JP2021098467A - 船舶の操舵制御装置および方法、船舶 - Google Patents

Abstract

【課題】チャインウォークを自動的に抑制する。【解決手段】ロール方向、ヨー方向および左右方向の少なくとも１つの方向の変位に関する船体の挙動、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のうち、少なくとも１つを、船体の挙動情報として取得する取得部と、当て舵を行う当て舵モードに移行するための実行条件が成立するかを判定する判定部と、実行条件が成立したと判定されると、当て舵モードに移行する制御部と、を有する船舶の操舵制御装置を提供する。制御部は、当て舵モードにおいては、取得された挙動情報に基づいて、船体１３の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する。【選択図】図５

Description

本発明は、船舶の操舵制御装置および方法、船舶に関する。

一部の船舶においては、船体が左右に揺れる、いわゆるチャインウォークを引き起こす場合がある。チャインウォークは、船体と水面との接触面積が少なくなって安定性が低下することで生じ、主に高速航行時に生じやすい。

チャインウォークを適切に抑えるには、揺れに合わせて当て舵操作をする必要があるが、当て舵操作は一般の操船者にとって容易でない。特許文献１は、船体角度が所定角度より大きくなると、船体に対する推進機の角度を変更する。

特開２０１４−１８０９５４号公報 特開２０１１−５８８８号公報 特開２０１０−１６２９６５号公報

特許文献１は、ピッチ角の拡大を抑制することができる。しかし、チャインウォークを抑制することができない。また、特許文献２、３には、目的地に向かうために当て舵を行うことが開示されている。しかし、特許文献２、３も、チャインウォークが生じた場合に当て舵の自動制御を行うものではないので、チャインウォークを抑制することができない。

本発明は、チャインウォークを自動的に抑制することを目的とする。

この発明の一態様による船舶の操舵制御装置は、船舶の操舵制御装置であって、ロール方向の変位に関する船体の挙動、ヨー方向の変位に関する前記船体の挙動、左右方向の変位に関する前記船体の挙動、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のうち、少なくとも１つを、前記船体の挙動情報として取得する取得部と、当て舵を行う当て舵モードに移行するための実行条件が成立するかを判定する判定部と、前記判定部により前記実行条件が成立したと判定されると、前記当て舵モードに移行する制御部と、を有し、前記制御部は、前記当て舵モードにおいては、前記取得部により取得された挙動情報に基づいて、前記船体の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する、船舶の操舵制御装置。

この構成によれば、ロール方向、ヨー方向および左右方向の少なくとも１つの方向の変位に関する船体の挙動、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のうち、少なくとも１つが、船体の挙動情報として取得され、当て舵を行う当て舵モードに移行するための実行条件が成立するかが判定され、前記実行条件が成立したと判定されると、前記当て舵モードに移行され、前記当て舵モードにおいては、取得された挙動情報に基づいて、前記船体の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御される。

本発明によれば、チャインウォークを自動的に抑制することができる。

操舵制御装置が適用される船舶の上面図である。 船外機の下部の側面図である。 船体に取り付けられたトリムタブの側面図である。 操船システムのブロック図である。 操舵処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係る操舵制御装置が適用される船舶の上面図である。この船舶１１は、船体１３と、船体１３に搭載される船舶推進機としての船外機１５と、複数（例えば一対）のトリムタブ２０とを備えている。船体１３の操船席付近には、中央ユニット１０、ステアリングホイール１８、スロットルレバー１２が備えられる。

以下の説明において、前後左右上下の各方向は、船体１３の前後左右上下の各方向を意味する。例えば、図１に示すように、船体１３の前後方向に延びる中心線Ｃ１は、船舶１１の重心Ｇを通過する。前後方向は、中心線Ｃ１に沿う方向である。前方は、図１の中心線Ｃ１に沿って上側に向かう方向である。後方は、図１の中心線Ｃ１に沿って下側に向かう方向である。左右方向については、船体１３を後方から見た場合を基準とする。鉛直方向は、前後方向及び左右方向に垂直な方向である。

船外機１５は、船体１３に取り付けられている。船外機１５は、取付ユニット１４を介して船体１３に取り付けられている。船外機１５は、内燃機関であるエンジン１６を有する。船外機１５は、エンジン１６の駆動力によって回転されるプロペラ２８（図２）によって、船体１３を移動させる推力を得る。

