CN118124780A - 用于操纵设置有单个驱动单元的船的方法 - Google Patents

Abstract

用于操纵设置有单个驱动单元的船的方法，尤其是用于操纵设置有单个驱动单元(2)的船(1)的计算机实现的方法(M)，包括：由计算机系统的处理器装置获得指示船体(3)的目标水平旋转移动的净动量方向数据(DM)；由处理器装置触发驱动单元(2)的一系列推力爆发，所述一系列推力爆发包括多个一次爆发(B1)以及与一次爆发(B1)定向不同的多个二次爆发(B2)，所述一次爆发(B1)和二次爆发(B2)被定向为使得它们提供平行于船体纵向轴线(L)的相应纵向推力分量，所述一次爆发被定向为使得一次爆发(B1)的纵向推力分量作用在与二次爆发(B2)的纵向推力分量的方向相反的方向上，并且所述一次爆发(B1)和二次爆发(B2)被进一步定向为使得它们在船体(3)上共同提供与净动量方向数据(DM)相关联的净动量。

Description

用于操纵设置有单个驱动单元的船的方法

技术领域

本公开涉及船的操纵，包括休闲船、游艇和船舶。更具体地，本公开涉及一种用于操纵设置有单个驱动单元的船的计算机实现的方法。该方法提供了对此类船的旋转和平移的改进控制，例如使用来自操纵杆的输入。本公开通常可用于辅助入坞操作。

背景技术

船通常设置有两个或更多个驱动单元，诸如安装在船的横梁上的驱动单元，所述驱动单元是舷外马达或连接到舷内马达的驱动单元。一些船使用分别安装在船体的左舷侧和右舷侧上的两个固定螺旋桨轴。

在船上设置两个或更多个驱动单元使得驱动单元能够同时在不同方向上提供推力，从而使船旋转和/或使船平移。由于每个螺旋桨只能提供向前或向后推力，固定轴的船在相应螺旋桨可在哪些方向上提供推力方面受到一定限制。固定轴的船通常设置有船舵，以将向后推力稍微重定向到船的左舷侧或右舷侧，但在反转螺旋桨方向时，船舵几乎没有作用。

最近的发展(特别是对于舷外马达)通过使用主动控制由每个舷外马达提供的推力的方向和功率从而控制船的旋转和平移的控制单元来实现由操纵杆控制的辅助入坞，例如保持船固定或实现更容易的入坞。

船还可设置有船头推进器和船尾推进器，以提供对船的船头或船尾部分的侧向移动的附加控制。

然而，并非所有的船都设置有多个驱动单元，并且因此无法享受这些类型的辅助入坞解决方案来控制船的旋转和平移。

发明内容

本发明的目的是使得能够改进设置有单个驱动单元的船的操纵性。

根据本公开的第一方面，该目的和其他目的由权利要求1中定义的计算机实现的方法以及从属权利要求中定义的替代实施方案来提供。

所述方法用于操纵设置有单个驱动单元的船，所述船包括船体，所述船体具有沿着船体纵向轴线的纵向范围以及沿着船体横向轴线(T)的横向范围。所述驱动单元包括：安装件，所述安装件沿着所述船体纵向轴线将所述驱动单元附接到所述船体；以及下部单元，所述下部单元包括用于承载用于产生推力的螺旋桨的螺旋桨轴。所述下部单元被配置为使得所述下部单元或所述下部单元的承载所述螺旋转轴的至少一部分可围绕转向轴线旋转，使得所述推力的水平分量的方向通过所述下部单元围绕所述转向轴线的旋转而在水平平面中可变。

所述方法包括：

由计算机系统的处理器装置获得指示所述船体的目标水平旋转移动的净动量方向数据。

所述方法还包括由所述处理器装置触发所述驱动单元的一系列推力爆发，所述一系列推力爆发包括多个一次爆发以及与所述一次爆发定向不同的多个二次爆发。所述一次爆发和所述二次爆发被定向为使得它们提供平行于所述船体纵向轴线的相应纵向推力分量。所述一次爆发被定向为使得所述一次爆发的所述纵向推力分量作用在相对于所述二次爆发的所述纵向推力分量的方向的相反方向上。所述一次爆发和所述二次爆发被进一步定向为使得它们在所述船体上共同提供与所述净动量方向数据相关联的净动量。

所述一系列推力爆发可作用在不同的方向上并且在所述船体上沿水平平面共同地促成至少净动量，所述净动量可以是零净动量或者在基于所述动量方向数据选择的任何动量方向上的正净动量。

所述一次爆发共同提供净纵向力分量，所述净纵向力分量至少部分地抵消由所述二次爆发提供的净纵向力分量。

通过调整每个爆发的功率(强度和时间)，由所述一系列爆发沿着所述船体纵向轴线施加的净纵向力是可控的，例如控制为零/中性，或用于向前或向后推进所述船。

由于所述一次爆发和所述二次爆发也被定向为使得它们在所述船体上共同提供与所述净动量方向数据相关联的净动量，因此可仅使用单个驱动单元来实现对旋转移动和纵向移动的控制，其中减少了所述船的操作者所需的手动注意，并且在所述船周围需要更少的空间来实现旋转操纵。

所述方法可使用任何合适的控制策略来控制移动的净纵向方向，例如动态用户可控制的净方向，或静态定义的净移动，诸如向前、向后或中性/静止。

此外，所述方法可使用任何合适的控制策略来控制净纵向力/移动速度，例如动态用户可控制的净纵向力，或静态定义的净纵向力。此外，可使用一个或多个传感器来提供关于船的实际位置或加速度的信息，其中所述方法可包括调整推力的强度和方向以实现船的位置的目标平移速率，这将考虑到作用在船上的外部因素，诸如风和水流。船的平移速率可以是动态用户可控制的，也可以是静态速率。

