CN101297251B - 发动机转速控制装置、发动机转速控制方法以及具有这种装置的飞行器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及发动机转速控制装置，其包括产生发动机转速指令(POS(位置))的一发动机转速操纵杆(2)，以及用于发送表示有效发动机转速的信息(θe)的部件。作用部件(8，10)适于根据指令(POS(位置))与表示有效发动机转速的信息(θe)之间的差值，对操纵杆(2)施加机械作用力。飞行器可使用这种装置。本发明也提出发动机转速控制方法。

Description

发动机转速控制装置、发动机转速控制方法以及具有这种装置的飞行器
技术领域
本发明涉及例如用于飞行器的发动机转速(régime-moteur)控制装置、发动机转速控制方法以及具有这种装置的飞行器。
背景技术
在发动机式运输工具中，尤其是在飞行器中，使用发动机转速操纵杆，其使飞行员(或驾驶员)在手动工作时控制运输工具的发动机转速，且用这种方法控制发动机产生的功率和运输工具的速度。
为此，发动机转速操纵杆给予发动机一信息，该信息类似于一发动机转速指令(consigne)。接收该指令时，发动机的内部机构相互作用，以致有效的发动机转速朝指令收敛，这样，一般产生秒数量级的反应时间。
因此，在设立的手动工作时，有效的发动机转速相当精确地遵循操纵杆提供的指令，以致操纵杆一般给出有效转速的良好指示。
在其它情况下，尤其是在过渡状态时，相反地，在由发动机转速操纵杆的位置指示的指令和有效的发动机转速之间存在显著的偏差。这种偏差自然引起有效的发动机转速朝由如前所述的操纵杆给出的指令发动机转速变化，这样，当偏差较大时，可导致运输工具的乘员感觉不舒服。
在使用发动机转速自动调节系统而操纵杆的位置没有相应变化的运输工具中，情况尤其如此。实际上，在自动工作时，不管发动机转速操纵杆的位置如何(例如自动工作方式换档前使用的位置)，发动机转速完全由该系统控制；因此，在该工作方式中，操纵杆产生的指令和有效发动机转速之间不存在关系。
因此，在脱离自动工作方式时，即返回发动机转速控制手动工作方式时，在由自动调节系统在上述瞬间确定的有效发动机转速和由操纵杆产生的发动机转速指令之间一般存在偏差。
如同所述的那样，这种偏差(或差值)会引起发动机转速的意外变化，其可干扰驾驶员，令乘员不舒服，在相应的推力变化比较剧烈的飞行器的情况下，尤其如此。
为避免这些转速变化，驾驶员在脱离自动调节方式时，一般尽力使发动机转速操纵杆重新定位在与有效发动机转速衔接的一位置。为了努力帮助驾驶员，通常配设在同一显示屏上显示有效发动机转速的一指示和由驾驶员操作操纵杆所发送的指令的一指示。
但是，该解决方案需要驾驶员注意有关显示屏，而驾驶员可能会注意其判断为最重要的另一显示屏，在驾驶员进入手动工作方式的情况下，常常是这种情况。
另一方面，该解决方案的良好工作意味着，驾驶员要通过其操作操纵杆的作用，专心于从指令指示信号转向显示屏上的有效发动机转速指示信号，这比较复杂，若结合驾驶员必须同时进行的其它操作，则尤其如此。
发明内容
因此，本发明尤其旨在提供对于驾驶员更为实用的解决方案，使驾驶员例如在发动机转速自动调节系统不活动时，解决由操纵杆发送的发动机转速指令和有效发动机转速之间非所希望的偏差产生的问题。
因此，本发明尤其提出发动机转速控制装置，其包括：发动机转速操纵杆一一其产生发动机转速指令(POS(位置))，和用于发送表示有效发动机转速的信息的部件；所述发动机转速控制装置的特征在于作用部件，其适于根据在所述指令(POS(位置))与所述表示有效发动机转速的信息之间的差值，对操纵杆施加机械作用力。
因此，操纵杆的使用者根据操纵杆发送的指令与有效发动机转速的接近，产生触觉。
在这方面，当差值为零时，作用部件例如发送一特定的触觉信息。因此，当指令等于有效发动机转速时，使用者得知信息。
当装置包括一发动机转速自动调节系统时，在自动调节系统不活动的情况下，作用部件例如能起作用。实际上，自动调节系统不活动是在指令和有效发动机转速之间寻求一致性的时刻。
在该同一情况下，表示有效发动机转速的信息例如是由自动调节系统计算的发动机转速。该信息容易处理。