取付ユニット１４は、スイベルブラケット、クランプブラケット、ステアリング軸およびチルト軸を含む（いずれも図示せず）。取付ユニット１４は、さらに、パワートリム＆チルト機構（ＰＴＴ機構）２３を含む（図４）。ＰＴＴ機構２３は、船外機１５をチルト軸まわりに回動させる。これにより、船体１３に対する船外機１５の傾斜角（トリム角、チルト角）を変化させることができるので、トリム調整をしたり、船外機１５をチルトアップ／チルトダウンさせたりすることができる。また、船外機１５は、スイベルブラケットに対して回動中心Ｃ２まわり（ステアリング軸まわり）に回動可能である。船外機１５は、ステアリングホイール１８が操作されることによって、回動中心Ｃ２を中心に左右（Ｒ１方向）に回動する。これにより、船舶１１が操舵される。

一対のトリムタブ２０は、船尾の左舷と右舷とに装着されている。２つのトリムタブ２０を区別するときには、左舷に配置されたものを「トリムタブ２０Ａ」、右舷に配置されたものを「トリムタブ２０Ｂ」と呼称する。トリムタブ２０Ａ、２０Ｂはそれぞれ、タブ本体２１Ａ（左舷姿勢制御板）、タブ本体２１Ｂ（右舷姿勢制御板）を有する。

図２は、船外機１５の下部の側面図である。エンジン１６は不図示のギヤを介してプロペラ軸２９に回転駆動力を与え、これによりプロペラ２８が回転中心Ｃ４の回りに回転する。

図３は、船体１３に取り付けられたトリムタブ２０Ａの側面図である。トリムタブ２０Ａ、２０Ｂの構成は共通であるので、代表してトリムタブ２０Ａの構成を説明する。トリムタブ２０Ａは、トリムタブアクチュエータ２２Ａとタブ本体２１Ａとを有する。タブ本体２１Ａは、船体１３の後部に、揺動軸心Ｃ３まわりに揺動可能に取り付けられる。例えば、タブ本体２１Ａの基端部が船体１３の後部に取り付けられ、タブ本体２１Ａの自由端部が揺動軸心Ｃ３を中心に上下に（揺動方向Ｒ２に）揺動する。タブ本体２１Ａは、上下方向に変位することで船体１３の姿勢を制御する姿勢制御板の一例である。

トリムタブアクチュエータ２２Ａは、タブ本体２１Ａ及び船体１３の間において、タブ本体２１Ａと船体１３とを接続するように配置される。トリムタブアクチュエータ２２Ａは、タブ本体２１Ａを駆動して船体１３に対して揺動させる。なお、図３に２点鎖線で示すタブ本体２１Ａは、自由端部が最も上がった位置（下降量０％位置）を示しており、この位置は収納位置に該当する。また、図３に実線で示すタブ本体２１Ａは、タブ本体２１Ａの自由端部が船底（キール）より下がった位置にある。タブ本体２１Ａの揺動可能な範囲は、図３に示した範囲に限定されない。揺動方向Ｒ２は揺動軸心Ｃ３を基準として定義される。揺動軸心Ｃ３は、中心線Ｃ１に直交し、例えば左右方向に平行である。なお、揺動軸心Ｃ３は、回動中心Ｃ２に交差するように斜めに延びていてもよい。

図４は、操船システムのブロック図である。この操船システムは、本実施の形態の船舶の操舵制御装置を含む。船舶１１は、コントローラ３０、スロットル開度センサ３４、操舵角センサ３５、船体速度センサ３６、船体加速度センサ３７、姿勢センサ３８、受信部３９、表示部９、設定操作部１９を備える。船舶１１はまた、ステアリング荷重センサ４０、操作荷重センサ２７、エンジン回転数検出部１７、転舵用アクチュエータ２４、ＰＴＴ機構２３、トリムタブアクチュエータ２２（２２Ａ、２２Ｂ）を備える。船舶１１はまた、スロットルセンサ２５、開度調整部２６を備える。

コントローラ３０、スロットルセンサ２５、開度調整部２６、操舵角センサ３５、船体速度センサ３６、船体加速度センサ３７、姿勢センサ３８、受信部３９、表示部９、設定操作部１９、操作荷重センサ２７は、中央ユニット１０に含まれるか、または中央ユニット１０の付近に配置される。転舵用アクチュエータ２４、ＰＴＴ機構２３は、船外機１５に対応して設けられる。スロットル開度センサ３４、エンジン回転数検出部１７は、船外機１５に設けられる。ステアリング荷重センサ４０は、転舵用アクチュエータ２４に設けられる。トリムタブアクチュエータ２２Ａ、２２Ｂ（左舷駆動部、右舷駆動部）はそれぞれ、トリムタブ２０Ａ、２０Ｂに含まれる。

