JP6796665B2 - 船舶の推進を制御するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本出願は、船舶に関し、特に船舶を操縦するための推進制御システムに関する。

以下の米国特許および出願が、背景情報を提供し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第４，８７２，８５７号が、別々に操作可能なトリムシステムおよび垂直リフトシステムによって位置を独立して変化させることができる船舶駆動ユニットの動作を最適化するためのシステムを開示している。このシステムは、トリム位置センサおよびリフト位置センサを備え、それらの出力信号が制御システムによって記憶され、したがって、以前に確立された駆動ユニット動作モードにおけるトリム位置およびリフト位置を、後にその特定の位置に駆動ユニットを自動的に戻すために使用することができる。自動的な位置の変更が、流し釣り、加速、または巡航などのいくつかの動作モードのうちの１つを手動で選択することによって達成される。予め設定された最も上方の牽引位置への自動的な移動も、提供することができる。このシステムは、感知される船の速度（ＭＰＨ）またはエンジン速度（ＲＰＭ）に基づき、予め設定された動作位置のうちの或る動作位置への復帰を、そのような復帰が非現実的であり、あるいは危険となり得ると考えられる場合に、不可能にする適切な制御を含む。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第６，２３４，８５３号が、船舶の操縦者からの操縦指令に応えるためにジョイスティックまたは押しボタン装置から指令信号を受信するエンジン制御ユニットの制御下で船舶の船舶推進ユニットを利用するドッキングシステムを開示している。ドッキングシステムは、通常の条件下で船舶を動作させるために標準的に使用される推進装置以外の追加の推進装置を必要としない。ドッキングシステムまたは操縦システムは、操縦者の指令信号に応えるために２つの船舶推進ユニットを使用し、操縦者が時計回りまたは反時計回りの回転指令との組み合わせにおいて前進または後退指令を互いに組み合わせ、あるいは単独で選択することを可能にする。

本明細書に組み込まれる米国特許第６，３２２，４０４号が、ホール効果回転位置センサが、船舶推進システムの枢動部材に取り付けられ、回転位置センサの回転可能部分が、船舶推進システムの駆動構造に取り付けられることを開示している。ジンバルリングなどの枢動部材と、船舶推進システムの船外駆動部などの駆動構造との間の相対運動が、回転位置センサの回転部分と静止部分との間の相対運動を引き起こす。その結果として、駆動構造と枢動部材との間の角度位置を表す信号をもたらすことができる。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，２６７，０６８号が、ジョイスティックなどの手動操作式の制御装置から受信される指令に応答して第１および第２の船舶推進装置をそれぞれの操舵軸を中心にして独立して回転させることによって操縦される船舶を開示している。船舶推進装置は、それらの推力ベクトルが船舶の中心線上の点で交差し、回転運動が指令されていないときには船舶の重心で交差するように向けられる。船舶推進装置を駆動するために、内燃機関が設けられている。２つの船舶推進装置の操舵軸は、一般に、垂直であり、互いに平行である。２つの操舵軸は、船舶の船体の底面を通って延びる。

本明細書に組み込まれる米国特許第７，４１６，４５６号が、水面において稼働する船舶において、船舶推進装置のトリム角度を水に対する船舶の速度の関数として変更する自動トリム制御システムを開示している。トリム角度の変更は、最小速度しきい値および最大速度しきい値として機能する第１および第２の速度の間で行われる。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，４６７，５９５号が、１対の船舶推進装置の一方を回転させるとともに、２つの船舶推進装置の推力の大きさを制御する船舶の移動の制御方法を開示している。船舶の操縦者が取り舵−面舵、前進−後退、および回転方向の指令を選択できるようにジョイスティックが設けられ、コントローラがこれらの指令を解釈し、１対の船舶推進装置の少なくとも一方の操舵軸に対する角度位置を変更する。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，６２２，７７７号が、船舶を操縦するためのシステムであって、船舶推進装置の逆推力を要求するための入力装置と、入力装置からの逆推力の要求に基づいて、船舶推進装置が船舶の船体に妨げられることがない逆推力をもたらすトリム位置に、船舶推進装置の移動を制御する制御回路とを備えるシステムを開示している。随意により、入力装置は、ジョイスティックを備えることができる。

その全体がここでの参照により本明細書に組み込まれる米国特許第９，４３４，４６０号が、船舶の操縦のためのシステムであって、長手軸に対する船舶の横移動を要求するための入力装置と、左舷推進装置、右舷推進装置、および左舷推進装置と右舷推進装置との間に配置された中間推進装置を少なくとも含む複数の推進装置とを含むシステムを開示している。制御回路が、船舶上の共通の点へと内側に左舷および右舷推進装置の向きを制御し、入力装置からの横移動の要求に応じて、左舷および右舷推進装置の一方を前進ギアで動作させ、左舷および右舷推進装置の他方を後退ギアで動作させ、中間推進装置を後退ギアで動作させる。

米国特許第４，８７２，８５７号明細書 米国特許第６，２３４，８５３号明細書 米国特許第６，３２２，４０４号明細書 米国特許第７，２６７，０６８号明細書 米国特許第７，４１６，４５６号明細書 米国特許第７，４６７，５９５号明細書 米国特許第８，６２２，７７７号明細書 米国特許第９，４３４，４６０号明細書

この概要は、「発明を実施するための形態」においてさらに後述される概念の選択を紹介するために提示される。この概要は、特許請求の範囲に記載される主題について、重要な特徴または必須の特徴を特定しようとするものではなく、特許請求の範囲に記載される主題の範囲を限定する助けとして使用されるようには意図されていない。

船舶の推進装置による逆推力を制御する方法が、推進装置が逆推力をもたらす状況にあると判断すること、および推進装置の初期トリム位置を割り出すことを含む。次いで、推進装置のエンジンＲＰＭまたはエンジントルクが、逆推力をもたらすように制御され、推進装置のトリム位置が監視される。増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクにおいて初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加が検出された場合に、逆推力限界が、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクに基づいて計算される。その後に、推進装置のエンジンＲＰＭは、推進装置が逆推力をもたらしているときに逆推力限界を超えないように制御される。

船舶の推進を制御するためのシステムの一実施形態は、推進器の回転を生じさせるエンジンと、エンジンと推進器との間に配置されたギアシステムとを有する推進装置を備える。ギアシステムは、推進器に順回転を伝達して前方への推力をもたらす前進位置、および推進器に逆回転を伝達して逆推力をもたらす逆転位置に移動することができる。このシステムは、推進装置のトリム位置を感知するトリムセンサと、トレールアウトを検出し、それに応じて逆推力限界を計算するように構成された制御回路とをさらに含む。具体的には、制御回路は、ギアシステムが逆転位置にあると判断し、推進装置の初期トリム位置を割り出すように構成される。制御回路は、操縦者からの入力に基づいてエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを制御して逆推力を発生させる。トリムセンサからの入力に基づいて制御回路が増加後のＲＰＭまたは増加後のエンジントルクにおいてトリム位置のしきい値増加を検出した場合、トリム位置のしきい値増加が検出されたときの増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクに基づいて、逆推力限界が計算される。次いで、制御回路は、ギアシステムが逆転位置にあるときに逆推力限界を超えないように推進装置を制御する。

