JP7733452B2

JP7733452B2 - 舶用推進制御システムおよび方法

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Publication number: JP7733452B2
Application number: JP2021031498A
Authority: JP
Inventors: シー．マルーフトラヴィス; イー．デルジネルマシュー; ジェイ．レマンシクマイケル
Original assignee: ブランズウィックコーポレーション
Priority date: 2020-03-10
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2025-09-03
Anticipated expiration: 2041-03-01
Also published as: US11480966B2; CN113371168B; US20210286362A1; EP3882125B1; CN113371168A; EP3882125A1; EP3882125C0; JP2021151855A

Description

本開示は一般に船舶を推進させるための方法およびシステムに関し、より詳細には機械的に操舵される装置またはその他の非ステアバイワイヤ式操舵装置により横方向および回転推進を提供するためのシステムおよび方法に関する。

以下の米国特許はその内容全体が参照により本明細書に組み込まれる。

多くの異なる種類の舶用推進装置が当業者に周知である。例えば船舶の船尾梁に取り付けられる船外機、船舶の船尾梁から後方に延在する船尾駆動システム、バウスラスターおよびその他のドッキングスラスターが当業者に周知である。バウスラスターに加えて船舶と共に使用される特定の種類のドッキングスラスターシステムには、船舶オペレータによるジョイスティック操作または他の制御入力に応答する複数の推進機が組み込まれている。

米国特許第６，２３４，８５３号は、船舶オペレータからの操作コマンドに応答するためにジョイスティックまたは押しボタン装置からのコマンド信号を受信するエンジン制御装置の制御下で船舶の舶用推進装置を利用するドッキングシステムを開示している。このドッキングシステムは、通常の条件下で船舶を操縦するために通常使用されるもの以外のさらなる推進装置を必要としない。この発明のドッキングまたは操縦システムは、オペレータのコマンド信号に応答するために２つの舶用推進装置を使用し、かつオペレータが時計回りもしくは反時計回り回転コマンドと組み合わせられる前進もしくは後進コマンドを互いに組み合わせるか単独で選択するのを可能にする。

米国特許第６，４０２，５７７号は、操舵アクチュエータが舶用推進システムの支持構造の不可欠な部分である油圧式操舵システムを開示している。操舵アームは完全に舶用推進システムの支持構造内に含まれており、かつその操舵軸の周りに配置されている。操舵アームの伸長部は、操舵アームの伸長を操舵アクチュエータの移動可能な第２の部分に対して移動させるのを可能にする線形成分および回転成分を有する滑り継手の中に伸長する。操舵アクチュエータの移動可能な第２の部分は操舵アクチュエータの第１の部分の中に形成された円筒状空洞内で線形に移動する。

米国特許第６，４０６，３４０号は、ツイン船舶船外推進装置の舵柄アームに力を印加し、かつ推進装置を中心位置と中心位置の各側への一杯位置との間で操舵軸の周りで回転させる油圧式操舵組立体を開示している。各推進装置は操舵軸に対してほぼ垂直な傾斜軸の周りでの円弧運動のために支持されている。第１の推進装置の舵柄アームに枢動可能に装着された部材に枢動可能に接続された油圧式円筒体を備えた、第１の推進装置に装着された油圧式操舵装置が存在する。タイバーが操舵装置に枢動可能に接続されており、かつ第２の推進装置の舵柄アームに枢動可能に接続されている。例えばタイバーは、当該部材と共に移動するブラケットによって操舵装置に接続された玉継手によって操舵装置に枢動可能に接続されていてもよい。

米国特許第７，３９８，７４２号は、船舶に対して有効な旋回モーメントを発生させるために２つ以上の舶用推進装置によって差動推力を提供する操舵支援システムを開示している。差動推力は、船舶のオペレータによって命令された旋回の大きさの関数として、および旋回コマンドが受信された際の船舶の速度の関数としても選択することができる。

米国特許第７，４６７，５９５号は、一対の舶用推進装置の一方を回転させ、かつ２つの舶用推進装置の推力の大きさを制御する船舶の移動を制御するための方法を開示している。船舶のオペレータが、制御装置によって解釈され、次いでこれにより一対の舶用推進装置の少なくとも１つの角度位置をその操舵軸に対して変化させる左舷－右舷、前進－後進および回転方向コマンドを選択するのを可能にするためのジョイスティックが設けられている。

