JP6831459B2 - 複数の推進ユニットを備えた船舶を操作する方法 - Google Patents

Description

本発明は、船舶が浮かんでいる水中に推力を伝達（deliver）するように構成された複数の推進ユニットを備えた船舶を操作する方法に関する。本発明はまた、コンピュータプログラム、コンピュータ可読媒体、制御ユニット、船舶推進制御システム及び船舶に関する。

本発明は、特定タイプの船舶に限定されない。その代わりに、本発明は、任意タイプ及び任意サイズの船舶、水上船舶及び潜水艦に使用することができる。

船舶の船体に搭載された１組の推進ユニットを制御する船舶推進制御システムでは、一般的に、後進ギアに係合した状態で推進ユニットにキャビテーションが発生する。例えば、１つの推進ユニットが前進ギアにあり、他の推進ユニットが後進ギアにある左右揺れ（sway）操縦において、後進推進ユニットのエンジンは、前進推進ユニットの推力と釣り合わせると共に、キャビテーション損失を補償するために、比較的高い回転速度に制御される必要がある。これによって、高レベルの騒音及び高い燃料消費をもたらすおそれがある。キャビテーションは、推進ユニットのスクリューで発生するおそれがある。スクリューは、通常、２方向の一方に回転するように設計されている。より具体的には、スクリューブレードの輪郭は、通常、２方向の一方にスクリューが回転するように設計されている。スクリューを有する推進ユニットが後進ギアで動作しているときなど、スクリューが反対方向に回転すると、設計されていない方法でブレードの輪郭が水と互いに影響を及ぼすことによって、キャビテーションが発生するおそれがある。キャビテーションは、水中でのスクリューの「グリップ（grip）」を減少させるおそれがある。

３つの推進ユニット装置を有する船舶の左右揺れ操縦では、中央の推進ユニットを使用して後進推力を増加させることで、後進ギアの推進ユニットのエンジンの回転速度を制限し、キャビテーション効果を制限すると同時に、前進推進ユニットのより高い推力を可能にし、従って、船舶の合計推力を増加させることは知られている。米国特許出願公開第２０１５／１２７１９７号明細書は、ユーザが操作するジョイスティックからの入力に基づく左右揺れ操縦であって、ジョイスティックをだんだん傾けると、中央の推進ユニットがアイドリングから他の後進推進ユニットをアシストする後進へと移行することを開示している。国際公開第２０１５／１２２８０５号パンフレット、米国特許出願公開第２００６／０１９５５２号明細書、米国特許第６２３４８５３号明細書、米国特許出願公開第２０１２／２３１６８１号明細書及び欧州特許出願公開第２３４３２３６号明細書に、本願の請求項１の前段に対応する方法を説明する同様な方法が開示されている。

船舶の運動を制御するのに必要な推力量は、風、潮流、波などの外的要因に依存することができる。要求推力の正確な量を与える船舶制御システムの能力は、その性能を決定する。また、デジタルアンカーや位置保持機能とも呼ばれる、ドッキングや仮想アンカーなどの低速機能では、低加速度（low accelerations）とジャークレベル（jerk levels）が必要である。従って、特に、ドッキング時の左右揺れなどの低速操縦中に、加速度及びジャークレベルを低減するように船舶制御システムを改良することが望まれている。

本発明の目的は、特に、低速操縦中に加速度及びジャークレベルを低減するように船舶の制御を改良することである。

この目的は、請求項１に記載の方法で達成される。従って、この目的は、船舶が浮かんでいる水中に推力を伝達するように構成された複数の推進ユニットを備えた船舶を操作する方法で達成される。推進ユニットの推力伝達レベルは、個々に制御可能である。この方法は、船舶の第１の方向に成分を持つ方向に推力を伝達するように第１の推進ユニットを制御することと、第１の推進ユニットより小さな推力を伝達するように第２の推進ユニットを同時に制御することと、第１の方向に成分を持つ方向に第２の推進ユニットによって伝達される推力を続いて増加させることと、第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるのと同時に第１の推進ユニットによって伝達される推力を減少させることと、を備えている。

以下で説明するように、第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させることは、第２の推進ユニットのギアを係合させることを含むことができ、これによって、第２の推進ユニットの推力がゼロからゼロでない値へと増加する。しかしながら、いくつかの実施形態では、第２の推進ユニットの推力は、ゼロでない値からより大きいゼロでない値へと増加することができる。

水中に推力を伝達するように構成された各推進ユニットは、内燃機関や電動モータなどの動力源から水中に動力を伝達するように構成されている。

第１の方向に成分を持つ推力伝達方向は、第１の方向に正の成分を持つ推力伝達方向であることを意味すると理解される。以下に例示されるように、船舶の第１の方向は、船舶の前方方向とすることができる。従って、第１の方向に成分を持つ方向に推力を伝達するように第１及び第２の推進ユニットを制御することは、それらの操舵角に応じて、船舶の前方方向に少なくとも部分的にそれらの推力を向けるように、後進ギアで第１及び第２の推進ユニットを操作することを含むことができる。従って、本発明は、追加のユニットが後進ギアに係合しているので、すでに後進ギアに係合している推進ユニットからの推力を減少させることができる。推進ユニットがスクリューを備えている場合、第１の方向に成分を持つ方向に推力を伝達するように第１及び第２の推進ユニットを制御することは、第１及び第２の推進ユニットのスクリューが設計されている方向と反対方向に回転するように、第１及び第２の推進ユニットを制御することを含むことができる。

第２の推進ユニットの係合は、例えば、推力０から、第２の推進ユニットのエンジンのアイドリング動作で係合されたギアの推力まで、その推力を段階的に増加させることができる。第１の推進ユニットによって伝達された推力の減少は、第２の推進ユニットのギア係合において、第２の推進ユニットからの推力増加を相殺することができる。これによって、追加の推進ユニットが係合されるときの推力の急変化を避けることができる。これによって、船舶操作における加速度とジャークレベルが低下する。

