(57)【要約】  【課題】横移動操船を容易にすることができる航走制御装置を提供する  【解決手段】船体２の後部左舷側および後部右舷側に船外機１１および１２がそれぞれ取り付けられている。船外機１１，１２は、それぞれ推進ユニットと舵取り機構とを有している。航走制御装置２０は、推進ユニットの出力および舵取り機構の操舵角を制御する。横移動操船のために、横移動操作部１０が設けられている。この横移動操作部１０からは、目標合成推進力および目標移動角度が入力される。航走制御装置２０は、船体２の旋回角速度が所定の目標角速度（たとえば零）となるように、一対の舵取り機構の操舵角を制御するとともに、目標合成推進力、目標移動角度、および一対の舵取り機構の操舵角に応じて、船外機１１，１２が発生する推進力を制御する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
船体の後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機、ならびに前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構を備えた船舶の航走を制御する航走制御装置であって、
前記一対の推進機によって前記船体に与えるべき目標合成推進力を取得する目標合成推進力取得手段と、
前記船体の船首方向に対して船体の目標進行方向がなす目標移動角度を取得する目標移動角度取得手段と、
前記船体の旋回角速度が所定の目標角速度となるように、前記一対の舵取り機構の操舵角を制御する操舵制御手段と、
前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力、前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度、および前記一対の舵取り機構の操舵角に応じて、前記一対の推進機からそれぞれ発生させるべき目標推進力を算出する目標推進力算出手段と、
この目標推進力算出手段によって算出された目標推進力を達成すべく、前記一対の推進機を制御する推進力制御手段とを含むことを特徴とする航走制御装置。
【請求項２】
前記船体の旋回角速度を検出する角速度検出手段をさらに含み、
前記操舵制御手段は、前記角速度検出手段によって検出される旋回角速度が前記目標角速度に等しくなるように前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出する目標操舵角算出手段を含むことを特徴とする請求項１記載の航走制御装置。
【請求項３】
前記目標操舵角算出手段は、前記一対の推進機が発生する推進力の方向を含む直線である作用線が、前記船体の船首および船尾を通る中心線上で交わるように、前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出するものであることを特徴とする請求項２記載の航走制御装置。
【請求項４】
前記目標操舵角算出手段は、作用線の交点である作用点を前記中心線外に定めるときには、前記一対の舵取り機構のうちの一方の目標操舵角を操舵角補正値ψ（ψ＞０）に定数φCを加算した値に定め、その他方の目標操舵角を前記操舵角補正値ψから前記定数φCを減算した値に定めるものであることを特徴とする請求項３記載の航走制御装置。
【請求項５】
前記目標操舵角算出手段は、
基本目標操舵角を記憶する基本目標操舵角記憶手段と、
前記角速度検出手段によって検出される角速度の前記目標角速度に対する偏差に基づいて求められる操舵角偏差を演算する操舵角偏差演算手段と、
前記基本目標操舵角記憶手段に記憶されている基本目標操舵角に前記操舵角偏差演算手段によって演算された操舵角偏差を加算する加算手段とを含むことを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の航走制御装置。
【請求項６】
前記加算手段の出力を、所定のタイミングで、新たな基本目標操舵角として前記基本目標操舵角記憶手段に書き込む書込み処理手段をさらに含むことを特徴とする請求項５記載の航走制御装置。
【請求項７】
前記船体の目標角速度を取得する目標角速度取得手段をさらに含み、
前記目標操舵角算出手段は、前記角速度検出手段によって検出される旋回角速度が目標角速度取得手段によって取得される目標角速度に一致するように前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出するものであることを特徴とする請求項２ないし６のいずれかに記載の航走制御装置。
【請求項８】
前記推進機は、駆動源としての原動機を含み、
前記目標推進力算出手段は、
前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力に応じて、前記一対の推進機のうちの一方の原動機の回転速度を定める第１回転速度設定手段と、
この第１回転速度設定手段によって設定される回転速度、前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度および前記一対の舵取り機構のうちの少なくとも一方の操舵角に応じて、前記一対の推進機のうちの他方の原動機の回転速度を定める第２回転速度設定手段とを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の航走制御装置。
【請求項９】
前記目標角速度が零であることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の航走制御装置。
【請求項１０】
前記一対の推進機が発生する推進力の方向が水平面となすトリム角を変化させる一対のトリム機構と、
前記一対の推進機のトリム角が等しくなるように前記トリム機構を制御するトリム角制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載の航走制御装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれかに記載の航走制御装置と、
前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力を入力するための目標推進力入力操作部と、
前記目標移動角度取得手段によって取得される移動角度を入力するための目標移動角度入力操作部とを含むことを特徴とする操船支援システム。
【請求項１２】
請求項７記載の航走制御装置と、
前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力を入力するための目標推進力入力操作部と、
前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度を入力するための目標移動角度入力操作部と、
前記目標角速度取得手段によって取得される目標角速度を入力するための目標角速度入力操作部とを含むことを特徴とする操船支援システム。
【請求項１３】
船体と、
この船体後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機と、
前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構と、
請求項１１または１２記載の操船支援システムとを含むことを特徴とする船舶。
【請求項１４】
船体の後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機、ならびに前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構を備えた船舶の航走を制御する方法であって、
前記一対の推進機によって前記船体に与えるべき目標合成推進力を取得するステップと、
前記船体の船首方向に対して船体の目標進行方向がなす目標移動角度を取得するステップと、
前記船体の旋回角速度が所定の目標角速度となるように、前記一対の舵取り機構の操舵角を制御する操舵角制御ステップと、
前記目標合成推進力、前記目標移動角度、および前記一対の舵取り機構の操舵角に応じて、前記一対の推進機からそれぞれ発生させるべき目標推進力を算出する目標推進力算出ステップと、
この算出された目標推進力を達成すべく、前記一対の推進機を制御するステップとを含むことを特徴とする航走制御方法。
【請求項１５】
前記操舵角制御ステップは、前記一対の推進機が発生する推進力の方向を含む直線である作用線が、前記船体の船首および船尾を通る中心線上で交わるように、前記一対の舵取り機構の目標操舵角を定めるステップを含むことを特徴とする請求項１４記載の航走制御方法。
【請求項１６】
前記操舵角制御ステップは、前記一対の舵取り機構のうちの一方の目標操舵角を操舵角補正値ψ（ψ＞０）に定数φCを加算した値に定め、その他方の目標操舵角を前記操舵角補正値ψから前記定数φCを減算した値に定めて、作用線の交点である作用点を前記中心線外に設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５記載の航走制御方法。
【請求項１７】
前記推進機は、駆動源としての原動機を含み、
前記目標推進力算出ステップは、
前記目標合成推進力に応じて、前記一対の推進機のうちの一方の原動機の回転速度を定める第１回転速度設定ステップと、
この第１回転速度設定ステップによって設定される回転速度、前記目標移動角度および前記一対の舵取り機構のうちの少なくとも一方の操舵角に応じて、前記一対の推進機のうちの他方の原動機の回転速度を定める第２回転速度設定ステップとを含むことを特徴とする請求項１４ないし１６のいずれかに記載の航走制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、船体の後部に少なくとも一対の推進機を備えた船舶に適用される船舶航走制御装置、それを備えた操船支援システムおよび船舶、ならびに航走制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶を離岸または着岸させるとき、たとえば、船体の角速度（回頭速度）を一定（たとえば零）に保持した状態で、船体を横方向に移動させる横移動操船が行われる。この横移動操船のために、大型の船舶には、船体の船首部を含む複数の箇所にサイドスラスタと呼ばれる小型推進機が装備されている。サイドスラスタは、船体の左右方向への推進力を発生する。そこで、離岸時または着岸時には、サイドスラスタを作動させることにより、船体を横方向に平行移動させることができる。
【０００３】
しかし、クルーザのような小型船舶にサイドスラスタが装備される例はほとんどない。これは、コストアップ、取り付け位置確保のための船体の形状変更、航走時の抵抗増大による燃費の悪化などのデメリットが大きいからである。
クルーザやボートのようなレジャー用船舶の操船者は、熟練していない初心者である場合が多い。ところが、サイドスラスタを装備していない小型船舶の横移動操船は難度が高く、熟練を要する。
【０００４】
そこで、たとえば、下記特許文献１には、船尾に左右一対の推進機を装備した船舶の横移動操船を容易にするための船舶操縦装置が開示されている。この特許文献１には、左右の推進機の方向を連動させる機構と、左右の推進機のエンジンに対応したスロットルを連動させる機構とが開示されている。より具体的には、左右の推進機を船体の中心方向に向け、左右の推進機の一方から前進方向、他方から後進方向の推進力を発生させる操作を補助するための機構についての開示がある。
【特許文献１】特許２８１００８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、船体を所望の方向に横移動させるために必要となる左右の推進機の推進力の方向および大きさが算出されるようになっているわけではない。そのため、船舶を横方向に平行移動させるには、最終的には操船者の勘による操作が必要であり、やはり或る程度の熟練を要する。
また、小型船舶は、大型船舶に比較して外乱の影響を受けやすいという問題もある。具体的には、乗船人数、乗船者の位置、貨物の重量およびその配置といった静的な外乱により、船舶が旋回するときの瞬間中心（瞬間回転中心）が容易に変動する。また、水上での波や風といった動的な外乱によっても、瞬間中心が変動する。
