CN103383568A

CN103383568A - 电动滑行自动引导和控制系统

Info

Publication number: CN103383568A
Application number: CN2013101597706A
Authority: CN
Inventors: K.休斯; J.努塔罗; C.M.海西
Original assignee: Honeywell International Inc
Current assignee: Honeywell International Inc
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-11-06
Also published as: US20140067169A1; EP2660676A1; US8620493B2; US8935018B2; US20130297102A1

Abstract

自动引导提供了一种结合飞行器电动滑行系统使用的自动引导和控制方法和系统。获得飞行器状态数据，并访问机场特征数据。处理器生成包括至少滑行速度引导信息的滑行路径引导和控制信息，并且，由所述处理器将从所述滑行速度引导信息导出的命令直接发送至电动滑行控制器，以调节所述飞行器的滑行速度。

Description

电动滑行自动引导和控制系统

技术领域

本文描述的主题的实施例总体涉及航空电子系统，例如电动滑行系统。更具体地，该主题的实施例涉及针对航空器电动滑行系统的自动引导和控制系统。

背景技术

传统航空器滑行系统利用飞行器的主推力引擎（怠速运行）和制动系统来调节飞行器在滑行期间的速度。然而，对主推力引擎的这种使用低效且浪费燃料。出于该原因，开发了与飞行器一起使用的电动滑行系统（即，采用电动机的牵引驱动系统）。电动滑行系统比传统的基于引擎的滑行系统更高效，这是由于电动滑行系统可以由飞行器的辅助功率单元（APU）而不是主推力引擎供电。

以其最简单的形式，机组人员可以在向窗外看的同时，使用驾驶舱控制器（例如，舵柄）在电动滑行操纵期间驾驶飞行器。在这种情况下，机组人员利用了其关于对其滑行操纵的执行的最佳判断。相比于该过程的改进由视觉引导系统提供，其中，机组人员输入机场参数（例如，机场拥堵），视觉引导系统确定受制于ATC放行许可的最佳滑行路径，并将其与关于沿所建议的滑行路径对飞行器进行导航的最佳方式的指令（例如速度、驾驶、何时推关（thrust off）引擎和开启电驱动电动机等）一起展现在座舱显示器上。ATC放行许可可以包括滑行路线、所指派的起飞或着陆跑道、等待点等等，并且是在所计算出的路径中考虑的。

尽管有效，但是上述视觉引导系统展示出特定的低效。例如，遵守显示引导指令时的变化（甚至在大约几秒中）可以降低燃料节约；例如，飞行员在关闭推力引擎之前等待短时间。飞行员可以执行比必要时更快的转弯从而导致轮胎磨损增加，或者比必要时更经常地制动从而导致制动系统上的不必要的磨耗及损伤。此外，可能提高效率的一些动作对机组来说太不明显而无法识别和管理；例如，飞行器在滑行期间的最优加速度。

相应地，将期望提供一种电动滑行自动引导和控制系统，能够以最小机组干预在滑行操纵期间引导和控制飞行器，从而提高效率并减小机组的工作负荷。

发明内容

根据以上内容，提供了一种结合飞行器电动滑行系统使用的自动引导和控制方法，包括：获得飞行器状态数据；访问机场特征数据；利用处理器来生成包括至少滑行速度引导信息的滑行路径引导和控制信息；以及由所述处理器将从所述滑行速度引导信息导出的命令直接发送至电动滑行控制器，以调节所述飞行器的滑行速度。

还提供了一种在配备有电动滑行机构的飞行器上使用的引导和控制系统。该系统包括飞行器状态数据的第一源、机场特征数据的第二源、以及电动滑行控制器。处理器耦合至所述第一源和所述第二源以及所述电动滑行控制器，并被配置为：生成包括至少滑行速度引导信息的滑行路径引导和控制信息；以及将从所述滑行速度引导信息导出的命令直接发送至所述电动滑行控制器。

还提供了一种结合飞行器电动滑行系统使用的自动引导和控制方法。电动滑行引导可以由机组在手动模式中执行或者由自动引导和控制系统在自动模式中执行。所述方法包括：获得飞行器状态数据；访问机场特征数据；以及响应于至少所述飞行器状态数据和所述机场特征数据，在处理器中生成滑行引导信息。所述方法还包括：在显示器上呈现所述滑行引导信息；在所述手动模式中，利用所述显示器上的引导信息，手动导航引导路线；以及在所述自动模式中，将由所述处理器生成的滑行路径命令直接应用于滑行路径引导控制器。

提供了该概述，以便以最简单的形式引入以下在具体实施方式中进一步描述的概念选择。该概述并不意在标识要求保护的主题的关键特征或实质特征，其也不意在用作确定要求保护的主题的范围时的辅助。

附图说明

可以通过参照在结合附图考虑时考虑的以下具体实施方式和权利要求，导出对主题的更全面理解，其中，贯穿附图，相似的参考标记指代相似的元件。

图1是具有电动滑行系统的飞行器的简化示意表示；

图2是适于用在飞行器上的自动电动滑行引导系统的示例性实施例的总体框图；

图3是适于用在飞行器上的自动电动滑行引导系统的另一示例性实施例的更详细框图；

图4示意了与图3中所示的实施例一起使用的具有触摸屏形式的第一用户输入设备；

图5示意了与图3中所示的实施例一起使用的具有触摸屏形式的第二用户输入设备；

图6是适于用在飞行器上的自动电动滑行引导系统的又一示例性实施例的详细框图；

图7是示意了图3中所示的实施例的数据链路子功能的框图；

图8是示意了图3中所示的实施例的推回（push back）子功能的框图；以及

图9是示意了电动滑行自动引导方法的示例性实施例的流程图。

具体实施方式

以下具体实施方式本质上仅是示意性的，并不意在限制主题的实施例或者这些实施例的应用和使用。如本文所使用，词语“示例性”表示“用作示例、实例或示意”。本文描述为示例性的任何实施方式不必然理解为与其他实施方式相比优选或有利。此外，并不意在受在前述技术领域、背景技术、发明内容或以下具体实施方式中提出的任何明确或暗指的理论约束。

