本公开总体涉及诸如休闲船和小型商船的船舶的运动控制。在特定方面，本公开涉及船舶的推进控制和一般运动管理的计算机实施的方法。还公开了用于电动船舶驱动单元的控制输入装置。尽管可参照特定的船舶描述本公开，但本公开并不限于任何特定类型的船或船只。
背景技术：
1、休闲船和小型商船等船舶可由一个或多个螺旋桨提供动力。螺旋桨由相应的动力源(诸如燃烧发动机或电机)驱动。出于可持续性和成本原因这两者，船舶推进系统的能量效率变得越来越重要。舒适度是另一个重要方面，特别是在噪声和振动方面。
2、us20020185046a1和wo2008155448a1均描述了船舶驱动单元控制系统，其实施了限制驱动单元的螺旋桨滑移以使其低于螺旋桨滑移极限的功能。这样就可以控制由例如空化引起的负面影响。
3、尽管迄今为止已经完成了许多工作，但人们仍然希望船舶推进系统既节能又能提供舒适的乘船体验。
技术实现思路
1、公开了一种用于控制船舶上的至少一个船舶驱动单元的控制系统，其可以寻求缓解上面提到的问题中的一个或多个。控制系统被配置为获得指示船舶的对水速度(stw)的数据，诸如船舶的船体的对水速度和/或船舶一个或多个螺旋桨的对水速度。控制系统还被配置为基于驱动单元的螺旋桨旋转速度以及船舶和/或螺旋桨的对水速度来确定船舶驱动单元的螺旋桨滑移。控制系统还被配置为：获得驱动单元推力和螺旋桨滑移之间的关系；获得指示将由驱动单元产生的期望的推力的数据；并且基于驱动单元推力和螺旋桨滑移之间的关系确定对应于期望的推力的目标螺旋桨滑移。然后，控制系统控制船舶驱动单元的螺旋桨转速，以产生目标螺旋桨滑移，从而提供期望的推力。这种控制驱动单元的方式可以实现更高效的推进，并且还可以使船舶在不同船舶速度下对推力命令的响应行为更加一致。
2、例如，控制系统可以被配置为以预定的解析函数或预定的解析函数的集合的形式获得驱动单元推力和螺旋桨滑移之间的关系。驱动单元推力和螺旋桨滑移之间的关系也可以预先配置为查找表(lut)，并且在一些情况下，lut可以用作一个或多个预定解析函数的补充。
3、本文描述的控制系统还被布置为控制船舶驱动单元的螺旋桨转速，以将螺旋桨滑移维持在预定的螺旋桨滑移极限以下。这意味着驱动单元的操作始终在不与过度螺旋桨滑移相关联的转速下操作，过度螺旋桨滑移通常是一种应避免的低效操作模式。因此，本公开的各方面可寻求确保船舶驱动单元不会在过高的螺旋桨滑移下操作，在过高的螺旋桨滑移下，例如，空化现象对性能产生不利影响，并且会产生不必要的噪声和振动。由于以这种方式避免了过度空化，因此本文公开的技术也减少了螺旋桨的磨损。本文公开的控制系统提供节能且舒适的推进。螺旋桨滑移极限优选地配置为这样的值，即螺旋桨滑移的进一步增加不会导致螺旋桨推力的任何显著增加。这样，驱动单元就从低效的高功率操作点(此时增加功率只会导致螺旋桨滑移增加，而不会显著提升螺旋桨推力)实施推进功率回退。
4、本公开的方面还涉及控制单元，所述控制单元经由驱动单元推力和螺旋桨滑移之间的关系将操作员推力输入命令映射到对应的螺旋桨滑移。这样，操作员可以体验到船舶对推力命令做出的更一致的响应行为，而这不太依赖于船舶的当前对水速度。
5、根据一些方面，船舶驱动单元包括电机，所述电机被布置为根据控制系统的请求来提供目标轴转速。本文公开的控制系统特别有利于与能够以低延迟和高控制带宽调整轴转速(即，快速准确地响应改变轴转速的请求)的电机一起使用。因此，无论海况和风况的变化的干扰如何，螺旋桨转速都可以保持接近目标螺旋桨转速。