別の実施形態においては、船舶の推進を制御するためのシステムが、船舶の中心線の左舷側および右舷側に１つずつ配置された第１および第２の推進装置を備え、第１および第２の推進装置は、中心線に対して対称に離れて位置する。このシステムは、第１および第２の推進装置の間に位置する第３の推進装置をさらに備える。第１、第２、および第３のトリムアクチュエータが、第１、第２、および第３の推進装置にそれぞれ組み合わせられる。同様に、第１、第２、および第３のトリムセンサが、それぞれ第１、第２、および第３の推進装置のトリム位置を感知する。このシステムは、第１および第２の推進装置を外側推進装置と定め、第３の推進装置を中間推進装置と定める制御回路をさらに備える。ユーザ入力装置が、制御回路と信号をやり取りし、第１、第２、および第３の推進装置による推進の大きさおよび方向を制御するためにユーザによって操作可能である。制御回路は、前記第１、第２、または第３の推進装置のうちの少なくとも１つが逆推力をもたらすために逆転の状態にあると判断し、逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の初期トリム位置を割り出すように構成される。制御回路は、逆推力をもたらすために逆転の状態にある推進装置のエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを制御する。その間に、制御回路は、トリムシステムによって測定されるトリム位置を監視し、初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加を検出する。増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクにおいてトリム位置のしきい値増加が検出されると、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクに基づいて、逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置にいて逆推力限界が計算される。次いで、第１、第２、および第３の推進装置は、ユーザ入力装置における入力および逆推力限界に基づいて、逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置が逆推力限界を超えないように制御される。

本発明の種々の他の特徴、目的、および利点が、以下の説明を図面と併せて検討することで、明らかになるであろう。

本開示を、以下の図を参照して説明する。

整列した位置にある複数の船舶推進装置を有している船舶の概略図である。 複数の船舶推進装置を有する船舶の概略図であり、左舷推進装置および右舷推進装置が共通の点に向かって内側に向けられている。 船舶の船尾の横材に取り付けられた４つの推進装置を備える典型的な推進システムの後面図である。 ジョイスティックの形態の入力装置の側面図である。 図４に示すジョイスティックの上面図である。 最大下げトリム（ｆｕｌｌｙ ｔｒｉｍｍｅｄ ｄｏｗｎ）である第１のトリム位置にある少なくとも１つの船舶推進装置を有する船舶の側面図である。 最大下げトリムではない第２のトリム位置にある少なくとも１つの推進装置を有する船舶の側面図である。 上げトリム（ｔｒｉｍｍｅｄ ｕｐ）である第３のトリム位置にある少なくとも１つの推進装置を有する船舶の側面図である。 船舶の推進を制御するための典型的な制御システムの概略図である。 推進装置による逆推力の制御方法の一実施形態を示すフロー図である。 船舶上の複数の推進装置による逆推力を制御する方法の一例を示すフロー図である。

本開示は、船舶を操縦するためのシステムの研究および開発に由来する。本発明の発明者らは、船外機または船尾駆動装置などの船舶の船尾に配置された３つ以上のトリム可能な推進装置を有するシステム、とりわけ３つ以上の推進装置を有するシステムにおいて、横移動などの特定の方向への移動の要求へのシステムの応答が、多くの場合に、左舷推進装置または右舷推進装置の一方の逆推力の能力の限界によって制約されることを発見した。より具体的には、例えばジョイスティックを介して入力される船舶の横移動の要求に応じて、左舷推進装置および右舷推進装置の両方が、典型的には、船舶の重心または回転中心に向かって内側に向けられる。要求された横移動の方向に応じて、左舷装置および右舷装置の一方が逆転ギアで動作し、他方が前進ギアで動作する。

本発明の発明者らは、実験および研究を通して、いくつかの要因が推進装置の逆推力の能力を制限しており、その結果として、特定のジョイスティック操作の際に、前進動作の装置によってもたらすことができる推力の量が制限されることに気が付いた。すなわち、システムは、前進動作の装置の最大推進能力を利用することができず、依然として操縦者によって指示された方向に船舶を動かすように推力ベクトルを等しくすることができない。これは、特に、要求された横方向の推力ベクトルを達成し、したがって長手方向の推力ベクトル（すなわち、前方への推力ベクトルおよび後方への推力ベクトル）を相殺するように、横方向の移動を実行する場合に当てはまる。本発明の発明者らによって認識された主な制限要因は、大部分のトリムシステムが、逆推力によって引き起こされる荷重が特定の荷重でない限り、設定されたトリム位置を維持できない点にある。したがって、特定の逆推力において、逆推力の力が船舶のトリム位置を維持しようとするトリムシステムの能力を打ち負かすがゆえに、推進装置のトリムが変化し始める。

現時点において入手可能なシステムにおいて、トレールアウトは、すべての推進装置の最大逆推力をトレールアウトが生じ得る推力限界を充分に下回る値に盲目的に抑えることによって回避されている。これは、船舶の横移動など、長手方向の推力のすべてまたは大部分が打ち消される特定の操縦の際に、推進システムの最大出力を不必要に制限する。本発明の発明者らは、この人為的に低い出力限界が、推進装置の能力の非効率的な使用であることを理解した。実験を通して、これらの制限を有するシステムは、多くの場合に、とりわけ比較的大量の風および／または波が船舶に横方向に作用しており、船舶の位置を保つことが所望される状況や、例えば大きな横方向の加速度が求められるときに、横移動の要求に対して最大の可能な応答をもたらすことができないことが明らかになった。

本発明の発明者らは、船舶上の複数の装置を備える推進システムのすべての推進装置が、必ずしも同じ逆推力限界を有するわけではないことに気が付いた。個々のトリムシステムが扱うことができる逆推力の量は、おおむね、トリムシステムにおける回転の点とプロペラなどの推力をもたらす推進器との間のモーメントアームの積である。複数の推進装置を有する推進システムにおいて、外側推進装置は典型的にはより短く、内側推進装置は典型的にはより長く、１つ以上の内側推進装置のトリムシステムは、モーメントアームがより短い外側推進装置と比べて、プロペラにおけるより低い推力限界で打ち負かされる。

図３が、船舶１２に搭載された４つの船外船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃ₁、１６ｃ₂の典型的な構成を例示している。図示のように、左舷外側推進装置１６ａおよび右舷外側推進装置１６ｂは、中間または内側推進装置１６ｃ₁および１６ｃ₂よりも短い。同様に、外側推進装置１６ａおよび１６ｂは、推進器と取り付け部における回転点との間のモーメントアームＭ₁が、中間推進装置１６ｃ₁および１６ｃ₂のモーメントアームＭ₂よりも短い。外側推進装置１６ａおよび１６ｂは、より短いモーメントアームＭ₁ゆえに、中間推進装置と比較したとき、トリムシステムを打ち負かし、トリム位置の増大を引き起こす前に、より高いエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを達成し、より大きな逆推力をもたらすことができる。

したがって、逆転時の推進装置のエンジンＲＰＭまたはエンジントルクの限界と言い換えることもできるトレールアウトを回避するための推力限界は、外側推進装置１６ａおよび１６ｂにおいて、中間推進装置１６ｃにおける限界よりも高い。これは、さらに詳しくは後述されるように、内側推進装置よりも外側推進装置からより大きな推力（したがって、より高いエンジンＲＰＭおよびエンジントルク）を必要とする特定の推進の動作において、重要となり得る。

さらに、本発明の発明者らは、推進装置の長さに加えて、他の要因も、トリムシステムがトレールアウトの発生までに許容する逆推力の量に影響を及ぼす可能性があり、その例として、プロペラの構成、トリム位置、ならびに各々の推進装置に接続された個々のトリムシステムの構成および／または状態、などが挙げられることにも気が付いた。したがって、本発明の発明者らは、逆転にて動作しているすべての推進装置に関する包括的なＲＰＭの制限は不適切であり、推進システム１０の動作を、個々の船舶の構成における個々の推進装置についてトレールアウトが生じる実際の逆転のＲＰＭ値またはエンジントルク値を明らかにし、それに応じて逆推力限界を設定することによって、改善できることに気が付いた。

