船舶操纵设备转让专利
申请号 : CN200680026590.9
文献号 : CN100584696C
文献日 : 2010-01-27
发明人 : 山崎贵睦 , 都筑淳之 , 井口刚一
申请人 : 丰田自动车株式会社
摘要 :
操作目标值计算部分(30)的指令值转换部分(31)对来自操纵器(25)的指令信号进行转换。为了获得操作者所意图的船舶移动模式，目标船桨速度计算部分(32)使用每个转换后的值来计算左右船桨(13)和推力器(14)的船桨(14b)的目标旋转速度。在主发动机工作控制部分(40)，滑移率确定部分(41)计算使船桨(13)以目标旋转速度旋转的、船用齿轮箱(12)的离合器机构(120)的滑移率U。驱动控制部分(42)控制主发动机(11)和离合器机构(120)的工作。此外，在推力器工作控制部分(50)中，驱动控制部分(52)控制船桨(14b)沿着由工作确定部分(51)所确定的旋转方向驱动。
权利要求 :
1.一种船舶操纵设备，其控制船用齿轮箱的离合器机构的操作，以 改变船桨相对于主发动机的旋转速度的旋转速度，所述船用齿轮箱适于 将所述主发动机的旋转传递到所述船桨，所述船舶操纵设备包括：船舶操纵装置，其由船舶操作者操作来对船舶进行操纵；
操作输入值检测装置，其用于检测所述船舶操作者输入到所述船舶 操纵装置的操作输入值；
目标船桨旋转速度计算装置，其用于基于所检测到的操作输入值计 算所述船桨相对于所述主发动机的旋转速度的目标旋转速度；
目标滑移率确定装置，其用于在预定范围内确定用于使所述船桨以 所计算出的目标旋转速度旋转的、所述船用齿轮箱的所述离合器机构的 目标滑移率；以及操作控制装置，其用于以确定了的目标滑移率控制所述船用齿轮箱 的所述离合器机构的操作量，其中，所述目标滑移率确定装置基于以下关系确定所述目标滑移率，当所 述主发动机的旋转速度小于怠速旋转速度时，所述目标滑移率以第一斜 率均匀地改变，所述怠速旋转速度是所述主发动机没有负荷时的旋转速 度；
当所述主发动机的旋转速度等于或者大于所述怠速旋转速度并小于 预定旋转速度时，所述目标滑移率以小于所述第一斜率的第二斜率均匀 地改变；以及当所述主发动机的旋转速度等于或者大于所述预定旋转速度时，所 述目标滑移率变成恒定。
2.根据权利要求1所述的船舶操纵设备，还包括实际旋转速度检测 装置，其用于检测所述船桨的实际旋转速度，其中，所述操作控制装置在考虑到由作用在所述船舶上的干扰引起 的所述船桨的实际旋转速度的变化的情况下，基于所检测到的实际旋转 速度和所述目标旋转速度之间的差值校正所述离合器机构的所述操作 量。
3.根据权利要求1所述的船舶操纵设备，其中，所述船舶操纵装置 包括：操纵杆，其在所述船舶操作者倾斜所述操纵杆时输入所述船舶的移 动方向和移动速度，以及转盘，其一体地安装到所述操纵杆上，并在所述转盘转动时输入所 述船舶的转头方向和转头速度。
4.根据权利要求3所述的船舶操纵设备，其中，当所述船舶沿着码 头靠岸，或者驶离码头时，由所述船舶操作者操作所述船舶操纵装置。
5.根据权利要求1所述的船舶操纵设备，还包括用于控制推力器的 操作的推力器控制装置，所述推力器适于使所述船舶在所述船桨的旋转 速度相对于所述主发动机的旋转速度减小的微速航行的状态下在预定的 转动方向上转头，其中，所述推力器控制装置通过使与目标旋转速度相 对应的驱动电流流经所述推力器机来控制所述推力器的操作，使得所述 推力器产生相关的推力。
6.根据权利要求3所述的船舶操纵设备，其中，
所述船舶操作者对所述操纵杆的倾斜操作是使所述船舶根据所述倾 斜操作向前、向后、向左或者向右移动的操作；以及所述目标船桨旋转速度计算装置基于所述操纵杆的倾斜操作计算用 于使所述船舶向前、向后、向左或者向右移动的所述船桨的目标旋转速 度。
7.根据权利要求3所述的船舶操纵设备，其中，
所述船舶操作者对所述转盘的转动操作是使所述船舶根据所述转动 操作转头的操作；以及所述目标船桨旋转速度计算装置基于所述转盘的转动操作计算用于 使所述船舶在与所述转动操作的方向一致的方向上转头的所述船桨的目 标旋转速度。
说明书 :
技术领域
本发明涉及使船舶移动、转头(swing)和转动的船舶转向装置。
背景技术
传统地，如例如在日本专利No.3057413中所公开，已经公知一种自 动船舶操纵设备。所公开的自动船舶操纵设备被构造成，远程操作箱连 接到控制运算装置。远程操作箱具有操纵杆和转头转盘(swing dial)， 操纵杆用于根据该杆的倾斜方向设定船体的移动方向，并根据该杆的倾 斜角度设定船体的移动速度，转头转盘用于根据该转盘的转动方向设定 船体的转头方向，并用于根据该转盘的转动量设定转头角速度。在微速 航行期间(通过由减速器使船桨以很低的速度旋转来实现微速航行)， 船舶操作者能够通过仅仅操作操纵杆和转头转盘来使船体转动，使船体 回转(pinwheel)，或者使船体平移。
以上所述的自动船舶操纵设备允许船舶操作者通过仅仅操作操纵杆 和转头转盘来微速地使船体转动、使船体回转或者使船体平移，而不需 要操作其它设备。因而，例如，当自动船舶操纵设备应用到大型船时， 由于通常对船舶行为改变熟悉的海员操纵该船舶，所以使用自动船舶操 纵设备提高了可操作性，并允许海员易于使船体移动。然而，必须单独 地操纵杆和转头转盘。因而，当自动船舶操纵设备应用到小型船时，就 出现了对船舶的行为改变不熟悉的使用者操纵该船舶的情况。在此情况 下，使用者可能通过操作操纵杆和转头转盘不能容易地使船体移动。在 一些情况下，小型船舶没有装备减速器。这样的小型船难以维持微速航 行。这使操纵更加困难。
对于维持微速航行的装置，已经公知如日本专利申请公开(kokai) No.H7-196090中的用于船用齿轮箱的滑移率调节器。滑移率调节器具有 用于经由PID控制电路和PWM控制电路控制电磁阀的控制器，其中电 磁阀液压控制船用齿轮箱的离合器。控制器具有可变电阻器。控制范围 调节微调器(trimmer)串连连接到可变电阻器。因而，即使当船舶操作 者将螺旋桨(船桨)的最大转速设定到任意值，能够通过控制范围调节 微调器对与螺旋桨(船桨)的转速相对应的电压进行分压。通过用分压 了的电压控制电磁阀，能将控制器的整个范围修改成与所设定的最大转 速相对应。因而，能够轻松执行对螺旋桨(船桨)的旋转的微调。
然而，根据如上所述传统的用于调节船用齿轮箱的滑移率的调节 器，仅伴随控制器的整个范围的修改而成比例地调节滑移率，由此调节 螺旋桨(船桨)的转速。即，没有考虑到船舶行为来调节滑移率。因 而，例如，即使当船舶操作者通过操作控制器使船舶微速航行时，螺旋 桨(船桨)由于干扰(诸如抵抗螺旋桨(船桨)旋转的阻力、波浪和 风)的影响而实际上不能旋转。因而，船舶的移动速度相对于输入到控 制器的控制而非线性改变，并且不能保持船舶操作者所意图的微速航 行。因而，船舶操作者必须一直控制控制器，使得船舶操纵变得复杂。
以上所述的自动船舶操纵设备允许船舶操作者通过仅仅操作操纵杆 和转头转盘来微速地使船体转动、使船体回转或者使船体平移，而不需 要操作其它设备。因而，例如，当自动船舶操纵设备应用到大型船时， 由于通常对船舶行为改变熟悉的海员操纵该船舶，所以使用自动船舶操 纵设备提高了可操作性，并允许海员易于使船体移动。然而，必须单独 地操纵杆和转头转盘。因而，当自动船舶操纵设备应用到小型船时，就 出现了对船舶的行为改变不熟悉的使用者操纵该船舶的情况。在此情况 下，使用者可能通过操作操纵杆和转头转盘不能容易地使船体移动。在 一些情况下，小型船舶没有装备减速器。这样的小型船难以维持微速航 行。这使操纵更加困难。
对于维持微速航行的装置，已经公知如日本专利申请公开(kokai) No.H7-196090中的用于船用齿轮箱的滑移率调节器。滑移率调节器具有 用于经由PID控制电路和PWM控制电路控制电磁阀的控制器，其中电 磁阀液压控制船用齿轮箱的离合器。控制器具有可变电阻器。控制范围 调节微调器(trimmer)串连连接到可变电阻器。因而，即使当船舶操作 者将螺旋桨(船桨)的最大转速设定到任意值，能够通过控制范围调节 微调器对与螺旋桨(船桨)的转速相对应的电压进行分压。通过用分压 了的电压控制电磁阀，能将控制器的整个范围修改成与所设定的最大转 速相对应。因而，能够轻松执行对螺旋桨(船桨)的旋转的微调。
然而，根据如上所述传统的用于调节船用齿轮箱的滑移率的调节 器，仅伴随控制器的整个范围的修改而成比例地调节滑移率，由此调节 螺旋桨(船桨)的转速。即，没有考虑到船舶行为来调节滑移率。因 而，例如，即使当船舶操作者通过操作控制器使船舶微速航行时，螺旋 桨(船桨)由于干扰(诸如抵抗螺旋桨(船桨)旋转的阻力、波浪和 风)的影响而实际上不能旋转。因而，船舶的移动速度相对于输入到控 制器的控制而非线性改变，并且不能保持船舶操作者所意图的微速航 行。因而，船舶操作者必须一直控制控制器，使得船舶操纵变得复杂。
发明内容
为了解决以上问题来实现本发明，并且本发明的目的是提供一种适 当地控制船用齿轮箱的滑移率并帮助船舶的微速航行的船舶操纵设备。
为了实现以上目的，本发明提供一种船舶操纵设备，其控制船用齿 轮箱的离合器机构的操作，以改变船桨相对于主发动机的旋转速度的旋 转速度，所述船用齿轮箱适于将主发动机的旋转传递到船桨，所述船舶 操纵设备包括：船舶操纵装置，其由船舶操作者操作以对船舶进行操 纵；操作输入值检测装置，其用于检测船舶操作者输入到船舶操纵装置 的操作输入值；目标船桨旋转速度计算装置，其用于基于所检测到的操 作输入值计算船桨相对于主发动机的旋转速度的目标旋转速度；目标滑 移率确定装置，其用于在预定范围内确定用于使所述船桨以所计算出的 目标旋转速度旋转的、所述船用齿轮箱的所述离合器机构的目标滑移 率；以及操作控制装置，其用于以确定了的目标滑移率控制船用齿轮箱 的离合器机构的操作量。
根据本发明，可以基于船舶操作者通过操作船舶操纵装置输入的操 作输入值，计算用于使船舶微速航行的目标旋转速度。此外，可以确定 用于使船桨以计算出的目标旋转速度旋转的目标滑移率。对目标滑移率 的确定使得能够控制离合器机构的操作量。因而，即使当船舶操作者不 熟悉该船舶的行为改变时，船舶操作者仅仅操作船舶操纵装置也可以使 船舶在所意图的模式(诸如，平移或者原地转头)下以微速移动。因 而，对船舶的操纵变得简单。而且，可以在预定的范围内确定目标滑移 率。因而，例如，可以考虑到离合器机构的耐久性来设定预定的范围， 由此可以延长离合器机构的使用寿命。
当所计算出的目标旋转速度小于至少怠速旋转速度时，目标滑移率 确定装置可以通过根据目标旋转速度的大小均匀地改变目标滑移率来确 定目标滑移率，所述怠速旋转速度是主发动机没有负荷时的旋转速度。 这允许船桨均匀地(例如，线性地)以至少主发动机的怠速旋转速度旋 转。因而，例如，即使当船舶操作者意图使船舶微速运动时，船舶操作 者可以使船舶在所意图的模式下微速运动，并可以非常容易地使船舶运 动。
目标滑移率确定装置可以基于目标滑移率根据主发动机的旋转速度 的改变而逐级改变的关系来确定目标滑移率。在此情况下目标滑移率逐 级改变的关系可以是这样：当主发动机的旋转速度小于没有负荷时的怠 速旋转速度时，目标滑移率以第一斜率均匀地改变；当主发动机的旋转 速度等于或者大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度时，目标滑移率以 小于第一斜率的第二斜率均匀地改变；当主发动机的旋转速度等于或者 大于预定旋转速度时，目标滑移率变成恒定。
通过采用上述关系，在主发动机的旋转速度(换言之，主发动机的 工作速度范围)改变的情况下，可以通过根据旋转速度(工作速度范 围)的改变来逐级改变目标滑移率，来确定目标滑移率。例如，当主发 动机在小于怠速旋转速度下工作时，可以基于较大的第一斜率来确定目 标滑移率。由此，即使当目标旋转速度较低时，也可以通过显著地改变 (例如，降低)离合器机构的实际滑移率来可靠地使船桨抵抗阻力旋 转。因而，即使在主发动机的怠速旋转速度下，也可以均匀地改变船桨 的旋转速度。