本文可以依照功能和/或逻辑块部件并参照可由各种计算部件或设备执行的操作、处理任务和功能的符号表示来描述手段和技术。这种操作、任务和功能有时被称作计算机执行的、计算机化的、软件实现的或计算机实现的。应当意识到，附图中所示的各种块部件可以由被配置为执行指定功能的任何数目的硬件、软件和/或固件部件实现。例如，系统或部件的实施例可以采用可在一个或多个微处理器或其他控制设备的控制下执行多种功能的各种集成电路部件，例如存储元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等。

可以利用可受滑行操作影响的任何车辆（例如飞行器、船等）来部署本文描述的系统和方法。本文描述的示例性实施例假定：飞行器包括电动滑行系统，电动滑行系统利用一个或多个电动机作为牵引系统，以在滑行操作期间驱动飞行器的轮子。出于优化或以其他方式增强电动滑行系统的操作的目的，这里提出的系统和方法将引导信息提供给飞行机组。这种优化可以基于一种或多种因素，例如但不限于：燃料节省；延长制动系统的有用寿命；避免地面车辆或其他飞行器；以及减少滑行时间。在特定实施例中，利用机场场地的动态综合显示器来呈现滑行引导信息，以将视觉引导提供给飞行机组。滑行引导信息可以包括期望滑行路线或路径、供电动滑行系统维持的目标速度、对开启或关闭一个或多个主推力引擎的最佳时间、开启或关断辅助功率单元（APU）等进行标识的图形指示符或消息。显示系统可以被实现为机载驾驶舱系统、便携式计算机、电子飞行包或者或其任意组合。

图1是飞行器100的简化示意表示。为了清楚和简要，图1未示出可能出现在飞行器100的实际实施方式上的大量系统和子系统。取而代之，图1仅示出了飞行器100的支持以下更详细描述的各种特征、功能和操作的一些值得注意的功能元件和部件。在这一点上，飞行器100可以包括但不限于：处理器架构102；一个或多个主推力引擎104；基于引擎的滑行系统106；燃料供给源108；轮子组件109；辅助功率单元（APU）110；电动滑行系统112；以及制动系统114。这些元件、部件和系统可以在需要时耦合在一起，以支持其协作功能。

可以利用至少一个通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件部件、或者被设计为执行本文描述的功能的任意组合来实现处理器架构102。处理器设备可以被实现为微处理器、控制器、微控制器或状态机。此外，处理器设备可以被实现为计算设备的组合，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与数字信号处理器核心相结合、或者任何其他这种配置。如以下更详细描述，处理器架构102被配置为支持各种电动滑行引导过程、操作和显示功能。

实际上，处理器架构102可以被实现为飞行器100的机载部件（例如驾驶舱控制系统、飞行管理系统等），或者，其可以在飞行器100上承载的便携式计算设备中实现。例如，处理器架构102可以被实现为膝上型计算机、平板计算机或手持设备的中央处理单元（CPU）。作为另一示例，处理器架构102可以被实现为由飞行机组的人员携带或在飞行器中永久安装的电子飞行包的CPU。在从美国联邦管理局（FAA）可得的文件（例如，FAA文档AC 120-76B）中说明了电子飞行包及其操作。

处理器架构102可以包括适当量的存储器（未示出）或与适当量的存储器协作，该存储器可以被实现为RAM存储器、闪存、EPROM存储器、EEPROM存储器、寄存器、硬盘、可移除盘、CD-ROM、或者本领域中公知的任何其他形式的存储介质。在这一点上，存储器可以耦合至计算机架构102，使得计算机架构102可以从存储器读取信息并向存储器写入信息。在可替换方案中，存储器可以是处理器架构102的组成部分。实际上，这里描述的系统的功能或逻辑模块/部件可以使用存储器中维持的程序代码而实现。此外，存储器可以用于存储用于支持系统的操作的数据，如从以下描述中将变得显而易见。

飞行器的所示实施例包括至少两个主推力引擎104，该至少两个主推力引擎104可以由燃料供给源108馈给。引擎104在飞行期间用作推力的主要来源。引擎104还可以工作以提供相对较低量的推力（例如，处于怠速），以便支持传统的基于引擎的滑行系统106。当怠速运行时，典型地，引擎104提供固定量的推力，以针对滑行操纵而推进飞行器100。当针对滑行操作利用引擎104时，飞行器的速度由制动系统114调节。

飞行器100的示例性实施例还包括电动滑行系统112（其可以是除基于引擎的滑行系统106外还有的系统或代替基于引擎的滑行系统106的系统，典型地，基于引擎的滑行系统106给飞行员提供了对飞行器的手动控制）。在特定实施方式中，电动滑行系统112包括至少一个电动机（图1中未示出），该至少一个电动机用作飞行器100的驱动轮子组件109的牵引系统。电动机可以由飞行器100上的APU 110供电，APU 110进而由燃料供给器108馈给。如以下更详细描述，电动滑行系统112可以由飞行机组的人员控制，以实现期望滑行速度。不同于传统的基于引擎的滑行系统106，可以控制电动滑行系统112调节驱动轮子的速度，而无需对制动系统114的恒定或频繁促动。飞行器100可以采用任何适当配置的电动滑行系统112，该电动滑行系统112采用电动机以在滑行操作期间对飞行器的轮子供电。

图2是适于与飞行器100结合使用的自动引导（自动的引导）和控制系统200的示例性实施例的示意表示。根据特定实施例，滑行自动引导系统200可以结合地面管理系统202而实现，地面管理系统202进而可以被实现在飞行器100的线路可替换单元（LRU）中、在机载子系统（例如，驾驶舱显示系统）中、在电子飞行包中、在集成模块化航空电子（IMA）系统中等等。滑行自动引导系统200的所示实施例一般包括但不限于：引擎启动/停止引导模块206；电动滑行速度引导模块208；符号生成模块210；显示系统212；自动控制功能（ACF）205；手动/自动切换控制器207；电动/自动制动切换控制器209；以及手动/自动前轮适配器211。滑行引导系统200还可以包括以下元件、系统、部件或模块中的一个或多个或者与以下元件、系统、部件或模块中的一个或多个协作：数据库230；电动滑行系统电动机的控制器232；至少一个用户输入设备234；显示模块236；传感器数据源238；数据链路子系统240；以及包括碰撞传感器的相邻飞行器位置和状态数据源242。实际上，可以利用以上参照图1描述的处理器架构102（和关联存储器）来实现滑行引导系统200的各种功能或逻辑模块。滑行引导系统200可以采用便于功能间数据通信、控制和命令信号的传输、操作功率的提供、传感器信号的传输等的任何适当通信架构244或布置。