「トレールアウト」と称されることもあるトリムシステムが逆推力に打ち負かされることによるトリム位置の増大を、例えば、それぞれのトリム制御モジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃによって指令されたものではないトリム位置のしきい値に達する増大など、トリム位置の望ましくない変化を検出するために、トリムセンサ３４ａ、３４ｂ、３４ｃによって測定されるトリム位置を監視することによって検出することができる。したがって、本発明の発明者らは、そのようなトリムの測定値を使用して、テールアウトを検出し、各々の推進装置を逆転にて動作させるためのＲＰＭの限界またはエンジントルクの限界などの個々の限界（すなわち、「逆推力限界」）を設定することができ、逆推力限界を、各々の特定の推進装置および対応するトリムシステムについてトレールアウトを回避するように決定できることに気が付いた。すなわち、３つ以上の推進装置を有するシステムにおいて、逆推力限界は、外側推進装置について内側推進装置よりも高くなる。当業者であれば本開示に照らして理解できるとおり、逆推力限界は、推進装置の推力の出力を制御するために制御することができる任意の値についての限界であってよい。他の例として、これらに限られるわけではないが、スロットルバルブ位置、燃料供給パラメータ、電気モータの電流、などが挙げられる。同様に、当業者であれば、本開示に照らして、エンジンのＲＰＭまたはエンジンのトルクが、電気モータまたはハイブリッドシステムの速度およびトルクも指すことを、理解できるであろう。

図１〜図９が、船舶１２を操縦して方向付けるための推進システム１０の構成要素を示している。システム１０は、とりわけ、入力装置からの入力に基づいて複数の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの操舵軸を中心とする回転位置、トリム位置、および推力の発生を制御するための制御回路１４（図９を参照）を備える。システム１０および船舶１２の特定の構成は、例示にすぎないことを理解されたい。本開示において説明される概念を、船舶を操縦して方向付けるためのシステムの大幅に異なる構成、および大幅に異なる船舶にも、適用することが可能である。

例えば、制御回路１４（図９を参照）は、簡略化された概略図の形態で示されており、各々の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃに関するそれぞれのエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、各々の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃを操舵するための操舵アクチュエータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃに関する操舵制御モジュール２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、および各々の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃのトリム角度を変更するためのトリムアクチュエータ３３ａ、３３ｂ、３３ｃに関するトリム制御モジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃと通信する船舶１２の操舵部１９に配置された複数の指令制御モジュール（ＣＣＭ）１８ａ、１８ｂ、１８ｃを有する。しかしながら、制御回路１４は、任意の数のモジュール（例えば、本明細書に記載の方法および機能を１つの制御モジュールによって実行することができる）を有することができ、船舶１２から離れて位置しても、あるいは船舶１２内の図示の場所とは異なる場所に位置してもよい。例えば、トリム制御モジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃは、（図示のように）エンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃと同じ場所に位置でき、さらには／あるいはエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃの一部であってよく、あるいはそれぞれのエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃから離れて位置することができる。この種の他の同様の変更も行うことができる。また、本開示において開示される概念を、例えば全地球測位システムおよび／または慣性計測ユニットなどの全地球位置データおよびリアルタイム測位データを取得するシステムを含むさまざまな種類の制御システムにおいて実施できることを、理解すべきである。

さらに、ジョイスティック２２、操舵輪２４、変速／スロットルレバー２６、およびキーパッド２８などの特定の種類の入力装置が説明される。本開示が、ビデオスクリーン、タッチスクリーン、音声指令モジュール、などの他の数および種類の入力装置にも適用可能であることを、理解すべきである。また、当業者にとって公知のとおり、本開示において開示される概念が、ユーザの入力を必要としない予めプログラムされた形態にて機能でき、あるいはさまざまな種類の入力装置と併せて機能できることを、理解すべきである。当業者であれば理解できるとおり、さらなる均等物、代替物、および改変物が可能である。

さらに、３つ（すなわち、左舷、中間、および右舷）の船舶推進装置を有する船舶１２が説明されるが、本開示の概念は、任意の数の船舶推進装置を有する船舶に適用可能である。例えば、本明細書に記載の方法および機能を、推進装置を１つだけ有する推進システム１０、または２つの推進装置を有する推進システム１０について実施することができる。４つ以上の船舶推進装置を有する構成も考えられる。本開示の一部および特許請求の範囲は、「推進装置」に言及する。これらの説明は、「１つ以上の推進装置」を有する構成にも同様に適用されるように意図される。さらに、本開示における概念は、例えば電気モータ、内燃機関、および／またはハイブリッドシステムなど、任意の種類またはトリム可能な構成の推進装置を有する船舶にも適用可能であり、船外機、船内／船外機、および／または船尾駆動装置などとして構成することができる。推進装置は、プロペラ、インペラ、および／またはポッドドライブ、などの任意のさまざまな種類の推進器を備えることができる。

図１および図２に、図示の例では船外機である左舷、右舷、および中間推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃを有する船舶１２が、概略的に示されている。やはり、推進装置の数は、図示の数とは違ってもよい。中間推進装置１６ｃは、左舷推進装置１６ａと右舷推進装置１６ｂとの間に配置されている。本明細書および添付の特許請求の範囲において使用されるとき、用語「・・・の間に配置」には、中間推進装置が左舷推進装置１６ａおよび右舷推進装置１６ｂの一方または両方よりも前方または後方に位置する配置を含む可能な限り最も広い意味が与えられる。さらに、「・・・の間に配置」という用語は、中間推進装置１６ｃが左舷および右舷の装置１６ｂ、１６ｃとは異なる高さに位置する配置も含む。また、「・・・の間に配置」という用語は、中間推進装置１６ｃが左舷および右舷の装置１６ａ、１６ｂのうちの一方よりも左舷および右舷の装置１６ａ、１６ｂのうちの他方の近くに位置する配置も含む。

船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々は、それぞれの操舵軸３０ａ、３０ｂ、３０ｃを中心として、実質的に同様の回転範囲にて、時計回りおよび反時計回りの方向に回転可能である。図１に示されるように、操舵軸３０ｃは、船舶１２の長手方向中心線である長手軸に沿って配置されている。船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの回転は、従来からの操舵アクチュエータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃ（図９を参照）によって容易にされる。船舶推進装置を回転させるための操舵アクチュエータは、技術的に周知であり、その例は、その開示の全体がここでの参照により組み込まれる米国特許第７，４６７，５９５号に提示されている。各々の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、前進および後退の両方の方向に推進用の推力を発生させる。図１は、前方に作用する推力ベクトル３２ａ、３２ｂ、３２ｃが船舶１２に結果として生じるように前進ギアにて動作中の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃを示しているが、推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃを逆転ギアにて動作させて反対向きの（逆方向に作用する）推力ベクトルを船舶１２にもたらすことも可能であることを、理解すべきである。

図１に示されるように、推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃは、長手方向Ｌに整列し、したがって長手方向Ｌに延びる推力ベクトル３２ａ、３２ｂ、３２ｃを定める。図１に示した特定の向きは、典型的には、長手方向Ｌにおける船舶１２の前進または後退、あるいは長手方向Ｌに対する船舶１２の回転運動を達成するために使用される。具体的には、前進ギアでの推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの動作が、船舶１２を長手方向Ｌにおいて前方に移動させる。反対に、逆転ギアでの推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの動作が、船舶１２を長手方向Ｌにおいて後方に移動させる。さらに、推進装置１６ａ、１６ｂの一方を前進ギアで動作させ、他方を逆転ギアで動作させることにより、船舶１２の回転中心２９の周りの船舶１２の回転が生じる。この例では、中間推進装置１６ｃは、中立ギアに変速されている。種々の他の操縦の方法および機構が、組み込まれた米国特許第６，２３４，８５３号、第７，２６７，０６８号、および第７，４６７，５９５号に記載されている。

