JP7019369B2 - 遠隔制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、船舶等の船舶の速度を遠隔制御する遠隔制御装置に関する。

船舶では、操縦レバーを所定位置に移動させると、その位置に応じた速度になるまで、エンジンの単位時間当たりの回転数を線形に変化させる操縦モードが予め用意されていることが多い。

この種の操縦モードは、エンジンの負荷や、燃費、速度などを総合的に考慮に入れて、単位時間当たりの回転数の変化量を予め固定的に設定しており、この変化量を勝手には変更できないことが多い。

特開２００９－２０２６４４

しかしながら、船舶で航行する際には、燃料をできるだけ節約して航行したい場合や、できるだけ速い速度で航行したい場合など、航行時に求められる要求は様々である。よって、上記の操縦モードを選択したときに、燃費や速度などが思い通りにならないことも起こりえる。かといって、上記の操縦モードを選択せずに、マニュアルで航行を行う場合、こまめに操縦レバーを操作しなければならず、操縦者の負担が増大する。

本発明は、操縦者の意向を反映させて最適な走行制御ができるようにした遠隔制御装置を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様では、船舶の目標速度を指令する速度指令部と、
前記目標速度と前記船舶の現在速度との差分に基づいて求められるエンジンの回転数指令信号を、船舶の積載量、重量、または喫水の深さの少なくとも１つの指標に応じて調整する回転数指令調整部と、を備える遠隔制御装置が提供される。

前記回転数指令信号は、前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を調整する信号であってもよい。

前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量または重量が増大するほど、又は前記喫水の深さが高くなるほど、前記変化量がより小さくなるように前記回転数指令信号を調整してもよい。

前記少なくとも１つの指標に応じて前記回転数の最大変化量を設定する最大変化量設定部を備え、
前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じた前記回転数の最大変化量を超えない範囲で前記回転数指令信号を調整してもよい。

前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量または重量が増大するほど、前記変化量の調整範囲を狭くしてもよい。

船舶の燃費よりも速度を優先させる第１優先モードと、前記船舶の速度よりも燃費を優先させる第２優先モードとのいずれか一方を選択するモード選択部を備え、
前記回転数指令調整部は、前記第１優先モードが選択された場合は、前記第２優先モードが選択された場合よりも前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が大きくなるように前記回転数指令信号を調整してもよい。

前記回転数指令調整部は、前記第２優先モードが選択された場合は、前記第１優先モードが選択された場合よりも前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が大きくなるように前記回転数指令信号を調整するとともに、前記エンジンの燃料噴射量を一定に制御してもよい。

前記モード選択部は、前記目標速度に到達するまでの間、エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を調整する第１操縦モード、または前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を一定にする第２操縦モードを選択可能であり、
前記モード選択部は、前記第１操縦モードを選択した場合には、前記第１優先モードまたは前記第２優先モードを選択可能であり、
前記回転数指令調整部は、前記第２操縦モードが選択されたときには、前記船舶の積載量、重量または喫水の深さに依存せずに、前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が一定になるように前記回転数指令信号を調整してもよい。

前記第２操縦モードは、前記船舶が港から所定範囲内を航行している場合に選択され、
前記第１操縦モードは、前記船舶が港から前記所定範囲外を航行している場合に選択されてもよい。

本発明によれば、操縦モード選択時の具体的な操縦内容を調整できる。

一実施形態による遠隔制御装置を備えたエンジン制御システムの概略構成を示すブロック図。 エンジンの設定回転数の時間変化を示すグラフ。 ５０％の積載量のときの回転数の変化量の可変範囲を示す図。 ８０％の積載量のときの回転数の変化量の可変範囲を示す図。 １００％の積載量のときの回転数の変化量の可変範囲を示す図。 本実施形態による遠隔制御装置の処理動作を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１は本発明の一実施形態による遠隔制御装置１を備えたエンジン制御システム２の概略構成を示すブロック図である。図１の遠隔制御装置１とエンジン制御システム２は、船舶のエンジンを制御するものであるが、本実施形態による遠隔制御装置１とエンジン制御システム２は、エンジンを搭載した任意の乗物に適用可能である。なお、本発明において、エンジンとは、燃料によって回転するエンジンの他にモータによって駆動するものも含まれる。つまり、本発明の船舶には、電機推進船も含まれる。なお、以下の説明では、貨物を運搬する船舶（貨物運搬船）を例に説明する。

