのうちの加速領域にのみ存在する。つまり、図6のようなモータ32の回転数-トルク特性上でいうところの減速領域となる第2象限(左上の領域)及び第4象限(右下の領域)においては、ブースト処理による許容範囲の拡張が制限されることはない。そのため、クラッシュアスターンのような操船に対しては、ブースト処理による許容範囲の拡張が制限されることはなく、モータ32に大きな出力トルクを要求することが可能である。
Further, in this embodiment, the restricted area L1 exists only in the acceleration area between the deceleration area and the acceleration area of the
また、本実施形態に係る制御方法は、制限処理では、モータ32の回転数の増加に伴って許容範囲の拡張量を徐々に小さくする。すなわち、図6に示すように、制限処理によって許容範囲の拡張が制限される際、モータ32の回転数の増加に伴って許容範囲の拡張量を徐々(連続的又は段階的)に小さくすることで、許容トルクG2と定格トルクG1とを制限トルクG10にて滑らかにつなぐ。これにより、モータ32の回転数を上昇させる加速時において、制限処理によって許容範囲の拡張が制限される際、船体1には出力トルクの急変による衝撃が作用しにくい。
Further, in the control method according to the present embodiment, in the limit processing, the expansion amount of the allowable range is gradually decreased as the rotation speed of the
また、本実施形態では、船舶10の推進モードは、モータ32を船体1の推進に用いるモータ推進モードと、エンジン31を船体1の推進に用いるエンジン推進モードと、エンジン31及びモータ32の両方を船体1の推進に用いるハイブリッド推進モードと、を含む。ここで、許容範囲を拡張するブースト処理は、推進モードがモータ推進モードにある場合のみ有効である。すなわち、エンジン推進モードは勿論のこと、ハイブリッド推進モードにおいても、ブースト処理によって許容範囲を拡張することはできないため、モータ32の出力トルクは、拡張前の許容範囲内(定格トルクG1以下)に制限される。これにより、モータ32の出力のみが船体1の推進に用いられる推進モードにおいて、いざという時のクラッシュアスターン等の操作に備えて、許容範囲を拡張する余力を残しておくことが可能である。
Further, in the present embodiment, the propulsion modes of the
ところで、本実施形態では、図8に示すように、モータ32を許容トルクG2で駆動可能なブースト期間T1は、一定時間t2以内に限られている。図8は、横軸を時間軸、縦軸をモータ32のトルクとして、許容範囲を拡張するブースト処理が実行されるブースト期間T1における許容範囲(出力トルクの上限値)を表している。言い換えれば、許容範囲を定格トルクG1から許容トルクG2に拡張可能なブースト期間T1は、許容範囲を拡張するブースト処理が開始して一定時間t2が経過すると終了する。つまり、ブースト処理は時間的な制限がある時限的な処理であって、一定時間t2が経過すると、許容範囲は拡張前の定格トルクG1に戻る。これにより、許容範囲を拡張するブースト処理は、一定時間t2内に限り継続できるので、モータ32に過剰な負担がかかることを回避できる。
By the way, in the present embodiment, as shown in FIG. 8, the boost period T1 during which the
また、本実施形態に係る制御方法は、ブースト処理では、ブースト期間T1内における時間経過に伴って許容範囲の拡張量を徐々に小さくする。すなわち、図8に示すように、ブースト処理によって許容範囲が定格トルクG1から許容トルクG2に拡張された状態で、時間経過に伴って許容範囲の拡張量を徐々(連続的又は段階的)に小さくすることで、許容トルクG2と定格トルクG1とを滑らかにつなぐ。図8の例では、一定時間t2よりも短い所定時間t1が経過した時点で、拡張量の減少が開始し、一定時間t2が経過してブースト期間T1が終了する時点では、許容範囲が定格トルクG1となるように、時間経過に比例して拡張量が減少する。これにより、一定時間t2が経過してブースト処理が強制的に終了する際、船体1には出力トルクの急変による衝撃が作用しにくい。所定時間t1は、例えば、一定時間t2の半分程度の時間であって、一定時間t2が10秒であれば所定時間t1は5秒程度となる。 Further, in the boost process, the control method according to the present embodiment gradually reduces the expansion amount of the allowable range as time elapses within the boost period T1. That is, as shown in FIG. 8, in a state in which the allowable range is expanded from the rated torque G1 to the allowable torque G2 by the boost process, the amount of expansion of the allowable range is gradually (continuously or stepwise) decreased over time. By doing so, the allowable torque G2 and the rated torque G1 are smoothly connected. In the example of FIG. 8, when the predetermined time t1 shorter than the predetermined time t2 elapses, the expansion amount starts to decrease, and when the predetermined time t2 elapses and the boost period T1 ends, the allowable range reaches the rated torque. The expansion amount decreases in proportion to the passage of time so as to reach G1. As a result, when the boost process is forcibly terminated after the lapse of the fixed time t2, the hull 1 is less likely to be impacted by a sudden change in the output torque. The predetermined time t1 is, for example, about half the predetermined time t2, and if the predetermined time t2 is 10 seconds, the predetermined time t1 is about 5 seconds.
