JP5059392B2 - 航走制御装置およびそれを用いた船舶 - Google Patents

Description

この発明は、左右の揚力に差を生じさせる揚力差発生手段を備えた船舶およびそのための航走制御装置に関する。

船舶に備えられる慣性航行装置は、船舶のヨー角速度、ロール角およびピッチ角などを検出する機能を有している。通常の航走状態では、ロール角は、直進時には零となり、旋回時には零以外の値をとる。一方、貨物の偏在などに起因して重心位置が右舷側または左舷側に偏る場合や、船体の側面に風を受けながら航走している状況では、ロール角が長時間に渡って定常的に零以外の値をとる。このような定常的なロール角、すなわち長時間計測されたロール角の平均値を、この明細書中では「ヒール角」と呼び、ロール角と区別する。ヒール角が水面に対して零度、すなわち、船舶の左右方向が水面に平行なときの船舶の姿勢を「中立姿勢」と呼ぶことにする。

図１１(a)に示すようにヒール角が零でない非中立姿勢で航走すると、船体８１の右舷と左舷とで揚力の差が生じるため、直進することが困難となる。このとき、図１１(b)に示すように、操船者は、右舷と左舷との揚力バランスを取るために、ステアリング８２を操作することで、直進航走状態を作り出すことができる。しかし、この状態では、船舶８０の進行方向と船首方向とが一致していないので、船体８１の抵抗が大きく、推進機（船外機等）８３の推進効率を損なう。

船舶を中立姿勢に制御するための自動姿勢制御装置は、下記特許文献１〜４に示されている。これらの装置を用いれば、船外機のトリム角またはフラップがロール角センサの出力に応じて制御され、ヒール角を零にすることができる。
しかし、操船者が既にステアリング操作によってヒール角の解消を行ってしまった場合には、自動姿勢制御装置が働かない。そのため、推進機の推進効率を損なった状態で航走を続けなければならないという問題がある。
特開平８−４０３８０号公報 特開平９−７６９９２号公報 特開平９−３１５３８４号公報 特開２００４−２２４１０３号公報

この発明の目的は、操船者のステアリング操作に対して協調的にヒール角の制御を行うことができ、これにより、船舶の姿勢を適切に保持できる航走制御装置およびこのような航走制御装置を備えた船舶を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明の実施形態は、船舶に備えられる操舵機構の操舵角を取得する操舵角取得手段と、前記船舶の左右の揚力に差を生じさせる揚力差発生手段を、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角に応じて制御する制御手段と、船舶が旋回中かどうかを判定する旋回判定手段とを含み、前記制御手段は、前記旋回判定手段によって船舶が旋回中ではないと判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものである、航走制御装置を提供する。
この構成によれば、操舵角に応じて船舶の左右の揚力に差を生じさせることができるので、ステアリング操作によってヒール角を抑制または解消している場合に、船舶の左右の揚力の差によってヒール角を抑制または解消する状態へと移行させることができる。こうして、操舵角と船舶の進行方向とを整合させることができ、航走時における船舶の抵抗を低減できる。その結果、船舶の推進機の推進効率を損なうことなく、船舶を航走させることができる。
また、この発明では、制御手段は、旋回判定手段によって船舶が旋回中ではないと判定されていることを条件に、操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように揚力差発生手段を制御する。操舵角が中立値でないにもかかわらず、船舶が旋回状態でないとすれば、ステアリング操作によって船舶のヒール角を抑制または解消している状態であると考えられる。そこで、この発明では、船舶が旋回中でないと判定されているときに、操舵角に対応する方向に船舶のヒール角を増大させる。これにより、船舶は当該操舵角に対応する方向へと旋回を始めるので、これを抑制するように操舵制御またはステアリング操作が行われることによって、操舵角を中立値へと導くことができる。こうして、ステアリング操作によって船舶のヒール角を抑制または解消している状態から、船舶の左右の揚力差によってヒール角を低減する状態へと移行させることができる。

船舶のヒール角は、たとえば、船舶に備えられたロール角検出手段が検出するロール角を時間平均することによって求めることができる。
前記航走制御装置は、前記揚力差発生手段によって前記船舶の左右の揚力に差が生じさせられている場合に、そのことを報知する報知手段をさらに含むことが好ましい。
前記航走制御装置は、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角が中立値付近の所定の中立範囲内の値であるかどうかを判定する中立判定手段をさらに含むことが好ましい。この場合に、前記制御手段は、前記中立判定手段によって操舵角が前記中立範囲外の値であると判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものであることが好ましい。

この構成によれば、操舵角が中立範囲外の値である場合に、操舵角に対応する方向に船舶のヒール角を増大させるように船舶の左右の揚力差が制御される。その結果、船舶は操舵角の方向へと旋回することになるから、船舶の進行方向を修正するための操舵を行うことにより、操舵角を中立値へと導くことができる。このようにして、ステアリング操作によって船舶のヒール角を抑制または解消している状態から、船舶の左右の揚力差によって当該船舶のヒール角を抑制または解消する状態へと移行させることができる。

前記制御手段は、操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるときに、所定の微少角度ずつヒール角を増加させるものであることが好ましい。また、前記制御手段は、操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるときに、中立値に対する操舵角の偏差が大きいほど大きな変化幅でヒール角を増加させるものであってもよい。さらに、前記制御手段は、操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるときに、ヒール角の変化幅を漸次的に減少させていくものであってもよい。

