(57)【要約】【課題】所望の船舶挙動を実現させるように操舵機構および推進器を制御するための船舶用推進装置の制御装置を提供する。【解決手段】ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超えるまでは、目標値設定部３１は、ジョイスティック１３の操作によって生成された指令値に抑制をかけて抑制目標推進力を設定し、抑制目標推進力に基づいて船外機４，５，７の推進器が制御される。一方、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超えるまでに、目標値設定部３１は、前述した指令値に対応する本来目標操舵角を設定し、本来目標操舵角に基づいて船外機４，５，７の電動ステアリング装置が制御される。これにより、本来目標操舵角に基づく電動ステアリング装置の制御開始時期を本来目標推進力に基づく推進器の制御開始時期に対して早めることができるので、操作者の意図する推進力を発生させることができる。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置を制御するための制御装置であって、
中立位置からの操作子の操作量および操作方向に応じた推進力指令値および操舵角指令値を生成する指令値生成手段と、
前記操作子の操作量が第１の所定値以下の推進力抑制区間では、前記推進力指令値に対して抑制をかけた目標推進力を設定し、前記操作子の操作量が前記第１の所定値を超える通常推進力区間では、前記推進力指令値に対する抑制を解除して目標推進力を設定する目標値設定手段とを含む、船舶用推進装置の制御装置。
【請求項２】
前記目標値設定手段は、前記推進力抑制区間において、前記目標推進力を零に設定するものである、請求項１記載の船舶用推進装置の制御装置。
【請求項３】
前記目標値設定手段は、前記操作子の操作量が前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下の区間では、前記操舵角指令値に対して抑制をかけた目標操舵角を設定し、前記操作子の操作量が前記第２の所定値を超える区間では、前記操舵角指令値に対する抑制を解除して目標操舵角を設定するものである、請求項１または２記載の船舶用推進装置の制御装置。
【請求項４】
前記目標値設定手段は、前記操作子の操作量が前記第２の所定値以下の区間では、前記目標操舵角を零に設定するものである、請求項３記載の船舶用推進装置の制御装置。
【請求項５】
推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置と、
操船者によって操作される操作子と、
この操作子の操作に応じて前記船舶用推進装置を制御するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、航走支援システム。
【請求項６】
船体と、
推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置と、
操船者によって操作される操作子と、
この操作子の操作に応じて前記船舶用推進装置を制御するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、船舶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、操舵機構および推進器を備える船舶用推進装置を制御するための制御装置、ならびにそのような制御装置を備えた航走支援システムおよび船舶に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶に推進力を与える船舶用推進装置の一つに電動船外機がある。電動船外機は、主として、湖のように環境保護の観点からエンジン式船外機の使用が禁止されているような場所において用いられる。
電動船外機は、電動モータと、この電動モータの駆動軸に結合されたプロペラとを含む推進器を備えている。電動モータの回転速度を制御することによって推進器が発生する推進力を制御することができる。また、この推進器が発生する推進力の方向（操舵角）を制御することによって、船舶の進行方向を制御することができる。
【０００３】
下記特許文献１に示されている電動船外機は、小型の釣り船、たとえばバスフィッシング用のバスボート等において、主に短距離の移動や船首方位の調整に用いられている。さらに、特許文献１では、いわゆるオートパイロット機能が開示されている。オートパイロット機能とは、船首が常に一定の方位を向く船位姿勢を維持するように、操舵角および電動モータの回転速度を自動制御する機能である。
【０００４】
以下では、電動船外機に限らず、一般的な船外機において、原動機（電動モータおよびエンジンが含まれる。）およびプロペラ（推進力発生部材）を、まとめて「推進器」という。また、推進器が発生する推進力の方向（操舵角）を操る機構を「操舵機構」という。操舵機構において、操舵角を変化させるための動力を発生するものとして、電気エネルギーによって作動する電動モータその他の電動動力源や油圧装置等が挙げられる。また、原動機によって発生された駆動力の一部が、操舵角を変化させるために用いられることもある。そして、推進器および操舵機構をまとめて「船舶用推進装置」という。船外機には、推進器のほかに操舵機構が付設されるのが一般的である。このような船外機は、前記船舶用推進装置の定義に当てはまる。
【０００５】
下記特許文献２に示されている船舶操縦機構では、２つの推進器の間に介装されるシリンダーロッドを、制御モータによって駆動された電動ポンプで伸縮させ、各推進器の操舵角を制御する。
【特許文献１】特開平１０−５９２９１号公報
【特許文献２】特開平２−２２７３９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
操舵機構は、一般的に、原動機によって発生された駆動力を減速して伝達する減速器を含んでおり、そのため、目標操舵角に到達するまでに要する時間が比較的長くなる。操舵機構の駆動には大きな力が必要とされるので、特に、推進器が大きくなると、それに応じて減速比が大きい減速器が用いられるので、目標操舵角に到達するまでの時間が長くなる。
【０００７】
一方、推進器は、プロペラを電動モータやエンジンで回転させるといった単純な構成なので、操舵機構に比べて応答性がよい。そのため、各目標値に基づく推進器および操舵機構の制御を同時に開始した場合、推進力が操舵角よりも先に目標値に到達してしまう。その場合、操舵角がその目標値に達するまでの期間には、船体に操作者の意図しない推進力が発生するので、所望の船舶挙動を実現することができない虞がある。
【０００８】
この発明の目的は、所望の船舶挙動を実現できるように操舵機構および推進器を制御するための船舶用推進装置の制御装置を提供することである。
また、この発明の他の目的は、前述のような制御装置を備えた航走支援システムおよび船舶を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するための請求項１記載の発明は、推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置を制御するための制御装置であって、中立位置からの操作子の操作量および操作方向に応じた推進力指令値および操舵角指令値を生成する指令値生成手段と、前記操作子の操作量が第１の所定値以下の推進力抑制区間では、前記推進力指令値に対して抑制をかけた目標推進力を設定し、前記操作子の操作量が前記第１の所定値を超える通常推進力区間では、前記推進力指令値に対する抑制を解除して目標推進力を設定する目標値設定手段とを含む、船舶用推進装置の制御装置である。
【００１０】
この構成によれば、操作子の操作量が第１の所定値以下の推進力抑制区間では、目標値設定手段は、操作子の操作量に応じて指令値生成手段が生成した推進力指令値に対して抑制をかけた目標推進力（以下、「抑制目標推進力」という。）を設定する。抑制目標推進力は、推進力指令値に対して抑制をかけない場合の本来の目標推進力（以下、「本来目標推進力」という。）より小さい値である。制御装置は、抑制目標推進力に基づく推進器の制御を実施する。
【００１１】
そして、操作子の操作量が第１の所定値を超える通常推進力区間では、目標設定手段は、推進力指令値に対する抑制を解除して、本来目標推進力を設定し、制御装置は、本来目標推進力に基づく推進器の制御を実施する。
すなわち、本来目標推進力に基づく推進器の制御開始時期を、操作子の操作量が第１の所定値を超えるまで遅らせることができる。これにより、操作子の操作方向に応じて指令値生成手段が生成した操舵角指令値に対応する目標操舵角（以下、「本来目標操舵角」という。）に基づく操舵機構の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器の制御開始時期に対して早めることができる。そのため、操作子の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが防止されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を実現することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、前記目標値設定手段は、前記推進力抑制区間において、前記目標推進力を零に設定するものである、請求項１記載の船舶用推進装置の制御装置である。