当主发动机以等于或大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度旋转 时，主发动机的旋转速度均匀地增大(或者减小)。相比之下，通过基 于小于第一斜率的第二斜率确定目标滑移率，可以防止离合器机构的实 际滑移率过度改变。这可以防止船桨以大于目标旋转速度的旋转速度旋 转，由此防止了船舶的急剧移动。由于可以基于目标滑移率平缓地改变 实际滑移率，所以可以防止与离合器机构的操作相伴随的冲击的产生。 而且，当主发动机以预定旋转速度或者更大的旋转速度工作时，目标滑 移率可以保持在恒定值。因而，可以根据主发动机的旋转速度的均匀的 增大(减小)而线性地改变船桨的旋转速度。
如上所述，即使当主发动机的旋转速度改变时，也可以一直根据船 舶操作者对船舶操纵装置的操作来线性地改变船桨的旋转速度。因而， 当要使船舶以微速移动时，可以线性地改变船舶的行为特性。由此，即 使对该船舶的行为改变不熟悉的船舶操作者也可以非常容易地用简单的 操作来操纵船舶。
而且，船舶操纵设备还可以包括实际旋转速度检测装置，其用于检 测船桨的实际旋转速度，并且操作控制装置可以在考虑到由作用在船舶 上的干扰引起的船桨的实际旋转速度的变化的情况下，基于所检测到的 实际旋转速度和目标旋转速度之间的差值来校正离合器机构的操作量。 由此，即使当船桨的实际旋转速度受到诸如波浪、海流和风之类的作用 在船舶上的干扰的影响时，也可以使船桨以目标旋转速度可靠地旋转。 因而，可以如船舶操作者意图的那样使船舶以微速移动。
船舶操纵装置还可以包括操纵杆，其在船舶操作者倾斜所述操纵杆 时输入船舶的移动方向和移动速度，以及转盘，其一体地安装到操纵杆 上，并在所述转盘转动时输入所述船舶的转头方向和转头速度。当船舶 沿着码头靠岸，或者驶离码头时，由船舶操作者操作船舶操纵装置。由 此，船舶操作者可以通过操作操纵杆和转盘联合在一起的船舶操作装置 来使船舶以微速移动。因而，船舶操作者可以单手操纵船舶，因而可以 很轻松地使船舶微速移动。
而且，船舶操纵设备还可以包括用于控制推力器的操作的推力器控 制装置，推力器适于使船舶在船桨的旋转速度相对于主发动机的旋转速 度减小的微速航行的状态中在预定的转动方向上转头。由此，在微速航 行期间，船首(bow)可以响应于船舶操作者对船舶操作装置的操作来 可靠地转头。因而，可以如船舶操作者所意图的那样使船舶微速移动。
为了实现以上目的，本发明提供一种船舶操纵设备，其控制船用齿 轮箱的离合器机构的操作，以改变船桨相对于主发动机的旋转速度的旋 转速度，所述船用齿轮箱适于将主发动机的旋转传递到船桨，所述船舶 操纵设备包括：船舶操纵装置，其由船舶操作者操作以对船舶进行操 纵；操作输入值检测装置，其用于检测船舶操作者输入到船舶操纵装置 的操作输入值；目标船桨旋转速度计算装置，其用于基于所检测到的操 作输入值计算船桨相对于主发动机的旋转速度的目标旋转速度；目标滑 移率确定装置，其用于在预定范围内确定用于使所述船桨以所计算出的 目标旋转速度旋转的、所述船用齿轮箱的所述离合器机构的目标滑移 率；以及操作控制装置，其用于以确定了的目标滑移率控制船用齿轮箱 的离合器机构的操作量。
根据本发明，可以基于船舶操作者通过操作船舶操纵装置输入的操 作输入值，计算用于使船舶微速航行的目标旋转速度。此外，可以确定 用于使船桨以计算出的目标旋转速度旋转的目标滑移率。对目标滑移率 的确定使得能够控制离合器机构的操作量。因而，即使当船舶操作者不 熟悉该船舶的行为改变时，船舶操作者仅仅操作船舶操纵装置也可以使 船舶在所意图的模式(诸如，平移或者原地转头)下以微速移动。因 而，对船舶的操纵变得简单。而且，可以在预定的范围内确定目标滑移 率。因而，例如，可以考虑到离合器机构的耐久性来设定预定的范围， 由此可以延长离合器机构的使用寿命。
当所计算出的目标旋转速度小于至少怠速旋转速度时，目标滑移率 确定装置可以通过根据目标旋转速度的大小均匀地改变目标滑移率来确 定目标滑移率，所述怠速旋转速度是主发动机没有负荷时的旋转速度。 这允许船桨均匀地(例如，线性地)以至少主发动机的怠速旋转速度旋 转。因而，例如，即使当船舶操作者意图使船舶微速运动时，船舶操作 者可以使船舶在所意图的模式下微速运动，并可以非常容易地使船舶运 动。
目标滑移率确定装置可以基于目标滑移率根据主发动机的旋转速度 的改变而逐级改变的关系来确定目标滑移率。在此情况下目标滑移率逐 级改变的关系可以是这样：当主发动机的旋转速度小于没有负荷时的怠 速旋转速度时，目标滑移率以第一斜率均匀地改变；当主发动机的旋转 速度等于或者大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度时，目标滑移率以 小于第一斜率的第二斜率均匀地改变；当主发动机的旋转速度等于或者 大于预定旋转速度时，目标滑移率变成恒定。
通过采用上述关系，在主发动机的旋转速度(换言之，主发动机的 工作速度范围)改变的情况下，可以通过根据旋转速度(工作速度范 围)的改变来逐级改变目标滑移率，来确定目标滑移率。例如，当主发 动机在小于怠速旋转速度下工作时，可以基于较大的第一斜率来确定目 标滑移率。由此，即使当目标旋转速度较低时，也可以通过显著地改变 (例如，降低)离合器机构的实际滑移率来可靠地使船桨抵抗阻力旋 转。因而，即使在主发动机的怠速旋转速度下，也可以均匀地改变船桨 的旋转速度。
当主发动机以等于或大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度旋转 时，主发动机的旋转速度均匀地增大(或者减小)。相比之下，通过基 于小于第一斜率的第二斜率确定目标滑移率，可以防止离合器机构的实 际滑移率过度改变。这可以防止船桨以大于目标旋转速度的旋转速度旋 转，由此防止了船舶的急剧移动。由于可以基于目标滑移率平缓地改变 实际滑移率，所以可以防止与离合器机构的操作相伴随的冲击的产生。 而且，当主发动机以预定旋转速度或者更大的旋转速度工作时，目标滑 移率可以保持在恒定值。因而，可以根据主发动机的旋转速度的均匀的 增大(减小)而线性地改变船桨的旋转速度。
如上所述，即使当主发动机的旋转速度改变时，也可以一直根据船 舶操作者对船舶操纵装置的操作来线性地改变船桨的旋转速度。因而， 当要使船舶以微速移动时，可以线性地改变船舶的行为特性。由此，即 使对该船舶的行为改变不熟悉的船舶操作者也可以非常容易地用简单的 操作来操纵船舶。
而且，船舶操纵设备还可以包括实际旋转速度检测装置，其用于检 测船桨的实际旋转速度，并且操作控制装置可以在考虑到由作用在船舶 上的干扰引起的船桨的实际旋转速度的变化的情况下，基于所检测到的 实际旋转速度和目标旋转速度之间的差值来校正离合器机构的操作量。 由此，即使当船桨的实际旋转速度受到诸如波浪、海流和风之类的作用 在船舶上的干扰的影响时，也可以使船桨以目标旋转速度可靠地旋转。 因而，可以如船舶操作者意图的那样使船舶以微速移动。
船舶操纵装置还可以包括操纵杆，其在船舶操作者倾斜所述操纵杆 时输入船舶的移动方向和移动速度，以及转盘，其一体地安装到操纵杆 上，并在所述转盘转动时输入所述船舶的转头方向和转头速度。当船舶 沿着码头靠岸，或者驶离码头时，由船舶操作者操作船舶操纵装置。由 此，船舶操作者可以通过操作操纵杆和转盘联合在一起的船舶操作装置 来使船舶以微速移动。因而，船舶操作者可以单手操纵船舶，因而可以 很轻松地使船舶微速移动。
而且，船舶操纵设备还可以包括用于控制推力器的操作的推力器控 制装置，推力器适于使船舶在船桨的旋转速度相对于主发动机的旋转速 度减小的微速航行的状态中在预定的转动方向上转头。由此，在微速航 行期间，船首(bow)可以响应于船舶操作者对船舶操作装置的操作来 可靠地转头。因而，可以如船舶操作者所意图的那样使船舶微速移动。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明实施例的船舶操纵设备所应用的船体 的构造的视图。
图2是用于说明设置在图1的船用齿轮箱中的离合器机构的剖视 图。
图3是示出根据本发明实施例的电子控制系统的构造的示意框图。
图4是用于说明图3的操纵器的结构的视图。
图5是功能性地示出图3的电子控制单元中的计算机程序的执行的 功能框图。
图6是示出了船桨的旋转速度和移动速度之间的关系的曲线图。
图7是示出船桨的旋转速度和转头的角速度之间的关系的曲线图。
图8是用于说明船桨的目标旋转速度的计算的视图。
图9是示出了平移时操纵器的操作输入值和船桨的旋转速度之间的 关系的曲线图。
图10是示出回转时操纵器的操作输入值和船桨的旋转速度之间的关 系的曲线图。
图11是示出了主发动机的工作旋转速度、船桨的目标旋转速度和目 标滑移率之间的关系的曲线图。
图12是用于说明平移时主发动机的工作和推力器的操作的视图。
图13是用于说明回转时主发动机的工作的视图。
图14是用于说明平移和回转的组合时船体移动的视图。
图2是用于说明设置在图1的船用齿轮箱中的离合器机构的剖视 图。
图3是示出根据本发明实施例的电子控制系统的构造的示意框图。
图4是用于说明图3的操纵器的结构的视图。
图5是功能性地示出图3的电子控制单元中的计算机程序的执行的 功能框图。
图6是示出了船桨的旋转速度和移动速度之间的关系的曲线图。
图7是示出船桨的旋转速度和转头的角速度之间的关系的曲线图。
图8是用于说明船桨的目标旋转速度的计算的视图。
图9是示出了平移时操纵器的操作输入值和船桨的旋转速度之间的 关系的曲线图。
图10是示出回转时操纵器的操作输入值和船桨的旋转速度之间的关 系的曲线图。
图11是示出了主发动机的工作旋转速度、船桨的目标旋转速度和目 标滑移率之间的关系的曲线图。
图12是用于说明平移时主发动机的工作和推力器的操作的视图。
图13是用于说明回转时主发动机的工作的视图。
图14是用于说明平移和回转的组合时船体移动的视图。
具体实施方式
接着将参照附图详细描述根据本发明实施例的船舶操纵设备。图1 示意地示出了根据本发明实施例的船舶操纵设备所应用的船舶的构造。
该船舶具有两个安装在船体10上的主发动机11，并且船桨13分别 经由各自的船用齿轮箱12安装到主发动机11。主发动机11横向布置在 船体10的船尾侧。主发动机11的每个产生与工作旋转速度相对应的旋 转驱动力，并将旋转驱动力输出到相应的船用齿轮箱12。每个船用齿轮 箱12包括用于传递从相应主发动机11传递的旋转驱动力的多个齿轮， 并具有用于通过改变齿轮的啮合方式来将所传递的旋转驱动力的旋转方 向从正向改变到反向以及从反向改变到正向的离合器机构120。例如， 广泛公知的湿式多片式离合器机构被用作离合器机构120。将简要描述 该离合器机构120。
如图2部分地和示意地示出的，用在每个船用齿轮箱12中的离合器 机构120具有与离合器壳体121一体旋转的摩擦片122，和设置在离合器 壳体121内并与毂123一体旋转的分离片124，毂123又相对于离合器壳 体121旋转。摩擦片122和分离片124可相对于离合器壳体121或者毂 123轴向移动。
而且，活塞125设置在离合器壳体121内。油室126形成在活塞125 和离合器壳体121的内表面之间。工作流体被压力泵127加压，然后由 压力调节阀128进行压力调节，其中压力调节阀128的开度被电气控制 以调节液压。压力调节工作流体被供应到油室126。回位弹簧129沿着使 摩擦片122和分离片124彼此脱离的方向推压活塞125。
在这样构造的离合器机构120中，当工作流体被供应到油室126中 时，活塞125抵抗回位弹簧129的力向图2中的左方移动，并将压力施 加到摩擦片122和分离片124以使它们啮合。这在摩擦片122和分离片 124之间产生了预定的摩擦力，由此进行旋转驱动力的传递。