米国特許第９，０３９，４６８号は、船舶を推進させるための第１および第２の推力を発生する第１および第２の推進装置を備えた、船舶の速度を制御するシステムを開示している。制御回路は、推力が平行である位置合わせされた位置と推力が平行でない位置合わせされていない位置との間で推進装置の向きを制御する。第１のユーザ入力装置は中立位置と非中立回転止め位置との間で移動可能である。第１のユーザ入力装置が回転止め位置にあって推進装置が位置合わせされた位置にある場合、推力は船舶を第１の速度で所望の方向に推進させる。第１のユーザ入力装置が回転止め位置にある間に第２のユーザ入力装置を作動させた場合、推進装置は位置合わせされていない位置に移動し、かつ推力を変えることなく船舶を第２の減少速度で所望の方向に推進させる。

米国特許第１０，２５９，５５５号は、ジョイスティックから船舶の所望の移動を表す信号を受け取ることを含む、物体の近くで船舶の移動を制御するための方法を開示している。センサはその物体と船舶との間の最短距離およびその物体の船舶に対する方向を感知する。制御装置は船舶の所望の移動をその最短距離およびその方向と比較する。その比較に基づいて制御装置は、舶用推進システムに所望の移動を達成するための推力を発生するように命令するか、あるいは代わりとして舶用推進システムに船舶がその物体から少なくとも所定の距離を維持するのを保証する修正された移動を達成するための推力を発生するように命令するかを選択する。次いで舶用推進システムは、命令されたとおりに所望の移動または修正された移動を達成するための推力を発生する。

米国特許第８，５１２，０８５号は、少なくとも第１および第２の船舶駆動装置を有する船舶のためのタイバー装置を開示している。タイバー装置は、船舶の旋回移動中に第１および第２の船舶駆動装置がそれぞれの第１および第２の垂直操舵軸の周りをそれぞれ異なる角度で操舵されるように、第１および第２の船舶駆動装置を互いに接続するように幾何学的に構成されたリンケージを備える。

本概要は、以下の発明を実施するための形態においてさらに説明されている選択された概念を紹介するために提供されている。本概要は、請求請求されている主題の重要または必須の特徴を特定するためのものでもなければ、特許請求されている主題の範囲を限定するのを助けるものとして使用されるものでもない。

一実施形態では、舶用推進システムは、それぞれが前進および後進推力を発生する少なくとも２つの平行な推進装置であって、平行な推進装置はそれらの推力が互いに平行になるように方向づけられている推進装置と、平行な推進装置の駆動角度を感知するように構成された少なくとも１つの駆動位置センサとを備える。横方向スラスターは、船舶を推進させるための右舷および左舷推力を発生するように構成されている。ユーザ入力装置は、少なくとも船舶の横方向移動を命令するための横方向推力コマンドおよび船舶の回転移動を命令するための回転推力コマンドを提供するためにユーザによって操作可能である。制御装置は、駆動角度を制御することなくユーザによって命令された横方向移動および／または回転移動を提供するために、横方向操舵入力および／または回転操舵入力および駆動角度に基づいて平行な推進装置および横方向スラスターを制御するように構成されている。

船舶の推進を制御する方法の一実施形態は、船舶の横方向移動を命令するための横方向操舵入力および船舶の回転移動を命令するための回転操舵入力のうちの少なくとも１つを受信する工程と、次いで船舶上の平行な推進駆動装置のセットの駆動角度および船舶のヨーレートのうちの少なくとも１つを感知する工程とを含む。次いで駆動角度および／またはヨーレートを使用して、平行な推進装置のセットの駆動角度を制御することなくユーザによって命令された横方向移動および／または回転移動を実現するために、平行な推進装置のセット内の各推進装置のために推力の大きさおよび推力の前進もしくは後進方向を決定し、かつ横方向スラスターのために作動コマンドおよび推力の右舷もしくは左舷方向を決定する。

本発明の様々な他の特徴、目的および利点は図面と共に解釈される以下の説明から明らかになるであろう。

本開示について以下の図を参照しながら説明する。

本開示に係る推進システムの一実施形態を備えた船舶の概略図である。図２Ａ～図２Ｅは船舶の様々な移動の概略図である。例示的なジョイスティックユーザ入力装置を示す。例示的なキーパッドユーザ入力装置を示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。様々な船舶の移動を実現するための船舶に対する様々な推力ベクトルを示す。本開示の実施形態に係る船舶の推進を制御する方法を示す。本開示の実施形態に係る船舶の推進を制御する方法を示す。本開示の実施形態に係る船舶の推進を制御する方法を示す。