また、本実施形態では、ブースト期間T1の終了後に回復期間が経過すると、ブースト処理を再び実行可能である。すなわち、例えば、一定時間t2が経過してブースト期間T1が終了した後、モータ32の冷却等に必要な回復期間が経過すると、ブースト期間T1の残り時間が回復する。その結果、一度、ブースト処理によって許容範囲を拡張し、モータ32の出力トルクを増大させた後でも、回復期間の経過を待って、再びモータ32の出力トルクを増大させることができる。
Further, in this embodiment, the boost process can be executed again when the recovery period elapses after the end of the boost period T1. That is, for example, after the boost period T1 ends after a certain period of time t2 has elapsed, the remaining time of the boost period T1 recovers when the recovery period necessary for cooling the
具体的に、本実施形態では、許容範囲を拡張するブースト処理が実行されるブースト期間T1は一定時間t2であるところ、ブースト処理の実行中には、一定時間t2のカウントダウンが進行し、残り時間がゼロ(0)になった時点でブースト処理が強制終了する。そのため、カウントダウンはブースト処理の開始と同時に開始し、ブースト期間T1の途中でブースト処理が終了した場合には、その時点でカウントダウンが停止する。そして、残り時間がある状態でブースト処理が再開すると、当該残り時間からカウントダウンが再開する。例えば、一定時間t2が10秒である場合に、ブースト処理の開始から7秒でブースト処理を終了した場合には、ブースト期間T1の残り時間は3秒となる。この場合にブースト処理が再開すると、最長3秒のブースト期間T1に限り、ブースト処理が可能となる。 Specifically, in the present embodiment, the boost period T1 during which the boost process for extending the allowable range is performed is the constant time t2. becomes zero (0), the boost process is forcibly terminated. Therefore, the countdown starts simultaneously with the start of the boost process, and when the boost process ends in the middle of the boost period T1, the countdown stops at that point. Then, when the boost process is restarted with the remaining time remaining, the countdown restarts from the remaining time. For example, if the fixed time t2 is 10 seconds and the boost process ends 7 seconds after the start of the boost process, the remaining time of the boost period T1 is 3 seconds. In this case, when the boost process is resumed, the boost process can be performed only during the boost period T1 of 3 seconds at maximum.
ここで、回復期間の長さに応じて、回復するブースト期間T1の残り時間が変化してもよい。一例として、回復期間に対してブースト期間T1の残り時間が10分の1だけ回復すると仮定する。この場合、ブースト期間T1を使い切って残り時間がゼロ(0)の状態から、10秒経過するとブースト期間T1の残り時間は1秒まで回復し、100秒経過するとブースト期間T1の残り時間は10秒まで回復する。 Here, the remaining time of the recovery boost period T1 may change according to the length of the recovery period. As an example, assume that the remaining time of the boost period T1 recovers by a factor of 10 relative to the recovery period. In this case, after the boost period T1 is used up and the remaining time is zero (0), after 10 seconds, the remaining time of the boost period T1 recovers to 1 second, and after 100 seconds, the remaining time of the boost period T1 is 10 seconds. recover up to
[4.2]制御系の一例
次に、船舶制御システム2のうち特に定常処理部24、ブースト処理部25及び制限処理部26で行われる処理を具現化するための、制御系の一例について説明する。
[4.2] An example of a control system Next, an example of a control system for embodying the processes performed particularly by the steady-
