JP7263158B2

JP7263158B2 - 船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラム

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Publication number: JP7263158B2
Application number: JP2019125657A
Authority: JP
Inventors: 秀樹植野
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2019-07-05
Filing date: 2019-07-05
Publication date: 2023-04-24
Anticipated expiration: 2039-07-05
Also published as: US11884371B2; EP3763618B1; EP3763618A1; JP2021011158A; US20210001964A1

Description

本発明は、船体の姿勢を制御する技術に関する。

特許文献１には、船体を一定の方向に向けて保持する船体用制御装置が記載されている。

特開２０１３－１５１２４１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の船体用制御装置のような従来の構成では、大掛かりな構成を必要とする。

したがって、本発明の目的は、大掛かりな構成を用いることなく、船体の方位および推力を自動で制御する技術を提供することにある。

この発明の船体制御装置は、舵制御部、センサ、および、オートパイロット制御部を備える。舵制御部は、船舶の舵角を制御する。センサは、船舶の船体方位を計測する。オートパイロット制御部は、舵制御部に舵角指令を出力する。オートパイロット制御部は、偏角算出部、および、舵角指令設定部を備える。偏角算出部は、船体方位を用いて、船舶の目標方位に対する船舶の船尾を前方とした偏角を算出する。舵角指令設定部は、偏角の大きさが第１閾値未満のときに現状の舵角を維持し、第１閾値以上のときに一意の切り返し用舵角に変更する舵角指令を設定する。

この構成では、偏角と偏角の大きさに対する閾値とを用いて、船体制御のための舵角と推進力とが設定される。

この発明によれば、大掛かりな構成を用いることなく、船体の方位および推力を自動で制御できる。

（Ａ）は、本発明の実施形態に係る船体制御装置の構成を示す機能ブロック図であり、（Ｂ）は、オートパイロット制御部における一部の構成を示す機能ブロック図である。（Ａ）は、偏角ψと舵角指令ηｄとの関係を示す図であり、（Ｂ）は、偏角ψとスロットル開度ＤＧとの関係を示す図である。船舶の姿勢の遷移を示す図である。舵角制御方法を示すフローチャートである。推進力制御方法を示すフローチャートである。

本発明の実施形態に係る船体制御装置、船体制御方法、および、船体制御プログラムについて、図を参照して説明する。図１（Ａ）は、本発明の実施形態に係る船体制御装置の構成を示す機能ブロック図である。図１（Ｂ）は、オートパイロット制御部の一部の構成を示す機能ブロック図である。

図１（Ａ）に示すように、船体制御装置１０は、本体１０１、リモコンレバー１０２、推進力制御部５０、および、舵制御部６０を備える。本体１０１は、ＡＰ制御部２０、ＡＰ操作部２１、表示部３０、および、センサ４０を備える。リモコンレバー１０２は、操作レバー２００、および、操作状態検出部２０１を備える。

ＡＰ制御部２０、ＡＰ操作部２１、表示部３０、および、センサ４０は、船舶用のデータ通信ネットワーク１００によって互いに接続する。ＡＰ制御部２０、リモコンレバー１０２、および、推進力制御部５０は、例えば、推進力用通信網（ＣＡＮ等）を介して接続する。ＡＰ制御部２０と舵制御部６０とは、アナログ電圧またはデータ通信を介して接続する。

推進力発生部９１は、推進力制御部５０に接続する。舵制御部６０は、舵９２に接続する。推進力発生部９１および舵９２は、例えば、船外機９０に備えられている。推進力発生部９１および舵９２は、例えば、船内機、船内外機他、各種の推進器等に備えられていてもよい。

（本体１０１の構成）
ＡＰ制御部２０は、例えば、ＣＰＵ等の演算処理装置と記憶部とによって構成される。記憶部は、ＡＰ制御部２０で実行するプログラムを記憶する。また、記憶部は、ＣＰＵの演算時に利用される。ＡＰ制御部２０が、本発明の「オートパイロット制御部」に対応する。ＡＰ制御部２０は、船体制御に関する指令を、推進力制御部５０および舵制御部６０に出力する。

概略的には、ＡＰ制御部２０は、目標方位から偏角を算出する。ＡＰ制御部２０は、偏角を用いて、舵角指令および推進力指令を設定する。ＡＰ制御部２０は、推進力指令を、推進力制御部５０に出力する。ＡＰ制御部２０は、舵角指令を、舵制御部６０に出力する。