【０００６】
ところが、特許文献１の先行技術は、瞬間中心が不変であることを前提としていて、前述のような外乱については全く考慮されていない。したがって、特許文献１の開示技術を用いても、現実には、接岸時や離岸時の操船には相当な熟練を要する。
そこで、この発明の目的は、船舶の操作をより容易にすることができる航走制御装置ならびにそれを備えた操船支援システムおよび船舶を提供することである。
【０００７】
また、この発明の他の目的は、船舶の操作をより容易にすることができる航走制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、船体の後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機、ならびに前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構を備えた船舶の航走を制御する航走制御装置である。この装置は、前記一対の推進機によって前記船体に与えるべき目標合成推進力を取得する目標合成推進力取得手段と、前記船体の船首方向に対して船体の目標進行方向がなす目標移動角度を取得する目標移動角度取得手段と、前記船体の旋回角速度が所定の目標角速度となるように、前記一対の舵取り機構の操舵角を制御する操舵制御手段と、前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力、前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度、および前記一対の舵取り機構の操舵角に応じて、前記一対の推進機からそれぞれ発生させるべき目標推進力を算出する目標推進力算出手段と、この目標推進力算出手段によって算出された目標推進力を達成すべく、前記一対の推進機を制御する推進力制御手段とを含む。
【０００９】
この構成によれば、船体の角速度が所定の目標角速度と一致するように一対の舵取り機構の操舵角が制御される。この状態で、目標合成推進力、目標移動角度および操舵角に応じて一対の推進機の推進力を制御することによって、目標合成推進力で目標移動角度の方向へと船体を移動させることができる。たとえば、目標角速度を零としておけば、船体を、回頭させることなく、平行移動させることができる。
【００１０】
このようにして、熟練を要することなく、横移動操船が可能になり、たとえば、離岸時および接岸時の操船を初心者でも容易に行える。また、船舶を使用しての魚釣りのときに、微小距離だけ移動してポイントを変えたい場合（いわゆるトローリング）や、潮の流れや風に抗して一定場所に船舶を停留させたい場合にも、船体の方位を容易に保持することができる。こうして、船舶の操船を容易にすることができる。
【００１１】
船体の瞬間中心（瞬間回転中心）が一定であるとみなせる場合には、舵取り機構の操舵角を、目標角速度に応じた一定値とすればよい。具体的には、目標角速度が零の場合、一対の推進機が発生する推進力の方向を含む直線である作用線が瞬間中心で交わるように一対の舵取り機構の操舵角を定めればよい。この場合の操舵角は、船体および推進機に関する幾何学的情報に基づいて定めることができる。幾何学的情報とは、たとえば、瞬間中心に対する一対の推進機の相対位置を含む。この場合の相対位置は、船体の船首および船尾を通る中心線に対する推進機の位置（中心線と推進力発生位置との距離）、および一対の推進機の推進力発生位置間の中間点から瞬間中心までの距離によって与えられてもよい。
【００１２】
瞬間中心は、たとえば、船体の中心線上にある。たとえば、一対の推進機は、中心線に対して左右対称な位置で推進力を発生する。この場合、一対の舵取り機構の操舵角は、中心線に対して対称な値に定められてもよい。
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。
【００１３】
推進機は、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、原動機および推進力発生部材（プロペラ）を含む推進ユニットを船外に有し、さらに、推進ユニット全体を船体に対して水平方向に回動させる舵取り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舵切り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、舵取り機構は別途設けられる。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、舵取り機構は、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。
【００１４】
目標合成推進力取得手段は、操船者によって操作される目標推進力入力操作部から入力される目標合成推進力を取得するものであってもよい。同様に、目標移動角度取得手段は、操船者によって操作される目標移動角度入力操作部から入力される目標移動角度を取得するものであってもよい。
より具体的には、目標推進力入力操作部および目標移動角度入力操作部は、ジョイスティック型の操作装置によって構成することができる。この操作装置は、任意の方向に傾倒可能な直立レバーを備え、このレバーの傾倒量（中立位置からの傾倒角度）を目標推進力信号として出力し、レバーの傾倒方向を移動角度信号として出力するものであってもよい。目標移動角度は、船体の中心線を基準とし、船首方向に対して船体の目標移動方向のなす角度であってもよい。
【００１５】
推進機が原動機、とくにエンジンを備える場合には、推進力制御手段は、目標推進力に応じてエンジンのスロットル開度を制御するものであってもよい。より具体的には、推進力制御手段は、目標推進力に対応した目標エンジン回転速度を算出する目標エンジン回転速度算出手段と、算出された目標回転速度が達成されるようにスロットル開度を制御するスロットル開度制御手段とを含んでいてもよい。
【００１６】
請求項２記載の発明に係る航走制御装置は、前記船体の旋回角速度を検出する角速度検出手段をさらに含み、前記操舵制御手段は、前記角速度検出手段によって検出される旋回角速度が前記目標角速度に等しくなるように前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出する目標操舵角算出手段を含むことを特徴とする。
この構成によれば、船体の瞬間中心が変動する場合であっても、目標角速度を維持しつつ、所望の方向に船体を移動させることができる。したがって、船体上の荷重の変動や、波風の影響などに起因する外乱によらずに、横移動操船を容易に行える。
【００１７】
前記目標推進力算出手段は、この場合、目標操舵角算出手段が算出する目標操舵角を舵取り機構の操舵角とみなして用い、目標推進力を算出してもよい。また、前記一対の舵取り機構の少なくとも一方の操舵角を検出する操舵角検出手段を設けてもよい。すなわち、目標推進力算出手段は、操舵角検出手段が検出する操舵角に基づいて目標推進力を算出してもよい。
【００１８】
請求項３記載の発明に係る航走制御装置は、前記目標操舵角算出手段が、前記一対の推進機が発生する推進力の方向を含む直線である作用線が、前記船体の船首および船尾を通る中心線上で交わるように、前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出するものであることを特徴とする。
この構成により、左右の舵取り機構の操舵角を中心線に対して対称に設定できるので、操舵角の制御が容易になる。
【００１９】
請求項４記載の発明に係る航走制御装置は、前記目標操舵角算出手段が、作用線の交点である作用点を前記中心線外に定めるときには、前記一対の舵取り機構のうちの一方の目標操舵角を操舵角補正値ψ（ψ＞０）に定数φCを加算した値に定め、その他方の目標操舵角を前記操舵角補正値ψから前記定数φCを減算した値に定めるものであることを特徴とする。
【００２０】
この構成によれば、操舵角補正値ψを求めることによって、一対の舵取り機構の目標操舵角を定めることができるので、制御演算が簡単になる。操舵角補正値ψ＝０のとき、前記作用点は、船体の中心線上に位置する。
前記作用点が、推進機に対して船首側の遠い位置にあるとき、船体を左右方向に移動させるには、推進機から非常に大きな推進力を発生させなければならない。しかし、推進機が発生することができる推進力には限界がある。そこで、作用点を中心線の所定範囲で設定しても所望の方向への推進力を得にくい場合に、零以外の操舵角補正値を設定し、中心線外に作用点を設定することにより、所望の推進力が得やすくなる。
【００２１】
前記目標操舵角算出手段は、請求項５に記載されているように、基本目標操舵角を記憶する基本目標操舵角記憶手段と、前記角速度検出手段によって検出される角速度の前記目標角速度に対する偏差に基づいて求められる操舵角偏差を演算する操舵角偏差演算手段と、前記基本目標操舵角記憶手段に記憶されている基本目標操舵角に前記操舵角偏差演算手段によって演算された操舵角偏差を加算する加算手段とを含むものであることが好ましい。
【００２２】
この構成により、目標角速度を達成できる目標操舵角を速やかに設定できる。
前記基本目標操舵角は、前記船体および前記一対の推進機に関する所定の幾何学的情報に基づいて定められることが好ましい。前記所定の幾何学的情報は、船体および推進機を含む船舶の設計上の瞬間中心位置、または実測によって得られた瞬間中心位置の情報を含んでいてもよい。
【００２３】
前記操舵角偏差演算手段は、船体の実際の角速度および目標角速度を入力として動作するＰＩ（比例積分）制御手段であってもよい。
請求項６に記載されているように、前記加算手段の出力を、所定のタイミングで、新たな基本目標操舵角として前記基本目標操舵角記憶手段に書き込む書込み処理手段をさらに含むことが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、基本目標操舵角を随時更新していくことができるから、船体の荷重の変動のような静的な外乱に対する影響を吸収した基本目標操舵角を基本目標操舵角記憶手段に格納しておくことができる。これにより、制御開始後、速やかに、船体の角速度を目標角速度に収束させることができる。
前記基本目標操舵角記憶手段に書き込まれる加算手段の出力は、たとえば、制御終了時の値であってもよい。この場合、新たな基本目標操舵角を基本目標操舵角記憶手段に書き込むタイミングは、制御終了直後であることが好ましい。
【００２５】
請求項７記載の発明に係る航走制御装置は、前記船体の目標角速度を取得する目標角速度取得手段をさらに含み、前記目標操舵角算出手段は、前記角速度検出手段によって検出される旋回角速度が目標角速度取得手段によって取得される目標角速度に一致するように前記一対の舵取り機構の目標操舵角を算出するものであることを特徴とする。
この構成によれば、目標角速度に応じて舵取り機構の目標操舵角が自動的に設定されるので、一定の範囲で任意の目標角速度を設定できる。より具体的には、前記目標角速度取得手段は、操船者によって操作可能な目標角速度入力操作部から入力された目標角速度を取得するものであってもよい。これにより、操船者が定める目標角速度で船体を回頭させながら、船体を目標移動方向へと移動させることができる。目標角速度入力操作部は、目標角速度を零に設定可能なものであることが好ましい。これにより、目標角速度を零に設定することで、船首の方位を保持して船体を平行移動させることができる。
【００２６】
前記推進機が、駆動源としての原動機を含む場合には、請求項８に記載されているように、前記目標推進力算出手段は、前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力に応じて、前記一対の推進機のうちの一方の原動機の回転速度を定める第１回転速度設定手段と、この第１回転速度設定手段によって設定される回転速度、前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度および前記一対の舵取り機構のうちの少なくとも一方の操舵角に応じて、前記一対の推進機のうちの他方の原動機の回転速度を定める第２回転速度設定手段とを含むことが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、目標合成推進力に応じて一方の推進機の原動機の回転速度が定められ、これに応じて他方の推進機の原動機の回転速度が、目標移動角度および操舵角に応じて定められる。これにより、たとえば、目標合成推進力に対して操船者がイメージする回転速度で原動機を作動させながら、目標移動方向へと船体を移動させることができる。したがって、目標合成推進力が小さいにもかかわらず原動機が高回転で作動したりして、乗船者に不快感を与えたり、操船者に違和感を与えたりすることを抑制または防止できる。