コントローラ３０は、ＣＰＵ３１、ＲＯＭ３２およびＲＡＭ３３および不図示のタイマを含む。ＲＯＭ３２は制御プログラムを格納している。ＣＰＵ３１は、ＲＯＭ３２に格納された制御プログラムをＲＡＭ３３に展開して実行することにより、各種の制御処理を実現する。ＲＡＭ３３は、ＣＰＵ３１が制御プログラムを実行する際のワークエリアを提供する。

センサ２５、２７、３４〜３８、４０およびエンジン回転数検出部１７による各検出結果は、コントローラ３０に供給される。スロットルレバー１２は、スロットル開度を手動で調整するスロットル操作子である。スロットルセンサ２５は、スロットルレバー１２の操作位置を検出する。スロットル開度センサ３４は、不図示のスロットルバルブの開度を検出する。開度調整部２６は、スロットルバルブの開度を調整する。通常制御においては、ＣＰＵ３１は、スロットルレバー１２の操作位置に基づいて開度調整部２６を制御する。なお、スロットルレバー１２の操作位置とスロットルバルブの実開度とは必ずしも対応しない。

操舵角センサ３５は、ステアリングホイール１８が回転された際の回転角を検出する。船体速度センサ３６、船体加速度センサ３７はそれぞれ、船舶１１（船体１３）の航行の速度（船速Ｖ）、加速度を検出する。ＣＰＵ３１は、船体速度センサ３６から船速Ｖを取得する。なお、ＣＰＵ３１は、ＧＰＳ信号から船体１３の変位速度を取得してもよい。

姿勢センサ３８は、例えば、ジャイロセンサおよび磁気方位センサ等を含む。姿勢センサ３８から出力された信号に基づいて、コントローラ３０は、ロール角、ピッチ角およびヨー角を算出する。なお、コントローラ３０は、ロール角およびピッチ角を、船体加速度センサ３７の出力信号に基づいて算出してもよい。受信部３９は、ＧＰＳなどのＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite Systems）の受信機を含み、ＧＰＳ信号や各種の信号を位置情報として受信する機能を有する。受信部３９が受信した信号はＣＰＵ３１に供給される。また、コントローラ３０は、船体加速度センサ３７の出力信号に基づいて、船体１３の左右方向の変位加速度を含む各方向の変位加速度を取得できる。なお、船体１３の変位加速度は、受信部３９で受信されるＧＰＳ信号から取得されてもよい。

ステアリング荷重センサ４０は、ステアリング部の一部である転舵用アクチュエータ２４にかかるステアリング荷重（負荷）を検出する。このステアリング荷重は、船外機１５が水から受けた力に起因する。操作荷重センサ２７は、ステアリングホイール１８に作用するハンドル操作荷重（負荷）を検出する。このハンドル操作荷重は、操船者が操作する際にステアリングホイール１８を介して感じる力に相当する。

エンジン回転数検出部１７は、エンジン１６の単位時間当たりの回転数（以下、エンジン回転数Ｎ）を検出する。表示部９は、各種情報を表示する。設定操作部１９は、操船に関する操作をするための操作子、ＰＴＴ操作スイッチのほか、各種設定を行うための設定操作子、各種指示を入力するための入力操作子を含む（いずれも図示せず）。

転舵用アクチュエータ２４は、回動中心Ｃ２まわりに、船外機１５を船体１３に対して回動させる。回動中心Ｃ２を中心とする船外機１５の回動によって、回動中心Ｃ２まわりにおけるプロペラ軸２９の回転中心Ｃ４の向きが変化する。従って、船体１３の中心線Ｃ１に対して推進力が作用する方向を変化させることができる。ＰＴＴ機構２３は、船外機１５をチルト軸まわりに回動させてクランプブラケットに対して傾ける。ＰＴＴ機構２３は、例えば、ＰＴＴ操作スイッチが操作されることによって作動する。これにより、船体１３に対する船外機１５の傾斜角を変化させることができる。

トリムタブアクチュエータ２２Ａ、２２Ｂは、コントローラ３０によって制御される。例えば、コントローラ３０は、各トリムタブアクチュエータ２２に制御信号を出力することで、各トリムタブアクチュエータ２２は作動する。駆動部としての各トリムタブアクチュエータ２２の作動によって、対応するタブ本体が揺動する。なお、ＰＴＴ機構２３やトリムタブアクチュエータ２２に採用されるアクチュエータは、油圧式であっても電動式であってもよい。