操作子の操作量が第１の所定値以下の推進力抑制区間では、零の抑制目標推進力に基づいて推進器が制御されるので、推進器は推進力を発生しない。これにより、本来目標操舵角に基づく操舵機構の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器の制御開始時期に対して確実に早めることができる。そのため、操作子の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが確実に防止されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を確実に実現することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明は、前記目標値設定手段は、前記操作子の操作量が前記第１の所定値より少ない第２の所定値以下の区間では、前記操舵角指令値に対して抑制をかけた目標操舵角を設定し、前記操作子の操作量が前記第２の所定値を超える区間では、前記操舵角指令値に対する抑制を解除して目標操舵角を設定するものである、請求項１または２記載の船舶用推進装置の制御装置である。
【００１４】
この構成によれば、目標値設定手段は、操作子の操作量が第１の所定値より少ない第２の所定値以下の区間では、操舵角指令値に対して抑制をかけた目標操舵角（以下、「抑制目標操舵角」という。）を設定する。抑制目標操舵角は、本来目標操舵角より小さい値である。制御装置は、抑制目標操舵角に基づく操舵機構の制御を実施する。
そのため、操作子が不用意に操作されても、操作子の操作量が第２の所定値を超えるまでは、推進器および操舵機構は、本来の目標値より小さい目標値に基づいて制御されるので、操作子の操作に、いわゆるあそびを確保することができる。これにより、操作者の意図しない推進力および操舵角の発生を防止できる。
【００１５】
そして、操作子の操作量が第２の所定値を超えると、操作子の操作量が第１の所定値を超えるまでに、本来目標操舵角に基づく操舵機構の制御が開始される。これにより、本来目標操舵角に基づく操舵機構の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器の制御開始時期に対して確実に早めることができる。そのため、操作子の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが確実に防止されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を確実に実現することができる。
【００１６】
請求項４記載の発明は、前記目標値設定手段は、前記操作子の操作量が前記第２の所定値以下の区間では、前記目標操舵角を零に設定するものである、請求項３記載の船舶用推進装置の制御装置である。
この構成によれば、操作子の操作量が第２の所定値以下の区間では、零の抑制目標操舵角に基づいて操舵機構が制御されるので、操舵角は変化しない。
【００１７】
そのため、操作子が不用意に操作されても、操作子の操作量が第２の所定値を超えるまでは、推進器は推進力を発生せず、操舵角は変化しないので、操作子の操作に、あそびを確実に確保することができる。これにより、操作者の意図しない推進力および操舵角の発生を確実に防止できる。
請求項５記載の発明は、推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置と、操船者によって操作される操作子と、この操作子の操作に応じて前記船舶用推進装置を制御するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、航走支援システムである。
【００１８】
この構成によれば、操作子の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが防止されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を実現することができる。
請求項６記載の発明は、船体と、推進力を発生する推進器、およびこの推進器の操舵角を定める操舵機構を備えた船舶用推進装置と、操船者によって操作される操作子と、この操作子の操作に応じて前記船舶用推進装置を制御するための請求項１〜４のいずれか一項に記載の制御装置とを含む、船舶である。
【００１９】
この構成によれば、操作子の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが防止されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を実現することができる。
なお、船舶は、クルーザ、釣り船、ウォータージェット、水上滑走艇（watercraft）のような比較的小型のものであってもよい。
【００２０】
また、船舶に備えられる船舶用推進装置は、船外機（アウトボードモータ）、船内外機（スターンドライブ。インボードモータ・アウトボードドライブ）、船内機（インボードモータ）、ウォータージェットドライブのいずれの形態であってもよい。船外機は、原動機（エンジンまたは電動モータ）および推進力発生部材（プロペラ）を含む推進器を船外に有し、さらに、推進器全体を船体に対して水平方向に回動させる操舵機構が付設されたものである。船内外機は、原動機が船内に配置され、推進力発生部材および操舵機構を含むドライブユニットが船外に配置されたものである。船内機は、原動機およびドライブユニットがいずれも船体に内蔵され、ドライブユニットからプロペラシャフトが船外に延び出た形態を有する。この場合、操舵機構は、原動機およびドライブユニットとは別に設けられる。ウォータージェットドライブは、船底から吸い込んだ水をポンプで加速し、船尾の噴射ノズルから噴射することで推進力を得るものである。この場合、操舵機構は、噴射ノズルと、この噴射ノズルを水平面に沿って回動させる機構とで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下では、この発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明の一実施形態に係る船舶１の構成を説明するための概念図である。この船舶１は、バスボートのような比較的小型の船舶である。この船舶１は、船体２と、船体２の船尾３に取り付けられた一対の船外機４，５と、船首６に取り付けられた船外機７とを備えている。
【００２２】
船尾３に配置された一対の船外機４，５は、船尾３および船首６を通る中心線８に対して、左右対称な位置に取り付けられている。詳しくは、船外機４は、船体２の左舷後部に取り付けられており、船外機５は、船体２の右舷後部に取り付けられている。
また、船首６に配置された船外機７は、中心線８から左右いずれかの方向（本実施形態では右側）にずれた位置に取り付けられている。むろん、船首６の船外機７を中心線８上に配置してもよい。ただし、この位置には、魚群探知機その他の機器が取り付けられていることが多いので、前記のような配置を選択するのが好ましい。
【００２３】
船外機４，５，７は、いずれも船舶用推進装置として機能する。以下では、これらを区別するために、それぞれ、「左舷船外機４」、「右舷船外機５」、「船首船外機７」と呼ぶことがある。
左舷船外機４、右舷船外機５および船首船外機７には、それぞれ、電子制御ユニット（ＥＣＵ）９，１０，１１（以下、区別するために「左舷ＥＣＵ９」、「右舷ＥＣＵ１０」、「船首ＥＣＵ１１」と呼ぶことがある。また、総称するときには「船外機ＥＣＵ９，１０，１１」などという。）が備えられている。左舷ＥＣＵ９、右舷ＥＣＵ１０および船首ＥＣＵ１１には、それぞれ、バッテリー１２が接続されており、各バッテリー１２から、対応するＥＣＵおよび船外機に電力が供給される。
【００２４】
船体２には、操船のために操作される操作子としてのジョイスティック１３が設けられている。ジョイスティック１３を操作することで、船舶１の前後進および左右への旋回を制御することができる。ジョイスティック１３の操作に係わる情報は、たとえば、船体２内に配置されたＣＡＮ（Control Area Network）などの船内ＬＡＮ１４を介して航走制御装置１５に入力されるようになっている。
【００２５】
航走制御装置１５は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）である。この航走制御装置１５は、ジョイスティック１３の操作に応じた運転を実行するように船外機４，５，７（船舶用推進装置）を制御するための制御装置として機能し、推進力の制御および舵取制御を行う。また、ジョイスティック１３と、航走制御装置１５と、船外機４，５，７とをまとめて航走支援システムと定義することができる。
【００２６】
航走制御装置１５は、さらに、左舷ＥＣＵ９、右舷ＥＣＵ１０および船首ＥＣＵ１１との間で、船内ＬＡＮ１４を介して通信を行う。詳しくは、航走制御装置１５は、船外機ＥＣＵ９，１０，１１から、各船外機４，５，７に備えられたモータ２２（図３参照）の回転速度の実測値と、各船外機４，５，７の向きを表す操舵角の実測値とを取得する。その一方で、航走制御装置１５は、各船外機ＥＣＵ９，１０，１１に対して、各船外機４，５，７のモータ２２が発生すべき推進力および操舵角の目標値を与えるようになっている。符号１６は、終端器を表す。
【００２７】
