CN104736431A - 船舶的移动中心估计方法和系统 - Google Patents

Abstract

假设移动中心(g₁、g₂)设定在船体(2)的实际移动中心(G)的附近的预定位置，具有预定大小和方向的试推力(P)通过驱动船外机(3a、3b)被施加到该假设移动中心(g₁、g₂)，施加试推力(P)时船体(2)产生的角加速度的大小和方向被检测，将角加速度的大小与预定阈值进行比较，并且当角加速度大于阈值时改变和设定假设移动中心(g₂、g₃)的位置使得角加速度能够收敛到阈值。

Description

船舶的移动中心估计方法和系统

技术领域

本发明特别涉及一种估计配备有船外机的船舶的移动中心的移动中心估计方法和系统。

背景技术

一种线控转向方法已经逐渐地作为船舶操作系统被应用在船舶中。该方法主要使用电动泵并且依靠于其液压控制。

另一方面，为了提高离开和到达岸边的可操作性，建议船舶配备有两个或者两个以上推进装置并且通过各个推进装置的输出控制和舵角而控制船舶的动作(例如，参见专利文献1)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本特开专利公报No.01-285486

发明内容

技术问题

附带地，当推进装置是船外机时，如何靠近船舶的移动中心以使两个船外机的输出方向近似在船舶操作中是很重要的一点。然而，传统地，船外机的舵角通过找到前进时的移动中心而确定。因此，考虑船舶操作系统与船舶具有一对一的关系，即，只用于那个船舶而不具有多余性。进一步，移动中心的确定需要相当大的劳动和时间。

考虑到上述情形，本发明的目的是提供一种移动中心估计方法和系统，该移动中心估计方法和系统在适用性方面是优越的并且简单地并有效地估计船舶的移动中心。

解决问题的方案

根据本发明的船舶的移动中心估计方法是一种船舶的移动中心估计方法，该移动中心估计方法用于估计船舶的移动中心，该船舶配备有位于船体的船尾侧的多个船外机，并且该船舶的移动中心估计方法具有：假设移动中心设定步骤，该步骤用于将假设移动中心设定在船舶的实际移动中心附近的预定位置；试推力施加步骤，该步骤用于驱动船外机，相对于假设移动中心向船外机施加具有预定大小和方向的试推力；角加速度检测步骤，该步骤用于检测施加试推力时船舶产生的角加速度的大小和方向；角加速度比较步骤，该步骤用于将角加速度的大小与预定阈值进行比较；和假设移动中心改变和设定步骤，该步骤用于当角加速度大于阈值时，改变和设定假设移动中心的位置，使得角加速度能够收敛到阈值。

进一步，在根据本发明的船舶的移动中心估计方法中，在假设移动中心改变和设定步骤中，使用二分法计算要改变的假设移动中心的位置，从而缩短实际移动中心和假设移动中心之间的距离。

进一步，在根据本发明的船舶的移动中心估计方法中，在假设移动中心设定步骤中，假设移动中心设定在与船体的船尾相距船体的1/4全长的位置并且在船舶中心线上。

进一步，在根据本发明的船舶的移动中心估计方法中，在试推力施加步骤中，试推力在与船舶中心线正交的方向上被施加到假设移动中心。

进一步，根据本发明的船舶的移动中心估计系统是一种船舶的移动中心估计系统，该移动中心估计系统被构造成：在配备有位于船体的船尾侧的船外机的船舶中，能够通过舵控制器以电气控制方法使用操纵杆控制船外机的档位、节气门和转向，并且该移动中心估计系统估计船舶的移动中心，并且船舶的移动中心估计系统具有：假设移动中心设定装置，假设移动中心设定装置将假设移动中心设定在船舶的实际移动中心附近的预定位置；试推力施加装置，试推力施加装置驱动船外机，并相对于假设移动中心向船外机施加具有预定大小和方向的试推力；角加速度检测装置，角加速度检测装置检测施加试推力时船舶产生的在水平面上的角加速度的大小和方向；角加速度比较装置，角加速度比较装置将角加速度的大小与预定阈值进行比较；和假设移动中心改变和设定装置，当角加速度大于阈值时，改变和设定假设移动中心的位置，使得角加速度能够收敛到阈值。

进一步，根据本发明的程序是一种程序，该程序使得计算机具有上述船舶的移动中心估计系统的各种功能。

发明的有益效果

根据本发明，能够通过执行若干次的校准精确地估计移动中心，并且这样的校准操作能够被自动地执行，这是简单的并且在适用性方面是优越的。进一步，尤其是通过使用二分法，在水平面上的角加速度通过若干次的校准被有效地收敛，并且能够可靠地估计移动中心。