なお、コントローラ３０は、エンジン回転数検出部１７による検出結果を、不図示のリモコンＥＣＵを介して取得してもよい。なお、コントローラ３０は、船外機１５に設けられる船外機ＥＣＵ（図示せず）を介して、エンジン１６を制御してもよい。

姿勢センサ３８から出力された信号は、旋回状態の検出にも用いられる。姿勢センサ３８から出力された信号は、ヨー軸まわりのヨーレート（ヨー回転角速度）を含む。ＣＰＵ３１は、姿勢センサ３８から出力されたヨーレートに基づいて、船体１３の進行方向が直進方向であるか否かを判定する。ＣＰＵ３１は、ヨーレートが所定値以下である場合、船体１３の進行方向が直進方向であると判定し、ヨーレートが所定値を超える場合は、船体１３の進行方向が旋回方向であると判定する。なお、ＣＰＵ３１は、姿勢センサ３８の磁気方位センサから取得されたヨー角度の時系列データに基づいて船体１３の進行方向が変化したか否かを判定してもよい。

船体１３の停止状態から、船外機１５のエンジン１６のスロットル開度を大きくしていき、船体１３の速度（船速Ｖ）が高速になると、やがて船体１３はハンプ状態からプレーニング状態（滑走状態）へ移行する。船速Ｖがさらに高速になると、チャインウォークが発生する場合がある。チャインウォークが発生する船速（以下、所定速度Ｖ１と記す）は、船によって異なるが既知である。所定速度Ｖ１は、チャインウォークが発生すると想定される船速の下限に基づいて予め決定されている（例えば、５０マイル／ｈ）。所定速度Ｖ１は、船体１３が非滑走状態から滑走状態に切り替わる速度（プレーニングが開始される速度）よりも速い速度である。所定速度Ｖ１を示す情報は、ＲＯＭ３２に格納されている。

本実施の形態では、ＣＰＵ３１は、チャインウォークの発生を推定し、チャインウォークが発生した場合は当て舵モードに移行し、当て舵を行うことで、チャインウォークを自動的に抑制する。当て舵モードの詳細については図５で説明する。

図５は、操舵処理のフローチャートである。この処理は、ＣＰＵ３１が、ＲＯＭ３２に格納された制御プログラムをＲＡＭ３３に展開して実行することにより実現される。この処理は、操船システムが起動されると開始される。図５に示す処理において、ＣＰＵ３１は、本発明における取得部、判定部、および制御部としての役割を果たす。

ステップＳ１０１では、ＣＰＵ３１は、その他の処理を実行する。ここでいう「その他の処理」においては、例えば、設定操作部１９での設定や操作に応じた各種処理が実行される。例えば、操船システムを終了する指示があれば、本フローチャートを終了する処理が実行される。ステップＳ１０２では、ＣＰＵ３１は、当て舵モードに移行するためのモード移行条件（実行条件）が成立したか否かを判別する。モード移行条件は、船体１３の進行方向が直進方向で且つ、船速Ｖが所定速度Ｖ１以上（直進中且つＶ１≦Ｖ）の場合に成立する。

ここで、船体１３の進行方向が直進方向かどうかは、上記したように、ヨーレートから判定される。なお、モード移行条件の成否は、船体１３の進行方向が直進方向かどうかを問わずに、船速Ｖと所定速度Ｖ１との関係だけから判定されてもよい。

ステップＳ１０２での判別の結果、モード移行条件が成立していない場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０９で、操舵モードを通常モードにして操舵制御する。ＣＰＵ３１は、直前の操舵モードが当て舵モードであった場合は、通常モードに切り替える。なお、ステップＳ１０２の判別時点で操舵モードが当て舵モードであり、操舵モードが当て舵モードであることを報知していた場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０９でその報知を解除する。なお、ステップＳ１０９における通常モードはマニュアルモードである。しかし、ユーザの指示に従って、自動操舵モードを設定できるようにしてもよい。自動操舵モードでは、ＣＰＵ３１は、例えば、現在地から目的地までの計画航路を作成し、計画航路に沿って目的地に向かうよう操舵制御する。ステップＳ１０９の後、ＣＰＵ３１は、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０２での判別の結果、モード移行条件が成立した場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０３で、当て舵モードで操舵制御する。従って、ＣＰＵ３１は、直前の操舵モードが通常モードであった場合は、当て舵モードに切り替える。また、ＣＰＵ３１は、操舵モードが当て舵モードに設定されている旨を報知する。この報知は、例えば、表示部９によるメッセージの表示、または音声によって実行される。