滑行引导系统200被适当地配置为使得引擎启动/停止引导模块206和/或电动滑行速度引导模块208响应于多种输入或以其他方式受多种输入影响，并与符号生成210和显示系统212一起组成视觉电动滑行引导系统213（利用虚线而勾画）。对于该特定实施例，从以上列出的一个或多个来源和部件（即，在图2的左侧示出的项目）获得产生影响的输入。引擎启动/停止引导模块206和/或电动滑行速度引导模块208的输出被提供给符号生成模块210，符号生成模块210生成适于利用机场场地的综合显示而呈现的对应图形表示。符号生成模块210与显示系统212协作，以将滑行引导信息展现给用户。

数据库230表示可以用于生成滑行引导信息的数据和信息的来源。例如，数据库230可以存储以下任一项，但不限于以下各项：机场位置数据；机场特征数据，其可以包括布局数据、坐标数据、与登机口、跑道、滑行道等的位置和定向相关的数据；机场约束或限制数据；飞行器配置数据；飞行器模型信息；引擎冷却参数，例如冷却时间段；引擎加热参数，例如加热时间段；电动滑行系统规范；等等。在特定实施例中，数据库230存储机场特征数据，该机场特征数据关联于（或可以用于生成）始发或目的地机场场地的综合图形表示。可以在需要时将数据库230更新为反映特定飞行器、当前飞行计划、始发和目的地机场等等。

控制器232表示针对滑行电动机的控制逻辑和硬件。在这一点上，事实上，控制器232可以包括多个控制器和/或包括使飞行员能够在需要时对电动滑行系统进行激活、去激活和调节的一个或多个用户接口元件。控制器232还可以被配置为提供与电动滑行系统的状态相关的信息，例如操作状况、轮转速、电动机转速等。

用户输入设备234可以被实现为用户接口，该用户接口从用户（例如，飞行员）接收输入，并响应于用户输入，将适当命令信号供给至滑行引导系统200。用户接口可以是各种已知用户接口设备或技术中的任一个或其任意组合，包括但不限于：光标控制设备，例如鼠标、轨迹球或操纵杆；键盘；按钮；开关；或者旋钮，或者甚至语音和手势命令。此外，用户接口可以与显示系统212协作，以提供触摸屏接口。用户输入设备234可以用于获取各种用户选择或用户输入的数据，这些用户选择或用户输入的数据进而影响由滑行引导系统200生成的电动滑行引导信息。例如，用户输入设备234可以获得以下任一项，但不限于以下各项：机场处所选择的登机口或航站楼；所选择的跑道；用户输入的滑行道方向；用户输入的机场交通状况；用户输入的天气状况；跑道属性；以及用户的选项或优选。

显示模块236可以包括用于在滑行操作期间生成机场场地的动态综合显示的软件应用和/或处理逻辑。显示模块236还可以被配置为在飞行期间生成座舱视图的动态综合显示。实际上，显示模块236与符号生成模块210和显示系统212协作，以呈现电动滑行引导信息的图形标志，如以下更详细描述。

传感器数据源238表示各种传感器元件、检测器、诊断部件及其关联的处于飞行器上的子系统。在这一点上，传感器数据源238充当主飞行器的飞行器状态数据的来源。实际上，滑行引导系统200可以考虑任何类型或量的飞行器状态数据，包括但不限于表示以下各项的数据：胎压；前轮角度；制动温度；制动系统状态；外部温度；地面温度；引擎推力状态；主引擎开/关状态；飞行器地面速度；飞行器的地理位置；轮转速；滑行电动机转速；滑行电动机开/关状态；等等。

数据链路子系统240用于将空中交通控制数据提供给主飞行器，优选地遵守已知标准和规范。使用数据链路子系统240，滑行引导系统200可以从基于地面的空中交通控制器站和设备接收空中交通控制数据。进而，系统200可以在需要时利用这种空中交通控制数据。例如，空中交通控制器可以使用数据链路子系统240来提供滑行放行许可、所指派的起飞跑道和其他机场导航指令。

在示例性实施例中，主飞行器支持与一个或多个远程系统的数据通信。更具体地，主飞行器使用例如飞行器至飞行器数据通信模块（即，相邻飞行器状态数据源242）或机载碰撞避免传感器来接收相邻飞行器的状态数据。例如，相邻飞行器状态数据源242可以被配置为与自动相关监视广播（ADS-B）技术、主动模式S询问技术和/或类似技术兼容。

引擎启动/停止引导模块206和电动滑行速度引导模块208被适当地被配置为以动态方式作出响应，以提供针对电动滑行系统的优化操作的实时引导。实际上，可能根据飞行器的燃料节省规范或指导原则、根据制动系统114（参见图1）的长操作寿命规范或指导原则和/或根据其他优化因素或参数来生成滑行引导信息（例如，滑行路径引导信息、引擎的启动/停止引导信息和电动滑行系统的速度引导信息）。为此，该系统处理相关输入数据，并响应于此，生成与要遵循的期望滑行路线相关的滑行路径引导信息。然后，可以以适当方式将期望滑行路线展现给飞行机组。应当注意，如本文所使用，词语“路线”表示飞行器所采用以到达目标位置的各种方向。词语“路径”包括“路线”以及沿该路线的加速度、速度和制动的变化。因此，路线可以在单个地图中示出，并且路径是包括沿路线的速度、加速度和制动命令的路线。

引擎启动/停止引导模块206处理相关输入数据，并响应于此，生成与一个或多个主推力引擎的操作相关联和/或与电动滑行系统的操作相关联的启动/停止引导信息。

如以下更详细说明，可以以机场场地的综合图形表示中所显示的标记或指示符的形式将启动/停止引导信息展现给用户。电动滑行速度引导模块208处理相关输入数据，并响应于此，生成机载电动滑行系统的速度引导信息。可以将速度引导信息作为机场场地的综合表示中所显示的动态字母数字字段展现给用户。