好ましくは、各推進ユニットはスクリューを備えている。これによって、本発明は、後進モードにおいてキャビテーションに特に敏感な推進ユニットに有利に適用することができる。推進ユニットは、例えば、船舶の船尾に搭載された船外機として、スターンドライブ又はポッドドライブを備えることができる。

好ましくは、第１の推進ユニットより小さい推進力を伝達するように第２の推進ユニットを制御することは、実質的に推力を伝達しないように第２の推進ユニットを制御することを含んでいる。これは、例えば、第２の推進ユニットのギア係合の連結又はクラッチを開放したままにすることによって達成することができる。第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させることは、第２の推進ユニットのギアをニュートラル位置から後進位置まで変速させることを含むことができる。

好ましくは、第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるステップ、及び第１の推進ユニットによって伝達される推力を減少させるステップは、推進ユニット係合時間間隔内に実行され、第１の方向に成分を持つ方向の推力の合計が、推進ユニット係合時間間隔の直前及び直後で実質的に同一になる。これによって、第２の推進ユニットによって伝達される推力の増加と第１の推進ユニットによって伝達される推力の減少との合計は、第１の推進ユニットより小さい推力を伝達するように第２の推進ユニットを制御するステップの間、第１及び第２の推進ユニットによって伝達される推力の合計と等しくなる。

提案するように、第２の推進ユニットは、第１の推進ユニットより小さい推力を伝達するように第２の推進ユニットを制御するステップの間、推力を伝達しないように制御することができる。これによって、第２の推進ユニットの推力を増加させることは、第２の推進ユニットのギアを係合させることを含むことができる。従って、本発明の実施形態は、第２の推進ユニットの係合後の後進推力の合計が、係合前の第１の推進ユニットの後進推力と等しくなることを保証できる。これによって、第２の推進ユニットを係合するとき、合計後進推力の滑らかな増加を達成することが可能である。また、後進推進ユニットのエンジン回転速度が高くなることが避けられることによって、騒音を低減することが可能になる。これによって、後進ギアで推力を伝達している１つの推進ユニットから２つの推進ユニットへの移行において、合計推力が連続的かつ滑らかになる。

好ましくは、推進ユニットの要求推力を表す制御信号で推進ユニットが制御されるように構成されている場合、第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるステップ、及び第１の推進ユニットによって伝達される推力を減少させるステップは、ユニット係合要求推力においてユニット係合要求推力を含む要求推力間隔内に実行され、第１の方向に成分を持つ方向の推力合計が、要求推力の増加に伴って滑らかに増加する。推進ユニットの要求推力を表す制御信号は、要求トルクをコード化した信号を含み、又は推進ユニットの動力源の回転速度などの要求トルクに伴って変化する値にパラメータをコード化した信号を含むことができる。滑らに増加する推力合計は、要求推力のスムース関数（smooth function）に従う推力合計を含むことが好ましい。いくつかの実施形態では、推力合計は、要求推力の増加に伴って線形で増加することができる。これによって、第２の推進ユニットの推力が増加したときに、船舶のジャーキングを避けることを保証することができる。

好ましくは、推進ユニットの要求推力を表す制御信号で推進ユニットが制御されるように構成されている場合、第１の方向に成分を持つ方向の各推力について、要求推力の増加に伴って、それぞれの推進ユニットを駆動するそれぞれの動力源の出力トルクの増加程度は、第１の方向に成分を持つ方向に推力を伝達している推進ユニットの数に反比例する。上述したように、動力源は、エンジン又はモータとすることができる。エンジンの場合、出力トルクは、例えば、スロットル又は燃料噴射調整によって、それ自体公知であるように制御することができる。また、上述したように、第２の推進ユニットの推力を増加させることは、第２の推進ユニットの後進ギアを係合させることを含むことができ、第１の方向は、船舶の前方方向とすることができる。従って、要求推力の増加に伴うそれぞれの動力源の出力トルクの増加程度が、後進推力を伝達している推進ユニットの数に反比例することによって、推力合計が、第２の推進ユニットの係合前後と同程度に増加することを保証することができる。

上述したように、第１の方向は、船舶の前方方向とすることができる。これによって、本発明は、船舶の前方方向に推力を与えることで船舶を後方に移動させる、キャビテーションに敏感な後進スクリューに適用することができる。また、提案するように、追加の推進ユニットが係合するときに、すでに係合されている推進ユニットからの後進推力を減少させることができ、追加の推進ユニットが係合された直後の後進推力の合計は、追加の推進ユニットの係合の直前の後進推力と等しくすることができる。

好ましくは、推進ユニットの推力伝達方向が個々に制御可能な場合、本方法は、第１の推進ユニットより小さな推力を伝達するように第２の推進ユニットを制御するステップの間、並びに第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるステップ、及び第１の推進ユニットによって伝達される推力を減少させるステップの間、第１の方向とは反対方向の船舶の方向に成分を持つ方向に推力を伝達するように第３の推進ユニットを制御することを含んでいる。

第１の方向が船舶の前方方向である場合、第１の方向とは反対側の方向に成分を持つ方向に推力を伝達する第３の推進ユニットは、第３の推進ユニットが船舶の後方に推力を伝達して船舶を前方に移動させることを意味する。

そのような第３の推進ユニットの推力伝達を伴う実施形態では、第１、第２及び第３の推進ユニットの推力は、船舶の２つの横方向の一方に成分を有する方向を持つことができる。この横方向は、船舶の意図する直進方向に水平かつ垂直であって、推力成分は同じ横方向にある。これによって、船舶の左右揺れ運動又は横運動を達成することができる。従って、操船者は、制御システムが最初に前進ギア及び後進ギアにそれぞれ係合された２つの推進ユニットを使用する、横方向の推力を要求することができる。横力に対する要求の増加は、複数の推進ユニットから後進推力を伝達することができるようになる。追加の推進ユニットが後進ギアに係合されたとき、出力トルク又は１つ以上の係合推進ユニットの動力源の回転速度が低下して、合計推力の滑らかな増加が達成される。従って、本発明の実施形態は、船舶が滑らかかつ徐々に増加する横力で横方向に移動することを可能にする方法を提供する。