本発明者らは、操舵輪が従来の操舵システムを介して船舶の船尾に装着された推進装置に機械的に接続されている非ステアバイワイヤ式船舶のために、標準的なジョイスティックシステムによって提供されるユーザ制御などの横方向および回転ユーザ制御を提供する船舶制御システムの必要性を認識した。例えばレース用船舶などの高速用途のために構成された船舶では、機械的に操舵される推進装置は典型的にはタイバーなどにより互いに繋がれている。これは高負荷条件および高船速でロバストな操舵作動および制御を提供する。別の例として、より低価格の船舶は典型的には従来の機械的操舵システムを実装しており、ここでは推進装置は操舵輪に機械的に接続されており、かつ一緒に操舵され、推進装置は多くの場合にタイバーにより接続されている。これらの用途の両方ならびにその他の非ステアバイワイヤ式操舵および推進システムでは、実現される推力が互いに平行になるように推進装置は平行に維持されている。これらの既存のシステムは、ユーザがどんな前進もしくは後進移動もなしに回転移動を指示することができる横方向推力制御または自動回転推力制御を提供しない。ジョイスティックもしくはその他の横方向推力制御要素は現在のところ非ステアバイワイヤ式システムのためには利用可能でない。現在利用可能なジョイスティックシステムは、各推進装置を別々に操舵することができ、かつ推進装置を互いに平行でない角度で配置することができるステアバイワイヤ制御を必要とする。

関連する技術分野における上記問題および課題に基づいて、本発明者らは、機械的に操舵される船舶およびその他の非ステアバイワイヤ式船舶へのジョイスティックなどによる横方向および回転操舵制御を可能にする本開示の推進システムおよび方法を開発した。本開示のシステムおよび方法は、船舶に対する推進装置の角度を制御または調節することなくユーザによる横方向および回転操舵制御を可能にし、従って推進装置の従来の機械的操舵による船舶に実装することができる。一実施形態では、本開示のシステムは、それぞれが前進および後進推力を発生する２つ以上の平行な推進装置のセットと、平行な推進装置の駆動角度を決定するように構成されたセンサシステムとを備える。いくつかの実施形態では、本システムは右舷および左舷方向のそれぞれにおいて横方向推力を発生するように構成された横方向スラスターをさらに備えていてもよい。ジョイスティックまたはキーパッドなどのユーザ入力装置は、船舶の対応する移動を命令するための少なくとも横方向および回転操舵入力を提供するためにユーザによって手動で操作可能であり、制御装置は、推進装置に対するどんな操舵制御も必要とすることなく命令された移動を実現するために平行な推進装置および／または横方向スラスターによって推力の大きさおよび方向を制御するように構成されている。

図１は、船尾梁２４に取り付けられ、かつ平行に配置された２つの推進装置２１および２２を備えた推進システム１００が装備された船舶２の概略図である。推進装置の数は例示であり、当業者であれば本開示を踏まえて、本開示のシステムおよび方法に任意の数の２つ以上の推進装置を利用できることを理解するであろう。図示されている例では、推進装置２１および２２はタイバー２３により平行に接続および維持されている。タイバーは、多くの場合にエンジン間にタイバーを用いて高速動作中に操舵負荷を分散させるのを支援する高速レース用船舶などの多くの船舶用途では従来から利用されている。タイバーは平行な推進装置２１および２２の操舵軸３１および３２の位置においてそれぞれ推進装置に取り付けられていてもよい。操舵軸３１および３２は寸法Ｙおよび、有効な重心（ＣＯＧ）にもなり得る旋回中心３０（ＣＯＴ）からの距離Ｘだけ分離されている。船舶１０は、第１および第２の推進装置をそれらのそれぞれの操舵軸３１および３２の周りで回転させることにより操舵される。従来のように推進装置２１および２２を回転させる操舵アクチュエータ１４に機械的に接続された操舵輪１２のオペレータの操作に応答して平行な推進装置２１および２２を回転させる。操舵リンケージシステムおよび／またはプッシュプルケーブルシステムなどの操舵輪１２の回転移動を操舵アクチュエータ１４に伝達するための機械的接続システム１３が周知であり、これは油圧式操舵アクチュエータ１４を備えた油圧作動式操舵システムを含んでもよい。それにより平行な推進装置２１および２２を回転させ、かつ推力を実現することで有効なＣＯＴ３０の周りで船舶１０の回転を引き起こす。

推進システム１００は、少なくとも船舶の横方向移動を命令するための横方向操舵入力および船舶１０の回転移動を命令するための回転操舵入力を提供するためにユーザによって操作可能なジョイスティックまたはキーパッドなどのユーザ入力装置４０をさらに備える。図２Ａ～図２Ｅは、ユーザ入力装置４０を介して命令することができる例示的な船舶の移動を示す。図２Ａでは、船舶１０はどんな前進もしくは後進移動もなく、かつそのＣＯＴ３０の周りでどんな回転もなしに左舷方向４６および右舷方向４８に横方向に移動している状態で示されている。図２Ｂは、前進５０方向および後進５２方向に移動している船舶１０を示す。図２Ｃは、船舶１０の前進移動と右舷移動との組み合わせを示し、ここでは前進移動は破線矢印５６によって表されており、右舷移動は破線矢印５８によって表されている。得られる移動ベクトル６０はどんな回転もなしに前進および右舷方向に船舶を移動させる。図２Ｄは、あらゆる前進／後進移動または横方向移動を含むどんな並進移動もなしにＣＯＴ３０の周りでの船舶１０の時計回り回転６２を示す。図２Ｅは、回転６２と前進および右舷の両方向への並進６０との組み合わせを示す。

