JP2017088119A - 船舶の操船制御方法および船舶の操船制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】目標とする船速を設定してエンジン制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることが可能な船舶の操船制御方法を提供する。
【解決手段】この船舶の操船制御方法は、エンジンが設けられた船舶の操船制御方法であって、目標船速を設定し、船舶の実際の船速を検出し、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実際の船速が目標船速に近づくようにエンジンを制御する。
【選択図】図６

Description

この発明は、船舶の操船制御方法および船舶の操船制御システムに関する。

従来、船舶の操船制御システムが知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。

上記特許文献１には、エンジンと、エンジンの出力を操作するスロットル機構と、船舶の加速を制御するマイクロプロセッサとを備える船舶の操船制御システムが開示されている。この船舶の操船制御システムのマイクロプロセッサは、目標回転数、加速割合、オーバーシュート割合およびオーバーシュート期間を設定することにより、時間の関数としての加速プロフィールを作成し、作成した加速プロフィールに基づいてエンジンの回転速度を制御している。

上記特許文献２には、エンジンと、エンジンの出力を操作するスロットル装置と、船舶の加速を制御するマイクロプロセッサとを備える船舶の操船制御システムが開示されている。この船舶の操船制御システムのマイクロプロセッサは、実際の船舶の加速プロフィールを学習して記憶し、記憶した加速プロフィールに基づいてエンジンの回転速度を制御している。

米国特許第７２１４１１０号明細書 米国特許第７３６１０６７号明細書

上記特許文献１および２に記載の船舶の制御システムでは、加速プロフィールに基づいてエンジン（エンジンの回転速度）を制御することができる。しかしながら、目標とする船速を設定してフィードバック制御によりエンジンを制御する場合には、エンジン回転数などの変化に対して船舶の実際の船速の追従が遅いため、実際の船速を目標とする船速に近づけるのに時間を要する場合がある。この場合、応答性が良くないという不都合がある。また、応答性を向上させるために、制御ゲインを高く設定した場合には、オーバーシュートやハンチングが発生するため、収束性が良くないという不都合がある。これらのため、目標とする船速を設定してエンジンを制御する場合には、応答性と収束性とを両立することが困難であるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、目標とする船速を設定してエンジンを制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることが可能な船舶の操船制御方法および船舶の操船制御システムを提供することである。

この発明の第１の局面による船舶の操船制御方法は、エンジンが設けられた船舶の操船制御方法であって、目標船速を設定し、船舶の実際の船速を検出し、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実際の船速が目標船速に近づくようにエンジンを制御する。

この第１の局面による船舶の操船制御方法では、上記のように、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実際の船速が目標船速に近づくようにエンジンを制御する。これにより、目標船速と実際の船速との差にのみ基づいて目標エンジン回転数を設定するようにフィードバック制御を行う場合に比べて、エンジン回転数の立ち上がりを早くすることができるので、実際の船速を目標とする船速に近づけるのに要する時間を短縮させて、応答性を向上させることができる。そして、応答性を向上させるために制御ゲインを高く設定しなくてもよいので、実際の船速を目標船速に容易に略収束させて、収束性を向上させることができる。これらの結果、目標とする船速を設定してエンジンを制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることができる。

上記第１の局面による船舶の操船制御方法において、好ましくは、目標船速と基本エンジン回転数とを関連付けたマップから、目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得する。このように構成すれば、マップから基本エンジン回転数が取得されるので、基本エンジン回転数を取得するために複雑な演算を行う場合に比べて、基本エンジン回転数を取得するための処理負荷を軽減することができる。

この場合、好ましくは、マップは、更新可能である。このように構成すれば、マップを更新することによって、マップの精度を向上させることができる。その結果、応答性と収束性とをより両立しやすくすることができる。

上記マップが更新可能な構成において、好ましくは、実際のエンジン回転数を取得し、実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいて、マップを更新する。このように構成すれば、船舶の実際の船速と実際のエンジン回転数との関係を、マップにより学習させて更新することができる。その結果、船舶の実際の使用状況をマップに反映させることができるので、船舶の実際の使用状況においてマップの精度を向上させることができる。これにより、応答性と収束性とをより一層両立しやすくすることができる。船舶では、船舶毎の固有の特性や船舶の重量変化などに起因して船速とエンジン回転数との関係が変化するため、船舶の実際の船速と実際のエンジン回転数との関係をマップにより学習させて更新することができることは、特に有効である。

この場合、好ましくは、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実際の船速が目標船速に略収束した場合に、この場合における実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいて、マップを更新する。このように構成すれば、定常走行状態における実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいてマップを更新することができるので、マップの精度をより向上させることができる。

上記第１の局面による船舶の操船制御方法において、好ましくは、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を加減する補正を行うことにより、目標エンジン回転数を取得する。このように構成すれば、基本エンジン回転数を容易に補正することができるので、目標エンジン回転数を容易に取得することができる。

上記第１の局面による船舶の操船制御方法において、好ましくは、所定の条件が成立しない場合は、基本エンジン回転数の補正を制限する。このように構成すれば、所定の条件が成立しない場合に、基本エンジン回転数が過度に補正されることを抑制することができるので、応答性と収束性とが低下することを抑制することができる。