同时，当工作流体从油室126排出时，回位弹簧129的力使活塞125 向图2中的右方移动，由此使摩擦片122和分离片124彼此脱离。结 果，摩擦片122和分离片124之间的摩擦力下降，由此切断旋转驱动力 的传递。
每个船桨13可以通过操作如上所述的离合器机构120而正向或者反 向旋转，以切换将旋转驱动力传递到构成每个船用齿轮箱12的多个齿轮 的方式。当每个船桨13的旋转方向没有被切换时，通过改变离合器机构 120的摩擦片122和分离片124之间的摩擦力(换言之，通过控制供应到 油室126的工作流体的液压)，可以改变摩擦片122和分离片124之间 的相对旋转速度差(即，滑移率)。由此，可以与相应的主发动机11的 工作旋转速度相关地，来适当地改变每个船桨13的旋转速度(更具体而 言，可以以减少的方式改变每个船桨13的旋转速度)。
如图1所示，推力器14设置在船体10的船首侧。推力器14产生船 体10的左向或者右向上的预定推力，并包括电动机14a和用于产生左向 或者右向的推力的船桨14b。推力器14主要在微速移动中工作，以使船 体10被所产生的左向或者右向推力转动。
接着，将参照图3描述用于控制分别具有上述结构的主发动机11、 船用齿轮箱12(更具体而言，离合器机构120)和推力器14的工作的电 子控制系统。
电子控制系统具有主发动机旋转速度传感器21、船桨旋转速度传感 器22、压力调节阀控制电流传感器23和推力器旋转速度传感器24。主 发动机旋转速度传感器21分别设置在左右主发动机11上，并检测和输 出主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL。船桨旋转速度传感器22分 别设置在船用齿轮箱12的输出轴上，并且检测并输出左右船桨13的旋 转速度FpR和FpL。压力调节阀控制电流传感器23分别检测并输出流到 左右压力调节阀128的控制电流IR和IL。推力器旋转速度传感器14分 别检测并输出推力器14的船桨14b的、与右向和左向推力相关的旋转速 度FtR和FtL。
电子控制系统还具有操纵器25，操纵器25由船舶操作者在船舶要微 速移动时(例如，当船舶沿着码头靠岸，或者驶离码头时)操作，以用 于输入船舶的移动方向和移动速度。如图4示意性地示出，操纵器25包 括由船舶操作者倾斜的操纵杆25a和由船舶操作者转动的转盘25b。
当船舶操作者向船舶的前向或者后向倾斜操纵杆25a时，操纵器25 根据倾斜操作量(例如，倾斜角度或者倾斜量)来输出用于使船舶向前 或者向后移动指令信号x。当船舶操作者向船舶的左向或者右向倾斜操 纵杆25a时，操纵器25根据倾斜操作量来输出用于使船舶向左或者向右 移动的指令信号y。而且，当船舶操作者转动转盘25b时，操纵器25根 据转动操作量(例如，转动角度或者转动量)来输出用于使船舶转头的 指令信号z。
对于操纵杆25a和转盘25b的操作分别设定死区。死区是基于操纵 杆25a和转盘25b的满足下述条件的操作位置来确定的，所述条件是在 所述操作位置处，船桨13和船桨14b能够抵抗例如输出轴和滑动轴承之 间的摩擦力而可靠旋转。
当操纵杆25a向前倾斜时，指令信号x作为正值输出。当操纵杆25a 向右倾斜时，指令信号y作为正值输出。当转盘25b顺时针转动时指令 信号z作为正值输出。
传感器21至24和操纵器25连接到电子控制单元26的输入侧。电 子控制单元26具有作为主部件的由CPU、ROM、RAM等组成的微计算 机。电子控制单元26通过使用来自传感器21至24的检测值和来自操纵 器25的指令信号来执行程序，由此控制主发动机11、船用齿轮箱12的 离合器机构(更具体而言，压力调节阀128)和推力器14的工作。
驱动电路27、28和29连接到电子控制单元26的输出侧。驱动电路 27分别驱动并控制对两个主发动机11的节气门本体进行操作的相应致动 器。每个驱动电路27具有用于检测流经相应致动器的驱动电流的电流检 测器27a。由电流检测器27a检测的驱动电流反馈到电子控制单元26。 驱动电路28驱动并控制相应的压力调节阀128。驱动电路29例如是逆变 器电路，并控制从未示出的电池供应的电力，由此驱动并控制推力器14 的电动机14a。驱动电路29还具有用于检测流经电动机14a的驱动电流 的电流检测器29a，并且所检测到的驱动电流被反馈到电子控制单元 26。
接着，将参照图5的功能框图描述这样构造的实施例的操作，其中 图5示出了通过执行电子控制单元26中的计算机程序而产生的功能。电 子控制单元26包括用于计算连接到主发动机11的船桨13的目标旋转速 度和推力器14的船桨14b的操作控制速度的操作目标值计算部分30；用 于控制主发动机11和离合器机构120的操作，使得船桨13以各自所计 算出的目标旋转速度旋转的主发动机工作控制部分40；和用于控制推力 器14的工作使得船桨14b以所计算出的目标旋转速度旋转的推力器工作 控制部分50。
当船舶操作者操作操纵器25时，操纵器25基于倾斜操纵杆25a的 操作来输出指令信号x和指令信号y，并基于转动转盘25b的操作来输出 指令信号z。所输出的指令信号x、y和z被供应到电子控制单元26的操 作目标值计算部分30的指令值转换子部分31。通过使用指令信号x和 y，指令值转换子部分31计算船舶操作者所意图的船舶的移动方向θ和 移动距离r(移动速度r′)。此外，通过使用指令信号z，指令值转换子 部分31计算船舶操作者所意图的船舶的转头角度δ和转头角速度δ′。 移动方向θ、移动距离r(移动速度r′)、转头角度δ和转头角速度δ′ (以下称为指令值)供应到目标船桨旋转速度计算子部分32，目标船桨 旋转速度计算子部分32用于计算连接到相应主发动机11的船桨13和推 力器14的船桨14b的目标旋转速度。
基于所供应的指令值，目标船桨旋转速度计算子部分32分别计算用 于左右船桨13的目标旋转速度NpR和NpL，和用于船桨14b的、与右 向推力相关的目标旋转速度NtR或者与左向推力相关的目标旋转速度 NtL。接下来将详细描述目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL的计算。
首先将描述当船舶操作者操作操纵器25时，船舶的移动模式。在本 实施例中，船体10装备有两个主发动机11和推力器14，两个主发动机 11产生船体10前后方向上的相应推力，推力器14产生船体10左右方向 上的推力。当船舶操作者操作操纵器25时，船桨13的实际旋转速度 FpR和FpL和船桨14b的实际旋转速度FtR或者FtL被调节成使船舶平 移或者使船舶在原地转头(以下，此转头称为回转)。当船舶要平移 时，如下文所述，控制主发动机11、船用齿轮箱12和推力器14，且控 制方式为使得船桨13的实际旋转速度FpR和FpL分别与目标旋转速度 NpR和NpL一致，并且船桨14b的实际旋转速度FtR或者FtL与目标旋 转速度NtR或者NtL一致。当船舶要进行回转时，以船桨13的实际旋转 速度FpR和FpL分别变成目标旋转速度NpR和NpL的方式来控制两个 主发动机11和两个船用齿轮箱12。
当仅仅通过可操作地控制由主发动机11、船用齿轮箱12、船桨13 和推力器14(更具体而言，电动机14a和船桨14b)组成的推进系统来 使船舶进行平移或者回转时，以下移动方程式成立。具体地，当船舶进 行平移时，由式1表示的以下运动方程式成立。
T+Fwc＝m·r″+Cs·r′...式1
在式1中，T是由安装在船舶上的推进系统产生的推力的推力矢量的总 和，并由下式2表示。在式2中，n是与推进系统相对应的推进机构的数 量。
T＝∑Ti i＝1，2，...，n(n≥3)...式2
在式1中，Fwc是表示诸如风和海流之类的干扰的影响的值；m是船舶 的重量；Cs是衰减系数。此外，r是平移距离；r′是移动速度；r″移动加 速度。
在平移中，除了式1之外，关于推进系统产生的推力的力矩，下式3 成立。
M+Mwc＝0...式3
在式3中，M是由安装在船舶上的推进机构产生的推力的推力矩的总 和，并由下式4表示。
M＝∑Mi i＝1，2，...，n(n≥3)...式4
在式3中，Mwc是与之前提及的Fwc相关地产生的力矩。
接着，将描述推进系统产生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何相互 关联地作用在进行平移的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分别表示 为移动方向θ和移动距离r的函数(即，表示为Ti＝r·fi(θ)和 Mi＝Ti·Li·Si)，其中Li是船舶的重心和推力矢量之间的垂直长度，Si 是表示力矩作用方向的符号。为了容易理解，考虑当r＝1(0≤r≤1)和 θ＝0时(例如，当船舶向前航行时)推力矢量的总和。于是，根据以上 提及的式2，下式5成立。
T＝∑(fi(0)·cosαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式5 在式5中，αi是推进系统的推力矢量和船舶前后方向之间的角度。在船 舶以任意的移动方向θ移动的情况下，由式5计算的推力矢量的cos分 量的总和变成等于由推进系统产生的推力的推力矢量的cos分量的总 和。因而，基于上述式5，下式6成立。
T＝∑(fi(0)·cosαi)·cosθ＝∑(fi(θ)·cosαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式6
如在上式6的情况下，当θ＝π/2(例如，当船舶向右航行时)， 推力矢量的总和可以由下式7表示。
T＝∑(fi(π/2)·sinαi)·sinθ＝∑(fi(θ)·sinαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式7 因为平移，所以推力力矩的总和变成“0”。因而，基于式4，下式8成 立。
M＝∑(fi(θ)·Li·Si)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式8
因而，可以根据式6、7和8计算推进系统针对平移必须产生的推力 fi(θ)。
同时，当船舶进行回转时，由式9表示的以下运动方程式成立。
M+Mwc＝I·δ″+Ct·δ′...式9
在式9中，M是根据上述式4计算的推力力矩的总和。在式9中，I是船 体的惯性矩。此外，δ是转头角度；δ′是转头的角速度；δ″是转头的角 加速度。在回转中，关于由推进系统产生的推力的推力矢量的总和，下 式10成立。
T+Fwc＝0...式10
在式10中，T是根据上述式2计算的推力矢量的总和。
接着，将论述由推进系统产生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何互 相关联地作用在进行回转的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分别表 示为δ的函数(即，表示为Ti＝gi(δ)和Mi＝Ti·Li·Si)，其中Li 是船舶的重心和推力矢量之间的垂直长度，Si是表示力矩作用方向的符 号。当船舶进行回转时，推力矢量的总和变成“0”。因而，下式11和 12成立。
T＝∑(gi(δ)·cosαi)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式11
T＝∑gi(δ)·sinαi)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式12
因而，可以根据式11和式12计算推进系统针对回转产生的推力gi (δ)。
而且，当平移和回转组合在一起时，推进系统产生与平行移动相关 的推力r·fi(θ)加上与回转相关的推力gi(δ)的总推力(即，r·fi (θ)+gi(δ)的推力)。
在通过旋转船桨产生推力的情况下，存在其中在从船桨的旋转开始 起经过足够时间之后推力和阻力彼此平衡的区域(即，稳态区域)。在 稳态区域中，基于式1和式3以及式9和式10，在平移情况下式13和 14成立，在回转情况下式15和式16成立。
