操船支援装置およびそれを備えた船舶
【課題】操作系の持ち替えの手間を省き、操船を容易にする。
【解決手段】レバー７およびその頭部に設けられたノブ８は、ジョイスティック型の操作手段を構成している。航走制御装置２０は、第１および第２目標値演算部２１，２２ならびに切換部２３を備えている。第１目標値演算部２１は通常航走モードに対応した目標値を演算し、第２目標値演算部２２は平行移動モードに対応した目標値を演算する。目標値は、バウスラスタ１０のプロペラ回転速度、ならびに船外機１１，１２のエンジン回転速度および操舵角を含む。切換部２３は、通常航走モードのときは第１目標値演算部２１が演算した目標値を選択し、平行移動モードのときは第２目標値演算部２２が演算した目標値を選択する。
【効果】通常航走モードと平行移動モードとで操作系を共有できる。
【解決手段】レバー７およびその頭部に設けられたノブ８は、ジョイスティック型の操作手段を構成している。航走制御装置２０は、第１および第２目標値演算部２１，２２ならびに切換部２３を備えている。第１目標値演算部２１は通常航走モードに対応した目標値を演算し、第２目標値演算部２２は平行移動モードに対応した目標値を演算する。目標値は、バウスラスタ１０のプロペラ回転速度、ならびに船外機１１，１２のエンジン回転速度および操舵角を含む。切換部２３は、通常航走モードのときは第１目標値演算部２１が演算した目標値を選択し、平行移動モードのときは第２目標値演算部２２が演算した目標値を選択する。
【効果】通常航走モードと平行移動モードとで操作系を共有できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、推進機および操舵機構を備えた船舶、およびこのような船舶のための操船支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船尾に備えられた一対の船外機の出力および操舵角を制御することによって、船舶を回頭させることなく横移動させることができる操船支援装置が提案されている（特許文献１）。この操船支援装置では、停泊操船支援開始ボタンを操作すると、通常航走モードから停泊操船支援モードに制御モードが切り換わる。停泊操船支援モードでは、十字ボタンの操作によって船舶を前後左右に横移動させることができる。これにより、離着岸時の操船が容易になる。横移動以外の通常の操船に際しては、操船者は、ステアリングハンドルを操作して操舵角を制御し、リモコンレバーを操作して船外機出力を制御する。
【０００３】
通常航走モードでは、一対の船外機の操舵角は等しく設定される。これに対して、停泊操船支援モードでは、目的の移動方向と一対の船外機が発生する推進力の合力方向とが一致するように、各船外機の推進力および操舵角が定められる。したがって、一般に、停泊操船支援モードでは、一対の船外機の操舵角は異なる値となる。たとえば、船舶を真横に横移動させるときには、一方の船外機の推進力方向は斜め前方となり、他方の船外機の推進力方向は斜め後方となる。
【特許文献１】特開２００５−２００００４号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
桟橋の近くでは、操船者は、近傍の他の船舶を避けながら離着岸のための操船を行う。したがって、十字ボタンを用いた横移動操船が便利である。一方、桟橋を離れ、近隣の船舶からの距離が広がれば、横移動操船はもはや必要ではなくなる。停泊操船支援モードでは、一対の船外機が発生する推進力を相殺させて船舶の平行移動を達成している。そのため、低速での移動であっても、高いエンジン回転速度を維持する必要がある。したがって、通常航走モードでの操船が可能な状況では、停泊操船支援モードを使わない方がエネルギー効率がよい。
【０００５】
停泊操船支援モードから通常航走モードへの移行の際には、十字ボタンを含む横移動操作系から、ステアリングハンドルおよびリモコンレバーを含む通常操作系への持ち替えが必要になる。逆に、通常航走モードから停泊操船支援モードへの移行の際には、通常操作系から横移動操作系への持ち替えが必要になる。離岸時や着岸時には、とくに、港の桟橋付近での移動の際に、操船者は、制御モードを頻繁に切り換える必要に迫られる。それに応じて、操船者は、操作系の持ち替えを頻繁に行う必要に迫られる。しかし、たびたび操作系を持ち替えるのは煩雑である。
【０００６】
また、通常操作系および横移動操作系の両方を準備しておく必要があるから、操作系の構成が複雑であり、それに応じてコストも高くつく。さらに、小型船舶では、小さな操船スペースに二種類の操作系を配置するのは必ずしも容易ではない。
そこで、この発明の目的は、操作系の持ち替えの手間を省くことができ、操船を一層容易にすることができる操船支援装置およびそれを備えた船舶を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、推進機および操舵機構を備えた船舶のための操船支援装置であって、船舶の移動および回頭を制御するために操作者により操作される操作手段と、複数の演算モードを有し、前記操作手段による操作入力に応じて、前記推進機のための目標推進力および前記操舵機構のための目標操舵角を含む目標値を演算する目標値演算手段と、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える切換手段とを含む、操船支援装置である。
【０００８】
操作者は、船舶の移動および回頭を制御するために、操作手段を操作する。これに応答して、目標値演算手段が、目標推進力および目標操舵角を含む目標値を演算する。目標値演算手段は、演算モードに応じて、操作手段の操作入力に対応する目標値を演算する。この演算された目標値に応じて推進機および操舵機構が制御されることになる。こうして、操作手段の操作入力が、複数の演算モードに従う目標値の演算に共通に用いられる。したがって、演算モードに応じて操作手段を変更する必要がない。これにより、操作系の持ち替えの手間を省くことができるから、操船を容易にすることができる。しかも、演算モード毎に異なる操作系を備える必要がないので、操作系の構成を簡素化することができ、それに応じてコストを低減できる。また、操作系の配置スペースを削減できることから、小型の船舶であっても必要な操作系を容易に装備できる。
【０００９】
前記目標値演算手段によって求められた目標値に応じて、前記推進機および操舵機構を制御する制御手段がさらに備えられていることが好ましい。このような制御手段は、操船支援装置に備えられてもよいし、推進機および操舵機構に備えられてもよい。
前記切換手段は、所定の操作入力に応答するものでもよいし、所定の切換条件に基づいて演算モードを自動切り替えするものであってもよい。
【００１０】
前記目標値演算手段は、異なる態様で目標値を演算する複数の目標値演算ユニット（モジュール）を含むものであってもよい。この場合、前記切換手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択する選択手段を含むものであってもよい。前記選択手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択して、その演算結果を出力する選択出力手段であってもよい。また、前記選択手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択して活性化する選択活性化手段であってもよい。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記操船支援装置は、複数の推進機と、この複数の推進機にそれぞれ対応する複数の操舵機構とを備えた船舶に適用されるものであり、前記複数の演算モードは、前記複数の推進機の操舵角を（実質的に）平行に設定する平行モードと、前記複数の推進機の操舵角を非平行とする非平行モードとを含む、請求項１記載の操船支援装置である。
【００１２】
平行モードでは推進機の操舵角が平行に設定されるから、船舶に対して効率的に推進力を与えることができる。一方、非平行モードでは、推進機の操舵角が非平行とされるので、複数の推進機が発生する推進力の一部が相殺されることになる。その反面、複数の推進機が発生する力のつり合いを利用して、さまざまな方向へ船舶を横移動させることが可能となる。平行モードは通常航走モードであり、非平行モードは船舶を平行移動させる平行移動モードである。「平行移動」とは、船舶の中心（たとえば瞬間回転中心）が直線的に移動する移動状態をいう。ただし、平行移動モードでは、船舶を回頭しないように制御する場合だけでなく、船舶の回頭が伴う場合もある。また、水流や風に抗して船舶を定点に保持する航走制御もまた、平行移動モードによって実現される。すなわち、平行モード（通常航走モード）は、桟橋近くの混雑した水域から離脱した状況に適した演算モードである。また、非平行モード（平行移動モード）は桟橋近くの混雑した水域での航走時、とくに離岸時および着岸時に適した演算モードである。非平行モードでは、船舶を回頭させることなく平行移動させることも、船舶を回頭させながら移動させることも可能である。
【００１３】
前記複数の推進機は、船尾において推進力を発生する一対の推進機を含むことが好ましい。一対の推進機が発生する推進力の釣り合いを利用して、船舶の平行移動を実現できる。
請求項３記載の発明は、前記切換手段は、前記船舶の状態に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項１または２記載の操船支援装置である。この構成により、演算モードが船舶の状態に応じて自動で切り換わるので、演算モードの切換えのための操作も必要ではない。したがって、操船が一層容易になる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記船舶の状態は、船舶の運転状態および船舶周囲の環境の少なくとも一つを含む、請求項３記載の操船支援装置である。この構成によれば、船舶の運転状態や船舶周囲の環境に応じて演算モードが切り換わる。これにより、適切な演算モードが自動的に選択されるから、快適な操船が可能となる。船舶の運転状態とは、たとえば、船舶の速度や推進機の出力（たとえば回転速度）である。また、船舶周囲の環境とは、たとえば、船舶の現在位置や船舶周囲の障害物の有無である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記船舶の状態は、前記船舶の速度を含み、前記切換手段は、前記船舶の速度に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える、請求項３または４記載の操船支援装置である。この構成によれば、船舶の速度に応じて、演算モードを自動切換することができる。
より具体的には、前記切換手段は、前記船舶の速度と所定の速度しきい値とを比較し、その比較結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものであってもよい。この構成によれば、船舶の速度と速度しきい値との比較結果に応じて、演算モードが切り換わる。たとえば、低速航走中は非平行モードが選択され、高速走行中は平行モードが選択される。これにより、離岸時および着岸時は非平行モードとなるから、離岸および着岸のための操船が容易になる。一方、桟橋近くの混雑した水域から離れていて高速に航走しているときには平行モードとなるので、推進機が発生する推進力を効率的に利用することができる。
【００１６】
なお、前進方向の船舶の速度と、後進方向の船舶の速度に対して、等しい速度しきい値が適用されてもよいし、異なる速度しきい値が適用されてもよい。たとえば、前進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値を後進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値よりも大きく設定してもよい。船舶が航走中に受ける抵抗は、前進時には比較的小さく、後進時には比較的大きい。そこで、後進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値を比較的小さく設定しておけば、前進時および後進時において同等の操作入力でモードの切り換えを生じさせることができる。これにより、違和感を抑制できる。
【００１７】
また、非平行モードから平行モードへの切換えの判断に第１の速度しきい値を適用し、平行モードから非平行モードへの切換えの判断には前記第１の速度しきい値とは異なる第２の速度しきい値を適用してもよい。たとえば、第１の速度しきい値を第２の速度しきい値よりも大きな値としてもよい。これにより、演算モードの切換えに対してヒステリシスを与えることができ、頻繁な演算モード遷移を抑制できる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記船舶の状態は、船舶の位置情報および船舶周囲の障害物の有無に関する障害物情報のうちの少なくとも一つを含む、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
この構成によれば、船舶の位置や船舶周囲の障害物の有無に応じて演算モードが切り換わる。たとえば、船舶の位置が所定水域内（たとえば桟橋の近傍）に位置しているときには非平行モードが選択され、当該所定水域外に位置しているときには平行モードが選択されるとよい。また、船舶周囲の所定距離内の領域に障害物が存在しているときには非平行モードが選択され、当該領域内に障害物が存在していないときには平行モードが選択されるとよい。
【００１９】
請求項７記載の発明は、船舶周囲の障害物の有無を検出する障害物センサの検出信号を受け取って、船舶周囲の障害物の有無を判定する障害物判定手段をさらに含み、前記切換手段は、前記障害物判定手段による判定結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
この構成によれば、障害物センサによって障害物が検出され、その検出結果に応じて演算モードが切り換わる。より具体的には、船舶周囲の所定距離内の領域で障害物が検出されると、非平行モードが選択されるとよい。これにより、障害物を回避する操船を容易に行うことができる。
【００２０】
前記障害物センサとしては、レーザセンサや超音波センサ等の距離測定センサが用いられてもよい。
請求項８記載の発明は、前記操作手段は、傾倒可能なレバーと、前記レバーの傾倒を検出する傾倒検出手段を有する入力検出手段とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
【００２１】
この構成によれば、レバーを傾倒させることによって、船舶の移動および回頭を制御するための操作を行うことができる。レバーは、操船者が手で操作するものであってもよいし、足で操作するものであってもよい。
レバーのほかにも、ペダルその他の操作部材を操作手段として適用することが可能である。
【００２２】
請求項９記載の発明は、前記レバーは、前後方向への傾倒が可能なものであり、前記操作手段は、回動可能な回動操作部をさらに含み、前記入力検出手段は、さらに前記回動操作部の回動操作を検出する回動検出手段を有するものである、請求項８記載の操船支援装置である。
この構成によれば、たとえば、レバーを前後方向に傾倒させることによって推進力の方向および推進力の大きさを制御するための操作を行うことができ、回動操作部を回動することによって回頭操作を行うことができる。
【００２３】
回動操作部は、レバーと一体的に設けられ当該レバーの軸方向まわりに回動可能なものとしてもよい。これにより、ジョイスティック型の操作手段を構成できる。回動操作部は、レバーがその軸線まわりに回動する構成とすることもでき、レバーに対して当該レバーの軸線周りに相対的に回動する回動操作子を結合した構成とすることもできる。むろん、回動操作部をレバーとは別に設ける構成としてもよい。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、前記複数の演算モードは、前記レバーの傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モード（通常航走モード、平行モード）と、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算する第２モード（平行移動モード、非平行モード）とを含む、請求項９記載の操船支援装置である。
【００２５】
この構成により、第１モードでは、レバーの傾倒によって推進力を調整でき、回動操作部の回動操作によって操舵角を調整できる。一方、第２モードでは、レバーの傾倒によって船舶の進行方向を定めることができ、回動操作部の回動操作によって船舶の回頭（たとえば角速度）を調整できる。このようにして、第１および第２モードにおいて、レバーの傾倒および回動操作部の回動に対して、異なる役割を与えることができる。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、前記レバーは、前後方向および左右方向に傾倒可能なものであり、前記複数の演算モードは、前記レバーの前後方向傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記レバーの左右方向傾倒操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モード（通常航走モード、平行モード）と、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向に割り当てて目標値を演算する第２モード（横移動モード、非平行モード）とを含む、請求項８または９記載の操船支援装置である。
【００２７】