进一步，盲区相对于移动中心的估计值设置，即，不必要将移动中心确定为绝对值，从而实现适合于船舶的移动中心估计方法。进一步，本发明的系统能够通过附加到现有的船舶上而被应用并且在实用性方面是优越的。

附图说明

图1是从斜后方看，根据本发明的实施例的船舶的立体图；

图2是显示根据本发明的用于船舶的船舶操作系统的构造的方框图；

图3是依次显示本发明中的典型实例的示意图；并且

图4是根据本发明中的典型实例的动作的流程图。

具体实施方式

在下文中，将根据附图描述根据本发明的船舶的移动中心估计方法和系统的优选实施例。

图1是从斜后方看，作为本发明的应用实例的船舶1的立体图。首先，将通过图1示意地描述船舶1的整体构造。注意到，在用于以下描述的包括图1的附图中分别根据需要，车辆的前方由箭头Fr表示并且车辆的后方由箭头R表示。

如图1所示，均配备有引擎的多个船外机3(这里，两个船外机3a、3b)经由支架装置附接到位于船舶1的船体2的后部分的艉板。

操作船舱4形成在船体2的前侧。在操作船舱4中，布置有：舵6，舵轮5联接到舵6；具有遥控杆7的遥控箱8；全向操作单元10，该全向操作单元10具有作为操作杆的操纵杆9；和转换开关11。

船舶操作者通常使用操作舵轮5和遥控杆7操作船舶1，并且在进行离岸或抵岸等精细操作时，使用操纵杆9操作船舶1。船舶操作者通过转换开关11进行上述操作的切换，以选择使用舵轮5和遥控杆7进行操作，还是使用操纵杆9进行操作。

图2是显示用于船舶的船舶操作系统的构造的方框图。在图2中，与图1中相同的部件被给予相同的参考数字。在本实施例的船舶操作系统100中，使用线控换档方法的系统、线控节气门方法和线控转向方法。换句话说，舵轮5、遥控杆7和操纵杆9的操作信息电输出到稍后描述的舵控制器20并且舵控制器20根据操作信息电控制船外机3a、3b，从而船外机3a、3b的档位、节气门和转向改变。

在下文中，将描述船舶操作系统100的具体构造。

除了上述舵6、遥控箱8、全向操作单元10和转换开关11之外，船舶操作系统100还具有角加速度传感器12、舵控制器20、BCM 25和船外机3a、3b。

舵6具有内置的转向传感器，该转向传感器检测舵轮5的转向操作角度。舵6将检测到的转向操作角度信息向舵控制器20输出。

当遥控杆6从中立位置被操作到前侧或者后侧时，遥控箱8检测换挡操作位置和操作量。遥控箱8将检测到的换挡操作位置和操作量信息向舵控制器20输出。

全向操作单元10具有内置的传感器，该内置的传感器检测操纵杆9操作时的操作位置和操作量。全向操作单元10将检测到的操作位置和操作量信息向舵控制器20输出。

转换开关11检测由船舶操作者选择的被选择位置并且将检测到的被选择位置信息向舵控制器20输出。根据由转换开关11检测的被选择位置舵控制器20使得舵轮5和遥控杆7的操作与操纵杆9的操作中的一个操作能够被执行而另一个操作不能被执行。

角加速度传感器12附接于船体2，并且当船体2在水平方向上枢转时检测角加速度。角加速度传感器12将检测到的角加速度的信息向舵控制器20输出。

舵控制器20起控制船外机3a和船外机3b的控制装置的作用。更具体地说，舵控制器20电连接到上述舵6、遥控箱8、全向控制单元10、转换开关11和角加速度传感器12，并且电连接到BCM 25和船外机3a、3b的各个致动器驱动器26。

舵控制器20构成所谓的计算机，该计算机包括CPU 21、ROM 22、RAM 23、EEPROM 24等等。

CPU 21通过执行存储在ROM 22中的程序实现在稍后描述的流程图中的处理。ROM 22是易失性存储器并且存储由CPU 21执行的程序、用于控制船外机3a、3b的设定值等等。RAM 23是易失性存储器并且假设存储在CPU 21控制船外机3a、3b时计算的信息等等。EEPROM 24是可重写非易失性存储器并且存储当CPU 21控制船外机3a、3b时的信息等等。