図１のエンジン制御システム２は、遠隔制御装置１（リモートコントローラとも呼ばれる）と、エンジンコントローラ３と、エンジン４とを備えている。遠隔制御装置１は、例えば、船舶のブリッジまたは機関制御室などに設けられている。エンジンコントローラ３は、例えば、エンジン制御室に設けられている。遠隔制御装置１は、エンジン４の始動、停止、逆転、回転数の設定などを指令する指令信号をエンジンコントローラ３に送る。エンジンコントローラ３は、遠隔制御装置１からの指令信号に基づいて、エンジン４を制御する。

遠隔制御装置１は、操縦レバー（速度指令部）５と、入力部６と、喫水計７と、データ格納部８と、表示部９と、制御部１０とを有する。操縦レバー５は、エンジン４の始動、停止、逆転、回転数の指令を行う。操縦レバー５を所定位置まで操作すると、その位置に対応する速度になるように、エンジンコントローラ３に回転数指令信号が送られる。入力部６は、操縦モードの選択などを行う。喫水計７は、船舶の積載量（船舶に積載された貨物の量）または重量（貨物以外に、バラスト水等を含む、船舶全体の重量）を計測する機器である。積載物が流体である場合にはその流量が積載量に含まれ、コンテナ船の場合にはコンテナの個数も積載量に含まれる。制御部１０は、喫水計７からの計測信号に基づいて、船舶の積載量または重量を検出する。データ格納部８は、エンジン４の制御に必要な各種のデータを格納する。データ格納部８に格納される具体的なデータについては後述する。表示部９は、船舶の航行に必要な各種の情報が表示される。表示部９は、一つでも複数でもよい。

制御部１０は、モード選択部１１と、回転数指令調整部１２とを有する。モード選択部１１が選択可能なモードの中には、船舶が目標速度に到達するまでの間、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整する第１操縦モードがある。目標速度とは、操縦レバー５で操作指令した速度である。モード選択部１１は、操縦者が入力部６にて入力または選択した情報に基づいて、モード選択を行う。あるいは、モード選択部１１は、特定の条件を満たすと、自動的に特定の操縦モードを選択してもよい。モード選択部１１は、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を一定にする第２操縦モードを選択可能であってもよい。また、モード選択部１１は、エンジン４の回転数を一定に制御する第３操縦モードを選択可能であってもよい。以下では、モード選択部１１が少なくとも第１～第３操縦モードを任意に選択可能な例を説明する。

回転数指令調整部１２は、船舶の目標速度と船舶の現在速度との差分に基づいて求められるエンジン４の回転数指令信号を、船舶の積載量、重量、または喫水の深さの少なくとも１つの指標に応じて調整する。回転数指令信号とは、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整する信号である。回転数指令調整部１２は、第１操縦モードが選択されたときに、回転数指令信号を調整することで、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整する。例えば、回転数指令調整部１２は、船舶の積載量または重量が増大するほど、又は喫水の深さが高くなるほど、変化量がより小さくなるように回転数指令信号を調整する。

制御部１０は、最大変化量設定部１３を有していてもよい。最大変化量設定部１３は、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて、エンジン４の回転数の最大変化量を設定する。この場合、回転数指令調整部１２は、船舶の積載量、重量または喫水の深さに応じて回転数指令信号を調整することで、エンジン４の回転数が最大変化量を超えない範囲で、エンジン４の回転数の変化量を調整する。

図２はエンジン４の設定回転数の時間変化を示すグラフである。図２では、船舶が出港してエンジン４の回転数が所定回転数に到達するまでの間は第２操縦モードが選択され、エンジン４の回転数が所定回転数を超えると、第１操縦モードが選択され、船舶の速度が操縦レバー５の操作位置に対応する速度に到達すると、第３操縦モードが選択される例を示している。