ＡＰ操作部２１は、例えば、タッチパネル、物理的なボタンやスイッチによって実現される。ＡＰ操作部２１は、オートパイロット制御に関連する操作入力を受け付ける。ＡＰ操作部２１は、操作内容をＡＰ制御部２０に出力する。

表示部３０は、例えば、液晶パネル等によって実現される。表示部３０は、ＡＰ制御部２０から入力された通常のオートパイロットの航行に関連する情報を表示する。なお、表示部３０は、省略することも可能であるが、あることが好ましく、表示部３０があることによって、ユーザは航行状態を容易に把握できる。

センサ４０は、自船の位置や船体方位等の計測データを計測する。自船の位置は、自船が留まりたい位置（定点位置）や自船が移動したい経路（移動経路）に対する自船の位置の検出に用いられる。船体方位は、偏角の算出に用いられる。例えば、センサ４０は、ＧＮＳＳ（例えば、ＧＰＳ）の測位信号を利用した測位センサ、慣性センサ（加速度センサや角速度センサ等）、磁気センサ等によって実現される。なお、船体方位からは、すくなくとも船尾方位ＳＡが得られればよい。船尾方位ＳＡとは、船尾の向く方位である。

また、センサ４０は、船体制御装置１０が装備された船舶に対する外乱を計測する。具体的には、外乱は、例えば、潮流や風向、風速等である。外乱は、目標方位の決定等に用いられる。なお、外乱を用いずに位置だけで目標方位を設定する場合は、外乱を計測するセンサは、省略することも可能である。

センサ４０は、計測データを、ＡＰ制御部２０に出力する。

推進力制御部５０は、例えば、所定の電子回路によって実現される。推進力制御部５０は、ＡＰ制御部２０からの推進力指令に応じて、推進力制御信号を生成し、推進力発生部９１に出力する。推進力発生部９１は、例えば、船舶用のエンジンである。この場合、推進力制御信号は、エンジンのスロットの開放量（開度）およびシフトの設定値（シフトＦ（フォワード）／シフトＮ（ニュートラル）／シフトＲ（リバース））を規定する信号である。なお、推進力制御部５０は、手動航行モード時には、リモコンレバー１０２の操作状態検出部２０１からの操作状態に応じて、推進力制御信号を生成し、推進力発生部９１に出力する。

舵制御部６０は、例えば、所定の電子回路と、舵９２の舵角に対する物理的な制御機構によって実現される。舵制御部６０は、ＡＰ制御部２０からの舵角指令に応じて、舵９２の舵角を制御する。

（リモコンレバー１０２の構成）
操作レバー２００は、ユーザからの手動航行時の操作を受け付ける。操作状態検出部２０１は、センサ等によって実現される。操作状態検出部２０１は、操作レバー２００の操作状態を検出する。操作状態検出部２０１は、検出した操作レバーの操作状態（角度）を、推進力制御部５０に出力する。ＡＰ制御部２０は、この操作状態を受信する。

このような構成において、船体制御装置１０のＡＰ制御部２０は、自動姿勢制御モード時に、次に示す船体制御を実行する。

図１（Ｂ）に示すように、ＡＰ制御部２０は、目標方位設定部２２１、偏角算出部２２２、舵角指令設定部２２３、および、推進力指令設定部２２４を備える。

目標方位設定部２２１は、目標方位ＴＡを設定する。目標方位ＴＡは、船舶の船尾が向く方向によって設定される。目標方位ＴＡは、例えば外乱ＤＳの到来方向、ユーザによるＡＰ操作部２１からの目標位置と船舶の位置との位置関係によって設定される。

偏角算出部２２２には、目標方位ＴＡと船尾方位ＳＡとが入力される。偏角算出部２２２は、目標方位ＴＡと船尾方位ＳＡとの差によって、偏角ψを算出する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψに基づいて、舵角指令を設定する。概略的には、舵角指令設定部２２３は、偏角ψと舵角制御用の閾値ＴＨｄとを比較し、この比較結果に基づいて、舵角指令ηｄを設定する。舵角指令ηｄは、舵９２に設定する舵角である。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψに基づいて、推進力指令を設定する。概略的には、推進力指令設定部２２４は、偏角ψと推進力制御用の閾値ＴＨｓとを比較し、この比較結果に基づいて、推進力指令を設定する。推進力指令は、例えば、スロットル開度ＤＧである。

