JP7448415B2

JP7448415B2 - 燃料制御装置、及び舵制御装置

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Publication number: JP7448415B2
Application number: JP2020083474A
Authority: JP
Inventors: 聖川谷; 真藤原
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Current assignee: Nabtesco Corp
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Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2024-03-12
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Description

本発明は船舶制御装置、及び船舶に関する。

従来、船舶の燃費を向上させるために様々な技術が提案されている（例えば特許文献１）。特許文献１には、可変ピッチプロペラに流入する海水の流入速度を予測し、予測結果に基づいて可変ピッチプロペラの翼角を制御することが記載されている。

特許第６０４７９２３号公報

本発明は、特許文献１とは異なる方法によりエンジンの負荷の変動を抑制して船舶の燃費を向上させる技術を提案することを目的とする。

上記課題を解決するために、制御装置は、プロペラと、前記プロペラに回転動力を伝達することで船舶を推進させるためのエンジンと、前記船舶を旋回させるための舵機と、を備える船舶の前記エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料制御装置であって、前記船舶が指定航路を航行するように前記舵機の目標舵角値を指令する旋回指令部と、前記船舶が前記指定航路を航行する間の所定タイミングにおいて前記目標舵角値に従った前記舵機の制御及び外乱によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の現在のエンジンの負荷に対する負荷変動量を算出する予測部と、前記エンジンの目標回転数と実回転数とを取得する回転数取得部と、前記目標回転数と前記実回転数と前記負荷変動量とに基づいて、前記エンジンの回転数の変動を抑制するように前記所定タイミングにおける前記燃料噴射量を調整する調整部と、調整された前記燃料噴射量に基づいて前記エンジンに燃料を噴射するエンジン制御部と、を備える。

第１実施形態による船舶のブロック図である。外乱負荷変動量と経過時間との関係を示すグラフである。経過時間と目標舵角値との関係を示すグラフである。経過時間毎の負荷変動量の合計値との関係を示すグラフである。制御装置の一連の動作を示すフロー図である。第２実施形態による船舶のブロック図である。等燃費率線の一例である。指定航路を航行するための目標舵角値の経時変化を示す。予測負荷の経時変化を示す。補正された目標舵角値を示す。図１０の一部を拡大した図である。舵角の変化量に応じて補正量を補正したときの舵角の経時変化を示す。制御装置による一連の制御を示すフロー図である。

以下、本発明の実施形態を説明する。図１は、第１実施形態による船舶のブロック図である。

図１に示すように、船舶１００は、例えば船橋に配置されたテレグラフ１１と操舵部１３とを備える。テレグラフ１１には推進力発生装置１５の出力指令値が入力され、推進力発生装置１５は指令値に応じた出力を発生させる。操舵部１３には操作者により舵機１７の舵角指令値が入力され、手動操作時には舵角指令値に従って舵角が変化する。

推進力発生装置１５は、エンジン１９と、エンジン１９の出力軸に固定されエンジン１９から伝達された回転動力により回転駆動するプロペラ２１とを備える。エンジン１９はテレグラフ１１から入力された出力指令値に応じた回転数で駆動する。オートパイロット制御時にはエンジン１９は、入力された目標エンジン回転数で駆動する。なお、テレグラフ１１を船速（対地船速又は対水船速）に基づく指令を入力可能なものとし、出力指令値を、船速を達成するために必要なエンジン回転数を示す値としてもよい。

船舶１００は、舵制御装置としての制御装置２３と、制御装置２３による制御のもとエンジン１９に燃料を供給する燃料供給装置２５とを備える。

制御装置２３は、潮流、風等の外乱を受けたときのエンジン１９の負荷変動量を予測する予測部２７と、舵角制御部２９と、エンジン１９の制御条件に関する情報を取得する情報取得部３１と、燃料供給装置２５からエンジン１９に供給される燃料の量を制御する燃料制御部３３とを備える。