符号生成模块210可以被适当地配置为接收引擎启动/停止引导模块206和电动滑行速度引导模块208的输出，并以对与机场场地的动态综合表示的结合、混合和整合来说适当的方式处理接收到的信息。因此，可以将电动滑行引导信息合并至显示器中，以实时地将增强的情形意识和滑行指令提供给飞行员。

显示系统212包括与适当配置的图形系统（未示出）协作的至少一个显示元件，该图形系统可以包括符号生成模块210作为其部件。这允许显示系统212显示、呈现或以其他方式传达与主飞行器在显示元件上的操作相关联的一个或多个图形表示、综合显示、图形图标、视觉符号或图像，如以下更详细描述。实际上，显示元件从显示系统212接收图像呈现显示命令，并响应于这些命令，在滑行操作期间呈现机场场地的动态综合表示。

显示元件可以被实现为电子显示器，该电子显示器被配置为以图形方式显示与主飞行器在显示系统212的控制之下的操作相关联的飞行信息或其他数据。显示系统212通常位于主飞行器的座舱内。可替换地（或附加地），显示系统212可以被实现在便携式计算机和电子飞行包等中。

仍然参照图2，将引擎启动/停止引导模块206和电动滑行速度引导模块208的输出应用于自动控制功能（ACF）205的输入，自动控制功能（ACF）205控制与电动滑行自动引导和控制相关联的处理、过程和子功能。如图可见，ACF 205的输出将控制和命令信号提供给手动/自动切换控制器207、电动/自动制动切换控制器209和手动/自动前轮适配器211，以下结合图3-8更详细描述。现在，应当意识到，ACF 205主要负责自动引导和控制，而如果在自动引导和控制功能的操作中发生了故障，则视觉引导功能213可以被监控并可用作后备。

图3是适于与飞行器200一起使用的自动引导和控制系统300的示例性实施例的示意表示，其中，利用相似的参考标记来表示相似的元件。如图可见，ACF 205包括多个子功能，即：地面引导和危险避免子功能302；最优自动引导子功能304；双路径自动引导子功能306；数据链路子功能308；制动警告和控制子功能310；以及推回控制子功能312。这些子功能中的每一个可以驻留在如上所述的一个或多个处理器（例如，处理器102）中。

地面引导和危险避免子功能302能够自动将地面引导和智能危险避免提供给飞行器100，并能够在会发生这种危险的情况下向飞行机组报警。为了做到这一点，地面引导和危险避免子功能考虑来自包括周围飞行器和地面车辆的交通的监视信息317。该信息可以被提供和/或包括：（1）配备有自动相关监视广播（ADS-B）、交通信息服务广播（TIS-B）或其他来源（例如，机载传感器）的交通上的发射机应答器；（2）自身飞行器信息和机载传感器（例如，翼尖上的雷达或超声传感器）；以及（3）包括已放行许可的滑行路线和所指派的跑道的机场滑行道和跑道数据库。将通过接收如下停止信息来改进机场地面上的引导功能和总体安全：（1）从其他飞行器或从空中交通控制（ATC）接收到的其他飞行器的滑行路线和所指派的跑道信息；（2）配备有电动滑行控制和引导系统的其他飞行器的所计划的速度和加速度以及从其他飞行器链接的数据；以及（3）包括闪光灯和/或不同颜色的灯的用于向行进的飞行器指示预期动作的外部信号灯。如果飞行器处于潜在危险情境中，则可以提供危险警报。可以在自动引导和控制系统内和/或在其他飞行器系统中规划这种警报。这种警报可以包括与以下各项相关的咨询、警示和/或可听和可见警报：（1）与其他飞行器或地面车辆的潜在碰撞；（2）穿过或进入由另一飞行器或地面车辆占据的跑道；（3）与所指派的滑行路线的飞行器偏离；以及（4）飞行器对包括不适于飞行器（例如，飞行器太重或太宽）的滑行道和跑道的滑行放行许可的接收或接受。

警报可以是听觉的、视觉的、指向性的或非指向性的，并且响应可以是手动的或自动的。例如，用于警告即将到来的碰撞的警报可以在机组未在适当的时间内采取适当动作（例如，移动舵柄、应用制动器或者手动按压保持按钮（以下描述每一个））的情况下使系统自动生成保持。

当其他飞行器、车辆或物体阻挡自然或所指派的路线时，地面引导和危险避免子功能还可以利用其他飞行器的位置信息来改变滑行路径。在一些情况下，可能需要来自塔的许可以与所指派的路径偏离。如果存在通往跑道的两个入口，并且第一飞行器已经在一个入口处等待，则第二飞行器的自动引导和控制系统可以检测到所指派的入口被阻挡，并确定通往另一入口的新路径。视觉电动滑行引导系统（VGS）213将显示新路径选项并向可接受或拒绝新路径的机组产生警报。如果新路径被拒绝并且第二飞行器沿现有路径继续，则机组可以在适当时刻处使得保持或采取手动控制。如在这种情形中通常的那样，机组将针对指令而接触该塔。如果多个飞行器排成一行以通向跑道以便起飞，则自动引导和控制系统可以在前方监控飞行器的位置，并且然后在必要时启动、停止和调整速度以继续排成一行。

最优自动引导子功能304在基于最小化APU燃料、转动磨损、轮胎磨损和电驱动磨损下确定最优路径。其还可以考虑及时性的需要，例如，适当的登机时间到达和起飞时间。机组可能能够在如下选项当中选择：（1）最小成本，例如燃料、轮胎磨损等；（2）及时性，例如登机口和跑道时间；以及（3）最小时间。最优自动引导子功能可以利用飞行器数据库中存储的飞行器专用参数来进行最优路径确定。此外，如果附加信息（例如，跑道状况）不是已经存储在VGS中，则机组可以输入该附加信息。