図２は、船体２を基準に定義される座標系（船体座標系）における左舷船外機４、右舷船外機５および船首船外機７の座標位置を示している。この船体座標系は、船舶１が位置する水平面に平行な平面内に定義される２次元直交座標系である。より具体的には、この船体座標系は、船体２の中心線８に一致し、船体２の前後方向に平行なｘ軸と、ｘ軸に直交し、船体２の左右方向に平行なｙ軸とで定義される。座標原点Ｏは、旋回時における船体２の瞬間回転中心に採られている。
【００２８】
瞬間回転中心は、船体２および船外機４，５，７の種類に応じて定まる設計上の瞬間回転中心であってもよい。また、テスト航走を行って、瞬間回転中心を予め実測してもよい。
前記の船体座標系において、各船外機４，５，７のｘ，ｙ座標は、次式（１）で与えられる。
【００２９】
左舷船外機４の座標（ｘ，ｙ）＝（ｘＬ，ｙＬ）
右舷船外機５の座標（ｘ，ｙ）＝（ｘＲ，ｙＲ）              …（１）
船首船外機７の座標（ｘ，ｙ）＝（ｘＦ，ｙＦ）
ただし、ｘＬ＝ｘＲであり、ｙＬ＝−ｙＲである。
図３は、各船外機に共通の構成を説明するための図解的な側面図である。
【００３０】
各船外機４，５，７（ここでは、代表として船首船外機７を示している。）は、操舵機構としての電動ステアリング装置１７と、推進器１８とを有している。
電動ステアリング装置１７は、船体２に着脱自在に固定されるケーシング１９と、ケーシング１９から水面に向かって延びるシャフト２０と、ケーシング１９に設けられ、シャフト２０をその軸線回りに回動させるサーボモータ２１とを有している。本実施形態では、対応するＥＣＵ（図３では、船首ＥＣＵ１１。）が、ケーシング１９に取り付けられており、サーボモータ２１と電気的に接続されている。サーボモータ２１は、そのＥＣＵを介して、前述したバッテリー１２（図１参照）からの電力が供給されて駆動されるようになっている。サーボモータ２１とシャフト２０とは、ギヤ等で構成された減速器（図示せず）を介して連結されている。シャフト２０は、鉄や樹脂等で形成されている。また、ケーシング１９は、前述した部品を収容するだけでなく、当該船外機を船体２に取り付けるための取付器具としての機能も兼ねている。
【００３１】
推進器１８は、防水処理が施されたモータ２２と、モータ２２の回転軸に直結されたプロペラ２３とを有している。モータ２２は、シャフト２０の水面側端部に一体的に取り付けられている。シャフト２０は、水中に推進器１８を配置できる長さを有している。モータ２２は、シャフト２０内に配設されたケーブル（図示せず）を介して、ケーシング１９のＥＣＵ（図３では、船首ＥＣＵ１１。）と電気的に接続されている。そのＥＣＵは、前述したバッテリー１２（図１参照）からの電力をモータ２２に供給し、このモータ２２を回転駆動する。モータ２２を回転駆動すると、プロペラ２３が回転されるので、船体２を移動させるための推進力を発生することができる。
【００３２】
推進器１８は、モータ２２の実際の回転速度を検出するための回転速度センサ２５を有している。回転速度センサ２５は、モータ２２の回転に同期するパルスを発生するパルス発生ユニットで構成することができる。ケーシング１９内のＥＣＵは、このパルス発生ユニットが発生するパルス信号を検出し、パルス信号の時間間隔からモータ２２の回転速度を算出する。
【００３３】
一方、サーボモータ２１が駆動されると、シャフト２０および推進器１８が、シャフト２０の軸線回り（図示矢印参照）に回動される。これにより、船外機４，５，７の操舵角（船体２の中心線８と推進力の方向とがなす方位角）を変化させることができる。電動ステアリング装置１７には、実際の操舵角を検出するために、ポテンショメータ等を用いた操舵角センサ２４が設けられている。操舵角センサ２４は、たとえば、シャフト２０の回転角を表す信号を出力するものであってもよい。
【００３４】
図４は、航走制御装置１５と各船外機４，５，７との間における命令系統および応答系統を説明するためのブロック図である。ここでは、図３で示した船首船外機７に対応した構成について説明する。
船外機７に対応したＥＣＵ１１は、回転速度制御部２６と電動ステアリング制御部２７とを含んでいる。航走制御装置１５は、船外機７のモータ２２が発生すべき推進力の目標値を回転速度制御部２６に与え、船外機７の操舵角の目標値を電動ステアリング制御部２７に与える。回転速度制御部２６は、前記推進力の目標値に対応した目標回転速度を求め、回転速度センサ２５によって検出される回転速度の実測値が前記目標回転速度に一致するように、推進器１８のモータ２２を制御する。一方、電動ステアリング制御部２７は、操舵角センサ２４によって検出される操舵角を前記目標値に一致させるように、電動ステアリング装置１７のサーボモータ２１を制御する。
【００３５】
推進器１８が発生する推進力Ｆとモータ２２の回転速度ｎとの関係は、次式（２）および（３）で与えられる。この実施形態では、モータ２２の回転速度は、プロペラ２３の回転速度と同じである。
Ｆ＝ρＤ４ＫＴ（Ｊ）ｎ｜ｎ｜         …（２）
Ｊ＝ｕ／（ｎＤ）                    …（３）
式（２）および（３）において、ρは水の密度（定数）、Ｄは、プロペラ２３の直径（定数）、ＫＴはスラスト係数、Ｊは前進率、ｕはプロペラ２３の後流速度の実測値である。プロペラ２３の実測後流速度ｕは、プロペラ２３の近傍に設けられた速度センサ（図示せず）で直接検出されてもよいし、船舶１の実際の航行速度に所定の係数を乗じることで算出されてもよい。スラスト係数ＫＴは、前進率Ｊ、つまりプロペラ後流速度ｕおよびモータ２２の回転速度ｎと一定の関係にあり、その関係を示すマップから求められる。
【００３６】
回転速度制御部２６は、航走制御装置１５から与えられた推進力の目標値Ｆとプロペラ２３の後流速度の実測値ｕとを、式（２）および（３）に代入することで、船外機７におけるモータ２２の目標回転速度ｎを算出する。
モータ２２の回転速度および操舵角の各目標値に基づいて、回転速度制御部２６および電動ステアリング制御部２７は、モータ２２およびサーボモータ２１をそれぞれ駆動させる。回転速度センサ２５が検出したモータ２２の実際の回転速度および操舵角センサ２４が検出した実際の操舵角は、実測値としてそれぞれ回転速度制御部２６および電動ステアリング制御部２７にフィードバックされる。また、モータ２２の回転速度および操舵角の実測値は、回転速度制御部２６および電動ステアリング制御部２７のそれぞれを経由して航走制御装置１５にもフィードバックされる。
【００３７】
回転速度制御部２６および電動ステアリング制御部２７は、フィードバックされたモータ２２の回転速度および操舵角の実測値に基づいて、これらの実測値が目標値に一致するようにモータ２２およびサーボモータ２１の駆動をそれぞれ制御する。
図５は、回転速度制御部２６におけるモータ２２の駆動制御の流れを説明するためのブロック図である。回転速度制御部２６は、ＰＩＤ（比例積分微分）制御器３４およびＰＩ（比例積分）制御器３５を含んでいる。また、船外機ＥＣＵ１１には、モータ２２に駆動電流を供給する駆動回路（図示せず）と、この駆動回路からモータ２２に供給される電流を検出するための電流検出回路３７とが備えられている。
【００３８】
ＰＩＤ制御器３４は、回転速度センサ２５によるモータ２２の実測回転速度と目標回転速度との偏差に基づき、比例要素、積分要素および微分要素を用いて、当該偏差をなくすためにモータ２２に与えるべき電流の目標値を出力する（ＰＩＤ制御）。ＰＩ制御器３５は、出力された電流の目標値と、電流検出回路３７で測定されるモータ２２の実測電流値との偏差に基づき、比例要素および積分要素を用いて、当該偏差をなくすためにモータ２２のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に適用すべきデューティー比を出力する（ＰＩ制御）。そして、モータ２２の回転速度が、回転速度センサ２５によって検出され、この値、つまり回転速度の実測値が目標値と一致するように、ＰＩＤ制御およびＰＩ制御が繰り返される。以下では、回転速度制御部２６によるこれらのＰＩＤ制御およびＰＩ制御を、まとめて「推進力制御」と呼ぶ。
【００３９】
図６は、電動ステアリング制御部２７におけるサーボモータ２１の駆動制御の流れを説明するためのブロック図である。電動ステアリング制御部２７は、ＰＤ（比例微分）制御器３６を含んでいる。ＰＤ制御器３６は、操舵角センサ２４が検出した操舵角の実測値と目標値との偏差に基づき、比例要素および微分要素を用いて、当該偏差をなくすためにサーボモータ２１に与えるべき電流を出力する（ＰＤ制御）。そして、操舵角センサ２４に検出される操舵角の実測値が目標値と一致するように、ＰＤ制御が繰り返される。以下では、電動ステアリング制御部２７による前記のＰＤ制御を「操舵角制御」と呼ぶ。
【００４０】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、ジョイスティック１３の操作を説明するための図である。図７（ａ）は、傾倒させたジョイスティック１３の斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態にあるジョイスティック１３を船体座標平面（船体座標系におけるｘｙ平面）に投影した平面図である。
ジョイスティック１３は、図７（ａ）に示すように、船体２に設けられた操作盤２８から任意の方向へ傾倒自在に突設されたロッド２９と、ロッド２９の遊端部に設けられた略球体状のノブ３０とを有している。
【００４１】