净动量方向数据可例如由被编程为执行特定操纵和/或遵循特定路径的自动导航系统提供，或者净动量方向数据可通过船的操作者的手动控制来提供。例如，操作者可操作操纵杆来控制至少净动量方向数据的输出。在手动控制的情况下，这意味着操作者仅需要确保净动量方向数据可用，因此可将控制工作集中于监测船舶的实际旋转移动并调整手动输入以根据需要至少控制动量方向数据，例如通过连续调整操纵杆(或其他合适的控制装置)，直到船到达和/或保持预期的旋转位置。

所述方法可使用任何合适的控制策略来确定净动量强度，例如使用动态用户可控制的动量强度或静态定义的动量强度。此外，可使用一个或多个传感器来提供关于船的实际位置或加速度的信息，其中所述方法可包括使动量强度适应于船的旋转位置的目标变化率，这将考虑到作用在船上的外部因素，诸如风和水流。该速率可以是动态用户可控制的，也可以是静态速率。

此外，所述方法可使用任何合适的控制策略来控制净纵向力/移动速度，例如动态用户可控制的净纵向力，或静态定义的净纵向力。

此外，应当理解，螺旋桨轴的速度在连续爆发之间降低；然而，螺旋桨轴的速度不必在连续爆发之间降低至螺旋桨轴静止。

此外，所有一次爆发不一定具有相同的方向，也不一定具有相同的功率。类似地，所有二次爆发不一定具有相同的方向，也不一定具有相同的功率。

所述方法还可包括由所述处理器装置获得指示所述船体的目标水平平移移动的净力方向数据。

其中所述一次爆发和所述二次爆发的所述方向进一步使得所述一次爆发和所述二次爆发在所述船体上共同提供与所述船体的所述目标水平平移移动相关联的净力。

目标水平平移运动可在任何水平方向上定向，并且因此用于得出垂直于船体纵向轴线定向的净纵向推力分量和净横向推力分量。通过调整一次爆发和二次爆发的方向和净功率，船体将受到与净力方向数据相关联的净横向力方向上的净横向力分量以及上面讨论的净纵向力的影响。

所述触发的一系列爆发可在所述一次爆发中的相应爆发或相应子集与所述二次爆发中的相应爆发或相应子集之间交替。

首先，应当理解，并非所有一次爆发都必须具有相同的方向和相同的功率，但它们可具有相同的方向和相同的功率。此外，并非所有二次爆发都必须具有相同的方向和相同的功率，但它们可具有相同的方向和相同的功率。

其次，如果先提供所有一次爆发，并且在所有一次爆发之后提供所有二次爆发，则在施加二次爆发之前，船将在一个方向上被给予相对较大的平移移动。通过以交替方式提供一次爆发和二次爆发，如上所述，使得可进行船体的相对较小平移移动，因为所施加的力的纵向分量至少部分地彼此抵消。这使得船能够在船没有或仅有很小的水平平移移动的情况下旋转。这提高了船的移动的准确性(包括预期的任何旋转和任何平移移动的准确性)。

所述一系列爆发中的每个爆发可被定向为使得其提供垂直于所述船体纵向轴线的相应横向推力分量，其中所述一次爆发的所述相应横向推力分量被定向在与所述二次爆发的所述相应横向推力分量相同的方向上，其中所述一次爆发和所述二次爆发在所述船体上共同地促成与所述目标水平平移移动的横向分量相关联的净横向力。

由于一次爆发和二次爆发都促成净横向力分量，因此它们彼此协作并且不互相对抗，从而使得用于实现船体的横向移动的推力功率的效率更高。

与用于所述一次爆发的所述螺旋桨的相应旋转方向相比，用于所述二次爆发的所述螺旋桨的相应旋转方向可被反转。

将螺旋桨的旋转方向反转使其推力方向反转。使螺旋桨推力方向反转使不能在水平平面内旋转360度的驱动单元(例如，安装在横梁上的驱动单元)也能够不受限制地操作。此外，螺旋桨的旋转方向的反转在施加一次爆发的驱动单元位置与施加二次爆发的驱动单元位置之间实现更短的行程。例如，图4a示出了与图4b所示的推力角度相同的推力角度，并且图5a示出了与图5b所示相同的推力角度。在图4a和图4b中，驱动单元的转向角度在一次爆发和二次爆发之间比在图4b和图5b中所示的操作改变得小，在图4b和图5b中所示的操作中，驱动单元必须旋转更长才能达到相同的推力方向。对于图4b的操作中的一次爆发和二次爆发，螺旋桨的旋转方向可以相同，而在图4a的操作中，螺旋桨的旋转方向必须改变以达到正确的推力方向。安装在横梁上的驱动装置通常无法如图4b和图5b所示那样进行操作。

所述驱动单元可被配置为使得所述下部单元的在所述转向轴线与所述螺旋桨轴的中心轴线的交点处的枢转点可相对于所述船体纵向轴线在所述船体纵向轴线的右舷侧的右舷操作范围与所述船体纵向轴线的左舷侧的左舷操作范围之间横向移动。此外，可在所述下部单元定位为使得所述枢转点在所述右舷操作范围内的情况下提供所述一次爆发，其中在所述下部单元定位为使得所述枢转点在所述左舷操作范围内的情况下提供所述二次爆发。

枢转点的横向移动使得螺旋桨沿着其施加推力的纵向轴线能够横向移动，并且因此使得能够将净动量(用于船体在水平平面中的旋转)施加到船体，同时使得能够控制净力方向和净力强度。这进一步使得能够在船体几乎没有净横向平移或净纵向平移的情况下就地旋转，如图8至图13所示。由于净动量和净力都是可控制的，因此也可几乎不提供净动量，同时仍能够仅横向移动船体，如图14至图17所示。从任何枢转点位置，都可以通过改变转向角度来改变所施加动量的强度和方向；例如，达到一次爆发的动量抵消二次爆发的动量的状态，或者达到一系列爆发指向船的质心的状态，使得爆发不会围绕质心产生动量，并且因此产生零/中性净动量。

所述驱动单元还可包括中心体，所述中心体可旋转地附接到所述安装件以围绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线基本上竖直延伸或与竖直轴线成角度延伸，所述角度在1度至20度的范围内，诸如在1度至10度内，