この場合、好ましくは、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正するための補正量を取得し、所定の条件が成立しない場合は、補正量を制限するとともに、制限後の補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正し、所定の条件が成立する場合は、補正量を制限することなく補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正する。このように構成すれば、所定の条件が成立しない場合に、基本エンジン回転数が過度に補正されることを抑制することができるとともに、所定の条件が成立する場合に、基本エンジン回転数を適切に補正することができる。

上記補正量を取得する構成において、好ましくは、補正量に上限値および下限値を設けることにより、補正量を制限する。このように構成すれば、補正量が上限値と下限値との間の値になるように補正量を制限することができるので、基本エンジン回転数が過度に補正されることを容易に抑制することができる。

上記所定の条件が成立しない場合に基本エンジン回転数の補正を制限する構成において、好ましくは、所定の条件は、実際の船速が所定の船速に到達するという条件、エンジンの実際のエンジン回転数が所定のエンジン回転数に到達するという条件、目標船速と実際の船速との差が所定の値に到達するという条件、エンジンの制御を開始してから所定の時間が経過するという条件のうちの少なくともいずれか１つの条件を含む。このように構成すれば、上記のような条件に基づいて、所定の条件が成立したか否かを容易に判断することができる。

上記第１の局面による船舶の操船制御方法において、好ましくは、エンジンのスロットルを制御することにより、エンジンを制御する。このように構成すれば、エンジンの出力を容易に制御することができる。

上記第１の局面による船舶の操船制御方法において、好ましくは、目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実際の船速が目標船速に近づくようにエンジンを制御する。このように構成すれば、ユーザが目標船速制御を開始させることを所望する場合に、応答性と収束性とを両立しやすい目標船速制御を行うことができる。

この場合、好ましくは、船舶を加速する加速モードの開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいてエンジンを制御する。このように構成すれば、加速モードにおいて、応答性と収束性とを両立しやすい目標船速制御を行うことができる。この結果、たとえば、加速モードにおいて水上スキーやウェークボードなどをトーイングする場合に、オーバーシュートやハンチングが発生することを抑制することができるので、トーイング用のロープの張りが緩むことを抑制することができる。

この発明の第２の局面による船舶の操船制御システムは、エンジンと、目標船速を設定する設定部と、船舶の実際の船速を検出する船速検出部と、目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を記憶する記憶部と、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を記憶部から取得するとともに、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいてエンジンを制御する制御部と、を備える。

この第２の局面による船舶の操船制御システムでは、上記のように、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいてエンジンを制御する制御部を設ける。これにより、上記第１の局面による船舶の操船制御方法の場合と同様に、目標とする船速を設定してエンジンを制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることができる。

上記第２の局面による船舶の操船制御システムにおいて、好ましくは、記憶部には、目標船速と基本エンジン回転数とを関連付けたマップが記憶されており、制御部は、目標船速と基本エンジン回転数とを関連付けたマップから、目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得するように構成されている。このように構成すれば、マップから基本エンジン回転数が取得されるので、基本エンジン回転数を取得するために演算を行う場合に比べて、基本エンジン回転数を取得するための処理負荷を軽減することができる。

この場合、好ましくは、制御部は、実際のエンジン回転数を取得し、実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいて、マップを更新するように構成されている。このように構成すれば、船舶の実際の船速と実際のエンジン回転数との関係を、マップにより学習させて更新することができる。その結果、船舶の実際の使用状況をマップに反映させることができるので、船舶の実際の使用状況においてマップの精度を向上させることができる。これにより、応答性と収束性とをより一層両立しやすくすることができる。船舶では、船舶毎の固有の特性や船舶の重量変化などに起因して船速とエンジン回転数との関係が変化するため、船舶の実際の船速と実際のエンジン回転数との関係をマップにより学習させて更新することができることは、特に有効である。

上記マップを更新する構成において、好ましくは、制御部は、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実際の船速が目標船速に略収束した場合に、この場合における実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいて、マップを更新するように構成されている。このように構成すれば、定常走行状態における実際の船速と実際のエンジン回転数とに基づいてマップを更新することができるので、マップの精度をより向上させることができる。

上記第２の局面による船舶の操船制御システムにおいて、好ましくは、制御部は、所定の条件が成立しない場合は、基本エンジン回転数の補正を制限するように構成されている。このように構成すれば、所定の条件が成立しない場合に、基本エンジン回転数が過度に補正されることを抑制することができるので、応答性と収束性とが低下することを抑制することができる。

上記第２の局面による船舶の操船制御システムにおいて、好ましくは、目標船速制御の開始の指示を受け付ける指示受付部をさらに備え、制御部は、指示受付部により目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実際の船速が目標船速に近づくようにエンジンを制御するように構成されている。このように構成すれば、ユーザが目標船速制御を開始させることを所望する場合に、応答性と収束性とを両立させながら船舶の船速を制御することができる。

この場合、好ましくは、制御部は、指示受付部により船舶を加速する加速モードの開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実際の船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいてエンジンを制御するように構成されている。このように構成すれば、加速モードにおいて、応答性と収束性とを両立しやすい目標船速制御を行うことができる。この結果、たとえば、加速モードにおいて水上スキーやウェークボードなどをトーイングする場合に、オーバーシュートやハンチングが発生することを抑制することができるので、トーイング用のロープの張りが緩むことを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、目標とする船速を設定してエンジン制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることが可能な船舶の操船制御方法および船舶の操船制御システムを提供することができる。

