推进力控制装置及方法、具该装置的船舶及相关操纵系统的制作方法

专利名称：推进力控制装置及方法、具该装置的船舶及相关操纵系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及适用于具有推进机的船舶的推进力控制装置、具有该装置的操纵船支援系统和船舶以及推进力控制方法。
背景技术：
为了使如小舟这样的小型船舶在极低的速度航行，从以前开始，采用具有空气助推型(エア·アシスト型)发动机或多级齿轮的推进机。极低度在拖捕时或离岸/靠岸时必要。
但是，如上述的推进机，由于结构复杂、成本高，所以还没有被广泛采用。
另一方面，在日本专利特公平06-68262上，公开有船舶发动机的液压离合器的控制技术，公开有将多片离合器交替地控制在半离合状态和直接连结状态，并得到所需的拖捕速度的结构。
但是，在半离合状态中，离合器片发生滑动，因此即使检出比离合器前阶段的驱动轴的转速，也很难正确地控制推进力。即，为了用日本专利特公平06-68292号公报的结构正确地控制推进力，有必要检出比离合器后阶段的螺旋桨轴的转速并反馈。
此外，在作为一种推进机的舷外发动机中，从以前开始，采用有爪型离合器。在爪型离合器的场合，不存在半离合状态，成为连接状态和切断状态。因此，为了降低拖捕速度，只能降低发动机转速。然而，发动机转速不能低于空转转速，结果，不可能有极低速下的拖捕。

发明内容
本发明的目的在于，提供适用于极低速航行的推进力控制装置，以及具有该装置的操纵船支援系统和船舶。
另外，本发明的另一目的在于，提供适用于船舶的极低速航行控制的推进力控制方法。
本发明的推进力控制装置，用于控制安装在船舶的船体上的推进机，该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递，其特征在于，上述推进力控制装置包括目标推进力取得部，获得上述推进机应产生的目标推进力；离合器控制部，根据由该目标推进力取得部获得的目标推进力，控制上述离合器动作装置。
根据该结构，通过对应于目标推进力控制离合器动作装置，可将离合器机构切换到连接状态和切断状态。离合器机构，由于以实际上没有滑动的状态下，将原动机的旋转传递到推进力发生构件，所以通过离合器机构的控制，可正确地控制推进力。此外，通过推进力发生机构切换到旋转状态和不旋转状态，能够产生微弱的推进力，可以使船舶以极低速航行。由此，使拖捕或离岸/靠岸变得容易。
上述离合器机构也可以是比如爪型离合器。
上述原动机也可以是发动机(内燃机)、电动马达、其它原动机。
船舶也可以是如游艇、钓鱼船、喷水式推进器、水上游艇的这样的比较小型的船。
推进机可为舷外发动机(outboard motor)、舷内外发动机(stern drive。inboard motor·outboard drive)、舷内发动机(inboard motor)、喷水驱动器(water jet drive)中的任意一种形式。舷外发动机，在船外设置有推进部件，该推进部件包括原动机和推进力发生构件(螺旋桨)，另外，附设有使推进部件整体相对于船体，在水平方向转动的操舵机构。舷内发动机是下述机构，即原动机配置于船内，包含推进力发生构件和操舵机构的驱动组件配置于船外。舷内发动机具有原动机和驱动组件均内置于船体内，螺旋桨轴从驱动组件伸出到船外的形式。在该场合，操舵机构另外设置。喷水驱动器，通过将从船底吸入的水通过泵加速，并从船尾的喷嘴喷射，获得推进力。在该场合，操舵机构由喷嘴和在水平面使该喷嘴转动的机构构成。
上述目标推进力取得部也可以包括目标转速取得部，该目标转速取得部获得上述原动机的目标转速。在该场合，上述离合器控制部最好是，根据由上述目标转速取得部获得的目标转速，控制上述离合器动作装置的装置。
此外，上述离合器控制部最好是下述的装置包括转速比较部，将由上述目标转速取得部获得的目标转速与规定的下限值比较；根据由上述转速比较部的比较结果，可执行下述的间歇连接控制，即在上述目标转速为上述下限值或其以上时，将上述离合器机构保持在连接状态，另一方面，在上述目标转速比上述下限值小时，将上述离合器机构处于间歇地连接状态。
根据该结构，在原动机的目标转速在下限值以下时，执行间歇连接控制。即，如果目标转速在下限值或其以上时，通过原动机的转速可控制推进力。此外，在目标转速在下限值以下时，比如，如果将原动机的转速保持在一定值，将离合器机构处于间歇地连接状态，则可产生对应于目标转速的微弱的推进力。
具体地说，上述离合器控制部最好包括连接维持时间算出部和间歇连接控制部；该连接维持时间算出部对应于由上述目标推进力取得部获得的目标推进力，确定在规定的控制周期中的上述连接状态的维持时间；该间歇连接控制部在由该连接维持时间算出部算出的维持时间内，上述离合器机构为连接状态，在上述控制周期中的其余的期间内，上述离合器机构为切断状态，该间歇连接控制部可将上述离合器机构在上述连接状态和上述切断状态之间相互切换。
此外，最好还包括原动机控制部，该原动机控制部根据由上述目标转速比较部的比较结果，在上述目标转速小于上述下限值时，以预先确定的基准转速(比如，也可以与上述下限值相等)驱动上述原动机。在该场合，上述连接维持时间算出部根据由上述目标转速比较部的比较结果，在上述目标转速小于上述下限值时，按照可获得与以上述目标转速旋转原动机时应获得的推进力相等的推进力的方式，算出将上述离合器机构维持在连接状态的维持时间。
更具体地说，上述连接维持时间算出部也可以是，当上述目标转速为Na、上述基准转速为Nb、上述控制周期为S、上述离合器机构的连接状态维持时间为s时，按照下述公式算出连接状态维持时间s。
s＝(Na/Nb)·S即，最好是按照下述方式算出上述连接状态维持时间s，该方式为对于上述基准转速Nb，与将上述连接状态维持时间s与用上述控制周期S相除的结果，进行乘法运算而得的运算结果(Nb×(s/S))，与上述目标转速Na相等。从上述控制周期S，减去上述连接状态维持时间的运算结果(S-s)是，将离合器机构维持在切断状态(空档状态)的时间。
上述基准速度也可能确定为与上述下限值相等。由此，将原动机的转速固定在下限值，另一方面，进行离合器机构的间歇连接控制，因此可进行极低速航行。此外，通过将原动机的转速设为下限值，能够一并实现能量节省化。
在上述船舶具有安装在上述船体上的多个上述推进机的场合，上述离合器控制部控制分别配置在上述多个推进机上的多个离合器动作装置，使得在执行将上述离合器机构间歇地处于连接状态的间歇连接控制过程中，分别配置在上述多个推进机上的多个离合器机构的连接/切断的切换时间同步。
根据该结构，由于多个推进机同步地产生推进力，所以不会使船操纵者感到不舒服或不适，能够提高操作感。
此外，最好还包括原动机状态判断部，该原动机状态判断部判断上述原动机在运转状态还是停止状态。在该场合，上述离合器控制部最好是下述装置，即，在执行将上述离合器机构间歇地处于连接状态的间歇连接控制过程中，如果由上述原动机判断部判断上述原动机处于停止状态，则相应于此，中断上述间歇连接控制，其后，如果由上述原动机判断部判断上述原动机处于运转状态，则相应于此，将上述中断的间歇连接控制重新启动。
根据该结构，如果在间歇连接控制中原动机停止，则能够使该间歇连接控制部停止，同时，如果原动机回到运转状态，则能够迅速地重新启动间歇连接控制。
此外，在上述船舶具有安装在上述船体上的多个上述推进机的场合，上述原动机状态判断部最好是判断分别配置在上述多个推进机上的多个原动机在运转状态还是停止状态的装置；上述离合器控制部最好是下述的装置，即，在对分别配置在上述多个推进机上的多个离合器机构执行间歇连接控制过程中，如果由上述原动机状态判断部判断上述多个原动机的即使任意一个处于停止状态，则相应于此，中断对全部的上述多个离合器机构的间歇连接控制。
由此，在多个推进机中的任意一个变为停止状态时，能够防止推进力的平衡被破坏，船体向不希望的方向移动，或船体产生不希望的旋转等情况。
另外，最好还包括重新启动控制部，该重新启动控制部用于在由上述原动机状态判断部判断为停止状态时，重新启动原动机。由此，能够使原动机迅速地回到运转状态。
上述离合器机构最好是可切换前进连接状态、后退连接状态和切断状态的装置；在该前进连接状态，将来自上述原动机的旋转力按照上述推进力发生构件使上述船体前进的方式传递；在该后退连接状态，将来自上述原动机的旋转力按照上述推进力发生构件使上述船体后退的方式传递；在该切断状态，来自上述原动机的旋转力不传递到上述推进力发生构件上。