次に、ステップＳ１０４では、ＣＰＵ３１は、船体１３の挙動情報を取得する。この挙動情報は、ロール方向、ヨー方向および左右方向の少なくとも１つの方向の変位に関する情報であるが、本実施の形態では、これら全てに関する挙動情報が取得される。また、各方向に関する情報として、それぞれの方向に関する速度、加速度が取得される。さらに、ロール方向、ヨー方向については、それぞれの目標値との差（ヨー角度、ロール角度）も取得される。また、これらに加えて、上記したステアリング荷重およびハンドル操作荷重と、それぞれの単位時間当たりの変化量も挙動情報として取得される。これらのパラメータの利用の態様は、ステップＳ１０８で述べる。

ステップＳ１０５では、ＣＰＵ３１は、船体１３の挙動が過大となったか否かを判別する。ここで、船体１３のロール方向、ヨー方向および左右方向の各変位、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のそれぞれのパラメータに関し、比較対象として、第１の閾値と第２の閾値とが設けられている。第２の閾値は第１の閾値よりも大きい。第１の閾値は、当て舵を実施するかどうかを判定するための判定閾値である。各パラメータの少なくとも１つが、対応する第１の閾値を超えた場合に、当て舵が実施される（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８で後述する）。一方、第２の閾値は、強制減速を実施するかどうかを判定するための判定閾値である。各パラメータの少なくとも１つが、対応する第２の閾値を超えた場合に、船体１３の挙動が過大となった判定され、強制減速が実施される（ステップＳ１１０で後述する）。強制減速は、船体１３の速度を強制的に下げる動作である。船体１３の挙動が過大となった場合は、過大なチャインウォークが発生したと判断されるので、当て舵では対処できないからである。

ステップＳ１０５での判別の結果、船体１３の挙動が過大となった場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１１０で、強制減速を実施すると共に、船体１３の挙動が過大となったために強制減速を実施する旨を報知する。強制減速として、ＣＰＵ３１は、エンジン１６のスロットル開度を所定量だけ閉じる（下げる）（全閉でもよい）。あるいは、強制減速として、ＣＰＵ３１は、トリムタブアクチュエータ２２Ａ、２２Ｂを制御してタブ本体２１Ａ、タブ本体２１Ｂを共に所定量だけ下げる（最下位置まで下げてもよい）。なお、スロットル開度を閉じる動作とタブ本体２１Ａ、タブ本体２１Ｂを下げる動作とを併用してもよい。ステップＳ１１０の後、ＣＰＵ３１は、処理をステップＳ１０１に戻す。

ステップＳ１０５での判別の結果、船体１３の挙動が過大となっていない場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０６で、当て舵の実施が必要か否かを判別する。上記したように、ＣＰＵ３１は、ロール方向の変位等の各パラメータの少なくとも１つが、対応する第１の閾値を超えた場合に、当て舵の実施が必要と判別する。ＣＰＵ３１は、当て舵の実施が必要でないと判別した場合は、処理をステップＳ１０１に戻す。これにより、小さい挙動の変化によっては当て舵が実施されず、過剰な制御が回避される。なお、当て舵の実施が必要と判定されることは、実質的にチャインウォークが発生したと判定されることと同義とみなしてもよい。なお、ステップＳ１０５、Ｓ１０６、Ｓ１１０を設けること（第１、第２の閾値を設けること）は必須でない。

ステップＳ１０６で、当て舵の実施が必要と判別した場合は、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０７で補正値を算出する。ステップＳ１０８では、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１０７で算出された補正値に基づいて当て舵を実施すると共に、当て舵を実施した場合にその旨を一定時間だけ報知する。なお、ステップＳ１０８での報知の継続時間は、当て舵を実施している時間であるとしてもよい。ステップＳ１０８の後、ＣＰＵ３１は、処理をステップＳ１０１に戻す。ステップＳ１０７、Ｓ１０８における補正値の算出および当て舵の例を以下に説明する。

ＣＰＵ３１は、当て舵の実施が必要と判別した場合、挙動情報に基づいて、船体１３の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する。具体例を挙げると、当て舵には、プロペラ軸２９の向きを変える動作が含まれる。このほか、当て舵には、タブ本体２１Ａ、２１Ｂの少なくとも一方の角度を変更する動作が含まれる。なお、当て舵として、プロペラ軸２９の向きの変更とタブ本体２１Ａ、２１Ｂの角度変更のいずれかまたは双方を実施してもよい。まず、当て舵制御として、プロペラ軸２９の向きの変更制御を説明する。