前記制御手段は、前記中立判定手段によって操舵角が前記中立範囲内の値であると判定されているときに、前記船舶のヒール角を減少するように前記揚力差発生手段を制御するものであることが好ましい。
この構成によれば、操舵角が中立範囲内の値であるときは、ヒール角を減少（好ましくは解消）するように船舶左右の揚力差が制御される。こうして、ステアリング操作によることなく、ヒール角を減少させることができる。

前記船舶に、当該船舶のヨー角速度を検出するヨー角速度検出手段が備えられている場合には、前記旋回判定手段は、前記ヨー角速度検出手段によって検出されるヨー角速度が所定範囲内の値かどうかに基づいて、船舶が旋回状態か否かを判定するものであってもよい。
前記航走制御装置は、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角と船舶の旋回状態とが整合しているかどうかを判定する整合判定手段をさらに含むことが好ましい。この場合に、前記制御手段は、前記整合判定手段によって操舵角と船舶の旋回状態とが不整合であると判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものであることが好ましい。

操舵角と船舶の旋回状態が不整合であるとき、たとえば操舵角が中立範囲内の値でないのに船舶が旋回していないような場合（いわゆるカウンタステア状態の場合）は、ステアリング操作によって船舶のヒール角の低減が図られていると考えられる。そこで、この発明では、操舵角と船舶の旋回状態とが不整合であるときに、操舵角に対応する方向に船舶のヒール角が増大するように船舶左右の揚力差が制御される。これにより、船舶は、操舵角の方向へと旋回しようとするから、この旋回を抑制するように操舵制御またはステアリング操作が行われることにより、操舵角を中立値へと導くことができる。このようにして、船舶の左右の揚力差によってヒール角を低減する状態へと移行していくことができる。

前記制御手段は、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御した後に、前記操舵角を前記中立値に近づけるように前記操舵機構を制御するものであってもよい。
この構成によれば、操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるように船舶左右の揚力差を制御した後、操舵角を中立値に近づけるように操舵機構が制御される。これによって、ステアリング操作によって、ヒール角を抑制または解消している状態から、船舶左右の揚力差によってヒール角を抑制または解消する状態へと確実に移行させることができる。

この発明の一実施形態に係る船舶は、船舶の操向のための操舵機構と、船舶左右の揚力に差を生じさせる揚力差発生手段と、前述の航走制御装置とを含む。
この構成により、操舵角に応じて船舶左右の揚力差が制御されるので、ステアリング操作によってヒール角を抑制または解消している状態から、船舶左右の揚力差によってヒール角を抑制または解消する状態へと移行させることができ、操舵角と船舶の進行方向とを整合させることができる。その結果、航走時における船舶の抵抗を少なくすることができるので、推進機の推進効率を損なうことなく船舶を航走させることができる。

前記揚力差発生手段は、前記船舶に備えられた複数の船外機を含むものであってもよい。
なお、船舶は、クルーザ、釣り船、ウォータージェット、水上滑走艇（watercraft）のような比較的小型のものであってもよい。
また、船舶に備えられる推進力発生手段は、船外機（アウトボードモータ）、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）、船内機（インボードモータ）、ウォータージェットドライブのいずれの形態であってもよい。船外機は、原動機（エンジンまたは電動モータ）および推進力発生部材（プロペラ）を含む推進ユニットを船外に有し、さらに、推進ユニット全体を船体に対して水平方向に回動させる操舵機構が付設されたものである。船内外機は、原動機が船内に配置され、推進力発生部材および舵切り機構を含むドライブユニットが船外に配置されたものである。船内機は、原動機およびドライブユニットがいずれも船体に内蔵され、ドライブユニットからプロペラシャフトが船外に延び出た形態を有する。この場合、操舵機構は別途設けられる。ウォータージェットドライブは、船底から吸い込んだ水をポンプで加速し、船尾の噴射ノズルから噴射することで推進力を得るものである。この場合、操舵機構は、噴射ノズルと、この噴射ノズルを水平面に沿って回動させる機構とで構成される。

以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る船舶１の構成を説明するための概念図である。この船舶１は、クルーザやボートのような比較的小型の船舶であり、船体２の船尾（トランサム）３に、一対の船外機１１，１２が取り付けられている。この一対の船外機１１，１２は、船体２の船尾３および船首４を通る中心線５に対して、左右対称な位置に取り付けられている。すなわち、一方の船外機１１は、船体２の左舷後部に取り付けられており、他方の船外機１２は、船体２の右舷後部に取り付けられている。そこで、以下では、これらの船外機を区別するときには、それぞれ、「左舷船外機１１」、「右舷船外機１２」と呼ぶ。左舷船外機１１および右舷船外機１２には、それぞれ、電子制御ユニット１３，１４（以下、「船外機ＥＣＵ１３」、「船外機ＥＣＵ１４」という。）が内蔵されている。

船体２には、操船のための操作卓６が設けられている。操作卓６には、たとえば、舵取り操作のためのステアリング操作部７と、船外機１１，１２の出力を操作するためのスロットル操作部８とが備えられている。ステアリング操作部７は、操作部材としてのステアリングホイール７ａを備える。また、スロットル操作部８は、左舷船外機１１および右舷船外機１２にそれぞれに対応したスロットルレバー８ａ，８ｂを備えている。