この構成によれば、レバーを前後左右に傾倒させることで、推進機の出力および操舵角を調整できる。具体的には、第１モードでは、レバーを前後方向に傾倒させることで推進力を調整でき、レバーを左右方向に傾倒させることで操舵角を調整できる。また、第２モードでは、レバーの傾倒方向を船舶の目標進行方向として、推進力および操舵角が定められることになる。こうして、第１および第２モードに対して、レバーを共用できる。
【００２８】
第２モードにおいては、さらに、回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算してもよい。
請求項１２記載の発明は、前記操作手段からの操作入力がされていないことを条件に、前記演算モードを切り換えるものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
【００２９】
この構成によれば、操作手段からの操作入力がされていないときに演算モードが切り換わるので、演算モードの切換えに起因する乗船者の違和感を抑制できる。「操作入力がされていない」とは、推進機から推進力が発生されない操作範囲（不感帯）内における操作を含む趣旨である。
請求項１３記載の発明は、船体と、この船体に取り付けられた推進機および操舵機構と、前記推進機および操舵機構のための目標値を演算する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の操船支援装置とを含む、船舶である。
【００３０】
この構成によれば、複数の演算モードに対して操作系を共用できる。そのため、演算モード毎に操作系を持ち替える必要がないので、操船が簡単になる。また、複数の演算モードに対応した複数の操作系を準備する必要がないので、操作系の構成を簡素化でき、かつ、その設置スペースを削減できる。
なお、船舶は、クルーザ、釣り船、ウォータージェット、水上滑走艇（watercraft）のような比較的小型のものであってもよい。
【００３１】
また、船舶に備えられる推進機は、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（エンジンまたは電動モータ）および推進力発生部材（プロペラ）を含む推進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操舵機構が付設されたものである。船内外機は、原動機が船内に配置され、推進力発生部材および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、操舵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、操舵機構は、噴射ノズルと、この噴射ノズルを水平面に沿って回動させる機構とで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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る。この船舶１の船体２には、一つのバウスラスタ１０と、一対の船外機１１，１２が取り付けられている。船外機１１，１２は、船体２の船尾（トランサム）３に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。一方、バウスラスタ１０は、船体２の船首４の付近に取り付けられている。このバウスラスタ１０は、中心線５に交差する左右方向への推進力を発生する推進ユニットである。より具体的には、バウスラスタ１０は、電動モータ１０ａと、これにより正転または逆転駆動されるプロペラ１０ｂとを含む。プロペラ１０ｂが生成する推進力は、船舶１の中心線に交差（直交）する水平方向（左右方向）に沿う。以下、バウスラスタ１０および船外機１１，１２を総称するときには、「推進機１０〜１２」などという場合がある。
【００３３】
バウスラスタ１０には、電動モータ１０ａの回転方向および回転速度を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）９が内蔵されている。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。ただし、図１では、便宜上、推進機１０〜１２の本体部分とＥＣＵ９，１３，１４とは分離して表してある。
【００３４】
船体２の操船席には、操船のための操作台６が設けられている。操作台６には、ジョイスティック状のレバー７が備えられている。レバー７の頭部には、レバー７の軸線まわりに回動操作することができるノブ８が設けられている。レバー７は、前後左右の自由な方向に傾倒させることができるようになっている。前後方向の傾倒量および左右方向の傾倒量は、それぞれセンサ（ポテンショメータその他の位置センサ）によって検出される。ノブ８の回動操作量は、別のセンサ（ポテンショメータその他の位置センサ）によって検出される。
【００３５】
レバー７の傾倒量およびノブ８の回動操作量を表す信号は、航走制御装置２０に入力されるようになっている。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）である。航走制御装置２０は、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。）２５を介して、ＥＣＵ９，１３，１４との間で通信を行う。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速度を取得する。そして、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、目標シフト位置（前進、ニュートラル、後進）、目標エンジン回転速度および目標操舵角を表すデータを与えるようになっている。また、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０に対応したＥＣＵ９からプロペラ１０ｂの回転速度情報を取得する。そして、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０に対応したＥＣＵ９に対して、電動モータ１０ａの目標回転方向および目標回転速度を与える。
【００３６】
また、航走制御装置２０には、速度センサ１６、位置検出装置１７および障害物センサ１８の出力信号が入力されている。速度センサ１６は、船舶１の前進速度および後進速度を検出して速度信号を出力するものである。速度センサ１６は対水速度を検出するものでも、対地速度を検出するものでもよい。具体的には、速度センサ１６は、ピトー管を用いて構成することができる。位置検出装置１７は、船舶１の現在位置信号を生成するものであり、たとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信して現在位置情報を生成するＧＰＳ受信機で構成することができる。障害物センサ１８は、船舶１の周囲の障害物を検出するものであり、たとえば、レーザレーダや超音波センサに代表される距離測定装置で構成することができる。
【００３７】
航走制御装置２０は、通常航走モードおよび平行移動モード（停泊操船支援モード）を含む複数の制御モードに従う制御動作を行う。
通常航走モードでは、航走制御装置２０は、レバー７の左右への傾倒操作またはノブ８のいずれか一方の回動操作に応じて、船外機１１，１２の目標操舵角を等しい値に設定する。したがって、船外機１１，１２は、互いに平行な方向に推進力を発生することになる。また、航走制御装置２０は、各船外機１１，１２の目標エンジン回転速度および目標シフト位置を、レバー７の前後への傾倒操作量に応じて設定する。バウスラスタ１０は停止状態に制御される。
【００３８】
平行移動モードでは、航走制御装置２０は、レバー７の傾倒方向に船舶１を平行移動させ、ノブ８の回動操作量に応じた角速度で船舶１が回頭するように船外機１１，１２の目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を設定する。また、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０の電動モータ１０ａに対して、目標回転方向および目標回転速度を設定する。平行移動モードでは、一般に、左右の船外機１１，１２が発生する推進力の方向は非平行となる。
【００３９】
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のトリム角を変化させることができる。トリム角は、船体２に対する船外機１１，１２の取り付け角に対応する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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けれども、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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の回転速度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。
【００４６】
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、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。操舵アクチュエータ５３は、たとえば、ＤＣサーボモータおよび減速器を含む構成とすることができる。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を含む操舵機構５０（電動ステアリング装置）が形成されている。この操舵機構５０には、操舵角を検出するための操舵角センサ４９が備えられている。操舵角センサ４９は、たとえば、ポテンショメータからなる。
【００４７】
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。これらは、推進ユニット３０のトリム角を変化させるためのトリム機構５６を構成している。トリム角は、トリム角センサ５５によって検出されるようになっている。トリム角センサ５５の出力信号は船外機ＥＣＵ１３，１４に入力される。
【００４８】
図３Ａはレバー７およびノブ８の構成を拡大して示す図解的な側面図であり、図３Ｂはその平面図である。図３Ａの紙面の表面から裏面に向かう方向、図３Ｂの紙面の下方から上方に向かう方向が、船舶１の前進方向＋Ｘに対応する。この前進方向＋Ｘを基準として、後進方向−Ｘ、右方向＋Ｙ、左方向−Ｙが各図に示されている。
レバー７は、操作台６から突設されており、任意の方向へ傾倒自在である。このレバー７の遊端部に略球体状のノブ８が取り付けられている。
【００４９】
レバー７の中立位置は、操作台６の表面に対して直立した位置である。操船者が、ノブ８を把持し、レバー７を所望の方向に向けて中立位置から傾倒させると、航走制御装置２０が、レバー７の傾倒位置（傾倒方向および傾倒量）に基づいてバウスラスタ１０および船外機１１，１２における推進力およびその方向を制御する。したがって、操船者は、レバー７を操作することにより、船舶１の進行速度および進行方向を制御することができる。
【００５０】
前後方向Ｘ（＋Ｘ，−Ｘ）におけるレバー７の傾倒量Ｌxは、操作台６に備えられた第１位置センサ６１によって検出され、航走制御装置２０に与えられる。同様に、左右方向Ｙ（＋Ｙ，−Ｙ）におけるレバー７の傾倒量Ｌyは、操作台６に備えられた第２位置センサ６２によって検出され、航走制御装置２０に与えられる。さらに、ノブ８の回動操作位置（回動操作方向および回動操作量）Ｌzを検出するための第３の位置センサ６３が操作台６に備えられており、その出力信号が航走制御装置２０に与えられるようになっている。第１〜第３位置センサ６１〜６３は、それぞれ、ポテンショメータで構成することができる。
【００５１】
レバー７を中立位置から前側へ所定量傾倒させたときのレバー７の傾倒位置は、前進シフトイン位置である。すなわち、通常航走モードにおいて、前進シフトイン位置までレバー７を前方に傾倒させると、航走制御装置２０は、船外機１１，１２の目標シフト位置を、ニュートラル位置から前進位置に変更する。また、レバー７を中立位置から後側へ所定量傾倒させたときのレバー７の傾倒位置は、後進シフトイン位置である。すなわち、通常航走モードにおいて、後進シフトイン位置までレバー７を後方に傾倒させると、航走制御装置２０は、船外機１１，１２の目標シフト位置を、ニュートラル位置から後進位置に変更する。レバー７が前進シフトイン位置と後進シフトイン位置との間にある場合には、航走制御装置２０は、目標シフト位置をニュートラル位置に設定し、目標エンジン回転速度をアイドル回転速度に設定する。このとき、エンジン３９の駆動力はプロペラ４０に伝達されないので、船外機１１，１２からの推進力は発生しない。
【００５２】
レバー７を前進シフトイン位置からさらに前方へ傾倒させると、航走制御装置２０は、その傾倒量が多いほど目標エンジン回転速度を大きくする。同様に、レバー７を後進シフトイン位置からさらに後方へ傾倒させると、航走制御装置２０は、その傾倒量が多いほど目標エンジン回転速度を大きくする。こうして、船外機１１，１２が発生する前進方向または後進方向の推進力の大きさを調整することができる。
【００５３】
一方、通常航走モードにおいて、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作位置に応じた目標操舵角を設定する。この目標操舵角に応じて船外機１１，１２の操舵機構５０が制御される。これにより、ノブ８の操作によって、舵取り制御を行うことができる。
図４は、船舶１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。航走制御装置２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを含むマイクロコンピュータを備えていて、この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り、実質的に複数の機能処理部として動作する。この機能処理部には、第１および第２目標値演算部２１，２２と、切換部２３とが含まれている。第１目標値演算部２１は、通常航走モードのための目標値を演算する。第２目標値演算部２２は、平行移動モードのための目標値を演算する。切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２のいずれかによって演算される目標値を船舶１の状態に応じて選択する。切換部２３によって選択された目標値は、バウスラスタ１０のためのＥＣＵ９、左舷船外機１１のための船外機ＥＣＵ１３、および右舷船外機１２のための船外機ＥＣＵ１４へと与えられる。
【００５４】
バウスラスタ１０は、プロペラ１０ｂを駆動する電動モータ１０ａと、電動モータ１０ａの回転速度（すなわち、プロペラ１０ｂの回転速度）を検出する回転センサ１０ｃとを有している。航走制御装置２０は、ＥＣＵ９に対して、目標回転方向および目標回転速度を含む目標値を与える。ＥＣＵ９は、回転センサ１０ｃからフィードバックされる回転信号を用い、目標回転方向および目標回転速度に基づいて電動モータ１０ａをフィードバック制御する。
【００５５】
船外機１１，１２のＥＣＵ１３，１４は、航走制御装置２０から与えられる目標値に応じて、対応するスロットルアクチュエータ５１、シフトアクチュエータ５２および操舵アクチュエータ５３を制御する。この場合の目標値は、目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を含む。ＥＣＵ１３，１４には、エンジン回転検出部４８が検出するエンジン回転速度および操舵角センサ４９が検出する操舵角が入力されている。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速度が目標エンジン回転速度に一致するように、スロットルアクチュエータ５１を制御する。また、ＥＣＵ１３，１４は、操舵角センサ４９によって検出される操舵角が目標操舵角に一致するように、操舵アクチュエータ５３を制御（たとえばＰＤ（比例微分）制御）する。
【００５６】
第１目標値演算部２１は、目標値設定部２１Ａと、推進力配分部２１Ｂとを備えている。目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の操作に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を生成する。また、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作に応じて目標操舵角を生成する。別の動作例として、目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の操作に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を設定する一方で、レバー７の左右方向の操作に応じて目標操舵角を生成するようにしてもよい。推進力配分部２１Ｂは、目標値設定部２１Ａによって生成された目標値（目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角）を左右の船外機１１，１２に対応した船外機ＥＣＵ１３，１４に配分する。これらの目標値は、左右の船外機１１，１２間で互いに等しい値である。バウスラスタ１０の電動モータ１０ａについては推進力配分部２１Ｂは、その目標回転速度を零に設定する。
【００５７】
