專利名稱：船舶操縱設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使船舶移動、轉(zhuǎn)頭(swing)和轉(zhuǎn)動的船舶轉(zhuǎn)向裝置。
技術(shù)背景傳統(tǒng)地，如例如在日本專利No. 3057413中所公開，已經(jīng)公知一種自 動船舶操縱設(shè)備。所公開的自動船舶操縱設(shè)備被構(gòu)造成，遠程操作箱連 接到控制運算裝置。遠程操作箱具有操縱桿和轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤(swing dial)， 操縱桿用于根據(jù)該桿的傾斜方向設(shè)定船體的移動方向，并根據(jù)該桿的傾 斜角度設(shè)定船體的移動速度，轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤用于根據(jù)該轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動方向設(shè)定 船體的轉(zhuǎn)頭方向，并用于根據(jù)該轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動量設(shè)定轉(zhuǎn)頭角速度。在微速 航行期間(通過由減速器使船槳以很低的速度旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)微速航行)， 船舶操作者能夠通過僅僅操作操縱桿和轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤來使船體轉(zhuǎn)動，使船體 回轉(zhuǎn)(pinwheel)，或者使船體平移。以上所述的自動船舶操縱設(shè)備允許船舶操作者通過僅僅操作操縱桿 和轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤來微速地使船體轉(zhuǎn)動、使船體回轉(zhuǎn)或者使船體平移，而不需 要操作其它設(shè)備。因而，例如，當自動船舶操縱設(shè)備應用到大型船時，由于通常對船舶行為改變熟悉的海員操縱該船舶，所以使用自動船舶操 縱設(shè)備提高了可操作性，并允許海員易于使船體移動。然而，必須單獨 地操縱桿和轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤。因而，當自動船舶操縱設(shè)備應用到小型船時，就 出現(xiàn)了對船舶的行為改變不熟悉的使用者操縱該船舶的情況。在此情況 下，使用者可能通過操作操縱桿和轉(zhuǎn)頭轉(zhuǎn)盤不能容易地使船體移動。在 一些情況下，小型船舶沒有裝備減速器。這樣的小型船難以維持微速航 行。這使操縱更加困難。對于維持微速航行的裝置，已經(jīng)公知如日本專利申請公開(kokai) No. H7-196090中的用于船用齒輪箱的滑移率調(diào)節(jié)器。滑移率調(diào)節(jié)器具有 用于經(jīng)由PID控制電路和PWM控制電路控制電磁閥的控制器，其中電磁閥液壓控制船用齒輪箱的離合器。控制器具有可變電阻器?？刂品秶{(diào)節(jié)微調(diào)器(trimmer)串連連接到可變電阻器。因而，即使當船舶操作 者將螺旋槳(船槳)的最大轉(zhuǎn)速設(shè)定到任意值，能夠通過控制范圍調(diào)節(jié) 微調(diào)器對與螺旋槳(船槳)的轉(zhuǎn)速相對應的電壓進行分壓。通過用分壓 了的電壓控制電磁閥，能將控制器的整個范圍修改成與所設(shè)定的最大轉(zhuǎn) 速相對應。因而，能夠輕松執(zhí)行對螺旋槳(船槳)的旋轉(zhuǎn)的微調(diào)。然而，根據(jù)如上所述傳統(tǒng)的用于調(diào)節(jié)船用齒輪箱的滑移率的調(diào)節(jié) 器，僅伴隨控制器的整個范圍的修改而成比例地調(diào)節(jié)滑移率，由此調(diào)節(jié) 螺旋槳(船槳)的轉(zhuǎn)速。即，沒有考慮到船舶行為來調(diào)節(jié)滑移率。因 而，例如，即使當船舶操作者通過操作控制器使船舶微速航行時，螺旋 槳(船槳)由于干擾(諸如抵抗螺旋槳(船槳)旋轉(zhuǎn)的阻力、波浪和 風)的影響而賣際上不能旋轉(zhuǎn)。因而，船舶的移動速度相對于輸入到控 制器的控制而非線性改變，并且不能保持船舶操作者所意圖的微速航 行。因而，船舶操作者必須一直控制控制器，使得船舶操縱變得復雜。發(fā)明內(nèi)容為了解決以上問題來實現(xiàn)本發(fā)明，并且本發(fā)明的目的是提供一種適 當?shù)乜刂拼谬X輪箱的滑移率并幫助船舶的微速航行的船舶操縱設(shè)備。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種船舶操縱設(shè)備，其控制船用齒 輪箱的離合器機構(gòu)的操作，以改變船槳相對于主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的旋 轉(zhuǎn)速度，所述船用齒輪箱適于將主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)傳遞到船槳，所述船舶操縱設(shè)備包括船舶操縱裝置，其由船舶操作者操作以對船舶進行操縱；操作輸入值檢測裝置，其用于檢測船舶操作者輸入到船舶操縱裝置 的操作輸入值；目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算裝置，其用于基于所檢測到的操 作輸入值計算船槳相對于主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的目標旋轉(zhuǎn)速度；目標滑 移率確定裝置，其用于在預定范圍內(nèi)確定用于使所述船槳以所計算出的 目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的、所述船用齒輪箱的所述離合器機構(gòu)的目標滑移 率；以及操作控制裝置，其用于以確定了的目標滑移率控制船用齒輪箱 的離合器機構(gòu)的操作量。 '根據(jù)本發(fā)明，可以基于船舶操作者通過操作船舶操縱裝置輸入的操作輸入值，計算用于使船舶微速航行的目標旋轉(zhuǎn)速度。此外，可以確定 用于使船槳以計算出的目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的目標滑移率。對目標滑移率 的確定使得能夠控制離合器機構(gòu)的操作量。因而，即使當船舶操作者不 熟悉該船舶的行為改變時，船舶操作者僅僅操作船舶操縱裝置也可以使 船舶在所意圖的模式(諸如，平移或者原地轉(zhuǎn)頭)下以微速移動。因 而，對船舶的操縱變得簡單。而且，可以在預定的范圍內(nèi)確定目標滑移 率。因而，例如，可以考慮到離合器機構(gòu)的耐久性來設(shè)定預定的范圍， 由此可以延長離合器機構(gòu)的使用壽命。當所計算出的目標旋轉(zhuǎn)速度小于至少怠速旋轉(zhuǎn)速度時，目標滑移率 確定裝置可以通過根據(jù)目標旋轉(zhuǎn)速度的大小均勻地改變目標滑移率來確 定目標滑移率，所述怠速旋轉(zhuǎn)速度是主發(fā)動機沒有負荷時的旋轉(zhuǎn)速度。 這允許船槳均勻地(例如，線性地)以至少主發(fā)動機的怠速旋轉(zhuǎn)速度旋 轉(zhuǎn)。因而，例如，即使當船舶操作者意圖使船舶微速運動時，船舶操作 者可以使船舶在所意圖的模式下微速運動，并可以非常容易地使船舶運 動。目標滑移率確定裝置可以基于目標滑移率根據(jù)主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度 的改變而逐級改變的關(guān)系來確定目標滑移率。在此情況下目標滑移率逐 級改變的關(guān)系可以是這樣當主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度小于沒有負荷時的怠 速旋轉(zhuǎn)速度時，目標滑移率以第一斜率均勻地改變；當主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn) 速度等于或者大于怠速旋轉(zhuǎn)速度并小于預定旋轉(zhuǎn)速度時，目標滑移率以 小于第一斜率的第二斜率均勻地改變；當主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度等于或者 大于預定旋轉(zhuǎn)速度時，目標滑移率變成恒定。通過采用上述關(guān)系，在主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度(換言之，主發(fā)動機的 工作速度范圍)改變的情況下，可以通過根據(jù)旋轉(zhuǎn)速度(工作速度范 圍)的改變來逐級改變目標滑移率，來確定目標滑移率。