ロッド２９の中立位置は、操作盤２８の表面に対して直立した位置である。操作者は、ノブ３０を把持し、ロッド２９を所望の方向に向けて中立位置から傾倒させることで、船舶１の進行方向をロッド２９の傾倒方向に応じた向きに変更することができる。操作者は、さらに、ロッド２９の傾倒の度合いにより、船外機４，５，７から船体２に与えられる推進力を制御することができる。すなわち、ロッド２９を大きく傾倒させるほど、大きな推進力が船体２に与えられる。これにより、たとえば、ロッド２９を船首側へ向けて大きく傾倒させることによって船舶１の航行速度が上昇する。一方、船舶１が前進している状態で、ロッド２９を船尾側へ向けて傾倒させると航行速度を減少させる制動動作を行うことができ、さらには、船舶１を後進させることもできる。なお、操作盤２８にはスプリング（図示せず）が内蔵されており、ロッド２９は、このスプリング（図示せず）によって、操作者がジョイスティック１３を操作しない状態において、中立位置へ自動的に復帰するように付勢されている。
【００４２】
また、ノブ３０は、ロッド２９に対して、ロッド２９の軸線回りに回動自在とされている。操作者は、ノブ３０をロッド２９の軸線回りに回動させることにより、船舶１を旋回（船体２の瞬間回転中心まわりの旋回）させることができる。とくに、船舶１が停止し、かつロッド２９が前述した中立位置にある状態で、所定の中立位置からノブ３０を回動させると、船舶１の位置を変えずに船舶１を旋回させる定点旋回を行わせることができる。定点旋回は、船舶１を駐船させるときなどに行われる。なお、ノブ３０にはスプリング（図示せず）が内蔵されており、ノブ３０は、このスプリング（図示せず）によって、操作者がノブ３０に触れない状態において、中立位置へ自動的に復帰するように付勢されている。
【００４３】
ノブ３０の回動角度Ｌｚ（図示矢印参照）は、操作盤２８に備えられた角度センサ３８によって検出される。この回動角度Ｌｚに応じた角速度（ヨー角速度）で船舶１が旋回（回頭）することになる。
一方、ロッド２９の傾倒方位角である進行角β（図７（ｂ）参照）およびロッド２９の傾倒角度は、操作盤２８に備えられた一対の位置センサ３９，４０によって検出される。図７（ｂ）に示すように、ロッド２９の軸方向に沿う一定の大きさのベクトルを想定し、船体座標系のｘｙ平面への当該ベクトルの正射影をＬとする。この正射影ベクトルＬのｘ軸方向（ｘ軸に平行な方向）に沿う成分（ｘ成分）Ｌｘが、一方の位置センサ３９によって検出される。また、前記正射影ベクトルＬのｙ軸方向（ｙ軸に平行な方向）に沿う成分（ｙ成分）Ｌｙが、他方の位置センサ４０によって検出される。すなわち、これらの一対の位置センサ３９，４０は、任意の方向へ傾倒させたロッド２９のベクトルＬから、ロッド２９のｘ軸方向およびｙ軸方向への傾倒量をそれぞれ検出し、その検出結果を航走制御装置１５へと入力する。ここで、位置センサ３９，４０と、ジョイスティック１３とを、ジョイスティック１３の操作量および操作方向に応じた推進力指令値および操舵角指令値（後述する）を生成する指令値生成手段と定義することができる。指令値生成手段には、角度センサ３８も含まれる。
【００４４】
なお、以下では、ベクトルＬを傾倒量Ｌということがある。航走制御装置１５は、傾倒量Ｌのｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙから、ｘ軸方向およびｙ軸方向の推進力ＦｘおよびＦｙを求めるとともに、進行角βを求める。
図８（ａ）、図８（ｂ）および図８（ｃ）は、図７（ｂ）に対応しており、ロッド２９の傾倒範囲を説明するための図である。図８（ａ）は、ロッド２９が不感帯内で傾倒されている状態を示している。図８（ｂ）は、ロッド２９が推進力抑制区間内で傾倒されている状態を示している。図８（ｃ）は、ロッド２９が通常推進力区間内で傾倒されている状態を示している。
【００４５】
図９（ａ）は、ジョイスティック１３の側面図であって、図８（ａ）に対応している。図９（ｂ）は、ジョイスティック１３の側面図であって、図８（ｂ）に対応している。図９（ｃ）は、ジョイスティック１３の側面図であって、図８（ｃ）に対応している。
以下では、ロッド２９の傾倒範囲を具体的に定義する。中立位置から任意の方向へ所定量傾倒させるまでのロッド２９の傾倒範囲を「不感帯」という（図８（ａ）の斜線領域および図９（ａ）の矢印参照）。不感帯におけるロッド２９の傾倒量Ｌは、０≦Ｌ≦Ｌａ（たとえば、Ｌａは、傾倒角度で示すと約３°）を満たす。
【００４６】
そして、不感帯を超えて任意の方向へ所定量傾倒させるまでのロッド２９の傾倒範囲を「推進力抑制区間」という（図８（ｂ）の斜線領域および図９（ｂ）の矢印参照）。推進力抑制区間におけるロッド２９の傾倒量Ｌは、Ｌａ＜Ｌ≦Ｌｂ（たとえば、Ｌｂは、傾倒角度で示すと約１０°）を満たす。
そして、推進力抑制区間を超えて任意の方向へ所定量傾倒させるまでのロッド２９の傾倒範囲を「通常推進力区間」という（図８（ｃ）の斜線領域および図９（ｃ）の矢印参照）。通常推進力区間におけるロッド２９の傾倒量Ｌは、Ｌｂ＜Ｌ≦Ｌｃ（たとえば、Ｌｃは、傾倒角度で示すと約４５°）を満たす。
【００４７】
このように、ロッド２９の全傾倒範囲は、不感帯と推進力抑制区間と通常推進力区間とを合わせたものであり、ロッド２９は、通常推進力区間を超える手前、つまり傾倒量Ｌ＝Ｌｃになるまで傾倒されると、目一杯傾倒されたことになる。
図１０は、ジョイスティック１３の操作に基づく船外機４，５，７の制御系統を説明するためのブロック図である。図１１は、各船外機４，５，７において推進力および操舵角の所定の目標値が達成された状態を例示的に示す図である。
【００４８】
航走制御装置１５は、目標値設定手段としての目標値設定部３１、推進力配分部３２およびスケジューリング部３３を有している。
操作者が、ジョイスティック１３を操作し、ロッド２９を所望の方向に向けて傾倒させると、前述した位置センサ３９，４０によって検出されたロッド２９の傾倒量Ｌのｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙは、指令値として目標値設定部３１に与えられる。また、操作者がノブ３０を回動させると、前述の角度センサ３８によって検出された回動角度Ｌｚが指令値として目標値設定部３１に与えられる。
【００４９】
目標値設定部３１は、与えられたｘ成分Ｌｘ、ｙ成分Ｌｙおよび回動角度Ｌｚに基づいて、操作者が所望する船舶挙動を実現するために船体２に作用させるべき目標推進力Ｆおよび目標モーメントＭｚを設定する。
目標値設定部３１は、目標推進力（スラスト）Ｆのｘ軸方向成分（前後スラスト）Ｆｘおよびｙ軸方向成分（左右スラスト）Ｆｙを、位置センサ３９，４０によって検出されるｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて、次式により求める。また、目標値設定部３１は、角度センサ３８によって検出された回動角度Ｌｚに基づいて、目標モーメントＭｚを次式により求める。
【００５０】
Ｆｘ＝ｃｘＬｘ
Ｆｙ＝ｃｙＬｙ                            …（４）
Ｍｚ＝ｃｚＬｚ
式（４）において、ｃｘ、ｃｙおよびｃｚは、係数である。
また、目標値設定部３１は、位置センサ３９，４０によって検出されるｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて、操作者が所望する船舶１の進行方向を示す進行角β（ｘ軸方向に対する方位角）を、次式（５）に従って設定する。
【００５１】
【数１】
2008155764.tif 000003
【００５２】
式（５）において、εは十分に小さな正の定数であり、sgn（Ｌｙ）は、Ｌｙが正か０の場合に１を返し、Ｌｙが負の場合に−１を返す符号関数である。
推進力配分部３２は、目標値設定部３１で設定された前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを次式（６）〜（１１）に代入することにより、各船外機４，５，７に配分すべき推進力および操舵角の目標値を算出する。
【００５３】
【数２】
2008155764.tif 000004
【００５４】
ここで、前述したモーメントＭｚは、船体２全体に作用されるモーメントの合計として、次式（１２）で与えられるので、式（６）、（９）および（１１）を式（１２）に代入することで、式（１０）が導出される。
【００５５】
【数３】
2008155764.tif 000005
【００５６】
また、式（６）から明らかなように、進行角βは、そのまま船首船外機７の目標操舵角δＦとなる。また、左舷船外機４および右舷船外機５の目標操舵角δＬ，δＲは、Ｍｚ＝０の場合を除き、どちらかが０またはπである。左舷船外機４および右舷船外機５の座標がｘ軸を挟んで左右対称の場合（ｙＬ＝−ｙＲ）、式（１１）により、左舷船外機４および右舷船外機５の目標推進力ＦＬ，ＦＲは、その向きが反対で、大きさが等しくなる。したがって、左舷船外機４と右舷船外機５との間には偶力が生じる。この偶力により、船舶１を瞬間中心回りに旋回させるためのモーメントＭｚが生じる。目標モーメントＭｚが零のときには、δＬ＝δＲ＝０となり、左舷船外機４および右舷船外機５の目標推進力ＦＬ，ＦＲは、その向きが平行で、大きさが等しくなる。これにより、船体２に作用するモーメントが零になる。この状態でジョイスティック１３のロッド２９を傾倒させることにより、船体２を旋回させることなく平行移動させる横移動操船が可能になる。
【００５７】
