二枚舵を有する船舶の操舵制御装置
【課題】二枚の舵をテールインボードの状態にして船舶を直進航行させている際、当て舵を行なって船舶の針路を微調整する場合、推進抵抗の増大を抑制することができ、また、舵が二枚であることから可能になる操舵上の特長を活用することができる二枚舵の船舶の操舵制御装置を提供する。
【解決手段】自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ，１８ａを、テールインボード対応操舵量調整器１１により、別々の転舵パターンで転舵させるようにし、操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置１０とジョイスティック・ユニット１２と緊急停止制御ユニット１４とにより、二枚の舵１５ａ，１８ａのそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにした。
【解決手段】自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ，１８ａを、テールインボード対応操舵量調整器１１により、別々の転舵パターンで転舵させるようにし、操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置１０とジョイスティック・ユニット１２と緊急停止制御ユニット１４とにより、二枚の舵１５ａ，１８ａのそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二枚の舵を備えた船舶の操舵システムとしては、例えば図１５に示すように、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを設けた二枚舵システム、もしくは、例えば図１６に示すように、二基の左右舷推進プロペラ５３ｐ、５３ｓの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、右舷舵５４ｐ、右舷舵５４ｓを設けた二枚舵システムがある。
【０００３】
そして、これらの舵に対する操舵制御は次のように行われている。即ち、第一の方法としては、図１５、図１６に示すように、オートパイロット操舵装置５５によるものであり、このオートパイロット操舵装置５５は、自動制御系５６および手動舵輪操舵系５７の二つの操舵命令系統を有する。
【０００４】
自動制御系５６においては、船が航行中、外乱等により、設定された針路から外れたとき、それを自動的に検知して、それぞれの舵５２ｐ、５２ｓ、５４ｐ、５４ｓを作動させる左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓを制御する、それぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに、針路からの外れを修正するように、転舵命令信号δｉを与える。
【０００５】
また、出入港時又は狭水路航行時など、自動操舵によらず、手動にて船を操船するときは、手動舵輪操舵系５７を用いて、手動にて上記左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに転舵命令信号δｉを与える。
【０００６】
而して、上記転舵命令信号δｉは、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに対して同一の転舵命令として与えられ、従って、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ、または、５４ｐ、５４ｓは、同じ方向に同じ角度だけ同調して転舵させるようになっている。
【０００７】
なお、転舵命令信号δｉによって左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓがそれぞれ作動すると、左舷舵取機５８ｐの作動角度の信号δｆｐが左舷制御増幅器５９ｐに、また、右舷舵取機５８ｓの作動角度の信号δｆｓが右舷制御増幅器５９ｓにそれぞれフィードバックされて転舵命令信号δｉと比較され、そして、作動した角度の信号δｆｐ、δｆｓが命令した角度の信号σｉと一致すれば、左右舷制御増幅器５９ｐ、５９ｓは、それぞれ、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓの作動を停止させるようになっている。左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓは、それぞれ左舷油圧パワーユニット６０ｐ、右舷油圧パワーユニット６０ｓによって駆動される。尚、左舷および右舷油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓはそれぞれ、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓに作動油圧を供給する油圧ポンプ（図示省略）と、作動油圧の供給方向を切換える方向切換弁（図示省略）とを備えている。
【０００８】
なお、この操舵制御の第一の方法においては、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（または、５４ｐ、５４ｓ）は、船の旋回操縦に用いられるだけであり、他の操縦の手段としては利用されていない。
【０００９】
次に、操舵制御の第二の方法として、上述の、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に左右一対の左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを設ける場合は、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓのそれぞれの舵角の組合せによって推進プロペラ５１のプロペラ後流のベクトルを制御して、船尾部に多様な推力ベクトルを与え、船に多様な操縦性（例えば、船の前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング）を与えるようにすることが可能であり（例えば下記特許文献１参照）、この場合の操舵制御の方法として、ジョイスティックレバーを用いる方法が知られている。これは、各操縦モードを発揮させ得る左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓの舵角の組合せを予め定めておき、そして、ジョイスティックレバーを手動操作することにより、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓがそのそれぞれの舵角位置に来るように、左舷舵取機５８ｐの左舷制御増幅器５９ｐ、および、右舷舵取機５８ｓの右舷制御増幅器５９ｓにそれぞれ命令信号を与えるものである。
【００１０】
上記の操舵制御において、船の航行中の針路設定、および、航行中の外乱等による設定針路からの外れの自動修正は、オートパイロット操舵装置５５により行われる。この場合、制御系統はジョイスティックからオートパイロット操舵装置５５に切り替えられ、オートパイロット操舵装置５５からは、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに対して同一の転舵命令信号δｉが与えられ、左右舷舵５２ｐ、５２ｓは、同じ方向に同じ角度だけ同調して転舵される。
【００１１】
また、図１７，図１８に示すように、ジョイスティックレバー５はジョイスティック・パネル３に備えられており、ジョイスティック・パネル３にはディスプレイ装置２１が設けられている。
【００１２】
ジョイスティックレバー５はＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、ジョイスティックレバー５の操作範囲内のすべての操作位置のＸ−Ｙ座標に対応して各々の舵５２ｐ、５２ｓの舵角が設定されている。
【００１３】
また、図１８に示すように、ディスプレイ装置２１には、ジョイスティックレバー５の傾転方向と傾転量（換言すれば指示旋回方向と指示推力の大きさ）を示す指示値が船体のその場静止（ホバー）位置を原点とする指示ベクトル値Ｖ１として表示されるとともに、実行旋回方向と実行推力の大きさを示す実行値が船体のその場静止（ホバー）位置を原点とする実行ベクトル値Ｖ２として表示される。
【００１４】
尚、このように、ジョイスティックレバー５の操作に対応して、その指示ベクトル値Ｖ１と実行ベクトル値Ｖ２とをディスプレイ装置２１に表示させる点については、例えば下記特許文献２に記載されている。
【００１５】
図１９は、上記操舵制御の第二の方法における左舷および右舷舵角δｐ、δｓの種々の組み合わせに対応する縦および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。尚、横推力は実線で示され、船尾を左舷方向に押す力を＋、右舷方向に押す力を−とする。また、縦推力は破線で示され、船を前方に押す力を＋とする。また、各舵角の単位は度（°）であり、各推力の数値は左舷および右舷舵角δｐ、δｓが共に０°の時の推力を１００とした場合の比である。
【００１６】
図１９中のＸ軸とＹ軸とはジョイスティックレバー５の操作方向を示しており、ジョイスティックレバー５の操作位置のＸ−Ｙ座標に対応する左舷舵角δｐと左舷舵角δｓとが設定される。
【００１７】
例えば、ジョイスティックレバー５を操作位置Ｐ１に操作した場合、左舷舵角δｐが左舷側に約６°、右舷舵角δｓが右舷側に約３４°となり、この時の縦推力が約８０、横推力が約＋３０となる。
【００１８】
また、図１９に示すＡ線は、左舷舵角δｐと右舷舵角δｓとの絶対値が等しく、左舷舵５２ｐは取舵方向へ右舷舵５２ｓは面舵方向へ転舵した場合を示し、Ａ線上のどの位置においても横推力は零である。また、Ｂ線は、左舷舵角δｐの大きさと右舷舵角δｓの大きさとが異なっているにもかかわらず横推力が零になる両舵角δｐ、舵角δｓの組み合わせを示している。
【００１９】
Ａ線の右上とＢ線の左上とに囲まれた第１領域４１においては、船に右回頭力が発生し、Ａ線の左下とＢ線の左上とに囲まれた第２領域４２においては、船に左回頭力が発生し、Ａ線の左下とＢ線の右下とに囲まれた第３領域４３においては、船に右回頭力が発生し、Ａ線の右上とＢ線の右下とに囲まれた第４領域４４においては、船に左回頭力が発生する。
【００２０】
このように、Ｂ線を境界として、第１領域４１と第４領域４４とでは横推力の方向が左右に入れ替わり、同様に、第２領域４２と第３領域４３とでは横推力の方向が左右に入れ替わる。
【００２１】
尚、図２０は、１枚の舵の舵角と推力との関係を示すグラフであり、実線で示した前進推力については舵角の増加とともに一様に低下する関係にあるが、点線で示した横推力については、ピークとなる所定の舵角Ｃ以下の範囲では、舵角の増加とともに一様に増加し、所定の舵角Ｃ以上の範囲では、舵角の増加とともに一様に減少する。このような関係により、左右２枚の舵を用いた場合、左舷舵５２ｐの舵角δｐと右舷舵５２ｓの舵角δｓとの組み合わせに応じて、左舷舵５２ｐによる横推力と右舷舵５２ｓによる横推力との大小関係が変化し、これにより、上記図１９で示したように、Ｂ線を境界として横推力の方向が左右に入れ替わるといった現象が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】実公平５−１３６７９
【特許文献２】特開平６−２１９３９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述した、舵を二枚設けるシステムにおいては、航行中、図２１（ａ）に示すように、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（あるいは５４ｐ、５４ｓ）をそれぞれ船体長手方向中心線６１側に小角度だけ偏位した状態（以下、「テールインボード」と称する）に置くと、推進抵抗が減少し、かつ、船の保針性能も良くなることが知られている。
【００２４】
このテールインボードの最適角度は船の喫水条件によって変わるのであるが、従来の舵二枚システムにおいては、このことが考慮されていないため、例えば、船の満載状態の航行時には最適のテールインボード角度であっても、喫水が浅くなる船の軽荷航行時或いはバラスト航行時には、最適の状態から偏位した状態となって、その分、推進抵抗減少の利得が小さくなるという問題があった。
【００２５】
また、船を自動操舵モードで航行させている状態、即ち、針路を設定して、船がその設定針路に自動的に従って航行するようにした状態においては、外乱等により船がその針路を外れると、それを検知して、船が直ちに設定針路に復帰するように舵取機を小角度作動させる（以下、「当て舵」と称する）ようになっている。
【００２６】
例えば、図２１（ａ）に示すように、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（あるいは５４ｐ、５４ｓ）がテールインボード状態に保たれ、この時のテールインボード舵角αが例えば２°であるとき、今仮に面舵側（上から見て反時計回りの方向）に当て舵命令が出て、面舵方向６２へオーダ舵角δｏ（例えばδｏ＝３°）だけ転舵させる場合、図２１（ｂ）に示すように、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとが両者とも面舵方向６２へオーダ舵角δｏ分（すなわち３°）だけ回動するため、右舷舵５２ｓの舵角δｓは面舵方向６２へ１°となり、左舷舵５２ｐの舵角δｐは面舵方向６２へ５°となる。
【００２７】
このように、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを少しだけ転舵して船舶の針路を微調整する場合であっても、左舷舵５２ｐの舵角δｐが右舷舵５２ｓの舵角δｓに比べて大幅に増大してしまうため、船舶の推進抵抗が大幅に増大するといった問題がある。
【００２８】
また、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを取舵方向６３へオーダ舵角δｏだけ転舵させる場合も、同様に、右舷舵５２ｓの舵角δｓが左舷舵５２ｐの舵角δｐに比べて大幅に増大してしまうため、船舶の推進抵抗が大幅に増大するといった問題がある。尚、船舶の推進抵抗は舵角の２乗に比例するため、舵角が僅かに増大しても、推進抵抗が著しく増大する。
【００２９】
また、舵の当て舵における転舵速度について、次のような課題があった。即ち、舵取機５８ｐ、５８ｓの油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓの油圧ポンプとして可変容量型のポンプが使用されている場合は、オートパイロットにより船舶が大洋を航行するとき、オートパイロットは、設定針路と実際の針路との偏差を極力小さくするように操舵量を演算し、舵取機５８ｐ、５８ｓに転舵（当て舵）命令を出すように構成されている。即ち、オートパイロットからの転舵命令信号δｉは、設定針路からの偏差が小さいか、あるいは、偏差をもたらしつつある回頭角速度が小さい間は、偏差が周期的な波などにより発生したのであればいずれ船首方位は設定針路に戻ってくることを勘案して、操舵に基づく推進馬力の損失を少なくするために、油圧ポンプに対して吐出量を小さく要求（即ち、転舵速度が緩やかになるように要求）し、そして、設定針路からの偏差値が大きくなるか、あるいは、偏差をもたらしつつある回頭角速度が大きくなれば、油圧ポンプに対して吐出量を大きく要求する、即ち、転舵速度を大きくして、偏差量の増大に素早く対応するようになっている。
【００３０】