この例において、回転中心２９は、船舶１２の有効重心を表す。しかしながら、回転中心２９の位置が、あらゆる場合に、船舶１２の実際の重心ではないことを、当業者であれば理解できるであろう。すなわち、回転中心２９は、船舶１２の種々の構成要素の重量分布を分析することによって計算されるであろう実際の重心とは異なる場所に位置することができる。水域において船舶１２を操縦すると、風および水によって船舶１２の船体に対して働く反力が生じる。例えば、船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃによってさまざまな操縦の推力がもたらされるとき、船舶１２の船体が水を押し、水が船体に対して反力を作用させる。結果として、図１および図２において２９で示されている回転中心は、船舶１２の船体に作用する力および反力のさまざまな組に応じて変化し得る。この概念は、当業者に認識されており、米国特許第６，２３４，８５３号においては瞬時回転中心と称され、米国特許第６，９９４，０４６号においては瞬時中心と称されている。

図２に示されるように、船舶推進装置１６ａおよび１６ｂは、船舶推進装置１６ａ、１６ｂおよびそれらがもたらす推力ベクトル３２ａ、３２ｂが長手方向Ｌに整列しないように、図１に示した整列位置から回転させられる。図２に示される例では、船舶推進装置１６ａ、１６ｂが、この例においては回転中心２９である共通の点に整列する推力ベクトル３２ａ、３２ｂをもたらすように、内側に向けられて動作する。船舶１２の回転運動または長手方向Ｌに対して垂直な方向を含む任意の方向の移動の一方または両方を達成するために、図２に示される例に加えて、船舶推進装置１６ａ、１６ｂについて、さまざまな他の非整列位置、ならびに相対的に異なり、あるいは同じである推力の量も可能である。

さらに、船舶１２は、ユーザが１つ以上の入力装置を介して船舶１２を操縦するための指令を入力することができる操舵部１９（図９参照）を含む。上述のように、入力装置の数および種類は、図示の例とは違ってもよい。図１および図２において、入力装置は、ジョイスティック２２、操舵輪２４、変速およびスロットルレバー２６、ならびにキーパッド２８を含む。時計回りの方向の操舵輪２４の回転は、回転中心２９を中心とする船舶１２の時計回りの回転またはヨーを要求する。反時計回りの方向の操舵輪２４の回転は、回転中心２９を中心とする船舶１２の反時計回りの回転またはヨーを要求する。変速およびスロットルレバー２６の中立位置からの前方への枢動は、前進ギアを要求し、スロットルの増大を要求する。変速およびスロットルレバー２６の中立位置からの後方への枢動は、逆転ギアを要求し、後方へのスロットルの増大を要求する。キーパッド２８の作動は、本明細書においてさらに後述されるように、ユーザの要求による動作モードの選択を制御回路１４に入力する。

ジョイスティック２２の概略図が、図４および図５に示されている。ジョイスティック２２は、ベース３８と、ベース３８に対して垂直に上方に延びるシャフト４０と、シャフト４０の上部に配置されたハンドル４２とを含む。シャフト４０を、破線の矢印４４によって表されるように、ベース３８に対してさまざまな方向に動かすことができる。図４は、シャフト４０およびハンドル４２を角度移動の大きさが相違する３つの異なる位置に示している。矢印４６および４８が、異なる移動の大きさを示している。ジョイスティックのおおむね垂直な位置からの移動の程度および方向が、ユーザによって選択された実際の移動指令の同様の大きさおよび方向を表す。図５は、ハンドル４２が中央位置、垂直位置、または中立位置にあるジョイスティック２２の上面図である。ハンドル４２は、前進Ｆ、後退Ｒ、左舷Ｐ、または右舷Ｓ、あるいはこれらの組み合わせの方向に手動で操作し、Ｆ、Ｒ、Ｐ、Ｓ方向、またはこれらの間の任意の他の方向への実際の移動指令をもたらすことができる。さらに、ハンドル４２を、矢印５２によって表されるようにシャフト４０の中心線５０を中心にして回転させて、回転中心２９を中心とする船舶１２の回転運動またはヨーを要求することができる。ハンドル４２の時計回りの回転が、回転中心２９の周りの船舶１２の時計回りの回転を要求する一方で、ハンドル４２の反時計回りの回転は、回転中心２９の周りの船舶の反時計回りの回転を要求する。種々の他のジョイスティックの構造および動作は、組み込まれた米国特許第６，２３４，８５３号、第７，２６７，０６８号、および第７，４６７，５９５号に記載されている。

図６〜図８は、少なくとも１つの推進装置１６を有する船舶１２の概略の側面図である。図６は、最大下げトリムのトリム位置（最大「トリムイン」と称されることもある）にある船舶推進装置１６ａ、１６ｂ（１６ｂだけが側面図において示されている）を示している。具体的には、下げトリム位置における推進装置１６ｂの中心線の角度は、船舶１２の船尾に整列させた垂直線Ｖに対して角度−θである。図６に示したトリム位置は、船舶１２がプレーニング（ｏｎ−ｐｌａｎｅ）の状態となる完全な前方移動までの船舶１２の初期の前方加速（または、発進）において一般的に利用される位置である。このような初期の前方加速において、推進器４７（この例では、プロペラ）は、前方に回転することによってＦで破線にて示されている前方への推力をもたらし、船舶を前方に進める。船舶１２が完全な前方移動の状態となり、プレーニングに入ると、船舶推進装置１６ａ、１６ｂのトリムは、典型的には、図６に示したトリム位置から戻され、通常は、垂直軸Ｖを過ぎて、例えば最適な速度または燃料経済性あるいは他の所望の性能特性を達成するわずかな上げトリム位置に戻される。図８が、推進装置１６ｂが上げトリム（「トリムアウト」と呼ばれることもある）の位置にある船舶１２を示しており、推進装置の中心線の角度は、船舶１２の船尾に整列させた垂直線Ｖに対して角度θにある。図７は、推進装置１６ｂが中立位置にある船舶１２を示しており、推進装置の中心線は、垂直線Ｖおよび船舶１２の船尾に整列している。

ひとたび船舶１２が減速して停止すると、船舶推進装置１６ａ、１６ｂのトリム角度は、通常は変更されない。換言すると、推進装置１６ａ、１６ｂは、船舶１２がプレーニングおよび完全な前方移動の状態になる前に減速した場合には、図６に示したトリム位置のままとなり、船舶１２が完全な前方移動の状態から減速した場合には、垂直から遠い図８に示したトリムアウトの位置のままとなる。

横推力または逆推力を要求するジョイスティック操作など、ユーザ入力装置２２、２６、２８において逆推力が要求されると、推進装置１６ａ〜１６ｃのうちの１つ以上が、逆推力をもたらす状態となる。例えば、ギアシステムが存在する場合、それぞれの推進装置１６ａ〜１６ｃのギアシステム４５ａ〜４５ｃが、逆推力を達成するために逆転位置に移行する。具体的には、各々のギアシステム４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、駆動軸から推進器４７ａ、４７ｂ、４７ｃに接続された推進器シャフトに回転をもたらす。各々のギアシステム４５ａ、４５ｂ、４５ｃは、駆動軸と推進器シャフトとの間の係合を前進位置、中立位置、および逆転位置の間で変更するように動作することができる。前進位置において、推進器４７ａ、４７ｂ、４７ｃは、船舶１２に前方への推力をもたらす方向に回転する。逆転位置において、推進器４７ａ、４７ｂ、４７ｃは、逆方向に回転して船舶１２に逆推力をもたらす。中立位置においては、推進器シャフトが係合しておらず、推力はもたらされない。種々の実施形態において、推進器４７ａ、４７ｂ、４７ｃは、単一プロペラ、二重プロペラ、３つ以上のプロペラ、１つ以上のインペラ、および／または船舶１２を推進させるために水中で推進力を生み出すための他の同様の装置を備えることができる。技術的に公知のとおり、ギアシステム４５は、ドッグクラッチ、コーンクラッチ、およびブレーキを含む任意のクラッチ機構、または他の種類の摩擦クラッチを含むことができ、あるいは任意の他の種類の伝達システムを含むことができる。それぞれの推進装置１６が電気モータである場合など、他の実施形態においては、ギアシステムが存在しなくてもよく、モータが両方向の回転を発生させることが可能であってよい。