例如，當主發(fā) 動機在小于怠速旋轉(zhuǎn)速度下工作時，可以基于較大的第一斜率來確定目 標滑移率。由此，即使當目標旋轉(zhuǎn)速度較低時，也可以通過顯著地改變 (例如，降低)離合器機構(gòu)的實際滑移率來可靠地使船槳抵抗阻力旋 轉(zhuǎn)。因而，即使在主發(fā)動機的怠速旋轉(zhuǎn)速度下，也可以均勻地改變船槳的旋轉(zhuǎn)速度。當主發(fā)動機以等于或大于怠速旋轉(zhuǎn)速度并小于預定旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn) 時，主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度均勻地增大(或者減小)。相比之下，通過基 于小于第一斜率的第二斜率確定目標滑移率，可以防止離合器機構(gòu)的實 際滑移率過度改變。這可以防止船槳以大于目標旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度旋 轉(zhuǎn)，由此防止了船舶的急劇移動。由于可以基于目標滑移率平緩地改變 實際滑移率，所以可以防止與離合器機構(gòu)的操作相伴隨的沖擊的產(chǎn)生。 而且，當主發(fā)動機以預定旋轉(zhuǎn)速度或者更大的旋轉(zhuǎn)速度工作時，目標滑 移率可以保持在恒定值。因而，可以根據(jù)主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的均勻的 增大(減小)而線性地改變船槳的旋轉(zhuǎn)速度。如,上所述，即使當主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度改變時，也可以一直根據(jù)船 舶操作者對船舶操縱裝置的操作來線性地改變船槳的旋轉(zhuǎn)速度。因而， 當要使船舶以微速移動時，可以線性地改變船舶的行為特性。由此，即 使對該船舶的行為改變不熟悉的船舶操作者也可以非常容易地用簡單的 操作來操縱船舶。而且，船舶操縱設(shè)備還可以包括實際旋轉(zhuǎn)速度檢測裝置，其用于檢 測船槳的實際旋轉(zhuǎn)速度，并且操作控制裝置可以在考慮到由作用在船舶 上的干擾引起的船槳的實際旋轉(zhuǎn)速度的變化的情況下，基于所檢測到的 實際旋轉(zhuǎn)速度和目標旋轉(zhuǎn)速度之間的差值來校正離合器機構(gòu)的操作量。 由此，即使當船槳的實際旋轉(zhuǎn)速度受到諸如波浪、海流和風之類的作用 在船舶上的干擾的影響時，也可以使船槳以目標旋轉(zhuǎn)速度可靠地旋轉(zhuǎn)。 因而，可以如船舶操作者意圖的那樣使船舶以微速移動。船舶操縱裝置還可以包括操縱桿，其在船舶操作者傾斜所述操縱桿時輸入船舶的移動方向和移動速度，以及轉(zhuǎn)盤，其一體地安裝到操縱桿上，并在所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時輸入所述船舶的轉(zhuǎn)頭方向和轉(zhuǎn)頭速度。當船舶沿著碼頭靠岸，或者駛離碼頭時，由船舶操作者操作船舶操縱裝置。由此，船舶操作者可以通過操作操縱桿和轉(zhuǎn)盤聯(lián)合在一起的船舶操作裝置來使船舶以微速移動。因而，船舶操作者可以單手操縱船舶，因而可以很輕松地使船舶微速移動。而且，船舶操縱設(shè)備還可以包括用于控制推力器的操作的推力器控制裝置，推力器適于使船舶在船槳的旋轉(zhuǎn)速度相對于主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速 度減小的微速航行的狀態(tài)中在預定的轉(zhuǎn)動方向上轉(zhuǎn)頭。山此，在微速航 行期間，船首(bow)可以響應于船舶操作者對船舶操作裝置的操作來 可靠地轉(zhuǎn)頭。因而，可以如船舶操作者所意圖的那樣使船舶微速移動。


圖1是示意性示出根據(jù)本發(fā)明實施例的船舶操縱設(shè)備所應用的船體 的構(gòu)造的視圖。圖2是用于說明設(shè)置在圖1的船用齒輪箱中的離合器機構(gòu)的剖視圖。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電子控制系統(tǒng)的構(gòu)造的示意框圖。圖4是用于說明圖3的操縱器的結(jié)構(gòu)的視圖。 ' 圖5是功能性地示出圖3的電子控制單元中的計算機程序的執(zhí)行的 功能框圖。圖6是示出了船槳的旋轉(zhuǎn)速度和移動速度之間的關(guān)系的曲線圖。 圖7是示出船槳的旋轉(zhuǎn)速度和轉(zhuǎn)頭的角速度之間的關(guān)系的曲線圖。 圖8是用于說明船槳的目標旋轉(zhuǎn)速度的計算的視圖。 圖9是示出了平移時操縱器的操作輸入值和船槳的旋轉(zhuǎn)速度之間的 關(guān)系的曲線圖。圖10是示出回轉(zhuǎn)時操縱器的操作輸入值和船槳的旋轉(zhuǎn)速度之間的關(guān) 系的曲線圖。圖11是示出了主發(fā)動機的工作旋轉(zhuǎn)速度、船槳的目標旋轉(zhuǎn)速度和目 標滑移率之間的關(guān)系的曲線圖。圖12是用于說明平移時主發(fā)動機的工作和推力器的操作的視圖。圖13是用于說明回轉(zhuǎn)時主發(fā)動機的工作的視圖。圖14是用于說明平移和回轉(zhuǎn)的組合時船體移動的視圖。
具體實施方式
接著將參照附圖詳細描述根據(jù)本發(fā)明實施例的船舶操縱設(shè)備。圖1 示意地示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的船舶操縱設(shè)備所應用的船舶的構(gòu)造。該船舶具有兩個安裝在船體IO上的主發(fā)動機11，并且船槳13分別 經(jīng)由各自的船用齒輪箱12安裝到主發(fā)動機11。主發(fā)動機11橫向布置在 船體10的船尾側(cè)。主發(fā)動機11的每個產(chǎn)生與工作旋轉(zhuǎn)速度相對應的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力，并將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力輸出到相應的船用齒輪箱12。每個船用齒輪 箱12包括用于傳遞從相應主發(fā)動機11傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的多個齒輪，并具有用于通過改變齒輪的嚙合方式來將所傳遞的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)方向從正向改變到反向以及從反向改變到正向的離合器機構(gòu)120。例如， 廣泛公知的濕式多片式離合器機構(gòu)被用作離合器機構(gòu)120。將簡要描述 該離合器機構(gòu)120。如圖2部分地和示意地示出的，用在每個船用齒輪箱12中的離合器 機構(gòu)120具有與離合器殼體121 —體旋轉(zhuǎn)的摩擦片122，和設(shè)置在離合器 殼體121內(nèi)并與轂123—體旋轉(zhuǎn)的分離片124，轂123又相對于離合器殼 體121旋轉(zhuǎn)。摩擦片122和分離片124可相對于離合器殼體121或者轂 123軸向移動。而且，活塞125設(shè)置在離合器殼體121內(nèi)。油室126形成在活塞125 和離合器殼體121的內(nèi)表面之間。工作流體被壓力泵127加壓，然后由 壓力調(diào)節(jié)閥128進行壓力調(diào)節(jié)，其中壓力調(diào)節(jié)閥128的開度被電氣控制 以調(diào)節(jié)液壓。壓力調(diào)節(jié)工作流體被供應到油室126?；匚粡椈?29沿著使 摩擦片122和分離片124彼此脫離的方向推壓活塞125。在這樣構(gòu)造的離合器機構(gòu)120中，當工作流體被供應到油室126中 時，活塞125抵抗回位彈簧129的力向圖2中的左方移動，并將壓力施 加到摩擦片122和分離片124以使它們嚙合。這在摩擦片122和分離片 124之間產(chǎn)生了預定的摩擦力，由此進行旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力的傳遞。同時，當工作流體從油室126排出時，回位彈簧129的力使活塞125 向圖2中的右方移動，由此使摩擦片122和分離片124彼此脫離。結(jié) 果，摩擦片122和分離片124之間的摩擦力下降，由此切斷旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力 的傳遞。每個船槳13可以通過操作如上所述的離合器機構(gòu)120而正向或者反 向旋轉(zhuǎn)，以切換將旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞到構(gòu)成每個船用齒輪箱12的多個齒輪的方式。當每個船槳13的旋轉(zhuǎn)方向沒有被切換時，通過改變離合器機構(gòu)120的摩擦片122和分離片124之間的摩擦力(換言之，通過控制供應到 油室126的工作流體的液壓)，可以改變摩擦片122和分離片124之間 的相對旋轉(zhuǎn)速度差(即，滑移率)。