然るに、近年は、舵取機５８ｐ、５８ｓの油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓの油圧システムを簡単化するなどのために、油圧ポンプを一定方向・一定吐出量型（定容量型）にし、そして、舵５２ｐ、５２ｓの回転方向の切換は方向切換弁でオンオフ制御により行うようにすることが多くなっている。この場合、必然的に、舵取機５８ｐ、５８ｓすなわち舵５２ｐ、５２ｓは、常に、油圧ポンプの一定吐出量に相当する速度で転舵されることになり、上述の、可変容量型油圧ポンプを備えた場合のごとき、船首方位の偏差の状態に応じて油圧ポンプの吐出量を制御して、緩やかな転舵速度から速い転舵速度までの領域で当て舵制御を行うということができなかった。
【００３１】
このため、一方向・一定吐出量型（定容量型）の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓを採用した舵取機５８ｐ、５８ｓであっても、油圧ポンプが可変容量型である場合に行われているような、船の設定針路からの偏差に応じて当て舵の転舵速度を制御するというシステムに匹敵するようなシステムが望まれている。
【００３２】
また、図１９に示すように、例えば、オペレーターがジョイスティックレバー５を第１領域４１内の操作位置Ｐ２に操作した場合、左舷舵角δｐが左舷側に約８°、右舷舵角δｓが右舷側に約８２°となり、この時の縦推力が約５０、横推力が約＋１０となり、船に右回頭力が発生する。
【００３３】
しかしながら、この時、ジョイスティックレバー５を第１領域４１と第４領域４４との間で自由に操作することができるため、オペレーターの不注意により、ジョイスティックレバー５が第１領域４１内の操作位置Ｐ２から第４領域４４内に操作されてしまう虞があり、この場合、オペレーターの意図に反して、横推力が左右反対方向になり、船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといった問題がある。尚、このような問題は、第１領域４１と第４領域４４との間のみならず、第２領域４２と第３領域４３との間においても同様に発生する虞がある。また、上記のような問題は、ジョイスティックレバー５の操作位置がＢ線の近傍である場合、特に発生し易くなる。
【００３４】
本発明は、二枚の舵をテールインボードの状態にして船舶を直進航行させている際、船の喫水条件に応じて、その喫水に最適なテールインボード角度を設定することができ、外乱等により設定針路から逸脱した船舶を設定針路に復帰させるために当て舵を行なって船舶の針路を微調整する場合、推進抵抗の増大を抑制することができ、また、舵が二枚であることから可能になる操舵上の特長を活用することができ、また、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる二枚舵を有する船舶の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記課題を解決するために、本第１発明は、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置であって、
操舵命令系統がオートパイロット装置とジョイスティック・パネルとから構成され、
オートパイロット装置は針路設定装置とジャイロコンパスとからなり、
ジョイスティック・パネルはテールインボード設定装置とジョイスティックレバーと舵角設定装置と緊急停止押釦とからなり、
制御装置系統が自動演算装置とテールインボード対応操舵量調整器とジョイスティック・ユニットと舵角設定器と緊急停止制御ユニットとから構成され、
自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵を、テールインボード対応操舵量調整器により、それぞれ別々の転舵パターンで転舵させるようにし、
操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置とジョイスティック・ユニットと緊急停止制御ユニットとにより、二枚の舵のそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにしたものである。
【００３６】
これによると、船舶が二枚の舵をテールインボードの状態にして直進航行する際、テールインボード設定装置により、船の喫水条件に応じて最適のテールインボード角度を設定することができるため、それぞれの喫水条件に対して、推進抵抗を最小限にすることができる。
【００３７】
また、自動操舵モードによる太洋航行時は、外乱等による船の針路からの逸脱を設定針路に復帰させるための当て舵において、一方向・一定吐出量型（定容量型）の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、船の設定針路からの偏差量および船の回頭角速度に応じて、船の設定針路への復帰を、できるだけ少ない転舵量で、船のジグザグ航行および船首揺が最少になるように転舵制御を行うことができ、従って、船の操舵に基づく推進抵抗が減少するとともに、走航距離が短縮される。また、操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、二枚の舵の舵角の組合せ制御によって、船の多様な操縦が可能になる。
【００３８】
本第２発明における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置は、テールインボード対応操舵量調整器は、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右いずれか一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、他方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させるとともに、他方の舵を一方の舵と平行になるまで一方向へ転舵させ、
テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、一方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させるとともに、一方の舵を他方の舵と平行になるまで他方向へ転舵させるものである。
【００３９】
これによると、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、他方の舵の舵角が従来に比べて小さくなり、また、テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、一方の舵の舵角が従来に比べて小さくなる。これにより、船舶の推進抵抗の増大を抑制することができる。
【００４０】
また、一方向・一定吐出量型油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下の場合、片方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定するため、二枚の舵を合わせた総揚力としては、可変容量型油圧ポンプを用いて緩やかに舵を動かすのとほぼ同等の作用が得られる。また、修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きい場合、舵を二枚とも動かすため、可変容量型油圧ポンプを用いて素早く応答するのとほぼ同等の作用が得られる。
【００４１】
本第３発明における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置は、ジョイスティックレバーはＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、
ジョイスティックレバーの操作範囲内のすべての操作位置に対応して各々の舵の舵角が設定されており、
一方の舵の舵角の大きさと他方の舵の舵角の大きさとが異なった状態で船舶を左右方向に推進させる横推力が零になる操作位置を含む領域を、操舵禁止領域とし、
ジョイスティックレバーが操舵禁止領域内に侵入するのを阻止する侵入阻止手段が設けられているものである。
【００４２】
これによると、オペレーターがジョイスティックレバーを所定の操作位置へ操作することにより、所定の操作位置に対応する各々の舵角で左右両方の舵が転舵する。
一方の舵の舵角と他方の舵の舵角とが異なっているにもかかわらず横推力が零になる操作位置を境界として、横推力の方向が左右に入れ替わるが、これに対して、ジョイスティックレバーは、侵入阻止手段により、操舵禁止領域内に侵入するのを阻止される。したがって、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、船舶が二枚の舵をテールインボードの状態にして直進航行する際、船の喫水条件に応じて、最適のテールインボード角度を設定することができるため、それぞれの喫水条件に対して、推進抵抗を最小限にすることができる。
【００４４】
また、自動操舵モードによる太洋航行時において、テールインボードとなっている二枚の舵を当て舵により転舵して設定針路に復帰させる場合、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、船舶の設定針路からの偏差の量と船舶の角速度に応じた当て舵の転舵制御ができ、船舶のジグザグ航行、船首揺が少なくなることによる推進抵抗、走航距離の減少により、燃料消費量が少なくなって、省エネルギーに寄与することができ、また、船舶の出入港時又は狭水路航行時は、船舶の多様な操縦が可能となることにより、安全性が高まるとともに、所要時間が短縮される。
【００４５】
また、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図２】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中、左右舷をテールインボードの状態にした説明図である。
【図３】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵のパターンを示す説明図である。
【図４】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図であり、操舵信号舵角がテールインボード舵角の２倍以下の場合を示す。
【図５】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図であり、操舵信号舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きい場合を示す。
【図６】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース１）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、前進左旋回時を示す。
【図７】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース１）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は第一の方法による制動（停止）時、（ｂ）は第二の方法による制動（停止）時を示す。
【図８】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース２）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は前進左旋回時、（ｂ）は前進左回頭時、（ｃ）は後進時を示す。
【図９】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース２）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は後進左旋回時、（ｂ）は後進左回頭時、（ｃ）はホーバーリング（その場停止）時を示す。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置のガイド板の平面図である。
【図１２】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置において、図８，図９に示した左舷舵および右舷舵における左舷舵角および右舷舵角の種々の組み合わせに対応する縦推力および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図１５】従来の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図であり、一基の推進プロペラの後方に左右一対の左舷舵と右舷舵とを設けた二枚舵システムを示す。
【図１６】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図であり、二基の左右舷推進プロペラの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、右舷舵と左舷舵を設けた二枚舵システムを示す。
【図１７】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置の斜視図である。
【図１８】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置のディスプレイ装置の図である。
【図１９】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置において、図８，図９に示した左舷舵および右舷舵における左舷舵角および右舷舵角の種々の組み合わせに対応する縦推力および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。
【図２０】１枚の舵の舵角と推力との関係を示すグラフである。
【図２１】従来の二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の第１の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の形態を図１〜図９に基づいて説明する。尚、先に背景技術において説明したものと同じ部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図１に示すように、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置２２は操舵命令系統２３と制御装置系統２４とを有している。
操舵命令系統２３はオートパイロット装置２５とジョイスティック・パネル３と操舵輪８と非追従操舵レバー９とから構成されている。オートパイロット装置２５は針路設定装置１とジャイロコンパス２とからなる。また、ジョイスティック・パネル３はテールインボード設定装置４とジョイスティックレバー５と回頭ダイヤル２６と舵角設定装置６と緊急停止押釦７とを有している。
【００４９】
制御装置系統２４は自動演算装置１０とテールインボード対応操舵量調整器１１とジョイスティック・ユニット１２と緊急停止制御ユニット１４とを有し、緊急停止制御ユニット１４は舵角設定器１３を含んでいる。
【００５０】
また、右舷舵１５ａと左舷舵１８ａとを個々に作動させる装置として、左舷舵取機１５と左舷舵取機油圧制御ユニット１６と左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７と右舷舵取機１８と右舷舵取機油圧制御ユニット１９と右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０とが備えられている。尚、左舷および右舷舵取機油圧制御ユニット１６，１９はそれぞれ、左舷および右舷舵取機１５，１８に作動油圧を供給する油圧ポンプ（図示省略）と、作動油圧の供給方向を切換える方向切換弁（図示省略）とを備えている。