操作卓６に備えられた上記の操作部７，８の操作量は、たとえば、船体２内に配置されたＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク。以下「船内ＬＡＮ」という。）を介して、電気信号として航走制御装置２０に入力されるようになっている。この航走制御装置２０は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、推進力を制御する推進力制御装置としての機能と、舵取り制御のための操舵制御装置としての機能と、船舶１の姿勢を制御する姿勢制御装置としての機能とを有している。この航走制御装置２０には、慣性航法装置９の出力信号も与えられている。より具体的には、慣性航法装置９は、船舶１の旋回角速度（ヨー角速度）を検出するヨー角速度センサ１５（ヨー角速度検出手段）と、船舶１のロール角を検出するロール角センサ１６（ロール角検出手段）とを備えており、これらのセンサ１５，１６が出力するヨー角速度信号およびロール角信号を、船内ＬＡＮを介して、航走制御装置２０に入力するようになっている。これらのセンサ１５，１６は、たとえば、ジャイロで構成することができる。

航走制御装置２０は、さらに、船外機ＥＣＵ１３，１４との間で前記船内ＬＡＮを介して通信を行う。より具体的には、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４から、船外機１１，１２に備えられたエンジンの回転速度と、船外機１１，１２の向きである操舵角とを取得する。また、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、目標操舵角、目標スロットル開度、目標シフト位置（前進、ニュートラル、後進）、および目標トリム角を表すデータを与えるようになっている。

航走制御装置２０は、ステアリングホイール７ａの操作に応じて、船外機１１，１２の操舵角を互いに等しい値に制御する。すなわち、船外機１１，１２は、互いに平行な方向に推進力を発生する。また、航走制御装置２０は、スロットルレバー８ａ，８ｂの操作量および操作方向に応じて、船外機１１，１２に対する目標スロットル開度および目標シフト位置を定める。スロットルレバー８ａ，８ｂは、それぞれ前方および後方へと傾倒させることができるようになっている。操船者がスロットルレバー８ａを中立位置から前方へ一定量だけ倒すと、航走制御装置２０は、左舷船外機１１の目標シフト位置を前進位置とする。操船者がスロットルレバー８ａをさらに前方に倒していくと、航走制御装置２０は、その操作量に応じて、左舷船外機１１の目標スロットル開度を設定する。一方、操船者がスロットルレバー８ａを後方に一定量だけ倒すと、航走制御装置２０は、左舷船外機１１の目標シフト位置を後進位置とする。操船者がスロットルレバー８ａをさらに後方に倒していくと、航走制御装置２０は、その操作量に応じて、左舷船外機１１の目標スロットル開度を設定する。同様に、航走制御装置２０は、スロットルレバー８ｂの操作に応じて、右舷船外機１２の目標シフト位置および目標スロットル開度を設定する。

スロットルレバー８ａ，８ｂの各頭部は、互いに近接する方向に折り曲げられて、ほぼ水平な把持部を形成している。これにより、操船者は、スロットルレバー８ａ，８ｂを両方同時に操作して、左右の船外機１１，１２のスロットル開度を実質的に等しく保ちながら、船外機１１，１２の出力を制御できる。
図２は、船外機１１，１２の共通の構成を説明するための図解的な断面図である。船外機１１，１２は、推進機としての推進ユニット３０と、この推進ユニット３０を船体２に取り付ける取り付け機構３１とを有している。取り付け機構３１は、船体２の後尾板に着脱自在に固定されるクランプブラケット３２と、このクランプブラケット３２に水平回動軸としてのチルト軸３３を中心に回動自在に結合されたスイベルブラケット３４とを備えている。推進ユニット３０は、スイベルブラケット３４に、操舵軸３５まわりに回動自在に取り付けられている。これにより、推進ユニット３０を操舵軸３５まわりに回動させることによって、操舵角（船体２の中心線に対して推進力の方向がなす方位角）を変化させることができる。また、スイベルブラケット３４をチルト軸３３まわりに回動させることによって、推進ユニット３０のトリム角を変化させることができる。トリム角は、船体２に対する船外機１１，１２の取り付け角に対応する。

推進ユニット３０のハウジングは、トップカウリング３６とアッパケース３７とロアケース３８とで構成されている。トップカウリング３６内には、駆動源となるエンジン３９がそのクランク軸の軸線が上下方向となるように設置されている。エンジン３９のクランク軸下端に連結される動力伝達用のドライブシャフト４１は、上下方向にアッパケース３７内を通ってロアケース３８内にまで延びている。

ロアケース３８の下部後側には、推進力発生部材となるプロペラ４０が回転自在に装着されている。ロアケース３８内には、プロペラ４０の回転軸であるプロペラシャフト４２が水平方向に通されている。このプロペラシャフト４２には、ドライブシャフト４１の回転が、クラッチ機構としてのシフト機構４３を介して伝達されるようになっている。
シフト機構４３は、ドライブシャフト４１の下端に固定されたベベルギヤからなる駆動ギヤ４３ａと、プロペラシャフト４２上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる前進ギヤ４３ｂと、同じくプロペラシャフト４２上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる後進ギヤ４３ｃと、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃの間に配置されたドッグクラッチ４３ｄとを有している。

前進ギヤ４３ｂは前方側から駆動ギヤ４３ａに噛合しており、後進ギヤ４３ｃは後方側から駆動ギヤ４３ａに噛合している。そのため、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃは互いに反対方向に回転されることになる。
一方、ドッグクラッチ４３ｄは、プロペラシャフト４２にスプライン結合されている。すなわち、ドッグクラッチ４３ｄは、プロペラシャフト４２に対してその軸方向に摺動自在であるが、プロペラシャフト４２に対する相対回動はできず、このプロペラシャフト４２とともに回転する。