因此，当自动调节系统工作时，作用部件可施加零作用力。
在其它实施例中，在自动调节方式的整个工作时间期间，作用部件可工作。因此，驾驶员可在不进行自动调节工作之前，寻求指令与有效发动机转速之间的一致，这样，避免不活动时推力的突变。
在这种情况下，在自动调节系统不活动时，作用部件可不起作用。
根据可考虑的第一实施方式，作用部件包括：活动限位器，其适于同所述操纵杆相配合；和移动部件，其用于根据所述表示有效发动机转速的信息使所述活动限位器移动。
活动限位器可收起。
根据可考虑的第二实施方式，作用部件包括一电动机械制动器，其适于同所述操纵杆相配合。
在这种情况下，可配设成，当指令(POS(位置))等于所述表示有效发动机转速的信息时，所述电动机械制动器向所述操纵杆施加最大阻力。
根据可考虑的第三实施方式，作用部件包括所述作用部件包括：电动机，该电动机适于作用于所述操纵杆；和所述电动机的一控制电子器。
因此，可配设成，所述控制电子器控制所述电动机，使得所述电动机根据所述指令(POS(位置))和所述表示有效发动机转速的信息之间的差值产生一扭矩。
例如，当所述差值非零且小于一预定角度时，所述电动机产生一非零扭矩；并且，当所述差值为零时，所述电动机产生零扭矩。
本发明也提出飞行器，其包括例如上述的发动机转速控制装置。
本发明还提出发动机转速控制方法，其具有以下阶段：
-确定发动机转速，其借助于一发动机转速自动调节系统加以计算；
-作用部件对一操纵杆施加机械作用力，发送发动机转速指令(POS(位置))，所述机械作用力取决于所述指令(POS(位置))和所述计算出的发动机转速之间的差值。
根据可考虑的一解决方案，所述作用力施加阶段在所述自动调节系统不活动时实施。
在其它实施例中，所述作用力施加阶段在所述自动调节模式持续期间实施。
所述方法也可包括包括在预定的延时之后使所述作用部件不活动的一阶段。
附图说明
下面，根据参照附图的说明，本发明的其它特征和优越性将得到更好的理解，附图如下：
图1示出根据本发明第一实施方式的发动机转速控制系统；
图2示出根据本发明第二实施方式的发动机转速控制系统；
图3示出根据本发明第三实施方式的发动机转速控制系统。
具体实施方式
图1示出使用本发明第一实施方式的飞机发动机转速控制系统。
该发动机转速控制系统包括一活动操纵杆2，其围绕与图1所示的平面相垂直的一轴线转动。
操纵杆2实施成一操纵手柄的形式，驾驶员一般称之为“气体手柄(manette des gaz)”。
操纵杆或手柄2所处的不同位置在一圆弧上示出：
-一怠速位置，图1上标为“IDLE(怠速)”；
-一上升位置，图1上标为“MCL(最大爬升速度)”(英语“maximum climb”的缩略词)；
-手柄2在手动方式时可处的位置范围，其延伸在“IDLE(怠速)”位置和“TOGA(起飞——英语“take-off go-around”的首字母缩略词)”位置之间，图1上标为“MAN(手动)”；
-手柄2在发动机转速自动调节方式时可处的位置范围，图1上标为“AUTO(自动)”，其延伸在“IDLE(怠速)”位置和“MCL(最大爬升速度)”位置之间，自动调节在由手柄位置示出的转速和怠速位置之间进行；
-一起飞位置，图1上标为“TOGA(起飞)”。
可配设一些坚硬点，其一般位于手柄2的转动机械处，位于例如位置IDLE(怠速)、位置MCL(最大爬升速度)和位置TOGA(起飞)的每个特定位置处。
手柄2的位置由一位置传感器4测得，所述位置传感器4传送相对于手柄2的角位置的“POS(位置)”信息给发动机转速控制器6。
在手动方式，手柄2的位置代表驾驶员所希望的发动机转速。因此，在手动转速时(即当手柄2不在“AUTO(自动)”位置时，如下面所述)，“POS”位置信息由控制器6变成发动机转速指令。
在手动工作方式，控制器6控制飞机发动机的机构，以致其发动机转速向由手柄2的位置得出的发动机转速指令收敛(converge)。