BCM 25是船舶控制模块。BCM 25电连接到舵控制20和船外机3a、3b的各个EMC 29。BCM 25将来自舵控制器20的指令向ECM 29传输。类似于舵控制器20，BCM 25构成计算机，该计算机包括CPU、ROM、EEPROM等等。注意到，转向系统100能够在省略BCM 25的情况下被构成。在这种情况下，舵控制20能够直接电连接到船外机3a、3b的各个EMC 29。

然后，将描述船外机3a、3b的构造。船外机3a、3b具有几乎彼此相同的构造，这里船外机3a将用于说明。

船外机3a具有致动器驱动器26、转向致动器27、船舵发送器28、ECM 29、电控节流体30和换挡致动器31。

致动器驱动器26电连接到转向致动器27和船舵发送器28并且控制转向致动器27和船舵发送器28。

转向致动器27通过使船外机3a响应于来自舵控制器20的指令经由致动器驱动器26枢转而改变转向角。更具体地，如图1所示，转向致动器27使得包括螺旋桨32的推进装置33围绕转向轴线S(点划线)分别向左右枢转到预定角度θ。

船舵发送器28检测船外机3a的实际转向角并且将上述实际转向角输出到致动器驱动器26。

因此，致动器驱动器26通过获取船舵发送器28检测到的实际转向角的信息能够驱动转向致动器27从而形成舵控制器20指示的转向角。进一步，致动器驱动器26将从船舵发送器28获取的实际转向角输出到舵控制器20。

ECM 29是引擎控制模块。ECM 29电连接到电控节流体30和换挡致动器31并且控制电控节流体30和换挡致动器31。

电控节流体30响应于舵控制器20的指令经由BCM 25和ECM 29改变船外机3a的节流阀的开关角度。打开节流阀增加船外机3a的引擎的输出以增加螺旋桨32的旋转速度，从而提高船外机3a的推进力。另一方面，关闭节流阀减小船外机3a的引擎的输出以减小螺旋桨32的旋转速度，从而减小船外机3a的推进力。

换挡致动器31响应于舵控制器20的指令经由BCM 25和ECM 29改变船外机3a的档位。例如，当向后方改变档位的指令从舵控制器20被给出时，换挡致动器31通过改变推进装置33中的齿轮的接合转换档位以使得螺旋桨32的旋转方向变为与前进方向的旋转方向相反的方向。

接下来，将参考图1和图2通过图3和图4描述本发明的移动中心估计方法的实例。图3是依次显示典型实例的示意图，并且图4是其流程图。

首先，在步骤S1中，输入在执行本发明时必须的与船舶1相关的具体元素。该具体元素包括船体2的全长L、从船舶中心线C.L到船外机3a、3b的转向轴线S(参见图1)的距离W，并且全长L尤其是被用于实现稍后描述的移动中心和二分法的设定。

在步骤S2中，假设移动中心g设定在船舶1的实际移动中心G的附近的预定位置。在这种情况下，如图3A所示，假设移动中心g₁(第一假设移动中心)典型地设定在朝向前部与船体2的船尾相距全长L的1/4的位置并且假设移动中心g₁在中心线C.L上。在如本实施例的相对小尺寸的船舶1中，由于配备有两个船外机3a、3b，船舶1的中心(实际移动中心G)在与船尾相距大约1/4全长的位置，并且假设移动中心g₁以以上标准被设定。注意到，在图3A的说明性实例中，假设移动中心g₁设定在比实际移动中心G更靠近船尾侧，并且其间的距离由r₁表示。

在步骤S3中，通过操纵杆9的操作驱动船外机3a、3b，具有预定大小和方向的试推力P被施加到假设移动中心g₁。为了使作用到船舶1的推力产生在船舶中心线C.L上，两个船外机3a、3b的舵角θ的尺寸(绝对值)是相同的。在本实例中，分别地，向后的推力R产生在船外机3a中并且向前的推力F产生在船外机3b中从而指向假设移动中心g₁，并且通过施加到船体2的力的合力，试推力P在与船舶中心线C.L正交的方向上被施加，即在横向上(在本实例中，右外方)被施加。根据试推力P，旋转或者惯性力矩M产生在船舶1中。

在步骤S4中，通过试推力P的施加而产生在船舶1中的角加速度αω的大小和方向被检测。角加速度αω通过角加速度传感器12被检测并且检测到的角加速度αω的信息被输出到舵控制器20。