【００５１】
自動演算装置１０は、自動操舵のために針路設定装置１で設定された設定針路とジャイロコンパス２の信号とを比較して、設定針路からのずれを演算し、そのずれ信号を出力するものであり、そのずれ信号によって、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａに対して自動的に当て舵を行わしめ、設定針路に復帰させる。
【００５２】
テールインボード設定装置４は、予め求めておいた船の喫水に対する舵の最適なテールインボード角度の関係に従って、船が実際に運航されるときの喫水に応じて最適のテールインボード角度を設定するものである。
【００５３】
テールインボード対応操舵量調整器１１は、船の喫水条件によってテールインボード設定装置４により設定されたテールインボード舵角αの下で、自動演算装置１０から与えられる針路ずれの情報に対して、その修正のために、左舷舵取機１５および右舷舵取機１８により発揮させるべき当て舵の量を調整して、各舵取機１５、１８に対する自動的当て舵命令信号として出力するものである。
【００５４】
ジョイスティック・ユニット１２は、船の出入港あるいは狭水路航行時の操船に使用するものであり、二枚の舵１５ａ、１８ａのそれぞれの舵角の組合せによって得られる船のいろいろな（複数の）操縦パターンを発揮せしめ得るように予め設定されているそれぞれの舵１５ａ、１８ａの舵角に達するように、左右舷舵取機１５、１８に対してそれぞれ転舵信号を発信するものであり、これは、ジョイスティック・パネル３にある一つのジョイスティックレバー５の操作によってなされる。
【００５５】
舵角設定器１３を含む緊急停止制御ユニット１４は、緊急時にジョイスティック・パネル３にある緊急停止押釦７が押されることにより、船がいかなる操船状態にあろうとも、それをキャンセルして、左舷舵１５ａを取舵方向（上から見て時計回りの方向）に、右舷舵１８ａを面舵方向（上から見て反時計回りの方向）に、それぞれハードオーバー（舵いっぱい）まで転舵せしめ、あるいは、左舷舵１５ａを面舵方向に、右舷舵１８ａを取舵方向に、それぞれハードオーバー（舵いっぱい）まで転舵せしめ、船に制動力を与えて停止させるものであり、船に与え得る制動力の大きさは船の状態によって変化するので、最大の制動力を得る舵１５ａ、１８ａの転舵角度を舵角設定器１３によって設定する。
【００５６】
操舵輪８による操舵は、自動操舵あるいはジョイスティックレバー５による操舵に由らず、手動にて操舵するものであり、左右舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７、２０に対して、同時に同じ操舵命令信号を与え、左右舷舵１５ａ、１８ａを同時に同じ方向の舵角に作動させる。（尚、これは従来の操舵制御装置における操舵方法と同じである。）
以上の全ての操舵制御においては、左舷舵取機１５に与えられた転舵命令によって左舷舵取機１５が作動した舵角量は左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７にフィードバックされて命令舵角と比較され、実際の転舵量が命令舵角と等しくなれば、左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７は左舷舵取機油圧制御ユニット１６の作動を停止させ、左舷舵１５ａは命令された舵角に保持される。また、右舷舵取機１８に与えられた転舵命令によって右舷舵取機１８が作動するときも、同様に、実際の転舵量が右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０にフィードバックされて命令舵角と比較され、実際の転舵量が命令舵角と等しくなれば、右舷舵取機油圧制御ユニット１９の作動を停止させ、右舷舵１８ａは命令された舵角に保持される。
【００５７】
また、非常用の予備品として、左右舷舵取機油圧制御ユニット１６、１９を、それぞれ独立に、上記フィードバック無しに直接に操作する非追従操舵レバー９が設けられている。尚、図１において、Ａは自動操舵端子、Ｈは操舵輪操舵端子、Ｊはジョイスティック操舵端子、Ｘ１およびＸ２はリレーを示している。
【００５８】
以下、上記構成における作用を説明する。
第一に、船が自動操舵モードにより航行するときは、針路設定装置１で設定された設定針路とジャイロコンパス２による実際の針路の信号とが比較され、自動演算装置１０において、船の設定針路からのずれを演算し、そして、そのずれを修正して設定針路に戻すために、左右舷舵１５ａ、１８ａにそれぞれ当て舵を命令する信号を自動演算装置１０からテールインボード対応操舵量調整器１１に入力する。
【００５９】
この場合、航行中の推進抵抗を減少させるために、左右舷舵１５ａ、１８ａは、図２に示すように、テールインボードの状態に保たれている。この時のテールインボード舵角αは、主として船の喫水条件により異なるため、テールインボード設定装置４により、テールインボード舵角αが設定される。例えば、船がバラスト状態で航行するときはテールインボード舵角αが６°に設定され、船が載荷状態で航行するときはテールインボード舵角αが２°に設定される。尚、上記６°又は２°といった角度に限定されるものではなく、船がバラスト状態で航行するときはテールインボード舵角αを大きく設定し、船が載荷状態で航行するときはテールインボード舵角αをバラスト状態時の角度よりも小さく設定している。
【００６０】
テールインボード対応操舵量調整器１１は、入力された当て舵命令信号に基づき、左右舷舵１５ａ、１８ａの作動に対する調整を行い、そして、左舷舵取機１５を制御する左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７、および、右舷舵取機１８を制御する右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０に対して、上記調整されたそれぞれの転舵信号を送り、当て舵を行なう。
【００６１】
上記のような当て舵は、テールインボード対応操舵量調整器１１において、それぞれ次の条件（ａ）〜（ｄ）に基づいて行なわれる。尚、図４に示すように、δｐは左舷舵１５ａに対する操舵制御量（操舵制御舵角）を示し、δｓは右舷舵１８ａに対する操舵制御量（操舵制御舵角）を示す。また、操舵信号舵角δｏ（修正舵角の一例：オートパイロットのオーダー舵角）と操舵制御量δｐ、δｓとについては、面舵方向６２（右方向）を＋とし、取舵方向６３（左方向）を−として示している。
（ａ）δｏ＜−２αのとき、δｐ＝δｏ＋α、δｓ＝δｏ＋α
（ｂ）−２α≦δｏ＜０のとき、δｐ＝δｏ＋α、δｓ＝−α
（ｃ）０＜δｏ≦２αのとき、δｐ＝α、δｓ＝δｏ−α
（ｄ）δｏ＞２αのとき、δｐ＝δｏ−α、δｓ＝δｏ−α
上記条件（ａ）〜（ｄ）に基づいた舵１５ａ、１８ａの動作を図３に示す。例えば、面舵方向６２に当て舵を行う場合、左舷舵１５ａは、右舷舵１８ａがテールインボード角αに相当する舵角に達するまでは転舵は行わず、そして、右舷舵１８ａがテールインボード角αに相当する舵角より大きく転舵する場合は、左舷舵１５ａは右舷舵１８ａと並行して転舵される。また、取舵方向６３に当て舵を行う場合は、左右舷舵１５ａ、１８ａは上記とは対称の動作となる。尚、図３において破線で示したものは、テールインボードにおいて左右舷の舵１５ａ、１８ａを同時に同方向に同じ角度で当て舵を行わせたと仮定したときにどのような状態になるかを比較のために示したものである。
【００６２】
上記のような条件（ａ）〜（ｄ）に基づく左右舷舵１５ａ、１８ａの操舵制御によると、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２（左右一方向の一例）へ転舵して設定針路に復帰させる場合、自動演算装置１０から入力される操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下であれば、上記条件（ｃ）に基づいて、左舷舵１５ａ（他方の舵の一例）の舵角をテールインボード舵角αに固定した状態で、右舷舵１８ａ（一方の舵の一例）を操舵信号舵角δｏだけ面舵方向６２へ転舵させる。
【００６３】
また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きければ、上記条件（ｄ）に基づいて、右舷舵１８ａを操舵信号舵角δｏだけ面舵方向６２へ転舵させるとともに、左舷舵１５ａを右舷舵１８ａと平行になるまで面舵方向６２へ転舵させる。
【００６４】
また、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３（左右他方向の一例）へ転舵して設定針路に復帰させる場合、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下であれば、上記条件（ｂ）に基づいて、右舷舵１８ａの舵角をテールインボード舵角αに固定した状態で、左舷舵１５ａを操舵信号舵角δｏだけ取舵方向６３へ転舵させる。
【００６５】
また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きければ、上記条件（ａ）に基づいて、左舷舵１５ａを操舵信号舵角δｏだけ取舵方向６３へ転舵させるとともに、右舷舵１８ａを左舷舵１５ａと平行になるまで取舵方向６３へ転舵させる。
【００６６】
上記のような舵１５ａ、１８ａの操舵制御の具体例として、例えば、図４に示すように、二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２へ転舵して設定針路に復帰させる場合、テールインボード舵角αを２°、操舵信号舵角δｏを３°とすると、上記条件（ｃ）に基づいて、図４（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａに対する操舵制御量δｐ＝α＝２°、右舷舵１８ａに対する操舵制御量δｓ＝δｏ−α＝３°−２°＝１°となる。
【００６７】
また、操舵信号舵角δｏを６°とすると、上記条件（ｄ）に基づいて、図５に示すように、左舷舵１５ａに対する操舵制御量δｐ＝δｏ−α＝６°−２°＝４°、右舷舵１８ａに対する操舵制御量δｓ＝δｏ−α＝６°−２°＝４°となる。
【００６８】
尚、二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３へ転舵させる場合も、上記条件（ａ）（ｂ）に基づいて、同様に行なわれる。
これにより、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２へ転舵して設定針路に復帰させる場合、左舷舵１５ａの舵角（操舵制御量δｐに相等）が従来に比べて小さくなり、また、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３へ転舵して設定針路に復帰させる場合、右舷舵１８ａの舵角（操舵制御量δｓに相等）が従来に比べて小さくなる。これにより、船舶の操舵に基づく推進抵抗の増大を抑制することができる。
【００６９】
また、上記のような当て舵において、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニット１６、１９を採用した舵取機１５、１８であっても、船の設定針路からの偏差量および船の回頭角速度に応じて、船の設定針路への復帰を、船のジグザグ航行および船首揺が最少になるように転舵制御を行うことができ、従って、船の推進抵抗が減少するとともに、走航距離が短縮される。
【００７０】
さらに、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニット１６、１９を採用した舵取機１５、１８であっても、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下の場合、片方の舵（舵１５ａ又は舵１８ａ）の舵角をテールインボード舵角αに固定するため、二枚の舵１５ａ、１８ａを合わせた総揚力としては、可変容量型油圧ポンプを用いて緩やかに舵１５ａ、１８ａを動かすのとほぼ同等の作用が得られる。また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きい場合、舵１５ａ、１８ａを二枚とも動かすため、可変容量型油圧ポンプを用いて素早く応答するのと同等の作用が得られる。
【００７１】
次に、船が自動操舵モードに由らずして手動の操舵輪８により航行するときは、操舵輪８からの転舵命令信号は、左右舷舵１５ａ、１８ａが並行して作動するように、左舷舵１５ａの左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７と右舷舵１８ａの右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０とに対して与えられる。尚、この場合、最大作動舵角は、左右舷舵１５ａ、１８ａとも左右舷に３５°とする作動モードとするか、或いは、左舷舵１５ａに対しては取舵方向に例えば６５°、面舵方向に例えば４５°、そして、右舷舵１８ａに対しては舵取方向に例えば４５°、面舵方向に例えば６５°とする作動モードとするか、或いは、最大舵角切換スイッチを設けて、操船状況により、その両者を切換使用できるようにするか、自由に選択することができる。
【００７２】
第二に、船の操縦モードによる出入港又は狭水路航行のときは、ジョイスティック・パネル３に設けたジョイスティックレバー５および回頭ダイヤル２６により、ジョイスティック・ユニット１２を制御し、ジョイスティック・ユニット１２から左舷舵１５ａの左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７および右舷舵１８ａの右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０に対して、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａがそれぞれ所定の舵角位置にくるように制御する信号を発信する。
【００７３】
左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａの上記所定の舵角位置の組合せにより、船に次のような複数の多様な操縦パターンを与えることができる。
ケース１：
一例として、左右舷舵１５ａ、１８ａの各最大作動舵角範囲を外舷方向に６５°、内舷方向に４５°とする場合、ジョイスティックレバー５の操作により設定される操縦パターンとして、前進左右旋回、後進左右旋回、制動（停止）、微速航行などを設定することができる。
【００７４】
前進左右旋回パターンにおいては、例えば左旋回に対しては、図６に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとし、また、右旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａは、相互の干渉がなく、全体として最大の舵力を発生することができる。
【００７５】
後進左右旋回パターンにおいては、推進プロペラは後進にして、例えば後進左旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとし、また、後進右旋回に対しては、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとする。
【００７６】
制動（停止）パターンにおいては、図７（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとするか、あるいは、図７（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとする。いずれの場合も、左右舷舵１５ａ、１８ａに作用する水流により発生する抗力によって、危急時、船を短時間、かつ、短距離で停止させることができる。