式（６）〜（１１）で算出された各船外機４，５，７の目標操舵角δＬ，δＲ，δＦ（総称するときには「目標操舵角δ」という。）および目標推進力ＦＬ，ＦＲ，ＦＦ（総称するときには「目標推進力Ｆ」という。）は、スケジューリング部３３に出力される。
図１２は、目標値設定部３１が実行する目標値設定制御と、スケジューリング部３３が実行するスケジューリング制御とを説明するためのフローチャートである。図１３（ａ）および図１３（ｂ）は、ロッド２９の傾倒に応じて、船外機における操舵角および推進力が各最終目標値に到達するまでの様子を時系列に沿って示した図である。具体的には、図１３（ａ）は目標値設定制御およびスケジューリング制御のいずれもが実施されない場合、図１３（ｂ）は目標値設定制御が実施される場合をそれぞれ示す。図１４（ａ）および図１４（ｂ）は、ロッド２９を所定量傾倒させた状態において、船外機における操舵角および推進力がロッド２９を所定量傾倒させたときの各目標値δ，Ｆに到達するまでの様子を時系列に沿って示した図である。具体的には、図１４（ａ）はスケジューリング制御が実施されない場合、図１４（ｂ）はスケジューリング制御が実施される場合をそれぞれ示す。図１５（ａ）および図１５（ｂ）は、船首船外機７において操舵角が目標値に到達するまでに発生する推進力を所定時間間隔でベクトル表示したイメージ図である。具体的には、図１５（ａ）は、目標値設定制御およびスケジューリング制御がいずれも実施されない場合、図１５（ｂ）は、目標値設定制御およびスケジューリング制御のいずれかが実施される場合をそれぞれ示す。
【００５８】
目標値設定部３１は、前述した船体２の目標推進力（前後スラストＦｘおよび左右スラストＦｙ）、目標モーメントＭｚおよび進行角βの設定において、図１２に示された目標値設定制御を実施する。ここで、ノブ３０は操作されていない、つまり、ノブ３０の回動角度Ｌｚが零であるとする。スケジューリング部３３は、目標値設定制御に基づいて算出された各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δが推進力配分部３２から出力されると、スケジューリング制御を実施する。詳細は次のとおりである。
【００５９】
すなわち、目標値設定部３１は、位置センサ３９，４０から与えられたロッド２９の傾倒量Ｌのｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙを参照し、ロッド２９が不感帯内で傾倒されているかを判断する（ステップＳ１１）。具体的には、目標値設定部３１は、ロッド２９の傾倒量Ｌが前述した０≦Ｌ≦Ｌａを満たすかを判断する。目標値設定部３１は、ロッド２９が不感帯内で傾倒されていると判断すると（ステップＳ１１のＹＥＳ）、与えられたｘ成分Ｌｘ、およびｙ成分Ｌｙがともに零であるとして、前述した前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する（ステップＳ１２）。つまり、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βは、いずれも零として算出される。
【００６０】
一方、目標値設定部３１は、ロッド２９が不感帯を超えて傾倒されていると判断すると（ステップＳ１１のＮＯ）、ロッド２９が推進力抑制区間内で傾倒されているかを判断する（ステップＳ１３）。具体的には、目標値設定部３１は、ロッド２９の傾倒量Ｌが前述したＬａ＜Ｌ≦Ｌｂを満たすかを判断する。目標値設定部３１は、ロッド２９が推進力抑制区間内で傾倒されていると判断すると（ステップＳ１３のＹＥＳ）、与えられたｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙがともに零であるとして、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙおよびモーメントＭｚを算出する（ステップＳ１４）。つまり、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙおよびモーメントＭｚは、いずれも零として算出される。一方、目標値設定部３１は、進行角βについては、与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて算出する。
【００６１】
そして、目標値設定部３１は、ロッド２９が推進力抑制区間を超えて傾倒されていると判断すると（ステップＳ１３のＮＯ）、ロッド２９が通常推進力区間内で傾倒されていると判断する（ステップＳ１５）。つまり、ロッド２９の傾倒量Ｌは、前述したＬｂ＜Ｌ≦Ｌｃを満たしている。そして、目標値設定部３１は、与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する。
【００６２】
以上のステップＳ１１からステップＳ１５までが目標値設定制御である。そして、推進力配分部３２は、ステップＳ１２、ステップＳ１４およびステップＳ１５のいずれかで算出された前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βに基づいて、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δを算出する（ステップＳ１６）。
【００６３】
つまり、ロッド２９が不感帯内で傾倒されている場合、推進力抑制区間内で傾倒されている場合、および通常推進力区間内で傾倒されている場合のそれぞれに応じて、推進力配分部３２は、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δを算出する。
具体的には、ロッド２９が不感帯内で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δは零として算出される。そして、ロッド２９が推進力抑制区間内で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆは零として算出される一方で、各船外機４，５，７の目標操舵角δは、与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて算出される。また、ロッド２９が通常推進力区間内で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δは、与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて算出される。
【００６４】
船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δの算出に引き続いて、スケジューリング部３３は、以下のスケジューリング制御を実施する。
すなわち、スケジューリング部３３は、船外機４，５，７の目標操舵角δＦ，δＬ，δＲにそれぞれ所定の比率（本実施形態では０．９５としている。）を乗じて所定のしきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲを決定する（ステップＳ１７）。このしきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲを定めるための前記所定の比率は、作動テストを実施することによって予め定められる。
【００６５】
操舵角に関するしきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲが決定されると（ステップＳ１７）、スケジューリング部３３は、目標操舵角δＦ，δＬ，δＲを対応する船外機４，５，７の電動ステアリング制御部２７に出力する。これに応答して、電動ステアリング制御部２７は、当該目標操舵角δに基づく操舵角制御を開始する（ステップＳ１８）。
操舵角制御の最中には、前述したように、船外機４，５，７の操舵角センサ２４が検出した実際の操舵角が航走制御装置１５にフィードバックされ、スケジューリング部３３は、そのフィードバックされた実際の操舵角をリアルタイムで監視している。
【００６６】
すべての船外機４，５，７における実際の操舵角が各しきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲを超えると（ステップＳ１９のＹＥＳ）、スケジューリング部３３は、目標推進力ＦＦ，ＦＬ，ＦＲを対応する船外機４，５，７の回転速度制御部２６へ出力する。これに応答して、回転速度制御部２６は、与えられた目標推進力Ｆに基づく推進力制御を開始する（ステップＳ２０）。
【００６７】
一方、いずれかの船外機４，５，７における実際の操舵角が前述したしきい値以下であれば（ステップＳ１９のＮＯ）、スケジューリング部３３は、船外機４，５，７の実際の操舵角を引き続き監視する。
そして、推進力制御が終了すると、ロッド２９の傾倒量の変化に応じて、ステップＳ１１からの制御が繰り返される。なお、ステップＳ１１からステップＳ２０までの制御の周期、つまり、目標値設定制御開始からスケジューリング制御終了までの所要時間は、たとえば、１０〜１００ｍｓｅｃ（マイクロ秒）である。
【００６８】
また、ステップＳ２０で推進力制御が開始されるまでの間、航走制御装置１５は、図示しないインジケータ等に、たとえば「プロペラ待機中」といったメッセージを表示させる。これにより、目標値設定制御およびスケジューリング制御によってモータ２２の駆動が遅延されている旨を操作者に報知することができる。こうして、操作者は、船舶１の作動状態を誤解なく把握することができ、推進力発生の遅延に伴う操作者の不安を抑制できる。