这里，在实际移动中心G和假设移动中心g₁之间的距离是距离r₁的情况下，以实际移动中心G为中心的力矩M₁通过试推力P的施加而产生，力矩M₁以M1＝r₁P被给定。在本实例中，因为假设移动中心g₁设定在比实际移动中心G更靠近船尾侧，船舶1在逆时针方向上枢转同时在右舷方向上横向地移动。不仅在这种情况下而且在下文中也类似，产生在船舶1中的角加速度αω的大小和方向对应于力矩M的大小和方向，并且当试推力P是恒定的时，角加速度αω的大小主要取决于实际移动中心G和假设移动中心g之间的距离r。进一步，通过角加速度αω的方向能够区分假设移动中心g是位于实际移动中心G的前方还是后方。

在步骤S5中，角加速度αω的大小与预定阈值α_th相比。在本发明的移动中心估计方法中，由于设定阈值α_th，所以满足估计值在所谓的盲区收敛。不像在四轮车辆中，船舶的移动中心位置响应于例如水流或者风的大小和方向甚至船上的人数而改变，因此不必要精确地将中心位置确定为绝对值。注意到，当推力被施加到移动中心的位置如上述偏移时，船舶开始枢转同时横向地移动，因此这样的偏移的出现能够根据是否有角加速度而确认。

在步骤S5的比较结果中，当检测到的角加速度αω等于或者小于阈值αω_th时，在步骤S6中该值存储在RAM 23中。在这种情况下，估计船舶1的角加速度αω收敛，即，假设移动中心g(假设移动中心g₁)是实际移动中心G，并且处理终止。

另一方面，当角加速度αω大于阈值αω_th时，在步骤S7中，假设移动中心g的位置改变并且设定成角加速度αω可以收敛为阈值αω_th。

在这种情况下，假设移动中心g要被改变的位置利用二分法被计算，从而缩短实际移动中心G和假设移动中心g之间的距离r。

更具体地，因为通过等于或者大于预定值假设移动中心g₁位于比实际移动中心G更靠近船尾侧，假设移动中心g₂(第二假设移动中心)的位置被进一步向前改变并且设定成缩短实际移动中心G和假设移动中心g之间的距离r。换句话说，假设移动中心g₂设定成将由施加到假设移动中心g₁的试推力P而在船舶1中产生的逆时针方向上的角加速度αω的方向反向并且使得该方向为顺时针方向。注意到，如果假设移动中心g₁在船首侧，假设移动中心g₂设定成使得该方向为逆时针方向。因为二分法被用于本发明，假设移动中心g₂被设定在如图3B所示为假设移动中心g₁而设定的L/4的1/2的位置，即，在船舶中心线C.L上更靠近前部与假设移动中心g₁相距L/8处。在图3B的图解实例中，假设移动中心g₂设定在比实际移动中心G更靠近船首侧，并且其间的距离表示为r₂。

与步骤3的情况类似，通过操作操纵杆9驱动船外机3a、3b，试推力P被施加到改变后的假设移动中心g₂。通过试推力P的施加，产生力矩M₂＝r₂P。在这种情况下，因为假设移动中心g₂设定在比实际移动中心G更靠近船首侧，船舶1在逆时针方向上枢转的同时在右舷方向上横向地移动。船舶1中产生的角加速度αω根据旋转力矩M₂被检测，并且当角加速度αω大于阈值αω_th时，假设移动中心g₂的位置类似地进一步改变和设定。

在这种情况下，因为假设移动中心g₂位于比实际移动中心G更靠近船首侧，假设移动中心g₂的位置被向后改变并且设定成缩短实际移动中心G和假设移动中心g之间的距离r。如图3C所示，假设移动中心g₃(第三假设移动中心)设定在为假设移动中心g₂设定的L/8的1/2的位置，即，在船舶中心线C.L上更靠近后部与假设移动中心g₂相距L/16处。如上所述，通过在本发明的方法中使用二分法，接下来为假设移动中心g设定的位置变化量或者距离被减小1/2，从而能够使移动中心g有效地并且精确地收敛。

在下文中，重复类似的处理，并且当检测到的角加速度αω的大小变成等于或者小于阈值αω_th时，估计船舶1的角加速度αω收敛，即，此时的假设移动中心g_n是实际移动中心G，并且处理终止。

通过使用如上估计的船舶的移动中心，之后在离开和到达岸边等等时能够精确地并且平稳地执行船舶操作，从而能够实际上获得相当高的效果。

如上所述，根据本发明，当移动中心通过使用角加速度传感器12而被估计时，移动中心能够通过执行若干次的校准而被精确地估计。进一步，这样的校准操作仅仅通过横向地扳倒操纵杆9就能够被自动地执行，这是简单的并且在适用性方面是优越的。