如果期望，在被飞行器许可的情况下（例如，APU辅助引擎启动）同时利用推力引擎时，可以开始电动滑行操作。这许可机组在不完全停下来的情况下启动推力引擎。在推力引擎启动并且达到预定参数（例如，速度）之后，电动滑行自动引导和控制系统以及电动滑行驱动脱离开（disengage）。以类似的方式，确定适当的定时，以在着陆后关闭推力引擎，从而允许适当冷却。一些操作情形可以将该阶段扩展为将一个推力引擎与在一定时间段内参与（engage）的电动滑行一起使用。

自动电动滑行引导和控制路径可以与由视觉电动滑行引导系统213生成的手动路径引导（例如，由VGS生成的路径引导）不同。即，VGS可以确定并显示目标速度，但是，自动引导将确定最优加速度，该最优加速度将在手动控制下难以实现。当参与自动引导时，显示系统212（图2）将以图形方式示出最优自动引导路径（自动路径）。当未参与自动引导时，显示系统212将示出手动引导路径。例如，自动路径显示器可以提供飞行器将最优加速度实现得有多好的指示。

双路径自动引导子功能306协调这两个路径——自动和手动。当自动参与时，双路径功能确保显示与自动控制相关的显示信息并将适当命令发出至系统的其余部分。如果未参与自动模式，则双路径功能确保显示器反映手动引导指令并且命令不被发送至其他系统。数据链路子系统308使塔能够命令飞行器停止或给飞行器提供代替计划。典型地在与塔磋商之后，飞行员可以排除或拒绝该计划。

转动警告和控制子功能310可以在两个模式（即，手动模式和自动模式）中操作。在手动模式中，可以通过关闭电驱动电动机并允许飞行器惯性滑行至降低的速度或者停止，来减慢或停止飞行器。此外，如果还采用了再生制动以帮助降低飞行器速度，则电驱动电动机自身可以用作对制动的辅助。如果需要附加制动，则在VGS上显示指示机组应用制动的警告。在自动模式中，自动应用制动器。

在大多数情况下，在地面人员监控操纵的同时，使用猛拉来实现来自登机口的推回。然而，ACF可以配备有推回控制子功能312，推回控制子功能312可以使用例如超声传感器314来与其他设备（例如，面向后方的摄像机和接近检测系统）协作。电动引导和控制系统可以在必要时确定推回路径并生成保持。推回控制子功能312限制速度并控制制动。

如前所述，VGS 213耦合至AFC 205。同样耦合至VGS的是：各种飞行器传感器，例如胎压传感器、制动温度传感器、推回传感器等；一个或多个控制面板316和用户输入设备326（结合图4和5更详细讨论）；以及监视和地面安全警报功能318。监视和地面警报功能318执行不专用于是否存在机载电动滑行系统的交通和其他危险避免。该功能从交通监视317接收交通监视数据，并且，可以将来自该系统的警报馈送至地面引导和危险避免功能302。监视和地面安全警报功能318还接收ADS-B入数据和碰撞避免数据，这两个数据均还可以被提供给地面引导和危险警报子功能302。然后，地面引导和危险警报子功能302确定针对电动滑行系统的适当功能（如果有的话），例如制动、减速等。

监视和地面安全警报功能表示飞行器上的执行不专用于是否存在机载电动滑行系统的交通和其他危险避免的现有系统。可以将来自该系统的警报馈送至地面引导和危险避免子功能302中。监视和地面安全警报功能318还从传感器接收ADS-B入数据和碰撞避免数据，这两个数据均还可以被馈送至地面引导和危险避免子功能中，地面引导和危险避免子功能然后确定做什么（例如，制动、减速、等待执行一些动作或者什么都不做）。

控制面板316在图3中示出，并使机组人员能够与VGS 316进行界面连接并因此与整个自动引导和控制系统进行界面连接。控制面板316可以与其他控制面板分离或者可以与其他控制面板集成。其还可以耦合至用户输入设备326，例如键盘、光标控制器、触摸屏或其他输入设备。

手动/自动切换控制器207耦合至电动滑行控制器320，并选择性地将手动控制或自动控制应用于左和右滑行控制器，以调整速度。电动/自动制动切换控制器209耦合至制动控制器322，并选择性地许可自动引导和控制系统或正常飞行器制动命令控制飞行器制动。手动/自动前轮适配器211耦合至手动舵柄324。在一些飞行器中，适配器211包含对液压装置进行控制的伺服机构，液压装置进而控制前轮。在其他飞行器中，用电子装置来替换液压装置。在任何情况下，手动/自动前轮适配器使得在舵柄324被移动时脱离开自动引导。

图4和5分别示意了适于与VGS 213进行通信的用户输入设备400和500。参照图4，控件402（参与电动滑行）参与和脱离电动滑行驱动，并且控件404（参与自动控制）参与自动引导和控制功能，而不是简单地显示可能的机场路线。

图4被示出和描述为例如触摸屏。对保持控件416的第一次激活使飞行器停止，但不将飞行器从自动引导模式中移除。对保持控件的第二次激活将允许飞行器在自动引导下重新开始行进。机组人员可以发起保持，例如：（1）在从塔接收到保持指令时；（2）在等待放行许可（例如，用于穿过跑道的放行许可）的同时；或者（3）在看到障碍物（例如，穿过的卡车）时。可以生成停止，并且，如果机载传感器检测到障碍物，则保持416点亮。如果数据链路308（图3）被使能，则停止可以由来自塔的命令生成。机组人员可以发起保持，或者，当参与推回控件414被促动并且飞行器在未使用猛推的情况下离开登机口时，可以生成保持。

可以想到，可以进行以下两种路径确定：（1）临时的；以及（2）活动的。在机组输入初始路径数据并参与自动引导和控制之后，路径变为活动的。然而，机组可能需要在滑行期间修改路径（例如，指派新登机口）。机组输入该临时数据，并通过对激活临时计划控件422进行激活来参与。将新路径发送至自动引导和控制系统。

当系统检测到即将发生的碰撞时，自动引导和控制系统命令停止，并且控件418（自动避免超驰）被点亮。激活控件418超驰该停止。

有时，电动引导和控制系统将生成新建议路径，并将其展现在显示系统212（图2）上。机组可以接受建议计划（激活建议计划424）或拒绝建议计划（拒绝建议计划420）。如果被接受，则建议计划变为活动的。如果被拒绝，则建议计划被擦除。