该场合，在间歇连接控制中，对应于所需的推进力的方向，可相互切换前进连接状态和切断状态，或者可相互切换后退连接状态和切断状态。
本发明的操纵船支援系统包括目标推进力输入操作部和具有上述那样的特征的推进力控制装置，该目标推进力输入操作部用于输入由上述目标推进力取得部获得的目标推进力。
根据该结构，通过输入目标推进力，能够容易进行极低速下的航行。
此外，本发明的船舶包括船体、安装在该船体上的推进机和具有上述特征的操纵船支援系统；该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递。根据该结构，即使是不熟练的船操纵者，也能够容易地进行极低速下的航行。
本发明的推进力控制方法，用于控制安装在船舶的船体上的推进机；该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递，该推进力控制方法包括目标推进力取得步骤，获得上述推进机应产生的目标推进力；离合器控制步骤，根据由该目标推进力取得步骤获得的目标推进力，控制上述离合器动作装置。
根据该方法，能够通过离合器机构的控制，正确地控制推进力，此外，能够使船舶容易地在极低速下航行。
上述目标推进力取得步骤最好包括获得上述原动机的目标转速的步骤。在该场合，上述离合器控制步骤最好包括根据上述获得的目标转速，控制上述离合器动作装置的步骤。
此外，上述离合器控制步骤包括将上述获得的目标转速与规定的下限值比较的步骤；间歇连接控制步骤，在上述目标转速在上述下限值或其以上时，将上述离合器机构保持在连接状态，在上述目标转速比上述下限值小时，将上述离合器机构处于间歇地连接状态。根据该方法，能够进行产生对应于下限值以下的目标转速的微弱的推进力的间歇连接控制，能够使船舶以微小速度航行。


图1为用于说明本发明的一个实施方式的船舶的结构的示意图；图2为用于说明舷外发动机的结构的图解的剖视图；图3为表示关于上述船舶的航行控制的结构(航行控制系统)的方框图；图4为用于说明通过横向移动模式，使船体航行的场合的原理的图；图5为用于说明沿与船体的中心线相垂直的水平方向，使船体移动的场合的原理的图；图6为用于说明操纵控制的具体内容的图解图；图7为用于说明将作用点确定在中心线之外的场合的原理的图解图；图8为用于说明节流阀控制部和换档控制部的功能性结构的方框图，特别是表示横向移动模式时的控制的结构；图9为用于说明左舷换档控制组件和右舷换档控制组件的PWM动作的时间图；图10为表示操舵控制部的功能性结构的方框图，特别是表示关于横向移动模式时的控制的结构；图11为用于说明节流阀控制的流程图；图12为用于说明关于左舷的舷外发动机的换档机构的控制内容的流程图；图13为用于说明操舵控制部的横向移动模式时的控制动作的流程图；
图14为用于说明舷外发动机的停止监视处理的流程图；图15为用于说明本发明的第2实施方式的方框图，表示代替图8的转数算出组件而可采用的转数算出模式的结构。
具体实施例方式
图1为用于说明本发明的一个实施方式的船舶1的结构的示意图。该船舶1为游艇或小舟这样的较小的船舶，在船体2的船尾(トランサム/Transom)3上，安装有一对舷外发动机11、12。该一对舷外发动机11、12相对通过船体2的船尾3和船首4的中心线5，安装于左右对称的位置上。即，一个舷外发动机11安装于船体2的左舷后部，另一个舷外发动机12安装于船体2的右舷后部。在此，以下在区别这些舷外发动机时，分别称为“左舷舷外发动机11”、“右舷舷外发动机12”。在左舷舷外发动机11和右舷舷外发动机12上，分别内置有电子控制部件13、14(在下面称为“舷外发动机ECU13”、“舷外发动机ECU14”)。
在船体2上，设置有用于操纵船的操作台6。在操作台6上，例如，分别设置有用于操舵操作的转向操作部7；用于操作舷外发动机11、12的输出的节流阀操作部8；用于将船体2保持一定的旋转角速度(转头速度。比如为零)的同时使其横向移动的横向移动操作部10(目标合成推进力取得部、目标移动角度取得部)。转向操作部7包括作为操作构件的转向盘7a。另外，节流阀操作部8包括分别与左舷舷外发动机11和右舷舷外发动机12相对应的节流杆8a、8b。进而，在本实施方式中，横向移动操作部10由控制杆型的输入装置构成，包括基本直立的操作杆10a(兼作目标推进力输入操作部和目标移动角度输入操作部。)和转头速度调整捏手10b(目标角速度输入操作部)，该转头速度调整捏手10b可自由转动地设置于该操作杆10a的头部。
设置于操作台6的上述操作部7、8、10的操作量比如，通过配置于船体2内的LAN(局域网。在下面称为“船内LAN”)，作为电信号，输入到航行控制装置20中。该航行控制装置20为包括微型计算机的电子控制部件(ECU)，并具有作为控制推进力的推进力控制装置的功能和作为操舵控制用的操舵控制装置的功能。用于检出船体2的角速度(偏航角速度(yaw rate)。转头速度)的偏航角速度传感器9(角速度检出部)所输出的角速度信号也通过上述船内LAN输入到该航行控制装置20中。
航行控制装置20还在舷外发动机ECU13、14之间，通过上述船内LAN，进行通信。更具体地说，航行控制装置20从舷外发动机ECU13、14，获得设置于舷外发动机11、12上的发动机的转数(转速)NL、NR，和作为舷外发动机11、12的方向的操舵角φL，φR。另外，航行控制装置20向舷外发动机ECU13、14，提供表示目标操舵角φLt、φRt(后缀字符“t”表示目标值。在下面相同。)、目标节流阀开度、目标换档位置(前进，空档，后退)、目标平衡角的数据。
在本实施方式中，航行控制装置20在对应于转向操作部7和节流阀操作部8的操作而控制舷外发动机11、12的通常航行模式，和对应于横向移动操作部10的操作而控制舷外发动机11、12的横向移动模式中，使得可切换控制模式。具体来说，航行控制装置20在检出来自转向操作部7或节流阀操作部8的输入时处于通常航行模式，在检出横向移动操作部10的操作时处于横向移动模式。
在通常航行模式中，航行控制装置20对应于转向盘7a的操作，将控制舷外发动机11、12的操舵角φL、φR控制成相互相同的值。即，舷外发动机11、12在相互平行的方向上产生推进力。另外，在通常航行模式中，航行控制装置20对应于节流杆8a、8b的操作量和操作方向，确定对于舷外发动机11、12的目标节流阀开度和目标换档位置。节流杆8a、8b可分别向前方和后方倾倒。如果船驾驶者将节流杆8a从中立位置朝向前方仅倾倒一定量，则航行控制装置20将左舷舷外发动机11的目标换档位置设为前进位置。如果船驾驶者将节流杆8a进一步向前方倾倒，则航行控制装置20对应于该操作量，设定左舷舷外发动机11的目标节流阀开度。另一方面，如果船驾驶者将节流杆8a向后方仅倾倒一定量，则航行控制装置20将左舷舷外发动机11的目标换档位置设为后退位置。如果船驾驶者将节流杆8a向后方进一步倾倒，则航行控制装置20对应于该操作量，设定左舷舷外发动机11的目标节流阀开度。同样，航行控制装置20对应于节流杆8b的操作，设定右弦舷外发动机12的目标换档位置和目标节流阀开度。
节流杆8a、8b的各头部向相互接近的方向弯曲，形成有基本呈水平的抓持部。由此，船驾驶者可同时对节流杆8a、8b这两者进行操作，并在将左右的舷外发动机11、12的节流阀开度实质上保持相等的同时，控制舷外发动机11、12的输出。
在横向移动模式中，航行控制装置20对应于横向移动操作部10的操作，设定左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt、φRt、目标换档位置、目标节流阀开度。下面对由该横向移动模式的控制进行详细描述。
图2为用于说明舷外发动机11、12的共同的结构的图解的剖视图。舷外发动机11、12包括作为推进机的推进部件30和安装机构31，该安装机构31将该推进部件30安装于船体2上。安装机构31包括夹紧托架32和旋转托架34；该夹紧托架32可自由装卸地安装于船体2的后尾板上；该旋转托架34以作为水平转动轴的倾斜轴33为中心可自由转动地连接于该夹紧托架32上。推进部件30以可绕操舵轴35自由转动地安装于旋转托架34上。由此，通过使推进部件30绕操舵轴35转动，可使操舵角(推进力的方向相对于船体2的中心线而成的方位角)变化。另外，通过使旋转托架34绕倾斜轴33转动，可改变推进部件30的平衡角(推进力的方向相对于水平面而成的夹角)。