上述のように、このような逆推力の動作は、ジョイスティック２２における横方向または回転の操舵命令に応答して、外側推進装置１６ａまたは１６ｂのうちの一方など、推進装置１６ａ〜１６ｃの一部のみによって行われ得る。逆転位置への移行により、逆推力３２ｂがもたらされる。垂直Ｖに対するトリム位置の角度θに応じて、推力ベクトル３２ｂは、（図６および図８のように）垂直成分を有し得る。とりわけ図８に例示されているトリムアウト位置において、強い逆推力ベクトル３２ｂは、トリムアクチュエータ３３ｂを打ち負かして、垂直Ｖに対する角度θを増加させるようにトリム位置を変化させる作用を有する可能性がある。このようなトリム位置の変化、すなわちトレールアウトは、図６に例示されているトリムイン位置および図７に例示されている中立位置でも起こり得る。トリム位置のこのような変化は、推力がトリムアクチュエータ３３によって吸収されるため、システムに望ましくない非効率をもたらす。さらに、ひとたびトレールアウトが始まると、トリム位置の変化の大きさは、逆推力がトリムシステムを打ち負かすことがないように減少するまで増加するだけである。とりわけ図８に例示されているトリムアウト位置において、トリム位置の大幅な増加は、推力の有効性を低下させ、極端な状況においてはキャビテーションを招く可能性もある。所望のトリム位置からのトリム角度のこの増加を、それぞれの推進装置１６ｂのトリム位置を感知するトリムセンサ３４ｂからの入力に基づいて割り出すことができる。

図９を参照すると、ユーザ入力装置２２、２４、２６、および２８は、制御回路１４と通信し、制御回路１４は、図示の例では、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮバス）５４の一部である。ユーザ入力装置２２、２４、２６および２８がＣＡＮバス５４を介して制御回路１４と通信することは、必須ではない。例えば、これらの品目のうちの１つ以上を、専用の有線または無線接続によって制御回路に接続することができる。制御回路は、船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃならびに船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃに関する操舵アクチュエータおよびトリムアクチュエータの動作を制御するようにプログラムされる。上述のように、制御回路１４は、さまざまな形態を有することができる。図示の例において、制御回路１４は、操舵部１９に配置された複数の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃを含む。指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、左舷、右舷、および中間の船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの各々について設けられている。１つの操舵部制御モジュールなどの１つの制御モジュールがＣＣＭ１８ａ、１８ｂ、１８ｃを包含してもよく、そのような操舵部制御モジュールが、本明細書に記載の方法を実行し、別々のＣＣＭ１８ａ、１８ｂ、１８ｃによって実行されるものとして本明細書に記載される機能を提供してもよいことを、理解すべきである。さらに、制御回路１４は、各々の推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃに配置され、各々の推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの動作を制御するエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃと、各々の操舵アクチュエータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃに配置され、各々の操舵アクチュエータ２３ａ、２３ｂ、２３ｃの動作を制御する操舵制御モジュール２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、それぞれのエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃに配置され、各々のトリムアクチュエータ３３ａ、３３ｂ、３３ｃの動作を制御するトリム制御モジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃと、を含む。別の例においては、トリム制御モジュール３１ａ、３１ｂ、３１ｃを、それぞれエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃから離して配置することができる。各々の制御モジュールは、コントローラエリアネットワーク５４内の他の制御回路と通信するとともに、船舶推進装置ならびに関連の操舵アクチュエータおよびトリムアクチュエータの動作および状態などのシステム１０内の特定の構成要素の動作を制御するために、電子制御信号を送信および受信するためのメモリおよびプロセッサを有する。制御回路１４およびそのモジュールのプログラミングおよび動作の例は、いくつかの例および／またはアルゴリズム（ただし、これらに限られるわけではない）に関して以下でさらに詳細に説明される。これらの例／アルゴリズムの各々は、特定のシステム制御機能を達成するための特定の一連の段階を含むが、本開示の範囲は、本明細書に記載される各段階の文字どおりの順序または文字どおりの内容に縛られるものではなく、実質的でない相違または変更は、依然として本開示の範囲に包含される。

図示の例において、各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、コントローラエリアネットワーク５４を介してジョイスティック２２、操舵輪２４、変速およびスロットルレバー２６、ならびにキーパッド２８からユーザ入力を受け取る。上述のように、ジョイスティック２２、操舵輪２４、変速およびスロットルレバー２６、ならびにキーパッド２８を、ＣＡＮバス５４を介するのではなく、ＣＣＭ１８ａ、１８ｂ、１８ｃに直接配線してもよい。各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ユーザ入力を電子指令に変換し、次いでＥＣＭ２０ａ、２０ｂ、２０ｃならびに関連の操舵制御モジュールおよびトリム制御モジュールを含むシステム１０内の他の制御回路モジュールに指令を送信するようにプログラムされている。例えば、上述のように変速およびスロットルレバー２６が操作されると、各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、例えばエンジンＲＰＭまたはエンジン推力を相応に制御することによって要求されたスロットルおよび／または変速の変更を達成するように、それぞれのＥＣＭ２０ａ、２０ｂ、２０ｃに指令を送信する。変速およびスロットルレバーの後方への回転は、船舶１２の後退を達成するための船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの逆転へのシフトおよび推力を要求する。さらに、操舵輪２４が操作されると、上述のように、各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、要求された操舵の変更を達成するために、それぞれの操舵制御モジュール２１ａ、２１ｂ、２１ｃに指令を送信する。ジョイスティック２２が垂直位置から動かされると、各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、ジョイスティック２２の動きに比例した運動を達成するように、それぞれのエンジン制御モジュール２０ａ、２０ｂ、２０ｃおよび／または操舵制御モジュール２１ａ、２１ｂ、２１ｃに指令を送信する。ジョイスティック２２のハンドル４２が回転させられると、各々の指令制御モジュール１８ａ、１８ｂ、１８ｃは、要求された船舶のヨーまたは回転を達成するように、それぞれの操舵制御モジュール２１ａ、２１ｂ、２１ｃに指令を送信する。ジョイスティック２２の垂直位置からの移動が、「ジョイスティックモード」を有効にし、制御回路１４は、ジョイスティック２２の動きに基づいて船舶推進装置１６ａ、１６ｂ、１６ｃの動作および状態を制御する。別の例においては、「ジョイスティックモード」を、キーパッド２８または他の入力装置へのユーザ入力によって作動させることができる。

図１および図２に示される典型的な実施形態において、ジョイスティック２２を、長手軸Ｌに対する船舶１２の横移動を要求するように操作することができる。横移動を、長手方向Ｌに平行ではない方向の船舶１２のあらゆる移動と理解することができる。典型的な実施形態において、要求される横移動Ｒ（図２）は長手方向Ｌに対して垂直であるが、本開示の概念によれば、他の横移動の要求および発生も可能である。ジョイスティックモードが開始され、あるいはユーザによって横移動が要求されると、制御回路１４は、図示の例では船舶１２の回転中心である船舶１２上の共通の点で交差するそれぞれの軸に沿って推進の推力を生じさせるように、左舷および右舷推進装置１６ａ、１６ｂの向きを図示のように内向きに制御する。他の例において、共通の点は、例えば船舶の重心または何らかの他の共通の点であってよい。さらに、制御回路１４は、左舷推進装置１６ａおよび右舷推進装置１６ｂの一方を、船舶１２に前方への推力ベクトルを加えるように前進ギアで動作させる。左舷推進装置１６ａおよび右舷推進装置１６ｂの他方を、船舶１２に逆推力ベクトルをもたらすように逆転ギアで動作させる。図示のように、船舶１２上の推進の推力は、長手軸Ｌを横切る軸に沿って延びる。