ドッグクラッチ４３ｄは、ドライブシャフト４１と平行に上下方向に延びるシフトロッド４４の軸周りの回動によって、プロペラシャフト４２上で摺動される。これにより、ドッグクラッチ４３ｄは、前進ギヤ４３ｂと結合した前進位置と、後進ギヤ４３ｃと結合した後進位置と、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃのいずれとも結合されないニュートラル位置とのいずれかのシフト位置に制御される。

ドッグクラッチ４３ｄが前進位置にあるとき、前進ギヤ４３ｂの回転がドッグクラッチ４３ｄを介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト４２に伝達される。これにより、プロペラ４０は、一方向（前進方向）に回転し、船体２を前進させる方向の推進力を発生する。一方、ドッグクラッチ４３ｄが後進位置にあるとき、後進ギヤ４３ｃの回転がドッグクラッチ４３ｄを介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト４２に伝達される。後進ギヤ４３ｃは、前進ギヤ４３ｂとは反対方向に回転するため、プロペラ４０は、反対方向（後進方向）に回転し、船体２を後進させる方向の推進力を発生する。ドッグクラッチ４３ｄがニュートラル位置にあるとき、ドライブシャフト４１の回転はプロペラシャフト４２に伝達されない。すなわち、エンジン３９とプロペラ４０との間の駆動力伝達経路が遮断されるので、いずれの方向の推進力も生じない。

エンジン３９に関連して、このエンジン３９を始動させるためのスタータモータ４５が配置されている。スタータモータ４５は、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される。また、エンジン３９のスロットルバルブ４６を作動させてスロットル開度を変化させ、エンジン３９の吸入空気量を変化させるためのスロットルアクチュエータ５１が備えられている。このスロットルアクチュエータ５１は、電動モータからなっていてもよい。このスロットルアクチュエータ５１の動作は、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される。エンジン３９には、さらに、クランク軸の回転を検出することによってエンジン３９の回転速度を検出するためのエンジン回転検出部４８が備えられている。

また、シフトロッド４４に関連して、ドッグクラッチ４３ｄのシフト位置を変化させるためのシフトアクチュエータ５２（クラッチ作動装置）が設けられている。このシフトアクチュエータ５２は、たとえば、電動モータからなり、船外機ＥＣＵ１３，１４によって動作制御される。
さらに、推進ユニット３０に固定された操舵ロッド４７には、たとえば、液圧シリンダを含み、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される操舵アクチュエータ５３が結合されている。この操舵アクチュエータ５３を駆動することによって、推進ユニット３０を操舵軸３５まわりに回動させることができ、舵取り操作を行うことができる。このように、操舵アクチュエータ５３、操舵ロッド４７および操舵軸３５を含む操舵機構５０が形成されている。この操舵機構５０には、操舵角を検出するための操舵角センサ４９が備えられている。

また、クランプブラケット３２とスイベルブラケット３４との間には、たとえば液圧シリンダを含み、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御されるトリムアクチュエータ（チルトトリムアクチュエータ）５４が設けられている。このトリムアクチュエータ５４は、チルト軸３３まわりにスイベルブラケット３４を回動させることにより、推進ユニット３０をチルト軸３３まわりに回動させる。これらは、推進ユニット３０のトリム角を変化させるためのトリム機構５６を構成している。トリム角は、トリム角センサ５５によって検出されるようになっている。トリム角センサ５５の出力信号は船外機ＥＣＵ１３，１４に入力される。

図３は、船舶１を左舷側から見た図解的な側面図であり、船外機１１，１２のトリム角を説明するための図である。トリム角は、船外機１１，１２の船体２に対する取り付け角に相当し、たとえば、鉛直方向を基準（零度）とし、プロペラ４０が船体２から離れる方向（トリムアウト方向）ほど大きな値として表される。トリム角が大きいほど、航走時に船首４が持ち上げられる。したがって、左右の船外機１１，１２のトリム角に差がある場合、船舶１の左右の揚力に差が生じる。船舶１の左右の荷重が均等であり、無風状態であるとすると、船舶１には、トリム角の小さな方が低くなるような左右方向傾斜が生じることになる。逆に言えば、左右の荷重の不均等や風の影響によって船舶１の姿勢が左右に傾斜しているとき（ヒール角が零でないとき）は、左右の船外機１１，１２のトリム角を異ならせ、左右の揚力差を発生させることによって、船舶１の姿勢を水平姿勢（左右方向に関して水平）に制御できる。このように、この実施形態では、左右の船外機１１，１２のトリム機構５６（図２参照）が揚力差発生手段を構成している。

図４は、船舶１の姿勢制御に関連する構成を説明するためのブロック図である。航走制御装置２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを含むマイクロコンピュータを備えていて、このマイクロコンピュータが所定のソフトウェア処理を実行することにより、実質的に複数の機能処理部として動作する。これらの複数の機能処理部には、左舷船外機１１の操舵アクチュエータ５３（以下「操舵アクチュエータ５３Ｌ」という。）および右舷船外機１２の操舵アクチュエータ５３（以下「操舵アクチュエータ５３Ｒ」という。）を制御するための目標操舵角を生成するステアリング制御部２１と、左舷船外機１１のトリムアクチュエータ５４（以下「トリムアクチュエータ５４Ｌ」という。）および右舷船外機１２のトリムアクチュエータ５４（以下「トリムアクチュエータ５４Ｒ」という。）を制御するための目標トリム角を生成するトリム制御部２２と、船舶１の左舷および右舷の揚力差を制御する制御手段としての揚力差制御部２３とが含まれている。