当发动机转速自动调节方式被启动时(一般借助于驾驶舱中的一按钮，只要手柄2处于上述“AUTO(自动)”位置范围)，控制器6根据可存取的各种参数，且非直接地根据装置按照手柄2的位置所产生的指令，确定发动机转速。为此，控制器6包括一计算机，其根据测得的某些参数值(例如飞行速度)例如由自动驾驶程序给出的这些相同参数的理想数值，确定最佳发动机转速(计算出的发动机转速)。
发动机转速自动调节方式的脱离，由驾驶员为此而施加的操作(例如操作位于驾驶舱中的一按钮)进行，或者当驾驶员将手柄移动到自动调节允许的“AUTO(自动)”位置范围之外时进行。
在此时刻(可选地，根据可考虑的一实施例，在自动方式期间，也预先地，以免限位器就位延迟)控制器6控制一作动器8，以使一可收起的活动限位器10在手柄2的行程的“AUTO(自动)”范围，置于相当于有效发动机转速即相当于由自动调节确定的最后的发动机转速的角位置。
为此，控制器6确定角位置θe，其相当于发动机转速自动调节系统所要求的最后的发动机转速。控制器6使用与使其将“POS”位置信息转换为手动工作时的发动机转速指令的法则相反的转换法则。
因此，作动器8将可收起的限位器10定位在控制器6所要求的位置θe。
因此，当驾驶员力求使手柄2发送的发动机转速指令相应于有效发动机转速(即相应于脱离自动方式时的发动机转速)时，当达到所需的位置时，手柄2精确地支承在可收起的限位器10上。
因此，驾驶员通过在手柄2处的触觉，立即得知已达到指令和有效发动机转速对应的位置。
但是，可配设成，当较大的作用力(例如用5daN)施加在手柄2上时，限位器10可由手柄2移动，以便限位器10的存在不影响驾驶员在整个手动控制范围上移动手柄2。
另外，在延时(例如10秒)之后，限位器10收起，以便不干扰手柄2的正常工作，尤其是按已建立的转速正常工作。
图2示出根据本发明的第二实施例实施的发动机转速控制装置。
该实施方式以及如图1所示的前述实施方式所共有的构件载有相同的标号，不再赘述。
如前所述，位置传感器4向控制器6输送手柄2的“POS”位置信息。应当注意到，在手动工作时，“POS(位置)”信息可推导出手柄2的位置的发动机转速指令。
在发动机转速的自动调节方式中，发动机转速由自动调节系统计算，如同已经说明的那样。
脱离发动机转速的自动调节方式时，也就是说，当驾驶员撤消自动调节或将手柄2移动到“AUTO(自动)”位置范围之外时，控制器6控制与手柄2相连接的一电动机械制动器12的启动。
准确地说，控制器6向电动机械制动器12输送角位置θe的信息，其表示脱离自动调节方式时的有效发动机转速，这里，即相当于由发动机转速自动调节系统计算的最后的发动机转速。
电动机械制动器12在接收自控制器6的角位置θe动作，或者在实施例变型中，围绕该角位置动作，优选地，在这种情况下，对于所述角位置θe按最大动作的方式动作。
这样，当手柄2的位置达到相当于有效发动机转速的角度(即手柄2发送的指令相当于有效发动机转速)时，电动机械制动器12对手柄2形成阻力矩，其给予驾驶员一种“坚硬点”的感觉，该“坚硬点”以手柄的一确定位置，这里是指令和有效发动机转速之间的一致位置为特征。
在一定的延时之后，即在返回手动工作后的一段时间之后，电动机械制动器12不活动，以便在整个“MAN”手动控制范围正常移动，可选地，仅对于图1上所示的“IDLE(怠速)”、“MCL(最大爬升速度)”和“TOGA(起飞)”特性来说，具有坚硬点。
在所述实施方式中，电动机械制动器在脱离自动调节方式的一预定周期(période)施以作用，从而可在时间上限制其工作周期。
作为变型(如同第一实施方式中已经提到的那样，此外适用于这里述及的三个实施方式)，可配设成，作用部件(这里是电动机械制动器)在整个自动调节方式期间工作，这样，尤其可帮助驾驶员在自动调节不活动(désactivation)之前寻求有效发动机转速的相应位置。因此，该位置在所述不活动时容易达到，从而避免推力的任何突变。
因此，根据该实施例变型，可选地配设成，作用部件在自动调节方式不活动作时不起作用。
图3示出本发明的第三实施方式。
该新实施方式和上述实施方式所共有的构件载有相同的标号，不再赘述。
根据第三实施方式的发动机转速控制装置包括一电动机16，其适于作用于手柄2，使之围绕其旋转轴线运动。