【００６９】
前述した目標値設定制御が実施されない場合には、ロッド２９の傾倒範囲に推進力抑制区間がなく、ロッド２９を傾倒させて、その傾倒量が不感帯を超えると、ロッド２９は、通常推進力区間内で傾倒されることとなる。これにより、目標値設定部３１は、ロッド２９を傾倒させることで与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する（図１２のステップＳ１５参照）。ここで、さらに、スケジューリング制御も実施されない場合には、前述したように、推進力配分部３２によって算出された各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δが、電動ステアリング制御部２７および回転速度制御部２６のそれぞれに対して同時に出力される。
【００７０】
これに伴い、図１４（ａ）に示すように、各船外機４，５，７では、操舵角制御と推進力制御とが同時に開始される。ここで、電動ステアリング装置１７に比べて応答性がよい推進器１８の推進力は、操舵角がその目標値δに到達するよりもはるかに早い時期に、目標推進力に到達してしまう。
そのため、図１３（ａ）に示すように、ロッド２９を引き続き傾倒させて推進力および操舵角の目標値を大きくすると、推進力および操舵角の目標値への到達度合いに、ますます差が生じる。これにより、図１３（ａ）および図１５（ａ）のドット領域で示すように、操舵角が、ロッド２９の傾倒完了時の最終目標値（最終目標操舵角）に到達する前に、余計な推進力が船体２に作用してしまい、所望の船舶挙動が達成できないおそれがある。
【００７１】
より具体的には、図１５（ａ）に示すように、破線矢印方向へ船外機（ここでは船首船外機７を例示している。）が回動するようにロッド２９の傾倒を開始してから比較的早い時期に、余計な推進力が既に発生していることがわかる。したがって、ロッド２９の傾倒が完了するまでに、操作者の意図とは異なる方向に船舶１が動き出すおそれがある。
これに対して、目標値設定制御が実施されると、図１３（ｂ）に示すように、ロッド２９を傾倒させる過程において、電動ステアリング装置１７の操舵角発生時期に対して、推進器１８の推進力発生時期を遅らせることができる。
【００７２】
具体的には、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超えるまで、つまり、ロッド２９が推進力抑制区間で傾倒されている場合は、目標値設定部３１は、ジョイスティック１３の操作によって生成された指令値に対して抑制をかけて船体２の目標推進力を算出する。ここで、指令値（推進力指令値）は、位置センサ３９，４０が検出したロッド２９の傾倒量Ｌのｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙであり、本実施形態では零まで抑制される。
【００７３】
これに伴い、推進力配分部３２では、各船外機４，５，７の目標推進力が、前述の指令値に対して抑制をかけない場合の本来の目標推進力（本来目標推進力）より小さい抑制目標推進力として算出される。そして、各船外機４，５，７では、それぞれの抑制目標推進力に基づいて推進器１８の制御が実施される。抑制目標推進力は、本実施形態では零である。つまり、推進力抑制区間においては、目標値設定部３１によって、零の抑制目標推進力が設定される。
【００７４】
そして、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超える、つまり、ロッド２９が通常推進力区間で傾倒されると、目標値設定部３１は、指令値に対する抑制を解除して本来目標推進力を設定する。これにより、本来目標推進力に基づく推進器１８の制御が開始される。
すなわち、本来目標推進力に基づく推進器１８の制御開始時期を、ロッド２９が推進力抑制区間を超えて傾倒されるまで遅らせることができる。これにより、前述した指令値に対応する目標操舵角（本来目標操舵角）に基づく電動ステアリング装置１７の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器１８の制御開始時期に対して早めることができる。そのため、ロッド２９を傾倒させていって推進力および操舵角の目標値を大きくしても、ジョイスティック１３の操作完了時の最終目標値（最終目標操舵角および最終目標推進力）に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが防止される。具体的には、操舵角および推進力を、それぞれの最終目標値に、ほぼ同時に到達させることができる。また、前述したように、抑制目標推進力は、零であるので、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超えるまでは、推進器１８は推進力を発生しない。そのため、本来目標操舵角に基づく電動ステアリング装置１７の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器１８の制御開始時期に対して確実に早めることができる。その結果、図１３（ｂ）および図１５（ｂ）のドット領域で示すように、船体２に作用する余計な推進力が大幅に削減されるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を実現することができる。
【００７５】
また、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値より少ない第２の所定値を超えるまで、つまり、ロッド２９が不感帯で傾倒されている場合は、目標値設定部３１は、ジョイスティック１３の操作によって生成された指令値に対して抑制をかけて進行角βを算出する。この指令値（操舵角指令値）は、前述した推進力指令値と同様に、ロッド２９の傾倒量Ｌのｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙであり、本実施形態では零まで抑制される。
【００７６】
これに伴い、推進力配分部３２では、各船外機４，５，７の目標操舵角が、前述の本来目標操舵角より小さい抑制目標操舵角として算出される。そして、各船外機４，５，７では、それぞれの抑制目標操舵角に基づいて電動ステアリング装置１７の制御が実施される。抑制目標操舵角は、本実施形態では零である。つまり、不感帯においては、目標値設定部３１によって、零の抑制目標操舵角が設定される。
【００７７】
このため、ジョイスティック１３が不用意に操作されても、ロッド２９が不感帯を超えて傾倒されるまでは、推進器１８および電動ステアリング装置１７は、本来の目標値より小さい目標値に基づいて制御される。また、前述したように、ロッド２９が不感帯を超えて傾倒されるまでは、抑制目標推進力および抑制目標操舵角は、いずれも零であるので、推進器１８は推進力を発生せず、操舵角は変化しない。そのため、ジョイスティック１３の操作に、いわゆるあそびを確実に確保することができる。これにより、操作者の意図しない推進力および操舵角の発生を確実に防止できる。たとえば、前述したスプリング（図示せず）が劣化し、その付勢力が衰えることで、ロッド２９の中立位置への完全復帰が困難となった場合でも、ロッド２９が不感帯内で傾倒されていれば、ロッド２９は中立位置にあるものと判断され、不要な推進力および操舵角の発生を防止できる。
【００７８】
そして、ロッド２９が不感帯を超えて傾倒されると、目標値設定部３１は、指令値に対する抑制を解除して本来目標操舵角を設定し、本来目標操舵角に基づく電動ステアリング装置１７の制御が開始される。つまり、ジョイスティック１３の操作量が第１の所定値を超えるまでに、本来目標操舵角に基づく電動ステアリング装置１７の制御が開始される。これにより、本来目標操舵角に基づく電動ステアリング装置１７の制御開始時期を、本来目標推進力に基づく推進器１８の制御開始時期に対して確実に早めることができる。そのため、ジョイスティック１３の操作完了時の最終目標値に対して、推進力が操舵角よりも先に到達することが確実に防止される。
【００７９】
また、ロッド２９を所定量傾倒させて、その傾倒量に応じた目標推進力Ｆおよび目標操舵角δが算出された場合に前述したスケジューリング制御が実施されないと、目標操舵角δおよび目標推進力Ｆは、電動ステアリング制御部２７および回転速度制御部２６に対して同時に出力される。これに伴い、図１４（ａ）に示すように、操舵角制御と推進力制御とが同時に開始される。これにより、電動ステアリング装置１７に比べて応答性がよい推進器１８の推進力は、操舵角がその目標値δに到達するよりもはるかに早い時期に、目標推進力に到達してしまう。そのため、図１４（ａ）および図１５（ａ）のドット領域で示すように、操舵角が目標値に到達する前に、余計な推進力が船体２に作用してしまい、所望の船舶挙動が達成できないおそれがある。より具体的には、目標値設定制御が実施されない場合と同様に、図１５（ａ）に示すように、破線矢印方向への船外機の回動が開始されてから比較的早い時期に、目標推進力が既に発生し、操作者の意図とは異なる方向に船舶１が動き出すおそれがある。
【００８０】