T＝Cs·r′...式13
M＝0...式14
M＝Ct·δ′...式15
T＝0...式16
在船桨的旋转产生推力S的情况下，关于推力S和船桨的旋转速度，公 知下式17成立。
S＝ρ·e2·D4·Ks...式17
在式17中，ρ是流体密度；D是船桨的直径；Ks是推力系数。
在湍流的情况下，公知阻力大致与速度的平方成比例。因而，移动 速度r′和转头角速度δ′假定与船桨的旋转速度成比例关系。本发明者等 人通过实验证实了移动速度r′与船桨的旋转速度e的关系以及转头角速度 δ′与船桨的旋转速度e的关系。实验结果在图6和图7中示出。可从图 6和图7中理解到，当船舶要以线性改变的移动速度r′进行平移时，或者 当船舶要以线性改变的转头角速度δ′进行回转时，可以线性地控制船桨 的旋转速度e。
基于以上情况，将针对本实施例的船舶要进行平移或者进行回转的 情况来描述船桨13的目标旋转速度NpR和NpL以及船桨14b的目标旋 转速度NtR或者NtL的计算。首先，将描述船舶平移的情况。
如上所述，根据本实施例的船舶装备有两个主发动机11和用作推进 系统的推力器14；因而，在前述式6至8中推进系统的数量n是“3”。 主发动机11的推理矢量和船体10的前后方向之间的角度是“0”，推力 器14的推力矢量和船体10的前后方向之间的角度是“π/2”。在前述式 6至8中，例如与n＝1相对应的推进机构被作为图1中右侧主发动机 11；例如与n＝2相对应的推进机构作为图1中的左侧主发动机11；与n ＝3相对应的推进机构作为推力器14。在前述式8中表示力矩的作用方 向的符号S规定如下：S1＝-1；S2＝1；以及S3＝1。于是，下式18至式20 成立。
(fR(0)+fL(0))·cosθ＝fR(θ)+fL(θ)...式18
ft(π/2)·sinθ＝ft(θ)...式...式19
-fR(θ)·LR+fL(θ)·LL+ft(θ)·Lt＝0 ...式20
在式18至式20中，fR(0)或者fR(θ)是右侧主发动机11的推 力；fL(0)或者fL(θ)是左侧主发动机11的推力；ft(π/2)或者ft (θ)是推力器4的推力。在式20中，“LR”是右侧主发动机11的推 力矢量与重心之间的距离；“LL”是左侧主发动机11的推力矢量与重心 之间的距离；“Lt”是推力器14的推力矢量与重心之间的距离。
基于前述是18至20，推进机构的推力可以根据下式21至23计算。
fR(θ)＝fR(0)·cosθ+fR(π/2)·sinθ...式21
fL(θ)＝fL(0)·cosθ-|fL(π/2)|·sinθ...式22
ft(θ)＝ft(π/2)·sinθ...式23
式22中的fL(0)是(LR/LL)·fR(0)，式21中的fR(π/2)和式 22中的-fL(π/2)是(Lt/(LR+LL))·ft(π/2)。
通过将这样计算的推力作为推进系统的旋转速度的函数，可以分别 获得平行移动所需的、左右船桨13的目标旋转速度NpR和NpL和船桨 14b的目标旋转速度NtR或者NtL。在此情况下，考虑到每个主发动机 11的正向旋转和反向旋转之间所产生的推力差和阻力差以及fR(θ)、 fL(θ)和ft(θ)之间的平衡，计算与图8中所示的四个区域相关的 目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL。图8示意性地图示了关于推力 fR(θ)的船桨旋转速度控制圆(即，连接到图1中的右侧主发动机11 的船桨13的旋转速度控制圆)。此处，fR_F(0)是用于使船舶向前移动的 旋转速度，fR_R(π)是用于使船舶向后移动的旋转速度，两者都响应于 船舶操作者对操纵器25的操作。此外，fR_F(π/2)是用于使船舶向右移 动的旋转速度，fR_R(π/2)是用于使船舶向左移动的旋转速度。
根据用于在区域A中平移的下式24，根据用于在区域B中平移的下 式25，根据用于在区域C中平移的下式26和根据用于在区域D中平移 的下式27，计算连接到右侧主发动机11的船桨13的目标旋转速度 NpR。
NpR＝fR_F(0)·cosθ+fR_F(π/2)·sinθ0≤θ＜π/2...式24
NpR＝|fR_R(π)|·cosθ+fR_F(π/2)·sinθπ/2≤θ＜π...式25
NpR＝|fR_R(π)|·cosθ+|fR_R(-π/2)|·sinθ-π≤θ＜-π/2...式26
NpR＝fR_F(0)·cosθ+|fR_R(-π/2)|·sinθ-π≤θ＜0...式27
其中，fR_F(0)、fR_R(π)、fR_F(π/2)和fR_R(-π/2)是通过实验确定的 系数。
类似于前述式24至27，根据用于在区域A中平移的下式28，根据 用于在区域B中平移的下式29，根据用于在区域C中平移的下式30和 根据用于在区域D中平移的下式31，计算连接到左侧主发动机11的船 桨13的目标旋转速度NpL。
NpL＝fL_F(0)·cosθ-|fL_R(π/2)|·sinθ0≤θ＜π/2...式28
NpL＝|fL_R(π)|·cosθ-|fL_R(π/2)|·sinθπ/2≤θ＜π...式29
NpL＝|fL_R(π)|·cosθ-fL_F(-π/2)·sinθ-π≤θ＜-π/2...式30
NpL＝fL_F(0)·cosθ-fL_F(-π/2)·sinθ-π≤θ＜0...式31
其中，fL F(0)、fL_R(π)、fL_F(π/2)和fL_R(-π/2)是通过实验确定的 系数。
而且，根据用于在区域A和B中平移的下式32和根据用于在区域 C和D中平移的下式33计算推力器14的船桨14b的目标旋转速度NtR 或者NtL。
NtR＝ft_R(π/2)·sinθ0≤θ＜π...式32
NtL＝|ft_L(-π/2)·sinθ-π≤θ＜0...式33
其中，ft_R(π/2)是当船桨14b产生右向推力时船桨14b的旋转速度； ft_L(-π/2)是当船桨14b产生左向推力时船桨14b的旋转速度；ft_R(π /2)和ft_L(-π/2)是通过实验确定的系数。
因而，当船舶操作者倾斜操纵器25的操纵杆25a时，针对船舶的平 移，目标船桨旋转速度计算子部分32根据式24至33计算左右船桨13 的目标旋转速度NpR和NpL，以及船桨14b的目标旋转速度NtR或者 NtL。代替前述式24至33的计算，可以参照如图9所示的转换对照图来 进行计算，图9包含相对于通过倾斜操纵器25的操纵杆25a的操作所指 定的移动方向θ，船桨13和14b的目标旋转速度NpR、NpL、NtR和 NtL。
接着，将描述回转。如在上述平移的情况那样，在回转中，在前述 式11和式12中出现并表示推进系统的数量的n也是“3”。主发动机11 的推力矢量和船体10的前后方向之间的角度为“0”，并且推力器14的 推力矢量和船体10的前后方向之间的角度为“π/2”。此外，在此情况 下，在前述式11和式12中，与n＝1相对应的推进机构作为图1中的右 侧主发动机11；与n＝2相对应的推进机构作为图1中的左侧主发动机 11；与n＝3相对应的推进机构作为推力器14。接着，下式34和35成 立。
gR(δ)+gL(δ)＝0...式34
gt(δ)＝0...式35
在式34和35中，gR(δ)是右侧主发动机11的推力；gL(δ)是左侧 主发动机11的推力；gt(δ)是推力器14的推力。
从式35明显可见，当船舶要进行回转时，由推力器14产生的推力 为“0”；换言之，在回转的情况下，推力器14不工作。因而，左右侧 主发动机11工作使得前述式34成立；更具体而言，使得分别产生在向 前移动的方向上和在向后移动的方向上产生推力，以进行回转。
通过将这样计算的两个主发动机11的推力作为旋转速度的相应函 数，可以获得回转所需的船桨13的目标旋转速度NpR和NpL。在此情 况情况下，考虑到每个主发动机11的正向旋转和反向旋转之间的所产生 的推力差和阻力差，针对主发动机11的正向旋转驱动和反向旋转驱动的 每个计算目标旋转速度NpR和NpL。具体地，基于前述式34和35，可 以分别根据下式36至39所表达的情况来计算左右船桨13的目标旋转速 度NpR和NpL。
NpR＝(gR_R(MAX)/MAX)·δ 0≤δ＜MAX...式36
NpR＝(gR_F(-MAX)/(-MAX))·δ-MAX≤δ＜0...式37
NpL＝(gL_F(MAX)/MAX)·δ 0≤δ＜MAX...式38
NpL＝(gL_R(-MAX)/(-MAX))·δ-MAX≤δ＜0...式39
在式36至39中，“MAX”是操纵器25的转盘25b的转动的最大量。在 式36中，gR_R(MAX)是在向后移动的方向上右侧主发动机11的最大推 力；在式37中，gR_F(-MAX)是在向前移动的方向上右侧主发动机11 的最大推力。而且，在式38中，gL_F(MAX)是在向前移动的方向上左侧 主发动机11的最大推力；在式39中，gL_R(-MAX)是在向后移动的方 向上左侧主发动机11的最大推力。
因而，当船舶操作者转动操纵器25的转盘25b时，针对船舶的回 转，目标船桨旋转速度计算子部分32根据式36至39计算左右船桨13 的目标旋转速度NpR和NpL。代替前述式36至39的计算，可以参照如 图9所示的转换对照图进行计算，图9包含相对于通过转动操纵器25的 转盘25b的操作所指定的转头角度δ，船桨13的目标旋转速度NpR和 NpL。
如上所述，由目标船桨旋转速度计算子部分32计算的船桨13和14b 的目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL供应到主发动机工作控制部分 40和推力器工作控制部分50。主发动机工作控制部分40控制主发动机 11和船用齿轮箱12的离合器机构120的工作，使得船桨13的实际旋转 速度FpR和FpL分别变成接收到的目标旋转速度NpR和NpL。即，主发 动机工作控制部分40的目标滑移率确定子部分41将来自主发动机旋转 速度传感器21的主发动机11的当前工作旋转速度FeR和FeL输入其 中，并根据所输入的工作旋转速度FeR和FeL确定用于船用齿轮箱12的 离合器机构120的目标滑移率U。接下来将参照图11描述目标滑移率确 定子部分41进行的对目标滑移率U的确定。
如图11所示，基于目标滑移率U根据主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL逐级改变(在本实施例中为三级)的关系来确定目标滑移率 U。具体而言，当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL是怠速旋转速 度时，目标滑移率U根据目标旋转速度NeR和NeL的增大而以大斜率 (以下称为第一斜率)减小的方式改变；当主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL从怠速旋转速度增大到小于预定旋转速度的旋转速度时，目 标滑移率U以小于第一斜率的斜率(以下称为第二斜率)减小的方式改 变；并且当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL增大到预定旋转速度 或者更大时，目标滑移率U改变成恒定值(即，目标滑移率U的下 限)。
通过如上所述以第一和第二斜率逐级改变目标滑移率U，可以线性 地改变船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。具体而言，当主发动机11 以等于怠速旋转速度的工作旋转速度FeR和FeL工作时；换言之，当主 发动机11在没有负荷的情况下工作时，通过线性改变离合器机构120的 实际滑移率，来实现以第一斜率改变目标滑移率U来确定目标滑移率 U。因而，当主发动机11以小于怠速旋转速度工作时，船桨13可以在其 实际旋转速度FpR和FpL被线性改变的情况下旋转。