予測部２７は、潮流予報、波浪予報、風予報等の外乱情報を取得する。予測部２７が予測するエンジン負荷変動量（以下、単に「外乱負荷変動量」ということがある）とは、エンジン１９の基準負荷に対する変動量をいう。エンジン１９の基準負荷とは、潮流、波浪、及び風の影響を受けておらず、かつ舵機１７が中立位置にある状態においてエンジン１９を一定回転数で駆動したときのエンジン１９の負荷をいう。したがって外乱負荷変動量とは、船舶１００が外乱を受けたときの基準負荷に対する変動量をいう。外乱負荷変動量を予測するために予測部２７は、潮流予報、波浪予報等の海象情報、風予報等の気象情報を含む外乱情報を取得する。外乱情報は、船舶１００上で検出した情報であっても良いし、船外から取得した情報であってもよい。予測部２７は、既知の方法により外乱情報に基づいて自己回帰モデルによる時系列的分析を実行して外乱を予測し、予測した外乱からエンジン１９の外乱による負荷変動量（第１負荷変動量としての外乱負荷変動量）を予測する。予測部２７は時間毎の外乱負荷変動量を予測し、経過時間と負荷変動量の関数を算出する。図２に外乱負荷変動量と経過時間との関係を示す。予測部２７は、予測したエンジン１９の外乱負荷変動量を燃料制御部３３に出力する。

図１に戻り、舵角制御部２９は、舵機１７の制御値を出力する。舵機１７の制御値は、舵機１７の実角度を示す信号である。舵機１７の制御値は、目標角度と実角度との差異から算出される舵角指示信号であってもよい。舵角指示信号は、オートパイロット制御を行うために予めプログラミングされた指定航路を航行するために演算されたものであってもよい。舵角制御部２９により舵機１７の角度が中立位置から変化すると、プロペラ２１が受ける抵抗が増加しエンジン１９の負荷が増加する。

情報取得部３１は、出力指令値から目標エンジン回転数、目標エンジン負荷、目標燃料噴射量を算出する。情報取得部３１は、エンジン１９の運転状態をモニタリングし、エンジンの実回転数を含むエンジン１９の運転状態に関する情報を取得する。したがって情報取得部３１は、回転数取得部として機能する。

燃料制御部３３は、目標エンジン回転数、目標エンジン負荷、目標燃料噴射量、エンジン実回転数等の運転状態に基づいてエンジン１９に供給する燃料の量を制御する。調整部としての燃料制御部３３は、オートパイロット制御時には、エンジン目標回転数、エンジン実回転数、外乱負荷変動量及び後述する舵角負荷変動量に基づいて目標燃料噴射量を調整する。燃料制御部３３は、調整結果に基づいてエンジン１９に供給する燃料の量を制御する。燃料制御部３３の出力は、燃料の量を示す信号であってもよいし、燃料供給装置２５のコントロールラック位置を示す信号であってもよい。

燃料制御部３３が目標燃料噴射量を調整する制御について説明する。図３は経過時間と目標舵角値との関係を示す。

目標燃料噴射量を調整するにあたり舵角制御部２９は、まず指定航路に関する情報から経過時間と目標舵角値との関係を算出する。燃料制御部３３は、舵角制御部２９より経過時間と目標舵角値を取得し、両者の関係から経過時間と目標舵角値に応じた負荷変動量（第２負荷変動量としての舵角負荷変動量）との関係を算出する。舵角値は舵機１７を中立位置に設定したときを０度として、舵機１７を右弦側に旋回させたときに角度が増加し、舵機１７を左舷側に旋回させたときに角度が減少する。舵機１７を左舷側に旋回させたときに角度が増加したこととしてもよい。目標舵角値は、図３に示すように経過時間毎に設定される。舵角負荷変動量は、舵機１７の中立位置を０度とした場合に０となり、中立位置に対してθ度だけ舵機１７を移動させたときと、－θ度だけ舵機１７を移動させたときとで同一の量となる。舵角負荷変動量は、目標舵角値の絶対値が増加するに従って増加する。燃料制御部３３は、経過時間と舵角負荷変動量との関係、及び経過時間と外乱負荷変動量との関係から、同一のタイミングにおける負荷変動量の合計値を算出する。

図４は、経過時間毎の負荷変動量の合計値との関係を示す。図４に示すように。負荷変動量の合計値は、経過時間と舵角負荷変動量との関数と、経過時間と外乱負荷変動量との関数を合計した関数となる。燃料制御部３３は負荷変動量の合計値を算出し、算出した値に基づいてエンジン１９の回転数を目標回転数で保つよう燃料噴射量を補正する。