【００７７】
微速航行パターンは、ディーゼル主機関の許容最低回転数に相当する船速以下の微速で航行であるようにするものであり、ディーゼル主機関を最低回転数にして、左舷舵１５ａを取舵側に、また、右舷舵１８ａを面舵側に、それぞれ最大６５°までの間の、必要な船速に対応する角度に、左右同一角度に転舵する。これにより、推進プロペラの前進推力が左右舷舵１５ａ、１８ａの発生する抗力により相殺されて、船の前進推力が減少し、船速は、ディーゼル主機関の許容最低回転数に相当する船速以下に低下する。この状態で、もし旋回が必要になれば、左右舷舵１５ａ、１８ａのいずれか一方の舵の角度を調節することにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの揚力の釣合が崩れ、この揚力の差によって船は旋回する。
ケース２：
上記ケース１以外の他の例として、左右舷舵１５ａ、１８ａを、水平断面輪郭が魚尾形状の後縁部を有する高揚力舵で吊下げ型の舵とし、左右舷対称の水平断面輪郭とし、それぞれの舵１５ａ、１８ａの取り得る最大角度を、左舷舵１５ａに対しては、取舵方向に１０５°、面舵方向に２５°、右舷舵１８ａに対しては、取舵方向に２５°、面舵方向に１０５°とする場合、ジョイスティックレバー５の操作により設定される操縦パターンとして、前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング（その場停止）、および、その他にも、制動（停止）、微速航行などを設定することができる。いずれの場合も、主機関は前進方向回転のままである。
【００７８】
前記左右旋回パターンにおいては、上記ケース１において説明したのと同様であるが、舵角の組合せを変える。即ち、例えば左旋回に対しては、図８（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に３５°、右舷舵１８ａを取舵方向に２５°取った組合せとし、また、右旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に２５°、右舷舵１８ａを面舵方向に３５°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａは、相互の干渉がなく、全体として最大の舵力を発生することができる。
【００７９】
前進左右回頭パターンにおいては、例えば左回頭に対しては、図８（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７０°、右舷舵１８ａを取舵方向に２５°取った組合せとし、また、右回頭に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に２５°、右舷舵１８ａを面舵方向に７０°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａの総抗力が推進プロペラの推力を大きく相殺することになり、結局、船を、僅かに前進しつつ、左回頭させることができる。右回頭に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記左回頭の場合と対称の組合せとする。
【００８０】
後進パターンにおいては、図８（ｃ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に１０５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これにより、水流により左右舷舵１５ａ、１８ａに発生する揚抗力のうち、揚力は左右で釣り合い、総抗力が推進プロペラの推力を上回ることになって、船は後進する。
【００８１】
後進左右旋回パターンにおいては、例えば後進左旋回に対しては、図９（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これは、上記後進パターンの状態から左舷舵１５ａのみを僅かに中立側に戻した状態であり、これにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの総抗力は依然として推進プロペラの推力を上回るものの、揚力における左右の釣合が崩れ、船尾が右舷側に押される。即ち、船は、後進しつつ、船首側から見て左方向に旋回する。後進右旋回に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記後進左旋回の場合と対称の組合せとする。
【００８２】
後進左右回頭パターンにおいては、例えば後進左回頭に対しては、図９（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これは、上記後進旋回パターンの状態から左舷舵１５ａのみを更に中立側に戻した状態であり、これにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの総抗力は減少するが、依然として推進プロペラの推力を上回り、また、総揚力はより大きくなる。即ち、船は、後進力を減らした状態で、より大きい横力で、船首側から見て左方向に回頭する。後進右回頭に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記後進回頭の場合と対称の組合せとする。
【００８３】
ホーバーリング（その場停止）パターンにおいては、図９（ｃ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７５°、右舷舵１８ａを面舵方向に７５°取った組合せとする。これにより、水流によって左右舷舵１５ａ、１８ａに発生する揚抗力のうち、揚力は左右で釣り合い、総抗力が推進プロペラの推力に拮抗することになって、推進プロペラは前進方向に回転したままで、船はその場に停止した状態になる。これにより、主機関の起動・前後進切換などの操作を必要としないで、船を他の操船モードに速やかに移行させることができる。
【００８４】
その他に、制動（停止）、微速航行などの操縦パターンが可能であり、これらは、上記ケース１において説明したのと同様である。
上記実施の形態では、ジョイスティックレバー５の操作により、前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング（その場停止）、および、その他にも、制動（停止）、微速航行などができるように設定されているが、後進やホーバーリングができないものであってもよい。
【００８５】
次に、本発明における第２の実施の形態を図１０〜図１２を参照して説明する。
ジョイスティック・パネル３にはジョイスティックレバー５とディスプレイ装置２１（表示装置）とが設けられており、ジョイスティックレバー５とディスプレイ装置２１とでジョイスティック装置３１が構成されている。
【００８６】
ジョイスティックレバー５はＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、ジョイスティックレバー５の操作範囲内のすべての操作位置のＸ−Ｙ座標に対応して左右舷舵１５ａ、１８ａの舵角が設定されている。尚、ジョイスティックレバー５の操作位置のＸ−Ｙ座標はポテンショメータ等によって検知される。
【００８７】
図１２は、図８，図９に示した左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａにおいて、左舷および右舷舵角δｐ、δｓの種々の組み合わせに対応する縦および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線であり、先の背景技術で述べたものと同様である。
【００８８】
但し、本第２の実施の形態では、図１２に示すように、Ｂ線（すなわち、左舷舵角δｐの大きさと右舷舵角δｓの大きさとが異なった状態で横推力が零になる操作位置の分布を示すライン）を含む領域（ハッチングによる陰付部分）を、操舵禁止領域３２として設定している。
【００８９】
また、図１０、図１１に示すように、ジョイスティック・パネル３の内部には、ジョイスティックレバー５が操舵禁止領域３２内に侵入するのを阻止するガイド板３３（侵入阻止手段の一例）が設けられている。ガイド板３３は、四角形の枠体３４と、操舵禁止領域３２の位置に対応する仕切板３５とを有している。仕切板３５は枠体３４の内側に設けられ、仕切板３５には、ジョイスティックレバー５の通過をＹ軸方向において許容する狭い連通路３６が切欠かれて形成されている。尚、連通路３６は図１２のＡ線に対応する位置に形成されており、また、ジョイスティック・パネル３の内部において、ジョイスティックレバー５は枠体３４の内側に挿通されている。
【００９０】
また、ディスプレイ装置２１は、従来と同様、ジョイスティックレバー５の傾転方向と傾転量を示す指示値が船体のその場静止位置を原点とする指示ベクトル値Ｖ１として表示されるとともに、実行旋回方向と実行推力の大きさを示す実行値が船体のその場静止位置を原点とする実行ベクトル値Ｖ２として表示される。
【００９１】
以下、上記構成における作用を説明する。
オペレーターがジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に操作する場合、ジョイスティックレバー５がガイド板３３の仕切板３５に当たるため、操舵禁止領域３２を通過させてジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に移動させることはできず、必ず、連通路３６を通過させてジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に移動しなければならない。また、ジョイスティックレバー５を第４領域４４から第１領域４１に操作する場合又は第２領域４２から第３領域４３に操作する場合或いは第３領域４３から第２領域４２に操作する場合も同様である。
【００９２】
これにより、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバー５の誤操作を防止することができる。
次に、本発明における第３の実施の形態を図１３を参照して説明する。
【００９３】
本第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態に、さらに下記のような内容の制御を付加したものである。
ジョイスティックレバー５のＸ軸方向の操作量（操作位置）をｘとし、Ｙ軸方向の操作量（操作位置）をｙとすると、左舷および右舷舵角δｐ、δｓは次式のように設定されている。
左舷舵角δｐ＝ｘ−ｙ＋４０ ・・・式１
右舷舵角δｓ＝ｘ＋ｙ−４０ ・・・式２
また、第１領域４１と第４領域４４との間そして第２領域４２と第３領域４３との間では、横推力の方向が左右に入れ替わるため、第１領域４１と第２領域４２とにおいては、上記式１と式２とに基づいて左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
【００９４】
また、第３領域４３と第４領域４４とにおいては、ジョイスティック・ユニット１２から舵角制御サーボアンプ１７、２０に与える信号を逆にする信号変換を行なって、下記式３と式４とに基づいて左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
左舷舵角δｐ＝ｘ＋ｙ−４０ ・・・式３
右舷舵角δｓ＝ｘ−ｙ＋４０ ・・・式４
尚、上記のような信号変換は、図１３に示すように、信号反転演算器４５によって行なわれる。一例として、ｙの数値が９０以下の場合、上記式１と式２とによって左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定し、ｙの数値が９０よりも大きい場合、上記式３と式４とによって左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
【００９５】
上記各実施の形態では、図１、図１３に示すように、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に左右一対の左舷舵１５ａと右舷舵１８ａとを設けた二枚舵システムを示したが、図１４に示すように、二基の左右舷推進プロペラ５３ｐ、５３ｓの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、左舷舵１５ａ、右舷舵１８ａを設けた二枚舵システムであってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１ 針路設定装置
２ ジャイロコンパス
３ ジョイスティック・パネル
４ テールインボード設定装置
５ ジョイスティックレバー
６ 舵角設定装置
７ 緊急停止押釦
１０ 自動演算装置
１１ テールインボード対応操舵量調整器
１２ ジョイスティック・ユニット
１３ 舵角設定器
１４ 緊急停止制御ユニット
１５ａ 左舷舵
１８ａ 右舷舵
２２ 操舵制御装置
２３ 操舵命令系統
２４ 制御装置系統
２５ オートパイロット装置
３２ 操舵禁止領域
３３ ガイド板（侵入阻止手段）
５１ 推進プロペラ
５３ｐ 左舷推進プロペラ
５３ｓ 右舷推進プロペラ
α テールインボード舵角
δｏ 操舵信号舵角（修正舵角）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、二枚の舵を備えた船舶の操舵システムとしては、例えば図１５に示すように、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを設けた二枚舵システム、もしくは、例えば図１６に示すように、二基の左右舷推進プロペラ５３ｐ、５３ｓの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、右舷舵５４ｐ、右舷舵５４ｓを設けた二枚舵システムがある。
【０００３】
そして、これらの舵に対する操舵制御は次のように行われている。即ち、第一の方法としては、図１５、図１６に示すように、オートパイロット操舵装置５５によるものであり、このオートパイロット操舵装置５５は、自動制御系５６および手動舵輪操舵系５７の二つの操舵命令系統を有する。
【０００４】
自動制御系５６においては、船が航行中、外乱等により、設定された針路から外れたとき、それを自動的に検知して、それぞれの舵５２ｐ、５２ｓ、５４ｐ、５４ｓを作動させる左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓを制御する、それぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに、針路からの外れを修正するように、転舵命令信号δｉを与える。
【０００５】
また、出入港時又は狭水路航行時など、自動操舵によらず、手動にて船を操船するときは、手動舵輪操舵系５７を用いて、手動にて上記左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに転舵命令信号δｉを与える。
【０００６】
而して、上記転舵命令信号δｉは、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに対して同一の転舵命令として与えられ、従って、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ、または、５４ｐ、５４ｓは、同じ方向に同じ角度だけ同調して転舵させるようになっている。
【０００７】
