CN109937538A - 在操纵杆的多个开关与控制装置之间的信息编码装置 - Google Patents

在操纵杆的多个开关与控制装置之间的信息编码装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种在安置于操纵杆(2)上的多个常闭开关(P1...Pn)与控制装置(9)之间的信息编码装置(1)，所述开关串联连接在电压线(3)与测量线(5)之间，每个开关(Pi)与连接在所述开关的最靠近电压源(Vcc)的端子与所述测量线之间的单个电阻(Ri)相关联。因此，所述编码装置能够获得所述开关的层级。

Description

在操纵杆的多个开关与控制装置之间的信息编码装置
技术领域
本发明涉及一种信息编码装置，更具体地涉及一种与由操纵杆(例如飞行器的方向盘或操控柄)承载的常闭触点式控制开关的状态以及控制装置(例如飞行器的飞行控制计算机)关联的编码装置。本发明更具体地应用于直升机的操控柄。
背景技术
无论是在航空领域中、在汽车领域中、还是在任何其它领域中，向相对于机架固定的控制装置方向传输由相对于该机架可动的操纵杆(例如汽车方向盘或飞行器转向柱)承载的(双稳态或按钮或其它类型的)多个开关的状态始终存在问题。事实上，如果期望能够彼此独立地检测n个开关的状态，则使可动杆与控制装置联接需要有至少n+1个导线。这样多数量的导线(如果为了可靠性原因，这些导线需加倍，导线的数量更多)通过弹簧效应限制了所述可动杆的运动自由度，并且带来了关于电缆从所述可动杆与所述机架的一个或多个接头位置处经过的问题，所述机架支撑相对于所述机架固定的控制装置。
已经考虑了多种解决方案(特别是使用数字电子多路传输的解决方案)，但已证实这在存在高度受电磁辐射干扰的环境(例如，飞行器的驾驶舱中遇到的雷电、其它仪器(雷达等)的辐射)时不太可靠。
因此考虑了建立在与开关联接的电阻网络的基础上的类似解决方案。US 4,471,234教导了例如使用串联连接在直流电源线与参考线(地线)之间的常闭开关网络，每个开关包括与之并联的具有预定值的电阻。所述电源线上的电压是从测量线上提取的并且能够识别所述开关的状态。这样，当没有任何开关断开时，所述电阻处于短路并且从所述测量线上测量的电压为零。一旦一个开关断开，从所述测量线上测量的电压等于该开关的并联电阻的值乘以流过电路的电流。然而，该电路需要一种确切的能够在所有开关闭合时承受持久短路的电流发生器。此外，当多个开关断开时，经测量电压表示相关开关的并联电阻总和。当所述电路的开关数量较大时，对于经致动开关的识别变得困难。而且，当针对该开关测量的电压的变化范围受同时致动的其它开关干扰时，也很难识别在优先开关上的动作。
发明内容
因此，本发明旨在提供一种在多个常闭开关与控制装置之间的信息编码装置，所述信息编码装置能够限定所述开关之间的优先级。
本发明还旨在提供一种当多个开关同时致动时避免混淆的装置。
本发明还旨在提供一种特别是当开关与控制装置隔有距离时易于实施的装置。
为此，本发明涉及一种在安置于操纵杆上的多个常闭开关与控制装置之间的信息编码装置，所述信息编码装置包括：
-与电压源的正端子联接的电压线，
-与所述电压源的地线联接的参考线，
-与所述控制装置联接的测量线，
-与所述电压线串联连接的多个开关，每个开关与单个电阻相关联并且由第一端子与所述电阻的第一端子在公共点(称作优先级节点)处连接，
其特征在于：
-每个优先级节点都安置在所述开关的最靠近所述电压线的第一端子(称作开关的上游端子)上，
-每个电阻的第二端子都与所述测量线联接，