本発明の一実施形態による船舶の操船制御システムを備えた船舶を示した図である。 本発明の一実施形態による船舶の操船制御システムの概略を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による船舶の定常走行状態における船速とエンジン回転数との関係の一例を示した図である。 本発明の一実施形態による船舶の操船制御システムの目標船速制御の制御ロジックを説明するための図である。 本発明の一実施形態による船舶の操船制御システムの目標船速制御における目標船速と実船速と時間との関係の一例を示した図である。 本発明の一実施形態による船舶の操船制御システムの目標船速制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。

［一実施形態］
（船舶の構成）
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による船舶の操船制御システム１００を備えた船舶１の構成について説明する。なお、図中、ＦＷＤは、船舶１の前進方向を示しており、ＢＷＤは、船舶１の後進方向を示している。図中、Ｒは、船舶１の右舷（スターボード）方向を示しており、Ｌは、船舶１の左舷（ポートサイド）方向を示している。

船舶１は、図１および図２に示すように、船体２と、１機の船外機３と、ステアリングホイール４と、リモコン５と、タッチパネル端末６と、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）装置７と、制御装置８とを備えている。なお、タッチパネル端末６は、特許請求の範囲の「指示受付部」の一例である。ＧＰＳ装置７は、特許請求の範囲の「船速検出部」の一例である。制御装置８は、特許請求の範囲の「設定部」および「制御部」の一例である。

図１に示すように、船体２には、トーイングロープ取付部２１が設けられている。船体２のトーイングロープ取付部２１には、トーイングロープ２１ａの一方端が取り付けられている。トーイングロープ２１ａの他方端は、水上スキーヤー（水上スキーを行う人）やウェークボーダー（ウェークボードを行う人）などにより把持されている。つまり、船舶１は、水上スキーやウェークボードなどをトーイングすることが可能な船舶である。

図１および図２に示すように、船外機３は、船体２に推力を与える推進機である。船外機３は、船体２の後部に取り付けられている。船外機３は、船体２に推力を与えるための動力源としてのエンジン３１を含んでいる。船外機３は、エンジン３１の下方に延びるように配置されるドライブシャフト（図示せず）と、ドライブシャフトと直交（交差）する方向に延びる１本のプロペラシャフト（図示せず）と、プロペラシャフトの後端部に取り付けられ、プロペラシャフトと共に回転される１つのプロペラ（図示せず）とを含んでいる。船外機３では、エンジン３１により発生された駆動力が、ドライブシャフトとプロペラシャフトとを介して、プロペラに伝達される。これにより、プロペラが回転して、船外機３から船体２に推力が与えられる。

船外機３は、エンジン３１の回転数を検出するための回転数検出部３２と、エンジン３１のスロットルの開度を変更するためのスロットルアクチュエータ３３とを含んでいる。エンジン３１は、スロットルアクチュエータ３３により変更されるスロットルの開度に応じて、回転数が変化する。回転数検出部３２により検出されたエンジン３１の回転数（以下、「エンジン回転数」ともいう）は、制御装置８により取得される。

ステアリングホイール４は、船体２を操舵するために設けられている。ステアリングホイール４は、制御装置８を介して、転舵装置（図示せず）に接続されている。そして、ステアリングホイール４の操作に基づいて、転舵装置により船外機３が転舵されることによって、船体２が操舵される。

リモコン５は、船外機３のシフトおよび出力（スロットルの開度）を操作するために設けられている。リモコン５は、制御装置８を介して、船外機３に接続されている。そして、リモコン５の操作に基づいて、船外機３の出力およびシフト（前進、後進または中立）が制御される。

タッチパネル端末６は、船体２の移動を操作するためや、船舶１の運転状態のモードの選択および切り替えるためなどに用いられる。具体的には、タッチパネル端末６は、船外機３を制御して、船舶１の移動を操作することが可能である。タッチパネル端末６は、持ち運び可能であり、船舶１の任意の場所においてユーザが把持して船舶１を操船することが可能である。タッチパネル端末６は、たとえば、タブレット端末である。

タッチパネル端末６は、船舶１に関する情報を表示する。たとえば、タッチパネル端末６には、船舶１の船速、エンジン３１の回転数、燃料（ガソリン）の残量および消費量、燃費、エンジン３１の温度、バッテリの容量、運転状態のモードなどの情報が表示される。タッチパネル端末６は、ユーザの操作により、運転状態のモードの選択を受け付ける。運転状態のモードは、自動で船舶１を操縦させるためのオートクルーズモード、船舶１の着岸時および離岸時のための離着岸モード、低速で航行させるためのトローリングモード、水上スキーやウェークボードなどをトーイングするための加速モード（トーイングモード）を含む。タッチパネル端末６は、有線通信または無線通信により制御装置８に通信可能に接続されている。