すなわち、図9のブロック線図に示すような制御系によれば、モータ推進モードにおいては、モータ32の指示トルク(出力トルクの指示値)を、許容範囲内に制限することができる。図9に示す制御系では、モータ32の目標回転数と実回転数(実際の回転数)とが入力されることで、モータ32の指示トルクが出力される。具体的に、回転数制御のブロックB1では、目標回転数及び実回転数に基づいて、モータ32の目標トルクを決定する。トルク制限のブロックB2では、目標トルクに出力トルクの制限を加えることにより、指示トルクを算出する。このとき、トルク制限のブロックB2は、許容範囲内に出力トルクを制限するべく、出力トルクの上限を設定して当該上限以下の指示トルクを算出する。
That is, according to the control system shown in the block diagram of FIG. 9, in the motor propulsion mode, the indicated torque (indicated value of the output torque) of the
許容範囲は、航行トルク制限のブロックB3、及び時間制限のブロックB4にて算出される。航行トルク制限のブロックB3では、図6に示すような、モータ32の回転数-トルク特性のマップを参照して、実回転数から出力トルクの上限値(許容範囲)を算出する。すなわち、ブロックB3は、回転数が定格トルクG1と負荷特性G3との交点C1以下の範囲で、定格トルクG1以上許容トルクG2以下のトルクを、上限値として算出する。時間制限のブロックB4では、図8に示すような、時間-トルク特性のマップを参照して、ブースト期間T1の開始からの経過時間に応じて出力トルクの上限値(許容範囲)を算出する。すなわち、ブロックB4は、指示トルクが定格トルクG1を超えている間、ブースト期間T1のカウントダウンを進行し、ブースト期間T1の残り時間がゼロ(0)になれば、定格トルクG1を出力トルクの上限値(許容範囲)とする。さらに、ブロックB4は、指示トルクが定格トルクG1以下の時間も回復期間としてカウントし、当該回復期間に応じてブースト期間T1の残り時間を回復させる。
The allowable range is calculated in the cruise torque limit block B3 and the time limit block B4. In the cruise torque limit block B3, the upper limit value (permissible range) of the output torque is calculated from the actual rotation speed by referring to the rotation speed-torque characteristic map of the
[4.3]フローチャート
次に、本実施形態に係る船舶10の制御方法に係る処理の全体の流れについて、図10のフローチャートを参照して説明する。
[4.3] Flowchart Next, the overall flow of processing related to the control method for the
すなわち、本実施形態に係る制御方法では、船舶制御システム2の定常処理部24は、モータ32の出力トルクの許容範囲を定格トルクG1に設定する(S1)。ステップS2では、船舶制御システム2は、モータ32の目標回転数の閾値以上の変化を伴うような、操作部51の急な操作がなされたか否かを判断する。クラッシュアスターンのように操作部51の操作量の変化率が所定値以上となる操作がなされていれば(S2:Yes)、船舶制御システム2は処理をステップS3に移行させる。一方、操作部51の急な操作がなされていなければ(S2:No)、船舶制御システム2は処理をステップS1に移行させる。
That is, in the control method according to this embodiment, the steady-
ステップS3では、船舶制御システム2は、ブースト期間T1の残り時間がゼロ(0)より大きいか否かを判断する。既にブースト処理を行った直後等で、ブースト期間T1の残り時間がゼロ(0)であれば(S3:No)、船舶制御システム2は処理をステップS1に移行させる。一方、ブースト期間T1の残り時間がゼロ(0)より大きければ(S3:Yes)、船舶制御システム2は処理をステップS4に移行させる。
In step S3, the
ステップS4では、船舶制御システム2のブースト処理部25は、許容範囲を許容トルクG2まで拡張する。ただし、図8に示すように、残り時間によっては、許容範囲は許容トルクG2よりも小さなトルクまで拡大される。次のステップS5では、船舶制御システム2は、モータ32の回転数が制限領域L1に到達したか否かを判断する。モータ32の回転数が高回転に達して制限領域L1に到達した場合(S5:Yes)、船舶制御システム2は処理をステップS1に移行させる。このとき、船舶制御システム2の制限処理部26は、ブースト処理を無効化して、モータ32の出力トルクの許容範囲を定格トルクG1に設定する(S1)。一方、モータ32の回転数が高回転に達して制限領域L1に到達していなければ(S5:No)、船舶制御システム2は処理をステップS3に移行させる。
In step S4, the boost processing unit 25 of the
船舶制御システム2は、上記ステップS1~S5の処理を繰り返し実行する。ただし、図10に示すフローチャートは一例に過ぎず、処理が適宜追加又は省略されてもよいし、処理の順番が適宜入れ替わってもよい。
The
[5]変形例
以下、実施形態1の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。
[5] Modifications Modifications of the first embodiment are listed below. Modifications described below can be applied in combination as appropriate.