ＣＰＵ３１は、下記のように総合当て舵加速度ＢＢおよび総合当て舵目標量ＡＡを算出する。ＣＰＵ３１は、総合当て舵加速度ＢＢで示される加速度で、総合当て舵目標量ＡＡで示される目標量だけ、回転中心Ｃ４の回りにプロペラ軸２９の向きを、船体１３の挙動を抑制する方向へ変化させる。下記の各式において、Ａｙ、Ａｒ、Ａｓ、Ａｕはそれぞれ、ヨー、ロール、左右方向に関し、各方向の変位とは逆方向に船体１３の姿勢を制御するための目標量に関する補正値である。Ｂｙ、Ｂｒ、Ｂｓ、Ｂｕもそれぞれ、ヨー、ロール、左右方向に関し、各方向の変位とは逆方向に船体１３の姿勢を制御するための加速度に関する補正値である。ｙ１〜ｙ６、ｒ１〜ｒ６、ｓ１〜ｓ４、ｕ１〜ｕ８、ｋｙ１、ｋｒ１、ｋｓ１、ｋｕ１、ｋｙ２、ｋｒ２、ｋｓ２、ｋｕ２は係数である。

ヨーに由来する補正値として、ＣＰＵ３１は、当て舵目標量Ａｙ、当て舵加速度Ｂｙを式１、２で算出する。なお、ヨー角度は目標ヨー角と実ヨー角との差である。目標ヨー角は実ヨー角の振幅の中心である。
当て舵目標量Ａｙ＝ヨー角度×ｙ１＋ヨーレート×ｙ２＋ヨー加速度×ｙ３…（１）
当て舵加速度Ｂｙ＝ヨー角度×ｙ４＋ヨーレート×ｙ５＋ヨー加速度×ｙ６…（２）

ロールに由来する補正値として、ＣＰＵ３１は、当て舵目標量Ａｒ、当て舵加速度Ｂｒを式３、４で算出する。なお、ロール角度は目標ロール角と実ロールとの差である。目標ロール角は実ロール角の振幅の中心である。
当て舵目標量Ａｒ＝ロール角度×ｒ１＋ロール速度×ｒ２＋ロール加速度×ｒ３…（３）
当て舵加速度Ｂｒ＝ロール角度×ｒ４＋ロール速度×ｒ５＋ロール加速度×ｒ６…（４）

船体１３の左右方向の変位に由来する補正値として、ＣＰＵ３１は、当て舵目標量Ａｓ、当て舵加速度Ｂｓを式５、６で算出する。
当て舵目標量Ａｓ＝変位速度×ｓ１＋変位加速度×ｓ２…（５）
当て舵加速度Ｂｓ＝変位速度×ｓ３＋変位加速度×ｓ４…（６）

舵およびステアリングに由来する補正値として、ＣＰＵ３１は、当て舵目標量Ａｕ、当て舵加速度Ｂｕを式７、８で算出する。
当て舵目標量Ａｕ＝［ステアリング荷重×ｕ1＋ステアリング荷重の変化量×ｕ２］＋［ハンドル操作荷重×ｕ３＋ハンドル操作荷重の変化量×ｕ４］…（７）
当て舵加速度Ｂｕ＝［ステアリング荷重×ｕ５＋ステアリング荷重の変化量×ｕ６］＋［ハンドル操作荷重×ｕ７＋ハンドル操作荷重の変化量×ｕ８］…（８）

そしてＣＰＵ３１は、総合当て舵目標量ＡＡ、総合当て舵加速度ＢＢを式９、１０で算出する。
総合当て舵目標量ＡＡ＝（Ａｙ×ｋｙ１）＋（Ａｒ×ｋｒ１）＋（Ａｓ×ｋｓ１）＋（Ａｕ×ｋｕ１）…（９）
総合当て舵加速度ＢＢ＝（Ｂｙ×ｋｙ２）＋（Ｂｒ×ｋｒ２）＋（Ｂｓ×ｋｓ２）＋（Ｂｕ×ｋｕ２）…（１０）