これに対して、スケジューリング制御が実施されると、図１４（ｂ）に示すように、電動ステアリング装置１７の制御開始時期に対して、推進器１８の推進力発生時期を遅らせることができる。これにより、推進力が操舵角よりもはるかに先に目標値に到達することを防止できる。具体的には、操舵角および推進力がそれぞれの目標値に到達する時期をほぼ同時にすることができる。その結果、図１４（ｂ）および図１５（ｂ）のドット領域で示すように、船体２に作用する余計な推進力がほとんどなくなるので、操作者の意図する推進力を発生させることができ、所望の船舶挙動を実現することができる。
【００８１】
また、スケジューリング制御では、図１２のステップＳ１９で示したように、すべての船外機４，５，７における実際の操舵角が各しきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲに達したときに、各推進器１８を作動させて推進力を発生させる。そのため、すべての船外機４，５，７の操舵角が目標値に到達するよりもはるかに早くいずれかの推進器１８の推進力がその目標値に達することを防止できる。すなわち、すべての船外機4，５，７の操舵角が目標値に到達するのとほぼ同時期に、船体２に対して所要の推進力を与えることができる。これにより、操作者が意図する船舶挙動を確実に実現することができる。たとえば、船体２を旋回させることなく（すなわち、ヨー角速度＝０）、船体２を平行移動させる横移動操船の際に、船体２の不所望な旋回や意図しない方向への移動を抑制または防止できる。
【００８２】
そして、しきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲは、図１２のステップＳ１７で示したように、目標操舵角δに所定の比率を乗じることによって定められるので、目標操舵角δを変えると自動的に適正値へと変更される。そのため、目標操舵角δに適応したスケジューリング制御を実現でき、目標操舵角δの値によらずに推進力の発生時期を最適化できる。
また、本実施形態では、前記所定の比率は、０．９５で一定としたが、たとえば、０．８５〜０．９５の範囲において、航行速度が低い場合には大きく定め、航行速度が高い場合には小さく定めてもよい。
【００８３】
また、前記所定の比率を用いる方法とは別に、目標操舵角から所定の角度（以下、「残り角度」という。）を減じた値を、しきい値ＴＨＦ，ＴＨＬ，ＴＨＲと定めることもできる。つまり、実際の操舵角が、目標操舵角から残り角度を減じた値に到達すると、推進力制御が開始される。そのため、残り角度が大きいほど、電動ステアリング装置１７の制御開始時期に対する推進器１８の推進力発生時期の遅れ時間が短くなる。一方、残り角度が小さいほど、電動ステアリング装置１７の制御開始時期に対する推進器１８の推進力発生時期の遅れ時間が長くなる。そして、この残り角度も、船舶１の航行速度に応じて変動させることもできる。たとえば、残り角度は、２°〜１０°の範囲において、航行速度が低い場合には小さく定め、航行速度が高い場合には大きく定めればよい。
【００８４】
このように、目標値設定制御およびスケジューリング制御を実施することによって、所望の船舶挙動を実現することができる。なお、目標値設定制御およびスケジューリング制御のいずれかを実施するのであってもよいし、前述の説明のように、目標値設定制御およびスケジューリング制御を両方実施してもよい。その場合、たとえば、勢いよくロッド２９を通常推進力区間まで傾倒させることで、実質的に目標値設定制御が実施されない場合においても、スケジューリング制御が実施されることにより、船体２に余計な推進力が作用することを防止することができる。
【００８５】
この発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものではなく、他の形態でも実施することができる。
たとえば、前述の実施形態では、ノブ３０は操作されないものとし、ロッド２９の傾倒についてのみ目標値設定制御を行ったが、ノブ３０の回動について目標値設定制御を行ってもよい。図１６は、ノブ３０を回動軸方向から見た図であって、ノブ３０の回動について目標値設定制御を行う場合におけるノブ３０の回動範囲を示す図である。
【００８６】
具体的には、ノブ３０の回動範囲について、中立位置（回動角度Ｌｚ＝０°）から、回動軸回りに所定量回動させるまでの回動範囲を「不感帯」とする。そして、不感帯を超えてから所定量回動させるまでのノブ３０の回動範囲を「推進力抑制区間」とし、推進力抑制区間を超えてから所定量回動させるまでのノブ３０の回動範囲を「通常推進力区間」とする。不感帯におけるノブ３０の回動角度Ｌｚは、０≦｜Ｌｚ｜≦Ｌｄ（Ｌｄはたとえば５°）を満たし、推進力抑制区間におけるノブ３０の回動角度Ｌｚは、Ｌｄ＜｜Ｌｚ｜≦Ｌｅ（Ｌｅはたとえば１０°）を満たす。そして、通常推進力区間におけるノブ３０の回動角度Ｌｚは、Ｌｅ＜｜Ｌｚ｜を満たす。
【００８７】
そして、ノブ３０の回動についての目標値設定制御において、ノブ３０が不感帯内において回動されていれば、目標値設定部３１は、指令値であるＬｚが零であるとして、前述した前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する。つまり、指令値に対して抑制がかけられる。ここで、ロッド２９が傾倒されない、つまり、前述したｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙがともに零であるとすると、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βは、いずれも零として算出される。これにより、推進力配分部３２では、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δが零として算出される。また、不感帯を設けることにより、ロッド２９と同様に、前述したスプリング（図示せず）が劣化しても、ノブ３０の回動が不感帯内であれば、ノブ３０は中立位置にあるものと判断され、不要な推進力および操舵角の発生を防止できる。
【００８８】
ノブ３０が不感帯内を超えて推進力抑制区間内において回動されていれば、目標値設定部３１は、Ｌｚが零であるとして、前述した前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する。これにより、推進力配分部３２では、ノブ３０が不感帯内において回動されているときと同様に、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび船首船外機７の目標操舵角δＦは零として算出される。一方、左舷船外機４および右舷船外機５の目標操舵角δＬ，δＲの算出においては、Ｌｚは零でなく、ノブ３０の回動によって与えられた実際の値が使用される。つまり、指令値に対する抑制が解除される。これにより、左舷船外機４および右舷船外機５の目標操舵角δＬ，δＲは、与えられた実際のＬｚに基づくモーメントＭｚによって、前述したように、零またはπと算出される（式（７）および式（８）参照）。
【００８９】
ノブ３０が推進力抑制区間を超えて通常推進力区間内において回動されていれば、目標値設定部３１は、与えられた実際のＬｚに基づいて、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出する。
なお、前述の説明において、ロッド２９に係る目標値設定制御ではノブ３０が操作されず、ノブ３０に係る目標値設定制御ではロッド２９が操作されないものとして説明した。しかし、ロッド２９およびノブ３０が同時に操作されている場合には、それぞれの目標値設定制御は、同期して実施される。
【００９０】
また、前述の実施形態では、船外機が３個備えられる構成を例示したが、船外機が１つだけ備えられる構成であってもよいし、船外機が２個（たとえば船尾に２個の船外機）備えられる構成であってもよく、船外機が４個以上備えられる構成であってもよい。
また、前述の実施形態では、電動式のモータ２２を原動機として備える電動船外機４，５，７の推進力および操舵角を制御する構成について説明したが、この発明は、エンジンを原動機とした船外機の推進力および操舵角の制御にも適用できる。たとえば、電動スロットル装置を備えたエンジンを用いる場合に、当該電動スロットルの開度を制御することによってエンジンの回転速度を制御することができ、これにより、推進力を制御できる。
【００９１】
さらにまた、前述の実施形態では、操作者によるジョイスティック１３の操作に応答して船外機４，５，７を制御する構成について説明したが、操作者が介入することなく船舶１の操船制御を行う自動操船に対してもこの発明を適用できる。たとえば、自動操船の例は、定点保持制御、経路制御、軌道制御などである。定点保持制御は船舶を一定の位置に保持するための操船制御である。経路制御とは、予め定めた経路に従って船舶を自動航走させるための操船制御である。軌道制御とは、予め定めた軌道に沿って船舶を自動航走させるための操船制御である。これらの自動操船では、航走制御装置１５は、所定のプログラム演算によって、目標推進力および目標操舵角を自動的に設定する。この自動設定された目標推進力および目標操舵角に基づいて、船外機４，５，７の制御が行われることになる。
【００９２】
そして、前述の実施形態では、サーボモータ２１の駆動によって船外機４，５，７の操舵角を変化させる構成としたが、操舵角を変化させるための動力源として、油圧装置を採用してもよい。
また、ロッド２９およびノブ３０は、操作者が操作しないときは、前述したように、スプリング（図示せず）によってそれぞれの中立位置へ自動的に復帰するように構成されているが、これに限らない。
【００９３】