ＧＰＳ装置７は、船舶１の位置および速度（船速）を検出するために設けられている。ＧＰＳ装置７により検出された船舶１の位置および船速は、制御装置８により取得される。

制御装置８は、船外機３、ステアリングホイール４、リモコン５、タッチパネル端末６、およびＧＰＳ装置７などからの情報に基づいて、船外機３などを制御する。

制御装置８には、記憶部８ａが設けられている。記憶部８ａには、船舶１の定常走行状態における船速とエンジン回転数とを関連付けたマップが記憶されている。

図３に、船舶１の定常走行状態における船速とエンジン回転数との関係の一例を示す。記憶部８ａには、たとえば、定常走行状態における船速Ｖ１〜Ｖ８と、船速Ｖ１〜Ｖ８のそれぞれの場合におけるエンジン回転数Ｒ１〜Ｒ８とをそれぞれ関連付けたマップが記憶されている。なお、図３で示す８組の関連付けた値は単なる例示であり、マップは、８組以外の関連付けた値を含んでいてもよい。

（船舶の操船制御システムの目標船速制御に関する構成）
船舶の操船制御システム１００は、図２に示すように、船外機３と、ステアリングホイール４と、リモコン５と、タッチパネル端末６と、ＧＰＳ装置７と、制御装置８と、記憶部８ａとを備えている。以下では、船舶の操船制御システム１００による、船舶１の目標船速制御について説明する。

ここで、本実施形態では、制御装置８は、タッチパネル端末６により目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、目標船速制御を開始する。具体的には、タッチパネル端末６により船舶１を加速する加速モード（トーイングモード）の開始の指示を受け付けた場合に、目標船速制御を開始する。

本実施形態では、制御装置８は、図４に示すように、目標とする船速（以下、「目標船速」という）を設定する。そして、制御装置８は、設定された目標船速に関連付けられたエンジン回転数（以下、「基本エンジン回転数」という）を記憶部８ａから取得する。

そして、制御装置８は、目標船速と船舶１の実際の船速（以下、「実船速」という）との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標とするエンジン回転数（以下、「目標エンジン回転数」という）として設定する。そして、制御装置８は、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実船速が目標船速に近づくように船外機３のエンジン３１を制御する。この際、制御装置８は、船外機３のスロットルアクチュエータ３３によりエンジン３１のスロットルを制御することによって、エンジン３１を制御する。このように、船舶１の操船制御システム１００による目標船速制御が行われる。

図４を参照して、目標船速制御の制御ロジックを説明する。

目標船速制御では、制御装置８は、図４に示すように、まず、目標船速を取得して設定する。なお、目標船速は、固定の値（たとえば、最終目標船速）であってもよいし、図５に示すように最終目標船速に到達するまでに変化する可変の値であってもよい。最終目標船速は、たとえば、タッチパネル端末６を用いてユーザが指定することが可能である。船舶１の操船制御システム１００は、実船速が最終目標船速に近づくように目標船速制御を行う。

制御装置８は、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を記憶部８ａのマップから取得する。たとえば、設定された目標船速が図３に示すＶ１である場合には、基本エンジン回転数として図３に示すＲ１が記憶部８ａから取得される。

制御装置８は、ＧＰＳ装置７により検出される船舶１の実船速を取得する。そして、制御装置８は、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を加減する補正を行うことにより、目標エンジン回転数を取得して設定する。

具体的には、制御装置８は、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正するための補正量を取得する。具体的には、制御装置８は、目標船速と実船速との差の絶対値が大きくなるのに応じて、補正量の絶対値が大きくなるように補正量を取得する。制御装置８は、目標船速と実船速との差が正の値である場合には、正の補正量を取得する。制御装置８は、目標船速と実船速との差が負の値である場合には、負の補正量を取得する。

制御装置８は、取得された補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を加減する補正を行い、目標エンジン回転数を取得して設定する。

制御装置８は、船外機３の回転数検出部３２により検出される実際のエンジン回転数（以下、「実エンジン回転数」という）を取得する。そして、制御装置８は、目標エンジン回転数と実エンジン回転数との差に応じて、目標エンジン回転数と実エンジン回転数との差を減じるように（実エンジン回転数が目標エンジン回転数に近づくように）スロットルアクチュエータ３３によるエンジン３１のスロットルの制御（スロットル制御）を行う。制御装置８は、エンジン３１のスロットルを制御して、エンジン３１の回転数を制御することによって、船舶１の目標船速制御を行う。

＜補正の制限に関する構成＞
制御装置８は、目標船速制御におけるエンジン３１の制御が開始されてから所定の条件が成立するまでは、基本エンジン回転数の補正を制限する。具体的には、制御装置８は、補正量に上限値および下限値を設けることにより、補正量を制限する。

制御装置８は、所定の条件が成立しない場合（目標船速制御におけるエンジン３１の制御が開始されてから所定の条件が成立するまで）は、補正量を制限するとともに、制限後の補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正する。すなわち、制御装置８は、所定の条件が成立しない場合であって、上限値よりも大きい補正量または下限値よりも小さい補正量が取得された場合には、上限値または下限値を基本エンジン回転数に付加する。

一方、制御装置８は、所定の条件が成立する場合（所定の条件が成立した後）は、補正量を制限することなく補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正する。すなわち、制御装置８は、所定の条件が成立する場合は、目標船速と実船速とに応じて取得された補正量をそのまま基本エンジン回転数に付加する。

