JP5809862B2 - 船舶操船装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶操船装置の技術に関する。

従来より、船体内部に左右一対のエンジンを配置し、船体外部に配置された左右一対のアウトドライブ装置へ動力を伝達する船内外機（インボートエンジン・アウトボートドライブ）を有する船舶が知られている。アウトドライブ装置は、スクリュープロペラを回転することによって船体を推進させる推進装置であり、船体の進行方向に対して回動することによって該船体を旋回させる舵装置でもある。

このようなアウトドライブ装置は、該アウトドライブ装置に設けられた操舵用油圧アクチュエータによって左右方向に回動される（例えば特許文献１参照。）。そして、アウトドライブ装置の回動角度、即ち、舵角度は、このアウトドライブ装置を構成するリンク機構に取り付けられた角度検出センサ等の検出結果に基づいて把握される。また、船舶は船舶の進行方向を設定する操作手段を有する。船舶は、操作手段で設定した方向に進行するように制御装置によって制御される。

特開平１−２８５４８６号公報

操作手段は、斜航成分決定部と回頭成分決定部とを有する。従来、斜航成分決定部と回頭成分決定部とを同時に操作したときに、優先度が設定されていなかったため、船体の動きが不自然となり、滑らかな操船が行えなかった。

本発明はかかる課題に鑑み、操作手段の斜航成分決定部と回頭成分決定部とを同時に操作したときに、滑らかな操作が可能となり、操作感を向上させることができる船舶操船装置を提供することを目的としている。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させるものである。

請求項２においては、左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、前記合成ベクトルの方向が、前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定するものである。

請求項３においては、左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、前記合成ベクトルの方向が、前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、合成ベクトルの方向と船体左右方向とで形成された劣角が減少するにつれてエンジンの回転数を減少させるものである。

請求項４においては、左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させるとともに、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１に記載の発明によれば、斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルとに基づき合成ベクトルを算出することにより、斜航成分推進力ベクトルのみに基づき左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算したあと、回頭成分推進力ベクトルのみに基づき左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算した場合と比較して、滑らかな操作が可能となり、操作感が向上する。
また、斜航成分推進力と回頭成分推進力を独立して制御できるため、それぞれの成分が干渉しあわず、回頭操作入力時に発生する回頭モーメントが、斜航操作入力に依存せずいつでも同じ特性となる。これにより、本制御を搭載した船舶では、回頭方向の補正の精度が向上する。
また、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させるので、合成ベクトルの方向がアウトドライブ装置の所定の角度範囲を越えていた場合であっても、アウトドライブ装置の操舵補正を行うことが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定するので、合成ベクトルの方向がアウトドライブ装置の所定の角度範囲を越えていた場合に、アウトドライブ装置の回動角度の頻繁な変更や正逆回転の頻繁な切換を防止することができる。

請求項３に記載の発明によれば、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、合成ベクトルの方向と船体左右方向とで形成された劣角が減少するにつれてエンジンの回転数を減少させるので、合成ベクトルの方向がアウトドライブ装置の所定の角度範囲を越えていた場合に、アウトドライブ装置の正逆回転の切換を滑らかに行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させるとともに、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定するので、合成ベクトルの方向がアウトドライブ装置の所定の角度範囲を越えていた場合であっても、アウトドライブ装置の操舵補正を行うことができるともに、アウトドライブ装置の回動角度の頻繁な変更や正逆回転の頻繁な切換を防止することができる

本発明の一実施形態に係る船舶を示す図。 本発明の一実施形態に係るアウトドライブ装置を示す左側面一部断面図。 本発明の一実施形態に係るアウトドライブ装置を示す右側面一部断面図。 操作装置を示す図。 制御装置を示すブロック図。 左右のアウトドライブ装置の推進力と方向の演算方法を示すフローチャート図。 （Ａ）アウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルを示す図（Ｂ）同じく回頭成分推進力ベクトルを示す図（Ｃ）同じく合成ベクトルを示す図。 アウトドライブ装置の回動角度を示す平面図。 アウトドライブ装置の合成ベクトルの角度と回動角度との関係を示すグラフ図。 アウトドライブ装置の回動角度を示す平面図。 アウトドライブ装置の回動角度とエンジン回転数の減少率との関係を示すグラフ図。