つまり、ロッド２９およびノブ３０は、操作者が操作しない（手を離した）ときには、中立位置へ自動的に復帰せず、操作者が手を離したときの傾倒位置または回動位置を維持する。これにより、自動操船が可能となる。しかし、これに応じてスプリング（図示せず）を設けない場合、ロッド２９およびノブ３０の中立位置が不明確になるおそれがある。そこで、ロッド２９およびノブ３０にノッチ等を設け、ロッド２９およびノブ３０がそれぞれの中立位置に復帰したときにはクリック音を発生させるようにしてもよい。これにより、ロッド２９およびノブ３０の中立位置がわかりやすくなる。
【００９４】
そして、ロッド２９およびノブ３０のそれぞれの目標値設定制御において、不感帯では、目標推進力および目標操舵角がいずれも零として算出されることで、推進力は発生せず、操舵角は変化しない。また、推進力抑制区間では、目標推進力が引き続き零として算出されることで、推進力は発生しない。しかし、所望の船舶挙動に影響を与えない程度であれば、不感帯および推進力抑制区間において微小の推進力および操舵角が発生するように目標推進力および目標操舵角が算出されてもよい。
【００９５】
また、目標値設定部３１は、目標値設定制御を行わず、与えられた実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを算出するだけでもよい。その場合、航走制御装置１５に、目標値変更部（図示せず）を新たに設ける。目標値変更部（図示せず）は、目標値設定部３１が算出した前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを、ロッド２９の傾倒量に応じて変更する。具体的には、目標値変更部（図示せず）は、ロッド２９が不感帯で傾倒されている場合には、目標値設定部３１で算出された前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを、いずれも零に変更する。一方、目標値変更部（図示せず）は、ロッド２９が推進力抑制区間で傾倒されている場合には、目標値設定部３１で算出された前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙおよびモーメントＭｚを、いずれも零に変更するが、進行角βは変更しない。そして、目標値変更部（図示せず）は、ロッド２９が通常推進力区間で傾倒されている場合には、目標値設定部３１で算出された前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βを変更しない。そして、推進力配分部３２は、目標値変更部（図示せず）での処理を経た前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βに基づいて、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δを算出する。つまり、目標値設定部３１に代わって、目標値変更部（図示せず）が目標値設定制御を行ってもよい。
【００９６】
さらには、目標値設定部３１において実際のｘ成分Ｌｘおよびｙ成分Ｌｙに基づいて算出された、前後スラストＦｘ、左右スラストＦｙ、モーメントＭｚおよび進行角βが変更されずに、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δを算出されてもよい。その場合、推進力配分部３２は、算出された各船外機４，５，７の目標推進力Ｆを変更する。具体的には、推進力配分部３２は、ロッド２９が不感帯で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δを、いずれも零に変更する。一方、推進力配分部３２は、ロッド２９が推進力抑制区間で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆを、いずれも零に変更するが、目標操舵角δは変更しない。そして、推進力配分部３２は、ロッド２９が通常推進力区間で傾倒されている場合には、各船外機４，５，７の目標推進力Ｆを変更しない。そして、スケジューリング部３３は、推進力配分部３２での処理を経た各船外機４，５，７の目標推進力Ｆおよび目標操舵角δに基づいて、スケジューリング制御を実施する。つまり、目標値設定部３１に代わって、推進力配分部３２が目標値設定制御を行ってもよい。もちろん、船外機目標値変更部（図示せず）を新たに設けて、この船外機目標値変更部（図示せず）が、推進力配分部３２に代わって目標値設定制御を行ってもよい。
【００９７】
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】この発明の一実施形態に係る船舶の構成を説明するための概念図である。
【図２】船体を基準に定義される座標系（船体座標系）における左舷船外機、右舷船外機および船首船外機の座標位置を示している。
【図３】各船外機に共通の構成を説明するための図解的な側面図である。
【図４】航走制御装置と各船外機との間における命令系統および応答系統を説明するためのブロック図である。
【図５】回転速度制御部におけるモータの駆動制御の流れを説明するためのブロック図である。
【図６】電動ステアリング制御部におけるサーボモータの駆動制御の流れを説明するためのブロック図である。
【図７】ジョイスティックの操作を説明するための図であって、図７（ａ）は、傾倒させたジョイスティックの斜視図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）の状態にあるジョイスティックを船体座標平面（船体座標系におけるｘｙ平面）に投影した平面図である。
【図８】図７（ｂ）に対応しており、ロッドの傾倒範囲を説明するための図であって、図８（ａ）は、ロッドが不感帯内で傾倒されている状態を示し、図８（ｂ）は、ロッドが推進力抑制区間内で傾倒されている状態を示し、図８（ｃ）は、ロッドが通常推進力区間内で傾倒されている状態を示している。
【図９】図９（ａ）は、ジョイスティックの側面図であって、図８（ａ）に対応しており、図９（ｂ）は、ジョイスティックの側面図であって、図８（ｂ）に対応しており、図９（ｃ）は、ジョイスティックの側面図であって、図８（ｃ）に対応している。
【図１０】ジョイスティックの操作に基づく各船外機の制御系統を説明するためのブロック図である。
【図１１】各船外機において推進力および操舵角の所定の目標値が達成された状態を例示的に示す図である。
【図１２】目標値設定部が実行する目標値設定制御と、スケジューリング部が実行するスケジューリング制御とを説明するためのフローチャートである。
【図１３】ロッドの傾倒に応じて、船外機における操舵角および推進力が各最終目標値に到達するまでの様子を時系列に沿って示した図であって、図１３（ａ）は目標値設定制御およびスケジューリング制御のいずれもが実施されない場合、図１３（ｂ）は目標値設定制御が実施される場合をそれぞれ示す。
【図１４】ロッドを所定量傾倒させた状態において、船外機における操舵角および推進力がロッドを所定量傾倒させたときの各目標値δ，Ｆに到達するまでの様子を時系列に沿って示した図であって、図１４（ａ）はスケジューリング制御が実施されない場合、図１４（ｂ）はスケジューリング制御が実施される場合をそれぞれ示す。
【図１５】船首船外機において操舵角が目標値に到達するまでに発生する推進力を所定時間間隔でベクトル表示したイメージ図であって、図１５（ａ）は、目標値設定制御およびスケジューリング制御がいずれも実施されない場合、図１５（ｂ）は、目標値設定制御およびスケジューリング制御のいずれかが実施される場合をそれぞれ示す。
【図１６】ノブを回動軸方向から見た図であって、ノブの回動について目標値設定制御を行う場合におけるノブの回動範囲を示す図である。
【符号の説明】
【００９９】
１    船舶
２    船体
３    船尾
４    左舷船外機
５    右舷船外機
６    船首
７    船首船外機
８    中心線
９    左舷ＥＣＵ
１０  右舷ＥＣＵ
１１  船首ＥＣＵ
１２  バッテリー
１３  ジョイスティック
１４  船内ＬＡＮ
１５  航走制御装置
１６  終端器
１７  電動ステアリング装置
１８  推進器
１９  ケーシング
２０  シャフト
２１  サーボモータ
２２  モータ
２３  プロペラ
２４  操舵角センサ
２５  回転速度センサ
２６  回転速度制御部
２７  電動ステアリング制御部
２８  操作盤
２９  ロッド
３０  ノブ
３１  目標値設定部
３２  推進力配分部
３３  スケジューリング部
３４  ＰＩＤ制御器
３５  ＰＩ制御器
３６  ＰＤ制御器
３７  電流検出回路
３８  角度センサ
３９  位置センサ
４０  位置センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2008155764.tif 000013
【図９】
2008155764.tif 000014
【図１０】
2008155764.tif 000015
【図１１】
2008155764.tif 000016
【図１２】
2008155764.tif 000017
【図１３】
2008155764.tif 000018
【図１４】
2008155764.tif 000019
【図１５】
2008155764.tif 000020
【図１６】
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