図２（Ａ）は、偏角ψと舵角指令ηｄとの関係を示す図である。図２（Ｂ）は、偏角ψとスロットル開度ＤＧとの関係を示す図である。なお、図２（Ａ）、図２（Ｂ）では、偏角ψは、目標方位ＴＡと船尾方位ＳＡとが一致するときを０°とし、船尾が左舷側に傾くときに偏角ψは正値となり、船尾が右舷側に傾くときに偏角ψは負値となるように設定する。

（舵角の制御：図２（Ａ）参照）
実際の制御時において、初期状態の偏角ψは、任意の値となるが、説明を分かり易くするため、初期状態として偏角ψが０°であるとする。

Ａ：最初に左舷側に傾く場合
舵角指令設定部２２３は、船尾が左舷側に傾き、偏角ψが閾値ＴＨｄ１未満の間は、舵角指令ηｄ０を設定する。舵角指令ηｄ０は、偏角ψを０°にする指令である。すなわち、舵角指令設定部２２３は、現状の舵角を維持する。

閾値ＴＨｄ１は、船尾が左舷側において所定角度傾いた状態の角度によって規定される。閾値ＴＨｄ１は、例えば、船舶の大きさ、形状や、舵角の船体制御への影響度、外乱の船舶への影響度等によって、適宜設定可能である。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１になると、舵角指令ηｄ１を設定する。舵角指令ηｄ１は、舵９２の舵角を、一意の切り返し用舵角、例えば、船体の右舷側への最大舵角とするものである。なお、この場合、最大舵角に限るものではなく、船体の方位を大きく変化させることができるような所定の舵角を超える大舵角であってもよい。そして、この大舵角は、ユーザ、船体の特性等によって適宜設定可能である。舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以上である間は、偏角ψの大きさによらず、舵角指令ηｄ１を設定する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以上から閾値ＴＨｄ１未満になり、閾値ＴＨｄ２（負値）よりも大きな間は、舵角指令ηｄ１を維持する。

閾値ＴＨｄ２は、船尾が右舷側において所定角度傾いた状態の角度によって規定される。閾値ＴＨｄ２は、例えば、船舶の大きさ、形状や、舵角の船体制御への影響度、外乱の船舶への影響度等によって、適宜設定可能である。閾値ＴＨｄ２は、例えば、閾値ＴＨｄ１に対して、符号が逆であり、絶対値が同じである。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２になると、舵角指令ηｄ２を設定する。舵角指令ηｄ２は、舵９２の舵角を、船体の左舷側への最大舵角とするものである。舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２以下である間は、偏角ψの大きさによらず、舵角指令ηｄ２を設定する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２以下から閾値ＴＨｄ２よりも大きくなり、閾値ＴＨｄ１未満の間は、舵角指令ηｄ２を維持する。

以下、舵角指令設定部２２３は、偏角ψの大きさおよび変化に応じて、上述の制御を適宜行う。

Ｂ：最初に右舷側に傾く場合
一方、舵角指令設定部２２３は、船尾が右舷側から傾き始めた場合は、次の制御を行う。

舵角指令設定部２２３は、船尾が右舷側に傾き、偏角ψが閾値ＴＨｄ２より大きな間は、上述の最初に左舷側に傾く場合と同様に、現状の舵角を維持する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２になると、舵角指令ηｄ２を設定する。舵角指令ηｄ２は、舵９２の舵角を、一意の切り返し用舵角、例えば、船体の左舷側への最大舵角とするものである。なお、この場合、最大舵角に限るものではなく、船体の方位を大きく変化させることができるような所定の舵角を超える大舵角であってもよい。そして、この大舵角は、ユーザ、船体の特性等によって適宜設定可能である。舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２以下である間は、偏角ψの大きさによらず、舵角指令ηｄ２を設定する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２以下から閾値ＴＨｄ２よりも大きくになり、閾値ＴＨｄ１未満の間は、舵角指令ηｄ２を維持する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１になると、舵角指令ηｄ１を設定する。舵角指令ηｄ１は、舵９２の舵角を、船体の右舷側への最大舵角とするものである。舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以上である間は、偏角ψの大きさによらず、舵角指令ηｄ１を設定する。

舵角指令設定部２２３は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以上から閾値ＴＨｄ１未満になり、閾値ＴＨｄ２より大きな間は、舵角指令ηｄ１を維持する。