【００２８】
前記原動機は、エンジン（内燃機関）、電動モータ、その他の原動機であってもよい。
前記目標角速度は、請求項９に記載されているように、零であってもよい。この場合、船首方向を保持しつつ船体を平行移動させることができる。
請求項１０記載の発明に係る航走制御装置は、前記一対の推進機が発生する推進力の方向が水平面となすトリム角を変化させる一対のトリム機構と、前記一対の推進機のトリム角が等しくなるように前記トリム機構を制御するトリム角制御手段とをさらに含むことを特徴とする。
【００２９】
この構成によれば、左右の推進機が発生する推進力の方向を揃えることができるので、推進力の制御および操舵角の制御を簡単にすることができる。
この発明の操船支援システムは、請求項１１に記載されているように、請求項１ないし１０のいずれかに記載の航走制御装置と、前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力を入力するための目標推進力入力操作部と、前記目標移動角度取得手段によって取得される移動角度を入力するための目標移動角度入力操作部とを含むことを特徴とする。
【００３０】
この構成により、操船者の入力に対応した方向に向けて、操船者の入力に対応した推進力を発生させることができ、不慣れな操船者でも容易に船体を移動させることができる。
また、この発明の他の操船支援システムは、請求項７記載の航走制御装置と、前記目標合成推進力取得手段によって取得される目標合成推進力を入力するための目標推進力入力操作部と、前記目標移動角度取得手段によって取得される目標移動角度を入力するための目標移動角度入力操作部と、前記目標角速度取得手段によって取得される目標角速度を入力するための目標角速度入力操作部とを含むことを特徴とする。
【００３１】
この構成によれば、操船者の入力に対応した方向に向けて、操船者の入力に対応した推進力を発生させ、同時に、操船者の入力に対応した回頭速度で船体を回頭させることができる。これにより、不慣れな操船者でも、高度な操船を行える。
この発明の船舶は、請求項１３に記載されているように、船体と、この船体後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機と、前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構と、請求項１１または１２記載の操船支援システムとを含む。
【００３２】
この船舶では、船体の角速度が所定の目標角速度と一致するように一対の舵取り機構の操舵角が制御され、その状態で、目標移動角度の方向に向けて船体を移動させることができる。これにより、船体の横移動のような難しい操船を容易に行うことができる。
この発明の航走制御方法は、請求項１４に記載されているように、船体の後部左舷側および後部右舷側においてそれぞれ推進力を発生する一対の推進機、ならびに前記船体に対して前記一対の推進機による推進力の発生方向がなす角度である操舵角をそれぞれ変化させる一対の舵取り機構を備えた船舶の航走を制御する方法であって、前記一対の推進機によって前記船体に与えるべき目標合成推進力を取得するステップと、前記船体の船首方向に対して船体の目標進行方向がなす目標移動角度を取得するステップと、前記船体の旋回角速度が所定の目標角速度となるように、前記一対の舵取り機構の操舵角を制御する操舵角制御ステップと、前記目標合成推進力、前記目標移動角度、および前記一対の舵取り機構の操舵角に応じて、前記一対の推進機からそれぞれ発生させるべき目標推進力を算出する目標推進力算出ステップと、この算出された目標推進力を達成すべく、前記一対の推進機を制御するステップとを含む。
【００３３】
この方法により、横移動操船のような難しい操船を、熟練を要することなく容易に行える。
請求項１５に記載されているように、前記操舵角制御ステップは、前記一対の推進機が発生する推進力の方向を含む直線である作用線が、前記船体の船首および船尾を通る中心線上で交わるように、前記一対の舵取り機構の目標操舵角を定めるステップを含むことが好ましい。これにより、操舵角の制御が容易になる。
【００３４】
また、請求項１６に記載されているように、前記操舵角制御ステップは、前記一対の舵取り機構のうちの一方の目標操舵角を操舵角補正値ψ（ψ＞０）に定数φCを加算した値に定め、その他方の目標操舵角を前記操舵角補正値ψから前記定数φCを減算した値に定めて、作用線の交点である作用点を前記中心線外に設定するステップをさらに含むことが好ましい。この方法によれば、推進機の出力の限界に起因する制限を緩和して、より広い角度範囲への横移動操船が可能になる。
【００３５】
請求項１７記載の発明に係る航走制御方法は、前記推進機は、駆動源としての原動機を含み、前記目標推進力算出ステップは、前記目標合成推進力に応じて、前記一対の推進機のうちの一方の原動機の回転速度を定める第１回転速度設定ステップと、この第１回転速度設定ステップによって設定される回転速度、前記目標移動角度および前記一対の舵取り機構のうちの少なくとも一方の操舵角に応じて、前記一対の推進機のうちの他方の原動機の回転速度を定める第２回転速度設定ステップとを含むことを特徴とする。
【００３６】
この方法によれば、目標合成推進力に対して操船者や乗員がイメージする回転速度で原動機が駆動されるから、快適な操船を実現でき、また、横移動操船時の乗り心地を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
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、クルーザやボートのような比較的小型の船舶であり、船体２の船尾（トランサム）３に、一対の船外機１１，１２が取り付けられている。この一対の船外機１１，１２は、船体２の船尾３および船首４を通る中心線５に対して、左右対称な位置に取り付けられている。すなわち、一方の船外機１１は、船体２の左舷後部に取り付けられており、他方の船外機１２は、船体２の右舷後部に取り付けられている。そこで、以下では、これらの船外機を区別するときには、それぞれ、「左舷船外機１１」、「右舷船外機１２」と呼ぶ。左舷船外機１１および右舷船外機１２には、それぞれ、電子制御ユニット１３，１４（以下、「船外機ＥＣＵ１３」、「船外機ＥＣＵ１４」という。）が内蔵されている。
【００３８】
船体２には、操船のための操作卓６が設けられている。操作卓６には、たとえば、舵取り操作のためのステアリング操作部７と、船外機１１，１２の出力を操作するためのスロットル操作部８と、船体２を一定の旋回角速度（回頭速度。たとえば零）を保持しつつ横移動させるための横移動操作部１０（目標合成推進力取得手段、目標移動角度取得手段）とが備えられている。ステアリング操作部７は、操作部材としてのステアリングホイール７ａを備える。また、スロットル操作部８は、左舷船外機１１および右舷船外機１２にそれぞれに対応したスロットルレバー８ａ，８ｂを備えている。さらに、横移動操作部１０は、この実施形態では、ジョイスティック型の入力装置で構成されており、ほぼ直立した操作レバー１０ａ（目標推進力入力操作部および目標移動角度入力操作部を兼ねる。）と、この操作レバー１０ａの頭部に回動自在に設けられた回頭速度調整摘み１０ｂ（目標角速度入力操作部）とを有している。
【００３９】
操作卓６に備えられた上記の操作部７，８，１０の操作量は、たとえば、船体２内に配置されたＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク。以下「船内ＬＡＮ」という。）を介して、電気信号として航走制御装置２０に入力されるようになっている。この航走制御装置２０は、マイクロコンピュータを含む電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、推進力を制御する推進力制御装置としての機能と、舵取り制御のための操舵制御装置としての機能とを有している。この航走制御装置２０には、船体２の角速度（ヨーレート。回頭速度）を検出するためのヨーレートセンサ９（角速度検出手段）が出力する角速度信号も、前記船内ＬＡＮを介して入力されるようになっている。
【００４０】
航走制御装置２０は、さらに、船外機ＥＣＵ１３，１４との間で前記船内ＬＡＮを介して通信を行う。より具体的には、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４から、船外機１１，１２に備えられたエンジンの回転数（回転速度）ＮＬ，ＮＲと、船外機１１，１２の向きである操舵角φＬ，φＲを取得する。また、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、目標操舵角φＬt，φＲt（添え字「ｔ」は目標値を表す。以下同じ。）、目標スロットル開度、目標シフト位置（前進、ニュートラル、後進）、目標トリム角を表すデータを与えるようになっている。
【００４１】
航走制御装置２０は、この実施形態では、ステアリング操作部７およびスロットル操作部８の操作に応じて船外機１１，１２を制御する通常航走モードと、横移動操作部１０の操作に応じて船外機１１，１２を制御する横移動モードとに、制御モードが切り換わるようになっている。具体的には、航走制御装置２０は、ステアリング操作部７またはスロットル操作部８からの入力が検出されると通常航走モードとなり、横移動操作部１０の操作が検出されると横移動モードとなる。
【００４２】
通常航走モードでは、航走制御装置２０は、ステアリングホイール７ａの操作に応じて、船外機１１，１２の操舵角φＬ，φＲを互いに等しい値に制御する。すなわち、船外機１１，１２は、互いに平行な方向に推進力を発生する。また、通常航走モードにおいて、航走制御装置２０は、スロットルレバー８ａ，８ｂの操作量および操作方向に応じて、船外機１１，１２に対する目標スロットル開度および目標シフト位置を定める。スロットルレバー８ａ，８ｂは、それぞれ前方および後方へと傾倒させることができるようになっている。操船者がスロットルレバー８ａを中立位置から前方へ一定量だけ倒すと、航走制御装置２０は、左舷船外機１１の目標シフト位置を前進位置とする。操船者がスロットルレバー８ａをさらに前方に倒していくと、航走制御装置２０は、その操作量に応じて、左舷船外機１１の目標スロットル開度を設定する。一方、操船者がスロットルレバー８ａを後方に一定量だけ倒すと、航走制御装置２０は、左舷船外機１１の目標シフト位置を後進位置とする。操船者がスロットルレバー８ａをさらに後方に倒していくと、航走制御装置２０は、その操作量に応じて、左舷船外機１１の目標スロットル開度を設定する。同様に、航走制御装置２０は、スロットルレバー８ｂの操作に応じて、右舷船外機１２の目標シフト位置および目標スロットル開度を設定する。
【００４３】
スロットルレバー８ａ，８ｂの各頭部は、互いに近接する方向に折り曲げられて、ほぼ水平な把持部を形成している。これにより、操船者は、スロットルレバー８ａ，８ｂを両方同時に操作して、左右の船外機１１，１２のスロットル開度を実質的に等しく保ちながら、船外機１１，１２の出力を制御できる。
横移動モードでは、航走制御装置２０は、横移動操作部１０の操作に応じて、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt，φＲt、目標シフト位置、目標スロットル開度を設定する。この横移動モードによる制御については、後で詳しく述べる。
【００４４】