船舶の左右揺れ運動を行うために、第１及び第３の推進ユニットを船舶の前後方向の中心線の両側に配置し、第２の推進ユニットを第１及び第３の推進ユニットの間に配置することができる。従って、スクリューを備えた推進ユニットによる左右揺れ運動の間、前進動作と比較して後進動作のスクリューのグリップが通常低いにもかかわらず、前進推進ユニットの推力と釣り合わさせる後進推進ユニットを段階的に追加することで、過度な騒音及び燃料消費を避けることができる。提案するように、すでに後進に係合されている推進ユニットの推力減少は、追加の推進ユニットを係合することによって、後進推力の存在的な急増を軽減する。

理解されるように、前進推進ユニットの推力と釣り合わせる後進推進ユニット段階的な追加は、すでに後進している推進ユニットの内側（inboard）にある後進推進ユニットを追加することを含むことができる。例えば、要求推力が増加する左右揺れ運動は、最も外側の推進ユニットを前進及び後進させることから開始し、これに続いて、すでに後進している１つ以上の推進ユニットから１つ以上の前進推進ユニットに向かって横方向に位置する順番で、１つ以上の後進推進ユニットを追加する。しかしながら、本発明は、後進推進ユニットを係合させる他の時間空間相関関係にも同様に適用可能であることに留意すべきである。例えば、左右揺れ運動中に後進に係合される第１の推進ユニットは、その後に後進に係合される推進ユニットの内側にあってもよい。

船舶の左右揺れ運動を行うために、第１、第２及び／又は第３の推進ユニットの推力は、船舶の浮力中心と交差することができる。これによって、左右揺れ運動中に船舶が船首を左右に振らないことを保証できる。しかしながら、必要に応じて、推力が浮力中心と交差しないように操舵角を与えることによって、並進運動と回転運動との組み合わせを提供することができる。

いくつかの実施形態では、この方法は、第１の推進ユニットより小さい推力を伝達するように第２の推進ユニットを制御するステップと同時に、第１の推進ユニットより小さい推力を伝達するように第３の推進ユニットを制御するステップと、第２の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるステップと同時に、第１の方向に成分を持つ方向に第３の推進ユニットによって伝達される推力を増加させるステップと、を含んでいる。これによって、第２及び第３の推進ユニットは、船舶の前後方向の中心線の両側に配置することができ、第１の推進ユニットは、第２及び第３の推進ユニットの間に配置される。

そのような実施形態では、推進ユニットは、船舶を後方に移動させるように制御することができる。用途例としては、例えば、ドッキング、給油、釣りなどのいわゆる仮想アンカー、又はドッキングに備えているたった一人の操船者など、低速後進航行を含むことができる。仮想アンカーの場合、推進ユニットからの推力が前方に向かう理由は、船舶を前方に移動させる傾向がある風や潮流のためである。

比較的低い要求合計推力では、中央の推進ユニットのみを係合させることができる。要求合計推力が増加すると、上述の実施形態と同様に、中央の推進ユニットの両側にある推進ユニットが係合し、同時に、追加の推進ユニットの係合時に合計推力が滑らかに増加するように、中央の推進ユニットの推力を減少させることができる。

この目的はまた、請求項１４に記載のコンピュータプログラム、請求項１５に記載のコンピュータ可読媒体、請求項１６に記載の制御ユニット、請求項１７に記載の船舶推進制御システム、及び請求項１８に記載の船舶で達成することができる。

本発明のさらなる利点及び有利な特徴は、以下の説明及び従属請求項に開示される。

添付図面を参照して、以下に例として挙げられる本発明の実施形態をより詳細に説明する。

船舶の斜視図である。 図１の船舶の船舶推進制御システム図である。 時間の関数としての図２の制御システムのパラメータの図である。 図１の船舶の平面図である。 図２の制御システムで実行される方法のステップを示すブロック図である。 図１の船舶の他の平面図である。 要求推力の関数としての図２の制御システムのパラメータの図である。 本発明の代替的な実施形態における船舶の平面図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る方法の実行中の図１の船舶の他の平面図である。 図９も参照して説明した方法のステップを示すブロック図である。

図１は、本発明の実施形態が使用される、小型モータボートの形態をとる船舶１の斜視図を示している。一般的に、本発明の概念の実施形態に係る船舶推進制御システムは、大型商船、物資及び／又は乗客を運ぶボート、レジャーボート、他のタイプの水上船舶など、任意のタイプの水上船舶で使用することができる。

図１においてさらに概略的に示すように、船舶１は、船首３及び船尾４を持つ船体２を有している。船舶１は、船首３から船尾４へと延び、かつ船舶の意図された直進方向と平行な前後方向の中心線の両側に２つの対象部を有している。

船外機の形態をとる３つの推進ユニット１０６，１０７，１０８が、船尾４に取り付けられている。より具体的には、船舶１は、船舶の左舷側に配置された第１の推進ユニット１０６と、船舶の中央に配置された第２の推進ユニット１０７と、船舶の右舷側に配置された第３の推進ユニット１０８と、を備えている。各推進ユニットは、内燃機関の形態をとる動力源によって駆動されるように構成されたスクリューを備えている。しかしながら、他の実施形態では、例えば、電動モータによってスクリューが駆動されてもよい。

各推進ユニット１０６，１０７，１０８は、船舶１が浮いている水中に推力を伝達するように構成されている。推進ユニット１０６，１０７，１０８の推力伝達レベルは、個々に制御可能、即ち、推進ユニットの１つの推進レベルは、他の推進ユニットのいずれか１つの推力レベルと無関係に調整することができる。

推進ユニット１０６，１０７，１０８は、船体２に対して旋回可能に配置され、所望の方向に推進推力を発生させる。より具体的には、各推進ユニットは、船体２に対して略垂直な操舵軸の周りに回転することができる。また、推進ユニットの回転位置は、個々に制御可能、即ち、推進ユニットのいずれか１つの回転位置は、他の推進ユニットのいずれか１つの回転位置と無関係に調整することができる。これによって、推進ユニット１０６，１０７，１０８の推力伝達方向を個々に制御することができる。