具体的には燃料制御部３３は、Δｔ秒後の負荷変動量の合計値を参照し、エンジン１９の負荷が現在のエンジン１９の負荷よりも増加する場合には燃料噴射量を増加させる。この場合、燃料制御部３３は徐々に燃料噴射量を増加させ、エンジン１９の運転状態を、目標とする運転状態に徐々に近付ける。燃料制御部３３は、Δｔ秒後の負荷変動量の合計値を参照し、エンジン１９の負荷が現在のエンジン１９の負荷よりも低下する場合には燃料噴射量を減少させる。この場合、燃料制御部３３は徐々に燃料噴射量を減少させ、エンジン１９の運転状態を目標とする運転状態に徐々に近付ける。燃料制御部３３は、デジタルツインに基づくシミュレーションを用いて現在のエンジン１９の運転状態を、目標とする運転状態に遷移させられる燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを導出する。燃料制御部３３は、導出したタイミングに従って燃料噴射形態、即ち燃料噴射量及びタイミングを補正する。これによりΔｔ秒後にエンジン１９の負荷が増減しても目標回転数を維持できる。エンジン１９の負荷が増減しても目標回転数を維持することでエンジン１９の燃費を減らす、つまり燃料消費量を少なくできる。

図５は、制御装置の一連の動作を示すフロー図である。ステップＳ１において制御装置２３は、予測された外乱に基づいて外乱負荷変動量を算出する。ステップＳ２において制御装置２３は、舵機１７の制御値から舵角負荷変動量を算出する。ステップＳ１及びＳ２を行う順番は逆でもよいし同時でもよい。ステップＳ３において制御装置２３は、外乱負荷変動量及び舵角負荷変動量に基づいて目標燃料噴射量を補正する。ステップＳ４において制御装置２３は、補正された目標燃料噴射量に基づいて燃料供給装置２５を制御する。制御装置２３は、航行中、ステップＳ１～Ｓ４の制御を繰り返し実行する。

別の態様として、外乱情報及び目標舵角を予測部２７に入力し、予測部２７が外乱負荷変動量を算出する。燃料制御部３３は、外乱負荷変動量と、実回転数と、目標回転数とに基づいて燃料噴射量を調整する。外乱に基づく負荷と、目標舵角に基づく負荷を個別に算出しなくてもよい。

制御装置２３によれば、エンジン１９の回転数を目標回転数に保つように目標燃料噴射量を補正できる。これにより、燃費を改善できる。特にプロペラ２１に流入する水の量が減る等の理由でエンジン１９の負荷が低下したときに、燃料噴射量を減らせるので燃料の消費を抑制できる。ここで燃費とは、単位時間において単位出力あたりの燃料消費量で表される、エンジンの燃料消費率〔ｇ／ｋＷ・ｈ〕をいう。

図６は、第２実施形態による船舶のブロック図である。第１実施形態において既に説明した箇所には第１実施形態と同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

船舶２００の制御装置２２３は、燃費算出部２０１と、第２予測部２０３と、舵角補正部２０５と、ずれ量算出部２０９とを備える。なお、図６の第１予測部２７は上述した予測部と同一の構成を有しているが、第２予測部２０３と区別するために「第１」という文言を付してある。

燃費算出部２０１は、船舶２００に搭載されているエンジン１９の等燃費率線に基づいてエンジン１９の燃費を算出する。図７に等燃費率線の一例を示す。図７では、縦軸にエンジン負荷を示し横軸にエンジン回転数を示す。

第２予測部２０３は、目標舵角値に応じた舵角の変化によるエンジン１９の負荷変動量を予測する。目標舵角値は、指定航路に従って航行するときの舵角値である。舵角を中立位置から変更すると、舵機１７又は船舶２００全体が受ける水の抵抗が増加し、舵角の変化量に応じてエンジン１９の負荷が増加することが知られている。舵角の変化によるエンジン１９負荷変動量を予測するためには、舵角値と、主機出力計のようなエンジン負荷の計測器から得られた計測結果とを関連付けた過去の情報を用いることができる。第２予測部２０３は、舵角の変化量とエンジン負荷変動量との関係に関する情報を予め有しており、この情報からエンジン負荷変動量を予測し、予測結果を舵角負荷変動量として舵角補正部２０５に出力する。

舵角補正部２０５は、燃費、第１予測部２７の予測結果、つまり外乱負荷変動量、及び第２予測部２０３の予測結果、つまり舵角負荷変動量に加えて、ずれ量に基づいて目標舵角値を補正する。