推进部件30的外壳由顶罩36和上壳37以及下壳38构成。在该顶罩36的内部，构成驱动源的发动机39按照其曲轴的轴线沿上下方向的方式设置。与发动机39的曲轴底端连接的动力传递用的驱动轴41，沿上下方向通过上壳37的内部，并延伸到下壳38的内部。
在下壳38的底部后侧，可自由旋转地安装有形成推进力发生构件的螺旋桨40。在下壳38的内部，沿水平方向贯通有作为螺旋桨40的旋转轴的螺旋桨轴42。驱动轴41的旋转通过作为离合器机构的换档机构43，传递到该螺旋桨轴42上。
换档机构43包括驱动齿轮43a，该驱动齿轮43a由固定于驱动轴41的底端上的斜齿轮构成；前进齿轮43b，该前进齿轮43b由可自由转动地配置于该螺旋桨轴42上的斜齿轮构成；后退齿轮43c，该后退齿轮43c同样由可自由转动地配置于该螺旋桨轴42上的斜齿轮构成；爪型离合器43d，该爪型离合器43d配置于前进齿轮43b和后退齿轮43c之间。
前进齿轮43b从前方侧与驱动齿轮43a啮合，后退齿轮43c从后方侧与驱动齿轮43a啮合。由此，前进齿轮43b和后退齿轮43c沿相互相反的方向旋转。
一方面，爪型离合器43d花键结合于螺旋桨轴42。即，爪型离合器43d相对于螺旋桨轴42，沿其轴向可自由滑动，但是，无法相对于螺旋桨轴42而相对转动，且与该螺旋桨轴42一起旋转。
爪型离合器43d通过与驱动轴41平行地沿上下方向延伸的换档杆44绕轴的转动，在螺旋桨轴42上滑动。由此，将爪型离合器43d控制在以下位置中的任意一个换档位置，即与前进齿轮43b结合的前进位置，和与后退齿轮43c结合的后退位置，以及未与前进齿轮43b和后退齿轮43c的任何一个结合的空档位置。
当爪型离合器43d位于前进位置时，前进齿轮43b的旋转通过爪型离合器43d，以实质上没有滑动的状态，传递给螺旋桨轴42。由此，螺旋桨40沿一个方向(前进方向)旋转，产生使船体2前进的方向的推进力。另一方面，当爪型离合器43d位于后退位置时，后退齿轮43c的转矩通过爪型离合器43d，以实质上没有滑动的状态，传递给螺旋桨轴42。由于后退齿轮43c沿与前进齿轮43b相反的方向旋转，故螺旋桨40沿相反方向(后退方向)旋转，产生使船体2后退的方向的推进力。当爪型离合器43d位于空档位置时，驱动轴41的转矩不传递给螺旋桨轴42。即，由于切断发动机39和螺旋桨40之间的驱动力传递通路，故不产生任何方向的推进力。
就发动机39来说，设置用于使该发动机39起动的起动电动机45。该起动电动机45由舷外发动机ECU13、14来控制。另外，备有节流阀驱动器51，该节流阀驱动器51用于使发动机39的节流阀46动作，改变节流阀开度，改变发动机39的吸入空气量。该节流阀驱动器51也可由电动马达构成。该节流阀驱动器51的动作由舷外发动机ECU13、14来控制。在发动机39上还设置有发动机旋转检出部48，该发动机旋转检出部48用于通过检出曲轴的旋转，检出发动机39的转数NL、NR。
另外，就换档杆44来说，设置有用于改变爪型离合器43d的换档位置的换档驱动器52(离合动作装置)。该换档驱动器52比如，由电动马达构成，并由舷外发动机ECU13、14来控制。
此外，在固定于推进部件30上的操舵杆47上，比如，连接有操舵驱动器53，该操舵驱动器53具有液压缸，并由舷外发动机ECU13、14来控制。通过驱动该操舵驱动器53，可使推进部件30绕操舵轴35转动，可进行操舵操作。这样，形成有包括操舵驱动器53、操舵杆47和操舵轴35的操舵机构50。在该操舵机构50中，备有用于检出操舵角φL、φR的操舵角传感器49。
还有，在夹紧托架32和旋转托架34之间，设置有比如，平衡调整驱动器(倾斜平衡调整驱动器)54，该纵倾平衡调整驱动器54包括液压缸，并由舷外发动机ECU13、14来控制。该平衡调整驱动器54使旋转托架34绕倾斜轴33而旋转，由此，使推进部件30绕倾斜轴33转动。由此，推进部件30的倾斜角改变。
图3为表示关于上述船舶1的航行控制的结构(操纵船支援系统)的方框图。航行控制装置20包括节流阀控制部21、换档控制部22(离合控制部)和操舵控制部23以及平衡角控制部24；该节流阀控制部21产生用于左右的舷外发动机11，12的节流阀驱动器51的控制的目标节流阀开度指令值；该换档控制部22产生用于舷外发动机11，12的换档驱动器52的控制的目标换档位置指令值；该操舵控制部23产生用于舷外发动机11，12的纵倾平衡调整驱动器54的控制的目标纵倾角指令值φLt，φRt；该平衡角控制部24生成目标平衡角指令值，该目标平衡角指令值用于舷外发动机11、12的平衡调整驱动器54的控制。这些控制部21～24的功能也可通过设置于航行控制装置20中的微型计算机执行规定的软件处理而实现。
控制部21～24产生的各指令值通过接口部(I/F)25，提供给舷外发动机ECU13、14。该舷外发动机ECU13、14根据被提供的指令信号，控制驱动器51～54。
舷外发动机ECU13、14通过接口部25，将由发动机旋转检出部48检出的发动机转数NL、NR，和由操舵角传感器49检出的操舵角φL、φR，提供给航行控制装置20。发动机转数NL、NR提供给节流阀控制部21，操舵角φL、φR提供给操舵控制部23。该操舵角φL、φR也可从操舵控制部23提供给节流阀控制部21。还可代替该操舵角φL、φR，将目标操舵角φLt、φRt从操舵控制部23提供给节流阀控制部21。
另一方面，来自转向操作部7、节流阀操作部8、偏航角速度传感器9和横向移动操作部10的信号，通过接口部(I/F)26，输入到航行控制装置20中。来自转向操作部7的输入信号为了算出目标操舵角φLt、φRt，而输入到操舵控制部23中。还有，来自节流阀操作部8的输入信号，其中表示目标推进力的大小的信号输入到节流阀控制部21中，另外表示推进力的方向的信号输入到换档控制部22中。偏航角速度传感器9检出的角速度ω输入到操舵控制部23中。
来自横向移动操作部10的信号，作为表示目标合成推进力和目标移动角度(方位)的信号，输入到节流阀控制部21中，另外通过转头速度调整捏手10b的操作设定的目标角速度ωt输入到操舵控制部23中。
还向换档控制部22，提供来自节流阀控制部21的间歇换档指令信号。该间歇换档指令信号为，在与目标推进力相对应的发动机转数小于发动机39的空转转数(下限转数。比如，700rpm)的场合，用于进行间歇换档动作的信号，即将爪型离合器43d在前进位置或后退位置与空档位置之间交替切换的动作。通过该间歇移动动作，可产生与小于空转转数的发动机转数相对应的推进力。关于该动作的详细内容，将在后面进行描述。
图4为用于说明通过横向移动模式，使船舶1航行的场合的原理的图。以船体2的中心线5与船尾3交叉的位置为原点O，沿中心线5，在船首4侧取作x轴，从该原点O沿船尾3，在朝向左舷侧取作y轴。原点O为由设置于舷外发动机11、12的一对推进部件30的推进力发生点的中间点。
在横向移动模式中，操舵控制部23按照下述方式设定左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt、φRt，该方式为作为左右的舷外发动机11、12产生的推进力矢量TL、TR的延长线的作用线(由虚线表示)在x轴上的规定范围内交叉，并且达到目标角速度ωt。此时，为了使舷外发动机11、12的推进部件30产生的推进力的水平方向分量一致，平衡角控制部24将左右的舷外发动机11、12的平衡角控制在相等的值。
推进力矢量TL、TR的作用线的交点表示为作用点F＝(a，0)(其中，a＞0)，左右的舷外发动机11、12在相对于中心线5对称的位置(0，b)，(0，-b)(其中，b为常数，b＞0。)上分别产生推进力。在该场合，如果右舷的舷外发动机12的操舵角φR＝φ，则左舷的舷外发动机11的操舵角φL表示为φL＝-φ。φ＝tan-1(b/a)。
在作用点F，由推进力矢量TL、TR合成的合成矢量由TG表示。该合成矢量TG的方向(相对于x轴，形成移动角度θ的方向)表示合成的推进力的方向(船体2的移动方向)，合成矢量TG的大小表示合成的推进力的大小。从而，可使合成矢量TG的方向与由横向移动操作部10提供的船体2的目标移动角度θt(与操作杆10a的倾倒方向相对应)一致，并且可使合成矢量TG的大小|TG|与由横向移动操作部10提供的目标合成推进力(与操作杆10a的倾倒量相对应)一致。换言之，可按照获得这样的合成矢量TG的方式，确定左右的舷外发动机11、12的目标推进力矢量TLt、TRt。