目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の傾倒量に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を生成する。より具体的には、レバー７の前方への傾倒量が前進シフトイン位置に相当する値以上であれば、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置を前進位置とする。さらに、目標値設定部２１Ａは、レバー７が前進シフトイン位置を超えてさらに前方へ傾倒されると、その傾倒量が大きいほど大きな目標エンジン回転速度を設定する。同様に、レバー７の後方への傾倒量が後進シフトイン位置に相当する値以上であれば、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置を後進位置とする。さらに、目標値設定部２１Ａは、レバー７が後進シフトイン位置を超えてさらに後方へ傾倒されると、その傾倒量が大きいほど大きな目標エンジン回転速度を設定する。レバー７の前後方向の傾倒位置が前進シフトイン位置および後進シフトイン位置のいずれにも達していないときは、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置をニュートラル位置とする。さらに、レバー７の傾倒位置が前進シフトイン位置から後方シフトイン位置までの範囲内であるときは、目標値設定部２１Ａは、目標エンジン回転速度をアイドル回転速度とする。
【００５８】
また、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作量および回動方向に応じて、目標操舵角を設定する。具体的には、右方向へのノブ８の回動操作に対しては、右旋回のための目標操舵角が設定され、その絶対値（中立位置からの偏角）は中立位置からの回動操作量が大きいほど大きくされる。同様に、左方向へのノブ８の回動操作に対しては、左旋回のための目標操舵角が設定され、その絶対値は中立位置からの回動操作量が大きいほど大きくされる。
【００５９】
レバー７の左右への傾倒を目標操舵角の設定に用いる場合には、目標値設定部２１Ａは、レバー７の右方向への傾倒操作に対しては、右旋回のための目標操舵角を設定する。同様に、レバー７の左方向への傾倒操作に対しては、目標値設定部２１Ａは、左旋回のための目標操舵角を設定する。いずれの場合も、レバー７の中立位置からの傾倒量が大きいほど、目標操舵角は、その絶対値（中立位置からの偏角）が大きな値とされる。なお、レバー７の左右方向の傾倒に関して、中立位置付近の所定範囲を不感帯として設定しておくことが好ましい。これにより、操船者の意図しない操舵角変化を抑制できる。
【００６０】
第２目標値演算部２２は、目標値設定部２２Ａと、推進力配分部２２Ｂとを備えている。目標値設定部２２Ａは、レバー７およびノブ８の操作に応じて、船舶１の全体に作用させるべき目標推進力および目標進行方向ならびに目標回頭速度（旋回角速度）を目標値として設定する。より具体的には、目標値設定部２２Ａは、レバー７の傾倒方向に応じた方向に、レバー７の傾倒量に応じた推進力で、船舶１を平行移動させるための目標推進力および目標進行方向を生成する。さらに、目標値設定部２２Ａは、ノブ８の回動操作方向および回動操作量に応じて、目標回頭速度を生成する。推進力配分部２２Ｂは、目標値設定部２２Ａによって設定された目標値に応じて、推進機１０〜１２からそれぞれ発生させるべき推進力およびその方向を表す個別の目標値を演算する。すなわち、推進力配分部２２Ｂは、バウスラスタ１０に関しては、目標回転方向および目標回転速度を演算する。また、推進力配分部２２Ｂは、船外機１１，１２に関しては、目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を演算する。この場合、船外機１１，１２に与えられる目標値は、一般には、等しい値とならない。
【００６１】
一つの動作例において、切換部２３は、速度センサ１６によって検出される船舶１の速度（前進速度および後進速度）に応じて、制御モードを切り換える。また、別の動作例においては、切換部２３は、位置検出装置１７によって検出される船舶１の位置および障害物センサ１８による障害物の検出結果に応じて、制御モードを切り換える。いずれの場合も、切換部２３は、第１目標値演算部２１による演算結果を選択する通常航走モードと、第２目標値演算部２２による演算結果を選択する平行移動モードとの間で制御モードを切り換える。切換部２３によって選択された演算結果（目標値）は、バウスラスタ１０、左舷船外機１１および右舷船外機１２のＥＣＵ９，１３，１４へと送られる。
【００６２】
図５Ａは、通常航走モードにおけるレバー７の操作と船外機１１，１２の動作とを説明するための図である。レバー７の前後方向の傾倒量Ｌxは、前方側に対して正符号、後方側に対して負符号が与えられるものとする。そして、前進シフトイン位置よりも前方側、および後進シフトイン位置よりも後方側の傾倒量Ｌxに対して、第１目標値演算部２１の目標値設定部２１Ａは、ｎd＝ｃx×Ｌxにより、目標エンジン回転速度ｎdを設定する。ただし、目標エンジン回転速度ｎdは前進回転に対して正符号、後進回転に対して負符号が与えられるものとする。また、ｃxは係数（たとえば定数）である。さらに、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作量Ｌzに応じて、δd＝ｃz×Ｌzにより、目標操舵角δdを設定する。ただし、ｃzは係数（たとえば定数）であり、回動操作量Ｌzは、たとえば、右方向操作に対して正符号、左方向操作に対して負符号が与えられるものとする。したがって、目標操舵角δdは、右方向操舵に対して正符号、左方向操舵に対して負符号を有することになる。このように、レバー７はスロットルレバーとしての役割を果たし、ノブ８は、ステアリングハンドルの役割を果たす。
【００６３】
第１目標値演算部２１の推進力配分部２１Ｂは、バウスラスタ１０の目標回転速度を零に設定するとともに、左舷船外機１１のエンジン回転速度ｎLおよび右舷船外機１２の目標エンジン回転速度ｎRを、ｎL＝ｎR＝ｎdとする。また、推進力配分部２１Ｂは、左舷船外機１１の目標操舵角δLおよび右舷船外機１２の目標操舵角δRを、δL＝δR＝δdとする。これにより、通常航走モードでは、バウスラスタ１０は停止状態とされる一方で、左右の船外機１１，１２は、平行な方向に等しい推進力を発生することになる。
【００６４】
図５Ｂは、他の動作例を示す図である。すなわち、通常航走モードにおけるレバー７の操作と船外機１１，１２の動作との関係に関する別の例が示されている。目標エンジン回転速度ｎdの設定については、図５Ａの動作例と同様であり、第１目標値演算部２１の目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の傾倒量Ｌxに応じて、ｎd＝ｃx×Ｌxにより、目標エンジン回転速度ｎdを設定する。一方、目標操舵角δdについては、ノブ８の回動操作ではなく、レバー７の左右方向の傾倒量Ｌｙに応じて設定される。すなわち、目標値設定部２１Ａは、レバー７の左右方向の傾倒量Ｌyに応じて、δd＝ｃy×Ｌyにより、目標操舵角δdを設定する。ただし、ｃyは係数（たとえば定数）であり、傾倒量Ｌyは右側傾倒に対して正符号、左側傾倒に対して負符号が与えられるものとする。したがって、目標操舵角δdは、右方向操舵に対して正符号、左方向操舵に対して負符号を有することになる。このように、レバー７の前後方向操作がスロットルレバーの操作に対応付けられ、レバー７の左右方向の操作がステアリングハンドルの操作に対応付けられることになる。
【００６５】
第１目標値演算部２１の推進力配分部２１Ｂの働きは、図５Ａの動作例の場合と同様である。
図６は、平行移動モード（停泊操船支援モード）におけるレバー７の操作とバウスラスタ１０および船外機１１，１２の動作とを説明するための図である。この実施形態では、平行移動モードにおいて、船外機１１，１２の操舵角は、予め定める一定値に設定される。たとえば、第２目標値演算部２２は、左舷船外機１１の目標操舵角δLを−π／６(rad)に固定し、右舷船外機１２の目標操舵角δRをπ／６(rad)に固定する。バウスラスタ１０の操舵角δF（プロペラが発生する推進力の方向）は、機械的に固定されていて、π／２(rad)である。ここで、「操舵角」は、船体２の中心線５（図１参照）に対するプロペラ回転軸線の偏角であり、船首から船尾に向かう方向を０度とし、これに対して左回り方向を正にとり、右回り方向を負にとったものである。プロペラ回転軸線は、バウスラスタ１０については、プロペラ１０ｂから右方向に向かう方向に延び、船外機１１，１２については、当該船外機１１，１２から船舶後方へ離れる方向に延びるものとする。
【００６６】
平行移動モードにおける船舶１の進行方向および回頭速度（角速度）は、専ら、バウスラスタ１０および船外機１１，１２のプロペラ回転方向およびプロペラ回転速度（つまり、推進力の方向および大きさ）によって調整される。
第２目標値演算部２２の目標値設定部２２Ａは、レバー７の前後方向傾倒量Ｌxに応じて、前後方向目標スラスト（推進力）Ｆdx＝ｃx×Ｌxを求める。また、目標値設定部２２Ａは、レバー７の左右方向傾倒量Ｌyに応じて、左右方向目標スラスト（推進力）Ｆdy＝ｃy×Ｌyを求める。さらに航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量Ｌzに応じて、船舶１を旋回させるための目標トルクＭdz＝ｃz×Ｌzを求める。ただし、係数ｃx，ｃy，ｃzの値は、通常航走モード時とは異なる値である。これらの目標値Ｆdx，Ｆdy，Ｍdzに基づいて、バウスラスタ１０、および船外機１１，１２が生成すべき個別の推進力が、推進力配分部２２Ｂによって求められる。
【００６７】
推進力配分部２２Ｂの働きについてより詳細に説明する。説明にあたり、次の記号を導入する。
ＦF：バウスラスタが出力するスラスト
ＦL：左舷船外機が出力するスラスト
ＦR：右舷船外機が出力するスラスト
（ｘF，ｙF）：船体座標系におけるバウスラスタの位置
（ｘL，ｙL）：船体座標系における左舷船外機の位置
（ｘR，ｙR）：船体座標系における右舷船外機の位置
δF：バウスラスタの目標操舵角
δL：左舷船外機の目標操舵角
δR：右舷船外機の目標操舵角
「船体座標系」とは、図７に示すように船舶１の瞬間回転中心８０を原点とし、中心線５に沿ってｘ軸をとり、ｘ軸に直交する水平方向（左右方向）にｙ軸をとった座標系である。
【００６８】
制御のための推進力とモーメントをτ＝［Ｆdx Ｆdy Ｍdz］T（ただし、Ｔは行列およびベクトルの転置を表す）と表し、各推進機１０，１１，１２が出力すべき推進力をｆ＝［ＦF ＦL ＦR］Tと表すと、ｆは、次の制御分配行列Ｔ（δ）を用いて計算される。
ｆ＝Ｔ（δ）-1τ ……(1)
制御分配行列Ｔ（δ）は、次のように表される。
【００６９】
Ｔ（δ）＝［ＴF ＴL ＴR］ ……(2)
ＴF＝［cosδF sinδF ｘFsinδF−ｙFcosδF］T ……(3)
ＴL＝［cosδL sinδL ｘLsinδL−ｙLcosδL］T ……(4)
ＴR＝［cosδR sinδR ｘRsinδR−ｙRcosδR］T ……(5)
前述のとおり、この実施形態では、δF＝π／２(rad)、δL＝−π／６(rad)、δR＝π／６(rad)としている。これらは一例であり、一般には、Ｔ（δ）が逆行列Ｔ（δ）-1を持つように定めればよく、固定値である必要もない。
【００７０】
このようにして推進力配分部２２Ｂによって目標スラストＦd＝ｆおよび目標操舵角δd＝［δF δL δR］Tが定められる。推進力配分部２２Ｂは、さらに、目標スラストＦdから、バウスラスタ１０の目標回転速度ｎFと、船外機１１，１２の目標エンジン回転速度ｎL，ｎRを求める。目標回転速度ｎFの符号は、バウスラスタ１０の電動モータ１０ａの目標回転方向を表す。また、目標エンジン回転速度ｎL，ｎRの符号は、船外機１１，１２の目標シフト位置を表す。こうして求められた目標値ｎF，ｎL，ｎR，δF，δL，δRが、対応する推進機１０，１１，１２のＥＣＵ９，１３，１４に分配される。
【００７１】
プロペラが発生するスラストＴは、次式により得られる。
Ｔ＝ρＤ4ＫT(J)ｎ｜ｎ｜ ……(6)
ここで、ρは水の密度、Ｄはプロペラ直径、ｎはプロペラ回転速度、Ｊは前進率であり、次式で与えられる。
Ｊ＝ｕ／(ｎＤ) ……(7)
ｕはプロペラ後流の速度（船舶の速度。バウスラスタ１０に関しては実質的に零と見なせる。）である。ＫTはスラスト係数であり、前進率Ｊの関数となっていて、実測やシミュレーションによって求められる。したがって、現在のプロペラ後流の速度とプロペラ回転速度が分かれば、現在発生しているスラストとトルクが分かる。
【００７２】
第２目標値演算部２２の推進力配分部２２Ｂには、マップ２２ｍ（図４参照）が備えられている。このマップ２２ｍには、バウスラスタ１０および船外機１１，１２のそれぞれに対応して、船舶１の速度およびプロペラ回転速度の種々の値に対応するスラスト係数ＫT(J)が保持されている。
推進力配分部２２Ｂは、速度センサ１６によって検出される船舶１の速度、ＥＣＵ９から与えられる現在のプロペラ回転速度、およびＥＣＵ１３，１４から与えられる現在のエンジン回転速度を用いてマップ２２ｍを参照することにより、スラスト係数ＫTを求める。さらに、推進力配分部２２Ｂは、そのスラスト係数ＫTを用いて、前記(6)式から、目標スラストＦdに対応する各推進機１０〜１２の目標回転速度ｎF，ｎL，ｎRを求める。
【００７３】
バウスラスタ１０のＥＣＵ９は、プロペラ回転速度（電動モータの回転速度）が目標回転速度ｎFに一致するように、電動モータ１０ａのフィードバック制御（たとえば、ＰＩＤ（比例積分微分）制御）を実行する。また、船外機１１，１２のＥＣＵ１３，１４は、プロペラ回転速度（エンジン回転速度）が目標回転速度ｎL，ｎRに一致するように、スロットルアクチュエータ５１をフィードバック制御（たとえば、ＰＩＤ制御）する。
【００７４】
図８は、船舶１の速度に応じた制御モードの切換え（切換部２３の作用）を説明するためのフローチャートである。初期制御モードは、平行移動モードとされている。すなわち、切換部２３は、第２目標値演算部２２によって演算される目標値を選択して、推進機１０〜１２に与える。
航走制御装置２０は、速度センサ１６により検出された船舶１の速度を取り込む（ステップＳ１）。
【００７５】
平行移動モードのとき（ステップＳ２：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、前進速度（前進方向の速度の絶対値）が所定の前進速度しきい値（たとえば４km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ３）。また、航走制御装置２０は、後進速度（後進方向の速度の絶対値）が所定の後進速度しきい値（たとえば２km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４）。前進速度が前進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する（ステップＳ５）。すなわち、切換部２３は、第２目標値演算部２２によって演算される目標値を選択して、推進機１０〜１２に与える。後進速度が後進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）も同様に、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する。前進速度が前進速度しきい値以下（ステップＳ３：ＮＯ）であり、かつ、後進速度が後進速度しきい値以下（ステップＳ４：ＮＯ）であるときは、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００７６】
このような処理により、船舶１の速度が速くなると、自動的に通常航走モードへと移行することになる。したがって、桟橋付近の混雑した水域を脱して速度を上げると、特別な操作を要することなく、平行移動モードから通常航走モードへと自動で切り換わる。これにより、操作が簡単になる。
一方、通常航走モードのとき（ステップＳ２：ＮＯ）、航走制御装置２０は、前進速度が所定の前進速度しきい値（たとえば３km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ６）。また、航走制御装置２０は、後進速度が所定の後進速度（たとえば１km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ７）。これらの前進速度しきい値および後進速度しきい値は平行移動モードのときに適用される値と等しくてもよいけれども、この実施形態では、異なる値（具体的には小さな値）とされている。これにより、制御モードの遷移に対してヒステリシスが与えられており、制御の安定化が図られている。
【００７７】
さらに、航走制御装置２０は、レバー７の前後方向の傾倒量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ８）。不感帯とは、この場合、通常航走モードにおいて船外機１１，１２からの推進力が発生されない範囲、すなわち、前進シフトイン位置から後進シフトイン位置までの範囲を意味する。また、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ９）。この場合の不感帯とは、中立付近のいわゆる遊びの範囲であり、ノブ８の回動操作が船外機１１，１２の操舵角変化に反映されない所定操作角範囲である。
【００７８】
前記ステップＳ６〜Ｓ９の判断が全て肯定されると、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードから平行移動モードへと変更する（ステップＳ１０）。前記ステップＳ６〜Ｓ９のいずれか一つの判断が否定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
このような処理が行われることによって、船舶１の速度が充分に低速であり、かつ、レバー７およびノブ８が実質的に操作されていないときに、通常航走モードから平行移動モードへと制御モードが遷移する。制御モードの遷移は自動的に行われ、操船者による操作を必要としない。これにより、操作が簡単になる。桟橋近くの水域に近づいて減速するのに伴って、通常航走モードから平行移動モードへと遷移するので、適切な制御モードが自動で選択されることになる。さらに、レバー７およびノブ８の操作位置が不感帯内であるときに制御モードが切り換わるので、推進力および操舵角の急変を回避できる。これにより、操船者その他の乗船者の違和感を抑制できる。