推進ユニット１０６，１０７，１０８は、その代わりに、船内機又は船内モータの形態をとる動力源によって駆動されるように構成された、スターンドライブ又はポッドドライブであってもよい。そのような推進ユニットは、船舶の下方の船体２又は船尾４に搭載することができる。

図２を参照すると、推進ユニット１０６，１０７，１０８の制御は、船舶推進制御システム９によって行われている。この制御システムは、１つの物理ユニットとして、又は互いに制御信号を送受信するように構成された複数の物理ユニットとして設けることができる、制御ユニット１０を含んでいる。制御ユニット１０は、ＣＰＵや他の処理装置などの演算手段と、ＲＡＭやＲＯＭなどの半導体記憶部、又はハードディスクやフラッシュメモリなどの記憶装置と、を備えることができる。この記憶部は、推進ユニット１０６，１０７，１０８を制御するために、入力コマンドを解釈して制御コマンドを生成する、設定値（settings）及びプログラム又はスキームを記憶することができる。

この制御システムは、ステアリングホイール１３、ジョイスティック１４及び推力調整器１５を含んだユーザコマンド入力装置を更に含んでいる。制御ユニット１０は、ユーザコマンド入力装置１３，１４，１５からの制御信号を受信するように構成されている。ジョイスティックに代えて、１組のボタン、タッチスクリーン又は同等物が設けられていてもよいことに留意されたい。

船舶推進制御システム９は、各推進ユニット１０６，１０７，１０８ごとに、推力制御器１０６１，１０７１，１０８１を備えている。各推力調整器１０６１，１０７１，１０８１は、それぞれの推進ユニットの推力レベルを制御するように構成されている。例えば、推力制御器１０６１，１０７１，１０８１は、推進ユニット１０６，１０７，１０８のスクリューを駆動するように構成されたエンジンのスロットル及び／又は燃料噴射を調整するように構成することができる。制御ユニット１０は、推力制御器１０６１，１０７１，１０８１に制御信号を送信するように構成されている。

制御システムにおける制御信号は、通信線又は無線によって送信することができる。

各推進ユニット１０６，１０７，１０８は、ギアセレクター１０６３，１０７３，１０８３と、ステアリングアクチュエータ１０６２，１０７２，１０８２と、操舵角検出器（図示せず）と、を含んでいる。各ギアセレクター１０６３，１０７３，１０８３は、前進推進位置、後進推進位置及びニュートラル位置の間でそれぞれの推進ユニットを変速するように構成されている。ギアセレクター１０６３，１０７３，１０８３は、制御ユニット１０からの信号を受信して制御されるように構成されている。

各ステアリングアクチュエータ１０６２，１０７２，１０８２は、それぞれの推進ユニットを操舵軸の周りに回転させることで、推進ユニットの推力方向を変更するように構成されている。ステアリングアクチュエータ１０６２，１０７２，１０８２は、例えば、油圧シリンダや電動モータを含むことができる。この例では、各ステアリングアクチュエータ１０６２，１０７２，１０８２は、油圧シリンダである。油圧シリンダ１０６２，１０７２，１０８２を駆動させるための油圧システムが設けられている。油圧システムは、作動油容器８０２から比例バルブ８０３に作動油を圧送するように構成された油圧ポンプ８０１を備えている。各比例バルブ８０３は、制御ユニット１０によって制御されて、作動油をそれぞれの油圧シリンダ１０６２，１０７２，１０８２に選択的に導いて作動油容器８０２へと戻すように構成されている。

各操舵角検出器は、それぞれの推進ユニット１０６，１０７，１０８の実際の操舵角を検出するように構成されている。この例では、各操舵角検出器は、それぞれの油圧シリンダ１０６２，１０７２，１０８２のストロークセンサである。しかしながら、操舵角検出器は、操舵角を測定又は演算する任意の手段であってもよい。

制御ユニット１０は、ユーザコマンド入力装置１３，１４，１５からの入力信号を、ギアセレクター１０６３，１０７３，１０８３の基準設定値、推進ユニット１０６，１０７，１０８の基準操舵角値、及び推進ユニット１０６，１０７，１０８の基準推力レベル値にマッピングする手段を含んでいる。推力制御器１０６１，１０７１，１０８１は、推進ユニット１０６，１０７，１０８の推力レベルを設定するように制御されて、推進ユニット１０６，１０７，１０８の推力レベルがそれぞれの基準推力レベル値となるように構成されている。それぞれの推力レベルは、それぞれのスクリューの回転速度を制御することで制御されている。

ステアリングアクチュエータ１０６２，１０７２，１０８２は、推進ユニット１０６，１０７，１０８を動かすように制御されて、推進ユニット１０６，１０７，１０８がそれぞれの基準操舵角値となるように構成されている。操舵角検出器は、制御ユニット１０にフィードバック信号を与えて、推進ユニットの操舵角の閉ループ制御が提供されるように構成されている。

従って、制御ユニット１０は、各推進ユニットについて、ギア選択、伝達推力及び操舵角を個々に制御することによって、推進ユニットの動作を制御することができる。制御された動作は、ユーザコマンド入力装置１３，１４，１５からの入力コマンドに少なくとも部分的に基づいている。

船舶は、コマンド装置セレクター（図示せず）の形態をとる、他のユーザコマンド入力装置を備えている。このセレクターを使用して、操船者は、推進ユニットの操舵及び推力を、ステアリングホイール１３及び推力調整器１５からの入力に基づいて制御するか、ジョイスティック１４からの信号に基づいて制御するかを選択することができる。高速、中速及びいくつかの低速操作では、ステアリングホイール１３及び推力調整器１５を制御入力装置として選択することができる。