通过将第一斜率设定到较大值，可以显著地改变目标滑移率U。这 允许较大地减小离合器机构120的实际滑移率；换言之，这可以建立促 进主发动机11的旋转驱动力传递到各个船桨13的状态。因而，可以可 靠地使船桨旋转。
当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL从怠速旋转速度改变到预 定旋转速度时，可以通过以第二斜率改变目标滑移率U来确定目标滑移 率U。在此情况下，离合器机构120的实际滑移率根据主发动机11的工 作旋转速度FeR和FeL的改变而线性地改变。因而，船桨13可以在其实 际旋转速度FpR和FpL被线性地改变的情况下被旋转。而且，当主发动 机11以等于或者大于预定旋转速度的工作旋转速度FeR和FeL工作时， 可以使目标滑移率U恒定。在此情况下，由于离合器机构120的实际滑 移率恒定，所以船桨13的实际旋转速度FpR和FpL根据主发动机11的 工作旋转速度FeR和FeL的改变而线性地改变。通过以此方式改变目标 滑移率U，可以线性地改变船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。因而， 如上所述，可以线性地改变平移时的移动速度，使得船舶操作者可以轻 松地使船舶移动。
当通过以第二斜率改变目标滑移率U，来使主发动机11的工作旋转 速度FeR和FeL在从怠速旋转速度到小于预定的旋转速度的范围内改变 时，可以减小与离合器机构120的摩擦片122和分离片124之间的啮合 相关的冲击，这在以下描述。
例如，假定没有采用第二斜率，并且当主发动机11以怠速旋转速度 工作时(即，当主发动机11在没有负荷的情况下工作时)，船舶操作者 已经急剧地操作操纵器25，连接到相应主发动机11的船桨13开始旋转 以响应该操作。此时，由于船舶操作者已经急剧操作了操纵器25，目标 滑移率确定子部分将目标滑移率U急剧地减小到其下限(目标滑移率U 在该下限变为恒定)，以使船桨13的旋转速度达到各自的目标旋转速度 NpR和NpL。同时，当船桨13急剧开始旋转时，相关阻力增大，使得主 发动机11的工作旋转速度FeR和FeL瞬时下降。在此状态下，由于实际 滑移率变成小于目标滑移率U(离合器机构120“过冲”到直接连接状 态)，船桨13的实际旋转速度FpR和FpL变得分别高于目标旋转速度 NeR和NeL；换言之，船桨13过度旋转。在此状态下，船舶急剧移动， 潜在地将不舒适带给了船舶上的乘客。
相比之下，设定第二斜率可以减小实际滑移率相对于主发动机11的 工作旋转速度FeR和FeL的改变而发生的改变。即，与其中目标滑移率 U从第一斜率直接改变为恒定值的目标滑移率U改变模式相比，设定第 二斜率建立了其中目标滑移率U从第一斜率平缓地改变到恒定值的目标 滑移率U改变模式。因而，即使当主发动11的工作旋转速度FeR和FeL 由于船舶操作者急剧操作操纵器25而瞬时下降时，设定第二斜率允许通 过以第二斜率改变目标滑移率来确定目标滑移率U。这可以限制实际滑 移率的急剧改变，并可以抑制以上过冲的趋势。这可以防止船舶上的乘 客感受到不舒适。
再次回到图5的描述，当目标滑移率确定子部分41确定了目标滑移 率U时，目标滑移率确定子部分41将确定了的目标滑移率U供应到驱 动控制子部分42。驱动控制子部分42根据船桨13的目标旋转速度NpR 和NpL控制驱动电路27，由此控制主发动机11的节气门本体的相应开 度；即，控制相应致动器的操作。因而，调节主发动机11的工作旋转速 度FeR和FeL。此外，驱动控制子部分42控制驱动电路28，使得与确定 了的目标滑移率相对应的预设驱动电流流到设置在离合器机构120上的 相应压力调节阀128。此时，基于从相应压力调节阀电流传感器27输入 的电流IR和IL，驱动控制子部分42对驱动电路28进行反馈控制。
而且，驱动控制子部分42从相应的主发动机旋转速度传感器21接 收主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL，并从相应的船桨旋转速度传 感器22接收船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。驱动控制子部分42控 制驱动电路28，使得船桨13的实际旋转速度FpR和FpL分别变成目标 目标旋转速度NpR和NpL。然而，由于诸如海流和风之类的干扰或者附 在船桨13的灰尘等的影响，船桨13可能不能以各自的目标旋转速度 NpR和NpL旋转。
为了处理以上问题，基于从主发动机旋转速度传感器21输入的工作 旋转速度FeR和FeL和相应的从船桨旋转速度传感器25输入的螺旋桨 13的实际旋转速度FpR和FpL之间的差值，驱动控制子部分42适当地 校正驱动电流，并对驱动电路28进行反馈控制使得校正了的驱动电路进 行流动。这可以优化离合器机构120的实际滑移率，使得船桨13能以各 自的目标旋转速度NpR和NpL旋转。
同时，推力器工作控制部分50控制电动机14的工作，使得船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL变成所供应的目标旋转速度NtR或者 NtL。推力器工作控制部分50的工作确定子部分51根据所供应的目标旋 转速度NtR或者NtL来确定船桨14b的旋转方向。根据对船桨14b的旋 转方向的确定，驱动控制子部分52控制电动机14a的驱动。具体地，驱 动控制子部分52从驱动电路29接收流经电动机14a的驱动电流值，并 对驱动电路29进行反馈控制，使得与目标旋转速度NtR或者NtL相对应 的驱动电流流经电动机14a。通过这样对电动机14b的驱动的控制，电动 机14a使船桨14b以目标旋转速度NtR或者NtL旋转，使得船桨14b产 生相关的推力。
此外，驱动控制子部分52从推力器旋转速度传感器24接收船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL，并控制电动机14的驱动，使得船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL变成目标旋转速度NtR或者NtL。如以上 所提及的，驱动控制子部分52将与目标旋转速度NtR或者NtL相对应的 预设驱动电流经由驱动电路29施加到电动机14a，从而驱动电动机 14a。然而，由于例如附着在船体10和船桨14b的灰尘，不能够使船桨 14b的实际旋转速度FtR或者FtL保持在目标旋转速度NtR或者NtL。为 了处理该问题，通过使用从推力器旋转速度传感器24输入的船桨14b的 实际旋转速度FtR或者FtL，驱动控制子部分52适当地校正驱动电流， 并对驱动电路29进行反馈控制使得校正了的驱动电流进行流动。由此， 船桨14b能以目标旋转速度NtR或者NtL可靠地旋转，使得推力器14可 以产生适当的推力。
当如上所述在旋转速度方面控制连接到两个主发动机11的船桨13 和推力器14的船桨14b时，船舶根据船舶操作者对操纵器25的操作来 进行平移操作、回转操作或者这些操作的组合。具体地，当例如船舶操 作者向右倾斜操纵器25的操纵杆25a由此输入与θ＝π/2相关的值时， 船舶向右平移。此时，推进系统如图12所示工作。图12中的箭头示出 了船舶在推进系统产生的推力作用下航行的方向。
当例如船舶操作者顺时针转动操纵器25的转盘25b由此输入与δ＝ MAX相关的值时，船舶进行顺时针回转。此时，推进系统如图13所示 工作。图13中的箭头示出了船舶在推进系统的推力作用下转头的方向。 在回转的情况下，推力器14不工作，并且主发动机11产生彼此相反方 向的推力，由此船舶在原地转头。
而且，当船舶操作者倾斜操纵器25的操纵杆25a，并且还转动操作 器25的转盘25b时，船舶在平移的同时转头。如图14中示意性地示出 了这些船舶操作。船舶操作者可以通过操作操纵器25来使船舶在每个方 向上移动。
如从以上描述可理解到，根据本实施例的船舶操纵设备允许船舶操 作者仅仅通过操作操纵器25使船舶在微速航行的同时进行平移和回转。 因而，即使船舶操作者不熟悉该船舶的行为改变，他/她可以非常轻松地 用简单的操作操纵船舶。
可以计算船桨13的目标旋转速度NpR和NpL和推力器14的船桨 14b的目标旋转速度NtR或者NtL，以实现如船舶操作者用操纵器25操 纵的船舶移动模式。可以使船用齿轮箱12的离合器机构120和电动机 14a工作以使得船桨13以目标旋转速度NpR和NpL旋转。因而，可以有 利地重现船舶操作者所意图的船舶移动模式；结果，船舶操作者可以用 简单的操作操纵船舶。
通过在预定的范围内改变目标滑移率U来确定船用齿轮箱12的离合 器机构120的目标滑移率U，可以线性地改变连接到相应主发动机11的 船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。因而，可以以船桨13的旋转速度 线性地改变到目标旋转速度NpR和NpL的方式使船桨13旋转，使得船 舶可以非常容易和精确地移动。
此时，可以根据主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL逐级改变离 合器机构120的目标滑移率U。具体地，当主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL是怠速旋转速度时，以第一斜率改变目标滑移率U；当工作 旋转速度FeR和FeL大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度时，以第二 斜率改变目标滑移率U；当工作旋转速度FeR和FeL等于或者大于预定 旋转速度时，使目标滑移率U保持恒定。这允许根据主发动机11的工作 旋转速度FeR和FeL确定最佳目标滑移率U。
尤其是，即使当主发动机11以怠速旋转速度工作时，通过基于第一 斜率改变目标滑移率U，船桨13可以以目标旋转速度NpR和NpL可靠 地工作。通过考虑离合器机构120的耐久性来确定目标滑移率U所采用 的恒定值，离合器机构120可以具有良好的耐久性。
而且，设定第二斜率可以有效地防止与离合器机构120的操作相关 的冲击的产生。由此，不会将不舒适性带给船舶上的乘客。此外，操纵 器25可以由操纵杆25a和转盘25b以如下方式组成：操纵杆25a和转盘 25b联合在一起，船舶操作者倾斜操纵杆25a，并转动转盘25b。由此， 例如，当船舶要沿着码头靠岸或者驶离码头时，船舶操作者可以单手操 纵船舶，因而享受到非常良好的可操作性。
本发明不限于以上所述的实施例，并且可以在不脱离本发明目的的 情况下以各种其它形式来实施。
例如，在以上实施例纵，推进系统由三个推进机构(即，两个主发 动机11和设置在船首的推力器14)构成。然而，推进系统可以由四个或 者更多推进机构构成；例如，可以在船体10的船首侧设置附加的推力 器。在此情况下，通过在前述式5至8以及式11和12中采用n＝4，可 以以类似于前述式24至33以及式34和35的方式来计算船桨的目标旋 转速度。因而，可以预期与以上实施例的效果类似的效果。
在涉及具有布置在水下以产生推力的船桨13和船桨14b的船舶的情 况下，描述了以上实施例。然而，由于前述式5至8以及式11和12是 关于流体(例如，空气)成立的，所以本发明的船舶操纵设备可以应用 到例如气垫船。在此情况下，如果与以上实施例相似地设定空气排出方 向，可以预期的效果与以上实施例的效果相似。
该船舶具有两个安装在船体10上的主发动机11，并且船桨13分别 经由各自的船用齿轮箱12安装到主发动机11。主发动机11横向布置在 船体10的船尾侧。主发动机11的每个产生与工作旋转速度相对应的旋 转驱动力，并将旋转驱动力输出到相应的船用齿轮箱12。每个船用齿轮 箱12包括用于传递从相应主发动机11传递的旋转驱动力的多个齿轮， 并具有用于通过改变齿轮的啮合方式来将所传递的旋转驱动力的旋转方 向从正向改变到反向以及从反向改变到正向的离合器机构120。例如， 广泛公知的湿式多片式离合器机构被用作离合器机构120。将简要描述 该离合器机构120。