なお、転舵命令信号δｉによって左舷舵取機５８ｐおよび右舷舵取機５８ｓがそれぞれ作動すると、左舷舵取機５８ｐの作動角度の信号δｆｐが左舷制御増幅器５９ｐに、また、右舷舵取機５８ｓの作動角度の信号δｆｓが右舷制御増幅器５９ｓにそれぞれフィードバックされて転舵命令信号δｉと比較され、そして、作動した角度の信号δｆｐ、δｆｓが命令した角度の信号σｉと一致すれば、左右舷制御増幅器５９ｐ、５９ｓは、それぞれ、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓの作動を停止させるようになっている。左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓは、それぞれ左舷油圧パワーユニット６０ｐ、右舷油圧パワーユニット６０ｓによって駆動される。尚、左舷および右舷油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓはそれぞれ、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓに作動油圧を供給する油圧ポンプ（図示省略）と、作動油圧の供給方向を切換える方向切換弁（図示省略）とを備えている。
【０００８】
なお、この操舵制御の第一の方法においては、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（または、５４ｐ、５４ｓ）は、船の旋回操縦に用いられるだけであり、他の操縦の手段としては利用されていない。
【０００９】
次に、操舵制御の第二の方法として、上述の、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に左右一対の左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを設ける場合は、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓのそれぞれの舵角の組合せによって推進プロペラ５１のプロペラ後流のベクトルを制御して、船尾部に多様な推力ベクトルを与え、船に多様な操縦性（例えば、船の前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング）を与えるようにすることが可能であり（例えば下記特許文献１参照）、この場合の操舵制御の方法として、ジョイスティックレバーを用いる方法が知られている。これは、各操縦モードを発揮させ得る左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓの舵角の組合せを予め定めておき、そして、ジョイスティックレバーを手動操作することにより、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓがそのそれぞれの舵角位置に来るように、左舷舵取機５８ｐの左舷制御増幅器５９ｐ、および、右舷舵取機５８ｓの右舷制御増幅器５９ｓにそれぞれ命令信号を与えるものである。
【００１０】
上記の操舵制御において、船の航行中の針路設定、および、航行中の外乱等による設定針路からの外れの自動修正は、オートパイロット操舵装置５５により行われる。この場合、制御系統はジョイスティックからオートパイロット操舵装置５５に切り替えられ、オートパイロット操舵装置５５からは、左右舷舵取機５８ｐ、５８ｓのそれぞれの制御増幅器５９ｐ、５９ｓに対して同一の転舵命令信号δｉが与えられ、左右舷舵５２ｐ、５２ｓは、同じ方向に同じ角度だけ同調して転舵される。
【００１１】
また、図１７，図１８に示すように、ジョイスティックレバー５はジョイスティック・パネル３に備えられており、ジョイスティック・パネル３にはディスプレイ装置２１が設けられている。
【００１２】
ジョイスティックレバー５はＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、ジョイスティックレバー５の操作範囲内のすべての操作位置のＸ−Ｙ座標に対応して各々の舵５２ｐ、５２ｓの舵角が設定されている。
【００１３】
また、図１８に示すように、ディスプレイ装置２１には、ジョイスティックレバー５の傾転方向と傾転量（換言すれば指示旋回方向と指示推力の大きさ）を示す指示値が船体のその場静止（ホバー）位置を原点とする指示ベクトル値Ｖ１として表示されるとともに、実行旋回方向と実行推力の大きさを示す実行値が船体のその場静止（ホバー）位置を原点とする実行ベクトル値Ｖ２として表示される。
【００１４】
尚、このように、ジョイスティックレバー５の操作に対応して、その指示ベクトル値Ｖ１と実行ベクトル値Ｖ２とをディスプレイ装置２１に表示させる点については、例えば下記特許文献２に記載されている。
【００１５】
図１９は、上記操舵制御の第二の方法における左舷および右舷舵角δｐ、δｓの種々の組み合わせに対応する縦および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。尚、横推力は実線で示され、船尾を左舷方向に押す力を＋、右舷方向に押す力を−とする。また、縦推力は破線で示され、船を前方に押す力を＋とする。また、各舵角の単位は度（°）であり、各推力の数値は左舷および右舷舵角δｐ、δｓが共に０°の時の推力を１００とした場合の比である。
【００１６】
図１９中のＸ軸とＹ軸とはジョイスティックレバー５の操作方向を示しており、ジョイスティックレバー５の操作位置のＸ−Ｙ座標に対応する左舷舵角δｐと左舷舵角δｓとが設定される。
【００１７】
例えば、ジョイスティックレバー５を操作位置Ｐ１に操作した場合、左舷舵角δｐが左舷側に約６°、右舷舵角δｓが右舷側に約３４°となり、この時の縦推力が約８０、横推力が約＋３０となる。
【００１８】
また、図１９に示すＡ線は、左舷舵角δｐと右舷舵角δｓとの絶対値が等しく、左舷舵５２ｐは取舵方向へ右舷舵５２ｓは面舵方向へ転舵した場合を示し、Ａ線上のどの位置においても横推力は零である。また、Ｂ線は、左舷舵角δｐの大きさと右舷舵角δｓの大きさとが異なっているにもかかわらず横推力が零になる両舵角δｐ、舵角δｓの組み合わせを示している。
【００１９】
Ａ線の右上とＢ線の左上とに囲まれた第１領域４１においては、船に右回頭力が発生し、Ａ線の左下とＢ線の左上とに囲まれた第２領域４２においては、船に左回頭力が発生し、Ａ線の左下とＢ線の右下とに囲まれた第３領域４３においては、船に右回頭力が発生し、Ａ線の右上とＢ線の右下とに囲まれた第４領域４４においては、船に左回頭力が発生する。
【００２０】
このように、Ｂ線を境界として、第１領域４１と第４領域４４とでは横推力の方向が左右に入れ替わり、同様に、第２領域４２と第３領域４３とでは横推力の方向が左右に入れ替わる。
【００２１】
尚、図２０は、１枚の舵の舵角と推力との関係を示すグラフであり、実線で示した前進推力については舵角の増加とともに一様に低下する関係にあるが、点線で示した横推力については、ピークとなる所定の舵角Ｃ以下の範囲では、舵角の増加とともに一様に増加し、所定の舵角Ｃ以上の範囲では、舵角の増加とともに一様に減少する。このような関係により、左右２枚の舵を用いた場合、左舷舵５２ｐの舵角δｐと右舷舵５２ｓの舵角δｓとの組み合わせに応じて、左舷舵５２ｐによる横推力と右舷舵５２ｓによる横推力との大小関係が変化し、これにより、上記図１９で示したように、Ｂ線を境界として横推力の方向が左右に入れ替わるといった現象が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】実公平５−１３６７９
【特許文献２】特開平６−２１９３９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述した、舵を二枚設けるシステムにおいては、航行中、図２１（ａ）に示すように、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（あるいは５４ｐ、５４ｓ）をそれぞれ船体長手方向中心線６１側に小角度だけ偏位した状態（以下、「テールインボード」と称する）に置くと、推進抵抗が減少し、かつ、船の保針性能も良くなることが知られている。
【００２４】
このテールインボードの最適角度は船の喫水条件によって変わるのであるが、従来の舵二枚システムにおいては、このことが考慮されていないため、例えば、船の満載状態の航行時には最適のテールインボード角度であっても、喫水が浅くなる船の軽荷航行時或いはバラスト航行時には、最適の状態から偏位した状態となって、その分、推進抵抗減少の利得が小さくなるという問題があった。
【００２５】
また、船を自動操舵モードで航行させている状態、即ち、針路を設定して、船がその設定針路に自動的に従って航行するようにした状態においては、外乱等により船がその針路を外れると、それを検知して、船が直ちに設定針路に復帰するように舵取機を小角度作動させる（以下、「当て舵」と称する）ようになっている。
【００２６】
例えば、図２１（ａ）に示すように、左右舷舵５２ｐ、５２ｓ（あるいは５４ｐ、５４ｓ）がテールインボード状態に保たれ、この時のテールインボード舵角αが例えば２°であるとき、今仮に面舵側（上から見て反時計回りの方向）に当て舵命令が出て、面舵方向６２へオーダ舵角δｏ（例えばδｏ＝３°）だけ転舵させる場合、図２１（ｂ）に示すように、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとが両者とも面舵方向６２へオーダ舵角δｏ分（すなわち３°）だけ回動するため、右舷舵５２ｓの舵角δｓは面舵方向６２へ１°となり、左舷舵５２ｐの舵角δｐは面舵方向６２へ５°となる。
【００２７】
このように、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを少しだけ転舵して船舶の針路を微調整する場合であっても、左舷舵５２ｐの舵角δｐが右舷舵５２ｓの舵角δｓに比べて大幅に増大してしまうため、船舶の推進抵抗が大幅に増大するといった問題がある。
【００２８】
また、左舷舵５２ｐと右舷舵５２ｓとを取舵方向６３へオーダ舵角δｏだけ転舵させる場合も、同様に、右舷舵５２ｓの舵角δｓが左舷舵５２ｐの舵角δｐに比べて大幅に増大してしまうため、船舶の推進抵抗が大幅に増大するといった問題がある。尚、船舶の推進抵抗は舵角の２乗に比例するため、舵角が僅かに増大しても、推進抵抗が著しく増大する。
【００２９】
また、舵の当て舵における転舵速度について、次のような課題があった。即ち、舵取機５８ｐ、５８ｓの油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓの油圧ポンプとして可変容量型のポンプが使用されている場合は、オートパイロットにより船舶が大洋を航行するとき、オートパイロットは、設定針路と実際の針路との偏差を極力小さくするように操舵量を演算し、舵取機５８ｐ、５８ｓに転舵（当て舵）命令を出すように構成されている。即ち、オートパイロットからの転舵命令信号δｉは、設定針路からの偏差が小さいか、あるいは、偏差をもたらしつつある回頭角速度が小さい間は、偏差が周期的な波などにより発生したのであればいずれ船首方位は設定針路に戻ってくることを勘案して、操舵に基づく推進馬力の損失を少なくするために、油圧ポンプに対して吐出量を小さく要求（即ち、転舵速度が緩やかになるように要求）し、そして、設定針路からの偏差値が大きくなるか、あるいは、偏差をもたらしつつある回頭角速度が大きくなれば、油圧ポンプに対して吐出量を大きく要求する、即ち、転舵速度を大きくして、偏差量の増大に素早く対応するようになっている。
【００３０】
然るに、近年は、舵取機５８ｐ、５８ｓの油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓの油圧システムを簡単化するなどのために、油圧ポンプを一定方向・一定吐出量型（定容量型）にし、そして、舵５２ｐ、５２ｓの回転方向の切換は方向切換弁でオンオフ制御により行うようにすることが多くなっている。この場合、必然的に、舵取機５８ｐ、５８ｓすなわち舵５２ｐ、５２ｓは、常に、油圧ポンプの一定吐出量に相当する速度で転舵されることになり、上述の、可変容量型油圧ポンプを備えた場合のごとき、船首方位の偏差の状態に応じて油圧ポンプの吐出量を制御して、緩やかな転舵速度から速い転舵速度までの領域で当て舵制御を行うということができなかった。
【００３１】
このため、一方向・一定吐出量型（定容量型）の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧パワーユニット６０ｐ、６０ｓを採用した舵取機５８ｐ、５８ｓであっても、油圧ポンプが可変容量型である場合に行われているような、船の設定針路からの偏差に応じて当て舵の転舵速度を制御するというシステムに匹敵するようなシステムが望まれている。
【００３２】
また、図１９に示すように、例えば、オペレーターがジョイスティックレバー５を第１領域４１内の操作位置Ｐ２に操作した場合、左舷舵角δｐが左舷側に約８°、右舷舵角δｓが右舷側に約８２°となり、この時の縦推力が約５０、横推力が約＋１０となり、船に右回頭力が発生する。
【００３３】
しかしながら、この時、ジョイスティックレバー５を第１領域４１と第４領域４４との間で自由に操作することができるため、オペレーターの不注意により、ジョイスティックレバー５が第１領域４１内の操作位置Ｐ２から第４領域４４内に操作されてしまう虞があり、この場合、オペレーターの意図に反して、横推力が左右反対方向になり、船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといった問題がある。尚、このような問題は、第１領域４１と第４領域４４との間のみならず、第２領域４２と第３領域４３との間においても同様に発生する虞がある。また、上記のような問題は、ジョイスティックレバー５の操作位置がＢ線の近傍である場合、特に発生し易くなる。
【００３４】
本発明は、二枚の舵をテールインボードの状態にして船舶を直進航行させている際、船の喫水条件に応じて、その喫水に最適なテールインボード角度を設定することができ、外乱等により設定針路から逸脱した船舶を設定針路に復帰させるために当て舵を行なって船舶の針路を微調整する場合、推進抵抗の増大を抑制することができ、また、舵が二枚であることから可能になる操舵上の特長を活用することができ、また、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる二枚舵を有する船舶の操舵制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記課題を解決するために、本第１発明は、一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置であって、
操舵命令系統がオートパイロット装置とジョイスティック・パネルとから構成され、
オートパイロット装置は針路設定装置とジャイロコンパスとからなり、
ジョイスティック・パネルはテールインボード設定装置とジョイスティックレバーと舵角設定装置と緊急停止押釦とからなり、
制御装置系統が自動演算装置とテールインボード対応操舵量調整器とジョイスティック・ユニットと舵角設定器と緊急停止制御ユニットとから構成され、
自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵を、テールインボード対応操舵量調整器により、それぞれ別々の転舵パターンで転舵させるようにし、
操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置とジョイスティック・ユニットと緊急停止制御ユニットとにより、二枚の舵のそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにしたものである。
【００３６】