作用点F与船体2的瞬间中心G一致的场合为最简单的场合。此时，船体2的角速度ω(绕瞬间中心G的角速度)为零，可一边将船首4的方位保持一定，一边使船体2横向移动(平行移动)。
更具体地说，如图5所示，按照作用点F与瞬间中心G一致的方式，确定操舵角φR＝φ、φL＝-φ(其中，φ≥0)，同时，从左舷舷外发动机11产生朝向后退方向的推进力，从右舷舷外发动机12产生朝向前进方向的推进力，并使|TG|＝|TR|。此时，船体2以使船首4的方位保持一定的状态，相对于船首4的方向垂直地向左侧平行移动。通过这样的纯横向移动动作，可进行船舶1的靠岸或离岸操作。
在作用点F与船体2的瞬间中心G不一致(参照图4)时，产生绕瞬间中心G的转矩，船体2的角速度ω不等于零。换言之，在通过横向移动操作部10的转头速度调整捏手10b，设定零以外的目标角速度ωt时，对应于该目标速度ωt，按照瞬间中心G与作用点F产生偏差的方式，对操舵角φL、φR进行控制。
实际上，在本实施方式中，按照由偏航角速度传感器9检出的角速度ω等于目标角速度ωt的方式，对操舵角φL、φR进行控制。在该场合，当角速度ω＝0时，如果瞬间中心G位于中心线5上，则作用点F与瞬间中心G一致。在角速度ω≠0时，即使瞬间中心G位于中心线5上，作用点F仍不与瞬间中心G一致。
图6为用于说明操舵角φL、φR的更具体的控制的图解图。瞬间中心G并不一定位于中心线5上。比如，在小型的船舶1中，乘客在船体2上移动，在装备于船体2的水槽中装载捕获的鱼，由此，瞬间中心G容易移动，其位置并不限定于中心线5上。
但是，即使在瞬间中心G不位于中心线5上的情况下，可一边使作用点F位于中心线5上，一边进行所需的横向移动的船操纵。具体来说，当通过瞬间中心G，绘出沿目标移动角度θt的方向的直线60时，使作用点F位于该直线60和中心线5的交点F。另外，可按照从该作用点F，获得沿直线60的合成推进力矢量TG的方式，确定左右的舷外发动机11、12的推进力矢量TL、TR的大小。由此，可在保持角速度ω＝0的同时，使船体2平行移动。
左右的舷外发动机11、12的推进部件30仅能够在绕操舵轴35的限度范围内转动。由此，作用点F实际上无法位于中心线5上，比规定的下限值_(amin，0)更靠近原点O的位置。另外，如果使作用点F位于中心线5上的远离规定的上限值_(amax，0)的位置，同时，获得沿横向的所需的合成矢量TG，则必须从左右的舷外发动机11、12产生极大的推进力。从而，由于由操舵角的限制和由发动机39的输出的限制，中心线5上的作用点F的位置限制在(amin，0)与(amax，0)的范围Δx内。
由于该限制，只要将作用点F配置于中心线5上，比如，瞬间中心G位于图6所示的位置(a’，c)时，无法从该瞬间中心G，实现朝向图6中的斜线所表示的范围的平行移动。即，不能够实现角速度ω＝0，导致对船体2施加转矩。
在此，在本实施方式中，如图7所示，在减小操舵角φR而到达规定的切换基准舵角φS时，将作用点F设定在中心线5之外。所谓达到了规定的切换基准舵角φS的时刻是指，即使作用点F到达(amin，0)，仍无法使角速度ω＝ωt(比如ωt＝0)的场合。在该场合，如果按照角速度ω＝0的方式对操舵角φL、φR进行控制，则作用点F位于通过瞬间中心G且沿目标移动角度θ的直线62上。另外，按照获得所需的大小和方向的合成矢量TG的方式，对左右的舷外发动机11、12的输出(推进力)进行控制。
一般，由于瞬间中心G位于船体2内的任意的位置，故将作用点确定在船体2的左右方向的宽度程度的规定范围Δy内就足够了。在即使将作用点F确定在该规定范围Δy内，仍无法达到目标角速度ωt时，比如，也可发出警报，向船驾驶者通报该情况。
同样，在即使增大操舵角φR，作用点F在中心线5上到达(amin，0)，仍无法达到目标角速度ωt时，最好发出警报，向船驾驶者通报该情况。
为了使控制简单，在图7所示的状况时，通过下述的公式，算出左右的舷外发动机11、12的操舵角φL、φR。
φL＝ψ-φS
φR＝ψ+φS(ψ表示操舵角校正值)如果这样确定操舵角φL、φR，则确定可达到目标角速度ωt的操舵角校正值ψ即可，故控制运算简单。比如，φS是作用点F位于中心线5上的点(amax，0)时的操舵角的切换基准舵角，φS＝tan-1(b/amax)。
下面，参照图4，说明应从左右的舷外发动机11、12产生的推进力|TL|、|TR|的具体的算出方法。
从横向移动操作部10输入的目标合成推进力TGt的大小|TGt|由船舶1整体的质量和打算产生的加速度来确定。实现该目标合成推进力的大小|TGt|的右舷舷外发动机12的目标推进力矢量TRt的大小|TRt|通过下述的方式获得，该方式为将作为标量的下述第(1)式的系数k与左舷舷外发动机11的目标推进力矢量TLt的大小|TLt|相乘(下述第(1)式)。
|TLt|＝k|TRt|其中，在横向移动模式中，按照使φt＝φRt＝-φLt(φt为目标操舵角基本值)的方式，设定左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φRt、φLt。
另一方面，在通过将左右的舷外发动机11、12的目标推进力矢量TLt、TRt合成而获得目标推进力矢量TGt的场合，对于目标合成推进力矢量TGt的x方向分量TGtx和y方向分量TGty，下述式成立。
TGtx＝|TGt|cosθt＝|TGt|cosφt+|TGt|cosφt……(2)TGty＝|TGt|sinθt＝|TRt|sinφt-|TLt|sinφt……(3)由此，|TRt|可由下述式表示。
|TRt|=|TGt|(cosθt+sinθt){(1+k)cosφt+(1-k)sinφt}---(4)]]>另一方面，根据上述第(2)和第(3)式，获得下述的关系。
tanθt=|TR|-|TL||TR|+|TL|·sinφtcosφt=|TR|-|TL||TR|+|TL|·tanφt---(5)]]>如果将上述第(1)式代入第(5)式，进行整理，则获得下述式。
tanθt=1-k1+k·tanφt---(6)]]>通过该式，针对k进行求解，获得下述式。
k＝(tanφt-tanθt)/(tanφt+tanθt) ……(7)从而，根据目标操舵角基本值φt(＝φRt)和目标移动角度θt，通过上述第(7)式，获得系数k，根据该系数k、目标操舵角基本值φt、目标移动角度θt和目标合成推进力|TGt|，通过上述第(4)式，获得右舷舷外发动机12的目标推进力|TRt|。另外，通过上述第(1)式，求出左舷舷外发动机11的目标推进力|TLt|。
在此，将目标操舵角基本值φt(也可为由右舷舷外发动机12的操舵角传感器49的检出值。)、目标移动角度θt和目标合成推进力|TGt|作为输入，通过由微型计算机的运算处理，可求出左右的舷外发动机11、12的目标推进力|TLt|、|TRt|。
其中，在θt＝-π/4，3π/4(rad)时，上述第(4)式为0/0，而无法计算。在此，在后述的实施方式中，在0～2π的范围内，对于π/36刻度的目标移动角度θt，预先算出相对于各种目标操舵角基本值φt和目标合成推进力|TGt|的上述目标合成推进力|TLt|、|TRt|，将该算出结果作为存储图而保存，将其用于推进力的控制。
如图7那样，如果作用点F从中心线5偏离，则φL＝-φR＝-φ的关系破坏。但是，即使在该场合，上述存储图仍可适用。其原因在于操舵角基本值φLt，φRt确定为φLt＝ψt-φS，φRt＝ψt+φS。更具体地说，可以将目标操舵角基本值φt替换成操舵角输入值φRt-ψt(或φt←φRt-ψt)，且，将目标移动角度θt替换成目标移动角度输入值θt-ψt，并适用上述存储图。
图8为用于说明节流阀控制部21和换档控制部22的功能性结构的方框图，特别是表示关于横向移动模式时的控制的结构。节流阀控制部21包括目标发动机转数算出组件70(目标推进力算出部)和节流阀开度算出组件80(推进力控制部)；该目标发动机转数算出组件70算出左右的舷外发动机11、12的发动机39的目标发动机转数|NLt|和|NRt|；该节流阀开度算出组件80根据算出的目标发动机转数|NLt|和|NRt|，算出舷外发动机11、12的发动机39的各目标节流阀开度。