如图2部分地和示意地示出的，用在每个船用齿轮箱12中的离合器 机构120具有与离合器壳体121一体旋转的摩擦片122，和设置在离合器 壳体121内并与毂123一体旋转的分离片124，毂123又相对于离合器壳 体121旋转。摩擦片122和分离片124可相对于离合器壳体121或者毂 123轴向移动。
而且，活塞125设置在离合器壳体121内。油室126形成在活塞125 和离合器壳体121的内表面之间。工作流体被压力泵127加压，然后由 压力调节阀128进行压力调节，其中压力调节阀128的开度被电气控制 以调节液压。压力调节工作流体被供应到油室126。回位弹簧129沿着使 摩擦片122和分离片124彼此脱离的方向推压活塞125。
在这样构造的离合器机构120中，当工作流体被供应到油室126中 时，活塞125抵抗回位弹簧129的力向图2中的左方移动，并将压力施 加到摩擦片122和分离片124以使它们啮合。这在摩擦片122和分离片 124之间产生了预定的摩擦力，由此进行旋转驱动力的传递。
同时，当工作流体从油室126排出时，回位弹簧129的力使活塞125 向图2中的右方移动，由此使摩擦片122和分离片124彼此脱离。结 果，摩擦片122和分离片124之间的摩擦力下降，由此切断旋转驱动力 的传递。
每个船桨13可以通过操作如上所述的离合器机构120而正向或者反 向旋转，以切换将旋转驱动力传递到构成每个船用齿轮箱12的多个齿轮 的方式。当每个船桨13的旋转方向没有被切换时，通过改变离合器机构 120的摩擦片122和分离片124之间的摩擦力(换言之，通过控制供应到 油室126的工作流体的液压)，可以改变摩擦片122和分离片124之间 的相对旋转速度差(即，滑移率)。由此，可以与相应的主发动机11的 工作旋转速度相关地，来适当地改变每个船桨13的旋转速度(更具体而 言，可以以减少的方式改变每个船桨13的旋转速度)。
如图1所示，推力器14设置在船体10的船首侧。推力器14产生船 体10的左向或者右向上的预定推力，并包括电动机14a和用于产生左向 或者右向的推力的船桨14b。推力器14主要在微速移动中工作，以使船 体10被所产生的左向或者右向推力转动。
接着，将参照图3描述用于控制分别具有上述结构的主发动机11、 船用齿轮箱12(更具体而言，离合器机构120)和推力器14的工作的电 子控制系统。
电子控制系统具有主发动机旋转速度传感器21、船桨旋转速度传感 器22、压力调节阀控制电流传感器23和推力器旋转速度传感器24。主 发动机旋转速度传感器21分别设置在左右主发动机11上，并检测和输 出主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL。船桨旋转速度传感器22分 别设置在船用齿轮箱12的输出轴上，并且检测并输出左右船桨13的旋 转速度FpR和FpL。压力调节阀控制电流传感器23分别检测并输出流到 左右压力调节阀128的控制电流IR和IL。推力器旋转速度传感器14分 别检测并输出推力器14的船桨14b的、与右向和左向推力相关的旋转速 度FtR和FtL。
电子控制系统还具有操纵器25，操纵器25由船舶操作者在船舶要微 速移动时(例如，当船舶沿着码头靠岸，或者驶离码头时)操作，以用 于输入船舶的移动方向和移动速度。如图4示意性地示出，操纵器25包 括由船舶操作者倾斜的操纵杆25a和由船舶操作者转动的转盘25b。
当船舶操作者向船舶的前向或者后向倾斜操纵杆25a时，操纵器25 根据倾斜操作量(例如，倾斜角度或者倾斜量)来输出用于使船舶向前 或者向后移动指令信号x。当船舶操作者向船舶的左向或者右向倾斜操 纵杆25a时，操纵器25根据倾斜操作量来输出用于使船舶向左或者向右 移动的指令信号y。而且，当船舶操作者转动转盘25b时，操纵器25根 据转动操作量(例如，转动角度或者转动量)来输出用于使船舶转头的 指令信号z。
对于操纵杆25a和转盘25b的操作分别设定死区。死区是基于操纵 杆25a和转盘25b的满足下述条件的操作位置来确定的，所述条件是在 所述操作位置处，船桨13和船桨14b能够抵抗例如输出轴和滑动轴承之 间的摩擦力而可靠旋转。
当操纵杆25a向前倾斜时，指令信号x作为正值输出。当操纵杆25a 向右倾斜时，指令信号y作为正值输出。当转盘25b顺时针转动时指令 信号z作为正值输出。
传感器21至24和操纵器25连接到电子控制单元26的输入侧。电 子控制单元26具有作为主部件的由CPU、ROM、RAM等组成的微计算 机。电子控制单元26通过使用来自传感器21至24的检测值和来自操纵 器25的指令信号来执行程序，由此控制主发动机11、船用齿轮箱12的 离合器机构(更具体而言，压力调节阀128)和推力器14的工作。
驱动电路27、28和29连接到电子控制单元26的输出侧。驱动电路 27分别驱动并控制对两个主发动机11的节气门本体进行操作的相应致动 器。每个驱动电路27具有用于检测流经相应致动器的驱动电流的电流检 测器27a。由电流检测器27a检测的驱动电流反馈到电子控制单元26。 驱动电路28驱动并控制相应的压力调节阀128。驱动电路29例如是逆变 器电路，并控制从未示出的电池供应的电力，由此驱动并控制推力器14 的电动机14a。驱动电路29还具有用于检测流经电动机14a的驱动电流 的电流检测器29a，并且所检测到的驱动电流被反馈到电子控制单元 26。
接着，将参照图5的功能框图描述这样构造的实施例的操作，其中 图5示出了通过执行电子控制单元26中的计算机程序而产生的功能。电 子控制单元26包括用于计算连接到主发动机11的船桨13的目标旋转速 度和推力器14的船桨14b的操作控制速度的操作目标值计算部分30；用 于控制主发动机11和离合器机构120的操作，使得船桨13以各自所计 算出的目标旋转速度旋转的主发动机工作控制部分40；和用于控制推力 器14的工作使得船桨14b以所计算出的目标旋转速度旋转的推力器工作 控制部分50。
当船舶操作者操作操纵器25时，操纵器25基于倾斜操纵杆25a的 操作来输出指令信号x和指令信号y，并基于转动转盘25b的操作来输出 指令信号z。所输出的指令信号x、y和z被供应到电子控制单元26的操 作目标值计算部分30的指令值转换子部分31。通过使用指令信号x和 y，指令值转换子部分31计算船舶操作者所意图的船舶的移动方向θ和 移动距离r(移动速度r′)。此外，通过使用指令信号z，指令值转换子 部分31计算船舶操作者所意图的船舶的转头角度δ和转头角速度δ′。 移动方向θ、移动距离r(移动速度r′)、转头角度δ和转头角速度δ′ (以下称为指令值)供应到目标船桨旋转速度计算子部分32，目标船桨 旋转速度计算子部分32用于计算连接到相应主发动机11的船桨13和推 力器14的船桨14b的目标旋转速度。
基于所供应的指令值，目标船桨旋转速度计算子部分32分别计算用 于左右船桨13的目标旋转速度NpR和NpL，和用于船桨14b的、与右 向推力相关的目标旋转速度NtR或者与左向推力相关的目标旋转速度 NtL。接下来将详细描述目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL的计算。
首先将描述当船舶操作者操作操纵器25时，船舶的移动模式。在本 实施例中，船体10装备有两个主发动机11和推力器14，两个主发动机 11产生船体10前后方向上的相应推力，推力器14产生船体10左右方向 上的推力。当船舶操作者操作操纵器25时，船桨13的实际旋转速度 FpR和FpL和船桨14b的实际旋转速度FtR或者FtL被调节成使船舶平 移或者使船舶在原地转头(以下，此转头称为回转)。当船舶要平移 时，如下文所述，控制主发动机11、船用齿轮箱12和推力器14，且控 制方式为使得船桨13的实际旋转速度FpR和FpL分别与目标旋转速度 NpR和NpL一致，并且船桨14b的实际旋转速度FtR或者FtL与目标旋 转速度NtR或者NtL一致。当船舶要进行回转时，以船桨13的实际旋转 速度FpR和FpL分别变成目标旋转速度NpR和NpL的方式来控制两个 主发动机11和两个船用齿轮箱12。
当仅仅通过可操作地控制由主发动机11、船用齿轮箱12、船桨13 和推力器14(更具体而言，电动机14a和船桨14b)组成的推进系统来 使船舶进行平移或者回转时，以下移动方程式成立。具体地，当船舶进 行平移时，由式1表示的以下运动方程式成立。
T+Fwc＝m·r″+Cs·r′...式1
在式1中，T是由安装在船舶上的推进系统产生的推力的推力矢量的总 和，并由下式2表示。在式2中，n是与推进系统相对应的推进机构的数 量。
T＝∑Ti i＝1，2，...，n(n≥3)...式2
在式1中，Fwc是表示诸如风和海流之类的干扰的影响的值；m是船舶 的重量；Cs是衰减系数。此外，r是平移距离；r′是移动速度；r″移动加 速度。
在平移中，除了式1之外，关于推进系统产生的推力的力矩，下式3 成立。
M+Mwc＝0...式3
在式3中，M是由安装在船舶上的推进机构产生的推力的推力矩的总 和，并由下式4表示。
M＝∑Mi i＝1，2，...，n(n≥3)...式4
在式3中，Mwc是与之前提及的Fwc相关地产生的力矩。
接着，将描述推进系统产生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何相互 关联地作用在进行平移的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分别表示 为移动方向θ和移动距离r的函数(即，表示为Ti＝r·fi(θ)和 Mi＝Ti·Li·Si)，其中Li是船舶的重心和推力矢量之间的垂直长度，Si 是表示力矩作用方向的符号。为了容易理解，考虑当r＝1(0≤r≤1)和 θ＝0时(例如，当船舶向前航行时)推力矢量的总和。于是，根据以上 提及的式2，下式5成立。
T＝∑(fi(0)·cosαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式5 在式5中，αi是推进系统的推力矢量和船舶前后方向之间的角度。在船 舶以任意的移动方向θ移动的情况下，由式5计算的推力矢量的cos分 量的总和变成等于由推进系统产生的推力的推力矢量的cos分量的总 和。因而，基于上述式5，下式6成立。
T＝∑(fi(0)·cosαi)·cosθ＝∑(fi(θ)·cosαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式6
如在上式6的情况下，当θ＝π/2(例如，当船舶向右航行时)， 推力矢量的总和可以由下式7表示。
T＝∑(fi(π/2)·sinαi)·sinθ＝∑(fi(θ)·sinαi)i＝1，2，...，n(n≥3)...式7 因为平移，所以推力力矩的总和变成“0”。因而，基于式4，下式8成 立。
M＝∑(fi(θ)·Li·Si)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式8
因而，可以根据式6、7和8计算推进系统针对平移必须产生的推力 fi(θ)。
同时，当船舶进行回转时，由式9表示的以下运动方程式成立。
M+Mwc＝I·δ″+Ct·δ′...式9
在式9中，M是根据上述式4计算的推力力矩的总和。在式9中，I是船 体的惯性矩。此外，δ是转头角度；δ′是转头的角速度；δ″是转头的角 加速度。在回转中，关于由推进系统产生的推力的推力矢量的总和，下 式10成立。
T+Fwc＝0...式10
在式10中，T是根据上述式2计算的推力矢量的总和。