由此，可以與相應的主發(fā)動機11的 工作旋轉(zhuǎn)速度相關(guān)地，來適當?shù)馗淖兠總€船槳13的旋轉(zhuǎn)速度(更具體而 言，可以以減少的方式改變每個船槳13的旋轉(zhuǎn)速度)。如圖1所示，推力器14設(shè)置在船體10的船首側(cè)。推力器14產(chǎn)生船 體IO的左向或者右向上的預定推力，并包括電動機14a和用于產(chǎn)生左向 或者右向的推力的船槳14b。推力器14主要在微速移動中工作，以使船 體IO被所產(chǎn)生的左向或者右向推力轉(zhuǎn)動。接著，將參照圖3描述用于控制分別具有上述結(jié)構(gòu)的主發(fā)動機11、 船用齒輪箱12 (更具體而言，離合器機構(gòu)120)和推力器14的工作的電 子控制系統(tǒng)。電子控制系統(tǒng)具有主發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度傳感器21、船槳旋轉(zhuǎn)速度傳感 器22、壓力調(diào)節(jié)閥控制電流傳感器23和推力器旋轉(zhuǎn)速度傳感器24。主 發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度傳感器21分別設(shè)置在左右主發(fā)動機11上，并檢測和輸 出主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL。船槳旋轉(zhuǎn)速度傳感器22分 別設(shè)置在船用齒輪箱12的輸出軸上，并且檢測并輸出左右船槳13的旋 轉(zhuǎn)速度FpR和FpL。壓力調(diào)節(jié)閥控制電流傳感器23分別檢測并輸出流到 左右壓力調(diào)節(jié)閥128的控制電流IR和IL。推力器旋轉(zhuǎn)速度傳感器14分 別檢測并輸出推力器14的船槳14b的、與右向和左向推力相關(guān)的旋轉(zhuǎn)速 度FtR和FtL。電子控制系統(tǒng)還具有操縱器25，操縱器25由船舶操作者在船舶要微 速移動時(例如，當船舶沿著碼頭靠岸，或者駛離碼頭時)操作，以用 于輸入船舶的移動方向和移動速度。如圖4示意性地示出，操縱器25包 括由船舶操作者傾斜的操縱桿25a和由船舶操作者轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)盤25b。當船舶操作者向船舶的前向或者后向傾斜操縱桿25a時，操縱器25 根據(jù)傾斜操作量(例如，傾斜角度或者傾斜量)來輸出用于使船舶向前 或者向后移動指令信號x。當船舶操作者向船舶的左向或者右向傾斜操縱桿25a時，操縱器25根據(jù)傾斜操作量來輸出用于使船舶向左或者向右 移動的指令信號y。而且，當船舶操作者轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤25b時，操縱器25根 據(jù)轉(zhuǎn)動操作量(例如，轉(zhuǎn)動角度或者轉(zhuǎn)動量)來輸出用于使船舶轉(zhuǎn)頭的 指令信號z。對于操縱桿25a和轉(zhuǎn)盤25b的操作分別設(shè)定死區(qū)。死區(qū)是基于操縱 桿25a和轉(zhuǎn)盤25b的滿足下述條件的操作位置來確定的，所述條件是在 所述操作位置處，船槳13和船槳14b能夠抵抗例如輸出軸和滑動軸承之 間的摩擦力而可靠旋轉(zhuǎn)。當操縱桿25a向前傾斜時，指令信號x作為正值輸出。當操縱桿25a 向右傾斜時，指令信號y作為正值輸出。當轉(zhuǎn)盤25b順時針轉(zhuǎn)動時指令 信號z作為正值輸出。傳感器21至24和操縱器25連接到電子控制單元26的輸入側(cè)。電 子控制單元26具有作為主部件的由CPU、 ROM、 RAM等組成的微計算 機。電子控制單元26通過使用來自傳感器21至24的檢測值和來自操縱 器25的指令信號來執(zhí)行程序，由此控制主發(fā)動機11、船用齒輪箱12的 離合器機構(gòu)(更具體而言，壓力調(diào)節(jié)閥128)和推力器14的工作。驅(qū)動電路27、 28和29連接到電子控制單元26的 俞出側(cè)。驅(qū)動電路 27分別驅(qū)動并控制對兩個主發(fā)動機11的節(jié)氣門本體進行操作的相應致動 器。每個驅(qū)動電路27具有用于檢測流經(jīng)相應致動器的驅(qū)動電流的電流檢 測器27a。由電流檢測器27a檢測的驅(qū)動電流反饋到電子控制單元26。 驅(qū)動電路28驅(qū)動并控制相應的壓力調(diào)節(jié)閥128。驅(qū)動電路29例如是逆變 器電路，并控制從未示出的電池供應的電力，由此驅(qū)動并控制推力器14 的電動機14a。驅(qū)動電路29還具有用于檢測流經(jīng)電動機14a的驅(qū)動電流 的電流檢測器29a，并且所檢測到的驅(qū)動電流被反饋到電子控制單元 26。接著，將參照圖5的功能框圖描述這樣構(gòu)造的實施例的操作，其中 圖5示出了通過執(zhí)行電子控制單元26中的計算機程序而產(chǎn)生的功能。電 子控制單元26包括用于計算連接到主發(fā)動機11的船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速 度和推力器14的船槳14b的操作控制速度的操作目標值計算部分30;用于控制主發(fā)動機11和離合器機構(gòu)120的操作，使得船槳13以各自所計 算出的目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的主發(fā)動機工作控制部分40;和用于控制推力 器14的工作使得船槳14b以所計算出的目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的推力器工作控制部分50。當船舶操作者操作操縱器25時，操縱器25基于傾斜操縱桿25a的 操作來輸出指令信號x和指令信號y，并基于轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤25b的操作來輸出 指令信號z。所輸出的指令信號x、 y和z被供應到電子控制單元26的操 作目標值計算部分30的指令值轉(zhuǎn)換子部分31。通過使用指令信號x和 y，指令值轉(zhuǎn)換子部分31計算船舶操作者所意圖的船舶的移動方向e和 移動距離r (移動速度r')。此外，通過使用指令信號z，指令值轉(zhuǎn)換子 部分31計算船舶操作者所意圖的船舶的轉(zhuǎn)頭角度S和轉(zhuǎn)頭角速度S'。 移動方向9 、移動距離r (移動速度r')、轉(zhuǎn)頭角度S和轉(zhuǎn)頭角速度S ' (以下稱為指令值)供應到目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算子部分32，目標船槳 旋轉(zhuǎn)速度計算子部分32用于計算連接到相應主發(fā)動機11的船槳13和推 力器14的船槳14b的目標旋轉(zhuǎn)速度?；谒闹噶钪担繕舜瑯D(zhuǎn)速度計算子部分32分別計算用 于左右船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL，和用于船槳14b的、與右 向推力相關(guān)的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者與左向推力相關(guān)的目標旋轉(zhuǎn)速度 NtL。接下來將詳細描述目標旋轉(zhuǎn)速度NpR、 NpL、 NtR和NtL的計算。首先將描述當船舶操作者操作操縱器25時，船舶的移動模式。在本 實施例中，船體IO裝備有兩個主發(fā)動機ll和推力器14，兩個主發(fā)動機 ll產(chǎn)生船體IO前后方向上的相應推力，推力器14產(chǎn)生船體IO左右方向 上的推力。當船舶操作者操作操縱器25時，船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度 FpR和FpL和船槳14b的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL被調(diào)節(jié)成使船舶平 移或者使船舶在原地轉(zhuǎn)頭(以下，此轉(zhuǎn)頭稱為回轉(zhuǎn))。當船舶要平移 時，如下文所述，控制主發(fā)動機11、船用齒輪箱12和推力器14，且控 制方式為使得船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL分別與目標旋轉(zhuǎn)速度 NpR和NpL —致，并且船槳14b的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL與目標旋 轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL—致。