図２は、船外機１１，１２の共通の構成を説明するための図解的な断面図である。船外機１１，１２は、推進機としての推進ユニット３０と、この推進ユニット３０を船体２に取り付ける取り付け機構３１とを有している。取り付け機構３１は、船体２の後尾板に着脱自在に固定されるクランプブラケット３２と、このクランプブラケット３２に水平回動軸としてのチルト軸３３を中心に回動自在に結合されたスイベルブラケット３４とを備えている。推進ユニット３０は、スイベルブラケット３４に、操舵軸３５まわりに回動自在に取り付けられている。これにより、推進ユニット３０を操舵軸３５まわりに回動させることによって、操舵角（船体２の中心線に対して推進力の方向がなす方位角）を変化させることができる。また、スイベルブラケット３４をチルト軸３３をまわりに回動させることによって、推進ユニット３０のトリム角（水平面に対して推進力の方向がなす角）を変化させることができる。
【００４５】
推進ユニット３０のハウジングは、トップカウリング３６とアッパケース３７とロアケース３８とで構成されている。トップカウリング３６内には、駆動源となるエンジン３９がそのクランク軸の軸線が上下方向となるように設置されている。エンジン３９のクランク軸下端に連結される動力伝達用のドライブシャフト４１は、上下方向にアッパケース３７内を通ってロアケース３８内にまで延びている。
【００４６】
ロアケース３８の下部後側には、推進力発生部材となるプロペラ４０が回転自在に装着されている。ロアケース３８内には、プロペラ４０の回転軸であるプロペラシャフト４２が水平方向に通されている。このプロペラシャフト４２には、ドライブシャフト４１の回転が、クラッチ機構としてのシフト機構４３を介して伝達されるようになっている。
シフト機構４３は、ドライブシャフト４１の下端に固定されたベベルギヤからなる駆動ギヤ４３ａと、プロペラシャフト４２上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる前進ギヤ４３ｂと、同じくプロペラシャフト４２上に回動自在に配置されたベベルギヤからなる後進ギヤ４３ｃと、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃの間に配置されたドッグクラッチ４３ｄとを有している。
【００４７】
前進ギヤ４３ｂは前方側から駆動ギヤ４３ａに噛合しており、後進ギヤ４３ｃは後方側から駆動ギヤ４３ａに噛合している。そのため、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃは互いに反対方向に回転されることになる。
一方、ドッグクラッチ４３ｄは、プロペラシャフト４２にスプライン結合されている。すなわち、ドッグクラッチ４３ｄは、プロペラシャフト４２に対してその軸方向に摺動自在であるが、プロペラシャフト４２に対する相対回動はできず、このプロペラシャフト４２とともに回転する。
【００４８】
ドッグクラッチ４３ｄは、ドライブシャフト４１と平行に上下方向に延びるシフトロッド４４の軸周りの回動によって、プロペラシャフト４２上で摺動される。これにより、ドッグクラッチ４３ｄは、前進ギヤ４３ｂと結合した前進位置と、後進ギヤ４３ｃと結合した後進位置と、前進ギヤ４３ｂおよび後進ギヤ４３ｃのいずれとも結合されないニュートラル位置とのいずれかのシフト位置に制御される。
【００４９】
ドッグクラッチ４３ｄが前進位置にあるとき、前進ギヤ４３ｂの回転がドッグクラッチ４３ｄを介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト４２に伝達される。これにより、プロペラ４０は、一方向（前進方向）に回転し、船体２を前進させる方向の推進力を発生する。一方、ドッグクラッチ４３ｄが後進位置にあるとき、後進ギヤ４３ｃの回転がドッグクラッチ４３ｄを介して実質的に滑りのない状態でプロペラシャフト４２に伝達される。後進ギヤ４３ｃは、前進ギヤ４３ｂとは反対方向に回転するため、プロペラ４０は、反対方向（後進方向）に回転し、船体２を後進させる方向の推進力を発生する。ドッグクラッチ４３ｄがニュートラル位置にあるとき、ドライブシャフト４１の回転はプロペラシャフト４２に伝達されない。すなわち、エンジン３９とプロペラ４０との間の駆動力伝達経路が遮断されるので、いずれの方向の推進力も生じない。
【００５０】
エンジン３９に関連して、このエンジン３９を始動させるためのスタータモータ４５が配置されている。スタータモータ４５は、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される。また、エンジン３９のスロットルバルブ４６を作動させてスロットル開度を変化させ、エンジン３９の吸入空気量を変化させるためのスロットルアクチュエータ５１が備えられている。このスロットルアクチュエータ５１は、電動モータからなっていてもよい。このスロットルアクチュエータ５１の動作は、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される。エンジン３９には、さらに、クランク軸の回転を検出することによってエンジン３９の回転数ＮＬ，ＮＲを検出するためのエンジン回転検出部４８が備えられている。
【００５１】
また、シフトロッド４４に関連して、ドッグクラッチ４３ｄのシフト位置を変化させるためのシフトアクチュエータ５２（クラッチ作動装置）が設けられている。このシフトアクチュエータ５２は、たとえば、電動モータからなり、船外機ＥＣＵ１３，１４によって動作制御される。
さらに、推進ユニット３０に固定された操舵ロッド４７には、たとえば、液圧シリンダを含み、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御される操舵アクチュエータ５３が結合されている。この操舵アクチュエータ５３を駆動することによって、推進ユニット３０を操舵軸３５まわりに回動させることができ、舵取り操作を行うことができる。このように、操舵アクチュエータ５３、操舵ロッド４７および操舵軸３５を含む舵取り機構５０が形成されている。この舵取り機構５０には、操舵角φＬ，φＲを検出するための操舵角センサ４９が備えられている。
【００５２】
また、クランプブラケット３２とスイベルブラケット３４との間には、たとえば液圧シリンダを含み、船外機ＥＣＵ１３，１４によって制御されるトリムアクチュエータ（チルトトリムアクチュエータ）５４が設けられている。このトリムアクチュエータ５４は、チルト軸３３まわりにスイベルブラケット３４を回動させることにより、推進ユニット３０をチルト軸３３まわりに回動させる。これにより、推進ユニット３０のトリム角が変化する。
【００５３】
図３は、前記船舶１の航走制御に関する構成（操船支援システム）を示すブロック図である。航走制御装置２０は、左右の船外機１１，１２のスロットルアクチュエータ５１の制御のための目標スロットル開度指令値を発生するスロットル制御部２１と、船外機１１，１２のシフトアクチュエータ５２の制御のための目標シフト位置指令値を発生するシフト制御部２２（クラッチ制御手段）と、船外機１１，１２の操舵アクチュエータ５３の制御のための目標操舵角φＬt，φＲtを生成する操舵制御部２３と、船外機１１，１２のトリムアクチュエータ５４の制御のための目標トリム角指令値を生成するトリム角制御部２４とを備えている。これらの制御部２１〜２４の機能は、航走制御装置２０に備えられたマイクロコンピュータが所定のソフトウェア処理を実行することによって実現されるようになっていてもよい。
【００５４】
制御部２１〜２４が生成する各指令値は、インタフェース部（Ｉ／Ｆ）２５を介して、船外機ＥＣＵ１３，１４に与えられる。船外機ＥＣＵ１３，１４は、与えられた指令信号に基づいて、アクチュエータ５１〜５４を制御する。
船外機ＥＣＵ１３，１４は、エンジン回転検出部４８によって検出されるエンジン回転数ＮＬ，ＮＲと、操舵角センサ４９によって検出される操舵角φＬ，φＲとを、インタフェース部２５を介して、航走制御装置２０に与える。エンジン回転数ＮＬ，ＮＲは、スロットル制御部２１に与えられ、操舵角φＬ，φＲは、操舵制御部２３に与えられる。この操舵角φＬ，φＲは、操舵制御部２３からスロットル制御部２１にも与えられるようになっていてもよい。操舵角φＬ，φＲの代わりに、目標操舵角φＬt，φＲtを、操舵制御部２３からスロットル制御部２１に与えるようにしてもよい。
【００５５】
一方、航走制御装置２０には、ステアリング操作部７、スロットル操作部８、ヨーレートセンサ９および横移動操作部１０からの信号が、インタフェース部（Ｉ／Ｆ）２６を介して入力されるようになっている。ステアリング操作部７からの入力信号は、目標操舵角φＬt，φＬtを算出するために操舵制御部２３に入力される。また、スロットル操作部８からの入力信号は、目標推進力の大きさを表す信号がスロットル制御部２１に入力されるほか、推進力の方向を表す信号がシフト制御部２２に入力されるようになっている。ヨーレートセンサ９が検出する角速度ωは、操舵制御部２３に入力される。
【００５６】
横移動操作部１０からの信号は、目標合成推進力および目標移動角度（方位）を表す信号としてスロットル制御部２１に入力されるほか、回頭速度調整摘み１０ｂの操作によって設定された目標角速度ωtは、操舵制御部２３に入力されるようになっている。
シフト制御部２２には、スロットル制御部２１からの間欠シフト指令信号も与えられるようになっている。間欠シフト指令信号は、目標推進力に対応するエンジン回転数がエンジン３９のアイドル回転数（下限回転数。たとえば、７００ｒｐｍ）よりも低い場合に、ドッグクラッチ４３ｄを前進位置または後進位置とニュートラル位置との間で交互に切り換える間欠シフト動作を行わせるための信号である。この間欠シフト動作により、アイドル回転数よりも低いエンジン回転数に対応した推進力の発生が可能になる。この動作の詳細については後述する。
【００５７】
図４は、横移動モードにより船舶１を航走させる場合の原理について説明するための図である。船体２の中心線５が船尾３と交わる位置を原点Ｏとし、中心線５に沿って船首４側にｘ軸をとり、原点Ｏから船尾３（トランサム）に沿って左舷側に向かってｙ軸をとる。原点Ｏは、船外機１１，１２に備えられた一対の推進ユニット３０による推進力発生点の中間点である。
【００５８】
横移動モードにおいて、操舵制御部２３は、左右の船外機１１，１２が発生する推進力ベクトルＴＬ，ＴＲの延長線である作用線（破線で示す。）がｘ軸上の所定範囲内で交わり、かつ、目標角速度ωtが達成されるように、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt，φＲtを設定する。このとき、トリム角制御部２４は、船外機１１，１２の推進ユニット３０が発生する推進力の水平方向成分を揃えるために、左右の船外機１１，１２のトリム角を互いに等しい値に制御する。
【００５９】
推進力ベクトルＴＬ，ＴＲの作用線の交点を作用点Ｆ＝（ａ，０）（ただし、ａ＞０）と表し、左右の船外機１１，１２が中心線５に対して対称な位置（０，ｂ），（０，−ｂ）（ただし、ｂは定数であり、ｂ＞０。）でそれぞれ推進力を発生するものとする。この場合、右舷船外機１２の操舵角φＲ＝φとすると、左舷船外機１１の操舵角φＬは、φＬ＝−φと表される。φ＝ｔａｎ-1（ｂ／ａ）である。
【００６０】
作用点Ｆにおいて推進力ベクトルＴＬ，ＴＲを合成した合成ベクトルをＴＧで表す。この合成ベクトルＴＧの方向（ｘ軸に対して移動角度θをなす方向）は、合成された推進力の方向（船体２の移動方向）を表し、合成ベクトルＴＧの大きさは合成された推進力の大きさを表す。したがって、横移動操作部１０から与えられる船体２の目標移動角度θt（操作レバー１０ａの傾倒方向に対応）に合成ベクトルＴＧの方向を合致させ、かつ、横移動操作部１０から与えられる目標合成推進力（操作レバー１０ａの傾倒量に対応）に合成ベクトルＴＧの大きさ｜ＴＧ｜を合致させればよい。換言すれば、このような合成ベクトルＴＧが得られるように、左右の船外機１１，１２の目標推進力ベクトルＴＬt，ＴＲtを定めればよい。
【００６１】
作用点Ｆが船体２の瞬間中心Ｇと一致する場合が最も簡単な場合である。このとき、船体２の角速度ω（瞬間中心Ｇまわりの角速度）は零となり、船首４の方位を一定に保持しつつ、船体２を横方向移動（平行移動）させることができる。