（推進力の制御：図２（Ｂ）参照）
Ａ：左舷に傾く場合
推進力指令設定部２２４は、スロットル開度ＤＧが０°である状態から、船尾が左舷側に傾き、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ（正値）未満の間は、スロットル開度ＤＧを０に維持する。また、推進力指令設定部２２４は、クラッチのシフトをニュートラル（シフトＮ）とする。

閾値ＴＨｓ１ｐは、船尾が左舷側において所定角度傾いた状態の角度によって規定される。閾値ＴＨｓ１ｐは、閾値ＴＨｄ１よりも大きい。閾値ＴＨｓ１ｐは、上述の舵角制御において、閾値ＴＨｄ１に基づく大舵角の舵角指令に対応した転舵が完了する角度によって決められている。これにより、転舵の完了後に推進力を与えることができ、船体制御は、安定する。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐになると、スロットル開度ＤＧ０に設定する。スロットル開度ＤＧ０は、所謂アイドリング状態に対応し、スロットル開度は最低開度（開度の下限値）であり、クラッチのシフトをリバース（シフトＲ）とする。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以上であり、閾値ＴＨｓ２ｐ以下の間は、偏角ψの大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐに調整する。具体的には、推進力指令設定部２２４は、偏角ψの絶対値の大きさに比例してスロットル開度ＤＧｐを大きくする。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ２ｐよりも大きな間は、閾値ＴＨｓ２ｐでのスロットル開度である最大開度ＤＧｍｘに設定する。なお、最大開度ＤＧｍｘは、船体制御時に安全の確保が可能な範囲における最大の開度である。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ２ｐ以上から閾値ＴＨｓ２ｐ未満になり、閾値ＴＨｓ１ｐよりも大きな間は、偏角ψの大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐに調整する。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以下になり、閾値ＴＨｄ１よりも大きな間は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。すなわち、推進力指令設定部２２４は、スロットル開度を最低開度として、シフトのリバース（シフトＲ）を維持する。閾値ＴＨｄ１は、上述の舵角指令に対する閾値である。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１になると、クラッチのシフトをニュートラル（シフトＮ）として、スロットル開度ＤＧを０とする。推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以下で０°の間では、シフトのニュートラル（シフトＮ）とスロットル開度ＤＧを０に維持する。

この後、船舶が右舷に傾くときは、推進力指令設定部２２４は、次に示す、右舷に傾く場合の制御を行う。

Ｂ：右舷に傾く場合
推進力指令設定部２２４は、船尾が右舷側に傾き、偏角ψが閾値ＴＨ２ｄ（負値）よりも大きな間は、クラッチのシフトをフォワード（シフトＦ）として、スロットル開度ＤＧ０に設定する。スロットル開度ＤＧ０は、最低開度（開度の下限値）である。このような制御を行うことによって、船体の回頭の勢いを抑制できる。

推進力指令設定部２２４は、船尾がさらに右舷側に傾き、偏角ψが閾値ＴＨ２ｄ（負値）以下になると、閾値ＴＨｓ１ｍ以上の間、クラッチのシフトをニュートラル（シフトＮ）にして、スロットル開度ＤＧを０にする。

閾値ＴＨｓ１ｍは、船尾が右舷側において所定角度傾いた状態の角度によって規定される。閾値ＴＨｓ１ｍは、閾値ＴＨｄ２よりも小さい。閾値ＴＨｓ１ｍは、閾値ＴＨｓ１ｐと同様に、上述の舵角制御において、閾値ＴＨｄ１に基づく大舵角の舵角指令に対応した転舵が完了する角度によって決められている。これにより、転舵の完了後に推進力を与えることができ、船体制御は、安定する。閾値ＴＨｓ１ｍは、例えば、閾値ＴＨｓ１ｐに対して、符号が逆であり、絶対値が同じである。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍになると、スロットル開度ＤＧ０に設定する。スロットル開度ＤＧ０は、所謂アイドリング状態に対応し、最低開度（開度の下限値）であり、クラッチのシフトをリバース（シフトＲ）とする。