當船舶要進行回轉(zhuǎn)時，以船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL分別變成目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL的方式來控制兩個 主發(fā)動機11和兩個船用齒輪箱12。當僅僅通過可操作地控制由主發(fā)動機11、船用齒輪箱12、船槳13 和推力器14 (更具體而言，電動機14a和船槳14b)組成的推進系統(tǒng)來 使船舶進行平移或者回轉(zhuǎn)時，以下移動方程式成立。具體地，當船舶進 行平移時，由式1表示的以下運動方程式成立。77 +尸wc =柳'r" + Cs ' / .,. 式1在式1中，T是由安裝在船舶上的推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力的推力矢量的總 和，并由下式2表示。在式2中，n是與推進系統(tǒng)相對應的推進機構(gòu)的數(shù)r = J> i=l,2,…，n(n》3)…式2在式1中，F(xiàn)wc是表示諸如風和海流之類的干擾的影響的值；m是船舶 的重量；Cs是衰減系數(shù)。此外，r是平移距離；r'是移動速度；r"移動加 速度。在平移中，除了式1之外，關(guān)于推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力的力矩，下式3 成立。iW + Afwc = 0 ... 式3 在式3中，M是由安裝在船舶上的推進機構(gòu)產(chǎn)生的推力的推力矩的總 和，并由下式4表示。M = ZM i=l，2,…，n(n^3)…式4 在式3中，Mwc是與之前提及的Fwc相關(guān)地產(chǎn)生的力矩。接著，將描述推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何相互 關(guān)聯(lián)地作用在進行平移的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分別表示 為移動方向S和移動距離r的函數(shù)(即，表示為Ti = r fi ( 6 )和 Mi=Ti Li Si)，其中Li是船舶的重心和推力矢量之間的垂直長度，Si 是表示力矩作用方向的符號。為了容易理解，考慮當r=l (0《r《l)和 0=0時(例如，當船舶向前航行時)推力矢量的總和。于是，根據(jù)以上 提及的式2，下式5成立。r二Z(貝o)-cosai) i=l, 2,…，n(n》3)…式5在式5中，ai是推進系統(tǒng)的推力矢量和船舶前后方向之間的角度。在船 舶以任意的移動方向e移動的情況下，由式5計算的推力矢量的cos分量的總和變成等于由推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力的推力矢量的COS分量的總和。因而，基于上述式5，下式6成立。<formula>formula see original document page 14</formula>)…式6 如在上式6的情況下，當9 =兀/2 (例如，當船舶向右航行時)，推力矢量的總和可以由下式7表示。r二Z(貝"2)-si謹〕'sh"E(，)'si謹')i= 1, 2,…，n (n>3)…式7 因為平移，所以推力力矩的總和變成"0"。因而，基于式4，下式8成M = Z(^(e).= 0 i二l，2,…，n(n^3)…式8 因而，可以根據(jù)式6、 7和8計算推進系統(tǒng)針對平移必須產(chǎn)生的推力 f" e)。同時，當船舶進行回轉(zhuǎn)時，由式9表示的以下運動方程式成立。M + Mwc = "" + C"' …式9 在式9中，M是根據(jù)上述式4計算的推力力矩的總和。在式9中，I是船 體的慣性矩。此外，S是轉(zhuǎn)頭角度；5'是轉(zhuǎn)頭的角速度；S"是轉(zhuǎn)頭的角 加速度。在回轉(zhuǎn)中，關(guān)于由推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力的推力矢量的總和，下 式IO成立。r + Fwc = 0 …式10 在式10中，T是根據(jù)上述式2計算的推力矢量的總和。接著，將論述由推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何互 相關(guān)聯(lián)地作用在進行回轉(zhuǎn)的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分別表 示為5的函數(shù)(即，表示為Ti = gi ( 5 )和Mi=Ti Li Si)，其中Li 是船舶的重心和推力矢量之間的垂直長度，Si是表示力矩作用方向的符 號。當船舶進行回轉(zhuǎn)時，推力矢量的總和變成"0"。因而，下式11和 12成立。<formula>formula see original document page 14</formula>式11 r-Zg柳'si認0-0 i=l,2,…，n(n^3)…式12因而，可以根據(jù)式11和式12計算推進系統(tǒng)針對回轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力gi (5 )。而且，當平移和回轉(zhuǎn)組合在一起時，推進系統(tǒng)產(chǎn)生與平行移動相關(guān)的推力r fi ( 9 )加上與回轉(zhuǎn)相關(guān)的推力gi ( S )的總推力(即，r fi (e) +gi ( S )的推力)。在通過旋轉(zhuǎn)船槳產(chǎn)生推力的情況下，存在其中在從船槳的旋轉(zhuǎn)開始 起經(jīng)過足夠時間之后推力和阻力彼此平衡的區(qū)域(即，穩(wěn)態(tài)區(qū)域)。在 穩(wěn)態(tài)區(qū)域中，基于式1和式3以及式9和式10，在平移情況下式13和 14成立，在回轉(zhuǎn)情況下式15和式16成立。r = cw…式13M = 0…式14 Af = c"'…式15 r = o …式16在船槳的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力s的情況下，關(guān)于推力s和船槳的旋轉(zhuǎn)速度，公知下式17成立。5 = "2-￡)4.&…式17 在式17中，P是流體密度；D是船槳的直徑；Ks是推力系數(shù)。在湍流的情況下，公知阻力大致與速度的平方成比例。因而，移動 速度r'和轉(zhuǎn)頭角速度S'假定與船槳的旋轉(zhuǎn)速度成比例關(guān)系。本發(fā)明者等 人通過實驗證實了移動速度r'與船槳的旋轉(zhuǎn)速度e的關(guān)系以及轉(zhuǎn)頭角速度 5'與船槳的旋轉(zhuǎn)速度e的關(guān)系。實驗結(jié)果在圖6和圖7中示出?？蓮膱D 6和圖7中理解到，當船舶要以線性改變的移動速度r'進行平移時，或者 當船舶要以線性改變的轉(zhuǎn)頭角速度5 '進行回轉(zhuǎn)時，可以線性地控制船槳 的旋轉(zhuǎn)速度e。基于以上情況，將針對本實施例的船舶要進行平移或者進行回轉(zhuǎn)的 情況來描述船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL以及船槳14b的目標旋 轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL的計算。首先，將描述船舶平移的情況。如上所述，根據(jù)本實施例的船舶裝備有兩個主發(fā)動機ll和用作推進 系統(tǒng)的推力器14;因而，在前述式6至8中推進系統(tǒng)的數(shù)量n是"3"。主發(fā)動機11的推理矢量和船體10的前后方向之間的角度是"0"，推力 器14的推力矢量和船體10的前后方向之間的角度是"IT/2"。在前述式6至8中，例如與n-l相對應的推進機構(gòu)被作為圖1中右側(cè)主發(fā)動機 11;例如與n二2相對應的推進機構(gòu)作為圖1中的左側(cè)主發(fā)動機11;與n =3相對應的推進機構(gòu)作為推力器14。在前述式8中表示力矩的作用方 向的符號S規(guī)定如下Sl=-1; S2=l;以及S3=l。于是，下式18至式20成立。<formula>formula see original document page 16</formula>...式18<formula>formula see original document page 16</formula>式…式19<formula>formula see original document page 16</formula>…式20在式18至式20中，fR (0)或者fR ( 9 )是右側(cè)主發(fā)動機11的推 力；fL (0)或者fL ( e )是左側(cè)主發(fā)動機11的推力；ft ( n/2)或者ft (e )是推力器4的推力。