例えば、ドッキングなどの特定の低速操作では、ジョイスティックを制御入力装置として選択することができる。そのような操作を以下に説明する。ジョイスティックは、船舶の速度制御と同様に、船舶の方向制御を行うように構成されている。制御ユニット１０は、ジョイスティックの位置を船舶の移動コマンドにマッピングするように構成されている。これによって、ジョイスティック１４を使用して、船舶の左右揺れ運動、前後揺れ（surge）運動又は船首揺れ（yaw）運動など、並進運動、回転運動又はこれらの組み合わせのコマンドを与えることができる。従って、ユーザは、ジョイスティック１４を介して、例えば、船舶の左舷への左右揺れ及び時計回りの船首揺れのための入力コマンドを制御ユニットに供給することができる。

ジョイスティック１４は、ユーザによって傾けられていないとき、中立位置になるように構成されている。ジョイスティック１４は、中立位置から任意の方向、即ち、前方、後方、左右方向及びこれらの方向の間の任意の方向に傾けることができる。ジョイスティックを傾けると、船舶の並進運動のコマンドを与える。ジョイスティックを前方又は後方に傾けると、船舶の前後揺れ運動のコマンドを与え、ジョイスティックを左右方向に傾けると、船舶の左右揺れ運動のコマンドを与える。また、ジョイスティックの傾きを大きくすると、推進ユニットの推力レベルが増加して、例えば、並進運動の速度が上昇するか、又は船舶に作用する増加する風の影響を打ち消す。逆もまたしかりである。

また、ジョイスティック１４を回転させて、船舶１の船首揺れ運動を達成するための操作指示を発行することもできる。中立位置でジョイスティックを回転させると、船舶の純粋な回転運動のためのコマンドを与える。並進運動と回転運動とを組み合わせるためのコマンドは、ジョイスティックの傾斜と回転との組み合わせで与えられる。例えば、操船者がジョイスティックを左舷側に傾けて時計回りに回転させると、船舶１が時計回りの回転を伴う右舷への左右揺れ運動で移動するように、推進ユニットが制御される。

例えば、ユーザによって操作されるように構成されたスイッチの形態をとる、追加のユーザコマンド入力装置（図示せず）が備えられ、自動的な船舶運動又は位置制御を選択的に起動することができる。制御ユニット１０は、そのような自動制御に関して、例えば、船舶に備えられたＧＰＳ（Global Positioning System）装置からの信号に基づいて制御信号を与えるように構成されている。そのような自動制御の一例は、推進ユニット１０６，１０７，１０８が船舶の位置を保持する、仮想アンカー機能である。仮想アンカー機能では、推進ユニット１０６，１０７，１０８が潮流などの流れに対して動作することができる。

図３を参照すると、一例において、第１の時点ｔ１で操船者がジョイスティック１４を左舷に傾け始めて、左舷への船舶の左右揺れ運動を得る。

図４に示すように、第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８は、船舶の前後方向の中心線ＣＬの両側に配置され、第２の推進ユニット１０７は、第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８の間に配置されている。図４は、操船者がジョイスティック１４を左舷に傾けて左舷への左右揺れ運動が達成された結果として、推進ユニット１０６，１０７，１０８の操舵角及び推力レベルを示している。矢印Ｔ１０６，Ｔ１０７，Ｔ１０８は、推進ユニット１０６，１０７，１０８によって船舶１が浮かんでいる水中に伝達される推力の方向を示している。

この例では、理解を容易にするために、操船者がジョイスティックの傾きを時間とともに線形に増加させて、船舶の左右揺れ運動の速度を上昇させることを想定している。もちろん、実際には、船舶の左右揺れ運動の速度を上昇させるためのジョイスティックの傾きの増加は、例えば、段階的な非線形方法で行ってもよい。

図５も参照する。第１の時点ｔ１で操船者がジョイスティックを傾き始めると、Ｓ１において、制御ユニットが推進ユニット１０６，１０７，１０８を制御して、図４に示す操舵角にする、即ち、第１及び第２の推進ユニット１０６，１０７を左舷に操舵し、第３の推進ユニット１０８を右舷に操舵する。また、Ｓ２において、第１の推進ユニット１０６を後進ギアにし、第３の推進ユニット１０８を前進ギアにする。第２の推進ユニット１０７は、ニュートラルギアになっているので、この段階ではいかなる推力も伝達しない。

図３において、ＧＥは後進ギアになっている推進ユニットの数を示し、ＰＲは後進ギアになっている推進ユニットの合計推力を示し、ＴＨは後進ギアになっている推進ユニットのエンジンのスロットル設定値を示している。スロットル設定値を使用してガソリンエンジンの出力トルクを制御することは公知であることに留意されたい。ディーゼルエンジンが設けられている場合には、燃料噴射量を使用して出力トルクを制御することができる。

第１の時点ｔ１から、第１の推進ユニットの要求推力がユニット係合要求推力ＵＥＲＴに達する第３の時点ｔ３まで、以下で説明するように、第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８のみが左右揺れ運動に寄与する。

図４に示すように、第１の推進ユニット１０６は、後進ギアに変速され、船舶の第１の方向Ｆ、この例では船舶の前方方向Ｆに成分を持つ方向Ｔ１０６に推力を伝達するように制御される。第３の推進ユニット１０８は、前進ギアに変速され、船舶の前方方向Ｆとは反対側の方向に成分を持つ方向Ｔ１０８に推力を伝達するように制御される。また、第２の推進ユニット１０７は、推力を伝達しないように制御される。前方方向Ｆにおける第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８からの力の成分は、合計してゼロになるので、船舶１は、前方又は後方のいずれにも前後揺れしない。また、第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８の推力は、船舶の横方向の一方、即ち、右舷方向に成分を有している。これによって、水の反力が船舶を左舷に動かす。

第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８の推力が両方とも船舶１の浮力中心ＣＢと交差するように、第１及び第３の推進ユニット１０６，１０８の操舵角が制御されることに更に留意されたい。これによって、左右揺れ運動中に船舶が船首揺れ運動しないことが保証される。しかしながら、必要であれば、推力が浮力中心ＣＢと交差しないように操舵角を与えることで、並進運動と回転運動とを組み合わせることができる。