左舷船外機１１の操舵角センサ４９（以下「操舵角センサ４９Ｌ」という。）およびトリム角センサ５５（以下「トリム角センサ５５Ｌ」という。）の各出力信号は、船外機ＥＣＵ１３に与えられる。同様に、右舷船外機１２の操舵角センサ４９（以下「操舵角センサ４９Ｒ」という。）およびトリム角センサ５５（以下「トリム角センサ５５Ｒ」という。）の各出力信号は、船外機ＥＣＵ１４に与えられる。船外機ＥＣＵ１３，１４は、操舵角センサ４９Ｌ，４９Ｒによって検出される操舵角がステアリング制御部２１から与えられる目標操舵角に一致するように操舵アクチュエータ５３Ｌ，５３Ｒをそれぞれ制御する。また、船外機ＥＣＵ１３，１４は、トリム角センサ５５Ｌ，５５Ｒによって検出されるトリム角がトリム制御部２２から与えられる目標トリム角に一致するようにトリムアクチュエータ５４Ｌ，５４Ｒをそれぞれ制御する。さらに、船外機ＥＣＵ１３，１４は、操舵角センサ４９Ｌ，４９Ｒによって検出される操舵角のデータを揚力差制御部２３に与える。

揚力差制御部２３は、制御切り換えモジュール２４と、ヒール角制御モジュール２５と、協調制御モジュール２６とを備えている。
ヒール角制御モジュール２５は、操舵角が所定の中立範囲内の値であるときに、船外機１１，１２のトリム角を制御することによって船舶１のヒール角を解消するためのヒール角制御を行う。操舵角は、たとえば、零度を中立値として、右操舵方向に対しては正の値を割り当て、左方向操舵に対しては負の値を割り当てたものである。前記所定の中立範囲は、たとえば、零度（中立値）を中心とした±５度の範囲である。

協調制御モジュール２６は、操舵角が前記中立範囲外の値であり、しかも、船舶１が旋回状態でない場合、すなわち、ステアリング操作によってヒール角が解消されていると考えられる場合に、その制御動作を行う。協調制御モジュール２６の制御動作は、船外機１１，１２の操舵角およびトリム角を制御し、操舵角を前記中立値に導いて船舶１の進行方向に船首４を向けるための制御を含む。

制御切り換えモジュール２４は、船外機ＥＣＵ１３，１４から、船外機１１，１２の操舵角のデータを取得し、慣性航法装置９から船舶１のヨー角速度データを取得する。そして、制御切り換えモジュール２４は、これらの取得されたデータに基づき、操舵角が中立範囲内の値かどうか、および船舶１が旋回中かどうかを判定する。そして、制御切り換えモジュール２４は、その判定結果に基づいて、ヒール角制御モジュール２５または協調制御モジュール２６のいずれかにより、トリム角制御および／または操舵角制御を行わせる。

協調制御モジュール２６は、トリム角だけでなく操舵角をも制御するので、その制御動作の実行中には、操作卓６に設けられたインジケータ１０（報知手段）を点灯させ、操船者に協調制御実行中であることを報知するようになっている。報知手段は、スピーカ等で構成し、音声によって操船者に対する報知を行うものとしてもよい。
図５は、制御切り換えモジュール２４の動作を説明するためのフローチャートである。制御切り換えモジュール２４は、慣性航法装置９から船舶１のロール角およびヨー角速度のデータを取得する（ステップＳ１）。また、船外機ＥＣＵ１３，１４から、船外機１１，１２の操舵角のデータを取得する（ステップＳ２。操舵角取得手段）。さらに、制御切り換えモジュール２４は、慣性航法装置９から取得したロール角のデータを所定の一定時間に渡って平均することにより、船舶１のヒール角を求める（ステップＳ３。ヒール角算出手段）。

制御切り換えモジュール２４は、船外機ＥＣＵ１３，１４から取得した操舵角が所定の中立範囲内（たとえば±５度内）の値かどうかを判断する（ステップＳ４。中立判定手段）。操舵角が前記中立範囲内の値である場合は、制御切り換えモジュール２４は、さらに、ヒール角が所定の中立範囲内（たとえば中立姿勢から左右５度ずつの範囲内）の値かどうかを判断する（ステップＳ５）。ヒール角が、当該中立範囲内の値である場合には、船舶１の進行方向と船首方向とが一致しており、かつ、船舶１がほぼ水平姿勢であるので、ヒール角制御モジュール２５および協調制御モジュール２６の何れの制御処理も行われない（ステップＳ６）。したがって、この場合、ステアリング制御部２１は、専らステアリング操作部７の出力に基づき、操舵アクチュエータ５３Ｌ，５３Ｒの制御のための目標操舵角を船外機ＥＣＵ１３，１４に与えることになる。

操舵角が前記中立範囲内の値であるが、ヒール角度が前記中立範囲外の値であるときは（ステップＳ４のＹＥＳ、ステップＳ５のＮＯ）、制御切り換えモジュール２４は、ヒール角制御モジュール２５を選択し、その制御動作を行わせる（ステップＳ７）。すなわち、この場合は、船舶１の進行方向と船首方向とが一致しているが、船舶１の姿勢が水平面に対して傾斜している場合である。そこで、ヒール角を解消して船舶１の姿勢を水平面に沿う姿勢に制御するために、ヒール角制御モジュール２５によりトリムアクチュエータ５４Ｌ，５４Ｒを制御する。