本開示のシステムおよび方法は、操舵輪１２によって機械的に操舵される推進装置２１および２２の操舵制御を必要とすることなく図２Ａ～図２Ｅに示されているような船舶の横方向および回転移動を可能にする。従って本開示のシステムおよび方法は、平行な推進装置のセットの駆動角度を調整したりそれ以外の方法で制御したりすることなく各平行な推進装置のために推力の大きさおよび前進もしくは後進方向を制御する。

ユーザ入力装置４０において提供されるユーザ操舵入力は、各推進装置２１および２２のエンジン制御モジュール（ＥＣＭ）４１および４２にそれぞれ通信可能に接続された制御装置３４において受信される。それにより制御装置３４は、必要に応じてユーザ入力装置４０において命令された横方向および／または回転操舵入力を実現するために、命令を各ＥＣＭ４１および４２に通信して推力の命令された大きさおよび推力の命令された方向（前進もしくは後進）を実現することができる。特定の実施形態では、システム１００は、船舶１０に対して右舷および左舷方向への横方向推力を実現するように構成された横方向スラスター１５を備える。図示されている例では横方向スラスター１５は、船舶１０の船首領域１１に位置し、かつ船首において横方向推力を実現するように構成されたバウスラスターである。バウスラスターは、船首１１以外の船舶１０上の他の位置に配置することができる船舶に対して横方向推力を実現するように構成された他の種類および位置のドッキングスラスターシステム同様に当業者に周知である。当業者であれば本開示を踏まえて、本開示の推進システム１００がバウスラスターの代わりまたはそれに対する追加であってもよい他の種類および位置の横方向スラスター１５を備えていてもよいことを理解するであろう。

横方向スラスター１５は、右舷および左舷方向への横方向推力を実現するために双方向性モーター１７によって前進もしくは後進方向に回転するファン１６またはプロペラを備える。横方向スラスター１５によって推力の作動および方向を制御するために、制御装置３４は横方向スラスター１５のための制御装置１８に通信可能に接続されていてもよい。従って一実施形態では、回転はオンまたはオフ状態のいずれかであり、単一速度で時計回りおよび反時計回り方向に回転する。他の実施形態では、横方向スラスター１５は可変速度スラスターであり、ここではモーター１７はファン１６を２つ以上の速度で回転させるように制御可能である。例えばモーター１７は、時計回りおよび反時計回り回転方向の両方向へのファン１６の可変多速度制御のために構成されたブラシレスＤＣモーターであってもよい。

本開示のシステムおよび方法は推進装置２１および２２の平行度を利用する。推力ベクトルが平行であり、かつ大きさが等しい推進装置のうちの一方による前進推力および他方による後進推力を実現することにより、その並進力は結合して互いに打ち消し合う。結合した力はＣＯＴ３０の周りにトルクを与える。推進装置の駆動角度が分かっている場合、あらゆる回転移動、左舷方向４６および右舷方向４８への横方向移動（横方向スラスター１５が組み込まれている一実施形態の場合）ならびに前進方向５０および後進方向５２移動を実現するためにベクトル分析を行うことができる。特定の実施形態では、システム１００は前進／後進および左舷／右舷推力を組み合わせたその他の並進方向への並進移動を提供するように構成されていてもよい。

図３および図４は２つの可能な種類のユーザ入力装置４０を例示している。図３は土台６８とオペレータによる移動に適した移動可能なハンドル６６とを備えた周知のジョイスティック装置を示す。推進システムのために対応する移動コマンドを提供するために、典型的にはこのハンドルを左および右、前方および後方に動かすことができ、かつ土台６８に対して回転させることができる。ジョイスティック推力制御の動作は当業者に周知であり、かつ参照により本明細書に組み込まれる参考文献にも記載されている。図４は、右、左、前進、後進および回転移動方向のそれぞれに関連づけられたボタン６４を有するキーパッドであるその他のユーザ入力装置４０ｂを示す。従って、船舶を前方に移動させるための前進推力コマンドを提供するためにユーザは前進ボタン６４ａを押すことができ、船舶１０の横方向移動を命令するための横方向推力コマンドを入力するためにユーザはキー６４ｂを押すことができる。同様に、船舶１０の時計回り回転移動を命令するための時計回り回転推力コマンドを入力するためにユーザは時計回り回転キー６４ｃを押すことができる。キーパッド４０ｂ上の他のキーは同様に動作する。