其中所述下部单元相对于所述第一旋转轴线径向偏移地附接到所述中心体，使得所述转向轴线可通过所述中心体围绕所述第一旋转轴线的旋转而相对于所述船体纵向轴线横向移动。

所述下部单元可以可旋转地附接到所述安装件以使所述下部单元围绕基本上平行于所述船体纵向轴线的第二旋转轴线旋转，其中所述螺旋桨轴从所述第二旋转轴线横向偏移，使得所述螺旋桨轴可通过所述下部单元围绕所述第二旋转轴线的旋转而相对于所述船体纵向轴线横向移动。

所述一系列爆发中的每个爆发可沿着直接延伸穿过竖直参考轴线的相应方向轴线定向，所述竖直参考轴线延伸穿过所述船的质心。

所述方法还可包括由所述处理器装置获得净动量强度数据和净力强度数据，并且所述方法还可包括由所述处理器装置基于所述净动量强度数据并且基于所述净力强度数据来控制所述一系列爆发中的相应爆发的方向和/或功率。

所述方法还可包括提供可手动操作的输入装置，所述输入装置被配置为实现至少净力方向和/或净动量方向的用户输入，所述方法还包括由所述处理器装置基于来自所述输入装置的所述用户输入来提供所述净力方向数据和/或所述净动量方向数据。

所述输入装置还可被配置为实现至少净力强度和净动量强度的用户输入，所述方法还包括由所述处理器装置基于来自所述输入装置的所述用户输入来提供所述净力强度数据和/或所述净动量强度数据。

所述用户输入装置还可包括操纵杆。

所述操纵杆可以是具有三个或更多个控制轴的操纵杆。

所述操纵杆可包括操纵杆手柄并且可以是渐进输入操纵杆，所述操纵杆被配置为基于所述操纵杆手柄的倾斜方向和操纵杆手柄的倾斜量来实现所述净力方向和净力强度两者的输入，并且被配置为基于所述操纵杆手柄围绕所述操纵杆手柄的纵向轴线的旋转方向实现所述净动量方向的用户输入以及基于所述操纵杆手柄围绕所述操纵杆手柄的纵向轴线的旋转量实现净动量强度的用户输入。

根据本公开的第二方面，上述目的还可由一种计算机系统来实现，所述计算机系统可包括处理器装置，所述处理器装置被配置为执行在权利要求1至16中任一项中描述(也在上面讨论)的方法。

根据本公开的第三方面，上述目的还可由一种控制系统来实现。所述控制系统包括一个或多个控制单元，所述一个或多个控制单元被配置为执行在权利要求1至16中任一项中描述(也在上面讨论)的方法。

根据本公开的第四方面，上述目的还可由一种计算机程序产品来实现。所述计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码用于在由处理器装置执行时执行在权利要求1至16中任一项中描述(也在上面讨论)的方法。

根据本公开的第五方面，上述目的还可由一种船来实现，所述船包括上述计算机系统，所述计算机系统包括处理器装置，所述处理器装置被配置为在由所述处理器装置执行时执行在权利要求1至16中任一项中描述(如在上面讨论)的方法。

根据本公开的第六方面，上述目的还可由一种非暂时性计算机可读存储介质来实现，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令在由处理器装置执行时致使所述处理器装置执行根据权利要求1至16中任一项所述(也在上面讨论)的方法。

因此，船的不同实施方案可包括在相应的方法权利要求1至16中提到的相应硬件部件。

上述方面、所附权利要求和/或本文在上文和下文中公开的示例可适当地彼此组合，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。

附加特征和优点在以下描述、权利要求和附图中公开，并且部分地对于本领域技术人员而言将是显而易见的或者通过如本文描述实践本公开而认识到。本文还公开了与上文讨论的技术益处相关联的控制单元、计算机可读介质和计算机程序产品。

附图说明

所有附图均为示意图。为了清楚起见，在所有附图中对于相同的元件没有重复相同的附图标记。

在图4a、图4b、图5a、图5b和图6至图19中，圆形箭头符号DR表示从上方看的船体的顺时针旋转或逆时针旋转，并且该符号的位置与所指示的旋转移动的旋转中心无关。

同样，箭头符号DT指示船体的平移方向。

所示实施方案仅是说明性的，并且在其他实施方案中，通过适当地调整一次爆发和二次爆发的功率和方向，在旋转或没有旋转船体的情况下，在任何方向上的纵向和横向平移的组合也是可能的。

图1示出了根据第一实施方案的船的后剖面部分的透视图。

图2示出了也在图1中示出的船的后视图。

图3示出了也在图2中示出的船的后视图，其中与图2所示的驱动单元的下部单元的一部分的位置相比，下部单元的该部分围绕转向轴线旋转。

图4a、图4b、图5a、图5b和图6至图19示出了从上方看的图1至图3中也示出的船的示意图，每个视图示出了由相应的箭头符号DT和圆形箭头符号DR指示的不同类型的操纵，并且其中一次爆发和二次爆发的方向由到/自螺旋桨的位置并沿着螺旋桨轴的方向的箭头指示。