【００７９】
なお、前進速度しきい値および後進速度しきい値は、等しい値であってもよいけれども、前進速度しきい値を後進速度しきい値よりも大きく設定しておくことが好ましい。船舶１が航走中に受ける抵抗は、前進時には比較的小さく、後進時には比較的大きい。そこで、後進速度しきい値を前進速度しきい値よりも小さく設定しておけば、前進時および後進時において同等の操作入力で制御モードの切り換えを生じさせることができる。これにより、違和感を抑制できる。
【００８０】
舵取り操作をノブ８ではなくレバー７の左右傾倒によって行う場合（図５Ｂ参照）には、航走制御装置２０は、ステップＳ９において、レバー７の左右方向の傾倒量が所定の不感帯内にあるかどうかを判断する。すなわち、ステップＳ９における判断は、船外機１１，１２の操舵角が中立位置にあるかどうかの判断である。
図９は、船舶の速度に加えて、船舶の現在位置および船舶周囲の障害物の有無に応じて制御モードを切り換える処理（切換部２３の作用）を説明するためのフローチャートである。図９において、図８に示された各ステップと同等の処理が行われるステップには同一参照符号を付すこととする。
【００８１】
初期制御モードは、平行移動モードとされている。
航走制御装置２０は、速度センサ１６により検出された船舶１の速度、位置検出装置１７により検出された船舶１の現在位置、および障害物センサ１８からの検出結果（障害物情報）を取得する（ステップＳ１，Ｓ２１，Ｓ２２）。
平行移動モードのとき（ステップＳ２：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、現在位置情報に基づいて、船舶１が指定区域内に位置しているかどうかを判断する（ステップＳ２３）。指定区域は、平行移動モードが適切な区域として予め設定されている領域（たとえば桟橋近辺の水域）である。たとえば、地形情報を含む地図データベースを記録した記録媒体が航走制御装置２０に備えられており、その地図データベース上において、予め所定の区域が指摘区域として登録されている。航走制御装置２０は、地図データベースを参照することによって、現在位置情報が指定区域内かどうかを判断する。現在位置情報が指定区域内を表すときには（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。さらに、航走制御装置２０は、障害物情報を参照し、船舶１の周辺に障害物が存在しているかどうかを判断する（ステップＳ２４）。より具体的には、障害物センサ１８によって周辺の障害物までの距離が検出される場合には、最も近い障害物までの距離が所定値以下かどうかが判断される。この判断が肯定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００８２】
このような処理により、現在位置が指定区域内であるときや、障害物が近くにあるときには、制御モードが平行移動モードに維持される。
現在位置が指定区域内でなく（ステップＳ２３：ＮＯ）、かつ周辺に障害物が存在していないとき（ステップＳ２４：ＮＯ）には、船舶１の速度に関する判断が行われる。すなわち、航走制御装置２０は、前進速度が前進速度しきい値（たとえば４km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ３）。また、航走制御装置２０は、後進速度が後進速度しきい値（たとえば２km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４）。前進速度が前進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する（ステップＳ５）。後進速度が後進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）も同様に、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する。前進速度が前進速度しきい値以下（ステップＳ３：ＮＯ）であり、かつ、後進速度が後進速度しきい値以下（ステップＳ４：ＮＯ）であるときは、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００８３】
このような処理により、現在位置が指定区域外であり、かつ、近くに障害物が存在しないことを条件に、船舶１の速度が速くなると、自動的に通常航走モードへと移行することになる。したがって、平行移動モードから通常航走モードへの自動で切換えを適切に行うことができる。
一方、通常航走モードのとき（ステップＳ２：ＮＯ）、航走制御装置２０は、船舶１の現在位置情報に基づいて、船舶１が指定区域内に位置しているかどうかを判断する（ステップＳ２５）。航走制御装置２０は、さらに、障害物情報に基づいて、船舶１の周辺に障害物が存在しているかどうかを判断する（ステップＳ２６）。現在位置が指定区域内でなく（ステップＳ２５：ＮＯ）、かつ近くに障害物が存在しない（ステップＳ２６：ＮＯ）には、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
【００８４】
このような処理が行われることによって、船舶１の現在位置と、周辺における障害物の有無とに基づいて、通常航走モードを適切に維持できる。
現在位置が指定区域内（ステップＳ２５：ＹＥＳ）であるか、または周辺に障害物が存在している（ステップＳ２６：ＹＥＳ）ときには、船舶１の速度に関する判断が行われる。すなわち、航走制御装置２０は、前進速度が前進速度しきい値（たとえば３km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ６）。また、航走制御装置２０は、後進速度が後進速度（たとえば１km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ７）。さらに、航走制御装置２０は、レバー７の前後方向の傾倒量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ８）。また、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量（またはレバー７の左右方向の傾倒量）が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ９）。
【００８５】
前記ステップＳ６〜Ｓ９の判断が全て肯定されると、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードから平行移動モードへと変更する（ステップＳ１０）。前記ステップＳ６〜Ｓ９のいずれか一つの判断が否定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
このような処理が行われることによって、現在位置が指定区域内であるか、または周辺に障害物が存在する状況では、一定条件下で通常航走モードから平行移動モードへと制御モードが自動的に遷移する。これにより、船舶１の状態に応じた制御モードの選択をより適切に行うことができる。
【００８６】
以上のように、この実施形態によれば、通常航走モードおよび平行移動モードの両方に対してレバー７およびノブ８を共通に用いることができる。したがって、操船者は、制御モードに応じて操作系を持ち替える必要がない。これにより、出港時および帰港時における操作を簡単にすることができる。しかも、制御モードの切換えは、船舶１の速度、現在位置、周辺の障害物の状況に応じて、自動で行われる。これにより、操船が一層容易になる。また、通常航走モードと平行移動モードとで操作系を共有できるので、操作系全体の構成を簡素化でき、それに応じてコストを削減できるうえ、操作系の設置スペースの削減も可能となる。
【００８７】
図１０は、この発明の他の実施形態に係る船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。この図１０において、前述の図４に示された各部と同等の部分には同一参照符号を付すこととする。前述の実施形態では、制御モードを切り換える切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２の演算結果（目標値）のいずれかを選択して推進機１０〜１２に供給するようになっている。これに対して、この実施形態では、切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２のいずれか一方を活性化し、他方を非活性状態とする。そして、当該活性状態の目標値演算部２１，２２が生成する目標値が、推進機１０〜１２に供給される。この構成によっても、前述の第１の実施形態と同様の作用効果を達成できる。
【００８８】
以上、この発明の実施形態について説明してきたけれども、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、推進機の出力に関する目標値として、電動モータまたはエンジンの目標回転速度が演算されているけれども、目標スロットル開度、目標スラスト、目標速度などを用いることもできる。また、前述の実施形態では、船舶の回頭に関する目標値として目標操舵角が演算されているけれども、目標ヨー角速度を用いることもできる。
【００８９】
また、図８および図９に示した処理において、船舶１の速度を用いた判断は、船外機１１，１２のエンジン回転速度を用いた判断に置き換えることができる。具体的には、平行移動モードのときに、エンジン回転速度が所定のしきい値を超えていることを条件に、制御モードを通常航走モードに変更することとしてもよい。また、通常航走モードのときに、エンジン回転速度が前記しきい値以下であることを平行移動モードへの遷移のための条件としてもよい。
【００９０】
また、前述の実施形態では、制御モードが自動で切り換わる例を示したけれども、制御モードの切換えを手動で行うためのモード切換操作手段（たとえば、モード切換ボタン）を備えてもよい。この場合でも、通常航走モードと平行移動モードとに共通の操作系を用いることができるから、操作系の持ち替えに伴う煩雑さを回避できる。
また、前述の図９に示した処理では、現在位置情報および障害物情報の両方が用いられているけれども、これらの一方のみが用いられてもよい。
【００９１】
さらに、図８および図９の処理では、平行移動モードから通常航走モードへの移行時には、レバー７等の操作位置が不感帯内かどうかの判断がされていない。しかし、通常航走モードにおいてレバー７の左右傾倒を操舵角の制御に割り当てる場合には、レバー７の操作に関する条件を加えることが好ましい。すなわち、平行移動モードで斜めに平行移動しているときに通常航走モードに移行すると、船体２の回頭が始まり、乗船者に違和感を与えるおそれがある。そこで、レバー７の左右方向の傾倒量が微小な角度範囲（不感帯）内であることを、通常航走モードへの移行条件として追加することが好ましい。
【００９２】
また、現在の制御モードが通常航走モードか平行移動モードかを表示するインジケータ（たとえばインジケータランプ）を設けてもよい。このようなインジケータは、操作台６に設けることができる。
さらに、前述の実施形態では、推進機として、バウスラスタ１０および船外機１１，１２が備えられている例について説明したけれども、バウスラスタ１０は必ずしも必要ではない。すなわち、左右一対の船外機１１，１２が発生する推進力のつり合いを利用して、平行移動モードにおける操船を実現してもよい。
【００９３】
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。
以下に、「課題を解決するための手段」の項に記載した用語と前述の実施形態における用語との対応関係を示す。
推進機：バウスラスタ１０、船外機１１，１２
操舵機構：操舵機構５０
船舶：船舶１
操作手段：レバー７、ノブ８
目標値演算手段：第１および第２目標値演算部２１，２２
切換手段：切換部２３
制御手段：ＥＣＵ９，１３，１４
目標値演算ユニット：第１および第２目標値演算部２１，２２
選択出力手段：切換部２３（図４）
選択活性化手段：切換部２３（図１０）
平行モード：通常航走モード
非平行モード：平行移動モード
障害物センサ：障害物センサ１８
障害物判定手段：ステップＳ２４，Ｓ２６（図９）
レバー：レバー７
回動操作部、回動操作子：ノブ８
入力検出手段：第１〜第３位置センサ６１〜６３
傾倒検出手段：第１および第２位置センサ６１，６２
回動検出手段：第３位置センサ６３
第１モード：通常航走モード
第２モード：平行移動モード
船体：船体２
操船支援装置：レバー７、ノブ８、航走制御装置２０
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【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】図３Ａはレバーおよびノブの構成を拡大して示す図解的な側面図であり、図３Ｂはその平面図である。
【図４】船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。
【図５Ａ】通常航走モードにおけるレバーの操作と船外機の動作との関係に関する一動作例を説明するための図である。
【図５Ｂ】通常航走モードにおけるレバーの操作と船外機の動作との関係に関する他の動作例を説明するための図である。
【図６】平行移動モードにおけるレバーの操作とバウスラスタおよび船外機の動作とを説明するための図である。
【図７】船体座標系等を示す図である。
【図８】船舶の速度に応じた制御モードの切換えを説明するためのフローチャートである。
【図９】船舶の速度に加えて、船舶の現在位置および船舶周囲の障害物の有無に応じて制御モードを切り換える処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の他の実施形態に係る船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 船舶
２ 船体
７ レバー
８ ノブ
９ ＥＣＵ
１０ バウスラスタ
１０ａ 電動モータ
１０ｂ プロペラ
１０ｃ 回転センサ
１１ 左舷船外機
１２ 右舷船外機
１３，１４ 船外機ＥＣＵ
１６ 速度センサ
１７ 位置検出装置
１８ 障害物センサ
２０ 航走制御装置
２１ 第１目標値演算部
２１Ａ 目標値設定部
２１Ｂ 推進力配分部
２２ 第２目標値演算部
２２Ａ 目標値設定部
２２Ｂ 推進力配分部
２３ 切換部
３０ 推進ユニット
３９ エンジン
４０ プロペラ
４３ シフト機構
４４ シフトロッド
４６ スロットルバルブ
４８ エンジン回転検出部
４９ 操舵角センサ
５０ 操舵機構
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
６１ 第１位置センサ
６２ 第２位置センサ
６３ 第３位置センサ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、推進機および操舵機構を備えた船舶、およびこのような船舶のための操船支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
船尾に備えられた一対の船外機の出力および操舵角を制御することによって、船舶を回頭させることなく横移動させることができる操船支援装置が提案されている（特許文献１）。この操船支援装置では、停泊操船支援開始ボタンを操作すると、通常航走モードから停泊操船支援モードに制御モードが切り換わる。停泊操船支援モードでは、十字ボタンの操作によって船舶を前後左右に横移動させることができる。これにより、離着岸時の操船が容易になる。横移動以外の通常の操船に際しては、操船者は、ステアリングハンドルを操作して操舵角を制御し、リモコンレバーを操作して船外機出力を制御する。
【０００３】
通常航走モードでは、一対の船外機の操舵角は等しく設定される。これに対して、停泊操船支援モードでは、目的の移動方向と一対の船外機が発生する推進力の合力方向とが一致するように、各船外機の推進力および操舵角が定められる。したがって、一般に、停泊操船支援モードでは、一対の船外機の操舵角は異なる値となる。たとえば、船舶を真横に横移動させるときには、一方の船外機の推進力方向は斜め前方となり、他方の船外機の推進力方向は斜め後方となる。
【特許文献１】特開２００５−２００００４号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
桟橋の近くでは、操船者は、近傍の他の船舶を避けながら離着岸のための操船を行う。したがって、十字ボタンを用いた横移動操船が便利である。一方、桟橋を離れ、近隣の船舶からの距離が広がれば、横移動操船はもはや必要ではなくなる。停泊操船支援モードでは、一対の船外機が発生する推進力を相殺させて船舶の平行移動を達成している。そのため、低速での移動であっても、高いエンジン回転速度を維持する必要がある。したがって、通常航走モードでの操船が可能な状況では、停泊操船支援モードを使わない方がエネルギー効率がよい。
【０００５】
停泊操船支援モードから通常航走モードへの移行の際には、十字ボタンを含む横移動操作系から、ステアリングハンドルおよびリモコンレバーを含む通常操作系への持ち替えが必要になる。逆に、通常航走モードから停泊操船支援モードへの移行の際には、通常操作系から横移動操作系への持ち替えが必要になる。離岸時や着岸時には、とくに、港の桟橋付近での移動の際に、操船者は、制御モードを頻繁に切り換える必要に迫られる。それに応じて、操船者は、操作系の持ち替えを頻繁に行う必要に迫られる。しかし、たびたび操作系を持ち替えるのは煩雑である。
【０００６】