図３において、第１の時点ｔ１での第１の推進ユニット１０６のギア係合ＧＥが示されている。操船者が左舷へのジョイスティックの傾きを増加させると、第２の時点ｔ２において、第１の推進ユニット１０６のエンジンのスロットル設定値ＴＨが増加し始める。第３の推進ユニット１０８のエンジンのスロット設定値（図示せず）も増加することを理解されたい。第１の時点ｔ１と第２の時点ｔ２との間では、エンジンがアイドリングしているので、ジョイスティックの傾きが増加しても推力が増加しない。これについては、図７を参照して以下説明する。

後進ギアに係合された状態での推進ユニットのスクリューの効率は、例えば、キャビテーションによって、前進ギアに係合された状態での推進ユニットのスクリューの効率より低いので、第１の推進ユニット１０６に対するエンジンのスロットル設定値ＴＨは、第３の推進ユニット１０８に対するエンジンのスロットル設定値より早く増加する。

第３の時点ｔ３での推進ユニット係合時間間隔ＵＥＴＩ内に、Ｓ３において、後述するユニット係合要求推力ＵＥＲＴに達する。第３の時点ｔ３では、Ｓ４において、第２の推進ユニット１０７の後進ギアに係合することによって、第２の推進ユニット１０７によって伝達される推力がゼロからゼロでない値に増加する。第２の推進ユニット１０７のギア係合において、第２の推進ユニットからの推力の増加が不連続となる。

図６に示すように、これによって、第２の推進ユニット１０７は、浮力中心ＣＢと交差し、第１の推進ユニット１０６の推力Ｔ１０６と平行に近い、推力Ｔ１０７を伝達する。

図３に示すように、第２の推進ユニット１０７のギアＧＥが係合すると同時に、Ｓ５において、第１の推進ユニット１０６によって伝達される推力が減少される。この推力の減少は、推進ユニット係合時間間隔ＵＥＴＩ内にも行われる。推進ユニット係合時間間隔ＵＥＴＩは比較的短時間である。好ましくは、第２の推進ユニット１０７のギアＧＥの係合、及び第1の推進ユニット１０６によって伝達される推力の減少は、時間的にできるだけ近い。第１の推進ユニット１０６によって伝達される推力の減少は、第２の推進ユニット１０７のギア係合時に、第２の推進ユニット１０７からの推力の増加と釣り合う。

また、第２の推進ユニット１０７のギアＧＥの係合の少し前の第１の推進ユニット１０６の推力Ｔ１０６は、第２の推進ユニット１０７のギアＧＥの係合の少し後の第１及び第２の推進ユニット１０６，１０７の推力Ｔ１０６，Ｔ２０７の合計とほぼ同じである。これによって、後進ギアで推力を伝達している１つの推進ユニットから２つの推進ユニットの移行時に、組み合わされた推力が、図３において線ＰＲで示すように、連続的かつ滑らかになる。

この例では、第３の時点ｔ３において、第１の推進ユニット１０６のエンジンのスロットル設定値ＴＨがそのエンジンのアイドリングの設定値へと減少する。また、第２の推進ユニット１０７のギアＧＥが係合すると、第２の推進ユニット１０７のエンジンのスロットル設定値ＴＨがそのエンジンのアイドリングの設定値となる。

図７は、後進ギアの推進ユニットからの要求推力ＲＴの関数として、後進ギアの推進ユニットの数ＧＥ、後進ギアの推進ユニットの合計推力ＰＲ、及び後進ギアの推進ユニットのエンジンのスロットル設定値ＴＨを示している。

制御ユニット１０は、左右揺れ運動中に後進ギアにある推進ユニット１０６，１０７の要求推力ＲＴを示す信号を、推力調整器１０６１，１０７１に送信するように構成されている。図７に示すように、要求推力ＲＴがユニット係合要求推力ＵＥＲＴになると、第２の推進ユニット１０７のギアを係合させて第２の推進ユニット１０７によって伝達される推力を（推力０から）増加させるステップと、第１の推進ユニット１０６によって伝達される推力を低下させるステップと、が実行される。ユニット係合要求推力ＵＥＲＴは、予め定められていることが好ましい。

図７に示すように、ユニット係合要求推力ＵＥＲＴを含む要求推力間隔内で、船舶の前方方向Ｆに成分を持つ方向Ｔ１０６，Ｔ１０７の合計推力ＰＲ、後進ギアの推進ユニット１０６，１０７からの合計推力ＰＲは、要求推力ＲＴの増加に伴って滑らかに増加する。この例では、合計推力ＰＲは、要求推力ＲＴとともに線形に増加する。

図７に示すように、船舶の前方方向Ｆに成分を持つ方向Ｔ１０６，Ｔ１０７への各推力について、それぞれの推進ユニット１０６，１０７のそれぞれのエンジンのスロットル設定値ＴＨの要求推力ＲＴの増加に伴う増加度は、第１の方向Ｆに成分を持つ方向Ｔ１０６，Ｔ１０７に推力を伝達する推進ユニット１０６，１０７，１０８の数に反比例する。

第１の推進ユニット１０６のギア係合の要求推力ＧＲＴでは、第１の推進ユニットからの推力ＰＲの増加が不連続になる。また、第１の推進ユニット１０６のエンジンのスロットル設定値が調整され始める要求推力ＴＲＴまで、第１の推進ユニット１０６からの推力ＰＲが一定である。その理由は、スロットル調整要求推力ＴＲＴ未満では、第１の推進ユニット１０６のエンジンのスロットル設定値がエンジンのアイドリング動作を行う最低設定値にあるからである。従って、ギア係合要求推力ＧＲＴとスロットル調整要求推力ＴＲＴとの間では、第１の推進ユニット１０６からの推力ＰＲは、図７において破線ＤＴで示す、線形で増加する要求推力より大きくなる。