图4a示出了与船在右舷方向上的侧向平移相结合的船的逆时针旋转。这里，螺旋桨旋转方向在一次爆发和二次爆发之间被反转。

图5a示出了与船在左舷方向上的侧向平移相结合的船的顺时针旋转。这里，螺旋桨旋转方向在一次爆发和二次爆发之间被反转。

图4b示出了与船在右舷方向上的侧向平移相结合的船的逆时针旋转。这里，螺旋桨旋转方向在一次爆发和二次爆发之间未被反转。

图5b示出了与船在左舷方向上的侧向平移相结合的船的顺时针旋转。这里，螺旋桨旋转方向在一次爆发和二次爆发之间未被反转。

图6示出了船的向后平移。

图7示出了船的向前平移。

图8示出了在船未平移的情况下船的逆时针旋转。

图9示出了在船未平移的情况下船的顺时针旋转。

图10示出了与船的向前平移相结合但船未侧向平移的情况下船的逆时针旋转。

图11示出了与船的向前平移相结合但船未侧向平移的情况下船的顺时针旋转。

图12示出了与船的向后平移相结合但船未侧向平移的情况下船的逆时针旋转。

图13示出了与船的向后平移相结合但船未侧向平移的情况下船的顺时针旋转。

图14示出了在船未旋转并且船未在船的纵向方向上平移的情况下沿右舷方向的侧向平移。

图14a示出了施加在图14中的船上的每个爆发的净力，以及以虚线示出的每个净力的对应横向分量和纵向分量。

图15示出了在船未旋转并且船未在船的纵向方向上平移的情况下沿右舷方向的侧向平移。

在图14和图15中，相应的一次爆发和二次爆发的推力方向与船的重心对齐，使得船在不施加导致船旋转(围绕竖直轴线)的动量的情况下平移。

图16至图19示出了推力方向与船的重心不对齐的示例。

如图16和图18所示，稍微改变爆发的方向即可控制船的旋转，即使是从下部驱动单元的相同位置提供爆发。

在图18中，与图17所示的情况相比，螺旋桨的旋转方向被反转，从而将船的旋转方向和平移方向反转。

图中所示的平移(移动)是净平移。因此，应当理解，各个爆发之后可能跟随小的平移，随后被某个其他方向上的后续爆发完全或部分地抵消。

图20示出了根据第二实施方案的船，所述船包括不同设计的驱动单元，该驱动单元经由可旋转的中心体附接在船的船体下方，使得驱动单元的转向轴线可通过中心体围绕第一旋转轴线的旋转而相对于船体纵向轴线横向移动。这使得推力仅具有水平分量，与推力的方向无关。

图21示出了也在图20中示出的船的后视图。

图22示出了用于操纵船的方法的示意图。

图23是用于实现本文公开的示例的计算机系统的示意图。

具体实施方式

以下阐明的各方面表示使得本领域技术人员能够实践本公开的必要信息。下面将参考附图详细描述本公开的实施方案。

如上所述，本发明的目的是使得能够改进设置有单个驱动单元2的船的操纵性。

根据驱动单元2的设计，与驱动单元2可在哪些方向上以及从哪些位置提供推力相关的自由度会变化。在基本实施方案中，可使用可围绕转向轴线旋转的标准后安装驱动单元2。当该方法应用于此类驱动单元2时，该方法在船1可能进行的移动方面受到限制，类似于图4a、图4b、图5a、图5b、图6和图7所示。然而，与驱动单元2的手动控制相比，该方法仍然被证明是非常有用的。例如，该方法使得控制船1的人能够在入坞期间专注于船1如何移动以及船1的周围环境，而不是专注于如何操作驱动单元2来控制船1的移动。该方法还可用作不需要手动输入的自主控制系统的一部分，而不是依赖于手动用户输入来提供净动量方向数据DM。

在其他实施方案中，驱动单元2可被设计为使得除了调整螺旋桨轴6的方向之外，还可调整螺旋桨轴6的横向位置。这实现了船1的平移和旋转的附加可能的组合，诸如纯旋转(即，船1没有任何实质的净平移)。例如参见图8至图19。

例如，驱动单元2可如图1至图3所示那样配置，使得其能够围绕平行于船体纵向轴线L的轴线摆动，从而使螺旋桨轴6横向平移。在该实施方案中，螺旋桨轴6仍可围绕转向轴线旋转，以调整右舷/左舷推力方向，如图3所示。

驱动单元2的另一个可行的实施方案在图20和图21中示出。这里，驱动单元2包括中心体7，该中心体可旋转地附接到安装件4以围绕第一旋转轴线8旋转，该第一旋转轴线基本上竖直延伸或与竖直轴线成角度延伸，该角度在1度至20度的范围内，诸如在1度至10度内。下部单元5相对于第一旋转轴线8径向偏移地附接到中心体7，使得转向轴线S可通过中心体7围绕第一旋转轴线8的旋转而相对于船体纵向轴线L驱动单元2可完全或部分地缩回到船1的船体3中。

一般而言，本公开涉及控制驱动单元的方法并且不应被解释为限于本文阐述的驱动单元2的特定实施方案。

因此，用于操纵船1的计算机实现的方法M用于设置有单个驱动单元2的船1，所述船1包括船体3，该船体具有沿着船体纵向轴线L的纵向范围和沿着船体横向轴线T的横向范围。驱动单元2包括沿着所述船体纵向轴线L将驱动单元2附接到船体3的安装件4。驱动单元2还包括下部单元5，该下部单元包括用于承载用于产生推力的螺旋桨的螺旋桨轴6。

下部单元5被配置为使得下部单元5或下部单元5的承载螺旋转轴6的至少一部分可围绕转向轴线S旋转，使得推力的水平分量12、13的方向通过下部单元5围绕转向轴线S的旋转而在水平平面中可变。

在其他实施方案中，驱动单元2可设置有多于一个螺旋桨，例如两个螺旋桨，其中每个螺旋桨的螺旋桨轴6由一个螺旋桨轴6代替，该螺旋桨轴通常同轴并且被配置为沿相反的旋转方向旋转以提供双推进功能。

方法M包括由计算机系统11的处理器装置19获得指示船体3的目标水平旋转移动的净动量方向数据DM。

所述方法还包括由处理器装置19触发驱动单元2的一系列推力爆发，所述一系列推力爆发包括多个一次爆发B1以及与一次爆发B1定向不同的多个二次爆发B2。一次爆发B1和二次爆发B2被定向为使得它们提供平行于船体纵向轴线的相应纵向推力分量13。一次爆发被定向为使得一次爆发B1的纵向推力分量13作用在相对于二次爆发B2的纵向推力分量13的方向的相反方向上。此外，一次爆发B1和二次爆发B2被进一步定向为使得它们在船体3上共同提供与所述净动量方向数据DM相关联的净动量。