なお、各補正値に重み付けをしてもよい。そのためには、係数ｋｙ１、ｋｒ１、ｋｓ１、ｋｕ１、ｋｙ２、ｋｒ２、ｋｓ２、ｋｕ２のそれぞれを、所望の値に設定してもよい。また、船体１３の挙動（変位）の全てを補正することは必須でなく一部の挙動だけを補正してもよい。従って、式９において、係数ｋｙ１、ｋｒ１、ｋｓ１、ｋｕ１の少なくとも１つ以外をゼロに設定してもよい。同様に、式１０において、係数ｋｙ２、ｋｒ２、ｋｓ２、ｋｕ２の少なくとも１つ以外をゼロに設定してもよい。

このように、当て舵モードにおいて当て舵を実施する際、ＣＰＵ３１は、プロペラ軸２９の向きを変更する量（総合当て舵目標量ＡＡ）および加速度（総合当て舵加速度ＢＢ）を、挙動情報に基づいて制御する。

なお、当て舵制御として、タブ本体２１Ａ、２１Ｂの角度変更を行う場合は、総合当て舵加速度ＢＢを用いず、総合当て舵目標量ＡＡだけを用いてもよい。つまり、ＣＰＵ３１は、総合当て舵目標量ＡＡに応じた角度だけ、船体変位を抑制する方向に、対応するタブ本体を下げる。すなわち、ＣＰＵ３１は、取得された挙動情報に基づいて、駆動すべきタブ本体を決定すると共に、決定したタブ本体の位置を変更するよう、対応するトリムタブアクチュエータ２２を制御する。例えば、ＣＰＵ３１は、ヨー方向とは反対側のタブ本体を下げる。しかも、総合当て舵目標量ＡＡは、式９に代えて式１１により算出してもよい。
総合当て舵目標量ＡＡ＝（Ａｙ×ｋｙ１）−（Ａｒ×ｋｒ１）…（１１）

なお、式１１における第２項の符号は、式９とは逆になっている。これは、タブ本体を、ヨーを修正する方向に動作させると、ロール変位の抑制に関しては逆効果となるからである。

本実施の形態によれば、ＣＰＵ３１は、モード移行条件が成立すると当て舵モードに移行し、取得された挙動情報に基づいて、船体１３の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する。これにより、上級の操舵者でなくても、チャインウォークを自動的に抑制することができる。

また、船体１３の挙動が過大となった場合は強制減速が実施されるので、当て舵では対処できないような挙動を速やかに抑えることができる。

また、挙動情報として、ロール方向、ヨー方向、左右方向、ステアリング荷重、ハンドル操作荷重に関するものが取得され、これらに関する挙動を抑制する方向へ当て舵が実施される。従って、複合的な挙動の変化に対応し、チャインウォークを適切に抑制することができる。なお、挙動情報として取得され用いられるものは、ロール方向の挙動、ヨー方向の挙動、左右方向の挙動、ステアリング荷重、ハンドル操作荷重の少なくとも１つの情報であってもよい。

なお、当て舵として、プロペラ軸２９の向きの変更とタブ本体２１Ａ、２１Ｂの角度変更のいずれかまたは双方に加えて、船体１３の進路を変更する進路操作部（ステアリングホイール１８）の操作位置の変更を含んでもよい。あるいは、当て舵として、プロペラ軸２９の向きの変更またはタブ本体２１Ａ、２１Ｂの角度変更に代えて、進路操作部の操作位置を変更してもよい。これらの場合の進路操作部としては、ステアリングホイール１８に限定されず、例えば、ジョイスティックであってもよい。

なお、姿勢制御板として、タブ本体２１に代えてインターセプタータブが採用されてもよい。このインターセプタータブは、水中において、船体１３の下面（船底）から突出する位置から、船体１３の下面より上方の収納位置まで変位する。ＣＰＵ３１は、タブ本体を下げる代わりに、インターセプタータブを下げる。あるいは、ＣＰＵ３１は、タブ本体２１およびインターセプタータブの双方の位置を変更してもよい。

なお、船外機１５の数は２個以上でもよい。また、本発明が適用される船舶は、船外機を備える船舶に限らず、船内外機（スターンドライブ、インボードモータ・アウトボードドライブ）を備える船舶であってもよい。

以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。

１５ 船外機
２１Ａ、２１Ｂ タブ本体
２８ プロペラ
２９ プロペラ軸
３１ ＣＰＵ

Claims (18)