もちろん、上述した左舷方向の反対方向、即ち、右舷方向への左右揺れ運動については、第１の推進ユニット１０６を前進ギアにし、第３の推進ユニット１０８を後進ギアにし、第２の推進ユニット１０７を第３の推進ユニット１０８と同じ方向に操舵して、ユニット係合要求推力ＵＥＲＴ（図７参照）に達すると係合する。

図８は、本発明の代替的な実施形態で使用される船舶を示している。船舶は、４つの船外機を持ついわゆるクワッド設備（quad installation)を有し、それぞれが本明細書において推進ユニットと称されるものを形成する。推進ユニット１０６〜１０９は、図１〜７を参照して上述した実施形態における推進ユニット１０６〜１０８と同様に配置されて制御される。第１、第２及び第３の推進ユニット１０６〜１０８に加えて、図８の船舶は第４の推進ユニット１０９を備えている。

左舷への左右揺れ運動では、第１、第２及び第３の推進ユニット１０６〜１０８が、図１〜７を参照して上述したものと同様に制御される。第２の推進ユニット１０７が係合するユニット係合要求推力ＵＥＲＴに加えて、この方法は、第２の推進ユニット１０７が係合するユニット係合要求推力ＵＥＲＴよりも大きい、追加ユニット係合要求推力で第４の推進ユニット１０９を係合することを含んでいる。これによって、要求トルクが増加するにつれて、さらなる後進の推進ユニットを導入する追加のステップが実行される。第４の推進ユニット１０９が係合すると、第１及び第２の推進ユニット１０６，１０７の推力が減少する。

上述の例では３つ又は４つの推進ユニットが備えられていたが、本発明は、５つ、６つ、７つ又はそれ以上の推進ユニットを備えた船舶にも同等に適用可能であることに留意されたい。

上述の例から理解されるように、比較的低い所望の横力の間には、１つの後進推進ユニット１０６と１つの前進推進ユニット１０８のみが必要である。より高い所望の横力については、後進推進ユニット１０６のエンジンの回転速度を単に増加させる代わりに、他の後進推進ユニット１０７が係合される。これによって、騒音及び燃料消費が低減する。また、以前に係合した任意の推進ユニットに加えて係合した各推進ユニット１０７について、以前に係合した任意の推進ユニットのエンジンのスロットル設定値が減少する。これによって、他の推進ユニットの係合において、後進推力の合計がほぼ線形に増加することが可能となる。

従って、左右揺れ運動中、前進動作と比べて後進動作にあるスクリューのグリップが低いにもかかわらず、前進推進ユニットの推力と釣り合わせるための推進ユニットの段階的な追加によって、過度なエンジン騒音及び燃料消費を避けることができる。また、すでに後進に係合されている推進ユニットのエンジンのスロットル設定値の減少は、追加の推進ユニットを係合することで後進推力の突然の潜在的な増加を軽減する。

図９は、図１〜７を参照して上述したものと同様な船舶１を示している。しかしながら、本明細書で説明した方法については、推進ユニットは以下のように示される。第１の推進ユニット２０７は、船舶の前後方向の中心軸ＣＬの両側に配置された第２及び第３の推進ユニット２０６，２０８の間に配置されている。

本方法では、操船者の操作によって後方へのジョイスティックの傾きが徐々に増加するにつれて、後方への前後揺れ運動が行われる。船舶のこの運動中、すべての推進ユニット２０６〜２０８がまっすぐ、即ち、推進ユニット２０６〜２０８の操舵角が０になる。ギア係合ＧＥ、スロットル設定値ＴＨ及び合計推力ＰＲは、上述した図６に示すように、要求推力ＲＴに依存している。

図１０も参照すると、ユニット係合要求推力ＵＥＲＴ（図６参照）未満では、Ｓ２において、第１の推進ユニット２０７が、後進ギアで船舶の前進方向Ｆと平行な方向Ｔ２０７に推力を伝達するように制御され、第２及び第３の推進ユニット２０８，２０６が、ニュートラルギアであることによって推力を伝達しないように制御される。

Ｓ３において、ユニット係合要求推力ＵＥＲＴに達すると、Ｓ４において、第２の推進ユニット２０８及び第３の推進ユニット２０６が、後進ギアに入れられて船舶の前方方向Ｆと平行な方向Ｔ２０８，Ｔ２０６に推力を伝達するように制御される。Ｓ４において、第２及び第３の推進ユニット２０８，２０６の後進ギアを係合するのと同時に、Ｓ５において、第１の推進ユニット２０７によって伝達される推力が減少される。

これによって、図１〜８を参照して上述した左右揺れ運動方法と同様に、後進船舶の前後揺れ運動に対する比較的低い所望の前進推力の間、１つの後進推進ユニット２０７のみが必要である。単一の後進推進ユニット２０７が船舶の中心線ＣＬ上に配置されているので、操舵角なして船舶をまっすぐ後方に移動させる。

後進船舶運動のためのより高い所望の推力について、後進推進ユニット２０７のエンジンの回転速度のみを増加させる代わりに、２つ以上の後進推進ユニット２０６，２０８が係合される。追加で係合された推進ユニット２０６，２０８が船舶の中心線ＣＬの両側に配置されているので、これらは操舵角なしで船舶のまっすぐな後方への運動に寄与する。また、中央の後進推進ユニット２０７のエンジンの回転速度の増加が避けられるので、騒音及び燃料消費が低減する。さらに、推進ユニット２０６，２０８が追加的に係合されるとき、以前に係合された推進ユニット２０７のエンジンのスロットル設定値が減少される。これによって、さらなる推進ユニットの係合時に、後進推力の合計がほぼ線形に増加することが可能になる。

本発明は、上述及び図示の実施形態に限定されないことを理解されたい。むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で、多くの変更及び修正がなされ得ることを認識するであろう。

Claims (17)