第１操縦モードが選択された場合、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整できる。調整可能な変化量は例えば入力部６にて入力または選択してもよいし、所定の条件に基づいて自動的に変化量を調整してもよい。所定の条件とは、例えば、船舶の積載量、重量または喫水の深さである。船舶の積載量または重量が軽いほど、または喫水が浅いほど、第１操縦モードの変化量を大きくし、船舶の積載量または重量が重いほど、または喫水の深さが高いほど、第１操縦モードの変化量を小さくことが考えられる。船舶の積載量または重量が重いほど、または喫水の深さが高いほど、エンジン４を所定の回転数で回転させるのに要するエンジン負荷が大きくなり、燃料もより多く消費する。よって、船舶の積載量または重量が重いほど、または喫水の深さが高いほど、エンジン４の回転数の変化量をより小さくすることで、エンジン４の負荷を下げるとともに、燃費をよくすることができる。

図２には、積載量を３通りに変化させた場合の回転数の変化量の一例が図示されている。図２の直線ｇ１、ｇ２、ｇ３はそれぞれ、５０％、８０％、１００％の積載量の船舶における第１操作モード時の単位時間当たり回転数の変化を示している。図２の例では、５０％の積載量の船舶は、８０％または１００％の積載量の船舶よりも、第１操縦モード時のエンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を大きくしている。同様に、８０％の積載量の船舶は、１００％の積載量の船舶よりも、第１操縦モード時のエンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を大きくしている。

なお、５０％の積載量の船舶における第１操縦モード時の回転数の変化量は、必ずしも図２の直線ｇ１である必要はなく、図３の斜線範囲内で任意に調整可能である。よって、時間に応じて変化量を非線形に変化させてもよい。

同様に、８０％の積載量の船舶における第１操縦モード時の回転数の変化量は、必ずしも図２の直線ｇ２である必要はなく、図４の斜線範囲内で任意に調整可能である。同様に、１００％の積載量の船舶における第１操縦モード時の回転数の変化量は、必ずしも図２の直線ｇ３である必要はなく、図５の斜線範囲内で任意に調整可能である。

図３～図５の斜線範囲の中で左端の直線は、エンジン４の回転数の許容可能な最大変化量を示している。船舶の積載量が多いほど、最大変化量の傾きは低くなり、斜線範囲の面積が狭くなる。これは、船舶の積載量が多いほど、回転数の単位時間当たりの変化量の調整範囲が狭くなることを意味する。

各積載量における回転数の最大変化量は、エンジン４の内部圧力が上がりすぎない最大限度の変化量である。最大変化量よりも大きな変化量を設定すると、エンジン４の正常動作が保証されなくなり、エンジン４の寿命も短くなるおそれがある。

船舶の積載量、重量、または喫水の深さと、エンジン４の回転数の最大変化量との相対関係は、予めデータ格納部８に格納しておくのが望ましい。これにより、制御部１０は、喫水計７にて船舶の積載量、重量、または喫水の深さが検出されると、検出された値に応じた最大変化量をデータ格納部８から抽出できる。そして、制御部１０は、最大変化量を超えない範囲で、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を設定できる。

エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量が大きくなるほど、回転数の上昇度合が大きくなり、短時間で船舶の速度を上げることができる。ただし、エンジン４の回転数が短時間で大きくなるため、燃費は悪くなる。一般に、燃料の消費量は、エンジン４の回転数と１回転当たりの燃料噴射量との乗算で表される。１回転当たりの燃料噴射量が一定であるとすると、エンジン４の回転数が高いほど、燃料の消費量は大きくなる。

船舶は、時と場合によって、なるべく高速で航行したい場合と、なるべく燃料消費量を少なくして航行したい場合とがある。そこで、モード選択部１１は、第１操縦モードを選択した際には、速度を優先させる速度優先モード（第１優先モード）と、燃費を優先させる燃費優先モード（第２優先モード）とのいずれかを選択できるようにしてもよい。なお、これら２つの優先モードは、一例であり、他の優先モードを設けてもよいし、優先モード自体を設けなくてもよい。

速度優先モードでは、図３～図５の斜線範囲内のうち、左端の実線に沿ってエンジン４の回転数を設定するのが望ましい。一方、燃費優先モードでは、図３～図５の斜線範囲内の右側すなわち回転数の単位時間当たりの変化量ができるだけ少なくなるようにエンジン４の回転数を設定するのが望ましい。