一方、操舵角が前記所定の中立範囲外の値であるとき（ステップＳ４のＮＯ）、制御切り換えモジュール２４は、ヨー角速度が所定の範囲（たとえば±０．０５rad/秒）内の値かどうか、すなわち、船舶１が旋回中かどうかを判断する（ステップＳ８。旋回判定手段）。ヨー角速度が前記所定の範囲内の値であり、したがって、船舶１が直進航行状態であると判断されると、制御切り換えモジュール２４は、協調制御モジュール２６による操舵角およびトリム角の協調制御を選択する（ステップＳ９）。この状況は、操船者がステアリング操作によって船舶１のヒール角を解消しており、その結果、船舶１の進行方向と船首方向とが不一致となっている場合に生じる。このような状況では船艇の抵抗が大きくなるので、ステアリングを中立位置に戻すとともに、船外機１１，１２のトリム角制御によってヒール角を解消する状況に移行させるための協調制御を行うこととしている。

操舵角が前記所定の中立範囲外の値であり（ステップＳ４のＮＯ）、ヨー角速度が前記所定範囲外の値であるときは（ステップＳ８のＮＯ）、船舶１が旋回中であると判断できる。したがって、この場合には、船舶１の姿勢は、旋回に伴って自然に傾斜していると考えられるので、ヒール角制御モジュール２５および協調制御モジュール２６の制御はいずれも行われない（ステップＳ１０）。

図６は、協調制御モジュール２６による協調制御処理を説明するためのフローチャートであり、図７は協調制御処理のイメージを説明するための図である。協調制御モジュール２６は、制御動作の開始に先立ち、インジケータ１０を点灯させる（ステップＳ１１）。そして、協調制御モジュール２６は、トリム制御部２２に対して、船外機１１，１２のトリム角を所定の微少角度だけ変化させるための目標トリム角を発生させ（ステップＳ１２）、その後にヒール角の変化を算出する（ステップＳ１３）。これにより、目標トリム角を受けた船外機ＥＣＵ１３，１４によってトリムアクチュエータ５４Ｌ，５４Ｒが作動させられ、操舵角の方向へヒール角を僅かに増加させる制御が行われる。

より具体的には、たとえば、右にステアリングが切られているときは左舷船外機１１のトリム角を１度、右舷船外機１２のトリム角を−１度変化させる。ただし、右舷船外機１２がフルトリムイン（船外機１２が船体２に対して最も内側に入った状態）のときは左舷船外機１１のトリム角を２度、左舷船外機１１がフルトリムアウト（船外機１１が船体２に対して最も外側に上がった状態）のときは右舷船外機１２を−２度変化させる。これにより、船舶１は操舵角の方向（図７の例では右方向）へと旋回を始める。トリム角の微少変化幅は、一定値でなくてもよい。たとえば、ヒール角の値に応じてトリム角の微少変化幅を定めてもよい。これにより、ヒール角に応じてヒール角の微少増加幅が定められることになる。また、トリム角の微少変化を繰り返すときに、その微少変化幅を、始めは大きく設定し、その後は漸減させるようにしてもよい。これにより、ヒール角の微少増加幅を、始めは大きく設定でき、その後は、漸減させることができる。

次に、協調制御モジュール２６は、船外機１１，１２の操舵角が中立値に近づくように、所定の微少角度（たとえば１度）だけ、それらの操舵角を変化させるための制御指令をステアリング制御部２１に与える。これを受けて、ステアリング制御部２１は、船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、操舵アクチュエータ５３Ｌ，５３Ｒのための目標操舵角を与える。こうして、船外機１１，１２の操舵角が微少角度だけ中立値に近づけられる（ステップＳ１４）。

次いで、協調制御モジュール２６は、操舵角が中立値かどうかを判断する(ステップＳ１５）。操舵角が中立値である場合は、インジケータ１０を消灯して（ステップＳ１６）、処理を終える。操舵角が中立値になったときにヒール角に偏差（中立姿勢（ヒール角＝０）に対する偏差）が残っている場合は、制御切り換えモジュール２４によって、ヒール角制御モジュール２５による制御に切り換えられる。

一方、操舵角が中立値でない場合は（ステップＳ１５のＮＯ）、協調制御モジュール２６は、さらに、ヒール角が所定の中立範囲内（たとえば中立姿勢から左右５度ずつの範囲内）の値かどうかを判断する（ステップＳ１７）。ヒール角が当該中立範囲外の値であれば、ステップＳ１４に戻り、操舵角を中立方向に前記微少角度だけ変位させる。一方、ヒール角が前記中立範囲内の値であれば（ステップＳ１７のＹＥＳ）、ステップＳ１２からの処理が繰り返される。すなわち、左右の船外機１１，１２のトリム角が微少角度だけ変化させられて、操舵角の方向にヒール角を増大させる処理が行われる。

このようにして、船舶１のヒール角を操舵角の方向に微少角度だけ増大させ、その後に操舵角を中立値に向けて微少角度だけ変化させる制御処理が繰り返される。これによって、ステアリング操作によってヒール角を解消している状態から、トリム角制御によってヒール角を解消している状態と移行することができる。その結果、船舶１の進行方向と船首方向とを一致させることができ、航行時の船体２の抵抗を減少させることができる。こうして、推進ユニット３０の推進効率を損なうことなく、船舶１を航行させることができる。