在式20中，"LR"是右側(cè)主發(fā)動機11的推 力矢量與重心之間的距離；"LL"是左側(cè)主發(fā)動機11的推力矢量與重心 之間的距離；"Lt"是推力器14的推力矢量與重心之間的距離?；谇笆鍪?8至20，推進機構(gòu)的推力可以根據(jù)下式21至23計算。<formula>formula see original document page 16</formula>…式21<formula>formula see original document page 16</formula>"…式22<formula>formula see original document page 16</formula>^…式23 式22中的fL (0)是(LR/LL)fR (0)，式21中的fR (兀/2)和式 22中的一fL (兀/2)是(Lt/ (LR+LL) )ft (兀/2)。通過將這樣計算的推力作為推進系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)，可以分別 獲得平行移動所需的、左右船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL和船槳 14b的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL。在此情況下，考慮到每個主發(fā)動機 11的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)之間所產(chǎn)生的推力差和阻力差以及漢(e )、 fL ( e )禾Q ft ( e )之間的平衡，計算與圖8中所示的四個區(qū)域相關(guān)的 目標旋轉(zhuǎn)速度NpR、 NpL、 NtR和NtL。圖8示意性地圖示了關(guān)于推力 fR ( e )的船槳旋轉(zhuǎn)速度控制圓(即，連接到圖1中的右側(cè)主發(fā)動機11 的船槳13的旋轉(zhuǎn)速度控制圓)。此處，fR一F(O)是用于使船舶向前移動的旋轉(zhuǎn)速度，fR—R(n)是用于使船舶向后移動的旋轉(zhuǎn)速度，兩者都響應于 船舶操作者對操縱器25的操作。此外，fR_F( :n /2)是用于使船舶向右移 動的旋轉(zhuǎn)速度，fR—R( n /2)是用于使船舶向左移動的旋轉(zhuǎn)速度。根據(jù)用于在區(qū)域A中平移的下式24，根據(jù)用于在區(qū)域B中平移的下 式25，根據(jù)用于在區(qū)域C中平移的下式26和根據(jù)用于在區(qū)域D中平移 的下式27，計算連接到右側(cè)主發(fā)動機11的船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度 NpR。A^i^艮F(0》cos"艮F(;r/2).sine 0《9 <兀/2…式24 iypi =|yK —i 0)l.cosS + ;9 —FO/2)'sin6 兀/2《8 < jt ...式25 i = 一一i cos6> + |j^ — i (—;r/2)|.sin6 — ji《9 <— ti /2...式26 7Vpi =—F(0).cosS+ (—丌/2)|-sine 一?！秂 <0...式27其中，fR—F(O)、 fR一RO)、 fR—F(兀/2)和fR—R(-^/2)是通過實驗確定的系數(shù)。類似于前述式24至27，根據(jù)用于在區(qū)域A中平移的下式28，根據(jù) 用于在區(qū)域B中平移的下式29，根據(jù)用于在區(qū)域C中平移的下式30和 根據(jù)用于在區(qū)域D中平移的下式31，計算連接到左側(cè)主發(fā)動機11的船 槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpL。単=# —F(0).cos9,—雖/2)卜sine 0《9 "/2 …式28 7Vp丄二l^/L一i Or)l'cos0—lj9:一7 (;;z72)|'sin0 兀/2《8 < jt ...式29 7V^L:l/L一i^Ol.cose — /L一FC—;r/2)曙sin夕一 jt《8 <一 n /2...式30 単=—F(O)-cos0-_/L_F(-;r/2).sine — ji《9 〈0…式31 其中，fL—F(O)、 fL—RO)、 fL—F(ix/2)和fL—R(-^/2)是通過實驗確定的 系數(shù)。而且，根據(jù)用于在區(qū)域A和B中平移的下式32和根據(jù)用于在區(qū)域 C和D中平移的下式33計算推力器14的船槳14b的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR 或者NtL。7Wi = ,_i 0r/2》sine0《8 <丌...式32 7W￡ = |々—L(一;r/2)|.sin6> 一 i《6 〈0 ...式33 其中，f^R(3x/2)是當船槳14b產(chǎn)生右向推力時船槳14b的旋轉(zhuǎn)速度；ft—L(一兀/2)是當船槳14b產(chǎn)生左向推力時船槳14b的旋轉(zhuǎn)速度；ft—R(H/2)和ft—L(一 ^ /2)是通過實驗確定的系數(shù)。因而，當船舶操作者傾斜操縱器25的操縱桿25a時，針對船舶的平 移，目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算子部分32根據(jù)式24至33計算左右船槳13 的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL，以及船槳14b的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者 NtL。代替前述式24至33的計算，可以參照如圖9所示的轉(zhuǎn)換對照圖來 進行計算，圖9包含相對于通過傾斜操縱器25的操縱桿25a的操作所指 定的移動方向e ，船槳13禾B 14b的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR、 NpL、 NtR和 NtL。接著，將描述回轉(zhuǎn)。如在上述平移的情況那樣，在回轉(zhuǎn)中，在前述 式11和式12中出J見并表示推進系統(tǒng)的數(shù)量的n也是"3"。主發(fā)動機11 的推力矢量和船體10的前后方向之間的角度為"0"，并且推力器14的 推力矢量和船體10的前后方向之間的角度為"n/2"。此外，在此情況 下，在前述式11和式12中，與n二l相對應的推進機構(gòu)作為圖1中的右 側(cè)主發(fā)動機11;與n=2相對應的推進機構(gòu)作為圖1中的左側(cè)主發(fā)動機 11;與n二3相對應的推進機構(gòu)作為推力器14。接著，下式34和35成 立。萍)+柳)=0 …式34 g柳"…式35在式34和35中，gR ( S )是右側(cè)主發(fā)動機11的推力；gL ( 5 )是左側(cè) 主發(fā)動機ll的推力；gt ( S )是推力器14的推力。從式35明顯可見，當船舶要進行回轉(zhuǎn)時，由推力器14產(chǎn)生的推力 為"0";換言之，在回轉(zhuǎn)的情況下，推力器14不工作。因而，左右側(cè) 主發(fā)動機11工作使得前述式34成立；更具體而言，使得分別產(chǎn)生在向 前移動的方向上和在向后移動的方向上產(chǎn)生推力，以進行回轉(zhuǎn)。通過將這樣計算的兩個主發(fā)動機11的推力作為旋轉(zhuǎn)速度的相應函 數(shù)，可以獲得回轉(zhuǎn)所需的船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL。在此情 況情況下，考慮到每個主發(fā)動機11的正向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)之間的所產(chǎn)生 的推力差和阻力差，針對主發(fā)動機11的正向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動和反向旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的每個計算目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL。具體地，基于前述式34和35，可 以分別根據(jù)下式36至39所表達的情況來計算左右船槳B的目標旋轉(zhuǎn)速 度NpR和NpL。，=(gi —i (M4X)/M4X)-5 0《5 <MAX…式36 ，=一/(—M4X》.5 — MAX《S <0 ...式37 単-(扭一F(M4X)/M4Z)-5 0《5 <MAX…式38 単=(g丄一i (-M4Z)/(-M4X))' 5 —MAX《5 <0…式39 在式36至39中，"MAX"是操縱器25的轉(zhuǎn)盤25b的轉(zhuǎn)動的最大量。在 式36中，gR一R(MAX)是在向后移動的方向上右側(cè)主發(fā)動機11的最大推 力；在式37中，gR一F(—MAX)是在向前移動的方向上右側(cè)主發(fā)動機11 的最大推力。