本開示における船舶制御システム2は、コンピュータシステムを含んでいる。コンピュータシステムは、ハードウェアとしての1以上のプロセッサ及び1以上のメモリを主構成とする。コンピュータシステムのメモリに記録されたプログラムをプロセッサが実行することによって、本開示における船舶制御システム2としての機能が実現される。プログラムは、コンピュータシステムのメモリに予め記録されてもよく、電気通信回線を通じて提供されてもよく、コンピュータシステムで読み取り可能なメモリカード、光学ディスク、ハードディスクドライブ等の非一時的記録媒体に記録されて提供されてもよい。また、船舶制御システム2に含まれる一部又は全部の機能部は電子回路で構成されていてもよい。
The
また、船舶制御システム2の少なくとも一部の機能が、1つの筐体内に集約されていることは船舶制御システム2に必須の構成ではなく、船舶制御システム2の構成要素は、複数の筐体に分散して設けられていてもよい。反対に、実施形態1において、複数の装置(例えば船舶制御システム2及び操作装置5)に分散されている機能が、1つの筐体内に集約されていてもよい。
In addition, it is not an essential configuration of the
さらに、船舶制御システム2の少なくとも一部は、船体1に搭載されることに限らず、船体1とは別に設けられてもよい。一例として、船舶制御システム2が、船体1とは別に設けられたサーバ装置によって具現化される場合、サーバ装置と船体1(の通信装置)との間の通信により、船舶制御システム2による船舶10(船体1)の制御が可能となる。船舶制御システム2の少なくとも一部の機能がクラウド(クラウドコンピューティング)等によって実現されてもよい。
Furthermore, at least part of the
また、船舶10は、プレジャーボートに限らず、貨物船及び貨客船等を含む商船、タグボート及びサルベージ船等を含む作業船、気象観測船及び練習船等を含む特殊船、漁船、並びに艦艇等であってもよい。さらに、船舶10は、操縦者が搭乗する有人タイプに限らず、人(操縦者)が遠隔操作可能であるか、又は自律運航可能な無人タイプの船舶であってもよい。
In addition, the
また、エンジン31は、ディーゼルエンジンに限らず、例えば、ディーゼルエンジン以外のエンジンであってもよい。モータ32についても、交流モータに限らず、例えば、直流モータであってもよい。また、モータ32は、例えば、燃料電池又は太陽光発電装置等の発電装置から供給される電力により駆動されてもよい。
Also, the
また、船舶10は、船体1にエンジン31及びモータ32を含む複数の動力源を備えていればよく、例えば、エンジン31及びモータ32に加えて、第3動力源を有するなど、3つ以上の動力源を備えていてもよい。
In addition, the
また、操作部51は、操作レバーに限らず、例えば、足踏み式の操作ペダル、タッチパネル、キーボード又はポインティングデバイス等であってもよい。操作ペダルからなる操作部51であれば、踏み込み量が操作部51の操作量となる。さらに、操作部51は、音声入力、ジェスチャ入力又は他の端末からの操作信号の入力等の態様を採用してもよい。
Further, the
また、推進モードの切り替えをユーザ(操縦者)による切替操作に応じて行うことは必須ではない。例えば、船舶制御システム2のモード切替処理部21は、船体1の現在位置又は船速等の船体1の航行状況、又は主バッテリ352の残容量等に応じて、自動的に推進モードの切り替えを行ってもよい。
Moreover, it is not essential to switch the propulsion mode according to the switching operation by the user (pilot). For example, the mode switching processing unit 21 of the
また、許容範囲を拡張するブースト処理は、推進モードがモータ推進モードにある場合に限らず、ハイブリッド推進モードにおいても有効であってもよい。あるいは、ブースト処理は、推進モードがハイブリッド推進モードにある場合のみ有効であってもよい。 Also, the boost process that extends the allowable range may be effective not only when the propulsion mode is the motor propulsion mode, but also in the hybrid propulsion mode. Alternatively, boost processing may be effective only when the propulsion mode is in hybrid propulsion mode.
また、ブースト期間T1を開始するためのトリガは、操作部51の操作速度(回転速度)が所定値以上であることに限らない。例えば、操作部51が緊急停止ボタンを含む場合には、当該緊急停止ボタンが押操作されることをもって、モータ32の目標回転数の閾値以上の変化を伴う操作部51の操作とし、これをトリガにブースト期間T1を開始してもよい。あるいは、操作部51の操作によらずに、その他の発動条件を満たすことをトリガにして、ブースト期間T1が開始してもよい。
Further, the trigger for starting the boost period T1 is not limited to the operation speed (rotational speed) of the
(実施形態2)
本実施形態に係る船舶10Aの制御方法は、図11に示すように、動力源としてモータ32のみを有する船舶10Aに用いられる点で、実施形態1に係る制御方法と相違する。以下、実施形態1と同様の構成については、共通の符号を付して適宜説明を省略する。
(Embodiment 2)
The control method for a
すなわち、本実施形態では、船体1の駆動ユニット3は動力源としてエンジン31(図2参照)を含まない。また、船舶制御システム2においては、モード切替処理部21(図2参照)及びエンジン制御部22(図2参照)が省略されている。このように、モータ32のみを動力源として有する船舶10Aであっても、実施形態1と同様に、モータ32の出力トルクを制限する処理を適用可能である。
That is, in this embodiment, the
実施形態2の構成は、実施形態1で説明した種々の構成(変形例を含む)と適宜組み合わせて採用可能である。 The configuration of the second embodiment can be employed in appropriate combination with the various configurations (including modifications) described in the first embodiment.