目标发动机转数算出组件70包括操舵角输入值算出部71和目标移动角度输入值算出部72；该操舵角输入值算出部71从操舵控制部23，获得右舷舷外发动机12的操舵角φR(也可为目标操舵角φRt。)和上述目标操舵角校正值ψt，算出存储图检索用的操舵角输入值φRt-ψt(或，φRt-ψt)；该目标移动角度输入值算出部72根据来自横向移动操作部10的目标移动角度θt和目标移动角度校正值ψt，算出存储图检索用的目标移动角度输入值θt-ψt。另外，目标发动机转数算出组件70包括目标推进力算出部74、推进力-转数转换表75和下限转数判断部76；该目标推进力算出部74算出左舷和右舷的舷外发动机11、12的目标推进力|TLt|、|TRt|；该推进力转数转换表75生成与该目标推进力|TLt|、|TRt|相对应的左右的舷外发动机11、12的目标发动机转数NLt、NRt(带有表示推进力的发生方向的符号的值)；该下限转数判断部76求出目标发动机转数的绝对值|NLt|和|NRt|，将这些与规定的下限转数(比如，等于发动机39的空转转数。)进行比较。
目标推进力算出部74，将操舵角输入值φRt-ψt(或φRt-ψt)、目标移动角度θt-ψt和由横向移动操作部10提供的目标合成推进力|TGt|作为输入，并由输出上述目标推进力|TLt|、|TRt|的上述存储图(map)构成。
由于目标推进力|TLt|、|TRt|在原状态下无法适合于发动机39的控制，故按照发动机39的特性，在推进力—转数转换表75中，转换为目标发动机转数NLt、NRt。目标发动机转数NLt、NRt的符号对应于目标移动角度θt而确定。具体来说，如果0≤θt≤π，则将表示后退的负符号提供给左舷的舷外发动机11的目标转速NLt，将表示前进的正符号提供给右舷舷外发动机12的目标转速NRt。另一方面，如果π＜θt＜2π(或-π＜θt＜0)，则将表示前进的正符号提供给左舷舷外发动机11的目标转速NLt，将表示后退的负符号提供给右舷舷外发动机12的目标转速NRt。已求出的目标发动机转数NLt、NRt提供给作为转速比较部的下限转数判断部76，另外还被输入到换档控制部22中。
下限转数判断部76判断目标发动机转数的绝对值|NLt|、|NRt|是否小于下限转数NLL(＝空转转数)，将该判断结果提供给换档控制部22。另外，目标发动机转数的绝对值|NLt|、|NRt|提供给节流阀开度算出组件80。但是，在左舷舷外发动机11的目标发动机转数|NLt|小于下限转数NLL的场合，下限转数判断部76将下限转数NLL代入目标发动机转数|NLt|中。同样，在右舷舷外发动机12的目标发动机转数|NRt|小于下限转数NLL的场合，下限转数判断部76将下限转数NLL代入目标发动机转数|NRt|中。
节流阀开度算出组件80包括左舷PI(比例积分)控制组件81和右舷PI控制组件82，它们具有相同的结构。在左舷PI控制组件81中，从下限转数判断部76输入左舷舷外发动机11的目标发动机转数|NLt|，同时从左舷舷外发动机11的舷外发动机ECU13，输入目前的发动机转数NL(≥0)。这些的偏差εL＝|NLt|-NL，通过偏差运算部83算出。将该偏差运算部83输出的偏差εL提供给比例增益乘法运算部84，同时在积分部85，接收离散积分处理。由该积分部85的积分结果提供给积分增益乘法运算部86。比例增益乘法运算部84输出将比例增益kp与该偏差εL相乘的值，积分增益乘法运算部86输出将积分增益ki与该偏差εL的积分值相乘的值。通过加法运算部87对它们进行加法运算，由此，获得对左舷舷外发动机11的发动机39的目标节流阀开度。该目标节流阀开度提供给左舷舷外发动机11的舷外发动机ECU13。这样，左舷P1控制组件81执行所谓的PI(比例积分)控制。
右舷PI控制组件82也按照相同的方式构成。即，右舷PI控制组件82对右舷舷外发动机12用的目标发动机转数|NRt|与目前的发动机转数NR(≥0)之间的偏差εL，执行PI(比例积分)控制，输出对右舷舷外发动机12的发动机39的目标节流阀开度。该目标节流阀开度提供给右舷舷外发动机12的舷外发动机ECU14。
换档控制部22包括左舷换档控制组件91和右舷换档控制组件92，它们按照相同的方式构成。这些换档控制组件91、92根据由推进力—转数转换表75提供的目标发动机转数NLt、NRt，分别生成换档控制信号，该换档控制信号用于将舷外发动机11、12的换档机构43(更具体地说，爪型离合器43d)的换档位置控制在前进位置、后退位置或空档位置。这些换档控制组件91、92在目标发动机转数NLt、NRt小于下限转数NLL时，交替周期性地将换档机构43的换档位置切换到空档位置和前进位置或后退位置，执行间歇地将发动机39和螺旋桨40之间连接的间歇换档控制(间歇连接控制)。
在下面，将该间歇移动控制称为“PWM控制”(脉冲宽度调制控制)。另外，在PWM控制的周期S中，换档位置位于前进位置或后退位置，由此，发动机39的旋转传递给螺旋桨轴42的时间称为“移进时间”。在PWM周期S中，除了移进时间Sin以外的时间(S-Sin)为换档位置为空档位置的“空档时间”。
左舷换档控制组件91包括换档规则表93，该换档规则表93根据从推进力—转数转换表75提供的左舷舷外发动机11的目标发动机转数NLt的符号，输出换档机构43的换档位置(前进位置、后退位置或空档位置)。另外，左舷换档控制组件91包括移进时间算出部94(连接保持时间算出部)，该移进时间算出部94根据从推进力—转数转换表75提供的目标发动机转数NLt的绝对值|NLt|，算出移进时间Sin。另外，该左舷换档控制组件91包括换档位置输出部95(间歇连接控制部)，该换档位置输出部95根据换档规则表93和移进时间算出部94的输出，生成左舷舷外发动机11的换档机构43的换档位置信号。
换档规则表93在目标发动机转数NLt的符号为正时，输出表示前进位置的信号，在该符号为负时，输出表示后退位置的信号。另外，在目标发动机转数NLt的绝对值实质上可看作为零的场合(比如，在100rpm或其以下)时，输出表示空档位置的信号。
在下限转数判断部76判定目标发动机转数NLt在下限转数NLL或其以上时，移进时间算出部94使Sin＝S。在该场合，不进行PWM控制，而换档机构43的换档位置保持在换档规则表93生成的换档位置。另一方面，在下限转数判断部76判定目标发动机转数NLt小于下限转数NLL的场合，移进时间算出部94使PWM控制的占空比D为D＝NLt/NLL，设定移进时间Sin为Sin＝S·D。
换档位置输出部95以PWM周期S为周期，输出换档位置信号。更具体地说，换档位置输出部95在PWM周期S中，经过移进时间算出部94算出的移进时间Sin内，连续地生成符合换档规则表93的输出的换档位置信号，在剩余的空档时间，不依赖于换档规则表93的输出，生成表示空档位置的换档位置信号。当然，如果移进时间Sin＝S，则始终输出符合换档规则表93的输出的换档位置信号。
右舷换档控制组件92也按照相同的方式构成，对与右舷舷外发动机12相对应的目标发动机转数NRt，以及其绝对值的下限转数判断部76的判断结果，执行同样的动作，对右舷舷外发动机12的换档机构43的换档位置进行控制。
由于舷外发动机11、12的发动机39在其性质上，不能够按照小于下限转数NLL的情况下动作，故无法获得小于下限转数NLL的输出。在此，在本实施方式中，在设定具有小于下限转数NLL的绝对值的目标发动机转数NLt、NRt时，按照下限转数NLL使发动机39动作，另一方面，发动机39的旋转按照与目标发动机转数NLt、NRt相对应的占空比D，间歇地传递给螺旋桨40。由此，可获得相当于小于空转转数NLL的转数的推进力。
在换档控制部22中还设置有发动机状态判断部90(原动机状态判断部)，该发动机状态判断部90用于在横向移动模式中，判断左右的舷外发动机11、12的发动机39是否停止。该发动机状态判断部90从舷外发动机ECU13、14，获得左右的舷外发动机11、12的发动机39的转数NL、NR。另外，发动机状态判断部90根据发动机39的转数NL、NR实质上是否为零，判断发动机39是否在动作中。如果在横向移动模式中，任意一个舷外发动机的发动机39处于停止状态，则表示该情况的信号提供给换档位置输出部95。对此作出反应，换档位置输出部95将全部的舷外发动机11、12的换档机构43的换档位置控制在空档位置。
另外，发动机状态判断部90还具有控制发动机39的再次起动的作为再起动控制部的功能。即，如果发动机状态判断部90判断在横向移动模式中，任意一个舷外发动机11、12的发动机39陷入了停止状态，则对该舷外发动机11、12的舷外发动机ECU13、14，请求发动机39的再起动。对此作出反应，舷外发动机ECU13、14使起动电动机45动作。