1. 船舶（１）が浮かんでいる水中に推力を伝達するように構成された複数の推進ユニット（１０６，１０７，１０８，２０６，２０７，２０８）を備え、当該推進ユニット（１０６，１０７，１０８，２０６，２０７，２０８）の推力伝達レベルが個々に制御可能な船舶（１）を操作する方法であって、
   前記船舶の第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０６，Ｔ２０７）に推力を伝達するように第１の推進ユニット（１０６，２０７）を制御するステップ（Ｓ２）と、
   前記第１の推進ユニット（１０６，２０７）より小さい推力を伝達するように第２の推進ユニット（１０７，２０８）を同時に制御するステップ（Ｓ２）と、
   前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０７，Ｔ２０８）に前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）によって伝達される前記推力を続いて増加させるステップ（Ｓ４）と、
   前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）によって伝達される推力を増加させるのと同時に、前記第１の推進ユニット（１０６，２０７）によって伝達される推力を減少させるステップ（Ｓ５）と、
   を有し、
   前記第１の推進ユニット（１０６，２０７）より小さい推力を伝達するように前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）を制御するステップ（Ｓ２）は、推力を伝達しないように前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）を制御する、
   ことを特徴とする方法。
2. 前記推進ユニット（１０６，１０７，１０８，２０６，２０７，２０８）のそれぞれは、スクリューを備えた、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）によって伝達される推力を増加させるステップ（Ｓ４）、及び前記第１の推進ユニット（１０６，２０７）によって伝達される推力を減少させるステップ（Ｓ５）は、推進ユニット係合時間間隔（ＵＥＴＩ）内に実行され、前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０６，Ｔ２０７）の前記推力の合計は、前記推進ユニット係合時間間隔（ＵＥＴＩ）の直前及び直後で実質的に同じである、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記推進ユニット（１０６，１０７，１０８，２０６，２０７，２０８）が当該推進ユニットの要求推力（ＲＴ）を表す制御信号で制御されるように構成された場合、前記第２の推進ユニット（１０７，２０８）によって伝達される推力を増加させるステップ（Ｓ４）、及び前記第１の推進ユニット（１０６，２０７）によって伝達される推力を減少させるステップ（Ｓ５）は、ユニット係合要求推力（ＵＥＲＴ）で実行され（Ｓ３）、当該ユニット係合要求推力（ＵＥＲＴ）を含む要求推力間隔内で、前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０６，Ｔ１０７，Ｔ２０６，Ｔ２０７，Ｔ２０８）の推力の合計（ＰＲ）が、要求推力（ＲＴ）の増加に伴って滑らかに増加する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. 前記推進ユニット（１０６，１０７，１０８，２０６，２０７，２０８）が当該推進ユニットの要求推力（ＲＴ）を表す制御信号で制御されるように構成された場合、前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０６，Ｔ１０７，Ｔ２０６、Ｔ２０７，Ｔ２０８）の各推力について、要求推力（ＲＴ）の増加に伴って増加する程度、前記推進ユニットのそれぞれを駆動するそれぞれの動力源の出力トルク（ＴＨ）の程度は、前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ１０６，Ｔ１０７，Ｔ２０６，Ｔ２０７，Ｔ２０８）に推力を伝達する推進ユニット（１０６，１０７，２０６，２０７，２０８）の数に反比例する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. 前記第１の方向（Ｆ）は、前記船舶（１）の前方方向である、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. 前記推進ユニット（１０６，１０７，１０８）の推力伝達方向が個々に制御可能である場合、前記第１の推進ユニット（１０６）より小さい推力を伝達するように前記第２の推進ユニット（１０７）を制御するステップ（Ｓ２）の間、並びに前記第２の推進ユニット（１０７）によって伝達される推力を増加させるステップ（Ｓ４）、及び前記第１の推進ユニット（１０６）によって伝達される推力を減少させるステップ（Ｓ５）の間、前記第１の方向（Ｆ）とは反対側の前記船舶（１）の方向に成分を持つ方向に推力を伝達するように第３の推進ユニット（１０８）を制御するステップ（Ｓ２）を有する、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 前記第１、第２及び第３の推進ユニット（１０６，１０７，１０８）の推力が、前記船舶の２つの横方向のうちの一方で水平かつ前記船舶の意図された直進方向と垂直な方向の成分を持つ方向を有し、前記推力の成分が同じ横方向にある、
   ことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 前記第１及び第３の推進ユニット（１０６，１０８）が、前記船舶の前後方向の中心線の両側に配置され、前記第２の推進ユニット（１０７）が、前記第１及び第３の推進ユニット（１０６，１０８）の間に配置された、
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の方法。
10. 前記第１、第２及び／又は第３の推進ユニット（１０６，１０７，１０８）の推力が、前記船舶（１）の浮力中心（ＣＢ）と交差する、
    ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記第１の推進ユニット（２０７）より小さい推力を伝達するように前記第２の推進ユニット（２０８）を制御するステップ（Ｓ２）と同時に、前記第１の推進ユニット（２０７）より小さな推力を伝達するように第３の推進ユニット（２０６）を制御するステップ（Ｓ２）と、前記第２の推進ユニット（２０８）によって伝達される推力を増加させるステップ（Ｓ４）と同時に、前記第１の方向（Ｆ）に成分を持つ方向（Ｔ２０６）に前記第３の推進ユニット（２０６）によって伝達される推力を増加させるステップと、を有することを特徴とする、
    請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記第２及び第３の推進ユニット（２０６，２０８）が、前記船舶の前後方向の中心軸の両側に配置され、前記第１の推進ユニット（２０７）が、前記第２及び第３の推進ユニット（２０６，２０８）の間に配置された、
    ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. コンピュータで実行されるとき、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法のステップを実行する、プログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム。
14. コンピュータで実行されるとき、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の方法のステップを実行する、プログラムコード手段を備えたコンピュータプログラムを保持するコンピュータ可読媒体。
15. 請求項１〜１１のいずれか１つに記載の方法のステップを実行するように構成された制御ユニット。
16. 請求項１５に記載の制御ユニットを備えた船舶推進制御システム。
17. 請求項１６に記載の船舶推進制御システムを備えた船舶（１）。