该一系列推力爆发作用在不同的方向上并且在船体3上沿水平平面共同地促成至少净动量，该净动量可以是零净动量或者在基于动量方向数据选择的任何动量方向上的正净动量。

一次爆发共同提供净纵向力分量13，该净纵向力分量至少部分地抵消由二次爆发提供的净纵向力分量13。

通过调整每个爆发的功率(强度和时间)，由该一系列爆发沿着船体纵向轴线施加的净纵向力是可控的，例如控制为零/中性，或用于向前或向后推进船1。

由于一次爆发和二次爆发也被定向为使得它们在船体3上共同提供与所述净动量方向数据相关联的净动量，因此可仅使用单个驱动单元2来实现对旋转移动和纵向移动的控制，其中减少了船1的操作者所需的手动注意，并且在船1周围需要更少的空间来实现旋转操纵。

净动量方向数据和所提供的净动量之间的关联可以例如是该数据定义旋转方向，诸如顺时针或逆时针，并且所施加的净动量使得其实现了船1的如由该数据定义的相同顺时针或逆时针旋转。

该方法可使用任何合适的控制策略来控制移动的净纵向方向，例如动态用户可控制的净方向，或静态定义的净移动，诸如向前、向后或中性/静止。

此外，该方法可使用任何合适的控制策略来控制净纵向力/移动速度，例如动态用户可控制的净纵向力，或静态定义的净纵向力。此外，可使用一个或多个传感器来提供关于船1的实际位置或加速度的信息，其中该方法可包括调整推力的强度和方向以实现船1的位置的目标平移速率，这将考虑到作用在船1上的外部因素，诸如风和水流。船1的平移速率可以是动态用户可控制的，也可以是静态速率。

净动量方向数据可例如由被编程为执行特定操纵和/或遵循特定路径的自动导航系统提供，或者净动量方向数据可通过船1的操作者的手动控制来提供。例如，操作者可操作操纵杆来控制至少净动量方向数据的输出。在手动控制的情况下，这意味着操作者仅需要确保净动量方向数据可用，因此可将控制工作集中于监测船舶的实际旋转移动并调整手动输入以根据需要至少控制动量方向数据，例如通过连续调整操纵杆(或其他合适的控制装置)，直到船1到达和/或保持预期的旋转位置。

该方法可使用任何合适的控制策略来确定净动量强度，例如使用动态用户可控制的动量强度或静态定义的动量强度。此外，可使用一个或多个传感器来提供关于船1的实际位置或加速度的信息，其中该方法可包括使动量强度适应于船1的旋转位置的目标变化率，这将考虑到作用在船1上的外部因素，诸如风和水流。该速率可以是动态用户可控制的，也可以是静态速率。

此外，该方法可使用任何合适的控制策略来控制净纵向力/移动速度，例如动态用户可控制的净纵向力，或静态定义的净纵向力。

此外，应当理解，螺旋桨轴6的速度在连续爆发之间降低；然而，螺旋桨轴6的速度不必在连续爆发之间降低至螺旋桨轴6静止。

此外，所有一次爆发不一定具有相同的方向，也不一定具有相同的功率。类似地，所有二次爆发不一定具有相同的方向，也不一定具有相同的功率。

方法M还可包括由处理器装置19获得指示船体3的目标水平平移移动的净力方向数据DF。一次爆发B1和二次爆发B2的方向进一步使得一次爆发B1和二次爆发B2在船体3上共同提供与船体3的目标水平平移移动相关联的净力。

目标水平平移运动可在任何水平方向上定向，并且因此用于得出垂直于船体纵向轴线定向的净纵向推力分量13和净横向推力分量12。通过调整一次爆发和二次爆发的方向和净功率，船体3将受到与净力方向数据相关联的净横向力方向上的净横向力分量12以及上面讨论的净纵向力的影响。

净力方向数据和所提供的净力之间的关联可以例如是该数据定义了船1(在水平平面中)的平移方向，例如侧向平移和/或纵向平移，并且所施加的净力使得其实现船1在与该数据所定义的相同方向上的平移。

所触发的一系列爆发可在一次爆发B1中的相应爆发或相应子集与二次爆发B2中的相应爆发或相应子集之间交替。

首先，应当理解，并非所有一次爆发都必须具有相同的方向和相同的功率，但它们可具有相同的方向和相同的功率。此外，并非所有二次爆发都必须具有相同的方向和相同的功率，但它们可具有相同的方向和相同的功率。

其次，如果先提供所有一次爆发，并且在所有一次爆发之后提供所有二次爆发，则在施加二次爆发之前，船1将在一个方向上被给予相对较大的平移移动。通过以交替方式提供一次爆发和二次爆发，如上所述，使得可进行船体3的相对较小平移移动，因为所施加的力的纵向分量13至少部分地彼此抵消。这使得船1能够在船1没有或仅有很小的水平平移移动的情况下旋转。这提高了船1的移动的准确性(包括预期的任何旋转和任何平移移动的准确性)。

如图4a、图4b、图5a、图5b以及图14至图19所示，所述一系列爆发中的每个爆发可被定向为使得其提供垂直于船体纵向轴线L的相应横向推力分量12，其中一次爆发B1的相应横向推力分量12被定向在与二次爆发B2的相应横向推力分量12相同的方向上，其中一次爆发B1和二次爆发B2在船体3上共同地促成与目标水平平移移动的横向分量12相关联的净横向力。