推進力指令設定部２２４は、偏角φが閾値ＴＨｓ１ｍ以下であり、閾値ＴＨｓ２ｍ以上の間は、偏角ψの大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐに調整する。具体的には、推進力指令設定部２２４は、偏角ψの絶対値の大きさに比例してスロットル開度ＤＧｐを大きくする。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ２ｍ未満の間は、閾値ＴＨｓ２ｍでのスロットル開度である最大開度ＤＧｍｘに設定する。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ２ｍ以下から閾値ＴＨｓ２ｍよりも大きくなり、閾値ＴＨｓ１ｍよりも小さな間は、偏角ψの大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐに調整する。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍ以上になり、閾値ＴＨｄ２よりも小さな間は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。すなわち、推進力指令設定部２２４は、スロットル開度を最低開度として、シフトのリバース（シフトＲ）を維持する。閾値ＴＨｄ２は、上述の舵角指令に対する閾値である。

推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２になると、クラッチのシフトをニュートラル（シフトＮ）とする。推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨｄ２以上で０°の間では、シフトのニュートラル（シフトＮ）を維持する。

なお、この後、船舶が左舷に傾くときは、推進力指令設定部２２４は、偏角ψが閾値ＴＨ１ｄ（正値）よりも小さな間は、クラッチのシフトをフォワード（シフトＦ）として、スロットル開度ＤＧ０に設定する。スロットル開度ＤＧ０は、最低開度（開度の下限値）である。このような制御を行うことによって、船体の回頭の勢いを抑制できる。

そして、推進力指令設定部２２４は、上述の左舷に傾く場合の制御を行う。

（状態遷移の説明）
図３は、船舶（船体）の姿勢の遷移を示す図である。図３におけるＳＴ１―ＳＴ１２は、各状態を示す。図３において、１は船体を示し、２は船首を示し、３は船尾を示す。なお、船尾方位ＳＡは、状態ＳＴ１および状態ＳＴ２には図示しているが、状態ＳＴ３－ＳＴ１２においては図示を省略している。船尾方位ＳＡは、図３における船舶１の船首船尾方位に平行な中心線ＣＬ１に平行で、且つ、船尾３の向く方向である。

以下では、船舶が最初に左舷側に傾く場合を説明するが、右舷側に傾く場合であっても、ＡＰ制御部２０は、同様に、船体制御を行うことができる。

まず、状態ＳＴ１では、船尾方位ＳＡと目標方位ＴＡが同じ（偏角ψ＝０°）であり、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度を０（スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ））とし、舵角指令ηｄ＝０°とする。

状態ＳＴ２では、船舶１が左舷側に傾く。そして、偏角ψが閾値ＴＨｄ１に達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ）のまま、舵角指令ηｄ１を設定する。これにより、舵角は、徐々に、舵角指令ηｄ１に応じた舵角η１となる。

状態ＳＴ３では、船舶１がさらに左舷側に傾く。そして、舵角η１になり、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐに達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。言い換えれば、ＡＰ制御部２０は、シフトをリバースに切り替え、スロットル開度を、０から最低開度にする。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ１を維持する。そして、この制御によって、船舶１が左舷側に傾く速度は低下させることが可能になる。

状態ＳＴ４では、船舶１がさらに左舷側に傾く。そして、ＡＰ制御部２０は、偏角ψの絶対値の大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐを設定する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ１を維持する。この制御によって、船舶１が左舷側に傾く状態はとめられ、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づくようになる。

状態ＳＴ５では、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づき、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐに達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。言い換えれば、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度を最低開度にして、シフトのリバース状態を維持する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ１を維持する。これにより、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づく速度を低下させることができる。

状態ＳＴ６では、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡにさらに近づき、偏角ψが閾値ＴＨｄ１に達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ）状態に制御する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ１を維持する。これにより、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づく速度を低下させることができ、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡをオーバーして、船舶１が右舷側に傾いてしまうことを抑制できる。

状態ＳＴ７では、船尾方位ＳＡと目標方位ＴＡとが一致する。この状態では、ＡＰ制御部２０は、スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ）状態を維持し、且つ、舵角指令ηｄ１を維持する。

状態ＳＴ８では、船舶１は右舷側に傾く。そして、偏角ψが閾値ＴＨｄ２よりも大きい間は、ＡＰ制御部２０は、シフトをフォワード（シフトＦ）にして、スロットル開度ＤＧ０に設定する。これにより、船舶１の回頭の勢いを抑制できる。

状態ＳＴ９では、船舶１はさらに右舷側に傾く。そして、偏角ψが閾値ＴＨｄ２に達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ）にして、舵角指令ηｄ１を舵角指令ηｄ２に切り替えるように設定する。これにより、舵角は、徐々に、舵角指令ηｄ２に応じた舵角η２となる。