舵角制御部２９は、上述した構成に加えて舵角補正部２０５で補正された目標舵角値に基づいて舵機１７を制御する。

第２実施形態による船舶２００は、第１実施形態において説明したように燃料噴射量を補正すると共に、舵角補正部２０５で補正した目標舵角値に基づいて舵機１７を制御する。以下、舵角補正部２０５による補正について説明する。

燃費算出部２０１は、現在のエンジントルク、エンジン実回転数、及びエンジン１９への燃料噴射量に基づいて現在の燃費を算出する。また、燃費算出部２０１は、エンジン実回転数を維持したときの所定タイミングにおける燃費を、外乱負荷変動量に基づいて予測する。燃費算出部２０１は、燃費算出部及び燃費予測部に相当する。

ずれ量算出部２０９は、ずれ量予測部又はずれ量算出部として機能し、ＧＰＳ等の位置情報を取得して航行中の航路と指定航路とのずれ量を算出する。ずれ量は、例えば指定航路を構成する直線状航路からの距離をずれ量として舵角補正部２０５に出力する。

舵角補正部２０５は、目標舵角値を、燃費、外乱負荷変動量、舵角負荷変動量、及びずれ量に基づいて補正する。したがって、本実施形態では、第１予測部２７、第２予測部２０３、及び舵角補正部２０５が予測部及び補正部として機能する。舵角補正部２０５は、エンジン１９の等燃費率線に基づいて目標舵角地値を補正する。

船舶２００は、舵角補正部２０５で補正された目標舵角値に基づいて舵角を制御する舵制御部３５と、操舵部１３からの指令を受ける舵角指令入力部３７を備える。舵制御部３５は、舵角補正部２０５又は舵角指令入力部３７からの入力に基づいて舵角を制御する。例えば緊急回避等を行うためにオートパイロット制御時に操舵部１３が操作されると、舵角指令入力部３７は操舵部１３の操作を検出し、舵制御部３５に対して操舵部１３の操作量に応じた舵角指令値を入力する。この場合、舵制御部３５は舵角補正部２０５からの出力に関わらず舵角指令入力部３７からの舵角指令値に基づいて舵角を制御する。

以下、舵角補正部２０５による補正処理について説明する。

〔外乱に基づく舵角補正〕
一実施形態では舵角補正部２０５は、第１予測部２７で予測された外乱負荷変動量に基づいて目標舵角値を補正する。図８は、指定航路を航行するための目標舵角値の経時変化を示す。図示の例では、舵角を一方向（例えば右旋回方向）に増減させており、縦軸の原点は舵機１７の中立位置を示す。また、図９は第１予測部２７が予測した外乱負荷変動量の経時変化を示す。外乱負荷変動量は、エンジン負荷を増加させる負荷（正の値となる負荷）と、エンジン負荷を減少させる負荷（負の値となる負荷）を含む。舵角補正部２０５は、エンジン負荷を増加させる負荷が予測されるタイミングにはエンジン負荷を減らし、エンジン負荷を減少させる負荷が予測されるタイミングにはエンジン負荷を増加させる補正関数を算出する。換言すれば舵角補正部２０５は、外乱負荷変動量の波形と逆位相の補正関数を算出する。この態様では補正関数の各時間における大きさは同時刻における外乱負荷変動量の大きさと同一である。したがって補正関数は、外乱負荷変動量を横軸に対して線対称にした波形を有し（同図において破線で示す）、外乱負荷変動量を打ち消す。舵角補正部２０５は、補正関数を目標舵角値に適用して外乱負荷変動量を打ち消す目標舵角値を得る。この場合、外乱負荷変動量を１００％打ち消す必要はなく、外乱負荷変動量を、予め決められた一定範囲内に入る程度に小さくできればよい。

図１０は、補正された目標舵角値を示す。図１０に示すように補正された目標舵角値は、補正関数と同様の波形を補正前の目標舵角値に適用した値である。

図９及び図１０を参照して、時刻ｔ１における外乱負荷変動量は、時刻ｔ２における外乱負荷変動量よりも大きい。これに対して図１０に示すように、時刻ｔ１における補正された舵角は、時刻ｔ２における補正された舵角よりも小さい。このように、外乱負荷変動量が大きいタイミングでは舵角を小さくしてエンジン負荷を減らし、外乱負荷変動量が小さいタイミングでは舵角を大きくしてエンジン負荷を増やす。これにより、外乱負荷変動量を打ち消し、外乱を受けたときのエンジン１９の負荷の変動をゼロに近付け（つまり、基準負荷に近付け）エンジン１９の負荷の変動を少なくできる。エンジン１９の負荷の変動を少なくすることでエンジン１９の燃費を減らす、つまり燃料消費量を減らすことができる。