また、通常操作系および横移動操作系の両方を準備しておく必要があるから、操作系の構成が複雑であり、それに応じてコストも高くつく。さらに、小型船舶では、小さな操船スペースに二種類の操作系を配置するのは必ずしも容易ではない。
そこで、この発明の目的は、操作系の持ち替えの手間を省くことができ、操船を一層容易にすることができる操船支援装置およびそれを備えた船舶を提供することである。
【０００７】
上記の目的を達成するための請求項１記載の発明は、推進機および操舵機構を備えた船舶のための操船支援装置であって、船舶の移動および回頭を制御するために操作者により操作される操作手段と、複数の演算モードを有し、前記操作手段による操作入力に応じて、前記推進機のための目標推進力および前記操舵機構のための目標操舵角を含む目標値を演算する目標値演算手段と、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える切換手段とを含む、操船支援装置である。
【０００８】
操作者は、船舶の移動および回頭を制御するために、操作手段を操作する。これに応答して、目標値演算手段が、目標推進力および目標操舵角を含む目標値を演算する。目標値演算手段は、演算モードに応じて、操作手段の操作入力に対応する目標値を演算する。この演算された目標値に応じて推進機および操舵機構が制御されることになる。こうして、操作手段の操作入力が、複数の演算モードに従う目標値の演算に共通に用いられる。したがって、演算モードに応じて操作手段を変更する必要がない。これにより、操作系の持ち替えの手間を省くことができるから、操船を容易にすることができる。しかも、演算モード毎に異なる操作系を備える必要がないので、操作系の構成を簡素化することができ、それに応じてコストを低減できる。また、操作系の配置スペースを削減できることから、小型の船舶であっても必要な操作系を容易に装備できる。
【０００９】
前記目標値演算手段によって求められた目標値に応じて、前記推進機および操舵機構を制御する制御手段がさらに備えられていることが好ましい。このような制御手段は、操船支援装置に備えられてもよいし、推進機および操舵機構に備えられてもよい。
前記切換手段は、所定の操作入力に応答するものでもよいし、所定の切換条件に基づいて演算モードを自動切り替えするものであってもよい。
【００１０】
前記目標値演算手段は、異なる態様で目標値を演算する複数の目標値演算ユニット（モジュール）を含むものであってもよい。この場合、前記切換手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択する選択手段を含むものであってもよい。前記選択手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択して、その演算結果を出力する選択出力手段であってもよい。また、前記選択手段は、前記複数の目標値演算ユニットから一つの目標値演算ユニットを選択して活性化する選択活性化手段であってもよい。
【００１１】
請求項２記載の発明は、前記操船支援装置は、複数の推進機と、この複数の推進機にそれぞれ対応する複数の操舵機構とを備えた船舶に適用されるものであり、前記複数の演算モードは、前記複数の推進機の操舵角を（実質的に）平行に設定する平行モードと、前記複数の推進機の操舵角を非平行とする非平行モードとを含む、請求項１記載の操船支援装置である。
【００１２】
平行モードでは推進機の操舵角が平行に設定されるから、船舶に対して効率的に推進力を与えることができる。一方、非平行モードでは、推進機の操舵角が非平行とされるので、複数の推進機が発生する推進力の一部が相殺されることになる。その反面、複数の推進機が発生する力のつり合いを利用して、さまざまな方向へ船舶を横移動させることが可能となる。平行モードは通常航走モードであり、非平行モードは船舶を平行移動させる平行移動モードである。「平行移動」とは、船舶の中心（たとえば瞬間回転中心）が直線的に移動する移動状態をいう。ただし、平行移動モードでは、船舶を回頭しないように制御する場合だけでなく、船舶の回頭が伴う場合もある。また、水流や風に抗して船舶を定点に保持する航走制御もまた、平行移動モードによって実現される。すなわち、平行モード（通常航走モード）は、桟橋近くの混雑した水域から離脱した状況に適した演算モードである。また、非平行モード（平行移動モード）は桟橋近くの混雑した水域での航走時、とくに離岸時および着岸時に適した演算モードである。非平行モードでは、船舶を回頭させることなく平行移動させることも、船舶を回頭させながら移動させることも可能である。
【００１３】
前記複数の推進機は、船尾において推進力を発生する一対の推進機を含むことが好ましい。一対の推進機が発生する推進力の釣り合いを利用して、船舶の平行移動を実現できる。
請求項３記載の発明は、前記切換手段は、前記船舶の状態に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項１または２記載の操船支援装置である。この構成により、演算モードが船舶の状態に応じて自動で切り換わるので、演算モードの切換えのための操作も必要ではない。したがって、操船が一層容易になる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、前記船舶の状態は、船舶の運転状態および船舶周囲の環境の少なくとも一つを含む、請求項３記載の操船支援装置である。この構成によれば、船舶の運転状態や船舶周囲の環境に応じて演算モードが切り換わる。これにより、適切な演算モードが自動的に選択されるから、快適な操船が可能となる。船舶の運転状態とは、たとえば、船舶の速度や推進機の出力（たとえば回転速度）である。また、船舶周囲の環境とは、たとえば、船舶の現在位置や船舶周囲の障害物の有無である。
【００１５】
請求項５記載の発明は、前記船舶の状態は、前記船舶の速度を含み、前記切換手段は、前記船舶の速度に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える、請求項３または４記載の操船支援装置である。この構成によれば、船舶の速度に応じて、演算モードを自動切換することができる。
より具体的には、前記切換手段は、前記船舶の速度と所定の速度しきい値とを比較し、その比較結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものであってもよい。この構成によれば、船舶の速度と速度しきい値との比較結果に応じて、演算モードが切り換わる。たとえば、低速航走中は非平行モードが選択され、高速走行中は平行モードが選択される。これにより、離岸時および着岸時は非平行モードとなるから、離岸および着岸のための操船が容易になる。一方、桟橋近くの混雑した水域から離れていて高速に航走しているときには平行モードとなるので、推進機が発生する推進力を効率的に利用することができる。
【００１６】
なお、前進方向の船舶の速度と、後進方向の船舶の速度に対して、等しい速度しきい値が適用されてもよいし、異なる速度しきい値が適用されてもよい。たとえば、前進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値を後進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値よりも大きく設定してもよい。船舶が航走中に受ける抵抗は、前進時には比較的小さく、後進時には比較的大きい。そこで、後進方向の船舶速度に対して適用される速度しきい値を比較的小さく設定しておけば、前進時および後進時において同等の操作入力でモードの切り換えを生じさせることができる。これにより、違和感を抑制できる。
【００１７】
また、非平行モードから平行モードへの切換えの判断に第１の速度しきい値を適用し、平行モードから非平行モードへの切換えの判断には前記第１の速度しきい値とは異なる第２の速度しきい値を適用してもよい。たとえば、第１の速度しきい値を第２の速度しきい値よりも大きな値としてもよい。これにより、演算モードの切換えに対してヒステリシスを与えることができ、頻繁な演算モード遷移を抑制できる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、前記船舶の状態は、船舶の位置情報および船舶周囲の障害物の有無に関する障害物情報のうちの少なくとも一つを含む、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
この構成によれば、船舶の位置や船舶周囲の障害物の有無に応じて演算モードが切り換わる。たとえば、船舶の位置が所定水域内（たとえば桟橋の近傍）に位置しているときには非平行モードが選択され、当該所定水域外に位置しているときには平行モードが選択されるとよい。また、船舶周囲の所定距離内の領域に障害物が存在しているときには非平行モードが選択され、当該領域内に障害物が存在していないときには平行モードが選択されるとよい。
【００１９】
請求項７記載の発明は、船舶周囲の障害物の有無を検出する障害物センサの検出信号を受け取って、船舶周囲の障害物の有無を判定する障害物判定手段をさらに含み、前記切換手段は、前記障害物判定手段による判定結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
この構成によれば、障害物センサによって障害物が検出され、その検出結果に応じて演算モードが切り換わる。より具体的には、船舶周囲の所定距離内の領域で障害物が検出されると、非平行モードが選択されるとよい。これにより、障害物を回避する操船を容易に行うことができる。
【００２０】
前記障害物センサとしては、レーザセンサや超音波センサ等の距離測定センサが用いられてもよい。
請求項８記載の発明は、前記操作手段は、傾倒可能なレバーと、前記レバーの傾倒を検出する傾倒検出手段を有する入力検出手段とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
【００２１】
この構成によれば、レバーを傾倒させることによって、船舶の移動および回頭を制御するための操作を行うことができる。レバーは、操船者が手で操作するものであってもよいし、足で操作するものであってもよい。
レバーのほかにも、ペダルその他の操作部材を操作手段として適用することが可能である。
【００２２】
請求項９記載の発明は、前記レバーは、前後方向への傾倒が可能なものであり、前記操作手段は、回動可能な回動操作部をさらに含み、前記入力検出手段は、さらに前記回動操作部の回動操作を検出する回動検出手段を有するものである、請求項８記載の操船支援装置である。
この構成によれば、たとえば、レバーを前後方向に傾倒させることによって推進力の方向および推進力の大きさを制御するための操作を行うことができ、回動操作部を回動することによって回頭操作を行うことができる。
【００２３】
回動操作部は、レバーと一体的に設けられ当該レバーの軸方向まわりに回動可能なものとしてもよい。これにより、ジョイスティック型の操作手段を構成できる。回動操作部は、レバーがその軸線まわりに回動する構成とすることもでき、レバーに対して当該レバーの軸線周りに相対的に回動する回動操作子を結合した構成とすることもできる。むろん、回動操作部をレバーとは別に設ける構成としてもよい。
【００２４】
請求項１０記載の発明は、前記複数の演算モードは、前記レバーの傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モード（通常航走モード、平行モード）と、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算する第２モード（平行移動モード、非平行モード）とを含む、請求項９記載の操船支援装置である。
【００２５】
この構成により、第１モードでは、レバーの傾倒によって推進力を調整でき、回動操作部の回動操作によって操舵角を調整できる。一方、第２モードでは、レバーの傾倒によって船舶の進行方向を定めることができ、回動操作部の回動操作によって船舶の回頭（たとえば角速度）を調整できる。このようにして、第１および第２モードにおいて、レバーの傾倒および回動操作部の回動に対して、異なる役割を与えることができる。
【００２６】
請求項１１記載の発明は、前記レバーは、前後方向および左右方向に傾倒可能なものであり、前記複数の演算モードは、前記レバーの前後方向傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記レバーの左右方向傾倒操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モード（通常航走モード、平行モード）と、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向に割り当てて目標値を演算する第２モード（横移動モード、非平行モード）とを含む、請求項８または９記載の操船支援装置である。
【００２７】
この構成によれば、レバーを前後左右に傾倒させることで、推進機の出力および操舵角を調整できる。具体的には、第１モードでは、レバーを前後方向に傾倒させることで推進力を調整でき、レバーを左右方向に傾倒させることで操舵角を調整できる。また、第２モードでは、レバーの傾倒方向を船舶の目標進行方向として、推進力および操舵角が定められることになる。こうして、第１および第２モードに対して、レバーを共用できる。
【００２８】
第２モードにおいては、さらに、回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算してもよい。
請求項１２記載の発明は、前記操作手段からの操作入力がされていないことを条件に、前記演算モードを切り換えるものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の操船支援装置である。
【００２９】
この構成によれば、操作手段からの操作入力がされていないときに演算モードが切り換わるので、演算モードの切換えに起因する乗船者の違和感を抑制できる。「操作入力がされていない」とは、推進機から推進力が発生されない操作範囲（不感帯）内における操作を含む趣旨である。
請求項１３記載の発明は、船体と、この船体に取り付けられた推進機および操舵機構と、前記推進機および操舵機構のための目標値を演算する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の操船支援装置とを含む、船舶である。
【００３０】
この構成によれば、複数の演算モードに対して操作系を共用できる。そのため、演算モード毎に操作系を持ち替える必要がないので、操船が簡単になる。また、複数の演算モードに対応した複数の操作系を準備する必要がないので、操作系の構成を簡素化でき、かつ、その設置スペースを削減できる。
なお、船舶は、クルーザ、釣り船、ウォータージェット、水上滑走艇（watercraft）のような比較的小型のものであってもよい。
【００３１】
また、船舶に備えられる推進機は、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（エンジンまたは電動モータ）および推進力発生部材（プロペラ）を含む推進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操舵機構が付設されたものである。船内外機は、原動機が船内に配置され、推進力発生部材および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、操舵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、操舵機構は、噴射ノズルと、この噴射ノズルを水平面に沿って回動させる機構とで構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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る。この船舶１の船体２には、一つのバウスラスタ１０と、一対の船外機１１，１２が取り付けられている。船外機１１，１２は、船体２の船尾（トランサム）３に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。一方、バウスラスタ１０は、船体２の船首４の付近に取り付けられている。このバウスラスタ１０は、中心線５に交差する左右方向への推進力を発生する推進ユニットである。より具体的には、バウスラスタ１０は、電動モータ１０ａと、これにより正転または逆転駆動されるプロペラ１０ｂとを含む。プロペラ１０ｂが生成する推進力は、船舶１の中心線に交差（直交）する水平方向（左右方向）に沿う。以下、バウスラスタ１０および船外機１１，１２を総称するときには、「推進機１０〜１２」などという場合がある。
【００３３】
バウスラスタ１０には、電動モータ１０ａの回転方向および回転速度を制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）９が内蔵されている。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。ただし、図１では、便宜上、推進機１０〜１２の本体部分とＥＣＵ９，１３，１４とは分離して表してある。
【００３４】
船体２の操船席には、操船のための操作台６が設けられている。操作台６には、ジョイスティック状のレバー７が備えられている。レバー７の頭部には、レバー７の軸線まわりに回動操作することができるノブ８が設けられている。レバー７は、前後左右の自由な方向に傾倒させることができるようになっている。前後方向の傾倒量および左右方向の傾倒量は、それぞれセンサ（ポテンショメータその他の位置センサ）によって検出される。ノブ８の回動操作量は、別のセンサ（ポテンショメータその他の位置センサ）によって検出される。
【００３５】