由于一次爆发和二次爆发都促成净横向力分量12，因此它们彼此协作并且不互相对抗，从而使得用于实现船体3的横向移动的推力功率的效率更高。

与用于一次爆发B1的螺旋桨的相应旋转方向相比，用于二次爆发B2的所述螺旋桨的相应旋转方向可被反转，如图4a、图5a以及图8至图19所示。

将螺旋桨的旋转方向反转使其推力方向反转。使螺旋桨推力方向反转使不能在水平平面中旋转360度的驱动单元2(例如，安装在横梁上的驱动单元2)也能够不受限制地操作。此外，螺旋桨的旋转方向的反转在施加一次爆发的驱动单元位置与施加二次爆发的驱动单元位置之间实现更短的行程。例如，图4a示出了与图4b所示的推力角度相同的推力角度，并且图5a示出了与图5b所示相同的推力角度。在图4a和图4b中，驱动单元2的转向角度在一次爆发和二次爆发之间比在图4b和图5b中所示的操作改变得小，在图4b和图5b中所示的操作中，驱动单元2必须旋转更长才能达到相同的推力方向。对于图4b的操作中的一次爆发和二次爆发，螺旋桨的旋转方向可以相同，而在图4a的操作中，螺旋桨的旋转方向必须改变以达到正确的推力方向。安装在横梁上的驱动装置2通常无法如图4b和图5b所示那样进行操作。

如上所述并且在图1至图3和图8至图21中示出，驱动单元2可被配置为使得下部单元5的在转向轴线S与螺旋桨轴6的中心轴线的交点处的枢转点PP可相对于船体纵向轴线L在船体纵向轴线L的右舷侧的右舷操作范围RS与船体纵向轴线L的左舷侧的左舷操作范围RP之间横向移动(参见图8)。在下部单元5定位为使得枢转点PP在右舷操作范围RS内的情况下提供一次爆发B1，并且其中在下部单元5定位为使得枢转点PP在左舷操作范围RP内的情况下提供二次爆发B2。

枢转点的横向移动使得螺旋桨沿着其施加推力的纵向轴线能够横向移动，并且因此使得能够将净动量(用于船体3在水平平面中的旋转)施加到船体3，同时使得能够控制净力方向和净力强度。这进一步使得能够在船体3几乎没有净横向平移或净纵向平移的情况下就地旋转，如图8至图13所示。由于净动量和净力都是可控制的，因此也可几乎不提供净动量，同时仍能够仅横向移动船体3，如图14至图17所示。从任何枢转点位置，都可以通过改变转向角度来改变所施加动量的强度和方向；例如，达到一次爆发的动量抵消二次爆发的动量的状态，或者达到一系列爆发指向船1的质心27的状态，使得爆发不会围绕质心27产生动量，并且因此产生零/中性净动量。

下部单元5可以可旋转地附接到安装件4以使下部单元5围绕基本上平行于船体纵向轴线L的第二旋转轴线9旋转，其中螺旋桨轴6从第二旋转轴线9横向偏移，使得螺旋桨轴6可通过下部单元5围绕第二旋转轴线9的旋转而相对于船体纵向轴线L横向移动。

所述一系列爆发中的每个爆发可沿着直接延伸穿过竖直参考轴线的相应方向轴线定向，所述竖直参考轴线延伸穿过所述船1的质心27。当该一系列爆发朝向船1的质心27定向时，爆发不会围绕质心27产生动量，并且因此在船1上产生零/中性净动量。

方法M还可包括由处理器装置19获得净动量强度数据SM和净力强度数据SF。此外，方法M可包括由处理器装置19基于净动量强度数据SM并且基于净力强度数据SF来控制该一系列爆发中的相应爆发的方向和/或功率。

方法M还可包括提供可手动操作的输入装置10，该输入装置被配置为实现至少净力方向和/或净动量方向的用户输入，所述方法M还包括由处理器装置19基于来自所述输入装置10的所述用户输入来提供所述净力方向数据DF和/或所述净动量方向数据DM。

输入装置10还可被配置为实现至少净力强度和净动量强度的用户输入，其中方法M还包括由处理器装置19基于来自输入装置10的所述用户输入来提供所述净力强度数据和/或所述净动量强度数据。

用户输入装置10可包括操纵杆。所述操纵杆可以是具有三个或更多个控制轴的操纵杆。该操纵杆可包括操纵杆手柄并且可以是渐进输入操纵杆，所述操纵杆被配置为基于操纵杆手柄的倾斜方向和操纵杆手柄的倾斜量来实现所述净力方向和净力强度两者的输入，并且被配置为基于操纵杆手柄围绕操纵杆手柄的纵向轴线的旋转方向实现所述净动量方向的用户输入以及基于操纵杆手柄围绕操纵杆手柄的纵向轴线的旋转量实现净动量强度的用户输入。

根据一方面，可提供一种用于安装在船1上的计算机系统。计算机系统11包括处理器装置19，该处理器装置被配置为执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法M，即，上述方法。

根据一方面，提供了一种控制系统，该控制系统包括一个或多个控制单元，该一个或多个控制单元被配置为执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法M，即，上述方法。

根据一方面，提供了一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括程序代码，所述程序代码用于在由处理器装置19执行时执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法M。

根据一方面，提供了一种船1，所述船1还包括计算机系统11，该计算机系统包括处理器装置19，该处理器装置被配置为在由处理器装置19执行时执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法M。

根据一方面，提供了一种非暂时性计算机可读存储介质，该非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令在由处理器装置19执行时致使处理器装置19执行根据权利要求1至16中任一项所述的方法。

图23是用于实现本文公开的示例的计算机系统11的示意图。计算机系统11适于执行来自计算机可读介质的指令以执行本文描述的这些和/或任何功能或处理。计算机系统11可连接(例如，联网)到LAN、内联网、外联网或互联网中的其他机器。虽然仅示出了单个装置，但是计算机系统11可包括单独地或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行本文所讨论的方法中的任何一种或多种方法的任何装置集合。因此，本公开和/或权利要求中对计算机系统11、计算系统、计算机装置、计算装置、控制系统、控制单元、电子控制单元(ECU)、处理器装置等的任何引用包括对一个或多个此类装置的引用以单独地或联合地执行指令集(或多个指令集)以执行本文所讨论的方法中的任何一种或多种方法。例如，控制系统可包括单个控制单元或彼此连接或以其他方式通信地联接的多个控制单元，使得任何执行的功能都可根据需要分配在控制单元之间。此外，此类装置可通过各种系统架构(诸如直接或经由控制器局域网(CAN)总线等)彼此通信或与其他装置通信。