1. 船舶の操舵制御装置であって、
   ロール方向の変位に関する船体の挙動、ヨー方向の変位に関する前記船体の挙動、左右方向の変位に関する前記船体の挙動、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のうち、少なくとも１つを、前記船体の挙動情報として取得する取得部と、
   当て舵を行う当て舵モードに移行するための実行条件が成立するかを判定する判定部と、
   前記判定部により前記実行条件が成立したと判定されると、前記当て舵モードに移行する制御部と、を有し、
   前記制御部は、前記当て舵モードにおいては、前記取得部により取得された挙動情報に基づいて、前記船体の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する、船舶の操舵制御装置。
2. 前記実行条件は、前記船体の速度が所定速度以上となることを含む、請求項１に記載の船舶の操舵制御装置。
3. 前記実行条件は、直進中に前記船体の速度が所定速度以上となることを含む、請求項１に記載の船舶の操舵制御装置。
4. 前記所定速度は、前記船体が非滑走状態から滑走状態に切り替わる速度よりも速い、請求項２または３に記載の船舶の操舵制御装置。
5. 前記当て舵モードにおいて、前記当て舵は、プロペラを有する推進機のプロペラ軸の向きを変更する動作を含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置。
6. 前記当て舵モードにおいて、前記制御部は、前記プロペラ軸の向きを変更する量を、取得された前記挙動情報に基づいて制御する、請求項５に記載の船舶の操舵制御装置。
7. 前記当て舵モードにおいて、前記制御部は、さらに、前記プロペラ軸の向きを変更する加速度を、取得された前記挙動情報に基づいて制御する、請求項６に記載の船舶の操舵制御装置。
8. 船尾の左舷および右舷にそれぞれ装着された姿勢制御板であって、上下方向に変位することで船体の姿勢を制御する左舷姿勢制御板および右舷姿勢制御板と、
   前記左舷姿勢制御板および前記右舷姿勢制御板のそれぞれに対応して設けられた駆動部であって、対応する姿勢制御板を駆動する左舷駆動部および右舷駆動部と、をさらに有し、
   前記当て舵モードにおいて、前記当て舵は、前記左舷駆動部および前記右舷駆動部を制御することを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置。
9. 前記当て舵モードにおいて、前記制御部は、取得された前記挙動情報に基づいて、駆動すべき姿勢制御板を決定すると共に、決定した姿勢制御板の位置を変更するよう、対応する駆動部を制御する、請求項８に記載の船舶の操舵制御装置。
10. 前記当て舵モードにおいて、前記制御部は、取得された前記挙動情報から、前記船体の少なくとも一部の挙動が第１の閾値を超えたと判定したことを条件に、前記当て舵を実施する、請求項１〜９のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置。
11. 前記当て舵モードにおいて、前記制御部は、前記少なくとも一部の挙動が前記第１の閾値より大きい第２の閾値を超えたと判定した場合は、前記船体の速度を強制的に下げる動作を行う、請求項１０に記載の船舶の操舵制御装置。
12. 前記船体の速度を強制的に下げる動作は、エンジンを有する推進機のスロットル開度を所定量だけ下げる動作、または、船尾の左舷および右舷にそれぞれ装着された姿勢制御板を所定量だけ下げる動作、の少なくとも一方である、請求項１１に記載の船舶の操舵制御装置。
13. 前記制御部は、前記船体の速度を強制的に下げる動作を行った場合に、その旨を報知する、請求項１１または１２に記載の船舶の操舵制御装置。
14. 前記制御部は、前記当て舵モードに移行した場合に、その旨を報知する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置。
15. 前記制御部は、前記当て舵モードにおいて、前記当て舵を実施した場合に、その旨を報知する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置。
16. 前記当て舵モードにおいて、前記当て舵は、前記船体の進路を変更する進路操作部の操作位置を変更する動作を含む、請求項１に記載の船舶の操舵制御装置。
17. 船舶の操舵制御方法であって、
    ロール方向の変位に関する船体の挙動、ヨー方向の変位に関する前記船体の挙動、左右方向の変位に関する前記船体の挙動、ステアリング荷重およびハンドル操作荷重のうち、少なくとも１つを、前記船体の挙動情報として取得し、
    当て舵を行う当て舵モードに移行するための実行条件が成立するかを判定し、
    前記実行条件が成立したと判定されると、前記当て舵モードに移行し、
    前記当て舵モードにおいては、取得された前記挙動情報に基づいて、前記船体の挙動の少なくとも一部を抑制する方向へ当て舵を行うよう操舵制御する、船舶の操舵制御方法。
18. 請求項１〜１６のいずれか１項に記載の船舶の操舵制御装置を備える。船舶。
    

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