电动机由一控制电子器(électronique de commande)14控制，所述控制电子器14根据自发动机转速控制器6接收的信息，尤其是角位置θe信息以及“ON/OFF(开/关)”启动信息，控制所述电动机，如同下面所详述的那样。
在已建立的手动范围内，“OFF(关)”不活动信息从控制器6传送到控制电子器14，以使电动机16不活动。因此，对手柄2施加的转动力，主要受限于驾驶员所施加的力，在对于正如所述的“IDLE(怠速)”、“MCL(最大爬升速度)”和“TOGA(起飞)”类型的具体位置来说的可能的机械坚硬点之外是这样。
驾驶员给出的、且由位置传感器4测得的手柄2的位置以“POS(位置)”信息的形式向控制器6传送，且转换成发动机转速指令。
当使用发动机转速自动调节方式时，发动机转速由发动机转速控制器6集成有的一计算机根据各种参数、而不再根据手柄2的位置得出的指令确定。
在发动机转速自动调节系统的整个工作期间，控制器6保持用于控制电子器14的“OFF(关)”不活动信息，以使电动机16在该整个期间不起作用。这与在自动调节期间使用一固定手柄相一致(即其位置不根据调整的发动机转速进行改变，但可选地在驾驶员的作用下变化)，因为根据该设计，手柄2在发动机转速自动调节的整个期间一般是保持不动的。
但是，如前所述，脱离自动调节方式时，由手柄2的新位置(通过上述手动工作)得出的指令，在自动调节系统不活动的瞬间，一般不相当于有效发动机转速。为避免该偏差导致的发动机转速的变化，驾驶员一般力求使手柄2的位置(因而使产生的新指令)与有效发动机转速相一致。
为在该寻求中帮助驾驶员，控制器6通过传送“ON(开)”信息使控制电子器14起作用。控制器6也传送角位置θe信息，其相当于自动调节系统计算的最后的发动机转速，表示有效发动机转速。
因此，控制电子器14根据位置传感器4测得的手柄2的位置控制电动机16，以便当手柄2的位置相当于有效发动机转速(由角位置θe信息表示)时，使驾驶员具有触觉感。
为此，控制电子器14例如根据图3所示类型的功能行动。根据该实施例，电动机16仅仅在手柄2的角位置与有效发动机转速的相应角位置θe仅相差小于预定角度α的一角度时工作。
该实施例还配设成，当手柄2的位置小于角度θe(即在θe-α与θe之间)时，电动机16对手柄2产生一有效扭矩(例如相应于2牛顿至8牛顿的力)，其因而使手柄朝位置θe移动。
对称地，当手柄2的位置大于θe(即在θe和θe+α之间)时，控制电子器14控制电动机16对手柄2产生一负扭矩(例如其绝对值与正扭矩为同一数量级)，其因而使手柄2恢复到位置θe。
因此，刚述及的实施例可在驾驶员使手柄2接近该同一位置θe的一角度α时，通过电动机16的作用，使手柄2趋向于具有角度θe的一稳定位置。
作为说明，可取α为1°至10°，例如α＝2°。
应注意到，电动机16和相关的控制电子器14这里不用于驱动手柄2在整个手动控制范围移动，但用于产生一特定的力模式，其使驾驶员更容易找到手柄2的位置产生的新指令和脱离自动工作方式时的有效发动机转速之间的对应位置。
在预定的延时之后，控制器6使控制电子器14不活动(因而使电动机16不活动)，向控制电子器传送“OFF(关)”不活动信息。因此，重新回到前述建立的手动转速工作状态。
本发明不局限于所述的实施方式。尤其是可使用上述作用部件以外的作用部件。例如，可涉及这样一种装置，当手柄给出的指令相当于有效转速时，即当指令和表示有效转速的信息为零时，所述装置在手柄(或操纵杆)上产生振动。

Claims (20)

1.发动机转速控制装置，其包括：
-发动机转速操纵杆(2)，其可转动地运动，并根据其角位置产生发动机转速指令(POS)；
-用于发送表示有效发动机转速的信息(θe)的部件，
其特征在于，
-作用部件(8，10；12；14，16)，其适于根据在所述发动机转速指令(POS)与所述表示有效发动机转速的信息(θe)之间的差值，对操纵杆施加机械作用力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当差值为零时，所述作用部件向所述操纵杆(2)的使用者发送一特定的触觉信息。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，其包括发动机转速自动调节系统(6)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述表示有效发动机转速的信息(θe)是由所述自动调节系统(6)计算出的发动机转速。