図２に示される例においては、ジョイスティック２２が、長手軸Ｌに垂直な左舷への横移動の推力ベクトルＲを達成するように操作される。この例において、制御回路１４は、右舷推進装置１６ｂを前進ギアに制御して、矢印Ｂによって示されるように船舶１２に前方への有効推力ベクトルをもたらす。また、制御回路１４は、左舷装置１６ａを逆転ギアへと制御して、矢印Ａで示されるように船舶１２に逆推力ベクトルを加える。当業者であれば、ジョイスティック２２によるさまざまな方向の横移動の要求が、そのような横移動を達成するための推進装置１６ａ、１６ｂへのさまざまな変速および推力指令をもたらすことを、理解できるであろう。例えば、図２に示される推力ベクトルＡおよびＢは、長手軸Ｌに垂直な船舶１２の反対方向（すなわち、右舷方向）への横移動の要求において、反対向きになるであろう。

図２に示されるように、ジョイスティックモードの開始時、または船舶１２の横移動の要求時に、制御回路１４は、長手軸Ｌに整列する（すなわち、平行になる）ように中間推進装置１６ｃの向きを制御する。したがって、中間推進装置１６ｃは、結果として、左舷および右舷推進装置１６ａ、１６ｂが向けられた同じ共通の点（ここでは、回転中心２９）に整列する推力ベクトルＣを船舶１２にもたらすように向けられる。制御回路１４は、ジョイスティック２２からの横移動の要求に応じて、中間推進装置１６ｃを逆転ギアへと制御して、逆方向に作用する推力ベクトルＣを船舶１２に加える。船舶１２の横移動が要求されたときに中間推進装置１６ｃを中立ギアに保つシステムとは対照的に、本発明の発明者らは、中間推進装置１６ｃを逆転ギアで動作させることで、要求された横移動（この例では、Ｒ）を依然として達成しつつ、前進動作の推進装置（例えば、この例では１６ｂ）によってより大きい前方への推力ベクトル（例えば、この例ではＢ）を加えることができることに気が付いた。すなわち、矢印Ａ、Ｂ、およびＣによって示される推力ベクトルが一緒になって、ユーザによって要求された方向および大きさの正味の横力ベクトルＲをもたらす。換言すると、推力ベクトルＡ、Ｂ、およびＣの各々は、それぞれ、ｙ成分ｙ₁、ｙ₂、およびｙ₃を有する。ｙ成分は、
ｙ₁＝ｙ₂＋ｙ₃
のように釣り合わせられる。
推力ベクトルＡ、Ｂ、およびＣのそれぞれのｘ成分の合計が、船舶にＸ方向に加えられるベクトルＲをもたらす。他の実施形態においては、中間推進装置１６ｃが、船舶１２の横移動の要求時に中立ギアのままであってよく、そのような横移動を、外側推進装置１６ａおよび１６ｂの推力ベクトルＡおよびＢのみによってもたらすことができる。

いずれの方法においても、船舶１２の横移動は、推力ベクトルＡおよびＢを増加させることによって増加する。図示の例においては、逆推力ベクトルＡおよびＣのうちの一方が、達成可能な横推力Ｒの量を決定する制限要因となる。本明細書に開示されるように、各々の推進装置によってもたらされる逆推力を、各々の推進装置のトリム位置を監視し、逆転にて動作している推進装置１６ａまたは１６ｃのうちの少なくとも１つにおいてトレールアウトが検出されるまでジョイスティック２２などのユーザ入力装置においてもたらされる命令に従って各々のエンジンのエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを増加させることによって、最大化することができる。例えば所望のトリム位置または初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加として識別されるトレールアウトの検出時に、それぞれの推進装置の推力の出力を、例えば推力ベクトルを減らして検出されたトレールアウトを解消すべく必要に応じてエンジン速度またはエンジントルクを減らすことによって減らすことができる。

次いで、システム１０内の残りの推進装置（例えば、１６ｂおよび１６ｃ）のエンジン速度またはエンジントルクが、横方向の推力ベクトルＲの方向が変わらないよう、トレールアウトしていた推進装置の減少後のエンジン速度またはエンジントルクと釣り合うように、減少後のエンジン速度またはエンジントルクに相関するように調節される。例えば、トリム位置のしきい値増加が外側推進装置１６ａで特定のエンジンＲＰＭまたはエンジントルクにおいて検出された場合、外側推進装置１６ａのエンジンＲＰＭまたはエンジントルクが減らされ、トレールアウトが検出されたときのエンジンＲＰＭまたはエンジントルクよりも低い逆推力限界が設定される。次いで、これに応じて、残りの推進装置１６ｂおよび１６ｃの動作を、結果として生じる推力ベクトルＲの方向が変化しないように調節することができる。例えば、中間推進装置１６ｃの逆推力Ｃを、中間推進装置１６ｃのエンジン速度またはエンジントルクを増加させることによって増加させることができ、さらには／あるいは前方への推力ベクトルＢを、推進装置１６ｂのエンジン速度またはエンジントルクを減少させることによって減少させることができる。このような例において、外側推進装置の逆推力ベクトルＡを最大化することで、横方向の推力Ｒが最大になり、なぜならば、そのような操縦においては外側推進装置の逆推力が制限要因である可能性が高いからである。このように、外側推進装置１６ａの逆推力限界を中間推進装置１６ｃの逆推力限界よりも高くすることが有利である。外側推進装置１６ａおよび１６ｂの長さは、おそらくは推進装置１６ｃの長さよりも短いため、外側推進装置１６ａおよび１６ｂの逆推力限界は、中間装置１６ｃの逆推力限界よりも高いと考えられる。

図１０および図１１が、船舶１２上の推進システム１０による逆推力を制御する方法８０の典型的な実施形態を示している。この方法の典型的な各段階は、制御回路１４によって実行される。種々の実施形態においては、これらの段階を、ＥＣＭ２０ａ〜２０ｃおよびトリム制御モジュール３１ａ〜３１ｃからの入力などにより、ＣＣＭ１８ａ〜１８ｃのうちの１つ以上によって（または、操舵部制御モジュールによって）実行することができる。他の実施形態においては、ジョイスティック操作モードなどにおいて、各々のＥＣＭ２０ａ〜２０ｃが、それぞれの逆推力限界を決定でき、この逆推力限界を、操舵命令を計算する１つ以上のＣＣＭ１８ａ〜１８ｃに通信することができる。他の実施形態においては、ＥＣＭ２０ａ〜２０ｃが、特定の値をＣＣＭまたは操舵部制御モジュールに通信でき、ＣＣＭまたは操舵部制御モジュールが、逆推力限界を計算および／または実行する。各段階を実行して本明細書に開示の機能を達成するために、種々の制御モジュール１８、２０、２１、３１の間の他の協働の構成も可能である。

図１０のフロー図において、推進装置の逆転での動作がステップ８２において検出され、初期トリム位置がステップ８４において割り出される。例えば、初期トリム位置を、推進装置１６のトリム位置を感知するトリムセンサ３４の現在の読みに基づいて割り出すことができる。別の実施形態においては、初期トリム位置を、トリムアクチュエータ３３を制御するためのトリム制御モジュール３１による現在のトリム設定として割り出すことができる。これにより、トリム制御モジュール３１の指示によるトリム位置の変更を、初期トリム位置に反映させることができる。次いで、推進装置は、ジョイスティック２２、操舵輪２４、スロットルレバー２６、およびキーパッド２８を含むユーザ入力装置のうちの１つを介した操縦者の入力に基づいて制御される。これは、ステップ８６で表される操縦者の入力に基づくエンジンＲＰＭまたはエンジントルクの増加の命令の実行を含む。エンジンＲＰＭまたはエンジントルクが増やされるときに、例えばトリムセンサ３４の出力を監視することによって、現在のトリム位置がステップ８８において割り出される。周知のとおり、トリムセンサ３４ａ〜３４ｃは、ホール効果センサまたは他の回転位置センサなど、船舶１２上の固定の取り付けシステムに対する船舶駆動装置１６ａ〜１６ｃ（または、船尾の駆動装置の場合には駆動装置の一部分）の現在のトリム位置を測定するために、トリムアクチュエータに組み合わせて設けられている。さまざまなトリムセンサが利用可能かつ技術的に周知であり、その例は、本明細書に組み込まれる米国特許第６，３２２，４０４号などの文献に記載されている。