而且，在式38中，gL—F(MAX)是在向前移動的方向上左側(cè). 主發(fā)動機11的最大推力；在式39中，gL一R(—MAX)是在向后移動的方 向上左側(cè)主發(fā)動機11的最大推力。因而，當船舶操作者轉(zhuǎn)動操縱器25的轉(zhuǎn)盤25b時，針對船舶的回 轉(zhuǎn)，目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算子部分32根據(jù)式36至39計算左右船槳13 的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL。代替前述式36至39的計算，可以參照如 圖9所示的轉(zhuǎn)換對照圖進行計算，圖9包含相對于通過轉(zhuǎn)動操縱器25的 轉(zhuǎn)盤25b的操作所指定的轉(zhuǎn)頭角度S ，船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和 NpL。如上所述，由目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算子部分32計算的船槳13和14b 的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR、 NpL、 NtR和NtL供應到主發(fā)動機工作控制部分 40和推力器工作控制部分50。主發(fā)動機工作控制部分40控制主發(fā)動機 11和船用齒輪箱12的離合器機構(gòu)120的工作，使得船槳13的實際旋轉(zhuǎn) 速度FpR和FpL分別變成接收到的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL。即，主發(fā) 動機工作控制部分40的目標滑移率確定子部分41將來自主發(fā)動機旋轉(zhuǎn) 速度傳感器21的主發(fā)動機11的當前工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL輸入其 中，并根據(jù)所輸入的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL確定用于船用齒輪箱12的 離合器機構(gòu)120的目標滑移率U。接下來將參照圖ll描述目標滑移率確 定子部分41進行的對目標滑移率U的確定。如圖ll所示，基于目標滑移率U根據(jù)主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL逐級改變(在本實施例中為三級)的關(guān)系來確定目標滑移率 U。具體而言，當主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL是怠速旋轉(zhuǎn)速 度時，目標滑移率U根據(jù)目標旋轉(zhuǎn)速度NeR和NeL的增大而以大斜率 (以下稱為第一斜率)減小的方式改變；當主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度 FeR和FeL從怠速旋轉(zhuǎn)速度增大到小于預定旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度時，目 標滑移率U以小于第一斜率的斜率(以下稱為第二斜率)減小的方式改 變；并且當主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL增大到預定旋轉(zhuǎn)速度 或者更大時，目標滑移率U改變成恒定值(即，目標滑移率U的下 限)。通過羊上所述以第一和第二斜率逐級改變目標滑移率U，可以線性 地改變船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL。具體而言，當主發(fā)動機11 以等于怠速旋轉(zhuǎn)速度的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL工作時；換言之，當主 發(fā)動機11在沒有負荷的情況下工作時，通過線性改變離合器機構(gòu)120的 實際滑移率，來實現(xiàn)以第一斜率改變目標滑移率U來確定目標滑移率 U。因而，當主發(fā)動機11以小于怠速旋轉(zhuǎn)速度工作時，船槳13可以在其 實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL被線性改變的情況下旋轉(zhuǎn)。通過將第一斜率設(shè)定到較大值，可以顯著地改變目標滑移率U。這 允許較大地減小離合器機構(gòu)120的實際滑移率；換言之，這可以建立促 進主發(fā)動機11的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動力傳遞到各個船槳13的狀態(tài)。因而，可以可 靠地使船槳旋轉(zhuǎn)。當主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL從怠速旋轉(zhuǎn)速度改變到預 定旋轉(zhuǎn)速度時，可以通過以第二斜率改變目標滑移率U來確定目標滑移 率U。在此情況下，離合器機構(gòu)120的實際滑移率根據(jù)主發(fā)動機11的工 作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL的改變而線性地改變。因而，船槳13可以在其實 際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL被線性地改變的情況下被旋轉(zhuǎn)。而且，當主發(fā)動 機11以等于或者大于預定旋轉(zhuǎn)速度的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL工作時， 可以使目標滑移率U恒定。在此情況下，由于離合器機構(gòu)120的實際滑 移率恒定，所以船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL根據(jù)主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL的改變而線性地改變。通過以此方式改變目標 滑移率U，可以線性地改變船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL。因而， 如上所述，可以線性地改變平移時的移動速度，使得船舶操作者可以輕 松地使船舶移動。當通過以第二斜率改變目標滑移率U，來使主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn) 速度FeR和FeL在從怠速旋轉(zhuǎn)速度到小于預定的旋轉(zhuǎn)速度的范圍內(nèi)改變 時，可以減小與離合器機構(gòu)120的摩擦片122和分離片124之間的嚙合 相關(guān)的沖擊，這在以下描述。例如，假定沒有采用第二斜率，并且當主發(fā)動機11以怠速旋轉(zhuǎn)速度 工作時(即，當主發(fā)動機11在沒有負荷的情況下工作時)，船舶操作者 已經(jīng)急劇地操作操縱器25，連接到相應主發(fā)動機11的船槳13開始旋轉(zhuǎn) 以響應該操作。此時，由于船舶操作者已經(jīng)急劇操作了操縱器25，目標 滑移率確定子部分將目標滑移率U急劇地減小到其下限(目標滑移率U 在該下限變?yōu)楹愣?，以使船槳13的旋轉(zhuǎn)速度達到各自的目標旋轉(zhuǎn)速度 NpR和NpL。同時，當船槳13急劇開始旋轉(zhuǎn)時，相關(guān)阻力增大，使得主 發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL瞬時下降。在此狀態(tài)下，由于實際 滑移率變成小于目標滑移率U (離合器機構(gòu)120 "過沖"到直接連接狀 態(tài))，船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL變得分別高于目標旋轉(zhuǎn)速度 NeR禾nNeL;換言之，船槳13過度旋轉(zhuǎn)。在此狀態(tài)下，船舶急劇移動， 潛在地將不舒適帶給了船舶上的乘客。相比之下，設(shè)定第二斜率可以減小實際滑移率相對于主發(fā)動機11的 工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL的改變而發(fā)生的改變?！熠啵c其中目標滑移率 U從第一斜率直接改變?yōu)楹愣ㄖ档哪繕嘶坡蔝改變模式相比，設(shè)定第 二斜率建立了其中目標滑移率U從第一斜率平緩地改變到恒定值的目標 滑移率U改變模式。因而，即使當主發(fā)動11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL 由于船舶操作者急劇操作操縱器25而瞬時下降時，設(shè)定第二斜率允許通 過以第二斜率改變目標滑移率來確定目標滑移率U。