図８は、この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、協調制御モジュール２６による別の処理の例が示されている。図８において、前述の図６に示された各ステップと同様の処理が行われるステップには、図６の場合と同一の参照符号を付して示す。また、前述の図１〜図５および図７を併せて参照する。
この実施形態においては、協調制御モジュール２６は、操舵角制御、すなわち操舵アクチュエータ５３Ｌ，５３Ｒの制御に関する処理は行わない。すなわち、協調制御モジュール２６は、専らトリム制御、すなわちトリムアクチュエータ５４Ｌ，５４Ｒに関する処理を行って、ステアリング操作によってヒール角が打ち消されている状態を解消する。

具体的に説明すると、協調制御モジュール２６は、インジケータ１０を点灯させ（ステップＳ１１）、左右の船外機１１，１２のトリム角を操舵角の方向に所定の微少角度だけ変化させ（ステップＳ１２）、さらに、ヒール角を算出する（ステップＳ１３）。
ヒール角が操舵角の方向に増大するようにトリム制御を行うことにより、そのままの操舵角を維持すれば、船舶１は回頭を始める。そこで、操船者は、船舶１の進行方向を維持するために、ステアリングホイール７ａを中立位置方向に操作する。そこで、協調制御モジュール２６は、操舵角の変化を監視し、操舵角が一定値（たとえば１度）以上変化したかどうかを判断する（ステップＳ２１）。操舵角が前記一定値以上変化した場合は、協調制御モジュール２６は、さらに、操舵角が中立値かどうかを判断する（ステップＳ１５）。操舵角が中立値であれば（ステップＳ１５のＹＥＳ）、インジケータ１０を消灯して、処理を終了する（ステップＳ１６）。

一方、操舵角が中立値でなければ（ステップＳ１５のＮＯ）、協調制御モジュール２６は、さらに、船舶１のヒール角が所定の中立範囲内（たとえば中立姿勢から左右５度ずつの範囲内）の値かどうかを判断する（ステップＳ１７）。ヒール角が当該中立範囲外の値であれば、ステップＳ２１に戻り、操舵角が前記一定値以上変化するまで待機する。また、ヒール角が前記中立範囲内の値であれば（ステップＳ１７のＹＥＳ）、ステップＳ１２からの処理が繰り返される。すなわち、左右の船外機１１，１２のトリム角が微少角度だけ変化させられて、操舵角の方向にヒール角を増大させる処理が行われる。

ステップＳ２１において、操舵角の変化が前記一定値以下であると判断されると、協調制御モジュール２６は、トリム角の制御（ステップＳ１２）を行ってから計時開始するタイマ（図示せず）の計時時間が一定時間（たとえば３０秒）に達したかどうかを判断する（ステップＳ２２）。この一定時間が経過する前であれば、協調制御モジュール２６は、処理をステップＳ２１に戻す。当該一定時間が経過しても操舵角の変化が前記一定値を超えないときは（ステップＳ２２のＹＥＳ）、インジケータ１０を消灯して（ステップＳ１６）、処理を終了する。

以上のように、この実施形態によれば、協調制御モジュール２６は、操舵角が表す方向にヒール角が増大するようにトリム角制御を行う一方で、操舵角の制御については、操船者のステアリング操作に委ねている。このような構成によっても、ステアリング操作によってヒール角を解消している状態から、トリム角制御によってヒール角を解消する状態へと移行することができる。こうして、船舶１の進行方向と船首方向とを一致させることができるので、航行時の船体２の抵抗を減少させることができる。その結果、推進ユニット３０の推進効率を損なうことなく、船舶１を航行させることができる。

なお、この実施形態の構成は、ステアリング制御を要することなく協調制御を行うことができるので、操舵アクチュエータを備えていない船外機を装備した船舶に対しても適用することができる。
図９は、この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、船内機（インボードモータ）の形式の推進機を備えた船舶６０の背面図（図９(a)）および側面図（図９(b)）を示す。船舶６０の船内には、原動機６１およびドライブユニット６２を含む推進機６３が内蔵されている。ドライブユニット６２からは、プロペラシャフト６４が船外に延び出ており、このプロペラシャフト６４の先端にプロペラ６５が固定されている。ドライブユニット６２は、操舵機構を含むものである。

一方、船舶６０の船尾６６の船底付近には、左舷側および右舷側にそれぞれフラップ６７，６８がほぼ上下方向に沿って回動自在であるように取り付けられており、この１対のフラップ６７，６８が、船舶６０の左右の揚力差を発生する揚力差発生手段として機能することになる。フラップ６７，６８は、フラップ駆動手段としての一対のシリンダ６９，７０によって回動駆動されるようになっている。すなわち、フラップ６７，６８は、シリンダ６９，７０に備えられた駆動軸７１，７２の各先端に結合されている。