-所述测量线通过额外电阻(称作脚部电阻)与所述参考线联接。
在本文中，对于串联的多个开关中的一个开关限定一个阶级(rang)以限定该开关在串联系列中的相对位置。最低阶级授予最靠近电压源的开关，且阶级随着开关与该电压源隔有的距离的增加而增加。还在开关的最靠近电压源的端子与电阻的连接点处限定节点，所述电阻和所述节点被指派成具有同与该节点连接的开关的阶级相同的阶级。因此，阶级i的节点安置在阶级i的开关与阶级i-1的开关之间，阶级i的电阻与阶级i的节点连接。为了简化描述，术语“上游”和“下游”及其衍生表述(处在上游、处在下游等)可用于相对于电压源端子确定两个元件的相对位置。因此，所述开关的最靠近电压源正端子的端子是该开关的上游端子。同样地，阶级高于另一个开关的开关安置在所述另一个开关下游，也就是说，更接近电压源的地线。
更具体地，每个电阻的第二端子都借助于所述脚部电阻与所述参考线联接。而且，有利地，最高阶级的开关包括借助于所述脚部电阻与所述参考线联接的第二端子。
由于该布置，任何经致动并因此断开的开关切断了能够给处在自身位置下游的开关供电的电路。因此，在阶级高于经致动开关的开关上执行的动作不再对从所述测量线上测量的电压值存在影响。因此，在开关之间限定优先级，给定阶级的开关相较于更高阶级的开关具有优先级。
根据本发明并且在一些优选实施例中，最远离所述电压线的开关由第二端子与所述测量线连接。以该方式，当没有任何开关致动时，所述测量线与所述电压线直接连接，并且从所述测量线上测量的值等于所述装置的供电电压。
根据这些优选实施例的变型，最靠近所述电压线的优先级节点借助于附加电阻(称作头部电阻)与所述电压线连接。由于该头部电阻，当没有任何开关致动时，从所述测量线上测量的电压通过由所述头部电阻和所述脚部电阻构成的桥的比率来确定。因此，可使没有任何开关致动的情况与测量线至电压线短路的情况有区别。因此，所述编码装置的可靠性得到改善。
根据本发明并且在一些有利实施例中，所述编码装置包括与最靠近所述电压线的优先级节点连接的供选测量线。由于该供选测量线，可获得对所述开关的状态的两个不同且冗余(redondantes)的测量，并且可改善所述装置的可靠性。
根据本发明并且在一些有利实施例中，所述编码装置至少部分地配置在操纵杆内部。因此，所述装置的不同电阻更接近由所述操纵杆承载的开关，并且仅通过与电压线、测量线和参考线对应的三个线与自身的固定基座联接。
根据本发明并且在一些有利实施例中，与参考线直接连接的脚部电阻以及与电压线直接连接的头部电阻安置在操纵杆外部，所述脚部电阻和所述头部电阻能够检验所述编码装置的良好功能。因此，在操纵杆与外部电路板之间只需两个连接线，所述外部电路板例如作为所述控制装置的一部分并且承载头部电阻和脚部电阻以传送不同的开关状态信息。而且，以该方式，所述头部电阻能够在所述头部电阻与所述操纵杆之间的连接线至地线短路的情况下又或在所述测量线路至地线短路时以及在没有任何开关致动时限制电流。
根据本发明并且在一些有利实施例中，每个开关包括至少两个触点对，第一对常闭，第二对常开，不同触点对同时改变状态。这能够借助于编码装置的补充配置来获得经提供编码信息的冗余。
根据本发明并且在一些有利实施例中，所述编码装置包括至少一个补充配置，所述补充配置包括串联在与电压源的正端子联接的第二电压线与多个常开触点对之间的电阻网络。每个触点对包括一个上游端子和一个下游端子，每个触点对中的上游端子分别与在接连的两个电阻之间的连接点连接，下游端子与同电压源的地线联接的第二参考线路连接。由于该补充配置或这些补充配置，可尤其通过使用不同的硬件来获得关于开关状态的冗余信息，以及获得具有经改善可靠性的编码装置。