如果数据链路被使能（控件406），则ATC放行许可或其他ATC指令可以直接输入至系统中。例如，可以发送保持命令，或者塔可以提供滑行放行许可。如果发送了新滑行放行许可，则显示系统212显示新建议路径。可以分别经由控件424和420来接受或拒绝该新建议路径，如前所述。

如果控件408（使能自动制动）被使能，则电动自动引导和控制系统将在需要时自动应用制动器。否则，机组将响应于显示器上的警告。控件410（使能自动避免）使自动引导和控制功能能够在着陆时自动参与。使能自动避免（410）允许所有障碍物避免功能（例如，地面危险或碰撞检测功能）自动生成停止。如果其未被使能，则机组仅依赖于其自身的观察来使飞行器停止。

针对通过数据链路308或由自动引导和控制系统生成的状态和警告消息而预留区域428。还针对该触摸屏显示器提供了“前往菜单”控件426，以允许机组显示其他系统功能，这是由于针对自动引导和手动视觉引导（以及其他系统功能，例如照明、起落架等）均利用了主触摸面板。当选择自动引导时，触摸面板如在图4中那样出现。

为了方便，当通过按下和显示图例（例如，“参与”或“使能”）而参与或使能时，按钮可以从第一颜色改变至第二颜色（例如，灰至绿）。当由机组激活时，可以以第一颜色（例如，蓝）显示保持416，并且当由自动引导和控制系统激活时，以第二颜色（例如，绿）显示保持416。自动避免超驰418可以在被激活时闪烁（例如，三次呈蓝色）。如果在显示器212上示出了建议或临时计划，则可以以第一颜色（例如，蓝）显示控件420和424，并且然后，当作出决定时，将控件420和424恢复至第二颜色（例如，灰）。参与/使能控件（402-414）还可以由其相应的相关功能控制。例如，如果在制动中存在故障，则将显示自动制动（使能自动制动408）并将其恢复至灰色。

图5示意了可与图4中所示的控制面板分离或集成的用于输入滑行参数的数据输入屏幕500。机组人员可以清除先前输入的数据（清除全部502），并选择起飞（504）或着陆（506）。然后，飞行员可以输入机场数据（508）、登机口信息（510）、跑道信息（512）、等待的飞行器的数目（514）和飞行器重量（516）。在满足时，飞行员可以通过激活按下以传送（518）来输入该数据。

图6是示意了根据在着陆前和此后在地面上的典型操作的实施例的电动滑行自动引导和控制系统的操作的框图。激活参与自动控制（图4中的404）使AFC 205将数据输入页面（图5）显示在VGS显示系统212（图2）上。然后，机组输入适当参数并激活传送按钮518（图5），从而使数据传送至ACF 205，其中，经由双路径功能306来确定自动引导路径并将其传递至其他功能。还将路径/路线传递至VGS，并且将自动引导显示在驾驶舱（例如，显示器212）上。这替换了在脱离自动模式时生成的控制面板信息。路径由双路径功能306确定。即，系统针对以下两种路径计算执行数据输入：临时的和活动的。机组人员输入初始路径数据并参与。该路径和目标被传送至自动引导，并且是“活动的”。然而，在滑行期间，机组可能需要修改路径（例如，指派了新登机口）。在这种情况下，机组人员按下临时计划按钮，以带出图5所示的显示器并输入所需的修改。在返回至控制面板显示器图4之后，再次按下临时按钮（现在发亮），以激活临时计划。现在，新路径替换旧路径，并且，将新目标数据发送至自动引导系统。如果未在预定时间段（例如，两分钟）内参与，则忽视并擦除临时计划，并且不再点亮该按钮。如果机组接受自动引导路径，则激活参与电动滑行402（图4），并且AFC 205向电动/自动制动切换控制器209、手动/自动切换控制器207和手动/自动前轮适配器211传输将飞行器置于自动模式中的命令信息。AFC提供了命令（例如，方向命令），然后，利用这些命令来控制前轮驾驶机构211，并且使手动舵柄64不操作。当电动/自动制动切换控制器209被置于自动模式中时，自动制动控制器602从AFC 205而不是从手动制动控制器604接收关于何时应用制动力的命令、速度和状态信号。AFC 205将手动/自动切换控制器207置于自动模式中，并且右和左电动滑行控制器610和612分别从控制器610和612而不是从驾驶舱上的手动控制器606和608（例如，用于驾驶的操纵杆）接收命令。

着陆过程可以概括如下。在着陆前，机组可以输入机场参数。如果数据链路被使能406（图4），则可以经由数据链路来全部或部分地接收该信息。如果在着陆之前激活使能自动着陆410（图4），则在传感器检测到着陆（例如，由于轮子开关上的压力）之后，自动进行参与自动控制，并且AFC已经确定何时关闭引擎，并且该动作由机组执行。

如果未参与自动着陆，则在着陆时以及在安全制动之后，机组手动参与自动控制。假定此时APU（图1中的110）开启。飞行器根据在显示器212上示出且由自动引导系统生成的滑行路径来开始操纵。机组通过窗口来监控显示器和路径，以在障碍物出现或者存在情形的突然改变（例如，爆胎）的情况下确认适当操作并脱离保持。在由电动滑行自动引导和控制系统确定的时刻处，机组接收关掉引擎的最优时间的指示。飞行器在自动控制下遵循自动路径并逼近登机口区域。机组针对最终登机口逼近而脱离自动引导，并恢复至手动电动滑行控制。如果被机场许可，则机组可以使用自动引导以继续至登机口和停机坪。

对于起飞，机组首先获得滑行放行许可和起飞信息。这可以经由语音或数据链路而获得。经由飞行机组输入或者自动从数据链路，将滑行放行许可提供给VGS。在开启APU 110 [图1]之后，验证电动滑行系统的操作。典型地，手动推回飞行器并将其与其初始位置对准。参与电动滑行自动引导和控制系统，并且，飞行器根据自动引导系统和VFS来开始操纵和滑行。机组通过窗口来监控显示器和地形，以在障碍物出现或者存在情形的突然改变的情况下确认适当操作并脱离保持。如果参与自动避免，则系统自动检测危险，并可以使系统停止以提供附加安全。在由自动引导功能确定的时刻处，关于启动引擎的最优时间向机组报警。在适当时刻处，机组脱离电动滑行和引导控制系统和电动滑行系统，并启动引擎。