计算机系统11可包括能够包括固件、硬件和/或执行软件指令以实现本文描述的功能性的至少一个计算装置或电子装置。计算机系统11可包括处理器装置19(也可称为控制单元)、存储器25和系统总线18。计算机系统11可包括具有处理器装置19的至少一个计算装置。系统总线18为包括但不限于存储器25和处理器装置19的系统部件提供接口。处理器装置19可包括用于进行数据或信号处理或用于执行存储在存储器25中的计算机代码的任何数量的硬件部件。处理器装置19(例如，控制单元)可例如包括通用处理器、专用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、包含处理部件的电路、一组分布式处理部件、被配置用于进行处理的一组分布式计算机，或被设计成执行本文描述的功能的其他可编程逻辑装置、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或它们的任何组合。处理器装置19还可包括控制可编程装置的操作的计算机可执行代码。

系统总线18可以是若干类型的总线结构中的任何一种，所述总线结构可进一步使用多种总线架构中的任何一种互连到存储器总线(具有或不具有存储器控制器)、外围总线和/或本地总线。存储器25可以是用于存储数据和/或计算机代码以完成或促进本文描述的方法的一个或多个装置。存储器25可包括数据库部件、目标代码部件、脚本部件或用于支持本文中的各种活动的其他类型的信息结构。任何分布式或本地存储器装置都可与本说明书的系统和方法一起利用。存储器25可(例如，经由电路或任何其他有线、无线或网络连接)通信地连接到处理器装置19并且可包括用于执行本文描述的一个或多个过程的计算机代码。存储器25可包括非易失性存储器23(例如，只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)等)和易失性存储器21(例如，随机存取存储器(RAM))，或可用于以机器可执行指令或数据结构的形式承载或存储期望程序代码并且可由计算机或具有处理器装置19的其他机器访问的任何其他介质。基本输入/输出系统(BIOS)26可存储在非易失性存储器23中并且可包括有助于在计算机系统11内的元件之间传递信息的基本例程。

计算机系统11还可包括或联接到诸如存储装置14的非暂时性计算机可读存储介质，其可包括例如内部或外部硬盘驱动器(HDD)(例如，增强型集成驱动电子器件(EIDE)或串行高级技术附件(SATA))、用于存储的HDD(例如，EIDE或SATA)、快闪存储器等。存储装置14和与计算机可读介质和计算机可用介质相关联的其他驱动器可提供数据、数据结构、计算机可执行指令等的非易失性存储。

许多模块可被实现为软件和/或硬编码在电路中以全部或部分地实现本文描述的功能性。这些模块可存储在可包括操作系统20和/或一个或多个程序模块24的存储装置14和/或易失性存储器21中。本文公开的示例的全部或一部分可被实现为存储在诸如存储装置14的暂时性或非暂时性计算机可用或计算机可读存储介质(例如，单个介质或多个介质)上的计算机程序产品22，其包括使处理器装置19执行本文描述的步骤的复杂编程指令(例如，复杂计算机可读程序代码)。因此，计算机可读程序代码可包括用于在由处理器装置19执行时实现本文描述的示例的功能性的软件指令。处理器装置19可用作计算机系统11的控制器或控制系统，其用于实现本文描述的功能性。

计算机系统11还可包括输入装置接口15(例如，输入装置接口和/或输出装置接口)。输入装置接口15可被配置为在执行指令时诸如从键盘、鼠标、触敏表面、操纵杆等接收要传送到计算机系统11的输入和选择。此类输入装置可通过联接到系统总线18的输入装置接口15连接到处理器装置19，但可通过其他接口(诸如并行端口、电气和电子工程师协会(IEEE)1394串行端口、通用串行总线(USB)端口、IR接口等)连接。计算机系统11可包括输出装置接口17，该输出装置接口被配置为将输出转发到诸如显示器、视频显示单元(例如，液晶显示器(LCD)或阴极射线管(CRT))。计算机系统11还可包括适合于酌情或根据需要与网络通信的通信接口16。

描述了在本文的任一示例性方面中描述的操作步骤以提供示例和讨论。这些步骤可由硬件部件执行，可体现在机器可执行指令中以使处理器执行这些步骤，或者可由硬件和软件的组合来执行。尽管可示出或描述方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可不同。另外，可同时或部分同时执行两个或更多个步骤。

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附图标记表。

Claims (20)

1.一种用于操纵设置有单个驱动单元(2)的船(1)的计算机实现的方法(M)，所述船(1)包括船体(3)，所述船体具有沿着船体纵向轴线(L)的纵向范围以及沿着船体横向轴线(T)的横向范围，

所述驱动单元(2)包括：

安装件(4)，所述安装件沿着所述船体纵向轴线(L)将所述驱动单元(2)附接到所述船体(3)，

下部单元(5)，所述下部单元包括用于承载用于产生推力的螺旋桨的螺旋桨轴(6)，

其中所述下部单元(5)被配置为使得所述下部单元(5)或所述下部单元(5)的承载所述螺旋转轴(6)的至少一部分能够围绕转向轴线(S)旋转，使得所述推力的水平分量(12、13)的方向通过所述下部单元(5)围绕所述转向轴线(S)的旋转而在水平平面中可变，