まず、本発明の一実施形態に係る船舶操船装置について説明する。船舶操船装置１は、図１、図２及び図３に示すように、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂと、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂのエンジン回転数Ｎ_A・Ｎ_Bをそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂと、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂを回転させることによって船体２を推進させる左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂと、エンジン３Ａ・３Ｂとスクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂとの間に配設される前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと、左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂをそれぞれ独立して左右方向に回動させる左右一対の操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂと、油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂ内の油圧を調整するための電磁弁１７Ａａ・１７Ｂａと、船舶の進行方向を設定する操作手段としてのジョイスティック２１、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂ、及び操作ハンドル２３、ジョイスティック２１の操作量を検出する操作量検出手段としての操作量検出センサ３９（図５参照）と、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂの操作量を検出する操作量検出手段としての操作量検出センサ４３Ａ・４３Ｂ（図５参照）と、操作ハンドル２３の操作量を検出する操作量検出手段としての操作量検出センサ４４（図５参照）と、ジョイスティック２１、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂ、及び操作ハンドル２３、で設定した方向に進行するように、回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂと前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂと、電磁弁１７Ａａ・１７Ｂａとを制御するための制御装置３１（図５参照）と、を備える。

エンジン３Ａ・３Ｂは、船体２後部に左右一対で配置されており、船外に配置されたアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂと接続されている。エンジン３Ａ・３Ｂは、回転動力を出力するための出力軸４１Ａ・４１Ｂを有する。回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂは、エンジン回転数を制御する手段であり、燃料噴射装置の燃料噴射量等を変更してエンジン３Ａ・３Ｂのエンジン回転数を制御可能としている。

アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂは、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂを回転させることによって船体２を推進させる推進装置であり、船体２後方外部に左右一対で設けられている。左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂはそれぞれ左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂと接続されている。また、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂは、船体２の進行方向に対して回動することによって船体２を旋回させる舵装置でもある。アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂは、主に入力軸１１Ａ・１１Ｂと、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと、駆動軸１３Ａ・１３Ｂと、最終出力軸１４Ａ・１４Ｂと、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂと、から構成される。

入力軸１１Ａ・１１Ｂは、回転動力の伝達を行うものである。詳細には、入力軸１１Ａ・１１Ｂは、エンジン３Ａ・３Ｂの出力軸４１Ａ・４１Ｂからユニバーサルジョイント５Ａ・５Ｂを介して伝達されたエンジン３Ａ・３Ｂの回転動力を前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂに伝達する回転軸である。入力軸１１Ａ・１１Ｂの一端部は、エンジン３Ａ・３Ｂの出力軸４１Ａ・４１Ｂに取り付けられたユニバーサルジョイント５Ａ・５Ｂと連結され、その他端部は、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと連結される。

前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂは、エンジン３Ａ・３Ｂとスクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂとの間に配置されており、回転動力の回転方向を切り換えるものである。詳細には、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂは、入力軸１１Ａ・１１Ｂ等を介して伝達されたエンジン３Ａ・３Ｂの回転動力を正回転方向又は逆回転方向に切換可能とする回転方向切換装置である。前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂは、ディスクプレートを備えたインナードラムと連結された正回転用ベベルギア、ならびに、逆回転用ベベルギアを有し、入力軸１１Ａ・１１Ｂに連結されたアウタードラムのプレッシャープレートをいずれのディスクプレートに押し付けるかによって回転方向の切り換えが行なわれる。

駆動軸１３Ａ・１３Ｂは、回転動力の伝達を行なうものである。詳細には、駆動軸１３Ａ・１３Ｂは、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂ等を介して伝達されたエンジン３Ａ・３Ｂの回転動力を最終出力軸１４Ａ・１４Ｂに伝達する回転軸である。駆動軸１３Ａ・１３Ｂの一端部に設けられたベベルギアは、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂに設けられた正回転用ベベルギア、ならびに、逆回転用ベベルギアと歯合され、その他端部に設けられたベベルギアは、最終出力軸１４Ａ・１４Ｂのベベルギアと歯合される。