5.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述作用部件(8，10；12；14，16)在所述自动调节系统(6)不活动时起作用。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述作用部件(8，10；12；14，16)在所述自动调节系统(6)活动时施加零作用力。
7.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述作用部件(8，10；12；14，16)在自动调节方式期间起作用。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述作用部件(8，10；12；14，16)在所述自动调节系统(6)不活动时不起作用。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述作用部件包括：
-活动限位器(10)，其适于同所述操纵杆(2)相配合；和
-移动部件(8)，其用于根据所述表示有效发动机转速的信息(θe)使所述活动限位器(10)移动。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述活动限位器(10)可收起。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述作用部件包括电动机械制动器(12)，其适于同所述操纵杆(2)相配合。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，当所述发动机转速指令(POS)等于所述表示有效发动机转速的信息(θe)时，所述电动机械制动器(12)向所述操纵杆(2)施加最大阻力。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述作用部件包括：电动机(16)，该电动机(16)适于作用于所述操纵杆(2)；和所述电动机的一控制电子器(14)。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述控制电子器(14)控制所述电动机(16)，使得所述电动机(16)根据所述发动机转速指令(POS)和所述表示有效发动机转速的信息(θe)之间的差值产生一扭矩。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，当所述差值非零且小于一预定角度(α)时，所述电动机(16)产生一非零扭矩(C)；并且，当所述差值为零时，所述电动机产生零扭矩(C)。
16.飞行器，其特征在于，它包括根据权利要求1至15中之一所述的发动机转速控制装置。
17.发动机转速控制方法，其特征在于，其包括以下阶段：
-确定发动机转速(θe)，其借助于一发动机转速自动调节系统(6)加以计算；
-作用部件(8，10；12；14，16)对一操纵杆(2)施加机械作用力，所述操纵杆可转动地运动，并根据其角位置发送发动机转速指令(POS)，所述机械作用力取决于所述发动机转速指令(POS)和所述计算出的发动机转速(θe)之间的差值。
18.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述作用力施加阶段在所述自动调节系统(6)不活动时实施。
19.根据权利要求18所述的控制方法，其特征在于，其包括在预定的延时之后使所述作用部件(8，10；12；14，16)不活动的一阶段。
20.根据权利要求17所述的控制方法，其特征在于，所述作用力施加阶段在所述自动调节模式持续期间实施。
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