図６は本実施形態による遠隔制御装置１の処理動作を示すフローチャートである。このフローチャートの処理は、船舶が航行を開始した時点で開始され、航行を行っている最中は継続して繰り返し行われる。

まず、モード選択部１１は第２操縦モードを選択して、エンジン４を始動する（ステップＳ１）。その後、制御部１０は、エンジン４の回転数が第１閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ２）。第１閾値とは、図２において、第２操縦モードから第１操縦モードに切り替える際の基準となる回転数である。第１閾値は、可変させてもよい。例えば、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて第１閾値を可変させてもよい。

エンジン４の回転数が第１閾値に到達するまでは、ステップＳ２に留まり、到達すると、モード選択部１１は第１操縦モードを選択する（ステップＳ３）。なお、ステップＳ３の選択は、手動でもよいし、自動的に行ってもよい。

次に、制御部１０は、喫水計７からの計測データに基づいて、船舶の積載量、重量、または喫水の深さを推測する（ステップＳ４）。このステップＳ４の処理は、第２操縦モードを選択している間に行ってもよい。

次に、回転数指令調整部１２は、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて回転数指令信号を調整することで、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を設定する（ステップＳ５）。図３～図５に示したように、船舶の積載量、重量、または喫水の深さごとに変化量の調整範囲が異なっている。船舶の積載量、重量、または喫水の深さと、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量と、の相関関係を示すテーブルを予め用意して、データ格納部８または他の格納部に格納しておき、ステップＳ５では、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに対応する変化量の調整範囲をテーブルから検索して抽出してもよい。

次に、モード選択部１１にて、速度優先モードか燃費優先モードのいずれかを選択する（ステップＳ６）。速度優先モードを選択した場合には、回転数指令調整部１２は、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて回転数指令信号を調整することで、エンジン４の回転数の変化量の調整範囲の中で、最大変化量またはそれに近い変化量を選択する（ステップＳ７）。例えば、図３～図５の斜線範囲の左端の最大変化量を表す直線またはその直線付近の範囲から変化量を選択する。そして、回転数指令調整部１２は、ステップＳ７で選択したエンジン４の単位時間当たりの変化量を用いて、エンジン４の回転数を時間とともに増大させる（ステップＳ８）。

一方、燃費優先モードを選択した場合には、回転数指令調整部１２は、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて回転数指令信号を調整することで、エンジン４の回転数の変化量の調整範囲の右側、すなわち変化量の傾きができるだけ小さい領域を選択する（ステップＳ９）。そして、回転数指令調整部１２は、ステップＳ９で選択したエンジン４の単位時間当たりの変化量を用いて、エンジン４の回転数を時間とともに増大させる（ステップＳ１０）。

ステップＳ６～Ｓ１０の処理は、定期的または非定期に繰り返し行われる。これにより、エンジン４の回転数は時間とともに徐々に高くなる。なお、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量は、時間に応じて線形に変化させてもよいし、時間に応じて非線形に変化させてもよい。

その後、エンジン４の回転数が第２閾値以上になったか否かを判定する（ステップＳ１１）。第２閾値は、操縦レバー５の操作位置によって決まる値である。操縦レバー５の操作位置は、目標速度を表しており、船舶が目標速度に到達したときのエンジン４の回転数が第２閾値である。

エンジン４の回転数が第２閾値未満の場合は、ステップＳ６～Ｓ１１の処理を繰り返す。エンジン４の回転数が第２閾値に到達すると、モード選択部１１は第３操縦モードを選択する（ステップＳ１２）。この第３操縦モードでは、エンジン４の回転数を一定にする。これにより、船舶は、略等速で航行することになる。

図６のフローチャートでは、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量の調整範囲を変更した上で、速度優先モードか燃費優先モードのいずれかを選択して、最終的な変化量を決定しているが、速度優先モードか燃費優先モードのいずれかを選択する処理は省略してもよい。また、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて変化量の調整範囲を変更する処理も、必ずしも必須ではない。本実施形態は、第１操縦モードが選択されたときに、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整する点に特徴があり、変化量を調整させる要因は、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに限定されない。例えば、船舶の揺れの大小によって、変化量の調整範囲を変更してもよい。