所定の条件としては、たとえば、実船速が所定の船速に到達するという条件や、エンジン３１の実エンジン回転数が所定のエンジン回転数に到達するという条件、目標船速と実船速との差が所定の値に到達するという条件、エンジン３１の制御を開始してから所定の時間が経過するという条件などの条件を用いることが可能である。

＜マップの更新に関する構成＞
記憶部８ａに記憶されたマップは、更新可能である。マップは、たとえば、手動で更新することが可能である。マップは、たとえば、船舶１の操船制御システム１００により自動で更新することが可能である。

本実施形態では、制御装置８は、実船速と実エンジン回転数とに基づいて、マップを更新する。具体的には、制御装置８は、目標船速制御において、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実船速が目標船速に略収束した場合（つまり、定常走行状態とみなせるような場合）に、この場合における実船速と実エンジン回転数とに基づいて、マップを更新する。より具体的には、制御装置８は、この場合における実船速と実エンジン回転数とを関連付けた情報により、マップを更新する。これにより、船舶１の実船速と実エンジン回転数との関係が、学習されて、マップに反映される。

（目標船速制御の制御例）
図５に、船舶１の操船制御システム１００目標船速制御における目標船速と、実船速と、時間との関係の一例を示す。図５では、これらに加えて、第１比較例による実船速、第２比較例による実船速、第３比較例による実船速、および第４比較例による実船速も示す。

図５に示す例では、時点ｔ０において、目標船速制御が開始されている。図５に示す例では、目標船速は、時点ｔ０から所定の時点までは、時間に応じて徐々に大きくなるとともに、所定の時点以降は、固定の値（最終目標船速）になるように変更されて設定されている。

第１比較例および第２比較例は、共に、図５に示す目標船速に応じてエンジン回転数を制御するフィードフォワード制御のみにより目標船速制御を行う場合の実船速の一例を示している。すなわち、第１比較例および第２比較例は、図４における目標船速に応じてマップから基本エンジン回転数を取得してエンジン３１を制御する処理までが行われた状態を示している。フィードフォワード制御では、風や波、潮などの外的要因の影響を目標船速制御に反映させることができない。このため、エンジン回転数を所定の回転数に維持した場合でも、風や波、潮などの外的要因の影響によって、第１比較例のように最終目標船速よりも大きい状態で実船速が維持されてしまう場合や、第２比較例のように最終目標船速よりも小さい状態で実船速が維持されてしまう場合がある。したがって、エンジン回転数を制御するフィードフォワード制御のみにより目標船速制御を行う場合には、最終目標船速に収束しない場合がある。

第３比較例および第４比較例は、共に、図５に示す目標船速に応じてフィードバック制御のみにより目標船速制御を行う場合の実船速の一例を示している。第３比較例では、実船速が最終目標船速に徐々に収束していくものの、本実施形態の船舶１の操船制御システム１００による目標船速制御を行う場合に比べて、実船速が最終目標船速に収束するまでに時間を要する。また、第３比較例では、実船速が最終目標船速に収束するまでに、オーバーシュートが発生する。

第４比較例は、第３比較例の場合に比べて、制御ゲインを高く設定した場合の例である。第４比較例では、第３比較例に比べて実船速が最終目標船速に到達するまでの時間が短縮されている一方、第３比較例に比べてより大きなオーバーシュートが発生する。また、第４比較例では、ハンチングが発生しやすくなる。このように、フィードバック制御のみにより目標船速制御を行う場合には、応答性および収束性を両立させることが困難である。

一方、本実施形態の船舶１の操船制御システム１００による目標船速制御では、目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数（フィードフォワード成分）と、目標船速と実船速とに基づく補正量（フィードバック成分）とを組み合わせて船舶１の目標船速制御を行うことが可能である。この結果、オーバーシュートやハンチングが発生することを抑制しつつ、実船速を目標船速（最終目標船速）に迅速に略収束させることが可能である。これにより、フィードバック制御のみにより目標船速制御を行う場合、およびフィードフォワード制御のみにより目標船速制御を行う場合に比べて、応答性と収束性とを両立しやすくすることが可能である。

なお、図５に示す例では、時点ｔ１において、所定の条件が成立し、時点ｔ２において、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実船速が目標船速に略収束した状態となる。

この場合、時点ｔ０から時点ｔ１までの間は、所定の条件が成立していないため、基本エンジン回転数の補正が制限された状態で、目標エンジン回転数が取得され、目標エンジン回転数に基づくエンジン３１の制御が行われる。これにより、時点ｔ１までに基本エンジン回転数が過度に補正されるのを抑制することができるので、時点ｔ１以降において、オーバーシュートが発生してしまうのをより抑制することが可能である。そして、時点ｔ１以降は、所定の条件が成立しているため、基本エンジン回転数の補正が制限されることなく、目標エンジン回転数が取得され、目標エンジン回転数に基づくエンジン３１の制御が行われる。これにより、基本エンジン回転数が最終目標船速に対応するエンジン回転数に対してずれていた場合（第１比較例や第２比較例のような場合）にも、基本エンジン回転数を適切に補正して、実船速を最終目標船速に略収束させることが可能である。

また、時点ｔ２では、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実船速が目標船速に略収束したと制御装置８により判断される。そして、時点ｔ２における実船速と実エンジン回転数とに基づいて、記憶部８ａに記憶されたマップが更新される。