より具体的には、図５に示すように、作用点Ｆが瞬間中心Ｇに一致するように操舵角φＲ＝φ、φＬ＝−φ（ただし、φ≧０）と定めるとともに、左舷船外機１１からは後進方向への推進力を発生させ、右舷船外機１２からは前進方向への推進力を発生させて、｜ＴＬ｜＝｜ＴＲ｜とする。このとき、船体２は船首４の方位を一定に保持したままで、船首４の方向に対して垂直に左側へ平行移動する。このような真横移動動作により、船舶１の着岸または離岸操作を行うことができる。
【００６２】
作用点Ｆが瞬間中心Ｇと不一致のとき（図４参照）、瞬間中心Ｇまわりの回転モーメントが発生し、船体２の角速度ωが零に等しくなくなる。換言すれば、横移動操作部１０の回頭速度調整摘み１０ｂによって、零以外の目標角速度ωtが設定されたときには、この目標角速度ωtに応じて、瞬間中心Ｇと作用点Ｆとにずれが生じるように、操舵角φＬ，φＲが制御される。
【００６３】
実際には、この実施形態では、ヨーレートセンサ９によって検出される角速度ωが、目標角速度ωtに等しくなるように、操舵角φＬ，φＲが制御される。この場合に、角速度ω＝０のとき、瞬間中心Ｇが中心線５上にあれば、作用点Ｆが瞬間中心Ｇと一致することになる。角速度ω≠０のときには、瞬間中心Ｇが中心線５上にあっても、作用点Ｆと瞬間中心Ｇとは一致しない。
【００６４】
図６は、操舵角φＬ，φＲのより具体的な制御を説明するための図解図である。瞬間中心Ｇは、中心線５上にあるとは限らない。たとえば、小型の船舶１では、船体２上で乗員が移動したり、船体２に装備した水槽に、水揚げした魚を積載していったりすることにより、瞬間中心Ｇは容易に移動し、その位置は中心線５上に制限されるわけではない。
しかし、瞬間中心Ｇが中心線５上にない場合であっても、中心線５上に作用点Ｆを位置させつつ、所望の横移動操船が可能である。具体的には、瞬間中心Ｇを通り、目標移動角度θtの方向に沿う直線６０を引いたときに、この直線６０と中心線５との交点に作用点Ｆを位置させる。そして、この作用点Ｆから、直線６０に沿う合成推進力ベクトルＴＧが得られるように、左右の船外機１１，１２の推進力ベクトルＴＬ，ＴＲの大きさを定めればよい。これにより、角速度ω＝０に保持しつつ、船体２を平行移動させることができる。
【００６５】
左右の船外機１１，１２の推進ユニット３０は、操舵軸３５まわりの制限角度範囲内での回動させることができるに過ぎない。そのため、作用点Ｆは、実際には、中心線５上で所定の下限値（ａmin，０）よりも原点Ｏの近くに位置させることはできない。また、中心線５上で所定の上限値（ａmax，０）よりも遠くに作用点Ｆを位置させ、かつ、横方向への所望の合成ベクトルＴＧを得ようとすると、左右の船外機１１，１２から、極めて大きな推進力を発生させなければならない。したがって、中心線５上における作用点Ｆの位置は、操舵角による制限およびエンジン３９の出力による制限のために、（ａmin，０）と（ａmax，０）の範囲Δｘ内に制限される。
【００６６】
この制限のために、作用点Ｆを中心線５上に配置する限り、たとえば、瞬間中心Ｇが図６に示す位置（ａ′，ｃ）にあるとき、この瞬間中心Ｇから図６において斜線を付して示す範囲へと向かう平行移動を実現することができない。つまり、角速度ω＝０を実現することができず、船体２に回転モーメントが与えられてしまう。
そこで、この実施形態では、図７に示すように、操舵角φＲを減少させていって、所定の切換え基準舵角φSに達したときには、中心線５外に作用点Ｆを設定する。所定の切換え基準舵角φSに達したときとは、作用点Ｆが（ａmax，０）に達しても角速度ω＝ωt（たとえばωt＝０）とすることができない場合である。この場合、角速度ω＝０となるように操舵角φＬ，φＲを制御すると、瞬間中心Ｇを通り、目標移動角度θに沿う直線６２上に作用点Ｆが位置することになる。そして、所望の大きさおよび方向の合成ベクトルＴＧが得られるように、左右の船外機１１，１２の出力（推進力）が制御される。
【００６７】
一般には、瞬間中心Ｇは、船体２内のいずれかの位置にあるから、船体２の左右方向の幅程度の所定範囲Δｙ内で作用点を定められれば十分である。この所定範囲Δｙ内に作用点Ｆを定めても目標角速度ωtを達成できないときには、たとえば、アラームを発生して、操船者にそのことを報知するようにしてもよい。
操舵角φＲを大きくしていって、作用点Ｆが中心線５上で（ａmin，０）に達してもなお目標角速度ωtを達成できないときも同様に、アラームを発生して、操船者にそのことを報知することが好ましい。
【００６８】
制御を簡単にするために、図７に示された状況のとき、左右の船外機１１，１２の操舵角φＬ，φＲは、次の式によって算出される。
φＬ＝ψ−φS
φＲ＝ψ＋φS            （ψは操舵角補正値）
このように操舵角φＬ，φＲを定めることとしておけば、目標角速度ωtを達成できる操舵角補正値ψを定めればよいことになるから、制御演算が簡単になる。ただし、φSは、作用点Ｆが中心線５上の点（ａmax，０）にあるときの操舵角である切換え基準舵角であり、φS＝ｔａｎ-1（ｂ／ａmax）である。
【００６９】
次に、図４を参照して、左右の船外機１１，１２から発生させるべき推進力｜ＴＬ｜，｜ＴＲ｜の具体的な算出方法について説明する。
横移動操作部１０から入力される目標合成推進力ＴＧtの大きさ｜ＴＧt｜は、船舶１全体の質量および生じさせたい加速度によって定まる。この目標合成推進力の大きさ｜ＴＧt｜を実現する右舷船外機１２の目標推進力ベクトルＴＲtの大きさ｜ＴＲt｜が、左舷船外機１１の目標推進力ベクトルＴＬtの大きさ｜ＴＬt｜にスカラー量である下記第(1)式の係数ｋを乗じることによって与えられるものとする（下記第(1)式）。
【００７０】
｜ＴＬt｜＝ｋ｜ＴＲt｜                                  ……(1)
ただし、横移動モードにおいて、φt＝φＲt＝−φＬt（φtは目標操舵角基本値）となるように、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＲt，φＬtが設定されるものとする。
一方、左右の船外機１１，１２の目標推進力ベクトルＴＬt，ＴＲtを合成することによって、目標合成推進力ベクトルＴＧtが得られる場合に、目標合成推進力ベクトルＴＧtのｘ方向成分ＴＧtｘおよびｙ方向成分ＴＧtｙについて、次式が成り立つ。
【００７１】
ＴＧtｘ＝｜ＴＧt｜cosθt＝｜ＴＲt｜cosφt＋｜ＴＬt｜cosφt    ……(2)
ＴＧtｙ＝｜ＴＧt｜sinθt＝｜ＴＲt｜sinφt−｜ＴＬt｜sinφt    ……(3)
これより、｜ＴＲt｜は次式で表すことができる。
【００７２】
【数１】
2005145438.tif 000003
【００７３】
一方、上記第(2)式および第(3)式から、次の関係が得られる。
【００７４】
【数２】
2005145438.tif 000004
【００７５】
この第(5)式に前記第(1)式を代入して整理すると、次式が得られる。
【００７６】
【数３】
2005145438.tif 000005
【００７７】
これをｋについて解くことにより、次式が得られる。
ｋ＝（ｔａｎφt−ｔａｎθt）／（ｔａｎφt＋ｔａｎθt）  ……(7)
したがって、目標操舵角基本値φt（＝φＲt）および目標移動角度θtから、前記第(7)式によって係数ｋが得られ、この係数ｋ、目標操舵角基本値φt、目標移動角度θtおよび目標合成推進力｜ＴＧt｜に基づいて、前記第(4)式によって、右舷船外機１２の目標推進力｜ＴＲt｜が得られる。さらに、前記第(1)式により、左舷船外機１２の目標推進力｜ＴＬt｜が求まる。
【００７８】
そこで、目標操舵角基本値φt（右舷船外機１２の操舵角センサ４９による検出値でもよい。）、目標移動角度θtおよび目標合成推進力｜ＴＧt｜を入力として、マイクロコンピュータによる演算処理によって、左右の船外機１１，１２の目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜を求めることができる。
ただし、前記第(4)式は、θt＝−π／４，３π／４（rad）のときに０／０となって計算できなくなる。そこで、後述の実施形態では、０から２πまでの範囲でπ／３６刻みの目標移動角度θtについて、様々な目標操舵角基本値φtおよび目標合成推進力｜ＴＧt｜に対する前記目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜が予め算出され、その算出結果をマップとして保持して、推進力の制御に用いるようにしている。
【００７９】
図７のように、作用点Ｆが中心線５からずれると、φＬ＝−φＲ＝−φなる関係が崩れる。しかし、この場合でも、前記マップの適用が可能である。これは、φＬt＝ψt−φS，φＲt＝ψt＋φSとして操舵角目標値φＬt，φＲtが定められるからである。より具体的には、目標操舵角基本値φtを操舵角入力値φＲt−ψt（または、φt←φＲ−ψt）に置き換え、かつ、目標移動角度θtを目標移動角度入力値θt−ψtに置き換えて、前記マップを適用すればよい。
【００８０】
図８は、スロットル制御部２１およびシフト制御部２２の機能的な構成を説明するためのブロック図であり、とくに、横移動モードのときの制御に関する構成が示されている。スロットル制御部２１は、左右の船外機１１，１２のエンジン３９の目標エンジン回転数｜ＮＬt｜および｜ＮＲt｜を算出する目標エンジン回転数算出モジュール７０（目標推進力算出手段）と、算出された目標エンジン回転数｜ＮＬt｜および｜ＮＲt｜に基づいて船外機１１，１２のエンジン３９の各目標スロットル開度を算出するスロットル開度算出モジュール８０（推進力制御手段）とを備えている。
【００８１】
目標エンジン回転数算出モジュール７０は、操舵制御部２３から右舷船外機１２の操舵角φＲ（目標操舵角φＲtでもよい。）および前記目標操舵角補正値ψtを得て、マップ検索用の操舵角入力値φＲ−ψt（またはφＲt−ψt）を算出する操舵角入力値算出部７１と、横移動操作部１０からの目標移動角度θtと前記目標操舵角補正値ψtとに基づいてマップ検索用の目標移動角度入力値θt−ψtを算出する目標移動角度入力値算出部７２とを備えている。さらに、目標エンジン回転数算出モジュール７０は、左舷船外機１１の目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜を算出する目標推進力算出部７４と、この目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜に対応する左右の船外機１１，１２の目標エンジン回転数ＮＬt、ＮＲt（推進力の発生方向を表す符合付きの値）を生成する推進力−回転数変換テーブル７５と、目標エンジン回転数の絶対値｜ＮＬt｜，｜ＮＲt｜を求め、これらを所定の下限回転数（たとえば、エンジン３９のアイドル回転数に等しい。）と比較する下限回転数判定部７６とを備えている。
【００８２】
目標推進力算出部７４は、操舵角入力値φＲ−ψt（またはφＲt−ψt）、目標移動角度入力値θt−ψtおよび横移動操作部１０から与えられる目標合成推進力｜ＴＧt｜を入力として、前記目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜を出力する前述のマップからなる。
目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜は、そのままでは、エンジン３９の制御に適さないので、エンジン３９の特性に従って、推進力−回転数変換テーブル７５において、目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtに変換される。目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtの符合は、目標移動角度θtに応じて定められる。具体的には、０≦θt≦πであれば、左舷船外機１１の目標回転速度ＮＬtには後進を表す負符合が付与され、右舷船外機１２の目標回転速度ＮＲtには前進を表す正符合が付与される。一方、π＜θt＜２π（または−π＜θt＜０）であれば、左舷船外機１１の目標回転速度ＮＬtには前進を表す正符合が付与され、右舷船外機１２の目標回転速度ＮＲtには後進を表す負符合が付与される。求められた目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtは、回転速度比較手段としての下限回転数判定部７６に与えられるほか、シフト制御部２２にも入力される。