上記で得た補正された目標舵角値をそのまま使用して操舵を行ってもよいし、燃費、第２予測負荷、及びずれ量で得られた情報に基づいて補正された目標舵角値をさらに補正してもよい。

〔等燃費率線に基づく制御〕
一実施形態において舵角補正部２０５は、燃費算出部２０１で算出された燃費に基づいて補正された目標舵角値を更に補正する。この場合、舵角補正部２０５は燃費が悪化する場合には補正量を大きくして燃費を改善し、燃費の悪化が無いか微小な場合には補正量を０にするか、小さくする。補正量を０にするとは、外乱負荷変動量に基づいて補正された目標舵角値を、補正前の目標舵角値に戻すことを意味する。また補正量を小さくするとは、目標舵角値を、外乱負荷変動量に基づいて補正された目標舵角値と、補正前の目標舵角値との間の任意の値にすることを意味する。

図７を参照して、点Ａは現在のエンジン状態を示す。外乱負荷変動量に対する目標舵角値の補正を行った場合における所定タイミングでのエンジン１９の状態を点Ｂ、及び点Ｃにそれぞれ示す。点Ａと点Ｂは、等燃費率線上、同一の燃費を示す。外乱負荷変動量がエンジン１９に適用されたとしても燃費が現在の値から悪化しないような場合（エンジン状態が点Ａから点Ｂに移行する場合）、舵角補正部２０５は、補正量を０又は予測負荷に対する補正の値よりも少ない値に補正する。一方で外乱負荷変動量が加えられたときに燃費が現在の値から悪化する場合（点Ａから点Ｃに遷移する場合）には、舵角補正部２０５はエンジントルクを補正して燃費が悪化しないようにする。

〔航路ずれ量に基づく制御〕
一実施形態において舵角補正部２０５は、ずれ量算出部２０９で算出されたずれ量に基づいて補正された目標舵角値を更に補正する。この場合、舵角補正部２０５は現在位置を参照し、指定航路からのずれ量が第１ずれ閾値以上の場合には、補正量を小さくして指定航路への復帰を優先し、指定航路からのずれ量が第１ずれ閾値未満の場合には補正量に基づいて外乱負荷変動量を打ち消す。補正された目標舵角値は、外乱負荷変動量の値に応じて目標舵角値よりも小さくなったり、大きくなったりする。したがって、補正された目標舵角値に基づいて航行し続けると指定航路から大幅に外れることも考えられる。舵角補正部２０５は、指定航路から予め指定された距離（ずれ量閾値）以上ずれた場合、補正量を小さくし、補正量を０にするかずれ量がずれ量閾値未満のときの補正量よりも小さい値とする。

また舵角補正部２０５は、予測される航路のずれ量に基づいて目標舵角値の補正量をさらに補正してもよい。ずれ量算出部２０９は、位置情報に基づいて航行中の航路と指定航路のずれ量を算出し、所定のタイミングにおいて、補正された目標舵角値で航行した場合の船舶の位置を予測する。ずれ量算出部は、予測された船舶の位置の指定航路に対するずれ量を予測する。舵角補正部２０５は、ずれ量が第２ずれ量閾値以上の場合、指定航路への復帰を優先して目標舵角値の補正量を小さくし、補正量を０にするかずれ量が第２ずれ量閾値未満のときの補正量よりも小さい値とする。

〔目標舵角値の変化量に基づく制御〕
一実施形態において舵角補正部２０５は、目標舵角値の変化量に基づいて補正された目標舵角値を更に補正する。指定航路に従った目標舵角値の変化量が大きい（舵角閾値以上の）場合、船舶２００に対して急旋回が要求されており指定航路に従う優先度が高いと考えられる。舵角補正部２０５は、目標舵角値の変化量が舵角閾値以上の場合、補正された目標舵角値の補正量を小さくする。なお、舵角閾値の値は船舶の旋回性能等に基づいて適宜決定可能である。また目標舵角値が大きい場合に、補正量を小さくしてもよい。

図１１は、図１０の一部を拡大した図である。図１０では、時刻ｔ３及びｔ４において目標舵角値の変化量が大きくなっており、この変化量が舵角閾値以上であるとする。この場合、舵角補正部２０５は、時刻ｔ３及び時刻ｔ４の直後の補正量を小さくし目標舵角値に近付ける。舵角が大きく変化した後、所定時間経過後、補正量を元に戻してもよい。