6、例如，控制系统可以被配置为从布置在船舶上的速度计程仪接收指示对水速度的数据。速度计程仪通常作为大多数船只的标准传感器设置的一部分而存在。其优点在于不需要额外的传感器即可实施本文所公开的技术，因为额外的传感器会增加成本和系统复杂性。然而，也可以使用其他数据源来接收指示对水速度的数据。来自布置在船舶上的全球定位系统和/或来自声纳传感器系统的对地速度数据可以例如用于确定或至少估计船的对水速度的目的。
7、根据一些方面，控制系统被布置为控制船舶上的多个船舶驱动单元，诸如左舷驱动单元和右舷驱动单元，或者两个以上的驱动单元。在这种情况下，控制系统可以被配置为针对多个驱动单元中的至少两个驱动单元分别获得指示对水速度的数据，并且从而确定驱动单元的单独的螺旋桨滑移。当存在两个或更多个驱动单元时，这提高了螺旋桨滑移控制的精度，因为两个或更多个驱动单元可能以不同的对水速度行进，例如，当船舶转弯时。控制系统还可以任选地布置为通过以下方式来控制左舷驱动单元和右舷驱动单元：与左舷驱动单元和右舷驱动单元中的转弯机动的内驱动单元的螺旋桨滑移极限相比，为左舷驱动单元和右舷驱动单元中的转弯机动的外驱动单元配置较低的螺旋桨滑移极限。由于转弯引起的横摇运动，外驱动单元可以在减小的吃水下操作，并且因此与在比标称吃水增加的吃水下操作的内驱动单元相比，外驱动单元可能对空化发展更为敏感。在控制螺旋桨滑移时也可以考虑这些方面，例如，通过在转弯机动期间与内驱动单元的螺旋桨滑移极限相比减少外驱动单元的螺旋桨滑移极限。
8、根据一些方面，控制系统被布置为控制具有可调螺旋桨螺距的船舶驱动单元。在这种情况下，控制系统可以布置为基于效率、马达轴转速和电机的施加扭矩之间的预定关系来控制船舶驱动单元的螺旋桨转速和螺旋桨螺距来产生目标螺旋桨滑移。这样，推进效率可以进一步提高，这是一个优势。给定期望的螺旋桨推力和船舶的对水速度，控制系统可以确定期望的螺旋桨滑移(基于螺旋桨推力和螺旋桨滑移之间的关系)，从而控制螺旋桨转速和螺距两者，以便获得高效的驱动单元操作点。
9、控制系统还可以包括集中式船舶运动管理(vmm)模块，所述模块被布置为从至少一个运动支持装置(msd)控制模块请求螺旋桨滑移。如果可以使用一个以上的驱动单元以一种以上的方式实现期望的机动，则集中式式vmm模块或功能可以执行进一步的优化。例如，多驱动单元船舶的转向通常可以使用螺旋桨角(驱动单元以不同的方位角转向)和产生船舶偏航运动的推力差来实现。
10、集中式vmm模块可以实施在转弯机动期间动态调适配置的螺旋桨滑移极限的功能。例如，集中式vmm模块可以被配置为由于转弯机动期间吃水的差异在转弯机动期间与内螺旋桨相比自动增加外螺旋桨的螺旋桨滑移极限。这样，当船舶进行转弯机动时，螺旋桨的速度就会进行调节。
11、上述方面、所附权利要求和/或本文在上文和稍后的下文公开的示例可以彼此适当地组合，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。
12、另外的特征和优点在以下说明书、权利要求和附图中公开，并且部分地对于本领域技术人员而言将是显而易见的或者通过按照本文所描述来实践本公开而认识到。本文还公开了与上文所讨论的技术益处相关联的控制单元、计算机系统、计算机可读介质和计算机程序产品。
13、本公开的各方面还涉及一种可用于控制船舶驱动单元的控制输入装置。控制输入装置被布置为例如经由控制杆或操纵杆装置从操作员获得指示要产生的期望的船舶速度或加速度的输入命令。然后，控制输入装置将输入命令转换为等效螺旋桨滑移值，然后使用所述等效螺旋桨滑移值基于船舶的当前对水速度来控制螺旋桨的转速。