状態ＳＴ１０では、船舶１がさらに右舷側に傾く。そして、舵角η２になり、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍに達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。言い換えれば、ＡＰ制御部２０は、シフトをリバース（シフトＲ）にして、スロットル開度を、０から最低開度にする。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ２を維持する。そして、この制御によって、船舶１が右舷側に傾く速度は低下させることが可能になる。

状態ＳＴ１１では、船舶１がさらに右舷側に傾く。そして、ＡＰ制御部２０は、偏角ψの絶対値の大きさに応じたスロットル開度ＤＧｐを設定する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ２を維持する。この制御によって、船舶１が右舷側に傾く状態はとめられ、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づくようになる。

状態ＳＴ１２では、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づき、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍに達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度ＤＧ０を設定する。言い換えれば、ＡＰ制御部２０は、スロットル開度を最低開度して、シフトのリバース状態を維持する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ２を維持する。これにより、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づく速度を低下させることができる。

状態ＳＴ１３では、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡにさらに近づき、偏角ψが閾値ＴＨｄ２に達すると、ＡＰ制御部２０は、スロットルオフ（ＳＬｏｆｆ）状態に制御する。この際、ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ２を維持する。これにより、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡに近づく速度を低下させることができ、船尾方位ＳＡが目標方位ＴＡをオーバーして、船舶１が左舷側に傾いてしまうことを抑制できる。

以下、再度左舷側に傾くと、上述の状態ＳＴ８と同様に、シフトをフォワードに切り替えて、スロットル開度ＤＧ０（最低開度）の制御を行い、さらに、上述の各状態に応じた制御を行うことによって、ＡＰ制御部２０は、船尾方位ＳＡを目標方位ＴＡに一致させるように逐次制御できる。そして、この構成および制御を用いることで、船体制御装置１０は、１舵、１推進力の簡素な構成であっても、船尾方位ＳＡを目標方位ＴＡに一致させる船体制御を安定して行うことができる。

（船体制御方法および船体制御プログラムの説明）
上述の説明では、舵角および推進力の制御をそれぞれ個別の機能部で行う態様を示した。しかしながら、ＡＰ制御部２０を、ＣＰＵ等の演算処理装置と記憶部に記憶された船体制御プログラムによって実現する場合や、プログラマブルＩＣ（本願の演算処理装置の一種に含まれる。）によって実現する場合には、船体制御方法および船体制御プログラムとして、次のフローに示す方法を適用すればよい。なお、以下に示す舵角指令および推進力指令は、上述のものであり、詳細な説明は省略する。

（舵角制御方法）
図４は、舵角制御方法を示すフローチャートである。

ＡＰ制御部２０は、舵角指令ηｄ０（＝０°）を設定する（Ｓ１０１）。ＡＰ制御部２０は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１以上であれば（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、舵角指令ηｄ１を設定する（Ｓ１０３）。

ＡＰ制御部２０は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１未満であり（Ｓ１０２：ＮＯ）、閾値ＴＨｄ２以下であれば（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、舵角指令ηｄ２を設定する（Ｓ１０５）。

ＡＰ制御部２０は、偏角ψが閾値ＴＨｄ１未満であり（Ｓ１０２：ＮＯ）、閾値ＴＨｄ２よりも大きければ（Ｓ１０４：ＮＯ）、現在の舵角指令を維持する。

（推進力制御方法）
図５は、推進力制御方法を示すフローチャートである。図５において、ＦＬＧｅ＝１およびＦＬＧｅ＝－１は、シフトをニュートラル（シフトＮ）に設定し、スロットル開度が０の制御である。ＦＬＧｅ＝１’およびＦＬＧｅ＝－１’は、シフトをフォワード（シフトＦ）に設定し、スロットル開度ＤＧ０の制御（アイドリング制御）である。ＦＬＧｅ＝２およびＦＬＧｅ＝－２は、シフトをニュートラル（シフトＮ）に設定し、スロットル開度が０の制御である。ＦＬＧｅ＝２’およびＦＬＧｅ＝－２’は、シフトをリバース（シフトＲ）に設定し、スロットル開度ＤＧ０の制御（アイドリング制御）である。ＦＬＧｅ＝３およびＦＬＧｅ＝－３は、シフトをリバース（シフトＲ）に設定し、スロットル開度ＤＧｐの制御、すなわち、偏角ψの絶対値を定数倍して、最低開度を加算した開度の制御である。