本開示の推進システム１００は、機械的に連結され、かつ操舵される駆動装置に対するジョイスティック制御または横方向および回転推力制御を与えるように操作可能な別のユーザ入力装置による制御を可能にする。従ってステアバイワイヤは必要とされず、制御装置３４はとにかく船舶駆動装置の現在の位置を利用して推力の大きさおよび方向を計算するように構成されている。システム１００は、所望の得られる回転および並進推力を実現するために２つ以上の推進装置による推力が互いに打ち消し合うことができるように、推進装置２１および２２の平行度を利用するように構成されている。横方向スラスター１５を有する一実施形態では、推進システム１００は、図２Ａおよび図２Ｂに示されている横方向移動方向４６および４８への横方向移動ならびに前進および後進移動方向５０および５２を実現することができる。

図５Ａ～図５Ｆは、推進装置２１および２２の駆動角度を変更または制御することなく船舶の回転および並進移動を実現するための推進装置２１および２２と横方向スラスター１５との間のこの力結合制御を例示している。制御装置３４は平行な推進装置２１および２２の駆動角度θを測定するか、そうでなければ推進装置２１および２２からの推力の回転効果を決定するように構成されている。一実施形態では、駆動位置センサ４４（図１）は平行な推進装置２１および２２の少なくとも１つの駆動角度を感知するように構成されている。タイバー２３などにより推進装置２１および２２が平行に維持されていれば、１つの推進装置２１、２２の駆動角度のみを感知するだけでよい。但し他の実施形態では、例えば故障の場合に冗長性を提供するために各推進装置２１および２２に位置センサが設けられていてもよい。位置センサによって感知される駆動角度は、操舵輪１２を介してオペレータによって手動で制御され、かつ制御装置３４によって制御されない推進装置の駆動角度または操舵位置に関する情報を提供する。駆動角度に基づいて制御装置３４は、平行な推進装置２１および２２および／または横方向スラスター１５による推力の大きさおよび方向を調整することができる。駆動角度θが変化した場合、制御装置３４は駆動位置センサ４４によって感知された新しい操舵位置に適応させるために推力の大きさおよび方向を調整する。

別の実施形態では、制御装置３４は、推力の大きさおよび方向を制御するための基礎として船舶１０のヨーを測定することができる慣性測定装置２６または他の回転センサなどからのヨーレートを利用するように構成されていてもよい。駆動位置センサ４４の代わりに慣性測定装置（ＩＭＵ）などのヨーレートセンサを含めてもよい。そのような実施形態では、制御装置３４はＩＭＵ２６からヨー位置および／またはヨーレートを受信し、推力の大きさを決定し、かつヨーレートコマンドに基づいて各推進装置２１および２２のために推力の前進もしくは後進方向を決定する。一実施形態では、制御装置３４は感知されたヨーレートに基づいて平行な推進装置の駆動角度θを推定し、かつそれに応じて推力の大きさおよび方向を計算する。例えば制御装置３４はＥＣＭ４１および４２からエンジン速度および／またはスロットル位置を受信してもよく、かつヨーレートおよびＲＰＭまたはスロットル位置などの推力の大きさに関連する値に基づいて駆動角度を推定してもよい。

感知されたヨーレートは推力コマンドを調整するためのフィードバック制御としてさらに使用することができる。すなわち、制御装置３４はユーザ入力装置４０からの横方向および／または回転推力コマンドに関連づけられた期待ヨーレートを決定してもよく、かつ測定されたヨーレートと期待ヨーレートとの差を小さくするためにＩＭＵ２６からの測定されたヨーレートを期待ヨーレートと比較して推力コマンドを調整してもよい。そのようなフィードバック制御は、駆動位置センサ４４を使用する実施形態であっても使用しない実施形態であっても利用することができる。そのような実施形態では推進システム１００は、駆動位置センサ４４およびＩＭＵ２６の両方または他のヨーレートセンサを備える。