這可以限制實際滑 移率的急劇改變，并可以抑制以上過沖的趨勢。這可以防止船舶上的乘 客感受到不舒適。再次回到圖5的描述，當目標滑移率確定子部分41確定了目標滑移 率U時，目標滑移率確定子部分41將確定了的目標滑移率U供應到驅(qū)動控制子部分42。驅(qū)動控制子部分42根據(jù)船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR 和NpL控制驅(qū)動電路27，由此控制主發(fā)動機11的節(jié)氣門本體的相應開 度；即，控制相應致動器的操作。因而，調(diào)節(jié)主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速 度FeR和FeL。此外，驅(qū)動控制子部分42控制驅(qū)動電路28，使得與確定 了的目標滑移率相對應的預設(shè)驅(qū)動電流流到設(shè)置在離合器機構(gòu)120上的 相應壓力調(diào)節(jié)閥128。此時，基于從相應壓力調(diào)節(jié)閥電流傳感器27輸入 的電流IR和IL，驅(qū)動控制子部分42對驅(qū)動電路28進行反饋控制。而且，驅(qū)動控制子部分42從相應的主發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度傳感器21接 ，主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL，并從相應的船槳旋轉(zhuǎn)速度傳 感器22接收船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL。驅(qū)動控制子部分42控 制驅(qū)動電路28，使得船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL分別變成目標 目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL。然而，由于諸如海流和風之類的干擾或者附 在船槳13的灰塵等的影響，船槳13可能不能以各自的目標旋轉(zhuǎn)速度 NpR和NpL旋轉(zhuǎn)。為了處理以上問題，基于從主發(fā)動機旋轉(zhuǎn)速度傳感器21輸入的工作 旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL和相應的從船槳旋轉(zhuǎn)速度傳感器25輸入的螺旋槳 13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL之間的差值，驅(qū)動控制子部分42適當?shù)?校正驅(qū)動電流，并對驅(qū)動電路28進行反饋控制使得校正了的驅(qū)動電路進 行流動。這可以優(yōu)化離合器機構(gòu)120的實際滑移率，使得船槳13能以各 自的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL旋轉(zhuǎn)。同時，推力器工作控制部分50控制電動機14的工作，使得船槳Mb 的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者RL變成所供應的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者 NtL。推力器工作控制部分50的工作確定子部分51根據(jù)所供應的目標旋 轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL來確定船槳14b的旋轉(zhuǎn)方向。根據(jù)對船槳l處的旋 轉(zhuǎn)方向的確定，驅(qū)動控制子部分52控制電動機14a的驅(qū)動。具體地，驅(qū) 動控制子部分52從驅(qū)動電路29接收流經(jīng)電動機14a的驅(qū)動電流值，并 對驅(qū)動電路29進行反饋控制，使得與目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL相對應的驅(qū)動電流流經(jīng)電動機14a。通過這樣對電動機14b的驅(qū)動的控制，電動 機14a使船槳14b以目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL旋轉(zhuǎn)，使得船槳14b產(chǎn) 生相關(guān)的推力。此外，驅(qū)動控制子部分52從推力器旋轉(zhuǎn)速度傳感器24接收船槳14b 的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL，并控制電動機14的驅(qū)動，使得船槳14b 的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL變成目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL。如以上 所提及的，驅(qū)動控制子部分52將與目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL相對應的 預設(shè)驅(qū)動電流經(jīng)由驅(qū)動電路29施加到電動機14a，從而驅(qū)動電動機 14a。然而，由于例如附著在船體10和船槳14b的灰塵，不能夠使船槳 14b的實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL保持在目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL。為 了處理該問題，通過使用從推力器旋轉(zhuǎn)速度傳感器24輸入的船槳14b的 實際旋轉(zhuǎn)速度FtR或者FtL，驅(qū)動控制子部分52適當?shù)匦Ｕ?qū)動電流， 并對驅(qū)動電路29進行反饋控制使得校正了的驅(qū)動電流進行流動。由此， 船槳14b能以目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL可靠地旋轉(zhuǎn)，使得推力器14可 以產(chǎn)生適當?shù)耐屏Α．斎缟纤鲈谛D(zhuǎn)速度方面控制連接到兩個主發(fā)動機11的船槳13 和推力器14的船槳14b時，船舶根據(jù)船舶操作者對操縱器25的操作來 進行平移操作、回轉(zhuǎn)操作或者這些操作的組合。具體地，當例如船舶操 作者向右傾斜操縱器25的操縱桿25a由此輸入與9 = 7i /2相關(guān)的值時， 船舶向右平移。此時，推進系統(tǒng)如圖12所示工作。圖12中的箭頭示出 了船舶在推進系統(tǒng)產(chǎn)生的推力作用下航行的方向。當例如船舶操作者順時針轉(zhuǎn)動操縱器25的轉(zhuǎn)盤25b由此輸入與5 = MAX相關(guān)的值時，船舶進行順時針回轉(zhuǎn)。此時，推進系統(tǒng)如圖13所示 工作。圖13中的箭頭示出了船舶在推進系統(tǒng)的推力作用下轉(zhuǎn)頭的方向。 在回轉(zhuǎn)的情況下，推力器14不工作，并且主發(fā)動機11產(chǎn)生彼此相反方 向的推力，由此船舶在原地轉(zhuǎn)頭。而且，當船舶操作者傾斜操縱器25的操縱桿25a,并且還轉(zhuǎn)動操作 器25的轉(zhuǎn)盤25b時，船舶在平移的同時轉(zhuǎn)頭。如圖14中示意性地示出 了這些船舶操作。船舶操作者可以通過操作操縱器25來使船舶在每個方向上移動。如從以上描述可理解到，根據(jù)本實施例的船舶操縱設(shè)備允許船舶操 作者僅僅通過操作操縱器25使船舶在微速航行的同時進行平移和回轉(zhuǎn)。 因而，即使船舶操作者不熟悉該船舶的行為改變，他/她可以非常輕松地 用簡單的操作操縱船舶。可以計算船槳13的目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL和推力器14的船槳 14b的目標旋轉(zhuǎn)速度NtR或者NtL，以實現(xiàn)如船舶操作者用操縱器25操 縱的船舶移動模式?？梢允勾谬X輪箱12的離合器機構(gòu)120和電動機 14a工作以使得船槳13以目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL旋轉(zhuǎn)。因而，可以有 利地重現(xiàn)船舶操作者所意圖的船舶移動模式；結(jié)果，船舶操作者可以用 簡單的操作操縱船舶。通過在預定的范圍內(nèi)改變目標滑移率U來確定船用齒輪箱12的離合 器機構(gòu)120的目標滑移率U，可以線性地改變連接到相應主發(fā)動機11的 船槳13的實際旋轉(zhuǎn)速度FpR和FpL。因而，可以以船槳13的旋轉(zhuǎn)速度 線性地改變到目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL的方式使船槳13旋轉(zhuǎn)，使得船 舶可以非常容易和精確地移動。