〔舵角の予測変化量に基づく制御〕
一実施形態において舵角補正部２０５は、第２予測部２０３の予測結果に基づいて補正された目標舵角値を更に補正する。この場合、舵角補正部２０５は、第１予測部２７で予測した外乱に基づく外乱負荷変動量と、第２予測部２０３で予測した舵角負荷変動量を加味して目標舵角値を更に補正する。

図１２は、舵角量に応じて補正量を補正したときの舵角の経時変化を示す。図１２において実線は、図１０と関連して説明した補正された目標舵角値を示し、破線は補正された目標舵角値をさらに舵角に応じて補正した舵角値を示す。このように補正された目標舵角値をさらに第２予測部２０３の予測結果に基づき小さくすることで、エンジン負荷の増減を減らせる。

図１３は、制御装置２２３による一連の制御を示すフロー図である。制御装置２２３は、オートパイロット制御がオンにされると一連の処理を開始する。ステップＳ１１において制御装置２２３は、現在のエンジン出力が出力閾値未満であるかを判断する。エンジン１９の出力は燃料投入量、エンジン回転数、主機出力計の計測結果から取得できる。エンジン１９の出力が少ない場合、舵角の制御に対する船舶２００の旋回性が低い。一方でエンジン出力が一定量以上であれば、舵角の制御に対する船舶２００の旋回性が高くなる。負荷閾値は、船舶２００の旋回性を考慮して予め決定される。エンジン１９の出力が負荷閾値未満の場合（ステップＳ１１のＹ）、目標舵角値を補正せず、ステップＳ１２において制御装置２２３は目標舵角値に従って舵角を制御する。

エンジン１９の出力が閾値以上の場合（ステップＳ１１のＮ）、ステップＳ１３において制御装置２２３は、第１予測部２７の予測結果に基づき外乱負荷変動量を予測する。ステップＳ１４において制御装置２２３は、ステップＳ１１の予測結果に基づき目標舵角値を補正する。ステップＳ１４では、第１予測部２７の予測結果に基づき取得した補正された目標舵角値、又は燃費算出部２０１等で得られた情報に基づき更に補正された目標舵角値のどちらを採用してもよい。ステップＳ１５において制御装置２２３は、補正された目標舵角値に従って舵角を制御する。

上記一連の処理を行っている間に、舵角指令入力部３７からの入力があった場合、舵角指令入力値に基づいて舵角を制御する。なお、ステップＳ１１における処理は、どのタイミングで行ってもよい。

このように制御装置２２３は、第１予測部２７による外乱負荷変動量に基づき目標舵角値を補正できる。これにより、外乱の影響によるエンジン１９の負荷の変動を抑制し、エンジン１９の負荷を一定に保って燃費を向上させられる。

また、外乱負荷変動量を打ち消すような補正関数を用いることで、エンジン１９の負荷変動を微小又はゼロにできる。

また、外乱負荷変動量が負荷閾値未満の場合には、目標舵角値を補正せず、目標舵角値に従って舵角を制御することで、指定航路からのずれを少なくできる。

また、目標舵角値の変化量に応じて補正量をさらに補正することで、急旋回が要求されているときには船舶２００の旋回を優先させられる。

また、燃費算出部２０１の算出結果を用いることで燃費をさらに向上させられる。

また、ずれ量算出部２０９の算出結果を用いることで指定航路からのずれを少なくできる。

また、第２予測部２０３の予測結果を用いることでエンジン１９の回転数をより一定に保て、燃費をさらに向上させられる。

また、舵角指令入力部３７の入力を用いることで、緊急回避等を確実に実行できる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

実施形態では、制御装置２２３は燃料消費率〔ｇ／ｋＷ・ｈ〕を減らして燃費が悪化しないような制御を行うこととした。しかしながら、制御装置２２３は燃料消費率に替えて単位時間当たりの燃料消費量を表す燃料消費量〔ｍ^３／ｈ〕に基づき、燃料消費量を減らして燃費が悪化しないような制御を行うものであってもよい。