特别地，至少一个补充配置的电阻网络具有与所述第二电压线联接的第一端以及与第二参考线联接的第二端。而且，该电阻网络与第二测量线连接。优选地，该电阻网络的第二端与所述第二测量线连接。
有利地，每个常开触点对中的下游端子借助于电阻(称作补充脚部电阻)与所述电压源的地线连接。然而，还能够使每个常开触点对中的下游端子与所述电压源的地线直接连接，在第二供选测量线上执行电压测量，所述第二供选测量线与该补充配置的最靠近第二电压线的优先级节点连接。
更具体地，在这些实施例的一些中，所述编码装置包括至少一个补充配置，所述至少一个补充配置包括串联在第二电压线与多个常开触点对之间的电阻网络，每个触点对包括一个上游端子和一个下游端子，每个触点对中的上游端子分别与在接连的两个电阻之间的连接点连接，下游端子与第二测量线连接。因此，每个触点对中的下游端子与第二测量线连接并且与所述电压源的地线连接。
在变型中，每个触点对中的下游端子可仅与所述电压源的地线连接。
根据本发明并且在一些有利实施例中，所述补充配置还包括与所述电阻网络的第一电阻的下游端子连接的供选测量线，所述电阻网络的第一电阻的上游端子与第二电压线直接连接。因此，所述补充配置包括所述第二测量线和所述供选测量线。因此可对于相同的配置进行两个测量。
根据本发明并且在一些有利实施例中，所述补充配置包括连接在最高阶级的触点对中的上游端子与测量线之间的额外电阻。由于该额外电阻，可使在没有任何开关致动时的正常运行状态与由于电源线断开的故障状态有区别。
本发明还涉及一种相对于机架可动的操纵杆，所述操纵杆与控制装置联接，其特征在于，所述操纵杆包括具有任意其中一项上文提及的特征的编码装置。
根据本发明并且在一些有利实施例中，操纵杆形成飞行器(尤其是直升机)的操控柄。在该类型的操控柄中，根据本发明的装置能够在同时不合时宜地按压在多个按钮上的情况下(如在紧急情形中可发生的那样)使用按钮之间的优先级层级(hiérarchie)，以给予最重要的要执行的动作优先。
本发明还涉及一种编码装置和一种操纵杆，其特征组合或非组合地采用上文或下文提及的特征中的全部或部分。无论所给出的形式上表达如何，除非另有明确说明，上文或下文提及的不同特征不需被视作紧密地或不可分割地彼此联系，本发明可涉及这些结构性或功能性特征中的仅任一个、或这些结构性或功能性特征的仅一部分、或这些结构性或功能性特征中的任一个的仅一部分、又或这些结构性或功能性特征中的全部或部分的任何集合、组合或并置。
附图说明
通过阅读下文的详细说明和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更清楚，在所述附图中：
-图1示出了根据本发明的编码装置的第一示意图，该第一示意图能够突显开关之间的优先级层级；
-图2示出了根据本发明的编码装置的示意图，其中，编码装置使用包括相反类型(常开和常闭)的两个触点对的开关以及使用允许信息冗余的配置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的编码装置1的电气示意图。所述装置1包括串联配置的多个常闭开关P1至Pn，所述多个常闭开关由最低阶级的开关P1的一个端子借助于头部电阻Rt及电压线3与电压源的正端子Vcc联接。在图1上，所述开关象征性地表示成常闭触点式按钮的形式，也就是说，当所述开关没有致动时，所述开关的端子短路，当所述开关致动时，所述开关的端子转变成断路。