図１０は、船舶６０におけるヒール角の制御に関連する電気的構成を説明するためのブロック図である。この図１０において、前述の図４に示された各部に対応する部分には、図４の場合と同一の参照符号を付して示す。
船舶６０には、前述の実施形態の場合と同様に、ステアリング操作部７、慣性航法装置９、インジケータ１０および航走制御装置２０Ａが備えられている。航走制御装置２０Ａは、前述の実施形態におけるトリム制御部２２に代えて、フラップ駆動用のシリンダ６９，７０を制御するフラップ制御部２２Ａを備えている。ステアリング制御部２１は、ドライブユニット６２に備えられた操舵機構７４を制御するようになっている。また、この操舵機構７４による操舵角は、操舵角センサ７５によって検出されるようになっている。この操舵角センサ７５が出力する操舵角は、航走制御装置２０Ａの制御切り換えモジュール２４に入力されている。

制御切り換えモジュール２４が実行する処理は、前述の第１の実施形態の場合と同様である。すなわち、制御切り換えモジュール２４は、操舵角が中立範囲内であってヒール角が中立範囲外であるときに、ヒール角制御モジュール２５にヒール角制御を行わせる。一方、制御切り換えモジュール２４は、操舵角が中立範囲外であり、船舶６０が直進航行状態である場合に、協調制御モジュール２６による制御を行わせる。

ヒール角制御モジュール２５は、フラップ制御部２２Ａによってシリンダ６９，７０の制御を行わせることにより、左右のフラップ６７，６８の角度を変動させ、船舶６０のヒール角を解消する。
協調制御モジュール２６は、フラップ制御部２２Ａによってシリンダ６９，７０を駆動させることにより、操舵角が表す方向にヒール角が増大するように左右のフラップ６７，６８の角度を微少角度だけ変動させる。また、協調制御モジュール２６は、左右のフラップ６７，６８を微少角度だけ回動させた後、操舵角を微少角度だけ中立値に近づけるようにステアリング制御部２１を介して操舵機構７４を制御する。

前述の第２の実施形態の場合と同様に、協調制御モジュール２６は、操舵角を中立値に近づける制御を行わないようにしてもよい。このようにすれば、操舵機構７４が、操舵アクチュエータを備えたパワーステアリング機構でない場合でも、ステアリング操作によってヒール角を解消している状態から、フラップ６７，６８の角度制御によってヒール角を解消する状態へと移行させることができる。

以上、この発明の３つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、船舶が旋回中でないにもかかわらず操舵角が中立範囲外の値であるときに、ステアリング制御によってヒール角が解消されている状態であると判断している（図５のステップＳ４，Ｓ８）。このような判定処理は、操舵角が表す方向と船舶の旋回方向とが整合しているかどうかを判定する整合判定処理（整合判定手段）の一例であり、さらに別の処理によって、操舵角と船舶の旋回方向との整合／不整合を判定することとしてもよい。

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。

この発明の一実施形態に係る船舶の構成を説明するための概念図である。 前記船舶に備えられた船外機の構成を説明するための図解的な断面図である。 前記船舶を左舷側から見た図解的な側面図であり、船外機のトリム角を説明するための図である。 前記船舶の姿勢制御に関連する構成を説明するためのブロック図である。 制御切り換えモジュールの動作を説明するためのフローチャートである。 協調制御モジュールによる協調制御処理を説明するためのフローチャートである。 協調制御処理のイメージを説明するための図である。 この発明の第２の実施形態を説明するための図であり、協調制御モジュールによる別の処理の例が示されている。 この発明の第３の実施形態を説明するための図であり、図９(a)は、船外機（インボードモータ）の形式の推進機を備えた船舶の背面図であり、図９(b)はその側面図である。 図９の船舶におけるヒール角の制御に関連する電気的構成を説明するためのブロック図である。 ステアリング操作によるヒール角の解消を説明するための図解図である。

Claims (8)

1. 船舶に備えられる操舵機構の操舵角を取得する操舵角取得手段と、
   前記船舶の左右の揚力に差を生じさせる揚力差発生手段を、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角に応じて制御する制御手段と、
   船舶が旋回中かどうかを判定する旋回判定手段とを含み、
   前記制御手段は、前記旋回判定手段によって船舶が旋回中ではないと判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものである、航走制御装置。
2. 前記揚力差発生手段によって前記船舶の左右の揚力に差が生じさせられている場合に、そのことを報知する報知手段をさらに含む、請求項１記載の航走制御装置。
3. 前記操舵角取得手段によって取得される操舵角が中立値付近の所定の中立範囲内の値であるかどうかを判定する中立判定手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記中立判定手段によって操舵角が前記中立範囲外の値であると判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものである、請求項１または２記載の航走制御装置。
4. 前記制御手段は、前記中立判定手段によって操舵角が前記中立範囲内の値であると判定されているときに、前記船舶のヒール角を減少するように前記揚力差発生手段を制御するものである、請求項３記載の航走制御装置。
5. 前記操舵角取得手段によって取得される操舵角と船舶の旋回状態とが整合しているかどうかを判定する整合判定手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記整合判定手段によって操舵角と船舶の旋回状態とが不整合であると判定されていることを条件に、前記操舵角に対応する方向に前記船舶のヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御するものである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の航走制御装置。
6. 前記制御手段は、前記操舵角取得手段によって取得される操舵角に対応する方向にヒール角を増加させるように前記揚力差発生手段を制御した後に、前記操舵角を中立値に近づけるように前記操舵機構を制御するものである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の航走制御装置。
7. 船舶の操向のための操舵機構と、
   船舶左右の揚力に差を生じさせる揚力差発生手段と、
   請求項１〜６のいずれかに記載の航走制御装置とを含む、船舶。
8. 前記揚力差発生手段は、前記船舶に備えられた複数の船外機を含む、請求項７記載の船舶。