図５Ａ～図５Ｆは、駆動装置が駆動角度θにある場合に回転および並進移動を実現するための例示的な推力シナリオを示す。図５Ａでは推進装置２１および２２は、船舶１０の時計回り回転移動を実現するような等しい大きさを有する対向推力を実現する。ユーザ入力装置４０において命令された所望の回転および／または並進移動を得るために、船舶の船尾における中心線３３の左舷および右舷側での推進装置からの力ベクトルならびに利用される場合にはバウスラスター１５による推力ベクトルを法線ベクトル分析により追加する。すなわち、第１の推進装置２１のための推力ベクトルＦ１すなわち中心線３３の左舷側での推進装置の総推力は、船舶の前進移動を実現するための前進推力方向である。右舷側推進装置２２の推力ベクトルＦ２すなわち船舶１０の中心線３３の右舷側にある全推進装置は、船舶１０の後進移動を実現するために後進推力方向にある。船舶を時計回り回転方向に旋回させるための並進力の打ち消しおよび結果として生じるモーメントのみが実現されるように、前進推力ベクトルＦ１および後進推力ベクトルＦ２の大きさは等しい。ここではバウスラスター１５は動作しておらずオフ状態のままである。

図５Ｂは、船舶１０の横方向移動を右舷方向に生じさせるために実現される力ベクトルＦ１～Ｆ３を示す。ここでは船舶の船首において右舷推力ベクトルＦ３を実現するために横方向スラスター１５を作動させる。バウスラスター１５による推力は、右舷方向への横方向の力に加えて旋回中心３０の周りで時計回りのモーメントを発生させる。船舶１０を右舷方向に移動させるために、得られるモーメントがゼロに等しく、かつ横方向の力Ｆ３のみが残るように、バウスラスター１５によって生じるモーメントは推進装置２１および２２により等しい対向するモーメント実現することにより打ち消される。

図５Ｃは、推進装置２１および２２が角度θである場合に船舶１０の前進移動を実現するための力ベクトルを示す。ここではバウスラスター１５は、ＣＯＴ３０の周りで反時計回りのモーメントを発生させる左舷方向への推力Ｆ３を実現する。反時計回りのモーメントは船舶１０の船尾における推進装置の推力Ｆ１およびＦ２によって打ち消され、ここでは左舷側推進装置は前進推力Ｆ１を実現し、かつ右舷側推進装置は推力Ｆ２を後進方向に実現して時計回りのモーメントを発生させる。但し前進推力ベクトルＦ１の大きさは後進推力ベクトルよりも大きく、得られる総推力は船舶１０を前方に移動させるためにそれに与えられる。

図５Ｄは、船舶１０を後進方向に移動させるためにそれに対する総推力を実現する反対のシナリオを示す。バウスラスター１５は推力Ｆ３を左舷方向に与えるように命令され、これは船舶１０の船尾にある推進装置の推力Ｆ１およびＦ２によって打ち消される旋回中心３０の周りでのモーメントを発生させる。ここでは、後進方向への推力ベクトルＦ２の大きさは前進方向への推力ベクトルＦ１よりも大きく、従って総推力は船舶を後進方向に移動させるために実現される。

本開示を踏まえて当業者によって認識されるように、ユーザによって命令された総推力を達成するために推力の他の組み合わせを実現してもよい。図５Ｅおよび図５Ｆはそれぞれ、前進および後進推力を実現するためのさらなる例示的な推力の組み合わせを示している。図５Ｅでは、両方の推進装置を等しい前進推力Ｆ１およびＦ２を実現するように制御し、かつバウスラスター１５は右舷方向に推力Ｆ３を与えるように命令され、これは推力Ｆ１およびＦ２によって発生されるモーメントを打ち消す旋回中心３０の周りでのモーメントを発生させる。図５Ｆでは、等しい後進推力Ｆ１およびＦ２を実現するように両方の推進装置を制御し、かつバウスラスター１５は左舷方向に推力Ｆ３を与えるように命令され、これは推力Ｆ１およびＦ２を打ち消す旋回中心３０の周りでのモーメントを発生させる。

図６～図８は、本開示の実施形態に係る船舶の推進を制御するための方法２００またはその一部を示す。図６では、工程２０２においてジョイスティックなどのユーザ入力装置における横方向もしくは回転推力コマンドを受信する。工程２０４において平行な推進装置の駆動角度および／または船舶のヨーレートを感知し、工程２０６および２０８においてその情報を使用して推力コマンドを決定する。駆動位置センサ４４が設けられておらず、かつ別の種類の運動センサからのＩＭＵデータまたはヨーレート情報のみが利用可能である実施形態では、本システムは上記のとおりヨーレートに基づいて駆動角度を推定するように構成されていてもよい。例えば各ＥＣＭ４１および４２によるエンジン速度および／またはスロットル位置ならびにヨーレートに基づいて駆動角度θを推定してもよい。工程２０６において横方向スラスターのために作動コマンドおよび右舷もしくは左舷方向コマンドを決定し、かつ工程２０８において平行な推進装置のそれぞれのために推力の大きさおよび前進もしくは後進方向コマンドを決定する。次いで工程２１０において横方向スラスターおよび推進装置を作動させて命令された移動を実現する。