ＡＰ制御部２０は、偏角ψが０°以上、閾値ＴＨｄ１未満であれば（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、ステップＳ２０２に移行し、偏角ψが０°以上、閾値ＴＨｄ１未満でなければ（Ｓ２０１：ＮＯ）、ステップＳ２０５に移行する。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２０２において、ＦＬＧｅ＝－１の状態であれば（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝１’の制御を行い（Ｓ２０３）、ＦＬＧｅ＝－１の状態でなければ（Ｓ２０２：ＮＯ）、ＦＬＧｅ＝１の制御を行い（Ｓ２０４）、ステップＳ２０１に戻す。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２０５において、偏角ψが０°未満、閾値ＴＨｄ２よりも大きければ（Ｓ２０５：ＹＥＳ）、ステップＳ２０６に移行し、偏角ψが０°未満、閾値ＴＨｄ２よりも大きくなければ（Ｓ２０５：ＮＯ）、ステップＳ２０９に移行する。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２０６において、ＦＬＧｅ＝１の状態であれば（Ｓ２０６：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝－１’の制御を行い（Ｓ２０７）、ＦＬＧｅ＝－１の状態でなければ（Ｓ２０６：ＮＯ）、ＦＬＧｅ＝１の制御を行い（Ｓ２０８）、ステップＳ２０１に戻す。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２０９において、偏角ψが閾値ＴＨｄ１よりも大きく、閾値ＴＨｓ１ｐ未満であれば（Ｓ２０９：ＹＥＳ）、ステップＳ２１０に移行し、偏角ψが閾値ＴＨｄ１よりも大きく、閾値ＴＨｓ１ｐ未満でなければ（Ｓ２０９：ＮＯ）、ステップＳ２１３に移行する。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１０において、ＦＬＧｅ＝３の状態であれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝２’の制御を行い（Ｓ２１１）、ＦＬＧｅ＝３の状態でなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、ＦＬＧｅ＝２の制御を行い（Ｓ２１２）、ステップＳ２０１に戻す。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１３において、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍよりも大きく、閾値ＴＨ２ｄ未満であれば（Ｓ２１３：ＹＥＳ）、ステップＳ２１４に移行し、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｍよりも大きく、閾値ＴＨ２ｄ未満でなければ（Ｓ２１３：ＮＯ）、ステップＳ２１７に移行する。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１４において、ＦＬＧｅ＝－３の状態であれば（Ｓ２１４：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝－２’の制御を行い（Ｓ２１５）、ＦＬＧｅ＝－３の状態でなければ（Ｓ２１４：ＮＯ）、ＦＬＧｅ＝－２の制御を行い（Ｓ２１６）、ステップＳ２０１に戻す。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１７において、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以上であれば（Ｓ２１７：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝３の制御を行い（Ｓ２１８）、ステップＳ２０１に戻す。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１７において、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以上でなければ（Ｓ２１７：ＮＯ）、ステップＳ２１９に移行する。

ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１９において、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以下であれば（Ｓ２１９：ＹＥＳ）、ＦＬＧｅ＝－３の制御を行い（Ｓ２２０）、ステップＳ２０１に戻す。ＡＰ制御部２０は、ステップＳ２１９において、偏角ψが閾値ＴＨｓ１ｐ以下でなければ（Ｓ２１９：ＮＯ）、ステップＳ２０１に戻す。

なお、上述の偏角ψが小さい時にシフトをフォワードに切り替える制御は、省略することも可能である。しかしながら、この制御を行うことによって、上述のように、船舶の船体の回頭の勢いを抑制できるので、この制御を行うことが好ましい。

１：船舶
２：船首
３：船尾
１０：船体制御装置
２０：ＡＰ制御部
２１：ＡＰ操作部
３０：表示部
４０：センサ
５０：推進力制御部
６０：舵制御部
９０：船外機
９１：推進力発生部
９２：舵
１００：データ通信ネットワーク
１０１：本体
１０２：リモコンレバー
２００：操作レバー
２０１：操作状態検出部
２２１：目標方位設定部
２２２：偏角算出部
２２３：舵角指令設定部
２２４：推進力指令設定部