（目標船速制御処理）
次に、図６を参照して、本実施形態の船舶１の操船制御システム１００による目標船速制御処理をフローチャートに基づいて説明する。目標船速制御処理は、制御装置８により行われる。

ユーザにより目標船速制御の開始（加速モードの開始）が指示されると、図６に示すように、まず、ステップＳ１において、目標船速が取得されて設定される。

ステップＳ２において、記憶部８ａに記憶されたマップから、ステップＳ１において設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数が取得される。

ステップＳ３において、ＧＰＳ装置７により検出される実船速が取得される。

ステップＳ４において、目標船速と実船速との差に応じて、ステップＳ２において取得された基本エンジン回転数を補正するための補正量が取得される。

ステップＳ５において、所定の条件が成立しているか否かが判断される。すなわち、実船速が所定の船速に到達したか否かや、エンジン３１の実エンジン回転数が所定のエンジン回転数に到達したか否か、目標船速と実船速との差が所定の値に到達したか否か、エンジン３１の制御を開始してから所定の時間が経過したか否かなどが判断される。所定の条件が成立していると判断される場合には、ステップＳ６に進む。所定の条件が成立していないと判断される場合には、ステップＳ７に進む。

ステップＳ６では、ステップＳ４において取得された補正量を制限する。具体的には、ステップＳ６では、まず、ステップＳ４において上限値よりも大きい補正量または下限値よりも小さい補正量が取得されたか否かが判断される。ステップＳ４において上限値よりも大きい補正量が取得されたと判断される場合には、上限値または下限値を補正量とすることによって、補正量を制限する。ステップＳ４において下限値よりも小さい補正量が取得されたと判断される場合には、下限値を補正量とすることによって、補正量を制限する。ステップＳ４において上限値以下でかつ下限値以上の補正量が取得されたと判断される場合には、補正量を制限しないで、ステップＳ４において取得された補正量をそのまま用いる。なお、ステップＳ６を経由することなく、ステップＳ７に進む場合にも、補正量を制限しないで、ステップＳ４において取得された補正量をそのまま用いる。

ステップＳ７において、基本エンジン回転数を補正することによって目標エンジン回転数が取得されて設定される。具体的には、ステップＳ６において補正量が制限されている場合には、制限後の補正量を基本エンジン回転数に付加することによって、基本エンジン回転数を補正して、目標エンジン回転数が取得されて設定される。ステップＳ６において補正量が制限されていない場合には、ステップＳ４において取得された補正量をそのまま基本エンジン回転数に付加することによって、基本エンジン回転数を補正して、目標エンジン回転数が取得されて設定される。

ステップＳ８において、船外機３の回転数検出部３２により検出される実エンジン回転数が取得される。

ステップＳ９において、目標エンジン回転数と実エンジン回転数との差を減じるようにスロットル制御が行われる。すなわち、スロットルアクチュエータ３３により、目標エンジン回転数と実エンジン回転数との差を減じるように、スロットル開度が変化される。その後、ステップＳ１に戻る。

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実船速が目標船速に近づくようにエンジン３１を制御するように制御装置８を構成する。これにより、目標船速と実船速との差にのみ基づいて目標エンジン回転数を設定するようにフィードバック制御を行う場合（第３比較例の場合）に比べて、エンジン回転数の立ち上がりを早くすることができるので、実船速を目標とする船速に近づけるのに要する時間を短縮させて、応答性を向上させることができる。そして、応答性を向上させるために制御ゲインを高く設定しなくてもよいので、実船速を目標船速に容易に略収束させて、収束性を向上させることができる。これらの結果、目標とする船速を設定してエンジン３１を制御する場合にも、応答性と収束性とを両立しやすくすることができる。

本実施形態では、上記のように、目標船速と基本エンジン回転数とを関連付けた記憶部８ａのマップから、目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得するように制御装置８を構成する。これにより、マップから基本エンジン回転数が取得されるので、基本エンジン回転数を取得するために複雑な演算を行う場合に比べて、基本エンジン回転数を取得するための制御装置８の処理負荷を軽減することができる。

本実施形態では、上記のように、マップは、更新可能である。これにより、マップを更新することによって、マップの精度を向上させることができる。その結果、応答性と収束性とをより両立しやすくすることができる。

本実施形態では、上記のように、実エンジン回転数を取得し、実船速と実エンジン回転数とに基づいて、マップを更新するように制御装置８を構成する。これにより、船舶１の実船速と実エンジン回転数との関係を、マップにより学習させて更新することができる。その結果、船舶１の実際の使用状況をマップに反映させることができるので、船舶１の実際の使用状況においてマップの精度を向上させることができる。これにより、応答性と収束性とをより一層両立しやすくすることができる。船舶１では、船舶１毎の固有の特性や船舶１の重量変化などに起因して船速とエンジン回転数との関係が変化するため、船舶１の実船速と実エンジン回転数との関係をマップにより学習させて更新することができることは、特に有効である。

本実施形態では、上記のように、目標船速が一定時間変化せず、かつ、実船速が目標船速に略収束した場合に、この場合における実船速と実エンジン回転数とに基づいて、マップを更新するように制御装置８を構成する。これにより、定常走行状態における実船速と実エンジン回転数とに基づいてマップを更新することができるので、マップの精度をより向上させることができる。