发动机状态判断部90监视发动机转数NL、NR，判断发动机39是否再起动。如果停止状态的发动机39再起动，全部的舷外发动机11、12的发动机39处于动作状态，则表示该情况的信号提供给换档位置输出部95。对此作出反应，换档位置输出部95对应于换档规则表93和移进时间算出部94的输出，恢复到控制换档机构43的状态。
图9为用于说明由左舷换档控制组件91和右舷换档动控制组件92的PWM动作的时间图。实线表示由左舷换档控制组件91控制的左舷舷外发动机11的换档机构43的换档位置的变化。虚线表示由右舷换档控制组件92控制的右舷的舷外发动机12的换档机构43的换档位置的变化。
假定左右的舷外发动机11、12的目标发动机转数NLt、NRt的绝对值均小于下限转数(空转转数)NLL的场合。此时，分别设置于左舷换档控制组件91和右舷换档控制组件92的移进时间算出部94分别算出移进时间Sin_L，Sin_R。从而，在左舷舷外发动机11中，在经过PWM周期S中的移进时间Sin_L内，爪型离合器43d移进到前进位置或后退位置，在剩余的时间(S-Sin_L)内，爪型离合器43d处于空档位置。同样，在右舷舷外发动机12中，在经过PWM周期S中的移进时间Sin_R内，爪型离合器43d移进到前进位置或后退位置，在剩余的时间(S-Sin_R)内，爪型离合器43处于空档位置。移进时间Sin_L、Sin_R中，按照下限转数NLL旋转的发动机39的旋转传递给螺旋桨40。
在本实施方式中，分别设置于左舷换档控制组件91和右舷换档控制组件92的换档位置输出部95，使PWM换档控制相互同步。即，如图9所示，在各PWM周期中，使移进时刻同步。由此，可改善PWM控制时的操作感。当然，即使未使PWM换档控制同步，可从各舷外发动机11、12产生必要的推进力，但是由于左右的舷外发动机11、12的移进时刻的偏差，操作感变差。
图10为表示操舵控制部23的功能性结构的方框图，特别表示关于横向移动模式时的控制的结构。操舵控制部23包括第1目标操舵角运算部101(目标操舵角算出部)、第2目标操舵角运算部102(目标操舵角算出部)和选择器103以及比较部104；该第1目标操舵角运算部101对作用点F位于中心线5上时的目标操舵角φRt、φLt进行运算；该第2目标操舵角运算部102对作用点F位于中心线5之外时的目标操舵角φRt、φLt进行运算；该选择器103选择这些输出的任意一个并输出；该比较部104用于控制该选择器103的切换。
比较部104对第1目标操舵角运算部101所运算的右舷舷外发动机12的目标操舵角φRt，与上述切换基准舵角φS(＝tan-1(b/amax))进行比较。即，如果第1目标操舵角运算部101所运算的右舷舷外发动机12的目标操舵角φRt在切换基准舵角θt或其以上，则比较部104使选择器103选择第1目标操舵角运算部101的输出。另一方面，在第1目标操舵角运算部101所运算的右舷舷外发动机12的目标操舵角φRt小于切换基准舵角φS时，则比较部104使选择器103选择第2目标操舵角运算部102的输出。
第1目标操舵角运算部101由PI(比例积分)控制组件构成，该PI(比例积分)控制组件以由偏航角速度传感器9检出的角速度ω，和从横向移动操作部10提供的目标角速度ωt作为输入。即，第1目标操舵角运算部101通过PI控制，按照使角速度ω与目标角速度ωt一致的方式动作。更具体地说，第1目标操舵角运算部101包括偏差运算部106，该偏差运算部106对角速度ω和目标角速度ωt之间的偏差εω进行运算；比例增益乘法运算部107，该比例增益乘法运算部107将比例增益kω1，与该偏差运算部106的输出εω相乘；积分部108，该积分部108对偏差运算部106输出的偏差εω进行积分；积分增益乘法运算部109，该积分增益乘法运算部109将积分增益kθ1，与该积分部108的输出相乘；第1加法运算部110，该第1加法运算部110对比例增益乘法运算部107和积分增益乘法运算部109的输出进行加法运算，生成操舵角偏差Δφ。这些构成操舵角偏差运算部。
此外，第1目标操舵角运算部101包括存储器111(基本目标操舵角存储部)和第2加法运算部112(加法运算部)；该存储器111存储作为基本目标操舵角的初始目标操舵角φi；该第2加法运算部112将存储于该存储器111的初始目标操舵角φi与上述第1加法运算部110生成的操舵角偏差Δφ进行加法运算，并求出目标操舵角基本值φt(＝φi+Δφ)。该目标操舵角基本值φt在原状态下可用作右舷舷外发动机12用的目标操舵角φRt。另外，目标操舵角基本值φt的符号通过反转部113而反转的值-φt，被用作左舷舷外发动机11用的目标操舵角φLt。
存储器111由非易失性的可改写存储器，比如，闪存器或EEPROM(电可删除·写入的只读存储器)构成。在该存储器111中，比如，船舶1从经销商向用户的交接之前，比如采用专用的输入装置，写入初始目标操舵角φi。此时的初始目标操舵角φi比如，根据对应于船体2和舷外发动机11、12的种类而确定的设计上的瞬间中心Gi(ai，0)，设为φi＝tan-1(b/ai)。瞬间中心Gi(ai，0)也可以是通过进行试验航行，由实测而求出的。
在该存储器111中，还可将与初始目标操舵角φi相对应的参数ai，b作为初始目标操舵角信息而存储。在该场合，初始目标操舵角φi通过φi＝tan-1(b/ai)的运算而求出。
在本实施方式中，附加有学习功能，即学习依赖于船舶1的荷载的变化等的瞬间中心G的变化的学习功能。即，设置有更新存储器111中的初始目标操舵角φi的写入处理部114。该写入处理部114在停止舷外发动机11、12的驱动，并停止航行控制时，或在从横向移动模式切换到通常航行模式时，将第2加法运算部112生成的目标操舵角基本值φt作为新的初始目标操舵角φi，写入到存储器111中。
第2目标操舵角运算部102也由PI(比例积分)控制组件构成，该PI控制组件将由偏航角速度传感器9检出的角速度ω，和由横向移动操作部10提供的目标角速度ωt作为输入。即，第2目标操舵角运算部102通过PI控制，按照使角速度ω与目标角速度ωt一致的方式动作。具体来说，第2目标操舵角运算部102包括偏差运算部116，该偏差运算部116对角速度ω和目标角速度ωt的偏差εω进行运算；比例增益乘法运算部117，该比例增益乘法运算部117将比例增益kω2，与该偏差运算部116的输出εω相乘；积分部118，该积分部118对偏差运算部116输出的偏差εω进行积分；积分增益乘法运算部119，该积分增益乘法运算部119将积分增益kθ2，与该积分部118的输出相乘；第1加法运算部120，该第1加法运算部120对比例增益乘法运算部117和积分增益乘法运算部119的输出进行加法运算，生成目标操舵角校正值ψt。另外，第2目标操舵角运算部102还包括存储器121，该存储器121存储切换基准舵角φS；第2加法运算部122，该第2加法运算部122将存储于该存储器121中的切换基准舵角φS，与上述第1加法运算部120生成的目标操舵角校正值ψt进行加法运算，并求出右舷舷外发动机12用的目标操舵角φRt(＝φS+ψt)；反转部123，该反转部123生成将切换基准舵角φS的符号反转而成的值-φS；第3加法运算部124，该第3加法运算部124对该反转部123生成的值-φS与目标操舵角校正值ψt进行加法运算，并生成左舷舷外发动机11用的目标操舵角φLt(＝-φS+ψt)。存储器121生成的切换基准舵角φS还可提供给上述比较部104。
另外，选择器103可将由第1加法运算部120生成的目标操舵角校正值ψt，和零切换并输出。
通过这样的结构，在中心线5上的规定范围Δx(x＝amin～amax的范围。参照图7)内，使作用点F移动，并达到目标角速度ωt的状态中，通过选择器103，选择第1目标操舵角运算部101生成的目标操舵角φLt、φRt，并提供给舷外发动机ECU13、14。此时，在左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt、φRt之间，φLt＝-φRt的关系成立。另外，选择器103作为节流阀控制部21的运算中所采用的ψt的值，输出ψt＝0。
另一方面，如果即使在使作用点F在中心线5上的规定范围Δx内移动，仍无法达到目标角速度ωt，作用点F到达该范围Δx的端点(amax，0)，则使φRt＜φS，选择器103选择第2目标操舵角运算部102的输出。由此，按照作用点F向中心线5之外移动的方式，针对左右的舷外发动机11、12，设定以切换基准舵角φS为基准的目标操舵角φLt、φRt。另外，选择器103作为节流阀控制部21的运算所采用的ψt的值，输出第1加法运算部120生成的值。