接着，将论述由推进系统产生的推力矢量Ti和推力力矩Mi如何互 相关联地作用在进行回转的船舶上。推力矢量Ti和推力力矩Mi分别表 示为δ的函数(即，表示为Ti＝gi(δ)和Mi＝Ti·Li·Si)，其中Li 是船舶的重心和推力矢量之间的垂直长度，Si是表示力矩作用方向的符 号。当船舶进行回转时，推力矢量的总和变成“0”。因而，下式11和 12成立。
T＝∑(gi(δ)·cosαi)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式11
T＝∑gi(δ)·sinαi)＝0 i＝1，2，...，n(n≥3)...式12
因而，可以根据式11和式12计算推进系统针对回转产生的推力gi (δ)。
而且，当平移和回转组合在一起时，推进系统产生与平行移动相关 的推力r·fi(θ)加上与回转相关的推力gi(δ)的总推力(即，r·fi (θ)+gi(δ)的推力)。
在通过旋转船桨产生推力的情况下，存在其中在从船桨的旋转开始 起经过足够时间之后推力和阻力彼此平衡的区域(即，稳态区域)。在 稳态区域中，基于式1和式3以及式9和式10，在平移情况下式13和 14成立，在回转情况下式15和式16成立。
T＝Cs·r′...式13
M＝0...式14
M＝Ct·δ′...式15
T＝0...式16
在船桨的旋转产生推力S的情况下，关于推力S和船桨的旋转速度，公 知下式17成立。
S＝ρ·e2·D4·Ks...式17
在式17中，ρ是流体密度；D是船桨的直径；Ks是推力系数。
在湍流的情况下，公知阻力大致与速度的平方成比例。因而，移动 速度r′和转头角速度δ′假定与船桨的旋转速度成比例关系。本发明者等 人通过实验证实了移动速度r′与船桨的旋转速度e的关系以及转头角速度 δ′与船桨的旋转速度e的关系。实验结果在图6和图7中示出。可从图 6和图7中理解到，当船舶要以线性改变的移动速度r′进行平移时，或者 当船舶要以线性改变的转头角速度δ′进行回转时，可以线性地控制船桨 的旋转速度e。
基于以上情况，将针对本实施例的船舶要进行平移或者进行回转的 情况来描述船桨13的目标旋转速度NpR和NpL以及船桨14b的目标旋 转速度NtR或者NtL的计算。首先，将描述船舶平移的情况。
如上所述，根据本实施例的船舶装备有两个主发动机11和用作推进 系统的推力器14；因而，在前述式6至8中推进系统的数量n是“3”。 主发动机11的推理矢量和船体10的前后方向之间的角度是“0”，推力 器14的推力矢量和船体10的前后方向之间的角度是“π/2”。在前述式 6至8中，例如与n＝1相对应的推进机构被作为图1中右侧主发动机 11；例如与n＝2相对应的推进机构作为图1中的左侧主发动机11；与n ＝3相对应的推进机构作为推力器14。在前述式8中表示力矩的作用方 向的符号S规定如下：S1＝-1；S2＝1；以及S3＝1。于是，下式18至式20 成立。
(fR(0)+fL(0))·cosθ＝fR(θ)+fL(θ)...式18
ft(π/2)·sinθ＝ft(θ)...式...式19
-fR(θ)·LR+fL(θ)·LL+ft(θ)·Lt＝0 ...式20
在式18至式20中，fR(0)或者fR(θ)是右侧主发动机11的推 力；fL(0)或者fL(θ)是左侧主发动机11的推力；ft(π/2)或者ft (θ)是推力器4的推力。在式20中，“LR”是右侧主发动机11的推 力矢量与重心之间的距离；“LL”是左侧主发动机11的推力矢量与重心 之间的距离；“Lt”是推力器14的推力矢量与重心之间的距离。
基于前述是18至20，推进机构的推力可以根据下式21至23计算。
fR(θ)＝fR(0)·cosθ+fR(π/2)·sinθ...式21
fL(θ)＝fL(0)·cosθ-|fL(π/2)|·sinθ...式22
ft(θ)＝ft(π/2)·sinθ...式23
式22中的fL(0)是(LR/LL)·fR(0)，式21中的fR(π/2)和式 22中的-fL(π/2)是(Lt/(LR+LL))·ft(π/2)。
通过将这样计算的推力作为推进系统的旋转速度的函数，可以分别 获得平行移动所需的、左右船桨13的目标旋转速度NpR和NpL和船桨 14b的目标旋转速度NtR或者NtL。在此情况下，考虑到每个主发动机 11的正向旋转和反向旋转之间所产生的推力差和阻力差以及fR(θ)、 fL(θ)和ft(θ)之间的平衡，计算与图8中所示的四个区域相关的 目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL。图8示意性地图示了关于推力 fR(θ)的船桨旋转速度控制圆(即，连接到图1中的右侧主发动机11 的船桨13的旋转速度控制圆)。此处，fR_F(0)是用于使船舶向前移动的 旋转速度，fR_R(π)是用于使船舶向后移动的旋转速度，两者都响应于 船舶操作者对操纵器25的操作。此外，fR_F(π/2)是用于使船舶向右移 动的旋转速度，fR_R(π/2)是用于使船舶向左移动的旋转速度。
根据用于在区域A中平移的下式24，根据用于在区域B中平移的下 式25，根据用于在区域C中平移的下式26和根据用于在区域D中平移 的下式27，计算连接到右侧主发动机11的船桨13的目标旋转速度 NpR。
NpR＝fR_F(0)·cosθ+fR_F(π/2)·sinθ0≤θ＜π/2...式24
NpR＝|fR_R(π)|·cosθ+fR_F(π/2)·sinθπ/2≤θ＜π...式25
NpR＝|fR_R(π)|·cosθ+|fR_R(-π/2)|·sinθ-π≤θ＜-π/2...式26
NpR＝fR_F(0)·cosθ+|fR_R(-π/2)|·sinθ-π≤θ＜0...式27
其中，fR_F(0)、fR_R(π)、fR_F(π/2)和fR_R(-π/2)是通过实验确定的 系数。
类似于前述式24至27，根据用于在区域A中平移的下式28，根据 用于在区域B中平移的下式29，根据用于在区域C中平移的下式30和 根据用于在区域D中平移的下式31，计算连接到左侧主发动机11的船 桨13的目标旋转速度NpL。
NpL＝fL_F(0)·cosθ-|fL_R(π/2)|·sinθ0≤θ＜π/2...式28
NpL＝|fL_R(π)|·cosθ-|fL_R(π/2)|·sinθπ/2≤θ＜π...式29
NpL＝|fL_R(π)|·cosθ-fL_F(-π/2)·sinθ-π≤θ＜-π/2...式30
NpL＝fL_F(0)·cosθ-fL_F(-π/2)·sinθ-π≤θ＜0...式31
其中，fL F(0)、fL_R(π)、fL_F(π/2)和fL_R(-π/2)是通过实验确定的 系数。
而且，根据用于在区域A和B中平移的下式32和根据用于在区域 C和D中平移的下式33计算推力器14的船桨14b的目标旋转速度NtR 或者NtL。
NtR＝ft_R(π/2)·sinθ0≤θ＜π...式32
NtL＝|ft_L(-π/2)·sinθ-π≤θ＜0...式33
其中，ft_R(π/2)是当船桨14b产生右向推力时船桨14b的旋转速度； ft_L(-π/2)是当船桨14b产生左向推力时船桨14b的旋转速度；ft_R(π /2)和ft_L(-π/2)是通过实验确定的系数。
因而，当船舶操作者倾斜操纵器25的操纵杆25a时，针对船舶的平 移，目标船桨旋转速度计算子部分32根据式24至33计算左右船桨13 的目标旋转速度NpR和NpL，以及船桨14b的目标旋转速度NtR或者 NtL。代替前述式24至33的计算，可以参照如图9所示的转换对照图来 进行计算，图9包含相对于通过倾斜操纵器25的操纵杆25a的操作所指 定的移动方向θ，船桨13和14b的目标旋转速度NpR、NpL、NtR和 NtL。
接着，将描述回转。如在上述平移的情况那样，在回转中，在前述 式11和式12中出现并表示推进系统的数量的n也是“3”。主发动机11 的推力矢量和船体10的前后方向之间的角度为“0”，并且推力器14的 推力矢量和船体10的前后方向之间的角度为“π/2”。此外，在此情况 下，在前述式11和式12中，与n＝1相对应的推进机构作为图1中的右 侧主发动机11；与n＝2相对应的推进机构作为图1中的左侧主发动机 11；与n＝3相对应的推进机构作为推力器14。接着，下式34和35成 立。
gR(δ)+gL(δ)＝0...式34
gt(δ)＝0...式35
在式34和35中，gR(δ)是右侧主发动机11的推力；gL(δ)是左侧 主发动机11的推力；gt(δ)是推力器14的推力。
从式35明显可见，当船舶要进行回转时，由推力器14产生的推力 为“0”；换言之，在回转的情况下，推力器14不工作。因而，左右侧 主发动机11工作使得前述式34成立；更具体而言，使得分别产生在向 前移动的方向上和在向后移动的方向上产生推力，以进行回转。
通过将这样计算的两个主发动机11的推力作为旋转速度的相应函 数，可以获得回转所需的船桨13的目标旋转速度NpR和NpL。在此情 况情况下，考虑到每个主发动机11的正向旋转和反向旋转之间的所产生 的推力差和阻力差，针对主发动机11的正向旋转驱动和反向旋转驱动的 每个计算目标旋转速度NpR和NpL。具体地，基于前述式34和35，可 以分别根据下式36至39所表达的情况来计算左右船桨13的目标旋转速 度NpR和NpL。
NpR＝(gR_R(MAX)/MAX)·δ 0≤δ＜MAX...式36
NpR＝(gR_F(-MAX)/(-MAX))·δ-MAX≤δ＜0...式37
NpL＝(gL_F(MAX)/MAX)·δ 0≤δ＜MAX...式38
NpL＝(gL_R(-MAX)/(-MAX))·δ-MAX≤δ＜0...式39
在式36至39中，“MAX”是操纵器25的转盘25b的转动的最大量。在 式36中，gR_R(MAX)是在向后移动的方向上右侧主发动机11的最大推 力；在式37中，gR_F(-MAX)是在向前移动的方向上右侧主发动机11 的最大推力。而且，在式38中，gL_F(MAX)是在向前移动的方向上左侧 主发动机11的最大推力；在式39中，gL_R(-MAX)是在向后移动的方 向上左侧主发动机11的最大推力。
因而，当船舶操作者转动操纵器25的转盘25b时，针对船舶的回 转，目标船桨旋转速度计算子部分32根据式36至39计算左右船桨13 的目标旋转速度NpR和NpL。代替前述式36至39的计算，可以参照如 图9所示的转换对照图进行计算，图9包含相对于通过转动操纵器25的 转盘25b的操作所指定的转头角度δ，船桨13的目标旋转速度NpR和 NpL。
如上所述，由目标船桨旋转速度计算子部分32计算的船桨13和14b 的目标旋转速度NpR、NpL、NtR和NtL供应到主发动机工作控制部分 40和推力器工作控制部分50。主发动机工作控制部分40控制主发动机 11和船用齿轮箱12的离合器机构120的工作，使得船桨13的实际旋转 速度FpR和FpL分别变成接收到的目标旋转速度NpR和NpL。即，主发 动机工作控制部分40的目标滑移率确定子部分41将来自主发动机旋转 速度传感器21的主发动机11的当前工作旋转速度FeR和FeL输入其 中，并根据所输入的工作旋转速度FeR和FeL确定用于船用齿轮箱12的 离合器机构120的目标滑移率U。接下来将参照图11描述目标滑移率确 定子部分41进行的对目标滑移率U的确定。
如图11所示，基于目标滑移率U根据主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL逐级改变(在本实施例中为三级)的关系来确定目标滑移率 U。具体而言，当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL是怠速旋转速 度时，目标滑移率U根据目标旋转速度NeR和NeL的增大而以大斜率 (以下称为第一斜率)减小的方式改变；当主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL从怠速旋转速度增大到小于预定旋转速度的旋转速度时，目 标滑移率U以小于第一斜率的斜率(以下称为第二斜率)减小的方式改 变；并且当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL增大到预定旋转速度 或者更大时，目标滑移率U改变成恒定值(即，目标滑移率U的下 限)。