本実施形態では、上記のように、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を加減する補正を行うことにより、目標エンジン回転数を取得するように制御装置８を構成する。これにより、基本エンジン回転数を容易に補正することができるので、目標エンジン回転数を容易に取得することができる。

本実施形態では、上記のように、所定の条件が成立しない場合は、基本エンジン回転数の補正を制限するように制御装置８を構成する。これにより、所定の条件が成立しない場合に、基本エンジン回転数が過度に補正されることを抑制することができるので、応答性と収束性とが低下することを抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正するための補正量を取得し、所定の条件が成立しない場合は、補正量を制限するとともに、制限後の補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正し、所定の条件が成立する場合は、補正量を制限することなく補正量を基本エンジン回転数に付加することにより、基本エンジン回転数を補正するように制御装置８を構成する。これにより、所定の条件が成立しない場合に、基本エンジン回転数が過度に補正されることを容易に抑制することができるとともに、所定の条件が成立する場合に、基本エンジン回転数を適切に補正することができる。

本実施形態では、上記のように、補正量に上限値および下限値を設けることにより、補正量を制限するように制御装置８を構成する。これにより、補正量が上限値と下限値との間の値になるように補正量を制限することができるので、基本エンジン回転数が過度に補正されることを容易に抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、所定の条件として、実船速が所定の船速に到達するという条件、エンジン３１の実エンジン回転数が所定のエンジン回転数に到達するという条件、目標船速と実船速との差が所定の値に到達するという条件、エンジン３１の制御を開始してから所定の時間が経過するという条件のうちの少なくともいずれか１つの条件を用いる。これにより、上記のような条件に基づいて、所定の条件が成立したか否かを容易に判断することができる。

本実施形態では、上記のように、エンジン３１のスロットルを制御することにより、エンジン３１を制御するように制御装置８を構成する。これにより、エンジン３１の出力を容易に制御することができる。

本実施形態では、上記のように、目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいて、実船速が目標船速に近づくようにエンジン３１を制御するように制御装置８を構成する。これにより、ユーザが目標船速制御を開始させることを所望する場合に、応答性と収束性とを両立しやすい目標船速制御を行うことができる。

本実施形態では、上記のように、船舶１を加速する加速モードの開始の指示を受け付けた場合に、設定された目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、目標船速と実船速との差に応じて、基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された目標エンジン回転数に基づいてエンジン３１を制御するように制御装置８を構成する。これにより、加速モードにおいて、応答性と収束性とを両立しやすい目標船速制御を行うことができる。この結果、たとえば、加速モードにおいて水上スキーやウェークボードなどをトーイングする場合に、オーバーシュートやハンチングが発生することを抑制することができるので、トーイング用のロープの張りが緩むことを抑制することができる。

（変形例）
今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、本発明の設定部と制御部とが一体的に制御装置に設けられている構成の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、設定部と制御部とが別体で設けられていてもよいし、設定部と制御部とが制御装置以外の装置に設けられていてもよい。

上記実施形態では、船舶の推進機として、エンジンが設けられた船外機を用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンジンが設けられた推進機であれば、船外機以外の推進機を用いてもよい。たとえば、船舶の推進機として、船内機やジェット推進機、船内外機などを用いてもよい。

上記実施形態では、船舶に１機の船外機（推進機）が設けられた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、船舶に２機以上の推進機が設けられていてもよい。

上記実施形態では、ＧＰＳ装置を用いて船舶の実船速を検出した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ＧＰＳ装置以外の装置を用いて船舶の実船速を検出してもよい。たとえば、ピトー管を用いて、静圧と動圧との差から船舶の実船速を検出してもよいし、水車装置を用いて、水車の回転数から船舶の実船速を検出してもよい。

上記実施形態では、タッチパネル端末を用いて目標船速制御の開始の指示を受け付けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、タッチパネル端末以外の装置を用いて目標船速制御の開始の指示を受け付けてもよい。たとえば、ジョイスティックなどの装置を用いて開始の指示を受け付けてもよい。

上記実施形態では、船速（目標船速）に関連付けした基本エンジン回転数を、マップを用いて取得した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、船速（目標船速）に関連付けした基本エンジン回転数を、関数（計算式）を用いて取得してもよい。

上記実施形態では、所定の条件が成立するまでは、補正量に上限値および下限値を設けることにより、補正量を制限した例を示したが、本発明は、これに限られない。本発明では、所定の条件が成立するまでは、補正を行わないことにより、補正量を制限してもよい。この場合、所定の条件が成立するまでは、基本エンジン回転数をそのまま目標エンジン回転数として用いればよい。

上記実施形態では、船舶を加速する加速モード（トーイングモード）の開始の指示を受け付けた場合に、目標船速制御を開始した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、加速モード以外のモードの開始を受け付けた場合に、目標船速制御を開始してもよい。たとえば、オートクルーズモードの開始を受け付けた場合に、目標船速制御を開始してもよい。

上記実施形態では、説明の便宜上、制御装置の処理動作を処理フローに沿って順番に処理を行うフロー駆動型のフローチャートを用いて説明したが、本発明はこれに限られない。本発明では、制御装置の処理動作を、イベント単位で処理を実行するイベント駆動型（イベントドリブン型）の処理により行ってもよい。この場合、完全なイベント駆動型で行ってもよいし、イベント駆動およびフロー駆動を組み合わせて行ってもよい。