レバー７の傾倒量およびノブ８の回動操作量を表す信号は、航走制御装置２０に入力されるようになっている。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）である。航走制御装置２０は、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。）２５を介して、ＥＣＵ９，１３，１４との間で通信を行う。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速度を取得する。そして、航走制御装置２０は、船外機ＥＣＵ１３，１４に対して、目標シフト位置（前進、ニュートラル、後進）、目標エンジン回転速度および目標操舵角を表すデータを与えるようになっている。また、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０に対応したＥＣＵ９からプロペラ１０ｂの回転速度情報を取得する。そして、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０に対応したＥＣＵ９に対して、電動モータ１０ａの目標回転方向および目標回転速度を与える。
【００３６】
また、航走制御装置２０には、速度センサ１６、位置検出装置１７および障害物センサ１８の出力信号が入力されている。速度センサ１６は、船舶１の前進速度および後進速度を検出して速度信号を出力するものである。速度センサ１６は対水速度を検出するものでも、対地速度を検出するものでもよい。具体的には、速度センサ１６は、ピトー管を用いて構成することができる。位置検出装置１７は、船舶１の現在位置信号を生成するものであり、たとえば、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの電波を受信して現在位置情報を生成するＧＰＳ受信機で構成することができる。障害物センサ１８は、船舶１の周囲の障害物を検出するものであり、たとえば、レーザレーダや超音波センサに代表される距離測定装置で構成することができる。
【００３７】
航走制御装置２０は、通常航走モードおよび平行移動モード（停泊操船支援モード）を含む複数の制御モードに従う制御動作を行う。
通常航走モードでは、航走制御装置２０は、レバー７の左右への傾倒操作またはノブ８のいずれか一方の回動操作に応じて、船外機１１，１２の目標操舵角を等しい値に設定する。したがって、船外機１１，１２は、互いに平行な方向に推進力を発生することになる。また、航走制御装置２０は、各船外機１１，１２の目標エンジン回転速度および目標シフト位置を、レバー７の前後への傾倒操作量に応じて設定する。バウスラスタ１０は停止状態に制御される。
【００３８】
平行移動モードでは、航走制御装置２０は、レバー７の傾倒方向に船舶１を平行移動させ、ノブ８の回動操作量に応じた角速度で船舶１が回頭するように船外機１１，１２の目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を設定する。また、航走制御装置２０は、バウスラスタ１０の電動モータ１０ａに対して、目標回転方向および目標回転速度を設定する。平行移動モードでは、一般に、左右の船外機１１，１２が発生する推進力の方向は非平行となる。
【００３９】
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のトリム角を変化させることができる。トリム角は、船体２に対する船外機１１，１２の取り付け角に対応する。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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けれども、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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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の回転速度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。
【００４６】
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、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。操舵アクチュエータ５３は、たとえば、ＤＣサーボモータおよび減速器を含む構成とすることができる。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を含む操舵機構５０（電動ステアリング装置）が形成されている。この操舵機構５０には、操舵角を検出するための操舵角センサ４９が備えられている。操舵角センサ４９は、たとえば、ポテンショメータからなる。
【００４７】
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。これらは、推進ユニット３０のトリム角を変化させるためのトリム機構５６を構成している。トリム角は、トリム角センサ５５によって検出されるようになっている。トリム角センサ５５の出力信号は船外機ＥＣＵ１３，１４に入力される。
【００４８】
図３Ａはレバー７およびノブ８の構成を拡大して示す図解的な側面図であり、図３Ｂはその平面図である。図３Ａの紙面の表面から裏面に向かう方向、図３Ｂの紙面の下方から上方に向かう方向が、船舶１の前進方向＋Ｘに対応する。この前進方向＋Ｘを基準として、後進方向−Ｘ、右方向＋Ｙ、左方向−Ｙが各図に示されている。
レバー７は、操作台６から突設されており、任意の方向へ傾倒自在である。このレバー７の遊端部に略球体状のノブ８が取り付けられている。
【００４９】
レバー７の中立位置は、操作台６の表面に対して直立した位置である。操船者が、ノブ８を把持し、レバー７を所望の方向に向けて中立位置から傾倒させると、航走制御装置２０が、レバー７の傾倒位置（傾倒方向および傾倒量）に基づいてバウスラスタ１０および船外機１１，１２における推進力およびその方向を制御する。したがって、操船者は、レバー７を操作することにより、船舶１の進行速度および進行方向を制御することができる。
【００５０】
前後方向Ｘ（＋Ｘ，−Ｘ）におけるレバー７の傾倒量Ｌxは、操作台６に備えられた第１位置センサ６１によって検出され、航走制御装置２０に与えられる。同様に、左右方向Ｙ（＋Ｙ，−Ｙ）におけるレバー７の傾倒量Ｌyは、操作台６に備えられた第２位置センサ６２によって検出され、航走制御装置２０に与えられる。さらに、ノブ８の回動操作位置（回動操作方向および回動操作量）Ｌzを検出するための第３の位置センサ６３が操作台６に備えられており、その出力信号が航走制御装置２０に与えられるようになっている。第１〜第３位置センサ６１〜６３は、それぞれ、ポテンショメータで構成することができる。
【００５１】
レバー７を中立位置から前側へ所定量傾倒させたときのレバー７の傾倒位置は、前進シフトイン位置である。すなわち、通常航走モードにおいて、前進シフトイン位置までレバー７を前方に傾倒させると、航走制御装置２０は、船外機１１，１２の目標シフト位置を、ニュートラル位置から前進位置に変更する。また、レバー７を中立位置から後側へ所定量傾倒させたときのレバー７の傾倒位置は、後進シフトイン位置である。すなわち、通常航走モードにおいて、後進シフトイン位置までレバー７を後方に傾倒させると、航走制御装置２０は、船外機１１，１２の目標シフト位置を、ニュートラル位置から後進位置に変更する。レバー７が前進シフトイン位置と後進シフトイン位置との間にある場合には、航走制御装置２０は、目標シフト位置をニュートラル位置に設定し、目標エンジン回転速度をアイドル回転速度に設定する。このとき、エンジン３９の駆動力はプロペラ４０に伝達されないので、船外機１１，１２からの推進力は発生しない。
【００５２】
レバー７を前進シフトイン位置からさらに前方へ傾倒させると、航走制御装置２０は、その傾倒量が多いほど目標エンジン回転速度を大きくする。同様に、レバー７を後進シフトイン位置からさらに後方へ傾倒させると、航走制御装置２０は、その傾倒量が多いほど目標エンジン回転速度を大きくする。こうして、船外機１１，１２が発生する前進方向または後進方向の推進力の大きさを調整することができる。
【００５３】
一方、通常航走モードにおいて、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作位置に応じた目標操舵角を設定する。この目標操舵角に応じて船外機１１，１２の操舵機構５０が制御される。これにより、ノブ８の操作によって、舵取り制御を行うことができる。
図４は、船舶１の主要部の電気的構成を説明するためのブロック図である。航走制御装置２０は、ＣＰＵ（中央処理装置）およびメモリを含むマイクロコンピュータを備えていて、この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り、実質的に複数の機能処理部として動作する。この機能処理部には、第１および第２目標値演算部２１，２２と、切換部２３とが含まれている。第１目標値演算部２１は、通常航走モードのための目標値を演算する。第２目標値演算部２２は、平行移動モードのための目標値を演算する。切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２のいずれかによって演算される目標値を船舶１の状態に応じて選択する。切換部２３によって選択された目標値は、バウスラスタ１０のためのＥＣＵ９、左舷船外機１１のための船外機ＥＣＵ１３、および右舷船外機１２のための船外機ＥＣＵ１４へと与えられる。
【００５４】
バウスラスタ１０は、プロペラ１０ｂを駆動する電動モータ１０ａと、電動モータ１０ａの回転速度（すなわち、プロペラ１０ｂの回転速度）を検出する回転センサ１０ｃとを有している。航走制御装置２０は、ＥＣＵ９に対して、目標回転方向および目標回転速度を含む目標値を与える。ＥＣＵ９は、回転センサ１０ｃからフィードバックされる回転信号を用い、目標回転方向および目標回転速度に基づいて電動モータ１０ａをフィードバック制御する。
【００５５】
船外機１１，１２のＥＣＵ１３，１４は、航走制御装置２０から与えられる目標値に応じて、対応するスロットルアクチュエータ５１、シフトアクチュエータ５２および操舵アクチュエータ５３を制御する。この場合の目標値は、目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を含む。ＥＣＵ１３，１４には、エンジン回転検出部４８が検出するエンジン回転速度および操舵角センサ４９が検出する操舵角が入力されている。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速度が目標エンジン回転速度に一致するように、スロットルアクチュエータ５１を制御する。また、ＥＣＵ１３，１４は、操舵角センサ４９によって検出される操舵角が目標操舵角に一致するように、操舵アクチュエータ５３を制御（たとえばＰＤ（比例微分）制御）する。
【００５６】
第１目標値演算部２１は、目標値設定部２１Ａと、推進力配分部２１Ｂとを備えている。目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の操作に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を生成する。また、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作に応じて目標操舵角を生成する。別の動作例として、目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の操作に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を設定する一方で、レバー７の左右方向の操作に応じて目標操舵角を生成するようにしてもよい。推進力配分部２１Ｂは、目標値設定部２１Ａによって生成された目標値（目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角）を左右の船外機１１，１２に対応した船外機ＥＣＵ１３，１４に配分する。これらの目標値は、左右の船外機１１，１２間で互いに等しい値である。バウスラスタ１０の電動モータ１０ａについては推進力配分部２１Ｂは、その目標回転速度を零に設定する。
【００５７】
目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の傾倒量に応じて目標シフト位置および目標エンジン回転速度を生成する。より具体的には、レバー７の前方への傾倒量が前進シフトイン位置に相当する値以上であれば、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置を前進位置とする。さらに、目標値設定部２１Ａは、レバー７が前進シフトイン位置を超えてさらに前方へ傾倒されると、その傾倒量が大きいほど大きな目標エンジン回転速度を設定する。同様に、レバー７の後方への傾倒量が後進シフトイン位置に相当する値以上であれば、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置を後進位置とする。さらに、目標値設定部２１Ａは、レバー７が後進シフトイン位置を超えてさらに後方へ傾倒されると、その傾倒量が大きいほど大きな目標エンジン回転速度を設定する。レバー７の前後方向の傾倒位置が前進シフトイン位置および後進シフトイン位置のいずれにも達していないときは、目標値設定部２１Ａは、目標シフト位置をニュートラル位置とする。さらに、レバー７の傾倒位置が前進シフトイン位置から後方シフトイン位置までの範囲内であるときは、目標値設定部２１Ａは、目標エンジン回転速度をアイドル回転速度とする。
【００５８】
また、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作量および回動方向に応じて、目標操舵角を設定する。具体的には、右方向へのノブ８の回動操作に対しては、右旋回のための目標操舵角が設定され、その絶対値（中立位置からの偏角）は中立位置からの回動操作量が大きいほど大きくされる。同様に、左方向へのノブ８の回動操作に対しては、左旋回のための目標操舵角が設定され、その絶対値は中立位置からの回動操作量が大きいほど大きくされる。
【００５９】
レバー７の左右への傾倒を目標操舵角の設定に用いる場合には、目標値設定部２１Ａは、レバー７の右方向への傾倒操作に対しては、右旋回のための目標操舵角を設定する。同様に、レバー７の左方向への傾倒操作に対しては、目標値設定部２１Ａは、左旋回のための目標操舵角を設定する。いずれの場合も、レバー７の中立位置からの傾倒量が大きいほど、目標操舵角は、その絶対値（中立位置からの偏角）が大きな値とされる。なお、レバー７の左右方向の傾倒に関して、中立位置付近の所定範囲を不感帯として設定しておくことが好ましい。これにより、操船者の意図しない操舵角変化を抑制できる。
【００６０】
第２目標値演算部２２は、目標値設定部２２Ａと、推進力配分部２２Ｂとを備えている。目標値設定部２２Ａは、レバー７およびノブ８の操作に応じて、船舶１の全体に作用させるべき目標推進力および目標進行方向ならびに目標回頭速度（旋回角速度）を目標値として設定する。より具体的には、目標値設定部２２Ａは、レバー７の傾倒方向に応じた方向に、レバー７の傾倒量に応じた推進力で、船舶１を平行移動させるための目標推進力および目標進行方向を生成する。さらに、目標値設定部２２Ａは、ノブ８の回動操作方向および回動操作量に応じて、目標回頭速度を生成する。推進力配分部２２Ｂは、目標値設定部２２Ａによって設定された目標値に応じて、推進機１０〜１２からそれぞれ発生させるべき推進力およびその方向を表す個別の目標値を演算する。すなわち、推進力配分部２２Ｂは、バウスラスタ１０に関しては、目標回転方向および目標回転速度を演算する。また、推進力配分部２２Ｂは、船外機１１，１２に関しては、目標シフト位置、目標エンジン回転速度および目標操舵角を演算する。この場合、船外機１１，１２に与えられる目標値は、一般には、等しい値とならない。
【００６１】
一つの動作例において、切換部２３は、速度センサ１６によって検出される船舶１の速度（前進速度および後進速度）に応じて、制御モードを切り換える。また、別の動作例においては、切換部２３は、位置検出装置１７によって検出される船舶１の位置および障害物センサ１８による障害物の検出結果に応じて、制御モードを切り換える。いずれの場合も、切換部２３は、第１目標値演算部２１による演算結果を選択する通常航走モードと、第２目標値演算部２２による演算結果を選択する平行移動モードとの間で制御モードを切り換える。切換部２３によって選択された演算結果（目標値）は、バウスラスタ１０、左舷船外機１１および右舷船外機１２のＥＣＵ９，１３，１４へと送られる。
【００６２】
図５Ａは、通常航走モードにおけるレバー７の操作と船外機１１，１２の動作とを説明するための図である。レバー７の前後方向の傾倒量Ｌxは、前方側に対して正符号、後方側に対して負符号が与えられるものとする。そして、前進シフトイン位置よりも前方側、および後進シフトイン位置よりも後方側の傾倒量Ｌxに対して、第１目標値演算部２１の目標値設定部２１Ａは、ｎd＝ｃx×Ｌxにより、目標エンジン回転速度ｎdを設定する。ただし、目標エンジン回転速度ｎdは前進回転に対して正符号、後進回転に対して負符号が与えられるものとする。また、ｃxは係数（たとえば定数）である。さらに、目標値設定部２１Ａは、ノブ８の回動操作量Ｌzに応じて、δd＝ｃz×Ｌzにより、目標操舵角δdを設定する。ただし、ｃzは係数（たとえば定数）であり、回動操作量Ｌzは、たとえば、右方向操作に対して正符号、左方向操作に対して負符号が与えられるものとする。したがって、目標操舵角δdは、右方向操舵に対して正符号、左方向操舵に対して負符号を有することになる。このように、レバー７はスロットルレバーとしての役割を果たし、ノブ８は、ステアリングハンドルの役割を果たす。