图11为用于说明由节流阀控制部21的节流阀控制的时间图。目标发动机转数算出组件70从操舵控制部23，获得右舷目标操舵角φRt(或实际上检出的操舵角φR)和目标操舵角校正值ψt，另外，从横向移动操作部10，获得目标移动角度θt和目标合成推进力|TGt|(步骤S10)。
根据这些，主要通过目标推进力算出部74的作用，算出左右的舷外发动机11、12的目标推进力|TLt|、|TRt|(步骤S11)。另外，通过推进力—转数转换表75，求出与目标推进力|TLt|、|TRt|和目标移动角度θ相对应的目标发动机转数NLt、NRt(在绝对值小于下限转数NLL时，采用下限转数。)(步骤S12)。另外，根据该数据，主要通过节流阀开度算出组件80的作用，生成节流阀开度指令，并供给舷外发动机ECU13、14(步骤S13)。对应于此，该舷外发动机ECU13、14按照已提供的节流阀开度指令，控制各节流阀驱动器52(步骤S14)。这样，对舷外发动机11、12的发动机39的节流阀开度进行控制，其结果是，对这些发动机转数进行控制。由此，左右的舷外发动机11、12分别产生目标推进力|TLt|、|TRt|。
节流阀控制部21还判断是否继续进行横向移动模式的控制(步骤S15)。该判断可通过是否继续进行横向移动操作部10的操作，即，是否检出来自横向移动操作部10的有意的输入来判断。此外，在检出了来自转向操作部7或节流阀操作部8的有意的输入的场合，作为应从横向移动模式恢复到通常航行模式的方式，结束步骤S10～S14的控制。在继续进行横向移动模式的控制的场合，反复进行从步骤S10起的处理。
图12为用于说明关于左舷舷外发动机11的换档机构43的控制内容的流程图。如果通过推进力—转数转换表75，算出目标发动机转数NLt(步骤S20)，则通过下限转数判断部76，对其绝对值和下限转数NLL进行比较(步骤S21)。当目标发动机转数NLt小于下限转数NLL时，换档控制部22的移进时间算出部9使占空比D为D＝NLt/NLL，下限转数判断部76将目标发动机转数NLt的绝对值作为下限转数NLL，输入到节流阀开度算出组件80(左舷PI控制组件81)(步骤S22A)。
另外，移进时间算出部94算出移进时间Sin＝S·D(步骤S23)。另外，通过换档规则表93，设定与目标发动机转数NLt相对应的换档位置(步骤S23)。根据这些，从换档位置输出部95，输出换档位置指令(步骤S24)。根据该换档位置指令，舷外发动机ECU13对换档驱动器52进行控制。
目标发动机转数NLt在下限转数NLL或其以上时(步骤S21)，移进时间算出部94使占空比D为D＝1，下限转数判断部76将目标发动机转数NLt在原状态下输入到节流阀开度算出组件80(左舷PI控制组件81)中(步骤S22B)。然后，进行从步骤S23起的处理。
步骤S25中的判断与图11的步骤S15中的判断相同，通过节流阀控制部21进行。
此外，关于右舷舷外发动机12的换档机构43的控制也按照相同的方式进行。
图13为用于说明由操舵控制部23的横向移动模式时的控制动作的流程图。操舵控制部23获得偏航角速度传感器9检出的角速度ω，与从横向移动操作部10输入的目标角速度ωt(步骤S30A)。第1目标操舵角运算部101通过PI控制，求出目标操舵角基本值φt＝φi+Δφ(步骤S30B)。另外，求出左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt＝-φt，φRt＝φt，并输入到选择器103中(步骤S31)。
另一方面，在比较部104中，对目标操舵角基本值φt与切换基准舵角φS(tan-1(b/amax))进行大小比较(步骤S32)。如果φt≥φS，则按照选择第1目标操舵角运算部101的输出的方式对选择器103进行控制(步骤S33)。另外，操舵控制部23将第2目标操舵角运算部102侧的积分部118的积分值置零(步骤S34)。此外，如果φt＜φS，则按照选择第2目标操舵角运算部102的输出的方式对选择器103进行控制(步骤S35)。第2目标操舵角运算部102通过PI控制，算出目标操舵角校正值ψt(步骤S36)，此外，根据此，算出左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt＝ψt-φS，φRt＝ψt+φS(步骤S37)。
通过选择器13选择的左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt、φRt输出给舷外发动机ECU13、14(步骤S38)。从而，舷外发动机ECU13、14根据已提供的目标操舵角φLt、φRt，对左右的舷外发动机11、12的操舵驱动器53进行控制。然后，操舵控制部23判断是否应结束由横向移动模式的控制(步骤S39)。该判断与在图11的步骤S15中，通过节流阀控制部21进行的判断相同。当应继续进行横向移动模式时，反复进行从步骤S30A起的控制。
图14为用于说明设置于换档控制部22的发动机状态判断部90在横向移动模式时执行的舷外发动机11、12的停止监视处理的流程图。发动机状态判断部90监视从舷外发动机ECU13、14提供的发动机转数NL、NR，判断至少一个舷外发动机11、12的发动机39是否停止(步骤S40)。如果任意一个舷外发动机11、12的发动机39也处于运转状态，则继续进行由换档位置输出部95的换档机构43的控制(步骤S41)。
另一方面，如果检出任意一个舷外发动机11、12的发动机39的停止状态，则向换档位置输出部95，提供用于使全部的舷外发动机11、12的换档机构43的换档位置位于空档位置的指令(步骤S42)。由此，处于从任意一个舷外发动机11、12，均不产生推进力的状态。接着，发动机状态判断部90向发动机39停止的舷外发动机11、12的舷外发动机ECU13、14，提供再次起动指令(步骤S43)。由此，在该舷外发动机11、12中，起动电动机45动作，进行发动机39的再次起动。
然后，发动机状态判断部90判断是否结束控制(步骤S44)。该判断与在图11的步骤S15中，由节流阀控制部21进行的判断相同。当应继续进行横向移动模式的控制时，反复进行从步骤S40起的控制。
图15为用于说明本发明的第2实施方式的方框图，示出可代替图8的目标发动机转数算出组件70而采用的转数算出组件130的结构。在该图15中，与图8所示的各部分相同的功能部分附上同一的参照符号而表示。另外，同时参照上述的图1～图14。
在本实施方式中，对应于从横向移动操作部10提供的目标合成推进力|TGt|，通过推进力—转数转换表131(第1转速设定部)，求出左舷舷外发动机11的目标发动机转数NLt。该目标发动机转数NLt提供给发动机转数运算部132(第2转速设定部)。还向发动机转数运算部132，提供右舷舷外发动机12的目标操舵角φRt(也可为已检测的φR。)、目标操舵角校正值ψt和目标移动角度θt。根据这些，发动机转数运算部13按照获得朝向目标移动角度θt，使船体2移动的合成推进力的方式，求出右舷舷外发动机12的发动机39用的目标发动机转数NRt。
目标发动机转数NLt不一定是相当于目标合成推进力|TGt|的推进力由舷外发动机11产生的值。最好，目标发动机转数NLt为小于与目标合成推进力|TGt|相对应的值。这是由于在横向移动操作船时，舷外发动机11、12产生的推进力的方向和船体2的移动方向有较大不同，故尽管合成推进力|TG|小，舷外发动机11、12的发动机39仍高速旋转地运转。由此，存在横向移动操作船时，船驾驶者或乘客因较大的发动机声音，而感到不舒服或不适的危险。
在本实施方式中，可使横向移动操作部10的操作量与左舷舷外发动机11的发动机转数相关联。由此，对于横向移动操作部10的操作量，以船驾驶者所期待的转数，使发动机39动作。其结果是，可减缓因较大的发动机声音造成的不舒服感。此外，由于可获得与横向移动操作部10的操作量相对应的发动机转数，故也没有船驾驶者感到不适感的情况。
上面，对本发明的2个实施方式进行了说明，但是，本发明也可按照其它方式实施。比如，在上述实施方式中，以船体2的瞬间中心G变化为前提，但是，在可将瞬间中心G视为实质上不变化的场合，可使结构和控制内容更加简单。具体来说，可在存储器中预先确定并存储分别与各种目标角速度ωt相对应的目标操舵角基本值φt，在横向移动模式时，从存储器中读出相对应的目标操舵角基本值φt，并确定左右的舷外发动机11、12的目标操舵角φLt、φRt即可。此外，在即使目标角速度ωt固定为零，也没有关系的场合，横向移动模式时的目标操舵角基本值φt可为通过瞬间中心G与舷外发动机11、12的推进力发生位置之间的几何关系确定的一定值(作用点F与瞬间中心G一致的值)。在该场合，结构和控制内容更进一步简单。