【００８３】
下限回転数判定部７６は、目標エンジン回転数の絶対値｜ＮＬt｜，｜ＮＲt｜が下限回転数ＮLL（＝アイドル回転数）未満かどうかを判定し、その判定結果をシフト制御部２２に与える。また、目標エンジン回転数の絶対値｜ＮＬt｜，｜ＮＲt｜は、スロットル開度算出モジュール８０に与えられる。ただし、左舷船外機１１の目標エンジン回転数｜ＮＬt｜が下限回転数ＮLL未満である場合は、下限回転数判定部７６は、目標エンジン回転数｜ＮＬt｜に下限回転数ＮLLを代入する。同様に、右舷船外機１２の目標エンジン回転数｜ＮＲt｜が下限回転数ＮLL未満である場合には、下限回転数判定部７６は、目標エンジン回転数｜ＮＲt｜に下限回転数ＮLLを代入される。
【００８４】
スロットル開度算出モジュール８０は、左舷ＰＩ（比例積分）制御モジュール８１と、右舷ＰＩ制御モジュール８２とを有し、これらは同じ構成を有している。左舷ＰＩ制御モジュール８１には、下限回転数判定部７６から左舷船外機１１の目標エンジン回転数｜ＮＬt｜が入力されるとともに、左舷船外機１１の船外機ＥＣＵ１３から現在のエンジン回転数ＮＬ（≧０）が入力されるようになっている。これらの偏差εＬ＝｜ＮＬt｜−ＮＬが偏差演算部８３によって算出される。偏差演算部８３が出力する偏差εＬは、比例ゲイン乗算部８４に与えられるとともに、積分部８５において離散積分処理を受ける。この積分部８５による積分結果は、積分ゲイン乗算部８６に与えられる。比例ゲイン乗算部８４は、偏差εＬに対して比例ゲインｋｐを乗じた値を出力し、積分ゲイン乗算部８６は偏差εＬの積分値に積分ゲインｋｉを乗じた値を出力する。これらが、加算部８７によって加算されることにより、左舷船外機１１のエンジン３９に対する目標スロットル開度が得られる。この目標スロットル開度は、左舷船外機１１の船外機ＥＣＵ１３に与えられる。このように、左舷ＰＩ制御モジュール８１は、いわゆるＰＩ（比例積分）制御を実行する。
【００８５】
右舷ＰＩ制御モジュール８２も同様に構成されている。すなわち、右舷ＰＩ制御モジュール８２は、右舷船外機１２のための目標エンジン回転数｜ＮＲt｜と現在のエンジン回転数ＮＲ（≧０）との偏差εＲに対してＰＩ（比例積分）制御を実行して、右舷船外機１２のエンジン３９に対する目標スロットル開度を出力する。この目標スロットル開度は、右舷船外機１２の船外機ＥＣＵ１４に与えられる。
【００８６】
シフト制御部２２は、左舷シフト制御モジュール９１と、右舷シフト制御モジュール９２とを有し、これらは同様に構成されている。これらのシフト制御モジュール９１，９２は、推進力−回転数変換テーブル７５から与えられる目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtに基づいて船外機１１，１２のシフト機構４３（より具体的にはドッグクラッチ４３ｄ）のシフト位置を、前進位置、後進位置またはニュートラル位置に制御するためのシフト制御信号をそれぞれ生成するものである。これらのシフト制御モジュール９１，９２は、目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtが下限回転数ＮLL未満のときには、シフト機構４３のシフト位置をニュートラル位置と前進位置または後進位置とに交互に周期的に切り換え、エンジン３９とプロペラ４０との間を間欠的に結合する間欠シフト制御（間欠結合制御）を実行する。
【００８７】
以下、この間欠シフト制御を「ＰＷＭ制御」（パルス幅変調制御）という。また、ＰＷＭ制御の周期Ｓ中において、シフト位置が前進位置または後進位置とされることによって、エンジン３９の回転がプロペラシャフト４２に伝達される時間を「シフトイン時間」という。ＰＷＭ周期Ｓ中において、シフトイン時間Ｓinを除く時間（Ｓ−Ｓin）は、シフト位置がニュートラル位置とされる「ニュートラル時間」である。
【００８８】
左舷シフト制御モジュール９１は、推進力−回転数変換テーブル７５から与えられる左舷船外機１１の目標エンジン回転数ＮＬtの符合に基づいてシフト機構４３のシフト位置（前進位置、後進位置またはニュートラル位置）を出力するシフトルールテーブル９３を備えている。また、左舷シフト制御モジュール９１は、推進力−回転数変換テーブル７５から与えられる目標エンジン回転数ＮＬtの絶対値｜ＮＬt｜に基づいてシフトイン時間Ｓinを算出するシフトイン時間算出部９４（結合維持時間算出手段）を備えている。さらに、左舷シフト制御モジュール９１は、シフトルールテーブル９３およびシフトイン時間算出部９４の出力に基づいて、左舷船外機１１のシフト機構４３のシフト位置信号を生成するシフト位置出力部９５（間欠結合制御手段）を備えている。
【００８９】
シフトルールテーブル９３は、目標エンジン回転数ＮＬtの符合が正のとき、前進位置を表す信号を出力し、その符合が負のとき後進位置を表す信号を出力する。また、目標エンジン回転数ＮＬtの絶対値が、実質的に零とみなすことができる場合（たとえば、１００ｒｐｍ以下）のときに、ニュートラル位置を表す信号を出力する。
シフトイン時間算出部９４は、下限回転数判定部７６が、目標エンジン回転数ＮＬtが下限回転数ＮLL以上であると判定していれば、Ｓin＝Ｓとする。この場合、ＰＷＭ制御は行われず、シフト機構４３のシフト位置は、シフトルールテーブル９３が生成したシフト位置に保持される。一方、下限回転数判定部７６が、目標エンジン回転数ＮＬtが下限回転数ＮLL未満であると判定している場合には、シフトイン時間算出部９４は、ＰＷＭ制御のデューティ比ＤをＤ＝ＮＬt／ＮLLとし、シフトイン時間Ｓin＝Ｓ・Ｄに設定する。
【００９０】
シフト位置出力部９５は、ＰＷＭ周期Ｓを周期としてシフト位置信号を出力する。より具体的には、シフト位置出力部９５は、ＰＷＭ周期Ｓ中において、シフトイン時間算出部９４が算出したシフトイン時間Ｓinに渡って、シフトルールテーブル９３の出力に従うシフト位置信号を継続して生成し、残余のニートラル時間には、シフトルールテーブル９３の出力によらずに、ニートラル位置を表すシフト位置信号を生成する。むろん、シフトイン時間Ｓin＝Ｓであれば、終始、シフトルールテーブル９３の出力に従うシフト位置信号が出力されることになる。
【００９１】
右舷シフト制御モジュール９２も同様に構成されていて、右舷船外機１２に対応した目標エンジン回転数ＮＲt、およびその絶対値に対する下限回転数判定部７６の判定結果に対して、同様の動作を実行して、右舷船外機１２のシフト機構４３のシフト位置を制御する。
船外機１１，１２のエンジン３９は、その性質上、下限回転数ＮLL未満で作動させることはできないから、下限回転数ＮLL未満の出力は得られない。そこで、この実施形態では、下限回転数ＮLL未満の絶対値を有する目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtが設定されたときには、エンジン３９を下限回転数ＮLLで作動させる一方で、エンジン３９の回転が、目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtに応じたデューティ比Ｄで間欠的にプロペラ４０に伝達される。これにより、アイドル回転数ＮLL未満の回転数に相当する推進力を得ることができるようになっている。
【００９２】
シフト制御部２２には、さらに、横移動モード中に、左右の船外機１１，１２のエンジン３９が停止しているかどうかを判定するためのエンジン状態判定部９０（原動機状態判定手段）が備えられている。このエンジン状態判定部９０は、船外機ＥＣＵ１３，１４から、左右の船外機１１，１２のエンジン３９の回転数ＮＬ，ＮＲを取得する。そして、エンジン状態判定部９０は、エンジン回転数ＮＬ，ＮＲが実質的に零かどうかに基づき、エンジン３９が動作中かどうかを判定する。もしも、横移動モード中にいずれかの船外機のエンジン３９が停止状態となると、このことを表す信号がシフト位置出力部９５に与えられる。これに応答して、シフト位置出力部９５は、全ての船外機１１，１２のシフト機構４３のシフト位置をニュートラルに制御する。
【００９３】
また、エンジン状態判定部９０は、エンジン３９の再始動を制御する再始動制御手段としての機能も有している。すなわち、エンジン状態判定部９０は、横移動モード中にいずれかの船外機１１，１２のエンジン３９が停止状態に陥ったと判断すると、当該船外機１１，１２の船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、エンジン３９の再始動を要求する。これに応答して、船外機ＥＣＵ１３，１４は、スタータモータ４５を作動させる。
【００９４】
エンジン状態判定部９０は、エンジン回転数ＮＬ，ＮＲを監視して、エンジン３９が再始動したかどうかを判断する。停止状態のエンジン３９が再始動して、全ての船外機１１，１２のエンジン３９が動作状態となると、そのことを表す信号がシフト位置出力部９５に与えられる。これに応答してシフト位置出力部９５は、シフトルールテーブル９３およびシフトイン時間算出部９４の出力に応じて、シフト機構４３を制御する状態に復帰する。
【００９５】
図９は、左舷シフト制御モジュール９１および右舷シフト制御モジュール９２によるＰＷＭ動作を説明するためのタイミングチャートである。実線は、左舷シフト制御モジュール９１によって制御される左舷船外機１１のシフト機構４３のシフト位置の変化を表す。破線は、右舷シフト制御モジュール９２によって制御される右舷船外機１２のシフト機構４３のシフト位置の変化を表す。
【００９６】
左右の船外機１１，１２の目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲtの絶対値がいずれも下限回転数（アイドル回転数）ＮLL未満の場合を想定する。このとき、左舷シフト制御モジュール９１および右舷シフト制御モジュール９２にそれぞれ備えられたシフトイン時間算出部９４は、それぞれシフトイン時間Ｓin＿L，Ｓin＿Rを算出する。したがって、左舷船外機１１では、ＰＷＭ周期Ｓ中のシフトイン時間Ｓin＿Lに渡って、ドッグクラッチ４３ｄが前進位置または後進位置にシフトインし、残余の時間（Ｓ−Ｓin＿L）には、ドッグクラッチ４３ｄはニュートラル位置となる。同様に、右舷船外機１２では、ＰＷＭ周期Ｓ中のシフトイン時間Ｓin＿Rに渡って、ドッグクラッチ４３ｄが前進位置または後進位置にシフトインし、残余の時間（Ｓ−Ｓin＿R）には、ドッグクラッチ４３ｄはニュートラル位置となる。シフトイン時間Ｓin＿L，Ｓin＿R中には、下限回転数ＮLLで回転しているエンジン３９の回転がプロペラ４０に伝達される。
【００９７】
この実施形態では、左舷シフト制御モジュール９１および右舷シフト制御モジュール９２にそれぞれ備えられたシフト位置出力部９５は、ＰＷＭシフト制御を互いに同期させる。すなわち、図９に示されているように、各ＰＷＭ周期において、シフトインタイミングを同期させるようになっている。これにより、ＰＷＭ制御時における乗り心地を改善できる。むろん、ＰＷＭシフト制御を同期させなくとも、各船外機１１，１２から必要な推進力を発生させることができるが、左右の船外機１１，１２におけるシフトインタイミングのずれに起因して、乗り心地が悪くなる。
【００９８】
図１０は、操舵制御部２３の機能的な構成を示すブロック図であり、とくに、横移動モードのときの制御に関する構成が示されている。操舵制御部２３は、作用点Ｆが中心線５上にあるときの目標操舵角φＲt，φＬtを演算する第１目標操舵角演算部１０１（目標操舵角算出手段）と、作用点Ｆが中心線５外にあるときの目標操舵角φＲt，φＬtを演算するための第２目標操舵角演算部１０２（目標操舵角算出手段）と、これらの出力のいずれかを選択して出力するセレクタ１０３と、このセレクタ１０３の切り換えを制御するための比較部１０４とを備えている。
【００９９】
比較部１０４は、第１目標操舵角演算部１０１が演算する右舷船外機１２の目標操舵角φＲtと、前記切換え基準舵角φS（＝ｔａｎ-1（ｂ／ａmax））とを比較する。すなわち、比較部１０４は、第１目標操舵角演算部１０１が演算する右舷船外機１２の目標操舵角φＲtが切換え基準舵角φS以上であれば、セレクタ１０３に、第１目標操舵角演算部１０１の出力を選択させる。一方、第１目標操舵角演算部１０１が演算する右舷船外機１２の目標操舵角φＲtが切換え基準舵角φS未満であるときは、比較部１０４は、セレクタ１０３に、第２目標操舵角演算部１０２の出力を選択させる。