このように、本実施形態では、船舶の目標速度と現在速度との差分に基づいて求められるエンジン４の回転数指令信号を、船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じて調整するため、船舶の積載量や重量等が変化しても、操縦者に負担を強いることなく、船舶の最適な走行制御を行うことができる。特に、本実施形態では、第１操縦モードが選択されたときに、エンジン４の回転数の単位時間当たりの変化量を調整するため、エンジン４に極端な負荷がかからない範囲でエンジン４の回転数を変化させることができる。これにより、例えば、船舶等の船舶の積載量や重量に応じて変化量を調整したり、速度と燃費のどちらを優先させるかによって変化量を調整することが可能となり、船舶の操縦者の様々な意向を考慮に入れて船舶を走行させることができる。

本発明の態様は、上述した個々の実施形態に限定されるものではなく、当業者が想到しうる種々の変形も含むものであり、本発明の効果も上述した内容に限定されない。すなわち、特許請求の範囲に規定された内容およびその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更および部分的削除が可能である。
なお、上記の説明では、船舶を例に説明したが、他の乗物であっても、本発明を適用できる。

１ 遠隔制御装置、２ エンジン制御システム、３ エンジンコントローラ、４ エンジン、５ 操縦レバー、６ 入力部、７ 喫水計、８ データ格納部、９ 表示部、１０ 制御部、１１ モード選択部、１２ 回転数指令調整部、１３ 最大変化量設定部

Claims (7)

1. 船舶の目標速度を指令する速度指令部と、
   前記目標速度と前記船舶の現在速度との差分に基づいて求められるエンジンの回転数指令信号を、船舶の積載量、重量、または喫水の深さの少なくとも１つの指標に応じて調整する回転数指令調整部と、を備え、
   前記回転数指令信号は、前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を調整する信号であり、
   前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量または重量が増大するほど、又は前記喫水が深くなるほど、前記変化量がより小さくなるように前記回転数指令信号を調整する、遠隔制御装置。
2. 前記少なくとも１つの指標に応じて前記回転数の最大変化量を設定する最大変化量設定部を備え、
   前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量、重量、または喫水の深さに応じた前記回転数の最大変化量を超えない範囲で前記回転数指令信号を調整する、請求項１に記載の遠隔制御装置。
3. 前記回転数指令調整部は、前記船舶の積載量または重量が増大するほど、前記変化量の調整範囲を狭くする、請求項１又は２に記載の遠隔制御装置。
4. 船舶の燃費よりも速度を優先させる第１優先モードと、前記船舶の速度よりも燃費を優先させる第２優先モードとのいずれか一方を選択するモード選択部を備え、
   前記回転数指令調整部は、前記第１優先モードが選択された場合は、前記第２優先モードが選択された場合よりも前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が大きくなるように前記回転数指令信号を調整する、請求項３に記載の遠隔制御装置。
5. 前記回転数指令調整部は、前記第２優先モードが選択された場合は、前記第１優先モードが選択された場合よりも前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が小さくなるように前記回転数指令信号を調整するとともに、前記エンジンの燃料噴射量を一定に制御する、請求項４に記載の遠隔制御装置。
6. 前記モード選択部は、前記目標速度に到達するまでの間、エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を調整する第１操縦モード、または前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量を一定にする第２操縦モードを選択可能であり、
   前記モード選択部は、前記第１操縦モードを選択した場合には、前記第１優先モードまたは前記第２優先モードを選択可能であり、
   前記回転数指令調整部は、前記第２操縦モードが選択されたときには、前記船舶の積載量、重量または喫水の深さに依存せずに、前記エンジンの回転数の単位時間当たりの変化量が一定になるように前記回転数指令信号を調整する、請求項４または５に記載の遠隔制御装置。
7. 前記第２操縦モードは、前記船舶が港から所定範囲内を航行している場合に選択され、
   前記第１操縦モードは、前記船舶が港から前記所定範囲外を航行している場合に選択される、請求項６に記載の遠隔制御装置。

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