通过如上所述以第一和第二斜率逐级改变目标滑移率U，可以线性 地改变船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。具体而言，当主发动机11 以等于怠速旋转速度的工作旋转速度FeR和FeL工作时；换言之，当主 发动机11在没有负荷的情况下工作时，通过线性改变离合器机构120的 实际滑移率，来实现以第一斜率改变目标滑移率U来确定目标滑移率 U。因而，当主发动机11以小于怠速旋转速度工作时，船桨13可以在其 实际旋转速度FpR和FpL被线性改变的情况下旋转。
通过将第一斜率设定到较大值，可以显著地改变目标滑移率U。这 允许较大地减小离合器机构120的实际滑移率；换言之，这可以建立促 进主发动机11的旋转驱动力传递到各个船桨13的状态。因而，可以可 靠地使船桨旋转。
当主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL从怠速旋转速度改变到预 定旋转速度时，可以通过以第二斜率改变目标滑移率U来确定目标滑移 率U。在此情况下，离合器机构120的实际滑移率根据主发动机11的工 作旋转速度FeR和FeL的改变而线性地改变。因而，船桨13可以在其实 际旋转速度FpR和FpL被线性地改变的情况下被旋转。而且，当主发动 机11以等于或者大于预定旋转速度的工作旋转速度FeR和FeL工作时， 可以使目标滑移率U恒定。在此情况下，由于离合器机构120的实际滑 移率恒定，所以船桨13的实际旋转速度FpR和FpL根据主发动机11的 工作旋转速度FeR和FeL的改变而线性地改变。通过以此方式改变目标 滑移率U，可以线性地改变船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。因而， 如上所述，可以线性地改变平移时的移动速度，使得船舶操作者可以轻 松地使船舶移动。
当通过以第二斜率改变目标滑移率U，来使主发动机11的工作旋转 速度FeR和FeL在从怠速旋转速度到小于预定的旋转速度的范围内改变 时，可以减小与离合器机构120的摩擦片122和分离片124之间的啮合 相关的冲击，这在以下描述。
例如，假定没有采用第二斜率，并且当主发动机11以怠速旋转速度 工作时(即，当主发动机11在没有负荷的情况下工作时)，船舶操作者 已经急剧地操作操纵器25，连接到相应主发动机11的船桨13开始旋转 以响应该操作。此时，由于船舶操作者已经急剧操作了操纵器25，目标 滑移率确定子部分将目标滑移率U急剧地减小到其下限(目标滑移率U 在该下限变为恒定)，以使船桨13的旋转速度达到各自的目标旋转速度 NpR和NpL。同时，当船桨13急剧开始旋转时，相关阻力增大，使得主 发动机11的工作旋转速度FeR和FeL瞬时下降。在此状态下，由于实际 滑移率变成小于目标滑移率U(离合器机构120“过冲”到直接连接状 态)，船桨13的实际旋转速度FpR和FpL变得分别高于目标旋转速度 NeR和NeL；换言之，船桨13过度旋转。在此状态下，船舶急剧移动， 潜在地将不舒适带给了船舶上的乘客。
相比之下，设定第二斜率可以减小实际滑移率相对于主发动机11的 工作旋转速度FeR和FeL的改变而发生的改变。即，与其中目标滑移率 U从第一斜率直接改变为恒定值的目标滑移率U改变模式相比，设定第 二斜率建立了其中目标滑移率U从第一斜率平缓地改变到恒定值的目标 滑移率U改变模式。因而，即使当主发动11的工作旋转速度FeR和FeL 由于船舶操作者急剧操作操纵器25而瞬时下降时，设定第二斜率允许通 过以第二斜率改变目标滑移率来确定目标滑移率U。这可以限制实际滑 移率的急剧改变，并可以抑制以上过冲的趋势。这可以防止船舶上的乘 客感受到不舒适。
再次回到图5的描述，当目标滑移率确定子部分41确定了目标滑移 率U时，目标滑移率确定子部分41将确定了的目标滑移率U供应到驱 动控制子部分42。驱动控制子部分42根据船桨13的目标旋转速度NpR 和NpL控制驱动电路27，由此控制主发动机11的节气门本体的相应开 度；即，控制相应致动器的操作。因而，调节主发动机11的工作旋转速 度FeR和FeL。此外，驱动控制子部分42控制驱动电路28，使得与确定 了的目标滑移率相对应的预设驱动电流流到设置在离合器机构120上的 相应压力调节阀128。此时，基于从相应压力调节阀电流传感器27输入 的电流IR和IL，驱动控制子部分42对驱动电路28进行反馈控制。
而且，驱动控制子部分42从相应的主发动机旋转速度传感器21接 收主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL，并从相应的船桨旋转速度传 感器22接收船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。驱动控制子部分42控 制驱动电路28，使得船桨13的实际旋转速度FpR和FpL分别变成目标 目标旋转速度NpR和NpL。然而，由于诸如海流和风之类的干扰或者附 在船桨13的灰尘等的影响，船桨13可能不能以各自的目标旋转速度 NpR和NpL旋转。
为了处理以上问题，基于从主发动机旋转速度传感器21输入的工作 旋转速度FeR和FeL和相应的从船桨旋转速度传感器25输入的螺旋桨 13的实际旋转速度FpR和FpL之间的差值，驱动控制子部分42适当地 校正驱动电流，并对驱动电路28进行反馈控制使得校正了的驱动电路进 行流动。这可以优化离合器机构120的实际滑移率，使得船桨13能以各 自的目标旋转速度NpR和NpL旋转。
同时，推力器工作控制部分50控制电动机14的工作，使得船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL变成所供应的目标旋转速度NtR或者 NtL。推力器工作控制部分50的工作确定子部分51根据所供应的目标旋 转速度NtR或者NtL来确定船桨14b的旋转方向。根据对船桨14b的旋 转方向的确定，驱动控制子部分52控制电动机14a的驱动。具体地，驱 动控制子部分52从驱动电路29接收流经电动机14a的驱动电流值，并 对驱动电路29进行反馈控制，使得与目标旋转速度NtR或者NtL相对应 的驱动电流流经电动机14a。通过这样对电动机14b的驱动的控制，电动 机14a使船桨14b以目标旋转速度NtR或者NtL旋转，使得船桨14b产 生相关的推力。
此外，驱动控制子部分52从推力器旋转速度传感器24接收船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL，并控制电动机14的驱动，使得船桨14b 的实际旋转速度FtR或者FtL变成目标旋转速度NtR或者NtL。如以上 所提及的，驱动控制子部分52将与目标旋转速度NtR或者NtL相对应的 预设驱动电流经由驱动电路29施加到电动机14a，从而驱动电动机 14a。然而，由于例如附着在船体10和船桨14b的灰尘，不能够使船桨 14b的实际旋转速度FtR或者FtL保持在目标旋转速度NtR或者NtL。为 了处理该问题，通过使用从推力器旋转速度传感器24输入的船桨14b的 实际旋转速度FtR或者FtL，驱动控制子部分52适当地校正驱动电流， 并对驱动电路29进行反馈控制使得校正了的驱动电流进行流动。由此， 船桨14b能以目标旋转速度NtR或者NtL可靠地旋转，使得推力器14可 以产生适当的推力。
当如上所述在旋转速度方面控制连接到两个主发动机11的船桨13 和推力器14的船桨14b时，船舶根据船舶操作者对操纵器25的操作来 进行平移操作、回转操作或者这些操作的组合。具体地，当例如船舶操 作者向右倾斜操纵器25的操纵杆25a由此输入与θ＝π/2相关的值时， 船舶向右平移。此时，推进系统如图12所示工作。图12中的箭头示出 了船舶在推进系统产生的推力作用下航行的方向。
当例如船舶操作者顺时针转动操纵器25的转盘25b由此输入与δ＝ MAX相关的值时，船舶进行顺时针回转。此时，推进系统如图13所示 工作。图13中的箭头示出了船舶在推进系统的推力作用下转头的方向。 在回转的情况下，推力器14不工作，并且主发动机11产生彼此相反方 向的推力，由此船舶在原地转头。
而且，当船舶操作者倾斜操纵器25的操纵杆25a，并且还转动操作 器25的转盘25b时，船舶在平移的同时转头。如图14中示意性地示出 了这些船舶操作。船舶操作者可以通过操作操纵器25来使船舶在每个方 向上移动。
如从以上描述可理解到，根据本实施例的船舶操纵设备允许船舶操 作者仅仅通过操作操纵器25使船舶在微速航行的同时进行平移和回转。 因而，即使船舶操作者不熟悉该船舶的行为改变，他/她可以非常轻松地 用简单的操作操纵船舶。
可以计算船桨13的目标旋转速度NpR和NpL和推力器14的船桨 14b的目标旋转速度NtR或者NtL，以实现如船舶操作者用操纵器25操 纵的船舶移动模式。可以使船用齿轮箱12的离合器机构120和电动机 14a工作以使得船桨13以目标旋转速度NpR和NpL旋转。因而，可以有 利地重现船舶操作者所意图的船舶移动模式；结果，船舶操作者可以用 简单的操作操纵船舶。
通过在预定的范围内改变目标滑移率U来确定船用齿轮箱12的离合 器机构120的目标滑移率U，可以线性地改变连接到相应主发动机11的 船桨13的实际旋转速度FpR和FpL。因而，可以以船桨13的旋转速度 线性地改变到目标旋转速度NpR和NpL的方式使船桨13旋转，使得船 舶可以非常容易和精确地移动。
此时，可以根据主发动机11的工作旋转速度FeR和FeL逐级改变离 合器机构120的目标滑移率U。具体地，当主发动机11的工作旋转速度 FeR和FeL是怠速旋转速度时，以第一斜率改变目标滑移率U；当工作 旋转速度FeR和FeL大于怠速旋转速度并小于预定旋转速度时，以第二 斜率改变目标滑移率U；当工作旋转速度FeR和FeL等于或者大于预定 旋转速度时，使目标滑移率U保持恒定。这允许根据主发动机11的工作 旋转速度FeR和FeL确定最佳目标滑移率U。
尤其是，即使当主发动机11以怠速旋转速度工作时，通过基于第一 斜率改变目标滑移率U，船桨13可以以目标旋转速度NpR和NpL可靠 地工作。通过考虑离合器机构120的耐久性来确定目标滑移率U所采用 的恒定值，离合器机构120可以具有良好的耐久性。
而且，设定第二斜率可以有效地防止与离合器机构120的操作相关 的冲击的产生。由此，不会将不舒适性带给船舶上的乘客。此外，操纵 器25可以由操纵杆25a和转盘25b以如下方式组成：操纵杆25a和转盘 25b联合在一起，船舶操作者倾斜操纵杆25a，并转动转盘25b。由此， 例如，当船舶要沿着码头靠岸或者驶离码头时，船舶操作者可以单手操 纵船舶，因而享受到非常良好的可操作性。
本发明不限于以上所述的实施例，并且可以在不脱离本发明目的的 情况下以各种其它形式来实施。
例如，在以上实施例纵，推进系统由三个推进机构(即，两个主发 动机11和设置在船首的推力器14)构成。然而，推进系统可以由四个或 者更多推进机构构成；例如，可以在船体10的船首侧设置附加的推力 器。在此情况下，通过在前述式5至8以及式11和12中采用n＝4，可 以以类似于前述式24至33以及式34和35的方式来计算船桨的目标旋 转速度。因而，可以预期与以上实施例的效果类似的效果。
在涉及具有布置在水下以产生推力的船桨13和船桨14b的船舶的情 况下，描述了以上实施例。然而，由于前述式5至8以及式11和12是 关于流体(例如，空气)成立的，所以本发明的船舶操纵设备可以应用 到例如气垫船。在此情况下，如果与以上实施例相似地设定空气排出方 向，可以预期的效果与以上实施例的效果相似。