これによると、船舶が二枚の舵をテールインボードの状態にして直進航行する際、テールインボード設定装置により、船の喫水条件に応じて最適のテールインボード角度を設定することができるため、それぞれの喫水条件に対して、推進抵抗を最小限にすることができる。
【００３７】
また、自動操舵モードによる太洋航行時は、外乱等による船の針路からの逸脱を設定針路に復帰させるための当て舵において、一方向・一定吐出量型（定容量型）の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、船の設定針路からの偏差量および船の回頭角速度に応じて、船の設定針路への復帰を、できるだけ少ない転舵量で、船のジグザグ航行および船首揺が最少になるように転舵制御を行うことができ、従って、船の操舵に基づく推進抵抗が減少するとともに、走航距離が短縮される。また、操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、二枚の舵の舵角の組合せ制御によって、船の多様な操縦が可能になる。
【００３８】
本第２発明における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置は、テールインボード対応操舵量調整器は、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右いずれか一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、他方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させるとともに、他方の舵を一方の舵と平行になるまで一方向へ転舵させ、
テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、一方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させるとともに、一方の舵を他方の舵と平行になるまで他方向へ転舵させるものである。
【００３９】
これによると、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、他方の舵の舵角が従来に比べて小さくなり、また、テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、一方の舵の舵角が従来に比べて小さくなる。これにより、船舶の推進抵抗の増大を抑制することができる。
【００４０】
また、一方向・一定吐出量型油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下の場合、片方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定するため、二枚の舵を合わせた総揚力としては、可変容量型油圧ポンプを用いて緩やかに舵を動かすのとほぼ同等の作用が得られる。また、修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きい場合、舵を二枚とも動かすため、可変容量型油圧ポンプを用いて素早く応答するのとほぼ同等の作用が得られる。
【００４１】
本第３発明における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置は、ジョイスティックレバーはＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、
ジョイスティックレバーの操作範囲内のすべての操作位置に対応して各々の舵の舵角が設定されており、
一方の舵の舵角の大きさと他方の舵の舵角の大きさとが異なった状態で船舶を左右方向に推進させる横推力が零になる操作位置を含む領域を、操舵禁止領域とし、
ジョイスティックレバーが操舵禁止領域内に侵入するのを阻止する侵入阻止手段が設けられているものである。
【００４２】
これによると、オペレーターがジョイスティックレバーを所定の操作位置へ操作することにより、所定の操作位置に対応する各々の舵角で左右両方の舵が転舵する。
一方の舵の舵角と他方の舵の舵角とが異なっているにもかかわらず横推力が零になる操作位置を境界として、横推力の方向が左右に入れ替わるが、これに対して、ジョイスティックレバーは、侵入阻止手段により、操舵禁止領域内に侵入するのを阻止される。したがって、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によると、船舶が二枚の舵をテールインボードの状態にして直進航行する際、船の喫水条件に応じて、最適のテールインボード角度を設定することができるため、それぞれの喫水条件に対して、推進抵抗を最小限にすることができる。
【００４４】
また、自動操舵モードによる太洋航行時において、テールインボードとなっている二枚の舵を当て舵により転舵して設定針路に復帰させる場合、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニットを採用した舵取機であっても、船舶の設定針路からの偏差の量と船舶の角速度に応じた当て舵の転舵制御ができ、船舶のジグザグ航行、船首揺が少なくなることによる推進抵抗、走航距離の減少により、燃料消費量が少なくなって、省エネルギーに寄与することができ、また、船舶の出入港時又は狭水路航行時は、船舶の多様な操縦が可能となることにより、安全性が高まるとともに、所要時間が短縮される。
【００４５】
また、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバーの誤操作を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図２】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中、左右舷をテールインボードの状態にした説明図である。
【図３】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵のパターンを示す説明図である。
【図４】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図であり、操舵信号舵角がテールインボード舵角の２倍以下の場合を示す。
【図５】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図であり、操舵信号舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きい場合を示す。
【図６】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース１）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、前進左旋回時を示す。
【図７】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース１）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は第一の方法による制動（停止）時、（ｂ）は第二の方法による制動（停止）時を示す。
【図８】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース２）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は前進左旋回時、（ｂ）は前進左回頭時、（ｃ）は後進時を示す。
【図９】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御において、出入港又は狭水路航海時の操縦モード（ケース２）における左右舷舵の角度位置を示す説明図であり、（ａ）は後進左旋回時、（ｂ）は後進左回頭時、（ｃ）はホーバーリング（その場停止）時を示す。
【図１０】本発明の第２の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置の図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図１１】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置のガイド板の平面図である。
【図１２】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置において、図８，図９に示した左舷舵および右舷舵における左舷舵角および右舷舵角の種々の組み合わせに対応する縦推力および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図である。
【図１５】従来の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図であり、一基の推進プロペラの後方に左右一対の左舷舵と右舷舵とを設けた二枚舵システムを示す。
【図１６】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の系統図であり、二基の左右舷推進プロペラの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、右舷舵と左舷舵を設けた二枚舵システムを示す。
【図１７】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置の斜視図である。
【図１８】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置のジョイスティック装置のディスプレイ装置の図である。
【図１９】同、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置において、図８，図９に示した左舷舵および右舷舵における左舷舵角および右舷舵角の種々の組み合わせに対応する縦推力および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線である。
【図２０】１枚の舵の舵角と推力との関係を示すグラフである。
【図２１】従来の二枚舵を有する船舶の操舵制御において、通常航海中の左右舷に対する当て舵の方法についての具体例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の第１の実施の形態における二枚舵を有する船舶の操舵制御装置の形態を図１〜図９に基づいて説明する。尚、先に背景技術において説明したものと同じ部材については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
図１に示すように、二枚舵を有する船舶の操舵制御装置２２は操舵命令系統２３と制御装置系統２４とを有している。
操舵命令系統２３はオートパイロット装置２５とジョイスティック・パネル３と操舵輪８と非追従操舵レバー９とから構成されている。オートパイロット装置２５は針路設定装置１とジャイロコンパス２とからなる。また、ジョイスティック・パネル３はテールインボード設定装置４とジョイスティックレバー５と回頭ダイヤル２６と舵角設定装置６と緊急停止押釦７とを有している。
【００４９】
制御装置系統２４は自動演算装置１０とテールインボード対応操舵量調整器１１とジョイスティック・ユニット１２と緊急停止制御ユニット１４とを有し、緊急停止制御ユニット１４は舵角設定器１３を含んでいる。
【００５０】
また、右舷舵１５ａと左舷舵１８ａとを個々に作動させる装置として、左舷舵取機１５と左舷舵取機油圧制御ユニット１６と左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７と右舷舵取機１８と右舷舵取機油圧制御ユニット１９と右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０とが備えられている。尚、左舷および右舷舵取機油圧制御ユニット１６，１９はそれぞれ、左舷および右舷舵取機１５，１８に作動油圧を供給する油圧ポンプ（図示省略）と、作動油圧の供給方向を切換える方向切換弁（図示省略）とを備えている。
【００５１】
自動演算装置１０は、自動操舵のために針路設定装置１で設定された設定針路とジャイロコンパス２の信号とを比較して、設定針路からのずれを演算し、そのずれ信号を出力するものであり、そのずれ信号によって、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａに対して自動的に当て舵を行わしめ、設定針路に復帰させる。
【００５２】
テールインボード設定装置４は、予め求めておいた船の喫水に対する舵の最適なテールインボード角度の関係に従って、船が実際に運航されるときの喫水に応じて最適のテールインボード角度を設定するものである。
【００５３】
テールインボード対応操舵量調整器１１は、船の喫水条件によってテールインボード設定装置４により設定されたテールインボード舵角αの下で、自動演算装置１０から与えられる針路ずれの情報に対して、その修正のために、左舷舵取機１５および右舷舵取機１８により発揮させるべき当て舵の量を調整して、各舵取機１５、１８に対する自動的当て舵命令信号として出力するものである。
【００５４】
ジョイスティック・ユニット１２は、船の出入港あるいは狭水路航行時の操船に使用するものであり、二枚の舵１５ａ、１８ａのそれぞれの舵角の組合せによって得られる船のいろいろな（複数の）操縦パターンを発揮せしめ得るように予め設定されているそれぞれの舵１５ａ、１８ａの舵角に達するように、左右舷舵取機１５、１８に対してそれぞれ転舵信号を発信するものであり、これは、ジョイスティック・パネル３にある一つのジョイスティックレバー５の操作によってなされる。
【００５５】
舵角設定器１３を含む緊急停止制御ユニット１４は、緊急時にジョイスティック・パネル３にある緊急停止押釦７が押されることにより、船がいかなる操船状態にあろうとも、それをキャンセルして、左舷舵１５ａを取舵方向（上から見て時計回りの方向）に、右舷舵１８ａを面舵方向（上から見て反時計回りの方向）に、それぞれハードオーバー（舵いっぱい）まで転舵せしめ、あるいは、左舷舵１５ａを面舵方向に、右舷舵１８ａを取舵方向に、それぞれハードオーバー（舵いっぱい）まで転舵せしめ、船に制動力を与えて停止させるものであり、船に与え得る制動力の大きさは船の状態によって変化するので、最大の制動力を得る舵１５ａ、１８ａの転舵角度を舵角設定器１３によって設定する。
【００５６】
操舵輪８による操舵は、自動操舵あるいはジョイスティックレバー５による操舵に由らず、手動にて操舵するものであり、左右舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７、２０に対して、同時に同じ操舵命令信号を与え、左右舷舵１５ａ、１８ａを同時に同じ方向の舵角に作動させる。（尚、これは従来の操舵制御装置における操舵方法と同じである。）
以上の全ての操舵制御においては、左舷舵取機１５に与えられた転舵命令によって左舷舵取機１５が作動した舵角量は左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７にフィードバックされて命令舵角と比較され、実際の転舵量が命令舵角と等しくなれば、左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７は左舷舵取機油圧制御ユニット１６の作動を停止させ、左舷舵１５ａは命令された舵角に保持される。また、右舷舵取機１８に与えられた転舵命令によって右舷舵取機１８が作動するときも、同様に、実際の転舵量が右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０にフィードバックされて命令舵角と比較され、実際の転舵量が命令舵角と等しくなれば、右舷舵取機油圧制御ユニット１９の作動を停止させ、右舷舵１８ａは命令された舵角に保持される。