最終出力軸１４Ａ・１４Ｂは、回転動力の伝達を行うものである。詳細には、最終出力軸１４Ａ・１４Ｂは、駆動軸１３Ａ・１３Ｂ等を介して伝達されたエンジン３Ａ・３Ｂの回転動力をスクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂに伝達する回転軸である。最終出力軸１４Ａ・１４Ｂの一端部に設けられたベベルギアは、上述したように駆動軸１３Ａ・１３Ｂのベベルギアと歯合され、その他端部には、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂが取り付けられている。

スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂは、回転することによって推進力を発生させるものである。詳細には、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂは、最終出力軸１４Ａ・１４Ｂ等を介して伝達されたエンジン３Ａ・３Ｂの回転動力によって駆動され、回転軸周りに配置された複数枚のブレードが周囲の水をかくことによって推進力を発生させる。

操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂは、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの操舵アーム１８Ａ・１８Ｂを駆動してアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂを回動させる油圧装置である。操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂには、油圧を調整するための電磁弁１７Ａａ・１７Ｂａが設けられており、電磁弁１７Ａａ・１７Ｂａは、制御装置３１に接続されている。操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂは、いわゆる片ロッド型の油圧アクチュエータとされるが、両ロッド型であっても良い。

操作手段としてのジョイスティック２１は、船舶の進行方向を決定する装置であり、船体２の操縦席付近に設けられている。ジョイスティック２１の平面操作面が斜航成分決定部２１ａであり、ねじり操作面が回頭成分決定部２１ｂである。ジョイスティック２１は、図４に示すＸ−Ｙ平面と平行な操作面内を自在に動けるものとし、操作面内の中心を中立原点とする。操作面内の前後左右方向は、進行方向と対応し、ジョイスティック２１の傾斜量が目標船速と対応する。ジョイスティック２１の傾斜量が増加するにつれて、目標船速は増加する。また、ジョイスティック２１はねじり操作面が設けられており、平面操作面から略垂直に延びるＺ軸を旋回軸としてねじることにより、回頭速度を変更させることができる。ジョイスティック２１のねじり量が目標回頭速度と対応する。また、ジョイスティック２１の一定ねじり角位置において左右の最大目標回頭速度を設定する。

操作手段としてのアクセルレバー２２Ａ・２２Ｂは、船舶の目標船速を決定する装置であり、船体２の操縦席付近に設けられている。アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂは、左右のエンジン３Ａ・３Ｂにそれぞれ対応するように二つ設けられており、一方のアクセルレバー２２Ａが操作されることにより、エンジン３Ａの回転数が変更されるとともに、他方のアクセルレバー２２Ｂが操作されることにより、エンジン３Ｂの回転数が変更される。

操作手段としての操作ハンドル２３は、船舶の進行方向を決定する装置であり、船体２の操縦席付近に設けられている。操作ハンドル２３の回動量が増加するにつれて進行方向が大きく変化する。

補正制御開始スイッチ４２（図５参照）は、船体２の回頭動作の補正制御を開始するスイッチである。補正制御開始スイッチ４２は、ジョイスティック２１の近傍に設けられており、制御装置３１と接続されている。