其中所述方法(M)包括：

由计算机系统的处理器装置获得指示所述船体(3)的目标水平旋转移动的净动量方向数据(DM)，

由所述处理器装置触发所述驱动单元(2)的一系列推力爆发，所述一系列推力爆发包括多个一次爆发(B1)以及与所述一次爆发(B1)定向不同的多个二次爆发(B2)，

其中所述一次爆发(B1)和所述二次爆发(B2)被定向为使得它们提供平行于所述船体纵向轴线(L)的相应纵向推力分量(13)，

其中所述一次爆发被定向为使得所述一次爆发(B1)的所述纵向推力分量(13)作用在相对于所述二次爆发(B2)的所述纵向推力分量(13)的方向的相反方向上，并且

其中所述一次爆发(B1)和所述二次爆发(B2)被进一步定向为使得它们在所述船体(3)上共同提供与所述净动量方向数据(DM)相关联的净动量。

2.根据权利要求1所述的方法(M)，其中所述方法(M)还包括由所述处理器装置获得指示所述船体(3)的目标水平平移移动的净力方向数据(DF)，

其中所述一次爆发(B1)和所述二次爆发(B2)的所述方向进一步使得所述一次爆发(B1)和所述二次爆发(B2)在所述船体(3)上共同提供与所述船体(3)的所述目标水平平移移动相关联的净力。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法(M)，其中所述触发的一系列爆发在所述一次爆发(B1)中的相应爆发或相应子集与所述二次爆发(B2)中的相应爆发或相应子集之间交替。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法(M)，其中所述一系列爆发中的每个爆发被定向为使得其提供垂直于所述船体纵向轴线(L)的相应横向推力分量(12)，其中所述一次爆发(B1)的所述相应横向推力分量(12)被定向在与所述二次爆发(B2)的所述相应横向推力分量(12)相同的方向上，其中所述一次爆发(B1)和所述二次爆发(B2)在所述船体(3)上共同地促成与所述目标水平平移移动的横向分量(12)相关联的净横向力。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法(M)，

其中与用于所述一次爆发(B1)的所述螺旋桨的相应旋转方向相比，用于所述二次爆发(B2)的所述螺旋桨的相应旋转方向被反转。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法(M)，其中所述驱动单元(2)被配置为使得所述下部单元(5)的在所述转向轴线(S)与所述螺旋桨轴(6)的中心轴线的交点处的枢转点(PP)能够相对于所述船体纵向轴线(L)在所述船体纵向轴线(L)的右舷侧的右舷操作范围(RS)与所述船体纵向轴线(L)的左舷侧的左舷操作范围(RP)之间横向移动，

其中在所述下部单元(5)定位为使得所述枢转点(PP)在所述右舷操作范围(RS)内的情况下提供所述一次爆发(B1)，并且其中在所述下部单元(5)定位为使得所述枢转点(PP)在所述左舷操作范围(RP)内的情况下提供所述二次爆发(B2)。

7.根据权利要求6所述的方法(M)，其中所述驱动单元(2)还包括：

中心体(7)，所述中心体可旋转地附接到所述安装件(4)以围绕第一旋转轴线(8)旋转，所述第一旋转轴线基本上竖直延伸或与竖直轴线成角度延伸，所述角度在1度至20度的范围内，诸如在1度至10度内，

其中所述下部单元(5)相对于所述第一旋转轴线(8)径向偏移地附接到所述中心体(7)，使得所述转向轴线(S)能够通过所述中心体(7)围绕所述第一旋转轴线(8)的旋转而相对于所述船体纵向轴线(L)横向移动。

8.根据权利要求6所述的方法(M)，其中所述下部单元(5)可旋转地附接到所述安装件(4)以使所述下部单元(5)围绕基本上平行于所述船体纵向轴线(L)的第二旋转轴线(9)旋转，其中所述螺旋桨轴(6)从所述第二旋转轴线(9)横向偏移，使得所述螺旋桨轴(6)能够通过所述下部单元(5)围绕所述第二旋转轴线(9)的旋转而相对于所述船体纵向轴线(L)横向移动。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法(M)，其中所述一系列爆发中的每个爆发沿着直接延伸穿过竖直参考轴线的相应方向轴线定向，所述竖直参考轴线延伸穿过所述船(1)的质心(27)。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法(M)，其还包括由所述处理器装置获得净动量强度数据(SM)和净力强度数据(SF)，并且

所述方法还包括由所述处理器装置基于所述净动量强度数据(SM)并且基于所述净力强度数据(SF)来控制所述一系列爆发中的相应爆发的方向和/或功率。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法(M)，其还包括提供可手动操作的输入装置(10)，所述输入装置被配置为实现至少净力方向和/或净动量方向的用户输入，所述方法(M)还包括由所述处理器装置基于来自所述输入装置(10)的所述用户输入来提供所述净力方向数据(DF)和/或所述净动量方向数据(DM)。

12.根据权利要求11所述的方法(M)，其中所述输入装置(10)还被配置为实现至少净力强度和净动量强度的用户输入，所述方法(M)还包括由所述处理器装置基于来自所述输入装置(10)的所述用户输入来提供所述净力强度数据和所述净动量强度数据。

13.根据权利要求13所述的方法(M)，其中所述用户输入装置(10)包括操纵杆。

14.根据权利要求13所述的方法(M)，其中所述操纵杆是具有三个或更多个控制轴的操纵杆。

15.根据权利要求14所述的方法(M)，其中所述操纵杆包括操纵杆手柄并且是渐进输入操纵杆，所述操纵杆被配置为基于所述操纵杆手柄的倾斜方向和操纵杆手柄的倾斜量实现所述净力方向和净力强度两者的输入，并且被配置为基于所述操纵杆手柄围绕所述操纵杆手柄的纵向轴线的旋转方向实现所述净动量方向的用户输入以及基于所述操纵杆手柄围绕所述操纵杆手柄的所述纵向轴线的旋转量来实现净动量强度的用户输入。

16.一种计算机系统(11)，其包括处理器装置，所述处理器装置被配置为执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法(M)。

17.一种控制系统，其包括一个或多个控制单元，所述一个或多个控制单元被配置为执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。

18.一种计算机程序产品，其包括程序代码，所述程序代码用于在由处理器装置执行时执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法(M)。

19.一种船(1)，其还包括计算机系统(11)，所述计算机系统包括处理器装置，所述处理器装置被配置为在由所述处理器装置执行时执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法(M)。

20.一种非暂时性计算机可读存储介质，其包括指令，所述指令在由处理器装置执行时致使所述处理器装置执行根据权利要求1至15中任一项所述的方法。