【００５７】
また、非常用の予備品として、左右舷舵取機油圧制御ユニット１６、１９を、それぞれ独立に、上記フィードバック無しに直接に操作する非追従操舵レバー９が設けられている。尚、図１において、Ａは自動操舵端子、Ｈは操舵輪操舵端子、Ｊはジョイスティック操舵端子、Ｘ１およびＸ２はリレーを示している。
【００５８】
以下、上記構成における作用を説明する。
第一に、船が自動操舵モードにより航行するときは、針路設定装置１で設定された設定針路とジャイロコンパス２による実際の針路の信号とが比較され、自動演算装置１０において、船の設定針路からのずれを演算し、そして、そのずれを修正して設定針路に戻すために、左右舷舵１５ａ、１８ａにそれぞれ当て舵を命令する信号を自動演算装置１０からテールインボード対応操舵量調整器１１に入力する。
【００５９】
この場合、航行中の推進抵抗を減少させるために、左右舷舵１５ａ、１８ａは、図２に示すように、テールインボードの状態に保たれている。この時のテールインボード舵角αは、主として船の喫水条件により異なるため、テールインボード設定装置４により、テールインボード舵角αが設定される。例えば、船がバラスト状態で航行するときはテールインボード舵角αが６°に設定され、船が載荷状態で航行するときはテールインボード舵角αが２°に設定される。尚、上記６°又は２°といった角度に限定されるものではなく、船がバラスト状態で航行するときはテールインボード舵角αを大きく設定し、船が載荷状態で航行するときはテールインボード舵角αをバラスト状態時の角度よりも小さく設定している。
【００６０】
テールインボード対応操舵量調整器１１は、入力された当て舵命令信号に基づき、左右舷舵１５ａ、１８ａの作動に対する調整を行い、そして、左舷舵取機１５を制御する左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７、および、右舷舵取機１８を制御する右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０に対して、上記調整されたそれぞれの転舵信号を送り、当て舵を行なう。
【００６１】
上記のような当て舵は、テールインボード対応操舵量調整器１１において、それぞれ次の条件（ａ）〜（ｄ）に基づいて行なわれる。尚、図４に示すように、δｐは左舷舵１５ａに対する操舵制御量（操舵制御舵角）を示し、δｓは右舷舵１８ａに対する操舵制御量（操舵制御舵角）を示す。また、操舵信号舵角δｏ（修正舵角の一例：オートパイロットのオーダー舵角）と操舵制御量δｐ、δｓとについては、面舵方向６２（右方向）を＋とし、取舵方向６３（左方向）を−として示している。
（ａ）δｏ＜−２αのとき、δｐ＝δｏ＋α、δｓ＝δｏ＋α
（ｂ）−２α≦δｏ＜０のとき、δｐ＝δｏ＋α、δｓ＝−α
（ｃ）０＜δｏ≦２αのとき、δｐ＝α、δｓ＝δｏ−α
（ｄ）δｏ＞２αのとき、δｐ＝δｏ−α、δｓ＝δｏ−α
上記条件（ａ）〜（ｄ）に基づいた舵１５ａ、１８ａの動作を図３に示す。例えば、面舵方向６２に当て舵を行う場合、左舷舵１５ａは、右舷舵１８ａがテールインボード角αに相当する舵角に達するまでは転舵は行わず、そして、右舷舵１８ａがテールインボード角αに相当する舵角より大きく転舵する場合は、左舷舵１５ａは右舷舵１８ａと並行して転舵される。また、取舵方向６３に当て舵を行う場合は、左右舷舵１５ａ、１８ａは上記とは対称の動作となる。尚、図３において破線で示したものは、テールインボードにおいて左右舷の舵１５ａ、１８ａを同時に同方向に同じ角度で当て舵を行わせたと仮定したときにどのような状態になるかを比較のために示したものである。
【００６２】
上記のような条件（ａ）〜（ｄ）に基づく左右舷舵１５ａ、１８ａの操舵制御によると、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２（左右一方向の一例）へ転舵して設定針路に復帰させる場合、自動演算装置１０から入力される操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下であれば、上記条件（ｃ）に基づいて、左舷舵１５ａ（他方の舵の一例）の舵角をテールインボード舵角αに固定した状態で、右舷舵１８ａ（一方の舵の一例）を操舵信号舵角δｏだけ面舵方向６２へ転舵させる。
【００６３】
また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きければ、上記条件（ｄ）に基づいて、右舷舵１８ａを操舵信号舵角δｏだけ面舵方向６２へ転舵させるとともに、左舷舵１５ａを右舷舵１８ａと平行になるまで面舵方向６２へ転舵させる。
【００６４】
また、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３（左右他方向の一例）へ転舵して設定針路に復帰させる場合、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下であれば、上記条件（ｂ）に基づいて、右舷舵１８ａの舵角をテールインボード舵角αに固定した状態で、左舷舵１５ａを操舵信号舵角δｏだけ取舵方向６３へ転舵させる。
【００６５】
また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きければ、上記条件（ａ）に基づいて、左舷舵１５ａを操舵信号舵角δｏだけ取舵方向６３へ転舵させるとともに、右舷舵１８ａを左舷舵１５ａと平行になるまで取舵方向６３へ転舵させる。
【００６６】
上記のような舵１５ａ、１８ａの操舵制御の具体例として、例えば、図４に示すように、二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２へ転舵して設定針路に復帰させる場合、テールインボード舵角αを２°、操舵信号舵角δｏを３°とすると、上記条件（ｃ）に基づいて、図４（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａに対する操舵制御量δｐ＝α＝２°、右舷舵１８ａに対する操舵制御量δｓ＝δｏ−α＝３°−２°＝１°となる。
【００６７】
また、操舵信号舵角δｏを６°とすると、上記条件（ｄ）に基づいて、図５に示すように、左舷舵１５ａに対する操舵制御量δｐ＝δｏ−α＝６°−２°＝４°、右舷舵１８ａに対する操舵制御量δｓ＝δｏ−α＝６°−２°＝４°となる。
【００６８】
尚、二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３へ転舵させる場合も、上記条件（ａ）（ｂ）に基づいて、同様に行なわれる。
これにより、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを面舵方向６２へ転舵して設定針路に復帰させる場合、左舷舵１５ａの舵角（操舵制御量δｐに相等）が従来に比べて小さくなり、また、テールインボードとなっている二枚の舵１５ａ、１８ａを取舵方向６３へ転舵して設定針路に復帰させる場合、右舷舵１８ａの舵角（操舵制御量δｓに相等）が従来に比べて小さくなる。これにより、船舶の操舵に基づく推進抵抗の増大を抑制することができる。
【００６９】
また、上記のような当て舵において、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニット１６、１９を採用した舵取機１５、１８であっても、船の設定針路からの偏差量および船の回頭角速度に応じて、船の設定針路への復帰を、船のジグザグ航行および船首揺が最少になるように転舵制御を行うことができ、従って、船の推進抵抗が減少するとともに、走航距離が短縮される。
【００７０】
さらに、一方向・一定吐出量型の油圧ポンプと方向切換弁によるオン・オフ制御の油圧システムを備えた油圧制御ユニット１６、１９を採用した舵取機１５、１８であっても、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍以下の場合、片方の舵（舵１５ａ又は舵１８ａ）の舵角をテールインボード舵角αに固定するため、二枚の舵１５ａ、１８ａを合わせた総揚力としては、可変容量型油圧ポンプを用いて緩やかに舵１５ａ、１８ａを動かすのとほぼ同等の作用が得られる。また、操舵信号舵角δｏがテールインボード舵角αの２倍よりも大きい場合、舵１５ａ、１８ａを二枚とも動かすため、可変容量型油圧ポンプを用いて素早く応答するのと同等の作用が得られる。
【００７１】
次に、船が自動操舵モードに由らずして手動の操舵輪８により航行するときは、操舵輪８からの転舵命令信号は、左右舷舵１５ａ、１８ａが並行して作動するように、左舷舵１５ａの左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７と右舷舵１８ａの右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０とに対して与えられる。尚、この場合、最大作動舵角は、左右舷舵１５ａ、１８ａとも左右舷に３５°とする作動モードとするか、或いは、左舷舵１５ａに対しては取舵方向に例えば６５°、面舵方向に例えば４５°、そして、右舷舵１８ａに対しては舵取方向に例えば４５°、面舵方向に例えば６５°とする作動モードとするか、或いは、最大舵角切換スイッチを設けて、操船状況により、その両者を切換使用できるようにするか、自由に選択することができる。
【００７２】
第二に、船の操縦モードによる出入港又は狭水路航行のときは、ジョイスティック・パネル３に設けたジョイスティックレバー５および回頭ダイヤル２６により、ジョイスティック・ユニット１２を制御し、ジョイスティック・ユニット１２から左舷舵１５ａの左舷舵取機舵角制御サーボアンプ１７および右舷舵１８ａの右舷舵取機舵角制御サーボアンプ２０に対して、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａがそれぞれ所定の舵角位置にくるように制御する信号を発信する。
【００７３】
左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａの上記所定の舵角位置の組合せにより、船に次のような複数の多様な操縦パターンを与えることができる。
ケース１：
一例として、左右舷舵１５ａ、１８ａの各最大作動舵角範囲を外舷方向に６５°、内舷方向に４５°とする場合、ジョイスティックレバー５の操作により設定される操縦パターンとして、前進左右旋回、後進左右旋回、制動（停止）、微速航行などを設定することができる。
【００７４】
前進左右旋回パターンにおいては、例えば左旋回に対しては、図６に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとし、また、右旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａは、相互の干渉がなく、全体として最大の舵力を発生することができる。
【００７５】
後進左右旋回パターンにおいては、推進プロペラは後進にして、例えば後進左旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとし、また、後進右旋回に対しては、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとする。
【００７６】
制動（停止）パターンにおいては、図７（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを面舵方向に６５°取った組合せとするか、あるいは、図７（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを面舵方向に４５°、右舷舵１８ａを取舵方向に４５°取った組合せとする。いずれの場合も、左右舷舵１５ａ、１８ａに作用する水流により発生する抗力によって、危急時、船を短時間、かつ、短距離で停止させることができる。
【００７７】
微速航行パターンは、ディーゼル主機関の許容最低回転数に相当する船速以下の微速で航行であるようにするものであり、ディーゼル主機関を最低回転数にして、左舷舵１５ａを取舵側に、また、右舷舵１８ａを面舵側に、それぞれ最大６５°までの間の、必要な船速に対応する角度に、左右同一角度に転舵する。これにより、推進プロペラの前進推力が左右舷舵１５ａ、１８ａの発生する抗力により相殺されて、船の前進推力が減少し、船速は、ディーゼル主機関の許容最低回転数に相当する船速以下に低下する。この状態で、もし旋回が必要になれば、左右舷舵１５ａ、１８ａのいずれか一方の舵の角度を調節することにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの揚力の釣合が崩れ、この揚力の差によって船は旋回する。
ケース２：
上記ケース１以外の他の例として、左右舷舵１５ａ、１８ａを、水平断面輪郭が魚尾形状の後縁部を有する高揚力舵で吊下げ型の舵とし、左右舷対称の水平断面輪郭とし、それぞれの舵１５ａ、１８ａの取り得る最大角度を、左舷舵１５ａに対しては、取舵方向に１０５°、面舵方向に２５°、右舷舵１８ａに対しては、取舵方向に２５°、面舵方向に１０５°とする場合、ジョイスティックレバー５の操作により設定される操縦パターンとして、前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング（その場停止）、および、その他にも、制動（停止）、微速航行などを設定することができる。いずれの場合も、主機関は前進方向回転のままである。
【００７８】
前記左右旋回パターンにおいては、上記ケース１において説明したのと同様であるが、舵角の組合せを変える。即ち、例えば左旋回に対しては、図８（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に３５°、右舷舵１８ａを取舵方向に２５°取った組合せとし、また、右旋回に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に２５°、右舷舵１８ａを面舵方向に３５°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａは、相互の干渉がなく、全体として最大の舵力を発生することができる。
【００７９】
前進左右回頭パターンにおいては、例えば左回頭に対しては、図８（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７０°、右舷舵１８ａを取舵方向に２５°取った組合せとし、また、右回頭に対しては、左舷舵１５ａを面舵方向に２５°、右舷舵１８ａを面舵方向に７０°取った組合せとする。これにより、左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａの総抗力が推進プロペラの推力を大きく相殺することになり、結局、船を、僅かに前進しつつ、左回頭させることができる。右回頭に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記左回頭の場合と対称の組合せとする。
【００８０】
後進パターンにおいては、図８（ｃ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に１０５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これにより、水流により左右舷舵１５ａ、１８ａに発生する揚抗力のうち、揚力は左右で釣り合い、総抗力が推進プロペラの推力を上回ることになって、船は後進する。