舵角の予測変化量は、予め外乱に基づく舵角補正の補正関数を算出する際に組み込んでもよい。

Claims

プロペラと、前記プロペラに回転動力を伝達することで船舶を推進させるためのエンジンと、前記船舶を旋回させるための舵機と、を備える前記船舶の前記エンジンへの燃料噴射量を制御する燃料制御装置であって、
前記船舶が指定航路を航行するように前記舵機の目標舵角値を指令する旋回指令部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の所定タイミングにおいて前記目標舵角値に従った前記舵機の制御及び外乱によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の負荷変動量を算出する予測部と、
前記エンジンの目標回転数と実回転数とを取得する回転数取得部と、
前記目標回転数と前記実回転数と前記負荷変動量とに基づいて、前記エンジンの回転数の変動を抑制するように前記所定タイミングにおける前記燃料噴射量を調整する調整部と、
調整された前記燃料噴射量に基づいて前記エンジンに燃料を噴射するエンジン制御部と、を備える、燃料制御装置。
前記予測部は、現在の船体の向きと所定タイミングの目標位置とに応じて算出された目標舵角値に基づいて、前記エンジンの負荷を予測する、請求項１に記載の燃料制御装置。
前記予測部は、現在の船体の向きと外乱と所定タイミングの目標位置とに応じて算出された目標舵角値に基づいて、前記エンジンの負荷を予測する、請求項１に記載の燃料制御装置。
前記調整部は、前記エンジンの負荷が基準負荷に対して増加すると予測される場合には前記燃料噴射量を増加させ、前記エンジンの負荷が基準負荷に対して減少すると予測される場合には前記燃料噴射量を減少させる、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料制御装置。
プロペラと、前記プロペラに回転動力を伝達することで船舶を推進させるためのエンジンと、前記船舶を旋回させるための舵機と、を備える前記船舶を制御する制御装置であって、
前記船舶が指定航路を航行するように前記舵機の目標舵角値を指令する旋回指令部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の所定タイミングにおいて外乱によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の基準負荷に対する外乱負荷変動量を算出する第１予測部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値に従った前記舵機の制御によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の現在のエンジンの負荷に対する舵角負荷変動量を算出する第２予測部と、
前記エンジンの目標回転数と実回転数とを取得する回転数取得部と、
前記目標回転数、前記実回転数、前記外乱負荷変動量、及び前記舵角負荷変動量に基づいて前記エンジンの回転数の変動を抑制するように前記所定タイミングにおける燃料噴射量を調整する調整部と、
調整された前記燃料噴射量に基づいて前記エンジンに燃料を噴射するエンジン制御部と、
前記外乱負荷変動量に基づいて、前記エンジンの燃費を減らすように前記目標舵角値を補正する補正部と、
補正された前記目標舵角値に従って前記舵機を制御する舵制御部と、を備える、舵制御装置。
プロペラと、前記プロペラに回転動力を伝達することで船舶を推進させるためのエンジンと、前記船舶を旋回させるための舵機と、を備える前記船舶を制御する制御装置であって、
前記船舶が指定航路を航行するように前記舵機の目標舵角値を指令する旋回指令部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の所定タイミングにおいて外乱によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の基準負荷に対する外乱負荷変動量を算出する第１予測部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値に従った前記舵機の制御によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の現在のエンジンの負荷に対する舵角負荷変動量を算出する第２予測部と、
前記エンジンの目標回転数と実回転数とを取得する回転数取得部と、
前記目標回転数、前記実回転数、前記外乱負荷変動量、及び前記舵角負荷変動量に基づいて前記エンジンの回転数の変動を抑制するように前記所定タイミングにおける燃料噴射量を調整する調整部と、
調整された前記燃料噴射量に基づいて前記エンジンに燃料を噴射するエンジン制御部と、
前記外乱負荷変動量に基づいて、前記エンジンの単位時間当たりの燃料消費量を減らすように前記目標舵角値を補正する補正部と、
補正された前記目標舵角値に従って前記舵機を制御する舵制御部と、を備える、舵制御装置。
前記補正部は、前記第１予測部で予測した前記エンジンの負荷変動量を打ち消すように舵角を補正する、請求項５又は６に記載の舵制御装置。