此時，可以根據(jù)主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL逐級改變離 合器機構(gòu)120的目標滑移率U。具體地，當主發(fā)動機11的工作旋轉(zhuǎn)速度 FeR和FeL是怠速旋轉(zhuǎn)速度時，以第一斜率改變目標滑移率U;當工作 旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL大于怠速旋轉(zhuǎn)速度并小于預定旋轉(zhuǎn)速度時，以第二 斜率改變目標滑移率U;當工作旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL等于或者大于預定 旋轉(zhuǎn)速度時，使目標滑移率U保持恒定。這允許根據(jù)主發(fā)動機11的工作 旋轉(zhuǎn)速度FeR和FeL確定最佳目標滑移率U。尤其是，即使當主發(fā)動機11以怠速旋轉(zhuǎn)速度工作時，通過基于第一 斜率改變目標滑移率U，船槳13可以以目標旋轉(zhuǎn)速度NpR和NpL可靠 地工作。通過考慮離合器機構(gòu)120的耐久性來確定目標滑移率U所采用 的恒定值，離合器機構(gòu)120可以具有良好的耐久性。而且，設(shè)定第二斜率可以有效地防止與離合器機構(gòu)120的操作相關(guān) 的沖擊的產(chǎn)生。由此，不會將不舒適性帶給船舶上的乘客。此外，操縱器25可以由操縱桿25a和轉(zhuǎn)盤25b以如下方式組成操縱桿25a和轉(zhuǎn)盤 25b聯(lián)合在一起，船舶操作者傾斜操縱桿25a，并轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤25b。由此， 例如，當船舶要沿著碼頭靠岸或者駛離碼頭時，船舶操作者可以單手操 縱船舶，因而享受到非常良好的可操作性。本發(fā)明不限于以上所述的實施例，并且可以在不脫離本發(fā)明目的的 情況下以各種其它形式來實施。例如，在以上實施例縱，推進系統(tǒng)由三個推進機構(gòu)(即，兩個主發(fā) 動機ll和設(shè)置在船首的推力器14)構(gòu)成。然而，推進系統(tǒng)可以由四個或 者更多推進機構(gòu)構(gòu)成；例如，可以在船體10的船首側(cè)設(shè)置附加的推力 器。在此情況下，通過在前述式5至8以及式11和12中采用n=4，可 以以類似于前述式24至33以及式34和35的方式來計算船槳的目標旋轉(zhuǎn)速度。因而，可以預期與以上實施例的效果類似的效果。在涉及具有布置在水下以產(chǎn)生推力的船槳13和船槳14b的船舶的情 況下，描述了以上實施例。然而，由于前述式5至8以及式11和12是 關(guān)于流體(例如，空氣)成立的，所以本發(fā)明的船舶操縱設(shè)備可以應用 到例如氣墊船。在此情況下，如果與以上實施例相似地設(shè)定空氣排出方 向，可以預期的效果與以上實施例的效果相似。
權(quán)利要求
1.一種船舶操縱設(shè)備，其控制船用齒輪箱的離合器機構(gòu)的操作，以改變船槳相對于主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的旋轉(zhuǎn)速度，所述船用齒輪箱適于將所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)傳遞到所述船槳，所述船舶操縱設(shè)備包括船舶操縱裝置，其由船舶操作者操作來對船舶進行操縱；操作輸入值檢測裝置，其用于檢測所述船舶操作者輸入到所述船舶操縱裝置的操作輸入值；目標船槳旋轉(zhuǎn)速度計算裝置，其用于基于所檢測到的操作輸入值計算所述船槳相對于所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的目標旋轉(zhuǎn)速度；目標滑移率確定裝置，其用于在預定范圍內(nèi)確定用于使所述船槳以所計算出的目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的、所述船用齒輪箱的所述離合器機構(gòu)的目標滑移率；以及操作控制裝置，其用于以確定了的目標滑移率控制所述船用齒輪箱的所述離合器機構(gòu)的操作量。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶操縱設(shè)備，其中，當所計算出的目標 旋轉(zhuǎn)速度小于至少怠速旋轉(zhuǎn)速度時，所述目標滑移率確定裝置通過根據(jù) 所述目標旋轉(zhuǎn)速度的大小均勻地改變所述目標滑移率來確定所述目標滑 移率，所述怠速旋轉(zhuǎn)速度是所述主發(fā)動機沒有負荷時的旋轉(zhuǎn)速度。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶操縱設(shè)備，其中，所述目標滑移率確 定裝置基于所述目標滑移率根據(jù)所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度的改變而逐級 改變的關(guān)系來確定所述目標滑移率。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的船舶操縱設(shè)備，其中，所述目標滑移率逐 級改變的所述關(guān)系是當所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度小于沒有負荷時的怠速 旋轉(zhuǎn)速度時，所述目標滑移率以第一斜率均勻地改變；當所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度等于或者大于所述怠速旋轉(zhuǎn)速度并且小 于預定旋轉(zhuǎn)速度時，所述目標滑移率以小于所述第一斜率的第二斜率均 勻地改變；以及當所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度等于或者大于所述預定旋轉(zhuǎn)速度時，所述目標滑移率變成恒定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶操縱設(shè)備，還包括實際旋轉(zhuǎn)速度檢測 裝置，其用于檢測所述船槳的實際旋轉(zhuǎn)速度，其中，所述操作控制裝置在考慮到由作用在所述船舶上的干擾引起 的所述船槳的實際旋轉(zhuǎn)速度的變化的情況下，基于所檢測到的實際旋轉(zhuǎn) 速度和所述目標旋轉(zhuǎn)速度之間的差值校正所述離合器機構(gòu)的所述操作
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶操縱設(shè)備，其中，所述船舶操縱裝置 包括操縱桿，其在所述船舶操作者傾斜所述操縱桿時輸入所述船舶的移 動方向和移動速度，以及轉(zhuǎn)盤，其一體地安裝到所述操縱桿上，并在所述轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動時輸入所 述船舶的轉(zhuǎn)頭方向和轉(zhuǎn)頭速度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的船舶操縱設(shè)備，其中，當所述船舶沿著碼 頭靠岸，或者駛離碼頭時，由所述船舶操作者操作所述船舶操縱裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的船舶操縱設(shè)備，還包括用于控制推力器的操作的推力器控制裝置，所述推力器適于使所述船舶在所述船槳的旋轉(zhuǎn) 速度相對于所述主發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)速度減小的微速航行的狀態(tài)下在預定的 轉(zhuǎn)動方向上轉(zhuǎn)頭。
全文摘要
操作目標值計算部分(30)的指令值轉(zhuǎn)換部分(31)對來自操縱器(25)的指令信號進行轉(zhuǎn)換。為了獲得操作者所意圖的船舶移動模式，目標船槳速度計算部分(32)使用每個轉(zhuǎn)換后的值來計算左右船槳(13)和推力器(14)的船槳(14b)的目標旋轉(zhuǎn)速度。在主發(fā)動機工作控制部分(40)，滑移率確定部分(41)計算使船槳(13)以目標旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)的、船用齒輪箱(12)的離合器機構(gòu)(120)的滑移率U。驅(qū)動控制部分(42)控制主發(fā)動機(11)和離合器機構(gòu)(120)的工作。此外，在推力器工作控制部分(50)中，驅(qū)動控制部分(52)控制船槳(14b)沿著由工作確定部分(51)所確定的旋轉(zhuǎn)方向驅(qū)動。
文檔編號B63H23/30GK101228065SQ200680026590
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月20日
發(fā)明者井口剛一, 山崎貴睦, 都筑淳之 申請人:豐田自動車株式會社