Claims

船舶の舵角を制御する舵制御部と、
前記船舶の推進力を制御する推進力制御部と、
前記船舶の船体方位を計測するセンサと、
前記舵制御部に舵角指令を出力し、前記推進力制御部に推進力指令を出力するオートパイロット制御部と、
を備え、
前記オートパイロット制御部は、
前記船体方位を用いて、前記船舶の目標方位に対する前記船舶の船尾を前方とした偏角を算出する偏角算出部と、
前記偏角の大きさについて第１閾値と第２閾値とを設定し、前記第２閾値の絶対値を前記第１閾値の絶対値よりも大きく設定し、
前記偏角の大きさが第１閾値未満のときに現状の舵角を維持し、前記第１閾値以上のときに一意の切り返し用舵角に変更する前記舵角指令を設定する舵角指令設定部と、
前記偏角の大きさが第２閾値未満のときに推進力を０にし、前記第２閾値以上のときに前記偏角の大きさに応じた推進力を与える前記推進力指令を設定して、前記推進力制御部に出力する推進力指令設定部と、
を備える、
船体制御装置。
請求項１に記載の船体制御装置であって、
前記推進力指令設定部は、
前記偏角の大きさが前記第２閾値よりも大きな第３閾値以上のときに、前記第３閾値のときと同じ推進力を与える前記推進力指令を設定する、
船体制御装置。
請求項１または請求項２に記載の船体制御装置であって、
前記推進力指令設定部は、
前記偏角の大きさが小さくなるときに、前記偏角が前記第２閾値から前記第１閾値との間にあるとき、前記推進力制御部におけるクラッチのシフトをリバースに設定し、前記第１閾値未満にあるときに、前記クラッチのシフトをニュートラルに設定する、前記推進力指令を設定する、
船体制御装置。
請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の船体制御装置であって、
前記推進力指令設定部は、
前記偏角の大きさが０と前記第１閾値との間にあるとき、前記推進力制御部におけるクラッチのシフトをフォワードに設定し、推進力を決定するスロットル開度をアイドリング状態に制御する、
船体制御装置。
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の船体制御装置であって、
前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きい、
船体制御装置。
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の船体制御装置であって、
前記切り返し用舵角は、前記舵角が取れる最大舵角である、
船体制御装置。
船舶の船体方位を計測し、
前記船体方位を用いて、前記船舶の目標方位に対する前記船舶の船尾を前方とした偏角を算出し、
前記偏角の大きさについて第１閾値と第２閾値とを設定し、前記第２閾値の絶対値を前記第１閾値の絶対値よりも大きく設定し、
前記偏角の大きさが第１閾値未満のときに現状の舵角を維持し、前記第１閾値以上のときに一意の切り返し用舵角に変更する舵角指令を設定し、
前記偏角の大きさが第２閾値未満のときに推進力を０にし、前記第２閾値以上のときに前記偏角の大きさに応じた推進力を与える推進力指令を設定し、
前記舵角指令を用いて、前記船舶の舵角を制御し、
前記推進力指令を用いて、前記船舶の推進力を制御する、
船体制御方法。
請求項７に記載の船体制御方法であって、
前記偏角の大きさが０と前記第１閾値との間にあるとき、前記推進力のためのクラッチのシフトをフォワードに設定し、推進力を決定するスロットル開度をアイドリング状態に制御する、
船体制御方法。
船舶の船体方位を計測し、
前記船体方位を用いて、前記船舶の目標方位に対する前記船舶の船尾を前方とした偏角を算出し、
前記偏角の大きさについて第１閾値と第２閾値とを設定し、前記第２閾値の絶対値を前記第１閾値の絶対値よりも大きく、
前記偏角の大きさが第１閾値未満のときに現状の舵角を維持し、前記第１閾値以上のときに一意の切り返し用舵角に変更する舵角指令を設定し、
前記偏角の大きさが第２閾値未満のときに推進力を０にし、前記第２閾値以上のときに前記偏角の大きさに応じた推進力を与える推進力指令を設定し、
前記舵角指令を用いて、前記船舶の舵角を制御し、
前記推進力指令を用いて、前記船舶の推進力を制御する、
処理を、演算処理装置に実行させる船体制御プログラム。
請求項９に記載の船体制御プログラムであって、
前記偏角の大きさが０と前記第１閾値との間にあるとき、前記推進力のためのクラッチのシフトをフォワードに設定し、推進力を決定するスロットル開度をアイドリング状態に制御する、
処理を、前記演算処理装置に実行させる船体制御プログラム。