如果自动推回可用，则可以激活参与推回414（图4），从而使飞行器在跑道上移回、转弯和对准。应当注意，一些飞行器配置允许引擎启动，同时参与电动滑行自动引导和控制系统。在这种情况下，机组接收到启动引擎的最优时间的指示。自动引导和电动滑行系统可以在引擎启动之后自动脱离。

图7是示意了在塔命令停止并且然后提供新放行许可时ACF 205中的数据链路子功能308的操作的框图。图7示出了图4中所示的控制面板400上的控件的子集，即，参与数据链路406、保持416、拒绝建议计划420、激活建议计划424和咨询窗口428（在这种情况下，指示已经发送新计划）。还示出了显示器212，显示器212接收源自包含数据链路子功能308的AFC 205的数据。还示出了飞行器数据链路700，飞行器数据链路700用于接收由箭头702指示的来自机场塔的信息。当机组激活参与数据链路406时，塔702可以命令强制停止或提供建议计划。数据链路308提供适当的协议和安全性，以接受对新建议路线接受/拒绝（424/420）的停止命令或机组响应。如果接收到停止命令，则ACF 205将适当信号传输至制动、驾驶和电动控制器。此外，AFC 205将警告发送至控制面板400和显示器212。将经由数据链路发送的建议路径显示在显示器212上，在显示器212处，机组可以接受该建议路径（激活建议计划424）或拒绝该建议路径（拒绝建议计划420）。

图8是示意了AFC 205中的推回控制子功能212的操作的框图。再一次，在图8中示出了控制面板400（图4）的子集，即，参与自动推回414、保持416和警告410。此外，来自地面引导和避免子功能的数据对推回控制子功能312来说可用。当参与自动推回控件414被激活时，将信号发送至AFC。已经计算出最优路径，并且，使用该最优路径，推回控制功能确定沿适当方向使飞行器后退和使飞行器转弯所需的附加命令。在后备开始之后，如果参与自动避免，则在需要时将地面引导和危险避免信号传输至制动控制器602、电动滑行控制器610和612以及前轮驾驶机构618。飞行器沿所确定的后备路径移回，根据最优路径沿适当方向转弯，并且然后停止。保持灯416开启，参与自动推回灯关闭，并且警告面板428显示“后备完成”。在满足时，机组激活停止控件416，并且沿引导路径的自动引导继续。

如果碰撞即将发生，则飞行器停止，显示标识导致停止的危险的警告，并且后备终止。如果停止的原因被移除，则恢复推回或者脱离自动引导，从而仅用手动电动控制继续。

电动滑行自动引导控制系统提供了多个互锁。例如，来自交通控制的数据链路命令可能导致停止，如在自动制动被激活将由机组人员对激活进行制动。此外，自动控制将在前轮驾驶舵柄移动、过度前轮角度、过低胎压、引擎启动和过度速度、停车制动设置、飞行配置改变等等时脱离。还可以想到，将飞行器意图信息提供给相邻飞行器和地面车辆，以使得能够考虑由电动滑行自动引导和控制系统发起的操纵。这可以使用表面碰撞避免系统、ADS-B、外部信号灯等而实现。

图9是示意了电动滑行自动引导过程900的示例性实施例的流程图。过程900可以由主飞行器的适当系统或部件（例如，图2中所示的滑行引导系统200）执行。结合过程900执行的各种任务可以由软件、硬件、固件或其任意组合执行。出于示意性目的，过程900的以下描述可以参考以上结合图1-8提及的元件。实际上，过程900的部分可以由所描述的系统的不同元件（例如，处理器架构102、地面管理系统202、符号生成模块210或显示系统212）执行。应当意识到，过程900可以包括任何数目的附加或可替换任务，不必按所示意的顺序执行图9中所示的任务，并且可以将过程900并入到具有本文未详细描述的附加功能的更全面过程或处理中。此外，可以从过程900的实施例中省略图9中所示的任务中的一个或多个，只要所预期的总体功能保持完整无缺即可。

尽管可以在主飞行器操作时的任何时刻处执行或发起自动引导过程900，但是该示例假定在飞行器已着陆之后（或者在起飞之前）执行过程900。更具体地，可以在飞行器处于滑行模式的同时执行过程900。可以以相对较高的刷新率、以几乎连续的方式执行过程900。例如，可以以12-40 Hz（或更高）的速率执行过程900的迭代，使得将以动态方式实时地或实质上实时地更新综合驾驶舱显示器。

自动引导过程900获得、接收、访问或获取影响滑行引导信息的生成和展现的特定数据和信息。在这一点上，该过程可以获取特定类型的用户选择或用户输入的数据，作为输入数据（任务902）。用户输入数据可以包括以上参照用户输入设备234（图2）指定的任何信息。例如，过程900可以想到用户选择或用户标识的登机口、跑道、交通状况等。过程900还可以获得或接收可能影响滑行引导信息的生成和展现的其他输入数据（任务904）。再次参照图2，对于任务904，馈给滑行引导系统200的各个元件、系统和部件可以提供其他输入数据。在特定实施例中，该输入数据包括从机载传感器和检测器获得的主飞行器的飞行器状态数据（例如地理位置数据、航向数据等）。输入数据还可以包括经由数据链路子系统240和308（图3）从空中交通控制接收到的数据。在一些情形中，输入数据还包括机场场地中的至少一个相邻飞行器的相邻飞行器状态数据，这允许滑行引导系统200对可能影响主飞行器的滑行操作的机场交通做出反应。

自动引导过程900访问或检索相关联的或以其他方式指示特定机场场地的综合图形表示的机场特征数据（任务906）。如上所说明，可能在飞行器上维持机场特征数据，并且机场特征数据对应于、表示或指示所关注的机场场地的特定可见和可显示特征。将用于呈现给定综合显示的特定机场特征数据将依赖于各种因素，包括飞行器的当前地理位置和航向数据。