对于每个开关P1至Pn，电阻R1至Rn由自身的端子中的一个与开关的上游端子(即最靠近电压源Vcc的端子)连接。每个在电阻与开关之间的连接点限定节点(称作优先级节点N1至Nn)。每个电阻R1至Rn的另一端子与测量线5联接，所述测量线本身通过脚部电阻Rp及参考线4与电压源的地线联接。
在编码装置1的优选实施例中，最高阶级的开关Pn的下游端子也与测量线5联接。
根据有利特征，编码装置1基本上包含在图1上由虚线框表示的操纵杆2中。为了检验所述编码装置的良好运行，仅头部电阻Rt和脚部电阻Rp可安置在操纵杆2外部，如下文可见。
所述编码装置的运行如下所述：当没有任何开关致动时，所有开关短路。
在所述装置的非优选运行模式中，当头部电阻Rt不存在或者具有零值时，以及当最高阶级的开关Pn的下游端子不与测量线5联接时，所有优先级节点N1至Nn处存在的电压等于电流源Vcc的电压。因此，当没有任何开关致动时，电阻R1至Rn并联配置，并且从测量线5上测量的电压Vmes等于：
其中，R(R1||Rn)是并联电阻R1至Rn的等效电阻。当头部电阻Rt存在且具有非零值时，该头部电阻的值添加到上述等式的分母中。
有利地，在编码装置的优选实施例中，最高阶级的开关的下游端子与测量线5连接，这能够确定该下游端子相对于地线的电位。因此，当没有任何开关致动时，经测量电压Vmes等于：
因此，通过选择具有非零值的头部电阻Rt，可使没有任何开关致动(断开)的情况与测量线同电压源短路的情况有区别。因此，所述编码装置变得更可靠。
当开关Pi致动时，电阻Ri+1至Rn的供电电路中断，仅电阻R1至Ri被供电。在该情况下，该电路包括与并联电阻R1至Ri的等效电阻串联的头部电阻Rt、电压Vmes的测量点以及接至地线的脚部电阻Rp。
因此，对于经致动开关Pi，经测量电压的值的一般等式写为：
其中，是并联电阻R1至Ri的等效电阻。还注意到，当开关Pi断开时，更高阶级的开关(即开关Pi+1至Pn)的状态是随遇(indifférent)的并且不干预经测量电压。事实上，在该情况下，从Ni+1起的优先级节点都不再被供电，电阻Ri+1至Rn不再由电流经过并因此不再影响经测量电压Vmes。
因此限定了优先级顺序：当两个或更多个开关同时致动时，经测量电压与经断开的最低阶级的开关对应，这掩蔽了任何更高阶级的开关的状态。
作为示例，对于能够给八个开关编码的编码装置，使用串联的八个开关P1至P8，所述八个电阻与八个开关R1至R8联结。头部电阻Rt安置在电压线3与优先级节点N1之间，并且脚部电阻Rp安置在测量线5与参考线4之间。开关P8的下游端子也与测量线5联接。计算这些电阻的值，以一方面确保电流等级充足以便不受可发生在例如直升机的驾驶舱中的各种电磁干扰的干扰，以及以另一方面提供在不同的开关之间的充足分辩等级。通过明智地选择电阻，对于10V的电压Vcc，9kΩ的脚部电阻，1kΩ的头部电阻，获得了根据下表所示的测量：
因此，可观察到，在供电电压下测量的电压比率具有大约10％的节距，这能够无错误风险地辨别哪个开关致动。而且，当没有任何开关致动时经测量电压与供电电压充分不同，以可辨别故障的情况，例如参考线的断裂或供电线与测量线的短路。
现在参考附图中的图2，该图示出了利用所使用的开关的有利特征的配置。事实上，每个开关包括至少两个触点对，第一对称作常闭触点对，第二对称作常开触点对，在所述常闭触点对中，当所述开关或按钮未致动时，两个端子短路连接，在所述常开触点对中，当所述开关或按钮没有致动时，两个端子处于断路。注意到，当所述开关或按钮致动时，第一触点对和第二触点对同时改变状态。
在图2上，每个开关由两个标记指示，第一标记Pi表示阶级i的开关的常闭触点对，第二标记P'i表示相同阶级i的该开关的常开触点对。