1 船体
2 船舶制御システム
10,10A 船舶
24 定常処理部
25 ブースト処理部
26 制限処理部26
31 エンジン
32 モータ
51 操作部
L1 制限領域
T1 ブースト期間
t2 一定時間
1
31
Claims (12)
前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する定常処理と、
ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張するブースト処理と、
少なくとも前記モータの出力トルクによる前記モータの加速領域であって前記モータの高回転側の制限領域において、前記ブースト処理を制限する制限処理と、を有する、
船舶の制御方法。 Used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the hull,
a steady process of controlling the motor according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range;
a boost process that expands the allowable range only within the boost period;
limiting processing for limiting the boost processing at least in an acceleration region of the motor due to the output torque of the motor and a limitation region on the high rotation side of the motor;
Vessel control method.
請求項1に記載の船舶の制御方法。 The restricted area exists only in the acceleration area of the deceleration area of the motor due to the output torque of the motor and the acceleration area.
A ship control method according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の船舶の制御方法。 The boost period is triggered by an operation of the operation unit accompanied by a change equal to or greater than a threshold of the target rotation speed of the motor.
The ship control method according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれか1項に記載の船舶の制御方法。 In the limiting process, the expansion amount of the allowable range is gradually reduced as the number of revolutions of the motor increases.
A ship control method according to any one of claims 1 to 3.
請求項1~4のいずれか1項に記載の船舶の制御方法。 The boost period ends when a certain period of time elapses after the boost process is started.
A ship control method according to any one of claims 1 to 4.
請求項5に記載の船舶の制御方法。 In the boost process, the amount of expansion of the allowable range is gradually reduced as time passes within the boost period.
A ship control method according to claim 5 .
請求項5又は6に記載の船舶の制御方法。 When a recovery period elapses after the boost period ends, the boost process can be executed again.
The ship control method according to claim 5 or 6.
前記ブースト処理は、前記推進モードが前記モータ推進モードにある場合のみ有効である、
請求項1~7のいずれか1項に記載の船舶の制御方法。 The propulsion modes of the ship include a motor propulsion mode in which the motor is used to propel the hull, an engine propulsion mode in which an engine is used to propel the hull, and a hybrid propulsion mode in which both the engine and the motor are used to propel the hull. including mode and
the boost process is effective only when the propulsion mode is in the motor propulsion mode;
A ship control method according to any one of claims 1 to 7.
前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する定常処理と、
ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張するブースト処理と、を有し、
前記ブースト期間は、前記モータの目標回転数の閾値以上の変化を伴う前記操作部の操作をトリガに開始する、
船舶の制御方法。 Used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the hull,
a steady process of controlling the motor according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range;
a boost process that expands the allowable range only within a boost period;
The boost period is triggered by an operation of the operation unit accompanied by a change equal to or greater than a threshold of the target rotation speed of the motor.
Vessel control method.
1以上のプロセッサに実行させるための船舶制御プログラム。 The ship control method according to any one of claims 1 to 9,
A vessel control program for execution by one or more processors.
前記モータの出力トルクを許容範囲内に制限しつつ、操作部の操作に応じて前記モータを制御する定常処理部と、
ブースト期間内に限り、前記許容範囲を拡張するブースト処理部と、
少なくとも前記モータの出力トルクによる前記モータの加速領域であって前記モータの高回転側の制限領域において、前記ブースト処理部による前記許容範囲の拡張を制限する制限処理部と、を備える、
船舶制御システム。 Used in a ship having at least a motor as a power source used for propulsion of the hull,
a steady processing unit that controls the motor according to the operation of the operation unit while limiting the output torque of the motor within an allowable range;
a boost processing unit that expands the allowable range only within a boost period;
a restriction processing unit that restricts expansion of the allowable range by the boost processing unit at least in an acceleration region of the motor due to the output torque of the motor and a restriction region on the high rotation side of the motor;
Ship control system.
前記船体と、を備える、
船舶。 A ship control system according to claim 11;
the hull; and
vessel.
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