図７は、感知されたヨーレートを推力を制御するためのフィードバックとして使用するための工程を示す。工程２２０において横方向および／または回転コマンドに基づいて期待ヨーレートを決定する。例えばジョイスティックもしくはキーパッド入力をヨーレートと関連づけるためにルックアップテーブルまたは式を使用してもよい。次いで工程２２２においてＩＭＵなどにより測定されたヨーレートを期待ヨーレートと比較する。工程２２４において測定されたヨーレートと期待ヨーレートとの差が閾値を超えた場合、測定されたヨーレートと期待ヨーレートとの差を最小限に抑えるために、推進装置および／または横方向スラスターによる推力の大きさおよび／または推力方向を再決定する。

図８は、駆動位置情報を用いて横方向スラスターにおいて平行な推進装置を制御するための方法２００工程を示す。２３０においてユーザ入力装置を介して横方向もしくは回転コマンドを受信する。２３２において船舶の船尾梁にある平行な推進装置の少なくとも１つの角度位置を感知するように構成された駆動位置センサ４４によって駆動角度θを感知する。次いで工程２３４において、上記のとおり測定された駆動角度に基づいて平行な推進装置のそれぞれおよびスラスターのために推力の大きさおよび方向を決定する。次いで工程２３６において推力を実現する。工程２３８において表されてるように駆動角度の変化を検出した場合、工程２４０において変化した駆動角度に基づいて推進装置および横方向スラスターのために推力の大きさおよび方向を再決定する。次いで工程２４２において新しい推力を実現する。それにより、ユーザが操舵輪１２において操舵入力を与えたことが原因で平行な推進装置２１および２２の駆動角度θまたは操舵位置が変化した場合、船舶の命令された移動を維持するのに適当な推力を実現するために推力ベクトル計算を再実行する。

本明細書は本発明を開示するため、およびまたどんな当業者でも本発明を作製および使用するのを可能にするために最良の実施形態などの例を使用している。簡潔性、明確性および理解のために特定の用語を使用してきた。そのような用語は便宜のためにのみ使用されており、かつ広く解釈されることが意図されているため、先行技術の要件を超えるそこからの不必要な限界を与えるものではない。本発明の特許請求可能な範囲は特許請求の範囲によって定められており、当業者が思いつく他の実施例も含んでもよい。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文字どおりの言葉とは異ならない特徴または構造的要素を有する場合、またはそれらが特許請求の範囲の文字どおりの言葉と非実質的な違いを有する同等の特徴または構造的要素を含む場合は、特許請求の範囲内であることが意図されている。