【００６３】
第１目標値演算部２１の推進力配分部２１Ｂは、バウスラスタ１０の目標回転速度を零に設定するとともに、左舷船外機１１のエンジン回転速度ｎLおよび右舷船外機１２の目標エンジン回転速度ｎRを、ｎL＝ｎR＝ｎdとする。また、推進力配分部２１Ｂは、左舷船外機１１の目標操舵角δLおよび右舷船外機１２の目標操舵角δRを、δL＝δR＝δdとする。これにより、通常航走モードでは、バウスラスタ１０は停止状態とされる一方で、左右の船外機１１，１２は、平行な方向に等しい推進力を発生することになる。
【００６４】
図５Ｂは、他の動作例を示す図である。すなわち、通常航走モードにおけるレバー７の操作と船外機１１，１２の動作との関係に関する別の例が示されている。目標エンジン回転速度ｎdの設定については、図５Ａの動作例と同様であり、第１目標値演算部２１の目標値設定部２１Ａは、レバー７の前後方向の傾倒量Ｌxに応じて、ｎd＝ｃx×Ｌxにより、目標エンジン回転速度ｎdを設定する。一方、目標操舵角δdについては、ノブ８の回動操作ではなく、レバー７の左右方向の傾倒量Ｌｙに応じて設定される。すなわち、目標値設定部２１Ａは、レバー７の左右方向の傾倒量Ｌyに応じて、δd＝ｃy×Ｌyにより、目標操舵角δdを設定する。ただし、ｃyは係数（たとえば定数）であり、傾倒量Ｌyは右側傾倒に対して正符号、左側傾倒に対して負符号が与えられるものとする。したがって、目標操舵角δdは、右方向操舵に対して正符号、左方向操舵に対して負符号を有することになる。このように、レバー７の前後方向操作がスロットルレバーの操作に対応付けられ、レバー７の左右方向の操作がステアリングハンドルの操作に対応付けられることになる。
【００６５】
第１目標値演算部２１の推進力配分部２１Ｂの働きは、図５Ａの動作例の場合と同様である。
図６は、平行移動モード（停泊操船支援モード）におけるレバー７の操作とバウスラスタ１０および船外機１１，１２の動作とを説明するための図である。この実施形態では、平行移動モードにおいて、船外機１１，１２の操舵角は、予め定める一定値に設定される。たとえば、第２目標値演算部２２は、左舷船外機１１の目標操舵角δLを−π／６(rad)に固定し、右舷船外機１２の目標操舵角δRをπ／６(rad)に固定する。バウスラスタ１０の操舵角δF（プロペラが発生する推進力の方向）は、機械的に固定されていて、π／２(rad)である。ここで、「操舵角」は、船体２の中心線５（図１参照）に対するプロペラ回転軸線の偏角であり、船首から船尾に向かう方向を０度とし、これに対して左回り方向を正にとり、右回り方向を負にとったものである。プロペラ回転軸線は、バウスラスタ１０については、プロペラ１０ｂから右方向に向かう方向に延び、船外機１１，１２については、当該船外機１１，１２から船舶後方へ離れる方向に延びるものとする。
【００６６】
平行移動モードにおける船舶１の進行方向および回頭速度（角速度）は、専ら、バウスラスタ１０および船外機１１，１２のプロペラ回転方向およびプロペラ回転速度（つまり、推進力の方向および大きさ）によって調整される。
第２目標値演算部２２の目標値設定部２２Ａは、レバー７の前後方向傾倒量Ｌxに応じて、前後方向目標スラスト（推進力）Ｆdx＝ｃx×Ｌxを求める。また、目標値設定部２２Ａは、レバー７の左右方向傾倒量Ｌyに応じて、左右方向目標スラスト（推進力）Ｆdy＝ｃy×Ｌyを求める。さらに航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量Ｌzに応じて、船舶１を旋回させるための目標トルクＭdz＝ｃz×Ｌzを求める。ただし、係数ｃx，ｃy，ｃzの値は、通常航走モード時とは異なる値である。これらの目標値Ｆdx，Ｆdy，Ｍdzに基づいて、バウスラスタ１０、および船外機１１，１２が生成すべき個別の推進力が、推進力配分部２２Ｂによって求められる。
【００６７】
推進力配分部２２Ｂの働きについてより詳細に説明する。説明にあたり、次の記号を導入する。
ＦF：バウスラスタが出力するスラスト
ＦL：左舷船外機が出力するスラスト
ＦR：右舷船外機が出力するスラスト
（ｘF，ｙF）：船体座標系におけるバウスラスタの位置
（ｘL，ｙL）：船体座標系における左舷船外機の位置
（ｘR，ｙR）：船体座標系における右舷船外機の位置
δF：バウスラスタの目標操舵角
δL：左舷船外機の目標操舵角
δR：右舷船外機の目標操舵角
「船体座標系」とは、図７に示すように船舶１の瞬間回転中心８０を原点とし、中心線５に沿ってｘ軸をとり、ｘ軸に直交する水平方向（左右方向）にｙ軸をとった座標系である。
【００６８】
制御のための推進力とモーメントをτ＝［Ｆdx Ｆdy Ｍdz］T（ただし、Ｔは行列およびベクトルの転置を表す）と表し、各推進機１０，１１，１２が出力すべき推進力をｆ＝［ＦF ＦL ＦR］Tと表すと、ｆは、次の制御分配行列Ｔ（δ）を用いて計算される。
ｆ＝Ｔ（δ）-1τ ……(1)
制御分配行列Ｔ（δ）は、次のように表される。
【００６９】
Ｔ（δ）＝［ＴF ＴL ＴR］ ……(2)
ＴF＝［cosδF sinδF ｘFsinδF−ｙFcosδF］T ……(3)
ＴL＝［cosδL sinδL ｘLsinδL−ｙLcosδL］T ……(4)
ＴR＝［cosδR sinδR ｘRsinδR−ｙRcosδR］T ……(5)
前述のとおり、この実施形態では、δF＝π／２(rad)、δL＝−π／６(rad)、δR＝π／６(rad)としている。これらは一例であり、一般には、Ｔ（δ）が逆行列Ｔ（δ）-1を持つように定めればよく、固定値である必要もない。
【００７０】
このようにして推進力配分部２２Ｂによって目標スラストＦd＝ｆおよび目標操舵角δd＝［δF δL δR］Tが定められる。推進力配分部２２Ｂは、さらに、目標スラストＦdから、バウスラスタ１０の目標回転速度ｎFと、船外機１１，１２の目標エンジン回転速度ｎL，ｎRを求める。目標回転速度ｎFの符号は、バウスラスタ１０の電動モータ１０ａの目標回転方向を表す。また、目標エンジン回転速度ｎL，ｎRの符号は、船外機１１，１２の目標シフト位置を表す。こうして求められた目標値ｎF，ｎL，ｎR，δF，δL，δRが、対応する推進機１０，１１，１２のＥＣＵ９，１３，１４に分配される。
【００７１】
プロペラが発生するスラストＴは、次式により得られる。
Ｔ＝ρＤ4ＫT(J)ｎ｜ｎ｜ ……(6)
ここで、ρは水の密度、Ｄはプロペラ直径、ｎはプロペラ回転速度、Ｊは前進率であり、次式で与えられる。
Ｊ＝ｕ／(ｎＤ) ……(7)
ｕはプロペラ後流の速度（船舶の速度。バウスラスタ１０に関しては実質的に零と見なせる。）である。ＫTはスラスト係数であり、前進率Ｊの関数となっていて、実測やシミュレーションによって求められる。したがって、現在のプロペラ後流の速度とプロペラ回転速度が分かれば、現在発生しているスラストとトルクが分かる。
【００７２】
第２目標値演算部２２の推進力配分部２２Ｂには、マップ２２ｍ（図４参照）が備えられている。このマップ２２ｍには、バウスラスタ１０および船外機１１，１２のそれぞれに対応して、船舶１の速度およびプロペラ回転速度の種々の値に対応するスラスト係数ＫT(J)が保持されている。
推進力配分部２２Ｂは、速度センサ１６によって検出される船舶１の速度、ＥＣＵ９から与えられる現在のプロペラ回転速度、およびＥＣＵ１３，１４から与えられる現在のエンジン回転速度を用いてマップ２２ｍを参照することにより、スラスト係数ＫTを求める。さらに、推進力配分部２２Ｂは、そのスラスト係数ＫTを用いて、前記(6)式から、目標スラストＦdに対応する各推進機１０〜１２の目標回転速度ｎF，ｎL，ｎRを求める。
【００７３】
バウスラスタ１０のＥＣＵ９は、プロペラ回転速度（電動モータの回転速度）が目標回転速度ｎFに一致するように、電動モータ１０ａのフィードバック制御（たとえば、ＰＩＤ（比例積分微分）制御）を実行する。また、船外機１１，１２のＥＣＵ１３，１４は、プロペラ回転速度（エンジン回転速度）が目標回転速度ｎL，ｎRに一致するように、スロットルアクチュエータ５１をフィードバック制御（たとえば、ＰＩＤ制御）する。
【００７４】
図８は、船舶１の速度に応じた制御モードの切換え（切換部２３の作用）を説明するためのフローチャートである。初期制御モードは、平行移動モードとされている。すなわち、切換部２３は、第２目標値演算部２２によって演算される目標値を選択して、推進機１０〜１２に与える。
航走制御装置２０は、速度センサ１６により検出された船舶１の速度を取り込む（ステップＳ１）。
【００７５】
平行移動モードのとき（ステップＳ２：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、前進速度（前進方向の速度の絶対値）が所定の前進速度しきい値（たとえば４km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ３）。また、航走制御装置２０は、後進速度（後進方向の速度の絶対値）が所定の後進速度しきい値（たとえば２km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４）。前進速度が前進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する（ステップＳ５）。すなわち、切換部２３は、第２目標値演算部２２によって演算される目標値を選択して、推進機１０〜１２に与える。後進速度が後進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）も同様に、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する。前進速度が前進速度しきい値以下（ステップＳ３：ＮＯ）であり、かつ、後進速度が後進速度しきい値以下（ステップＳ４：ＮＯ）であるときは、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００７６】
このような処理により、船舶１の速度が速くなると、自動的に通常航走モードへと移行することになる。したがって、桟橋付近の混雑した水域を脱して速度を上げると、特別な操作を要することなく、平行移動モードから通常航走モードへと自動で切り換わる。これにより、操作が簡単になる。
一方、通常航走モードのとき（ステップＳ２：ＮＯ）、航走制御装置２０は、前進速度が所定の前進速度しきい値（たとえば３km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ６）。また、航走制御装置２０は、後進速度が所定の後進速度（たとえば１km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ７）。これらの前進速度しきい値および後進速度しきい値は平行移動モードのときに適用される値と等しくてもよいけれども、この実施形態では、異なる値（具体的には小さな値）とされている。これにより、制御モードの遷移に対してヒステリシスが与えられており、制御の安定化が図られている。
【００７７】
さらに、航走制御装置２０は、レバー７の前後方向の傾倒量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ８）。不感帯とは、この場合、通常航走モードにおいて船外機１１，１２からの推進力が発生されない範囲、すなわち、前進シフトイン位置から後進シフトイン位置までの範囲を意味する。また、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ９）。この場合の不感帯とは、中立付近のいわゆる遊びの範囲であり、ノブ８の回動操作が船外機１１，１２の操舵角変化に反映されない所定操作角範囲である。
【００７８】
前記ステップＳ６〜Ｓ９の判断が全て肯定されると、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードから平行移動モードへと変更する（ステップＳ１０）。前記ステップＳ６〜Ｓ９のいずれか一つの判断が否定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
このような処理が行われることによって、船舶１の速度が充分に低速であり、かつ、レバー７およびノブ８が実質的に操作されていないときに、通常航走モードから平行移動モードへと制御モードが遷移する。制御モードの遷移は自動的に行われ、操船者による操作を必要としない。これにより、操作が簡単になる。桟橋近くの水域に近づいて減速するのに伴って、通常航走モードから平行移動モードへと遷移するので、適切な制御モードが自動で選択されることになる。さらに、レバー７およびノブ８の操作位置が不感帯内であるときに制御モードが切り換わるので、推進力および操舵角の急変を回避できる。これにより、操船者その他の乗船者の違和感を抑制できる。
【００７９】
なお、前進速度しきい値および後進速度しきい値は、等しい値であってもよいけれども、前進速度しきい値を後進速度しきい値よりも大きく設定しておくことが好ましい。船舶１が航走中に受ける抵抗は、前進時には比較的小さく、後進時には比較的大きい。そこで、後進速度しきい値を前進速度しきい値よりも小さく設定しておけば、前進時および後進時において同等の操作入力で制御モードの切り換えを生じさせることができる。これにより、違和感を抑制できる。
【００８０】
舵取り操作をノブ８ではなくレバー７の左右傾倒によって行う場合（図５Ｂ参照）には、航走制御装置２０は、ステップＳ９において、レバー７の左右方向の傾倒量が所定の不感帯内にあるかどうかを判断する。すなわち、ステップＳ９における判断は、船外機１１，１２の操舵角が中立位置にあるかどうかの判断である。
図９は、船舶の速度に加えて、船舶の現在位置および船舶周囲の障害物の有無に応じて制御モードを切り換える処理（切換部２３の作用）を説明するためのフローチャートである。図９において、図８に示された各ステップと同等の処理が行われるステップには同一参照符号を付すこととする。
【００８１】
初期制御モードは、平行移動モードとされている。
航走制御装置２０は、速度センサ１６により検出された船舶１の速度、位置検出装置１７により検出された船舶１の現在位置、および障害物センサ１８からの検出結果（障害物情報）を取得する（ステップＳ１，Ｓ２１，Ｓ２２）。
平行移動モードのとき（ステップＳ２：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、現在位置情報に基づいて、船舶１が指定区域内に位置しているかどうかを判断する（ステップＳ２３）。指定区域は、平行移動モードが適切な区域として予め設定されている領域（たとえば桟橋近辺の水域）である。たとえば、地形情報を含む地図データベースを記録した記録媒体が航走制御装置２０に備えられており、その地図データベース上において、予め所定の区域が指摘区域として登録されている。航走制御装置２０は、地図データベースを参照することによって、現在位置情報が指定区域内かどうかを判断する。現在位置情報が指定区域内を表すときには（ステップＳ２３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。さらに、航走制御装置２０は、障害物情報を参照し、船舶１の周辺に障害物が存在しているかどうかを判断する（ステップＳ２４）。より具体的には、障害物センサ１８によって周辺の障害物までの距離が検出される場合には、最も近い障害物までの距離が所定値以下かどうかが判断される。この判断が肯定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００８２】
このような処理により、現在位置が指定区域内であるときや、障害物が近くにあるときには、制御モードが平行移動モードに維持される。
現在位置が指定区域内でなく（ステップＳ２３：ＮＯ）、かつ周辺に障害物が存在していないとき（ステップＳ２４：ＮＯ）には、船舶１の速度に関する判断が行われる。すなわち、航走制御装置２０は、前進速度が前進速度しきい値（たとえば４km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ３）。また、航走制御装置２０は、後進速度が後進速度しきい値（たとえば２km/h）を超えているかどうかを判断する（ステップＳ４）。前進速度が前進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する（ステップＳ５）。後進速度が後進速度しきい値を超えている場合（ステップＳ４：ＹＥＳ）も同様に、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードから通常航走モードに変更する。前進速度が前進速度しきい値以下（ステップＳ３：ＮＯ）であり、かつ、後進速度が後進速度しきい値以下（ステップＳ４：ＮＯ）であるときは、航走制御装置２０は、制御モードを平行移動モードに維持する。
【００８３】
このような処理により、現在位置が指定区域外であり、かつ、近くに障害物が存在しないことを条件に、船舶１の速度が速くなると、自動的に通常航走モードへと移行することになる。したがって、平行移動モードから通常航走モードへの自動で切換えを適切に行うことができる。
一方、通常航走モードのとき（ステップＳ２：ＮＯ）、航走制御装置２０は、船舶１の現在位置情報に基づいて、船舶１が指定区域内に位置しているかどうかを判断する（ステップＳ２５）。航走制御装置２０は、さらに、障害物情報に基づいて、船舶１の周辺に障害物が存在しているかどうかを判断する（ステップＳ２６）。現在位置が指定区域内でなく（ステップＳ２５：ＮＯ）、かつ近くに障害物が存在しない（ステップＳ２６：ＮＯ）には、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
【００８４】
このような処理が行われることによって、船舶１の現在位置と、周辺における障害物の有無とに基づいて、通常航走モードを適切に維持できる。