【０１００】
第１目標操舵角演算部１０１は、ヨーレートセンサ９によって検出される角速度ωと、横移動操作部１０から与えられる目標角速度ωtとを入力としたＰＩ（比例積分）制御モジュールで構成されている。すなわち、第１目標操舵角演算部１０１は、ＰＩ制御によって、角速度ωを目標角速度ωtに一致させるように動作する。より具体的には、第１目標操舵角演算部１０１は、角速度ωと目標角速度ωtとの偏差εωを演算する偏差演算部１０６と、この偏差演算部１０６の出力εωに対して比例ゲインｋω1を乗じる比例ゲイン乗算部１０７と、偏差演算部１０６が出力する偏差εωを積分する積分部１０８と、この積分部１０８の出力に対して積分ゲインｋθ1を乗じる積分ゲイン乗算部１０９と、比例ゲイン乗算部１０７および積分ゲイン乗算部１０９の出力を加算して操舵角偏差Δφを生成する第１加算部１１０とを備えている。これらが、操舵角偏差演算手段を構成している。
【０１０１】
さらに、第１目標操舵角演算部１０１は、基本目標操舵角としての初期目標操舵角φｉを記憶するメモリ１１１（基本目標操舵角記憶手段）と、このメモリ１１１に記憶された初期目標操舵角φｉを前記第１加算部１１０が生成する操舵角偏差Δφに加算して目標操舵角基本値φt（＝φｉ＋Δφ）を求める第２加算部１１２（加算手段）とを備えている。この目標操舵角基本値φtは、そのまま右舷船外機１２のための目標操舵角φＲtとして用いられる。また、目標操舵角基本値φtの符合を反転部１１３で反転した値−φtが左舷船外機１１のための目標操舵角φＬtとされる。
【０１０２】
メモリ１１１は、不発性の書き換え可能なメモリ、たとえばフラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去・書き込み可能な読出し専用メモリ）で構成されている。このメモリ１１１には、たとえば、ディラーからユーザーへの船舶１の受け渡しに先だって、たとえば、専用の入力装置を用いて、初期目標操舵角φｉが書き込まれている。このときの初期目標操舵角φｉは、たとえば、船体２および船外機１１，１２の種類に応じて定まる設計上の瞬間中心Ｇｉ（ａi，０）に基づいて、φｉ＝ｔａｎ-1（ｂ／ａi）とされる。瞬間中心Ｇｉ（ａi，０）は、テスト航走を行って実測により求めることとしてもよい。
【０１０３】
メモリ１１１には、初期目標操舵角φｉに対応するパラメータａi，ｂを初期目標操舵角情報として格納することとしてもよい。この場合、初期目標操舵角φｉは、φｉ＝ｔａｎ-1（ｂ／ａi）の演算によって求められることになる。
この実施形態では、船舶１の荷重の変化等に依存する瞬間中心Ｇの変動を学習する学習機能が付加されている。すなわち、メモリ１１１における初期目標操舵角φｉを更新する書込み処理部１１４が設けられている。この書込み処理部１１４は、船外機１１，１２を駆動停止して航走制御を停止するときや、横移動モードから通常航走モードに切り換わるときに、第２加算部１１２が生成している目標操舵角基本値φtを、新たな初期目標操舵角φｉとしてメモリ１１１に書き込む。
【０１０４】
第２目標操舵角演算部１０２も、ヨーレートセンサ９によって検出される角速度ωと、横移動操作部１０から与えられる目標角速度ωtとを入力としたＰＩ（比例積分）制御モジュールで構成されている。すなわち、第２目標操舵角演算部１０２は、ＰＩ制御によって、角速度ωを目標角速度ωtに一致させるように動作する。具体的には、第２目標操舵角演算部１０２は、角速度ωと目標角速度ωtとの偏差εωを演算する偏差演算部１１６と、この偏差演算部１１６の出力εωに対して比例ゲインｋω2を乗じる比例ゲイン乗算部１１７と、偏差演算部１１６が出力する偏差εωを積分する積分部１１８と、この積分部１１８の出力に対して積分ゲインｋθ2を乗じる積分ゲイン乗算部１１９と、比例ゲイン乗算部１１７および積分ゲイン乗算部１１９の出力を加算して目標操舵角補正値ψtを生成する第１加算部１２０とを備えている。さらに、第２目標操舵角演算部１０２は、切換え基準舵角φSを記憶するメモリ１２１と、このメモリ１２１に記憶された切換え基準舵角φSを前記第１加算部１２０が生成する目標操舵角補正値ψtに加算して右舷船外機１２のための目標操舵角φＲt（＝φS＋ψt）を求める第２加算部１２２と、切換え基準舵角φSの符合を反転した値−φSを生成する反転部１２３と、この反転部１２３が生成する値−φSに目標操舵角補正値ψtを加算して左舷船外機１１のための目標操舵角φＬt（＝−φS＋ψt）を生成する第３加算部１２４とを備えている。メモリ１２１が生成する切換え基準舵角φSは、前記比較部１０４にも与えられるようになっている。
【０１０５】
また、セレクタ１０３は、第１加算部１２０から生成される目標操舵角補正値ψtと、零とを切り換えて出力することができるようになっている。
このような構成によって、中心線５上の所定範囲Δｘ（ｘ＝ａmin〜ａmaxの範囲。図７参照）内で作用点Ｆを移動させて目標角速度ωtが達成できる状態では、第１目標操舵角演算部１０１が生成する目標操舵角φＬt，φＲtがセレクタ１０３によって選択され、船外機ＥＣＵ１３，１４に与えられる。このとき、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt，φＲtの間には、φＬt＝−φＲtなる関係が成立する。また、セレクタ１０３は、スロットル制御部２１の演算に用いられるψtの値として、ψt＝０を出力する。
【０１０６】
一方、中心線５上の所定範囲Δｘ内で作用点Ｆを移動させても目標角速度ωtを達成できず、作用点Ｆが当該範囲Δｘの端点（ａmax，０）に達すると、φＲt＜φSとなり、セレクタ１０３は、第２目標操舵角演算部１０２の出力を選択する。これにより、作用点Ｆが中心線５外へと移動するように、切換基準舵角φSを基準とした目標操舵角φＬt，φＲtが左右の船外機１１，１２に対して設定される。また、セレクタ１０３は、スロットル制御部２１の演算に用いられるψtの値として、第１加算部１２０が生成する値を出力する。
【０１０７】
図１１は、スロットル制御部２１によるスロットル制御を説明するためのフローチャートである。目標エンジン回転数算出モジュール７０は、操舵制御部２３から、右舷目標操舵角φＲt（または実際に検出した操舵角φＲ）および目標操舵角補正値ψtを取得し、さらに、横移動操作部１０から目標移動角度θtおよび目標合成推進力｜ＴＧt｜を取得する（ステップＳ１０）。
【０１０８】
これらに基づき、主として目標推進力算出部７４の働きにより、左右の船外機１１，１２の目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜が算出される（ステップＳ１１）。さらに、推進力−回転数変換テーブル７５により、目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜および目標移動角度θに応じた目標エンジン回転数ＮＬt，ＮＲt（絶対値が下限回転数ＮLL未満のときには下限回転数となる。）が求められる（ステップＳ１２）。そして、これに基づいて、主としてスロットル開度算出モジュール８０の働きにより、スロットル開度指令が生成され、船外機ＥＣＵ１３，１４に供給される（ステップＳ１３）。これに応じて、船外機ＥＣＵ１３，１４は、与えられたスロットル開度指令に従って、各スロットルアクチュエータ５２を制御する（ステップＳ１４）。こうして、船外機１１，１２のエンジン３９のスロットル開度が制御され、その結果、それらのエンジン回転数が制御される。これにより、左右の船外機１１，１２は、それぞれ目標推進力｜ＴＬt｜，｜ＴＲt｜を発生する。
【０１０９】
スロットル制御部２１は、さらに、横移動モードの制御を継続するかどうかを判断する（ステップＳ１５）。この判断は、横移動操作部１０の操作が継続しているかどうか、すなわち、横移動操作部１０からの有意な入力が検出されるかどうかによって判断できる。このほか、ステアリング操作部７またはスロットル操作部８からの有意な入力が検出された場合には、横移動モードから通常航走モードへ復帰すべきものとして、ステップＳ１０〜Ｓ１４の制御を終了する。横移動モードの制御を継続する場合には、ステップＳ１０からの処理が繰り返される。
【０１１０】
図１２は、左舷船外機１１のシフト機構４３に関する制御内容を説明するためのフローチャートである。推進力−回転数変換テーブル７５によって目標エンジン回転数ＮＬtが算出されると（ステップＳ２０）、下限回転数判定部７６により、その絶対値と下限回転数ＮLLとが比較される（ステップＳ２１）。目標エンジン回転数ＮＬtが下限回転数ＮLL未満のときは、シフト制御部２２のシフトイン時間算出部９４は、デューティ比Ｄ＝ＮＬt／ＮLLとし、下限回転数判定部７６は、目標エンジン回転数ＮＬtの絶対値を下限回転数ＮLLとして、スロットル開度算出モジュール８０（左舷ＰＩ制御モジュール８１）に入力する（ステップＳ２２Ａ）。
【０１１１】
さらに、シフトイン時間算出部９４は、シフトイン時間Ｓin＝Ｓ・Ｄを算出する（ステップＳ２３）。また、シフトルールテーブル９３により、目標エンジン回転数ＮＬtに応じたシフト位置が設定される（ステップＳ２３）。これらに基づいて、シフト位置出力部９５から、シフト位置指令が出力されることになる（ステップＳ２４）。このシフト位置指令に基づいて、船外機ＥＣＵ１３は、シフトアクチュエータ５２を制御する。
【０１１２】
目標エンジン回転数ＮＬtが下限回転数ＮLL以上のときは（ステップＳ２１）、シフトイン時間算出部９４は、デューティ比Ｄ＝１とし、下限回転数判定部７６は、目標エンジン回転数ＮＬtをそのままスロットル開度算出モジュール８０（左舷ＰＩ制御モジュール８１）に入力する（ステップＳ２２Ｂ）。この後は、ステップＳ２３からの処理が行われる。
【０１１３】
ステップＳ２５における判断は、図１１のステップＳ１５における判断と同様であり、スロットル制御部２１によって行われる。
また、右舷船外機１２のシフト機構４３に関する制御も同様にして行われる。
図１３は、操舵制御部２３による横移動モード時の制御動作を説明するためのフローチャートである。操舵制御部２３は、ヨーレートセンサ９が検出する角速度ωと、横移動操作部１０から入力される目標角速度ωtとを取得する（ステップＳ３０Ａ）。第１目標操舵角演算部１０１は、ＰＩ制御によって、目標操舵角基本値φt＝φｉ＋Δφを求める（ステップＳ３０Ｂ）。そして、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt＝−φt、φＲt＝φtを求め、セレクタ１０３へと入力する（ステップＳ３１）。
【０１１４】
一方、比較部１０４では、目標操舵角基本値φtと切換え基準舵角φS（＝tan-1(b/amax)とが大小比較される（ステップＳ３２）。φt≧φSなら、セレクタ１０３は第１目標操舵角演算部１０１の出力を選択するように制御される（ステップＳ３３）。そして、操舵制御部２３は、第２目標操舵角演算部１０２側の積分部１１８の積分値を零にリセットする（ステップＳ３４）。また、φt＜φSなら、セレクタ１０３は、第２目標操舵角演算部１０２の出力を選択するように制御される（ステップＳ３５）。第２目標操舵角演算部１０２は、ＰＩ制御によって、目標操舵角補正値ψtを算出し（ステップＳ３６）、さらに、これに基づいて、左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt＝ψt−φS、φＲt＝ψt＋φSを算出する（ステップＳ３７）。
【０１１５】
セレクタ１０３で選択された左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt，φＲtは、船外機ＥＣＵ１３，１４へと出力される（ステップＳ３８）。したがって、船外機ＥＣＵ１３，１４は、与えられた目標操舵角φＬt，φＲtに基づいて、左右の船外機１１，１２の操舵アクチュエータ５３を制御することになる。その後、操舵制御部２３は、横移動モードによる制御を終了すべきかどうかを判断する（ステップＳ３９）。この判断は、図１１のステップＳ１５においてスロットル制御部２１によって行われる判断と同様である。横移動モードによる制御を継続すべきときには、ステップＳ３０Ａからの制御が繰り返される。