前記補正部は、前記エンジンの負荷が前記所定タイミングで前記基準負荷に対して増加すると予測される場合には、前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値を前記舵角負荷変動量に基づいて小さくするよう補正する、請求項５乃至７のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記補正部は、前記エンジンの負荷が前記所定タイミングで減少すると予測される場合には、前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値を前記外乱負荷変動量に基づいて大きくするよう補正する、請求項５乃至８のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記基準負荷は、現在のエンジンの負荷である、請求項５乃至９のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記補正部は、前記第１予測部で予測した前記エンジンの負荷変動量が一定の範囲内になるように舵角を補正する、請求項６乃至１０のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記補正部は、現在の舵角値に対する前記目標舵角値の変化量が舵角閾値以上の場合、前記舵角閾値未満の場合と比較して前記目標舵角値の補正量を小さくする、請求項５乃至１１のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記エンジンの負荷が負荷閾値未満である場合、前記舵制御部は、補正されていない前記目標舵角値に従って舵角を制御する、請求項５乃至１２のいずれか１項に記載の舵制御装置。
現在のエンジントルク、現在のエンジン回転数、及び前記エンジンへの燃料噴射量に基づいて現在の燃費を算出する燃費算出部と、
前記現在のエンジン回転数を維持したときの前記所定タイミングにおける燃費を、前記外乱負荷変動量に基づいて予測する燃費予測部と、を備え、
前記補正部は、前記現在の燃費と前記燃費予測部の予測結果に基づいて前記目標舵角値を補正する、請求項５乃至１３のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記船舶の現在位置を取得する位置取得部と、
前記船舶の現在位置の前記指定航路に対するずれ量を算出するずれ量算出部と、を備え、
前記補正部は、前記ずれ量が所定の閾値以上の場合、前記目標舵角値の補正量を小さくする、請求項５乃至１４のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記所定タイミングにおいて、補正された前記目標舵角値で前記舵機を制御した場合の前記船舶の位置を予測する位置予測部と、
予測された前記船舶の位置の前記指定航路に対するずれ量を予測するずれ量予測部と、を備え、
前記補正部は、前記ずれ量が所定の閾値以上の場合、前記目標舵角値の補正量を小さくする請求項５乃至１５のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記第１予測部は、前記所定タイミングにおける前記目標舵角値に基づいて前記舵機を制御することで生じる前記エンジンの負荷を予測し、外乱によって生じる前記エンジンの負荷と、前記舵機を制御することで生じる前記エンジンの負荷と、に基づいて、前記外乱負荷変動量を算出する、請求項５乃至１６のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記第１予測部は、海象情報及び気象情報の少なくとも一方に基づいて、前記外乱によるエンジンの負荷を予測する、請求項５乃至１７のいずれか１項に記載の舵制御装置。
前記船舶は、操作者からの舵角指令値が入力される舵角指令入力部を備え、
前記舵制御部は、前記舵角指令入力部に舵角指令が入力された場合、前記舵角指令に従って前記舵機を制御し、前記舵角指令入力部に前記舵角指令が入力されない場合、補正された前記目標舵角値に従って前記舵機を制御する、請求項５乃至１８のいずれか１項に記載の舵制御装置。
プロペラと、前記プロペラに回転動力を伝達することで船舶を推進させるためのエンジンと、前記船舶を旋回させるための舵機と、を備える前記船舶を制御する制御装置であって、
前記船舶が指定航路を航行するように前記舵機の目標舵角値を指令する旋回指令部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の所定タイミングにおいて外乱によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の基準負荷に対する外乱負荷変動量を算出する第１予測部と、
前記船舶が前記指定航路を航行する間の前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値に従った前記舵機の制御によって生じる前記エンジンの負荷を予測し、予測された前記エンジンの負荷の現在のエンジンの負荷に対する舵角負荷変動量を算出する第２予測部と、
前記エンジンの目標回転数と実回転数とを取得する回転数取得部と、
前記目標回転数と前記実回転数と前記舵角負荷変動量とに基づいて、前記エンジンの回転数の変動を抑制するように前記所定タイミングにおける燃料噴射量を調整する調整部と、
調整された前記燃料噴射量に基づいて前記エンジンに燃料を噴射するエンジン制御部と、
前記エンジンの負荷が前記所定タイミングで前記基準負荷に対して増加すると予測される場合には、前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値を前記外乱負荷変動量に基づいて小さくするよう補正する、及び、前記エンジンの負荷が前記所定タイミングで減少すると予測される場合には、前記所定タイミングにおいて前記目標舵角値を前記外乱負荷変動量に基づいて大きくするよう補正する、の少なくともいずれか一方を実行する補正部と、
補正された前記目標舵角値に従って前記舵機を制御する舵制御部と、を備える、舵制御装置。