トレールアウトが検出されない限りにおいて、操縦者の入力に従ってエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを増加させることができる。ステップ９０においてトリム位置のしきい値増加が検出されると、ステップ９２において、トレールアウトが検出された増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルク値に基づいて、逆推力限界が決定される。例えば、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクを、例えばエンジン速度センサ、スロットル位置センサ、マニホールド圧力センサ、などからの入力に基づき、しきい値推力増加が検出されたときにＥＣＭ２０において捕捉されたエンジンＲＰＭおよびエンジントルク値に基づいて決定することができる。次いで、逆推力限界を、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクから所定のＲＰＭまたはエンジントルク量を差し引くことによって決定することができる。一例を挙げると、所定のＲＰＭ量は、５０ＲＰＭまたは１００ＲＰＭ、あるいは増加後のエンジンＲＰＭ値または増加後のエンジントルク値において検出されたトレールアウトを回避するために充分な任意の他の所定のＲＰＭ値（または、同様の任意の所定のトルク値）であってよい。次いで、ステップ９４に示されているように、それぞれの推進装置１６は、逆推力をもたらすために逆転位置で動作するときに逆推力限界を超えないように制御される。

トリムのしきい値増加、ならびに逆推力限界に到達するために使用される所定のＲＰＭまたはトルク量は、個々の推進の構成および船舶について確立された較正可能な値であってよい。さらに、エンジンのＲＰＭおよびエンジンのトルクは、大推力の状況において著しく変動することが多いため、トレールアウトの発生時の増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクを、何らかの形式のフィルタ処理を実行して決定することができる。

図１１が、少なくとも２つの外側推進装置１６ａおよび１６ｂと少なくとも１つの中間推進装置１６ｃとを含む複数の推進装置１６を含んでいる推進システム１０に特有の逆推力を制御する別の典型的な方法を示している。図示の例において、推進を制御するための操縦者の入力部は、ジョイスティック２２である。システム１０は、推進システム１０による操縦および推進に関する制御入力装置としてジョイスティック２２を指定するために、ステップ１００においてジョイスティックモードに切り替えられる。推進システムのいずれかについて、すでに決定されてメモリに保存されている逆推力限界を確認するために、ステップ１０２が実行される。最初の動作時には、逆推力限界がまったく利用できない可能性がある。他の時点においては、トレールアウトが以前に検出された特定の推進装置について逆推力限界が利用可能であり得るが、逆推力限界がすべての推進装置について利用可能であるとは限らない。たとえ逆推力限界がすでに決定されている場合でも、これらの限界を、トリムアクチュエータ３３ａ〜３３ｃおよび推進装置１６ａ〜１６ｃのライフサイクルの全体を通して、現状のシステムに特有の逆推力限界値を維持するために見直すことができる。例えば、逆推力限界を、それぞれのトリムアクチュエータ３３ａ〜３３ｃおよび／または推進装置１６ａ〜１６ｃの交換時にリセットすることができる。他の実施形態においては、最初に比較的ＲＰＭレベルに設定されてよく、いずれかの推進装置においてトレールアウトが検出されたときに下方に見直されてよい規定の逆推力限界が、利用可能であってよい。

ステップ１０４において、操縦者の入力がジョイスティック２２において受け付けられる。推進命令が、ジョイスティック２２における入力に基づき、さらには利用可能な逆推力限界が存在するならば、それらの逆推力限界に基づいて、各々の推進装置について計算される。外側推進装置１６ａまたは１６ｂならびに／あるいは中間推進装置１６ｃによって逆転位置が実行されているかどうかを判断するために、ステップ１０８ａおよび１０８ｂが実行される。逆推力を達成するように命令された推進装置が存在しない場合、操縦者の入力に従ってステップ１０９において前方推進命令が実行される。他方で、外側推進装置からの逆推力が命令されている場合には、ステップ１０８ａにおいて逆転位置が検出され、ステップ１１０ａにおいて初期トリム位置が割り出される。同様に、１つ以上の中間推進装置１６ｃによる逆推力が命令されている場合には、ステップ１０８ｂにおいて逆転位置が検出され、ステップ１１０ｂにおいてそれぞれの中間推進装置の初期トリム位置が割り出される。次いで、ステップ１１２ａおよび１１２ｂにおいて、それぞれの推進装置への推進命令が実行される。逆転にて動作している推進装置のトリム位置が、それぞれのトリムセンサ３４ａおよび３４ｂの出力に基づいて監視される。ステップ１１４ａまたは１１４ｂにおいてトリム位置のしきい値増加が検出されると、その該当の推進装置について、逆推力限界が計算される。具体的には、ステップ１１４ａにおいて外側推進装置１６ａまたは１６ｂのトリム位置のしきい値増加が検出された場合、ステップ１１６ａにおいて外側逆推力限界が決定される。次いで、ステップ１１８ａにおいて、新たな外側逆推力限界が保存される。同様に、ステップ１１４ｂにおいて中間推進装置のトリム位置のしきい値増加が検出された場合、ステップ１１６ｂが実行され、内側逆推力限界が計算される。次いで、ステップ１１８ｂにおいて、新たな内側逆推力限界がメモリに保存される。

続いて、新たな内側および／または外側逆推力限界が、すべての推進装置１６ａ〜１６ｃについてジョイスティックモードにおける推進命令の計算に利用される。特定の実施形態においては、システム内の推進装置ごとに個別の逆推力限界を保存することができ、したがって、２つの外側推進装置１６ａおよび１６ｂが異なる逆推力限界を有することができる。他の実施形態においては、例えば推進能力を両方の横方向に対称に保つために、同じ外側逆推力限界を両方の外側推進装置１６ａおよび１６ｂに適用することができる。推進システム１０に２つ以上の中間推進装置（例えば、１６ｃ₁および１６ｃ₂）が存在する場合にも、同じことが当てはまる。

本明細書は、本発明を最良の態様を含めて開示するとともに、本発明の製作および使用を当業者にとって可能にするために、いくつかの実施例を用いている。特定の用語が、簡潔さ、明確さ、および理解のために使用されている。そのような用語は、説明の目的で使用されているにすぎず、広く解釈されるように意図されているため、これらの用語から先行技術の要件を超える不必要な限定を導き出してはならない。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定められ、当業者が想到する他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、それらが特許請求の範囲の文言から相違しない特徴または構造要素を有し、あるいは特許請求の範囲の文言から実質的には相違しない同等の特徴または構造要素を含む場合、特許請求の範囲の技術的範囲に包含される。

１０ 推進システム
１２ 船舶
１４ 制御回路
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｃ₁、１６ｃ₂ 推進装置
１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 指令制御モジュール（ＣＣＭ）
１９ 操舵部
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ ＥＣＭおよびトリム制御モジュール
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ 操舵制御モジュール
２２ ジョイスティック
２３ａ、２３ｂ、２３ｃ 操舵アクチュエータ
２４ 操舵輪
２６ スロットルおよび変速レバー
２８ キーパッド
２９ 回転中心
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ 操舵軸
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ トリム制御モジュール
３２ａ、３２ｂ、３２ｃ 推力ベクトル
３３ａ、３３ｂ、３３ｃ トリムアクチュエータ
３４ａ、３４ｂ、３４ｃ トリムセンサ
３８ ベース
４０ シャフト
４２ ハンドル
４５ａ、４５ｂ、４５ｃ ギアシステム
４７、４７ａ、４７ｂ、４７ｃ 推進器
５０ 中心線
５２ 矢印
５４ ＣＡＮバス