次に、各種検出手段について、図５を用いて説明する。回転数検出手段としての回転数検出センサ３５Ａ・３５Ｂは、エンジン３Ａ・３Ｂのエンジン回転数Ｎ_A・Ｎ_Bを検出するための手段であり、エンジン３Ａ・３Ｂに設けられている。迎角検出手段としての迎角センサ３６は、船体２の迎角αを検出するための手段である。迎角とは、水中の船体が、流れに対してどれだけ傾いているかという角度を表すものである。船速検出手段としての船速センサ３７は、船速Ｖを検出するための手段であり、例えば、電磁ログやドップラーソナー、ＧＰＳなどである。左右回動角度検出手段としての左右回動角度検出センサ３８Ａ・３８Ｂは、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの左右の回動角度θ_A、θ_Bを検出するための手段である。左右回動角度検出センサ３８Ａ・３８Ｂは、操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂ近傍に設けられており、操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂの駆動量に基づいて、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの左右の回動角度θ_A、θ_Bを検出する。操作量検出手段としての操作量検出センサ３９は、ジョイスティック２１の平面操作面での操作量及びねじり操作面での操作量を検出するセンサである。操作量検出センサ３９は、ジョイスティック２１の傾倒角度及び傾倒方向を検出する。また、操作量検出センサ３９は、ジョイスティック２１の旋回軸を中心としたねじり量を検出する。操作量検出手段としての操作量検出センサ４３Ａ・４３Ｂは、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂの操作量を検出するセンサである。操作量検出センサ４３Ａ・４３Ｂは、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂの傾倒角度を検出する。操作量検出手段としての操作量検出センサ４４は、操作ハンドル２３の操作量を検出するセンサである。操作量検出センサ４４は、操作ハンドル２３の回転量を検出する。アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの回転数検出手段としてのアウトドライブ装置用回転数検出センサ４０Ａ・４０Ｂは、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂのスクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂの回転数を検出するセンサであり、最終出力軸１４Ａ・１４Ｂ中途部に設けられている。アウトドライブ装置用回転数検出センサ４０Ａ・４０Ｂはアウトドライブ装置回転数ＮＤ_A、ＮＤ_Bを検出する。

制御装置３１は、ジョイスティック２１で設定した方向に船舶が進行するように回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂと前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂとを制御するための装置である。制御装置３１は、回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂ、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂ、操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂ、電磁弁１７Ａａ・１７Ｂａ、ジョイスティック２１、アクセルレバー２２Ａ・２２Ｂ、操作ハンドル２３、回転数検出センサ３５Ａ・３５Ｂ、迎角センサ３６、船速センサ３７、左右回動角度検出センサ３８Ａ・３８Ｂ、操作量検出センサ３９、操作量検出センサ４３Ａ・４３Ｂ、操作量検出センサ４４及びアウトドライブ装置用回転数検出センサ４０Ａ・４０Ｂとそれぞれ接続される。制御装置３１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）からなる演算手段３２や、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等の記憶手段３３から構成されている。

次に、制御装置３１による、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの推進力と方向とを演算する方法について図６を用いて説明する。まず、ジョイスティック２１の操作量を検出し（ステップＳ１０）、ジョイスティック２１の操作量から左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航のための斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotとをそれぞれ演算する（ステップＳ２０）。ジョイスティック２１の操作量は、ジョイスティック２１の傾倒角度、傾倒方向及びねじり量であり、それぞれ操作量検出センサ３９によって検出される。そして、これらの操作量に基づき、制御装置３１は、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航のための斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotとをそれぞれ演算する。図７（Ａ）に示すように、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransが算出される。また、図７（Ｂ）に示すように、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotが算出される。

次に、左右のそれぞれのアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotを合成し、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの推進力と方向とをそれぞれ演算する（ステップＳ３０）。
図７（Ｃ）に示すように、ステップＳ２０で算出した、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btrans、回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotを合成したベクトルＴ_A・Ｔ_Bをそれぞれ算出する。

次に、前記合成したベクトルＴ_A・Ｔ_Bのノルムに基づいて、制御装置３１は、左右のエンジン３Ａ・３Ｂの回転数Ｎをそれぞれ算出し（ステップＳ４０）、前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂを切り換えて、左右のエンジン３Ａ・３Ｂを駆動し、合成したベクトルＴ_A・Ｔ_Bの方向に基づいて左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの左右の回動角度θ_A・θ_Bをそれぞれ算出し（ステップＳ５０）、操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂを駆動する。

次にステップＳ５０の回動角度θ_A・θ_B算出における、左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの左右の回動角度の制限処理について説明する。左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂのそれぞれについて同様の処理をするので、ここでは、一つのアウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度の制限処理について説明する。