Claims

それぞれが前進および後進推力を発生する少なくとも２つの、操舵軸周りで回転することにより操舵可能で、互いに機械的に接続される平行な推進装置であって、前記平行な推進装置はそれらの推力が互いに平行になるように方向を維持するために一緒に操舵可能である推進装置と、
前記平行な推進装置の少なくとも１つの駆動角度を感知するように構成された少なくとも１つの駆動位置センサと、
船舶を推進させるための右舷および左舷推力を発生するように構成された横方向スラスターと、
少なくとも前記船舶の横方向移動を命令するための横方向推力コマンドおよび前記船舶の回転移動を命令するための回転推力コマンドを提供するためにユーザによって操作可能なユーザ入力装置と、
前記平行な推進装置の前記駆動角度を制御することなく前記ユーザによって命令された前記横方向移動および／または前記回転移動を提供するために前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドおよび前記駆動角度に基づいて前記平行な推進装置および前記横方向スラスターを制御するように構成された制御装置と
を備える舶用推進システム。
各平行な推進装置のために前記駆動角度に基づいて推力の大きさおよび推力の前進もしくは後進方向を決定し、
前記横方向スラスターのために作動コマンドおよび推力の右舷もしくは左舷方向を決定し、
前記推力の大きさおよび前記推力の前進もしくは後進方向に基づいて前記平行な推進装置を制御し、かつ前記推力の作動コマンドおよび前記右舷もしくは左舷方向に基づいて前記横方向スラスターを制御する
ようにさらに構成されている、請求項１に記載のシステム。
前記ユーザ入力装置はジョイスティックまたはキーパッドのうちの１つである、請求項１に記載のシステム。
前記少なくとも２つの平行な推進装置はタイバーによって互いに接続されている、請求項１に記載のシステム。
前記駆動角度を制御するために前記平行な推進装置を操舵軸の周りで回転させるように構成された操舵アクチュエータに機械的に連結された操舵輪をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
前記制御装置は、前記駆動角度の変化に従って前記各平行な推進装置のために前記推力の大きさおよび前記推力の前進もしくは後進方向を再決定するように構成されている、請求項２に記載のシステム。
前記横方向スラスターは可変速度スラスターであり、かつ前記横方向スラスターのための前記横方向推力コマンドは前記可変速度スラスターの回転速度を制御する、請求項１に記載のシステム。
前記船舶のヨーレートを測定するように構成されたヨーレートセンサをさらに備え、前記平行な推進装置および前記横方向スラスターは前記船舶の前記ヨーレートに基づいてさらに制御される、請求項１に記載のシステム。
それぞれが前進および後進推力を発生する少なくとも２つの、操舵軸周りで回転することにより操舵可能で、互いに機械的に接続される平行な推進装置であって、前記平行な推進装置はそれらの推力が互いに平行になるように方向づけられている推進装置と、
船舶のヨーレートを測定するように構成された少なくとも１つのヨーレートセンサと、
前記船舶を推進させるための右舷および左舷推力を発生するように構成された横方向スラスターと、
少なくとも前記船舶の横方向移動を命令するための横方向推力コマンドおよび前記船舶の回転移動を命令するための回転推力コマンドを提供するためにユーザによって手動で操作可能なユーザ入力装置と、
前記測定されたヨーレートに基づいて前記平行な推進装置の駆動角度を推定し、かつ
前記平行な推進装置の前記駆動角度を制御することなく前記ユーザによって命令された前記横方向移動および／または前記回転移動を提供するために前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドおよび前記推定された駆動角度に基づいて前記平行な推進装置および前記横方向スラスターを制御する
ように構成された制御装置と
を備える舶用推進システム。
前記制御装置は、
前記測定されたヨーレートが前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドに関連づけられた期待ヨーレートとは少なくとも閾値量だけ異なることを決定し、
前記測定されたヨーレートと前記期待ヨーレートとの差に基づいて前記平行な推進装置の前記駆動角度を再推定する
ようにさらに構成されている、請求項９に記載のシステム。
前記ユーザ入力装置はジョイスティックである、請求項９に記載のシステム。
前記少なくとも２つの平行な推進装置はタイバーによって互いに接続されている、請求項９に記載のシステム。
ユーザ入力装置から船舶の横方向移動を命令するための横方向推力コマンドおよび前記船舶の回転移動を命令するための回転推力コマンドのうちの少なくとも１つを受信する工程と、
前記船舶上の、操舵軸周りで回転することにより操舵可能で、互いに機械的に接続される平行な推進装置のセットの駆動角度および前記船舶のヨーレートのうちの少なくとも１つを感知する工程と、
前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドおよび前記駆動角度および／または前記ヨーレートに基づいて、前記平行な推進装置のセット内の各推進装置のために推力の大きさおよび推力の前進もしくは後進方向ならびに横方向スラスターのために推力の作動コマンドおよび右舷もしくは左舷方向を決定する工程と、
前記平行な推進装置の前記駆動角度を制御することなく前記ユーザ入力装置において命令された前記横方向移動および／または前記回転移動を提供するために各前記推進装置および前記横方向スラスターを制御する工程と
を含む、船舶の推進を制御する方法。
前記駆動角度は、前記平行な推進装置のセット内の前記平行な推進装置の１つに関連づけられた少なくとも１つの駆動位置センサによって感知される、請求項１３に記載の方法。
前記平行な推進装置の前記駆動角度の変化を検出し、かつ次いで前記変化した駆動角度および前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドに基づいて前記平行な推進装置のセット内の各前記推進装置のために少なくとも前記推力の大きさおよび前記推力の前進もしくは後進方向を再決定する工程をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記駆動角度は駆動位置センサによって感知され、かつ前記駆動角度の変化は経時的な前記駆動位置センサからの出力に基づいて検出される、請求項１５に記載の方法。
前記感知されたヨーレートが前記横方向推力コマンドおよび／または前記回転推力コマンドに関連づけられた期待ヨーレートとは少なくとも閾値量だけ異なることを決定する工程と、
前記感知されたヨーレートと前記期待ヨーレートとの差に基づいて前記平行な推進装置のセット内の各前記推進装置のために少なくとも前記推力の大きさおよび前記推力の前進もしくは後進方向を再決定する工程と
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
前記感知されたヨーレートに基づいて前記平行な推進装置の駆動角度を推定し、次いで前記推定された駆動角度に基づいて各前記推進装置のために前記推力の大きさおよび前記推力の前進もしくは後進方向を計算する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
前記横方向スラスターは単一の速度スラスターであり、前記横方向スラスターのための前記作動コマンドはオンコマンドまたはオフコマンドのうちの１つである、請求項１３に記載の方法。
前記横方向スラスターは可変速度スラスターであり、かつ前記横方向スラスターのための前記作動コマンドは前記可変速度スラスターの回転速度を制御する、請求項１３に記載の方法。