現在位置が指定区域内（ステップＳ２５：ＹＥＳ）であるか、または周辺に障害物が存在している（ステップＳ２６：ＹＥＳ）ときには、船舶１の速度に関する判断が行われる。すなわち、航走制御装置２０は、前進速度が前進速度しきい値（たとえば３km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ６）。また、航走制御装置２０は、後進速度が後進速度（たとえば１km/h）以下かどうかを判断する（ステップＳ７）。さらに、航走制御装置２０は、レバー７の前後方向の傾倒量が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ８）。また、航走制御装置２０は、ノブ８の回動操作量（またはレバー７の左右方向の傾倒量）が所定の不感帯内かどうかを判断する（ステップＳ９）。
【００８５】
前記ステップＳ６〜Ｓ９の判断が全て肯定されると、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードから平行移動モードへと変更する（ステップＳ１０）。前記ステップＳ６〜Ｓ９のいずれか一つの判断が否定されれば、航走制御装置２０は、制御モードを通常航走モードに維持する。
このような処理が行われることによって、現在位置が指定区域内であるか、または周辺に障害物が存在する状況では、一定条件下で通常航走モードから平行移動モードへと制御モードが自動的に遷移する。これにより、船舶１の状態に応じた制御モードの選択をより適切に行うことができる。
【００８６】
以上のように、この実施形態によれば、通常航走モードおよび平行移動モードの両方に対してレバー７およびノブ８を共通に用いることができる。したがって、操船者は、制御モードに応じて操作系を持ち替える必要がない。これにより、出港時および帰港時における操作を簡単にすることができる。しかも、制御モードの切換えは、船舶１の速度、現在位置、周辺の障害物の状況に応じて、自動で行われる。これにより、操船が一層容易になる。また、通常航走モードと平行移動モードとで操作系を共有できるので、操作系全体の構成を簡素化でき、それに応じてコストを削減できるうえ、操作系の設置スペースの削減も可能となる。
【００８７】
図１０は、この発明の他の実施形態に係る船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。この図１０において、前述の図４に示された各部と同等の部分には同一参照符号を付すこととする。前述の実施形態では、制御モードを切り換える切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２の演算結果（目標値）のいずれかを選択して推進機１０〜１２に供給するようになっている。これに対して、この実施形態では、切換部２３は、第１および第２目標値演算部２１，２２のいずれか一方を活性化し、他方を非活性状態とする。そして、当該活性状態の目標値演算部２１，２２が生成する目標値が、推進機１０〜１２に供給される。この構成によっても、前述の第１の実施形態と同様の作用効果を達成できる。
【００８８】
以上、この発明の実施形態について説明してきたけれども、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、推進機の出力に関する目標値として、電動モータまたはエンジンの目標回転速度が演算されているけれども、目標スロットル開度、目標スラスト、目標速度などを用いることもできる。また、前述の実施形態では、船舶の回頭に関する目標値として目標操舵角が演算されているけれども、目標ヨー角速度を用いることもできる。
【００８９】
また、図８および図９に示した処理において、船舶１の速度を用いた判断は、船外機１１，１２のエンジン回転速度を用いた判断に置き換えることができる。具体的には、平行移動モードのときに、エンジン回転速度が所定のしきい値を超えていることを条件に、制御モードを通常航走モードに変更することとしてもよい。また、通常航走モードのときに、エンジン回転速度が前記しきい値以下であることを平行移動モードへの遷移のための条件としてもよい。
【００９０】
また、前述の実施形態では、制御モードが自動で切り換わる例を示したけれども、制御モードの切換えを手動で行うためのモード切換操作手段（たとえば、モード切換ボタン）を備えてもよい。この場合でも、通常航走モードと平行移動モードとに共通の操作系を用いることができるから、操作系の持ち替えに伴う煩雑さを回避できる。
また、前述の図９に示した処理では、現在位置情報および障害物情報の両方が用いられているけれども、これらの一方のみが用いられてもよい。
【００９１】
さらに、図８および図９の処理では、平行移動モードから通常航走モードへの移行時には、レバー７等の操作位置が不感帯内かどうかの判断がされていない。しかし、通常航走モードにおいてレバー７の左右傾倒を操舵角の制御に割り当てる場合には、レバー７の操作に関する条件を加えることが好ましい。すなわち、平行移動モードで斜めに平行移動しているときに通常航走モードに移行すると、船体２の回頭が始まり、乗船者に違和感を与えるおそれがある。そこで、レバー７の左右方向の傾倒量が微小な角度範囲（不感帯）内であることを、通常航走モードへの移行条件として追加することが好ましい。
【００９２】
また、現在の制御モードが通常航走モードか平行移動モードかを表示するインジケータ（たとえばインジケータランプ）を設けてもよい。このようなインジケータは、操作台６に設けることができる。
さらに、前述の実施形態では、推進機として、バウスラスタ１０および船外機１１，１２が備えられている例について説明したけれども、バウスラスタ１０は必ずしも必要ではない。すなわち、左右一対の船外機１１，１２が発生する推進力のつり合いを利用して、平行移動モードにおける操船を実現してもよい。
【００９３】
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。
以下に、「課題を解決するための手段」の項に記載した用語と前述の実施形態における用語との対応関係を示す。
推進機：バウスラスタ１０、船外機１１，１２
操舵機構：操舵機構５０
船舶：船舶１
操作手段：レバー７、ノブ８
目標値演算手段：第１および第２目標値演算部２１，２２
切換手段：切換部２３
制御手段：ＥＣＵ９，１３，１４
目標値演算ユニット：第１および第２目標値演算部２１，２２
選択出力手段：切換部２３（図４）
選択活性化手段：切換部２３（図１０）
平行モード：通常航走モード
非平行モード：平行移動モード
障害物センサ：障害物センサ１８
障害物判定手段：ステップＳ２４，Ｓ２６（図９）
レバー：レバー７
回動操作部、回動操作子：ノブ８
入力検出手段：第１〜第３位置センサ６１〜６３
傾倒検出手段：第１および第２位置センサ６１，６２
回動検出手段：第３位置センサ６３
第１モード：通常航走モード
第２モード：平行移動モード
船体：船体２
操船支援装置：レバー７、ノブ８、航走制御装置２０
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【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】図３Ａはレバーおよびノブの構成を拡大して示す図解的な側面図であり、図３Ｂはその平面図である。
【図４】船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。
【図５Ａ】通常航走モードにおけるレバーの操作と船外機の動作との関係に関する一動作例を説明するための図である。
【図５Ｂ】通常航走モードにおけるレバーの操作と船外機の動作との関係に関する他の動作例を説明するための図である。
【図６】平行移動モードにおけるレバーの操作とバウスラスタおよび船外機の動作とを説明するための図である。
【図７】船体座標系等を示す図である。
【図８】船舶の速度に応じた制御モードの切換えを説明するためのフローチャートである。
【図９】船舶の速度に加えて、船舶の現在位置および船舶周囲の障害物の有無に応じて制御モードを切り換える処理を説明するためのフローチャートである。
【図１０】この発明の他の実施形態に係る船舶の主要部の電気的構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００９５】
１ 船舶
２ 船体
７ レバー
８ ノブ
９ ＥＣＵ
１０ バウスラスタ
１０ａ 電動モータ
１０ｂ プロペラ
１０ｃ 回転センサ
１１ 左舷船外機
１２ 右舷船外機
１３，１４ 船外機ＥＣＵ
１６ 速度センサ
１７ 位置検出装置
１８ 障害物センサ
２０ 航走制御装置
２１ 第１目標値演算部
２１Ａ 目標値設定部
２１Ｂ 推進力配分部
２２ 第２目標値演算部
２２Ａ 目標値設定部
２２Ｂ 推進力配分部
２３ 切換部
３０ 推進ユニット
３９ エンジン
４０ プロペラ
４３ シフト機構
４４ シフトロッド
４６ スロットルバルブ
４８ エンジン回転検出部
４９ 操舵角センサ
５０ 操舵機構
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
６１ 第１位置センサ
６２ 第２位置センサ
６３ 第３位置センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
推進機および操舵機構を備えた船舶のための操船支援装置であって、
船舶の移動および回頭を制御するために操作者により操作される操作手段と、
複数の演算モードを有し、前記操作手段による操作入力に応じて、前記推進機のための目標推進力および前記操舵機構のための目標操舵角を含む目標値を演算する目標値演算手段と、
前記目標値演算手段の演算モードを切り換える切換手段とを含む、操船支援装置。
【請求項２】
前記操船支援装置は、複数の推進機と、この複数の推進機にそれぞれ対応する複数の操舵機構とを備えた船舶に適用されるものであり、
前記複数の演算モードは、前記複数の推進機の操舵角を平行に設定する平行モードと、前記複数の推進機の操舵角を非平行とする非平行モードとを含む、請求項１記載の操船支援装置。
【請求項３】
前記切換手段は、前記船舶の状態に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項１または２記載の操船支援装置。
【請求項４】
前記船舶の状態は、船舶の運転状態および船舶周囲の環境の少なくとも一つを含む、請求項３記載の操船支援装置。
【請求項５】
前記船舶の状態は、前記船舶の速度を含み、
前記切換手段は、前記船舶の速度に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える、請求項３または４記載の操船支援装置。
【請求項６】
前記船舶の状態は、船舶の位置情報および船舶周囲の障害物の有無に関する障害物情報のうちの少なくとも一つを含む、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項７】
船舶周囲の障害物の有無を検出する障害物センサの検出信号を受け取って、船舶周囲の障害物の有無を判定する障害物判定手段をさらに含み、
前記切換手段は、前記障害物判定手段による判定結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項８】
前記操作手段は、傾倒可能なレバーと、前記レバーの傾倒を検出する傾倒検出手段を有する入力検出手段とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項９】
前記レバーは、前後方向への傾倒が可能なものであり、前記操作手段は、回動可能な回動操作部をさらに含み、前記入力検出手段は、さらに前記回動操作部の回動操作を検出する回動検出手段を有するものである、請求項８記載の操船支援装置。
【請求項１０】
前記複数の演算モードは、前記レバーの傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モードと、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算する第２モードとを含む、請求項９記載の操船支援装置。
【請求項１１】
前記レバーは、前後方向および左右方向に傾倒可能なものであり、
前記複数の演算モードは、前記レバーの前後方向傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記レバーの左右方向傾倒操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モードと、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向に割り当てて目標値を演算する第２モードとを含む、請求項８または９記載の操船支援装置。
【請求項１２】
前記切換手段は、前記操作手段からの操作入力がされていないことを条件に、前記演算モードを切り換えるものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項１３】
船体と、
この船体に取り付けられた推進機および操舵機構と、
前記推進機および操舵機構のための目標値を演算する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の操船支援装置とを含む、船舶。
【請求項１】
推進機および操舵機構を備えた船舶のための操船支援装置であって、
船舶の移動および回頭を制御するために操作者により操作される操作手段と、
複数の演算モードを有し、前記操作手段による操作入力に応じて、前記推進機のための目標推進力および前記操舵機構のための目標操舵角を含む目標値を演算する目標値演算手段と、
前記目標値演算手段の演算モードを切り換える切換手段とを含む、操船支援装置。
【請求項２】
前記操船支援装置は、複数の推進機と、この複数の推進機にそれぞれ対応する複数の操舵機構とを備えた船舶に適用されるものであり、
前記複数の演算モードは、前記複数の推進機の操舵角を平行に設定する平行モードと、前記複数の推進機の操舵角を非平行とする非平行モードとを含む、請求項１記載の操船支援装置。
【請求項３】
前記切換手段は、前記船舶の状態に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項１または２記載の操船支援装置。
【請求項４】
前記船舶の状態は、船舶の運転状態および船舶周囲の環境の少なくとも一つを含む、請求項３記載の操船支援装置。
【請求項５】
前記船舶の状態は、前記船舶の速度を含み、
前記切換手段は、前記船舶の速度に応じて、前記目標値演算手段の演算モードを切り換える、請求項３または４記載の操船支援装置。
【請求項６】
前記船舶の状態は、船舶の位置情報および船舶周囲の障害物の有無に関する障害物情報のうちの少なくとも一つを含む、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項７】
船舶周囲の障害物の有無を検出する障害物センサの検出信号を受け取って、船舶周囲の障害物の有無を判定する障害物判定手段をさらに含み、
前記切換手段は、前記障害物判定手段による判定結果に応じて前記目標値演算手段の演算モードを切り換えるものである、請求項３〜５のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項８】
前記操作手段は、傾倒可能なレバーと、前記レバーの傾倒を検出する傾倒検出手段を有する入力検出手段とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項９】
前記レバーは、前後方向への傾倒が可能なものであり、前記操作手段は、回動可能な回動操作部をさらに含み、前記入力検出手段は、さらに前記回動操作部の回動操作を検出する回動検出手段を有するものである、請求項８記載の操船支援装置。
【請求項１０】
前記複数の演算モードは、前記レバーの傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モードと、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向の調整に割り当て、前記回動操作部の回動操作を船舶の回頭の調整に割り当てて目標値を演算する第２モードとを含む、請求項９記載の操船支援装置。
【請求項１１】
前記レバーは、前後方向および左右方向に傾倒可能なものであり、
前記複数の演算モードは、前記レバーの前後方向傾倒操作を前記推進機出力の調整に割り当て、前記レバーの左右方向傾倒操作を前記操舵機構の操舵角の調整に割り当てて目標値を演算する第１モードと、前記レバーの傾倒方向を船舶の進行方向に割り当てて目標値を演算する第２モードとを含む、請求項８または９記載の操船支援装置。
【請求項１２】
前記切換手段は、前記操作手段からの操作入力がされていないことを条件に、前記演算モードを切り換えるものである、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の操船支援装置。
【請求項１３】
船体と、
この船体に取り付けられた推進機および操舵機構と、
前記推進機および操舵機構のための目標値を演算する請求項１〜１２のいずれか一項に記載の操船支援装置とを含む、船舶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１２６０８５（Ｐ２０１０−１２６０８５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０５１２３（Ｐ２００８−３０５１２３）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（００００１００７６）ヤマハ発動機株式会社 (3,045)
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