前記フローチャートのステップＳ５０において合成ベクトルＴ_Aの角度（方向）βが、アウトドライブ装置１０Ａの所定の角度範囲を越えた範囲にある場合に、アウトドライブ装置１０Ａが所定の限界角度モードとなるように制御する。ここで、所定の角度範囲とは、図８の斜線で示された範囲であって、アウトドライブ装置１０Ａを回動できる角度範囲である。つまり、操舵用油圧アクチュエータ１７Ａは、油圧シリンダで構成しているため、回動できる範囲に限界があるため設けられる。この所定角度範囲をθ₁、限界角度をαとすると、後方を０°とした場合に、−α＜θ₁≦αである。また、エンジン３Ａの回転は前後進切換クラッチ１６Ａにより正逆切換が可能となるので前方、言い換えれば１８０°（−１８０°）を中心として左右の角度−１８０°＜θ₁≦−１８０°−（−α）、１８０°−α＜θ₁≦１８０°となる。例えばαが３０°であった場合には、−１８０°＜θ₁≦−１５０、−３０°＜θ₁≦３０°、１５０°＜θ₁≦１８０°が所定の角度範囲となる。

次に、限界角度モードについて説明する。限界角度モードにおいては、ジョイスティック２１の操作に対してなめらかに動作するように、推力を減少して駆動する。つまり、エンジン回転数Ｎ_Aを設定回転数Ｎ_setに減少する。また、限界角度モードにおいては、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aを所定の限界角度の状態で固定する。具体的には、制御装置３１によって決定された合成ベクトルＴ_Aの角度（方向）βによって、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_Aが決定される。図９に示すように、合成ベクトルＴ_Aの角度βをＸ軸にとり、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_AをＹ軸に取った場合、合成ベクトルＴ_Aの角度βが−１８０°−（−α）＜β≦―９０°の範囲にあれば、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_Aは−１８０°−（−α）となる。また、合成ベクトルＴ_Aの角度βが−９０°＜β≦−αの範囲にあれば、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_Aは（−α）となる。また、合成ベクトルＴ_Aの角度βがα＜β≦９０°の範囲にあれば、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_Aはαとなる。また、合成ベクトルＴ_Aの角度βが９０°＜β≦１８０°−αの範囲にあれば、アウトドライブ装置１０Ａの左右の回動角度θ_Aは１８０°−αとなる。

また、図９に示すように、限界角度モードにおいては、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aが頻繁に変化するのを防止するための遊び幅（ヒステリシス）が設定されている。合成ベクトルＴ_Aの角度βが−１８０°−（−α）＜β≦―９０°の範囲にあった際には、合成ベクトルＴ_Aの角度βが−９０°＋γより大きくなったときに、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aは（−α）となる。また、合成ベクトルＴ_Aの角度βが−９０°＜β≦−αの範囲にあった際に、合成ベクトルＴ_Aの角度βが−９０°−γ以下となったときに、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aは−１８０°−（−α）となる。合成ベクトルＴ_Aの角度βがα＜β≦９０°の範囲にあった際には、合成ベクトルＴ_Aの角度βが９０°＋γより大きくなったときに、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aは１８０°−αとなる。また、合成ベクトルＴ_Aの方向βが９０°＜β≦１８０°−αの範囲にあった際に、合成ベクトルＴ_Aの方向が９０°−γ以下となったときに、アウトドライブ装置１０Ａの回動角度θ_Aはαとなる。

また、限界角度モードにおいて、合成ベクトルＴ_Aの方向と船体２の左右方向とで形成された劣角が減少するにつれてエンジン３Ａのエンジン回転数Ｎ_Aを減少させる構成とすることもできる。合成ベクトルＴ_Aの方向と船体左右方向（９０°及び−９０°）とで形成された角度が減少するにつれて、すなわち、合成ベクトルＴ_Aの角度βが９０°若しくは−９０°に近づくにつれてエンジン３Ａのエンジン回転数Ｎ_Aを減少させるものである。