滑行自动引导系统可以以适当方式处理用户输入的输入数据、其他输入数据和机场特征数据，以便在适当时刻处和在需要时生成主飞行器的滑行路径引导信息（任务908），该滑行路径引导信息指示一个或多个主推力引擎和/或电动滑行系统的启动/停止引导信息和/或机载电动滑行系统的速度引导信息。因此，将响应于当前输入数据、实时操作状况、当前飞行器位置和状态等，动态生成所得到的滑行路径引导信息、启动/停止引导信息和速度引导信息。此外，一些或所有所生成的引导信息可以受用户选择或用户输入的数据、相邻飞行器数据或空中交通控制数据影响。

尽管可以以不同方式将电动滑行自动引导信息传达、展现或通告给飞行机组或飞行员，但是这里描述的示例性实施例显示滑行路径引导信息、引擎启动/停止引导信息和速度引导信息的图形表示。在地面交通可用时，还可以将地面交通与机场处的飞行器路线一起显示。更具体地，过程900将电动滑行引导信息呈现在座舱显示器上。相应地，过程900可以利用电动滑行引导信息来生成图像呈现显示命令，然后使用图像呈现显示命令来控制机场场地在座舱显示器上的呈现和显示（任务910）。对于该示例，任务910根据主飞行器的当前地理位置数据、主飞行器的当前航向数据以及机场特征数据来呈现机场场地的显示。机场场地的图形表示可能包括与滑行道、跑道、滑行道/跑道标牌、期望滑行路径等相对应的图形特征。综合显示器还可以包括引擎开/关指示符和目标电动滑行速度指示符的图形表示。实际上，动态综合显示器还可以包括机场场地附近或其上的地形的综合透视图。在特定实施例中，还可以使用图像呈现显示命令来控制附加图形特征（例如飞行仪表符号、飞行数据符号等）的呈现。

如果尚未选择自动引导选项（任务912）（即，尚未激活参与自动控制404（图4）），则机组手动操作飞行器并利用关于如何最佳地导航建议滑行路径的指令来遵循座舱显示器上的最佳滑行路线（任务914）。即，视觉滑行系统将做出与速度、驾驶、何时开启和关闭推力引擎和电动驱动滑行电动机等有关的建议。然而，如果已经使能自动引导，则AFC 205将生成新自动滑行路径（任务916），其将用由AFC 205生成的自动路径来替换座舱显示器上的最佳手动滑行路径（任务918）。如前所述，该过程继续，其中，AFC 205使能右和左电动滑行控制器610和612（任务920）、制动控制器602（任务922）和前轮自动驾驶机构618（任务924）。

如果到了刷新显示器的时候（询问任务926），则过程900回到任务902以获得更新后的输入数据。如果未到刷新显示器的时候，则维持显示器的当前状态。过程900的相对较高的刷新率导致显示器的相对无缝且立即的更新。因此，迭代地重复过程900，以更新机场场地及其特征的图形表示，可能与综合显示器的其他图形元素一起更新。特别地，还可以以进行中的方式更新电动滑行引导信息，以反映对操作状况、交通状况、空中交通控制指令等的改变。实际上，可以不定期地且以任何实际速率重复过程900，以支持对显示器的实时或几乎实时的连续和动态更新和刷新。对显示器的频繁更新使飞行机组能够几乎实时地获得并响应于当前操作情形。

尽管在以上具体实施方式中展现了至少一个示例性实施例，但是应当意识到，存在大量的变型。例如，还可以作为完全自动化引导系统的一部分部署这里展现的技术和方法，以允许飞行机组对自动化操纵的执行进行监控和可视化。还应当意识到，本文描述的示例性实施例并不意在以任何方式限制要求保护的主题的范围、适用性或配置。更确切地，以上具体实施方式将给本领域技术人员提供用于实现所描述的实施例的方便路线图。应当理解，在不脱离由权利要求限定的范围的前提下，可以在元件的功能和布置中进行各种改变，该范围包括提交该专利申请时已知的等同替换和可预见的等同替换。

Claims

1. 一种结合飞行器电动滑行驱动系统使用的自动引导和控制方法，包括：

获得飞行器状态数据；

访问机场特征数据；

利用处理器来生成包括至少滑行速度引导信息的滑行路径引导和控制信息；以及

由所述处理器将从所述滑行速度引导信息导出的命令直接发送至至少一个电动滑行控制器，以调节所述飞行器的滑行速度。

2. 根据权利要求1所述的自动引导和控制方法，其中，所述滑行路径引导和控制信息包括至少滑行方向信息，并且，所述自动引导和控制方法还包括：由所述处理器将从所述滑行方向信息导出的驾驶命令直接应用于前轮驾驶机构，以驾驶所述飞行器。

3. 根据权利要求2所述的自动引导和控制方法，其中，所述滑行路径引导和控制信息包括至少制动信息，并且，所述自动引导和控制方法还包括：由所述处理器将从所述制动信息导出的制动命令直接应用于电动滑行制动控制器。

4. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，其中，所述滑行路径引导和控制信息由所述处理器关于滑行成本进行成本优化。

5. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，其中，所述飞行器包括手动滑行驾驶机构，并且，所述自动引导和控制方法还包括：在激活手动驾驶机构时，终止自动引导。

6. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：在保持参与自动引导的同时，使所述飞行器停止。

7. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：由所述处理器生成执行从登机口自动推回所述飞行器的命令。

8. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：在滑行期间修改滑行路径。

9. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：接收危险数据。

10. 根据权利要求9所述的自动引导和控制方法，还包括：生成在所述处理器检测到可能危险时使所述飞行器停止的命令。

11. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：经由数据链路来接收ATC放行许可。

12. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：在从ATC接收到指令时生成停止命令。

13. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：从ATC接收新路径。

14. 根据权利要求3所述的自动引导和控制方法，还包括：将路径显示在座舱显示器上。

15. 一种在配备有电动滑行机构的飞行器上使用的引导和控制系统，该系统包括：

飞行器状态数据的第一源；

机场特征数据的第二源；

电动滑行控制器；以及

处理器，耦合至所述第一源和所述第二源以及所述电动滑行控制器，并被配置为：（1）生成包括至少滑行速度引导信息的滑行路径引导和控制信息；以及（2）将从所述滑行速度引导信息导出的命令直接发送至所述电动滑行控制器。