此外，在上述实施方式中，通过对发动机39的输出进行控制，控制推进力，但是比如，也可采用具有可控制螺旋桨的安装角度(螺距)的可变螺距螺旋桨的推进机，对推进力进行控制。在该场合，可对应于目标推进力，算出可变螺距螺旋桨的目标螺距，将可变螺距螺旋桨的螺距控制在该目标螺距，。
还有，在上述实施方式中，对设置有一对舷外发动机11、12的实例进行了说明，但是比如，也可在船体2的中心线5上，设置第3舷外发动机。
对本发明的实施方式进行了详细说明，但是，这些只不过是使本发明的技术内容明了化所采用的具体实例，本发明不应限于这些具体的实例来解释，本发明的精神和范围只有通过后附带的权利要求的范围来限定。
本申请对应于2003年10月22日在日本特许厅提出的、申请号为日本专利申请2003-361459号和申请号为日本专利申请2003-361460号的申请，该申请的全部公开内容通过引用而编入在这里。
权利要求
1.一种推进力控制装置，用于控制安装在船舶的船体上的推进机，该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递，其特征在于，上述推进力控制装置包括目标推进力取得部，获得上述推进机应产生的目标推进力；离合器控制部，根据由该目标推进力取得部获得的目标推进力，控制上述离合器动作装置。
2.如权利要求1所述的推进力控制装置，其特征在于，上述目标推进力取得部包括目标转速取得部，该目标转速取得部获得上述原动机的目标转速；上述离合器控制部是，根据由上述目标转速取得部获得的目标转速，控制上述离合器动作装置的装置。
3.如权利要求2所述的推进力控制装置，其特征在于上述离合器控制部包括转速比较部，将由上述目标转速取得部获得的目标转速与规定的下限值比较；上述离合器控制部且根据由上述转速比较部的比较结果，可执行间歇连接控制，即在上述目标转速为上述下限值或其以上时，将上述离合器机构保持在连接状态，另一方面，在上述目标转速比上述下限值小时，将上述离合器机构处于间歇连接状态。
4.如权利要求3所述的航行控制装置，其特征在于，上述离合器控制部包括连接维持时间算出部，对应于由上述目标推进力取得部获得的目标推进力，确定在规定的控制周期中的上述连接状态的维持时间；间歇连接控制部，在由该连接维持时间算出部算出的维持时间内，上述离合器机构为连接状态，在上述控制周期中的其余的期间内，上述离合器机构为切断状态，该间歇连接控制部可将上述离合器机构在上述连接状态和上述切断状态之间相互切换。
5.如权利要求4所述的推进力控制装置，其特征在于还包括原动机控制部，根据由上述目标转速比较部的比较结果，在上述目标转速小于上述下限值时，以预先确定的基准转速驱动上述原动机；上述连接维持时间算出部，根据由上述目标转速比较部的比较结果，在上述目标转速小于上述下限值时，按照可获得与以上述目标转速旋转原动机时应获得的推进力相等的推进力的方式，算出将上述离合器机构维持在连接状态的维持时间。
6.如权利要求5所述的推进力控制装置，其特征在于，上述连接维持时间算出部是，当上述目标转速为Na、上述基准转速为Nb、上述控制周期为S、上述离合器机构的连接状态维持时间为s时，按照下述公式算出连接状态维持时间s的s＝(Na/nb)·S。
7.如权利要求5所述的推进力控制装置，其特征在于，上述基准速度确定为与上述下限值相等。
8.如权利要求3所述的推进力控制装置，其特征在于，上述船舶具有安装在上述船体上的多个上述推进机；上述离合器控制部控制分别配置在上述多个推进机上的多个离合器动作装置，使得在执行将上述离合器机构间歇地处于连接状态的间歇连接控制过程中，分别配置在上述多个推进机上的多个离合器机构的连接/切断的切换时间同步。
9.如权利要求3所述的推进力控制装置，其特征在于，还包括原动机状态判断部，判断上述原动机在运转状态还是停止状态；上述离合器控制部是，在执行将上述离合器机构间歇地处于连接状态的间歇连接控制过程中，如果由上述原动机判断部判断上述原动机处于停止状态，则相应于此，中断上述间歇连接控制，其后，如果由上述原动机判断部判断上述原动机处于运转状态，则相应于此，将上述中断的间歇连接控制重新启动。
10.如权利要求9所述的推进力控制装置，其特征在于上述船舶具有安装在上述船体上的多个上述推进机；上述原动机状态判断部，判断分别配置在上述多个推进机上的多个原动机在运转状态还是停止状态；上述离合器控制部，在对分别配置在上述多个推进机上的多个离合器机构执行间歇连接控制过程中，如果由上述原动机状态判断部判断上述多个原动机的即使任意一个处于停止状态，则相应于此，中断对全部的上述多个离合器机构的间歇连接控制。
11.如权利要求9所述的推进力控制装置，其特征在于，还包括重新启动控制部，用于在由上述原动机状态判断部判断为停止状态时，重新启动原动机。
12.如权利要求1所述的推进力控制装置，其特征在于，上述离合器机构可切换前进连接状态、后退连接状态和切断状态；在该前进连接状态，将来自上述原动机的旋转力按照上述推进力发生构件使上述船体前进的方式传递；在该后退连接状态，将来自上述原动机的旋转力按照上述推进力发生构件使上述船体后退的方式传递；在该切断状态，来自上述原动机的旋转力不传递到上述推进力发生构件上。
13.一种操纵船支援系统，用于支援船舶的操纵，该船舶具有船体和安装在该船体上的推进机，该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递，其特征在于，该操纵船支援系统包括目标推进力输入操作部，用于输入上述推进机应产生的目标推进力；权利要求1至12中的任意一项所述的推进力控制装置，根据由该目标推进力输入操作部输入的目标推进力，控制上述推进机。
14.一种船舶，包括船体；安装在该船体上的推进机，该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递；权利要求13所述的操纵船支援系统。
15.一种推进力控制方法，用于控制安装在船舶的船体上的推进机，该推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；在该连接状态，将旋转力在实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；在该切断状态，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递，其特征在于，该推进力控制方法包括目标推进力取得步骤，获得上述推进机应产生的目标推进力；离合器控制步骤，根据由该目标推进力取得步骤获得的目标推进力，控制上述离合器动作装置。
16.如权利要求15所述的推进力控制方法，其特征在于，上述目标推进力取得步骤包括获得上述原动机的目标转速的步骤；上述离合器控制步骤包括根据上述获得的目标转速，控制上述离合器动作装置的步骤。
17.如权利要求16所述的推进力控制方法，其特征在于，上述离合器控制步骤包括将上述获得的目标转速与规定的下限值比较的步骤；间歇连接控制步骤，在上述目标转速在上述下限值或其以上时，将上述离合器机构保持在连接状态，在上述目标转速在比上述下限值小时，将上述离合器机构处于间歇地连接状态。
全文摘要
推进力控制装置控制安装在船舶的船体上的推进机。推进机包括原动机、获得来自该原动机的旋转力并产生推进力的推进力发生构件、和可切换连接状态和切断状态的离合器机构、以及使上述离合器动作的离合器动作装置；该连接状态中，将旋转力以实际上没有滑动的状态下，从上述原动机传递到上述推进力发生构件；该切断状态中，切断从原动机到上述推进力构件的旋转力的传递。推进力控制装置包括目标推进力取得部和离合器控制部；该目标推进力取得部获得上述推进机应产生的目标推进力；该离合器控制部根据由该目标推进力取得部获得的目标推进力，控制(比如间歇连接控制)上述离合器动作装置。
文档编号B63H21/22GK1619441SQ20041008617
公开日2005年5月25日 申请日期2004年10月22日 优先权日2003年10月22日
发明者楫洋隆, 菅野功 申请人:雅马哈发动机株式会社, 雅马哈海洋动力株式会社