进一步，通过使用二分法，能够通过若干次的校准使得角加速度有效地收敛，并且能够可靠地估计移动中心。

进一步，盲区相对于移动中心的估计值设置，并且移动中心通过收敛到盲区而被估计。换句话说，不必要将移动中心确定为绝对值，从而实现适合于不同于四轮车辆等等的船舶的移动中心估计方法。在这种情况下，本发明的系统能够通过所谓的附加到现有的船舶上而被应用，并且其在实用性方面是优越的。

进一步，在本发明的实施过程中，因为船舶在横向地移动的同时开始枢转，角加速度αω的改变能够通过角加速度传感器12被立即检测。例如，和使用地磁等等的方向角传感器的情况相比，移动中心能够在不受到例如环境扰乱的影响下被精确地估计，从而保证了高可靠性。

如上所述，本发明通过各种实施例进行了描述，但是本发明并不仅仅局限于这些实施例，并且可以在本发明范畴内进行改变等等。

对于船外机的数量，装备两个或者两个以上，例如三个船外机也是可能的。

本实施例能够通过计算机执行程序被实现。进一步，存储上述程序的计算机可读存储介质和例如上述程序的计算机程序产品也能够作用本发明的实施例被应用。作为存储介质，例如能够使用软磁盘、硬盘、光盘、磁光盘、CD-ROM、磁带、非易失性存储卡、ROM等等。

工业实用性

能够提供一种移动中心估计方法和系统，其在适用性方面是优越的并且简单地并有效地估计船舶的移动中心。

Claims (6)

1.一种船舶的移动中心估计方法，所述移动中心估计方法用于估计船舶的移动中心，所述船舶配备有位于船体的船尾侧的多个船外机，其特征在于，所述移动中心估计方法包含：

假设移动中心设定步骤，该步骤用于将假设移动中心设定在所述船舶的实际移动中心附近的预定位置；

试推力施加步骤，该步骤用于驱动所述船外机，相对于所述假设移动中心向所述船外机施加具有预定大小和方向的试推力；

角加速度检测步骤，该步骤用于检测施加所述试推力时所述船舶产生的角加速度的大小和方向；

角加速度比较步骤，该步骤用于将所述角加速度的所述大小与预定阈值进行比较；和

假设移动中心改变和设定步骤，该步骤用于当所述角加速度大于所述阈值时，改变和设定所述假设移动中心的位置，使得所述角加速度能够收敛到所述阈值。

2.如权利要求1所述的船舶的移动中心估计方法，其特征在于，

其中，在所述假设移动中心改变和设定步骤中，使用二分法计算要改变的所述假设移动中心的位置，从而缩短所述实际移动中心和所述假设移动中心之间的距离。

3.如权利要求1或2所述的船舶的移动中心估计方法，其特征在于，

其中，在所述假设移动中心设定步骤中，所述假设移动中心设定在与所述船体的船尾相距所述船体的1/4全长的位置并且在船舶中心线上。

4.如权利要求1至3中任一项所述的船舶的移动中心估计方法，其特征在于，

其中，在所述试推力施加步骤中，所述试推力在与船舶中心线正交的方向上被施加到所述假设移动中心。

5.一种船舶的移动中心估计系统，所述移动中心估计系统被构造成：在配备有位于船体的船尾侧的船外机的船舶中，能够通过舵控制器以电气控制方法使用操纵杆控制所述船外机的档位、节气门和转向，并且所述移动中心估计系统估计所述船舶的移动中心，其特征在于，所述移动中心估计系统包含：

假设移动中心设定装置，所述假设移动中心设定装置将假设移动中心设定在所述船舶的实际移动中心附近的预定位置；

试推力施加装置，所述试推力施加装置驱动所述船外机，并相对于所述假设移动中心向所述船外机施加具有预定大小和方向的试推力；

角加速度检测装置，所述角加速度检测装置检测施加所述试推力时所述船舶产生的角加速度的大小和方向；

角加速度比较装置，所述角加速度比较装置将所述角加速度的所述大小与预定阈值进行比较；和

假设移动中心改变和设定装置，当所述角加速度大于所述阈值时，改变和设定所述假设移动中心的位置，使得所述角加速度能够收敛到所述阈值。

6.一种程序，其特征在于，所述程序使计算机具有权利要求5所述的船舶的移动中心估计系统的各种功能。