図１０及び図１１に示すように、限界角度モードにおいて、エンジン３Ａの回転減少率を上昇させることにより、エンジン回転数Ｎ_Aを減少させる。図１０において、斜線で示された領域が、エンジン回転数Ｎ_Aを徐々に減少させる回転数減少領域であり、色付きで示された領域が、エンジン回転数Ｎ_Aの減少率が１００％となる領域である減少率１００％領域である。具体的には、図１１に示すように、−１８０°−（−α）より大きくΦ₁以下であれば、合成ベクトルＴ_Aの角度βが増加するにつれて減少率が上昇し、Φ₁において減少率は１００％、すなわち、エンジン回転数Ｎ_Aがローアイドル回転数となる。合成ベクトルＴ_Aの角度βがΦ₁より大きくΦ₂以下であれば、減少率は１００％のまま維持される。また、合成ベクトルＴ_Aの角度βがΦ₂より大きく−α以下であれば、角度βが増加するにつれて減少率は低下し、−αにおいて減少率は０％、すなわち、エンジン回転数Ｎ_AはステップＳ４０で算出されたエンジン回転数となる。ここで、Φ₁とΦ₂とは、−９０°を挟んで線対称にある角度であり、例えば、Φ₁が−１００°であればΦ₂は−８０°である。

また、合成ベクトルＴ_Aの角度βがαよりも大きくΦ₃以下であれば、角度βが増加するにつれて減少率が上昇し、Φ₃において減少率は１００％、すなわち、エンジン回転数Ｎ_Aがローアイドル回転数となる。合成ベクトルＴ_Aの角度βがΦ₃より大きくΦ₄以下であれば、減少率は１００％のまま維持される。合成ベクトルＴ_Aの角度βがΦ₄よりも大きく１８０°−α以下であれば、角度βが増加するにつれて減少率は低下し、１８０°−αにおいて減少率は０％、すなわち、ステップＳ４０で算出されたエンジン回転数となる。ここで、Φ₃とΦ₄とは、９０°を挟んで線対称にある角度であり、例えば、Φ₃が８０°であればΦ₄は１００°である。また、Φ₁、Φ₂、Φ₃、Φ₄は適宜数値を変更することも可能である。但し、−１８０°−（−α）≦Φ₁＜−９０°、−９０°≦Φ₂＜−α、α≦Φ₃＜９０°、９０°≦Φ₄＜１８０°−αを満たすことが必要である。

以上のように、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂと、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂのエンジン回転数Ｎをそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂと、左右一対のエンジン３Ａ・３Ｂにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂを回転させることによって船体２を推進させる左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂと、エンジン３Ａ・３Ｂとスクリュープロペラ１５Ａ・１５Ｂとの間に配設される前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと、左右一対のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂをそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂと、船舶の進行方向を設定するジョイスティック２１と、ジョイスティック２１の操作量を検出する操作量検出センサ３９と、ジョイスティック２１で設定した方向に進行するように、回転数変更アクチュエータ４Ａ・４Ｂと前後進切換クラッチ１６Ａ・１６Ｂと操舵用油圧アクチュエータ１７Ａ・１７Ｂを制御するための制御装置３１と、を備える船舶操船装置１において、制御装置３１は、操作装置２１による操作量から、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航のための斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotとをそれぞれ演算するとともに、左右のそれぞれのアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotを合成して合成ベクトルＴ_A・Ｔ_Bを算出し、左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの推進力と方向とを演算するものである。このように構成することにより、斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransと回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotとに基づき合成ベクトルＴ_A・Ｔ_Bを算出することにより、斜航成分推進力ベクトルＴ_Atrans・Ｔ_Btransのみに基づき左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの推進力と方向とを演算したあと、回頭成分推進力ベクトルＴ_Arot・Ｔ_Brotのみに基づき左右のアウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの推進力と方向とを演算した場合と比較して、最終的な推進力と方向とを演算することができるので、優先度を設定せずとも滑らかな操作が可能となり、操作感が向上する。