【００８１】
後進左右旋回パターンにおいては、例えば後進左旋回に対しては、図９（ａ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これは、上記後進パターンの状態から左舷舵１５ａのみを僅かに中立側に戻した状態であり、これにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの総抗力は依然として推進プロペラの推力を上回るものの、揚力における左右の釣合が崩れ、船尾が右舷側に押される。即ち、船は、後進しつつ、船首側から見て左方向に旋回する。後進右旋回に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記後進左旋回の場合と対称の組合せとする。
【００８２】
後進左右回頭パターンにおいては、例えば後進左回頭に対しては、図９（ｂ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に６５°、右舷舵１８ａを面舵方向に１０５°取った組合せとする。これは、上記後進旋回パターンの状態から左舷舵１５ａのみを更に中立側に戻した状態であり、これにより、左右舷舵１５ａ、１８ａの総抗力は減少するが、依然として推進プロペラの推力を上回り、また、総揚力はより大きくなる。即ち、船は、後進力を減らした状態で、より大きい横力で、船首側から見て左方向に回頭する。後進右回頭に対しては、左右舷舵１５ａ、１８ａの各舵角を上記後進回頭の場合と対称の組合せとする。
【００８３】
ホーバーリング（その場停止）パターンにおいては、図９（ｃ）に示すように、左舷舵１５ａを取舵方向に７５°、右舷舵１８ａを面舵方向に７５°取った組合せとする。これにより、水流によって左右舷舵１５ａ、１８ａに発生する揚抗力のうち、揚力は左右で釣り合い、総抗力が推進プロペラの推力に拮抗することになって、推進プロペラは前進方向に回転したままで、船はその場に停止した状態になる。これにより、主機関の起動・前後進切換などの操作を必要としないで、船を他の操船モードに速やかに移行させることができる。
【００８４】
その他に、制動（停止）、微速航行などの操縦パターンが可能であり、これらは、上記ケース１において説明したのと同様である。
上記実施の形態では、ジョイスティックレバー５の操作により、前進左右旋回、前進左右回頭、後進、後進左右旋回、後進左右回頭、ホーバーリング（その場停止）、および、その他にも、制動（停止）、微速航行などができるように設定されているが、後進やホーバーリングができないものであってもよい。
【００８５】
次に、本発明における第２の実施の形態を図１０〜図１２を参照して説明する。
ジョイスティック・パネル３にはジョイスティックレバー５とディスプレイ装置２１（表示装置）とが設けられており、ジョイスティックレバー５とディスプレイ装置２１とでジョイスティック装置３１が構成されている。
【００８６】
ジョイスティックレバー５はＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、ジョイスティックレバー５の操作範囲内のすべての操作位置のＸ−Ｙ座標に対応して左右舷舵１５ａ、１８ａの舵角が設定されている。尚、ジョイスティックレバー５の操作位置のＸ−Ｙ座標はポテンショメータ等によって検知される。
【００８７】
図１２は、図８，図９に示した左舷舵１５ａおよび右舷舵１８ａにおいて、左舷および右舷舵角δｐ、δｓの種々の組み合わせに対応する縦および横推力の大きさの関係を示す等推力曲線であり、先の背景技術で述べたものと同様である。
【００８８】
但し、本第２の実施の形態では、図１２に示すように、Ｂ線（すなわち、左舷舵角δｐの大きさと右舷舵角δｓの大きさとが異なった状態で横推力が零になる操作位置の分布を示すライン）を含む領域（ハッチングによる陰付部分）を、操舵禁止領域３２として設定している。
【００８９】
また、図１０、図１１に示すように、ジョイスティック・パネル３の内部には、ジョイスティックレバー５が操舵禁止領域３２内に侵入するのを阻止するガイド板３３（侵入阻止手段の一例）が設けられている。ガイド板３３は、四角形の枠体３４と、操舵禁止領域３２の位置に対応する仕切板３５とを有している。仕切板３５は枠体３４の内側に設けられ、仕切板３５には、ジョイスティックレバー５の通過をＹ軸方向において許容する狭い連通路３６が切欠かれて形成されている。尚、連通路３６は図１２のＡ線に対応する位置に形成されており、また、ジョイスティック・パネル３の内部において、ジョイスティックレバー５は枠体３４の内側に挿通されている。
【００９０】
また、ディスプレイ装置２１は、従来と同様、ジョイスティックレバー５の傾転方向と傾転量を示す指示値が船体のその場静止位置を原点とする指示ベクトル値Ｖ１として表示されるとともに、実行旋回方向と実行推力の大きさを示す実行値が船体のその場静止位置を原点とする実行ベクトル値Ｖ２として表示される。
【００９１】
以下、上記構成における作用を説明する。
オペレーターがジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に操作する場合、ジョイスティックレバー５がガイド板３３の仕切板３５に当たるため、操舵禁止領域３２を通過させてジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に移動させることはできず、必ず、連通路３６を通過させてジョイスティックレバー５を第１領域４１から第４領域４４に移動しなければならない。また、ジョイスティックレバー５を第４領域４４から第１領域４１に操作する場合又は第２領域４２から第３領域４３に操作する場合或いは第３領域４３から第２領域４２に操作する場合も同様である。
【００９２】
これにより、オペレーターの意図に反して船舶の推進方向が左右反対方向に入れ替わってしまうといったジョイスティックレバー５の誤操作を防止することができる。
次に、本発明における第３の実施の形態を図１３を参照して説明する。
【００９３】
本第３の実施の形態は、上記第２の実施の形態に、さらに下記のような内容の制御を付加したものである。
ジョイスティックレバー５のＸ軸方向の操作量（操作位置）をｘとし、Ｙ軸方向の操作量（操作位置）をｙとすると、左舷および右舷舵角δｐ、δｓは次式のように設定されている。
左舷舵角δｐ＝ｘ−ｙ＋４０ ・・・式１
右舷舵角δｓ＝ｘ＋ｙ−４０ ・・・式２
また、第１領域４１と第４領域４４との間そして第２領域４２と第３領域４３との間では、横推力の方向が左右に入れ替わるため、第１領域４１と第２領域４２とにおいては、上記式１と式２とに基づいて左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
【００９４】
また、第３領域４３と第４領域４４とにおいては、ジョイスティック・ユニット１２から舵角制御サーボアンプ１７、２０に与える信号を逆にする信号変換を行なって、下記式３と式４とに基づいて左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
左舷舵角δｐ＝ｘ＋ｙ−４０ ・・・式３
右舷舵角δｓ＝ｘ−ｙ＋４０ ・・・式４
尚、上記のような信号変換は、図１３に示すように、信号反転演算器４５によって行なわれる。一例として、ｙの数値が９０以下の場合、上記式１と式２とによって左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定し、ｙの数値が９０よりも大きい場合、上記式３と式４とによって左舷および右舷舵角δｐ、δｓを設定する。
【００９５】
上記各実施の形態では、図１、図１３に示すように、一基の推進プロペラ５１の後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に左右一対の左舷舵１５ａと右舷舵１８ａとを設けた二枚舵システムを示したが、図１４に示すように、二基の左右舷推進プロペラ５３ｐ、５３ｓの後方に、それぞれ一枚の舵、即ち、左舷舵１５ａ、右舷舵１８ａを設けた二枚舵システムであってもよい。
【符号の説明】
【００９６】
１ 針路設定装置
２ ジャイロコンパス
３ ジョイスティック・パネル
４ テールインボード設定装置
５ ジョイスティックレバー
６ 舵角設定装置
７ 緊急停止押釦
１０ 自動演算装置
１１ テールインボード対応操舵量調整器
１２ ジョイスティック・ユニット
１３ 舵角設定器
１４ 緊急停止制御ユニット
１５ａ 左舷舵
１８ａ 右舷舵
２２ 操舵制御装置
２３ 操舵命令系統
２４ 制御装置系統
２５ オートパイロット装置
３２ 操舵禁止領域
３３ ガイド板（侵入阻止手段）
５１ 推進プロペラ
５３ｐ 左舷推進プロペラ
５３ｓ 右舷推進プロペラ
α テールインボード舵角
δｏ 操舵信号舵角（修正舵角）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置であって、
操舵命令系統がオートパイロット装置とジョイスティック・パネルとから構成され、
オートパイロット装置は針路設定装置とジャイロコンパスとからなり、
ジョイスティック・パネルはテールインボード設定装置とジョイスティックレバーと舵角設定装置と緊急停止押釦とからなり、
制御装置系統が自動演算装置とテールインボード対応操舵量調整器とジョイスティック・ユニットと舵角設定器と緊急停止制御ユニットとから構成され、
自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵を、テールインボード対応操舵量調整器により、それぞれ別々の転舵パターンで転舵させるようにし、
操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置とジョイスティック・ユニットと緊急停止制御ユニットとにより、二枚の舵のそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにしたことを特徴とする二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【請求項２】
テールインボード対応操舵量調整器は、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右いずれか一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、他方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させるとともに、他方の舵を一方の舵と平行になるまで一方向へ転舵させ、
テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、一方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させるとともに、一方の舵を他方の舵と平行になるまで他方向へ転舵させることを特徴とする請求項１記載の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【請求項３】
ジョイスティックレバーはＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、
ジョイスティックレバーの操作範囲内のすべての操作位置に対応して各々の舵の舵角が設定されており、
一方の舵の舵角の大きさと他方の舵の舵角の大きさとが異なった状態で船舶を左右方向に推進させる横推力が零になる操作位置を含む領域を、操舵禁止領域とし、
ジョイスティックレバーが操舵禁止領域内に侵入するのを阻止する侵入阻止手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【請求項１】
一基の推進プロペラの後方に推進プロペラ軸心に対して対称の位置に一対の舵を設けた二枚舵システム、あるいは、二基の推進プロペラの後方にそれぞれ一枚の舵を設けた二枚舵システムを有する船舶の操舵制御装置であって、
操舵命令系統がオートパイロット装置とジョイスティック・パネルとから構成され、
オートパイロット装置は針路設定装置とジャイロコンパスとからなり、
ジョイスティック・パネルはテールインボード設定装置とジョイスティックレバーと舵角設定装置と緊急停止押釦とからなり、
制御装置系統が自動演算装置とテールインボード対応操舵量調整器とジョイスティック・ユニットと舵角設定器と緊急停止制御ユニットとから構成され、
自動操舵モードによる航行時は、設定針路復帰のための当て舵において、テールインボードとなっている二枚の舵を、テールインボード対応操舵量調整器により、それぞれ別々の転舵パターンで転舵させるようにし、
操縦モードによる出入港又は狭水路航行時は、自動演算装置とジョイスティック・ユニットと緊急停止制御ユニットとにより、二枚の舵のそれぞれの舵角の組合せによる船の複数の操縦パターンと緊急停止とができるようにしたことを特徴とする二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【請求項２】
テールインボード対応操舵量調整器は、自動操舵モードによる航行時、テールインボードとなっている二枚の舵を左右いずれか一方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、他方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、一方の舵を修正舵角だけ一方向へ転舵させるとともに、他方の舵を一方の舵と平行になるまで一方向へ転舵させ、
テールインボードとなっている二枚の舵を左右他方向へ転舵して設定針路に復帰させる場合、修正舵角がテールインボード舵角の２倍以下であれば、一方の舵の舵角をテールインボード舵角に固定した状態で、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させ、
修正舵角がテールインボード舵角の２倍よりも大きければ、他方の舵を修正舵角だけ他方向へ転舵させるとともに、一方の舵を他方の舵と平行になるまで他方向へ転舵させることを特徴とする請求項１記載の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【請求項３】
ジョイスティックレバーはＸ−Ｙ方向へ操作可能に構成され、
ジョイスティックレバーの操作範囲内のすべての操作位置に対応して各々の舵の舵角が設定されており、
一方の舵の舵角の大きさと他方の舵の舵角の大きさとが異なった状態で船舶を左右方向に推進させる横推力が零になる操作位置を含む領域を、操舵禁止領域とし、
ジョイスティックレバーが操舵禁止領域内に侵入するのを阻止する侵入阻止手段が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の二枚舵を有する船舶の操舵制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２０１０−１６２９６５（Ｐ２０１０−１６２９６５Ａ）
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５２５７（Ｐ２００９−５２５７）
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００１０７３６５）ジャパン・ハムワージ株式会社 (16)
【公開日】平成２２年７月２９日（２０１０．７．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月１４日（２００９．１．１４）
【出願人】（０００１０７３６５）ジャパン・ハムワージ株式会社 (16)
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