Claims (20)

1. 船舶の推進装置による逆推力を制御する方法であって、
   制御回路を使用して、前記推進装置が逆推力をもたらす状況にあると判断するステップと、
   前記制御回路を使用して、前記推進装置の初期トリム位置を割り出すステップと、
   前記制御回路を使用して、前記逆推力をもたらすようにエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを制御するステップと、
   トリムセンサを使用して、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクにおいて生じる前記初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加を検出するステップと、
   前記制御回路を使用して、前記増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクに基づいて逆推力限界を計算するステップと、
   前記推進装置が前記逆推力をもたらしているときに前記逆推力限界を超えないように前記推進装置を制御するステップと、
   を含む方法。
2. 前記逆推力限界は、前記増加後のエンジンＲＰＭから所定のＲＰＭ量を引き算することによって計算される逆推力限界、または前記増加後のエンジントルクから所定のトルク量を引き算することによって計算される逆トルク限界の一方である、請求項１に記載の方法。
3. 前記逆推力限界は、前記増加後のエンジンＲＰＭの或る割合として計算される逆推力限界、または前記増加後のエンジントルクの或る割合として計算される逆トルク限界の一方である、請求項１に記載の方法。
4. 前記推進装置の前記初期トリム位置は、トリム制御モジュールによってもたらされる現在のトリム設定である、請求項１に記載の方法。
5. 前記初期トリム位置は、逆転ギアへの移行時のトリムセンサの出力である、請求項１に記載の方法。
6. 船舶の推進を制御するためのシステムであって、
   推進器の回転を生じさせるエンジンと
   前記エンジンと前記推進器との間に配置され、前記推進器に順回転を伝達して前方への推力をもたらす前進位置、および前記推進器に逆回転を伝達して逆推力をもたらす逆転位置に移動することができるギアシステムと
   を備える推進装置と、
   前記推進装置のトリム位置を感知するトリムセンサと、
   前記ギアシステムが前記逆転位置にあると判断し、
   前記推進装置の初期トリム位置を割り出し、
   逆推力をもたらすようにエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを制御し、
   前記トリムセンサによって測定される前記トリム位置に基づいて、増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクにおいて生じる前記初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加を検出し、
   前記増加後のエンジンＲＰＭまたは前記増加後のエンジントルクに基づいて逆推力限界を計算し、
   前記ギアシステムが前記逆転位置にあるときに前記逆推力限界を超えないように前記エンジンを制御する
   ように構成された制御回路と、
   を備えるシステム。
7. 前記逆推力限界は、前記増加後のエンジンＲＰＭから所定のＲＰＭ量を引き算することによって計算される逆推力限界、または前記増加後のエンジントルクから所定のトルク量を引き算することによって計算される逆トルク限界の一方である、請求項６に記載のシステム。
8. 前記逆推力限界は、前記増加後のエンジンＲＰＭの或る割合として計算される逆推力限界、または前記増加後のエンジントルクの或る割合として計算される逆トルク限界の一方である、請求項６に記載のシステム。
9. 前記制御回路は、トリム制御モジュールによってもたらされる現在のトリム設定に基づいて前記推進装置の前記初期トリム位置を割り出すようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
10. 前記制御回路は、前記ギアシステムの前記逆転位置への移行時の前記トリムセンサの出力である前記初期トリム位置を割り出すようにさらに構成されている、請求項６に記載のシステム。
11. 船舶の推進を制御するためのシステムであって、
    前記船舶の中心線の左舷側および右舷側に１つずつ配置され、前記中心線に対して対称に間隔を空けて位置した第１および第２の推進装置と、
    前記第１および第２の推進装置の間の第３の推進装置と、
    前記第１、第２、および第３の推進装置にそれぞれ組み合わせられた第１、第２、および第３のトリムアクチュエータと、
    前記第１、第２、および第３の推進装置のトリム位置をそれぞれ感知する第１、第２、および第３のトリムセンサと、
    前記第１および第２の推進装置を外側推進装置と定め、前記第３の推進装置を中間推進装置と定める制御回路と、
    前記制御回路と信号をやり取りし、前記第１、第２、および第３の推進装置による推進の大きさおよび方向を制御するためにユーザによって操作可能であるユーザ入力装置と、
    を備えており、
    前記制御回路は、
    前記前記第１、第２、または第３の推進装置のうちの少なくとも１つが逆推力をもたらすために逆転の状態にあると判断し、
    前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の初期トリム位置を割り出し、
    前記逆推力をもたらすために前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置のエンジンＲＰＭまたはエンジントルクを制御し、
    前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置に関する前記トリムセンサによって測定される前記トリム位置に基づいて、前記初期トリム位置からのトリム位置のしきい値増加を検出し、
    前記トリム位置のしきい値増加が検出されたときの前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の増加後のエンジンＲＰＭまたは増加後のエンジントルクを特定し、
    前記増加後のエンジンＲＰＭまたは前記増加後のエンジントルクに基づいて前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の逆推力限界を計算し、
    前記ユーザ入力装置における入力および前記逆推力限界に基づいて、前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置が前記逆推力限界を超えないように、前記第１、第２、および第３の推進装置を制御する
    ように構成されている、システム。
12. 前記制御回路は、前記第１、第２、および第３の推進装置の各々のための第１、第２、および第３の逆推力限界をそれぞれ別々に決定するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記第１および第２の推進装置は、前記第３の推進装置よりも長さが短く、前記制御回路は、前記第１および第２の推進装置のための外側逆推力限界を決定するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記ユーザ入力装置は、ジョイスティックであり、前記制御回路は、前記第１または第２の推進装置のいずれかが逆転の状態にあるときに該推進装置が前記外側逆推力限界を超えないように、前記ジョイスティックにおける前記入力に基づいて前記第１、第２、および第３の推進装置の各々のための推進命令を計算するようにさらに構成されている、請求項１３に記載のシステム。
15. 前記制御回路は、前記第３の推進装置のための内側逆推力限界を決定するようにさらに構成されており、前記外側逆推力限界は、前記内側逆推力限界よりも高い、請求項１３に記載のシステム。
16. 前記ユーザ入力装置は、ジョイスティックであり、前記制御回路は、前記第１または第２の推進装置のいずれかが逆転の状態にあるときに該推進装置が前記外側逆推力限界を超えず、前記第３の推進装置が逆転の状態にあるときに該推進装置が前記内側逆推力限界を超えないように、前記ジョイスティックにおける前記入力に基づいて前記第１、第２、および第３の推進装置の各々のための推進命令を計算するようにさらに構成されている、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記制御回路は、前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置のための前記逆推力限界を、前記増加後のエンジンＲＰＭから所定のＲＰＭ量を引き算すること、または前記増加後のエンジントルクから所定のトルク量を引き算することによって、計算するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシステム。
18. 前記制御回路は、前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置のための前記逆推力限界を、前記増加後のエンジンＲＰＭまたは前記増加後のエンジントルクの或る割合として計算するようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシステム。
19. 前記制御回路は、前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の前記初期トリム位置を、トリム制御モジュールによってもたらされる現在のトリム設定に基づいて割り出すようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシステム。
20. 前記制御回路は、前記逆転の状態にある少なくとも１つの推進装置の前記初期トリム位置を、前記それぞれのトリムセンサの出力として割り出すようにさらに構成されている、請求項１１に記載のシステム。

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