また、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度βが、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂの所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、アウトドライブ装置１０Ａ・１０Ｂが所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数Ｎ_A（Ｎ_B）を設定回転数Ｎ_setに減少するものである。このように構成することにより、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度βがアウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の所定の角度範囲を越えていた場合であっても、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の操舵補正を行うことが可能となる。

また、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度βが、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の回動角度θ_A（θ_B）を所定の限界角度の状態で固定するものである。このように構成することにより、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度がアウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の所定の角度範囲を越えていた場合に、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の回動角度の頻繁な変更や正逆回転の頻繁な切換を防止することができる。

また、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度βが、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の方向βと船体左右方向とで形成された劣角が減少するにつれてエンジン３Ａ（３Ｂ）のエンジン回転数Ｎ_A（Ｎ_B）を減少させるものである。このように構成することにより、合成ベクトルＴ_A（Ｔ_B）の角度がアウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の所定の角度範囲を越えていた場合に、アウトドライブ装置１０Ａ（１０Ｂ）の正逆回転の切換を滑らかに行うことができる。

１ 船舶操船装置
２ 船体
３Ａ・３Ｂ エンジン
４Ａ・４Ｂ 回転数変更アクチュエータ
１０Ａ・１０Ｂ アウトドライブ装置
１５Ａ・１５Ｂ スクリュープロペラ
１６Ａ・１６Ｂ 前後進切換クラッチ
１７Ａ・１７Ｂ 操舵用油圧アクチュエータ
２１ ジョイスティック（操作手段）
３１ 制御装置
３９ 操作量検出センサ（操作量検出手段）
Ｔ_Atrans・Ｔ_Btrans 斜航成分推進力ベクトル
Ｔ_Arot・Ｔ_Brot 回頭成分推進力ベクトル
Ｔ_A・Ｔ_B 合成ベクトル
β 合成ベクトルの角度
θ_A・θ_B アウトドライブ装置の回動角度

Claims (4)

1. 左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、
   前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、
   前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させる
   ことを特徴とする船舶操船装置。
2. 左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、
   前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、
   前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定する
   ことを特徴とする船舶操船装置。
3. 左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、
   前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、
   前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、合成ベクトルの方向と船体左右方向とで形成された劣角が減少するにつれてエンジンの回転数を減少させる
   ことを特徴とする船舶操船装置。
4. 左右一対のエンジンと、前記左右一対のエンジンの回転数をそれぞれ独立して変更する回転数変更アクチュエータと、前記左右一対のエンジンにそれぞれ接続されて、スクリュープロペラを回転させることによって船体を推進させる左右一対のアウトドライブ装置と、前記エンジンとスクリュープロペラとの間に配設される前後進切換クラッチと、前記左右一対のアウトドライブ装置をそれぞれ独立して左右方向に所定角度範囲内で回動させる左右一対の操舵用アクチュエータと、船舶の進行方向を設定する操作手段と、前記操作手段の操作量を検出する操作量検出手段と、前記操作手段で設定した方向に進行するように、前記回転数変更アクチュエータと前後進切換クラッチと操舵用アクチュエータを制御するための制御装置と、を備える船舶操船装置において、
   前記制御装置は、前記操作手段による操作量から、左右のアウトドライブ装置の斜航のための斜航成分推進力ベクトルと、回頭のための回頭成分推進力ベクトルとをそれぞれ演算するとともに、前記左右のそれぞれのアウトドライブ装置の斜航成分推進力ベクトルと回頭成分推進力ベクトルを合成して合成ベクトルを算出し、左右のアウトドライブ装置の推進力と方向とを演算し、
   前記合成ベクトルの方向が前記アウトドライブ装置の前記所定の角度範囲を越えた範囲にある場合には、前記アウトドライブ装置が所定の限界角度モードとなるように制御し、エンジン回転数を設定回転数に減少させるとともに、前記アウトドライブ装置の回動角度を所定の限界角度の状態で固定する
   ことを特徴とする船舶操船装置。

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