１ 船舶
６ タッチパネル端末（指示受付部）
７ ＧＰＳ装置（船速検出部）
８ 制御装置（制御部、設定部）
８ａ 記憶部
３１ エンジン
１００ 船舶の操船制御システム

Claims (20)

1. エンジンが設けられた船舶の操船制御方法であって、
   目標船速を設定し、
   前記船舶の実際の船速を検出し、
   設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて、前記実際の船速が前記目標船速に近づくように前記エンジンを制御する、船舶の操船制御方法。
2. 前記目標船速と前記基本エンジン回転数とを関連付けたマップから、前記目標船速に関連付けられた前記基本エンジン回転数を取得する、請求項１に記載の船舶の操船制御方法。
3. 前記マップは、更新可能である、請求項２に記載の船舶の操船制御方法。
4. 実際のエンジン回転数を取得し、
   前記実際の船速と前記実際のエンジン回転数とに基づいて、前記マップを更新する、請求項３に記載の船舶の操船制御方法。
5. 前記目標船速が一定時間変化せず、かつ、前記実際の船速が前記目標船速に略収束した場合に、この場合における前記実際の船速と前記実際のエンジン回転数とに基づいて、前記マップを更新する、請求項４に記載の船舶の操船制御方法。
6. 前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を加減する補正を行うことにより、前記目標エンジン回転数を取得する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の船舶の操船制御方法。
7. 所定の条件が成立しない場合は、前記基本エンジン回転数の補正を制限する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の船舶の操船制御方法。
8. 前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正するための補正量を取得し、
   前記所定の条件が成立しない場合は、前記補正量を制限するとともに、制限後の前記補正量を前記基本エンジン回転数に付加することにより、前記基本エンジン回転数を補正し、
   前記所定の条件が成立する場合は、前記補正量を制限することなく前記補正量を前記基本エンジン回転数に付加することにより、前記基本エンジン回転数を補正する、請求項７に記載の船舶の操船制御方法。
9. 前記補正量に上限値および下限値を設けることにより、前記補正量を制限する、請求項８に記載の船舶の操船制御方法。
10. 前記所定の条件は、前記実際の船速が所定の船速に到達するという条件、前記エンジンの実際のエンジン回転数が所定のエンジン回転数に到達するという条件、前記目標船速と前記実際の船速との差が所定の値に到達するという条件、前記エンジンの制御を開始してから所定の時間が経過するという条件のうちの少なくともいずれか１つの条件を含む、請求項７〜９のいずれか１項に記載の船舶の操船制御方法。
11. 前記エンジンのスロットルを制御することにより、前記エンジンを制御する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の船舶の操船制御方法。
12. 目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて、前記実際の船速が前記目標船速に近づくように前記エンジンを制御する、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の船舶の操船制御方法。
13. 前記船舶を加速する加速モードの開始の指示を受け付けた場合に、設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて前記エンジンを制御する、請求項１２に記載の船舶の操船制御方法。
14. エンジンと、
    目標船速を設定する設定部と、
    前記船舶の実際の船速を検出する船速検出部と、
    前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を記憶する記憶部と、
    設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を前記記憶部から取得するとともに、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて前記エンジンを制御する制御部と、を備える、船舶の操船制御システム。
15. 前記記憶部には、前記目標船速と前記基本エンジン回転数とを関連付けたマップが記憶されており、
    前記制御部は、前記目標船速と前記基本エンジン回転数とを関連付けた前記マップから、前記目標船速に関連付けられた前記基本エンジン回転数を取得するように構成されている、請求項１４に記載の船舶の操船制御システム。
16. 前記制御部は、実際のエンジン回転数を取得し、前記実際の船速と前記実際のエンジン回転数とに基づいて、前記マップを更新するように構成されている、請求項１５に記載の船舶の操船制御システム。
17. 前記制御部は、前記目標船速が一定時間変化せず、かつ、前記実際の船速が前記目標船速に略収束した場合に、この場合における前記実際の船速と前記実際のエンジン回転数とに基づいて、前記マップを更新するように構成されている、請求項１６に記載の船舶の操船制御システム。
18. 前記制御部は、所定の条件が成立しない場合は、前記基本エンジン回転数の補正を制限するように構成されている、請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の船舶の操船制御システム。
19. 目標船速制御の開始の指示を受け付ける指示受付部をさらに備え、
    前記制御部は、前記指示受付部により前記目標船速制御の開始の指示を受け付けた場合に、設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて、前記実際の船速が前記目標船速に近づくように前記エンジンを制御するように構成されている、請求項１４〜１８のいずれか１項に記載の船舶の操船制御システム。
20. 前記制御部は、前記指示受付部により前記船舶を加速する加速モードの開始の指示を受け付けた場合に、設定された前記目標船速に関連付けられた基本エンジン回転数を取得し、前記目標船速と前記実際の船速との差に応じて、前記基本エンジン回転数を補正して目標エンジン回転数として設定し、設定された前記目標エンジン回転数に基づいて前記エンジンを制御するように構成されている、請求項１９に記載の船舶の操船制御システム。

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