【０１１６】
図１４は、シフト制御部２２に備えられたエンジン状態判定部９０が横移動モード時に実行する船外機１１，１２の停止監視処理を説明するためのフローチャートである。エンジン状態判定部９０は、船外機ＥＣＵ１３，１４から与えられるエンジン回転数ＮＬ，ＮＲを監視し、少なくとも１つの船外機１１，１２のエンジン３９が停止したかどうかを判断する（ステップＳ４０）。いずれの船外機１１，１２のエンジン３９も運転状態であれば、シフト位置出力部９５によるシフト機構４３の制御を継続させる（ステップＳ４１）。
【０１１７】
一方、いずれかの船外機１１，１２のエンジン３９の停止状態が検出されると、シフト位置出力部９５に対して、全ての船外機１１，１２のシフト機構４３のシフト位置をニュートラル位置とするための指令を与える（ステップＳ４２）。これにより、いずれの船外機１１，１２からも推進力が生じない状態となる。次いで、エンジン状態判定部９０は、エンジン３９が停止した船外機１１，１２の船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、再始動指令を与える（ステップＳ４３）。これにより、その船外機１１，１２では、スタータモータ４５が作動させられ、エンジン３９の再始動が行われる。
【０１１８】
その後、エンジン状態判定部９０は、制御を終了するかどうかを判断する（ステップＳ４４）。この判断は、図１１のステップＳ１５においてスロットル制御部２１によって行われる判断と同様である。横移動モードによる制御を継続すべきときには、ステップＳ４０からの制御が繰り返される。
図１５は、この発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図であり、図８の目標エンジン回転数算出モジュール７０に代えて用いることができる回転数算出モジュール１３０の構成が示されている。この図１５において、図８に示された各部と同等の機能部分には、同一の参照符合を付して示す。また、前述の図１〜図１４を併せて参照する。
【０１１９】
この実施形態では、横移動操作部１０から与えられる目標合成推進力｜ＴＧt｜に応じて、推進力−回転数変換テーブル１３１（第１回転速度設定手段））により、左舷船外機１１の目標エンジン回転数ＮＬtが求められる。この目標エンジン回転数ＮＬtは、エンジン回転数演算部１３２（第２回転速度設定手段）に与えられる。エンジン回転数演算部１３２には、さらに、右舷船外機１２の目標操舵角φＲt（検出した操舵角φＲでもよい。）、目標操舵角補正値ψt、および目標移動角度θtが与えられる。これらに基づいて、エンジン回転数演算部１３２は、目標移動角度θtに向かって船体２を移動させる合成推進力が得られるように、右舷船外機１２のエンジン３９のための目標エンジン回転数ＮＲtを求める。
【０１２０】
目標エンジン回転数ＮＬtは、目標合成推進力｜ＴＧt｜に相当する推進力が船外機１１から発生される値である必要はない。むしろ、目標エンジン回転数ＮＬtは、目標合成推進力｜ＴＧt｜に対応する値よりも小さな値であることが好ましい。これは、横移動操船時には、船外機１１，１２が発生する推進力の方向と、船体２の移動方向とが大きく異なるため、合成推進力｜ＴＧ｜が小さいにも拘わらず、船外機１１，１２のエンジン３９が高回転で運転されることになる。そのため、横移動操船時には、操船者や乗員は、大きなエンジン音により、不快感や違和感を持つおそれがある。
【０１２１】
この実施形態では、横移動操作部１０の操作量を左舷船外機１１のエンジン回転数に対応付けることができる。これにより、横移動操作部１０の操作量に対して操船者が期待する回転数でエンジン３９を作動させることができる。その結果、大きなエンジン音に起因する不快感を緩和することができる。また、横移動操作部１０の操作量に応じたエンジン回転数が得られるので、操船者が違和感を持つこともない。
【０１２２】
以上、この発明の２つの実施形態について説明したが、この発明はさらに他の形態で実施することもできる。たとえば、前述の実施形態では、船体２の瞬間中心Ｇが変動することを前提としているが、瞬間中心Ｇが実質的に不変であるとみなすことができる場合には、構成および制御内容をより簡単にすることができる。具体的には、種々の目標角速度ωtにそれぞれ対応する目標操舵角基本値φtを予め定めてメモリに記憶させておき、横移動モード時には、メモリから対応する目標操舵角基本値φtを読み出して左右の船外機１１，１２の目標操舵角φＬt，φＲtを定めればよい。また、さらに、目標角速度ωtを零に固定しても差し支えない場合には、横移動モード時における目標操舵角基本値φtは、瞬間中心Ｇと船外機１１，１２の推進力発生位置との幾何学的関係によって定まる一定値（作用点Ｆが瞬間中心Ｇに一致する値）とすることができる。この場合には、構成および制御内容がより一層簡単になる。
【０１２３】
また、上記の実施形態では、エンジン３９の出力を制御することによって推進力を制御しているが、たとえば、プロペラの取り付け角度（ピッチ）を制御可能な可変ピッチプロペラを備えた推進機を用いて推進力を制御することもできる。この場合には、目標推進力に応じて、変ピッチプロペラの目標ピッチを算出し、可変ピッチプロペラのピッチを当該目標ピッチに制御すればよい。
【０１２４】
また、前述の実施形態では、一対の船外機１１，１２が設けられた例について説明したが、たとえば、さらに、船体２の中心線５上に第３の船外機を設けてもよい。
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】
【０１２５】
【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】船外機の構成を説明するための図解的な断面図である。
【図３】前記船舶の航走制御に関する構成（航走制御システム）を示すブロック図である。
【図４】横移動モードにより船体を航走させる場合の原理について説明するための図である。
【図５】船体の中心線に対して直交する水平方向に船体を移動させる場合の原理を説明するための図である。
【図６】操舵制御の具体的な内容を説明するための図解図である。
【図７】中心線外に作用点を定める場合の原理を説明するための図解図である。
【図８】スロットル制御部およびシフト制御部の機能的な構成を説明するためのブロック図であり、とくに、横移動モードのときの制御に関する構成を示す。
【図９】左舷シフト制御モジュールおよび右舷シフト制御モジュールによるＰＷＭ動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図１０】操舵制御部の機能的な構成を示すブロック図であり、とくに、横移動モードのときの制御に関する構成を示す。
【図１１】スロットル制御を説明するためのフローチャートである。
【図１２】左舷船外機のシフト機構に関する制御内容を説明するためのフローチャートである。
【図１３】操舵制御部による横移動モード時の制御動作を説明するためのフローチャートである。
【図１４】船外機の停止監視処理を説明するためのフローチャートである。
【図１５】この発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図であり、図８の回転数算出モジュールに代えて用いることができる回転数算出モジュールの構成が示されている。
【符号の説明】
【０１２６】
１      船舶
２      船体
３      船尾
４      船首
５      中心線
６      操作卓
７      ステアリング操作部
７ａ    ステアリングホイール
８      スロットル操作部
８ａ    スロットルレバー
８ｂ    スロットルレバー
９      ヨーレートセンサ
１０      横移動操作部
１０ａ    操作レバー
１０ｂ    回頭速度調整摘み
１１      左舷船外機
１２      右舷船外機
１３      船外機ＥＣＵ
１４      船外機ＥＣＵ
２０      航走制御装置
２１      スロットル制御部
２２      シフト制御部
２３      操舵制御部
２４      トリム角制御部
２５      インタフェース部
２６      インタフェース部
３０      推進ユニット
３１      取り付け機構
３２      クランプブラケット
３３      チルト軸
３４      スイベルブラケット
３５      操舵軸
３６      トップカウリング
３７      アッパケース
３８      ロアケース
３９      エンジン
４０      プロペラ
４１      ドライブシャフト
４２      プロペラシャフト
４３      シフト機構
４３ａ    駆動ギヤ
４３ｂ    前進ギヤ
４３ｃ    後進ギヤ
４３ｄ    ドッグクラッチ
４４      シフトロッド
４５      スタータモータ
４６      スロットルバルブ
４７      操舵ロッド
４８      エンジン回転検出部
４９      操舵角センサ
５０      舵取り機構
５１      スロットルアクチュエータ
５２      シフトアクチュエータ
５３      操舵アクチュエータ
５４      トリムアクチュエータ
６０      直線
６２      直線
７０      目標エンジン回転数算出モジュール
７１      操舵角入力値算出部
７２      目標移動角度入力値算出部
７４      目標推進力算出部
７５      推進力−回転数変換テーブル
７６      下限回転数判定部
８０      スロットル開度算出モジュール
８１      左舷ＰＩ制御モジュール
８２      右舷ＰＩ制御モジュール
８３      偏差演算部
８４      比例ゲイン乗算部
８５      積分部
８６      積分ゲイン乗算部
８７      加算部
９０      エンジン状態判定部
９１      左舷シフト制御モジュール
９２      右舷シフト制御モジュール
９３      シフトルールテーブル
９４      シフトイン時間算出部
９５      シフト位置出力部
１０１    第１目標操舵角演算部
１０２    第２目標操舵角演算部
１０３    セレクタ
１０４    比較部
１０６    偏差演算部
１０７    比例ゲイン乗算部
１０８    積分部
１０９    積分ゲイン乗算部
１１０    加算部
１１１    メモリ
１１２    加算部
１１３    反転部
１１４    書込み処理部
１１６    偏差演算部
１１７    比例ゲイン乗算部
１１８    積分部
１１９    積分ゲイン乗算部
１２０    加算部
１２１    メモリ
１２２    加算部
１２３    反転部
１２４    加算部
１３０    回転数算出モジュール
１３１    推進力−回転数変換テーブル
１３２    エンジン回転数演算部
Ｆ        作用点
Ｇ        瞬間中心
【図１】
2005145438.tif 000006
【図２】
2005145438.tif 000007
【図３】
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【図４】
2005145438.tif 000009
【図５】
2005145438.tif 000010
【図６】
2005145438.tif 000011
【図７】
2005145438.tif 000012
【図８】
2005145438.tif 000013
【図９】
2005145438.tif 000014
【図１０】
2005145438.tif 000015
【図１１】
2005145438.tif 000016
【図１２】
2005145438.tif 000017
【図１３】
2005145438.tif 000018
【図１４】
2005145438.tif 000019
【図１５】
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