如结合图1所示，在图2的左部上示出了串联装配在与电压线3连接的头部电阻Rt与测量线5之间的常闭触点P1...Pi...Pn的配置。电阻R1...Ri...Rn并联装配在相同阶级的开关的上游触点与测量线5之间。测量线5通过脚部电阻Rp与参考线4联接。所述配置的该部分的运行与结合图1描述的运行同样：当开关Pi断开时，电流经过电阻R1到Ri和脚部电阻Rp。从测量线5上测量的电压Vmes由此等于：
同样地，当开关Pi断开时，更高阶级的开关(即开关Pi+1至Pn)的状态是随遇的并且不干预经测量电压。事实上，在该情况下，任何阶级高于Ri的电阻不被供电。
在图2上所示的配置的右部中，还示出了第二电压线3'和第二参考线4'，所述第二电压线和第二参考线可与或可不与同电压线3和参考线4服务于所述配置的左部的电位相同的电位联接。电阻网络R'1...R'i...R'n串联配置在电压线3'与测量线5'之间。测量线5'通过脚部电阻R'p与参考线4'联接。每个在接连的两个电阻之间的连接点与常开触点对P'1...P'i...P'n中的上游端子联接，该触点对中的下游端子与测量线5'联接。
图2的编码装置的配置的右部的运行如下所述。当触点对P'i闭合时，电流经过电阻R'1至R'i以及串联装配的脚部电阻R'p。因此，从测量线5'上测量的电压V'mes由此等于：
在所述配置的该部分的有利变型中，可使电阻R'n+1连接在更高阶级的触点对P'n中的上游端子与测量线5'之间。由于该额外电阻，即使所有触点对断开，电流建立在电压线3'与测量线5'之间，这能够使该情况与连接线(例如在V'cc与R'1之间或在测量线与地线之间)切断的情况有区别，以便改善所述装置的可靠性。因此，当没有任何触点对P'i闭合时，从测量线5'上测量的电压V'mes等于：
还注意到，当触点对P'i闭合时，更高阶级的触点对(即触点对P'i+1至P'n)的状态是随遇的并且不干预经测量电压。事实上，在该情况下，阶级高于R'i的所有电阻都通过测量线5'短路，并且不再干预经测量电压V'mes的计算。因此，额外电阻R'n+1的存在不影响测量结果。
因此，还限定了在触点对之间的优先级顺序：当两个或更多个触点对同时闭合时，经测量电压与经闭合的最低阶级的触点对对应，这掩蔽了任何更高阶级的接触对的状态。
可注意到，无论所考虑的触点对是常开的还是常闭的，开关的优先级顺序是相同的。
因此，通过在同一编码装置中使两个配置联结，一个具有常开触点而另一个具有常闭触点，每个触点对由同一个按钮致动，保持按钮的相同优先级层级，并且从每个配置上测量的电压值以彼此相反的方式交错。
因此，获得了一种冗余的编码装置，该编码装置能够增加经传输信息的可靠性。当然，还可实施一种编码装置，该编码装置包括配置的多个组合(例如基于包括两个常开触点对的开关的两个配置、或具有包括三个触点对的开关的三个配置，所述三个触点对包括两个常闭触点对和一个常开触点对，或者相反)。
在变型中，如图所示，测量线可通过图2上以虚线示出的供选测量线Vmes_alt和V'mes_alt与同电压线直接连接的电阻Rt(或R'1)的下游端子连结。因此，可对于每个配置获得两个电压测量，以便获得在该测量上的冗余以及增加所述编码装置的可靠性。
上文描述的编码装置可有用地通过使自身与控制装置(例如飞行控制计算机)相关联而集成在直升机的操控柄的操纵杆中，而使得所述操控柄的球窝节的自由间隙不受使所述开关与所述控制装置联接的线缆束阻碍。
除了上文描述的变型和应用之外，本发明可涉及多个变型和应用。特别地，当然，除非另有说明，上文描述的实施例中的每个的不同结构性或功能性特征不需被视作不需被视作紧密地和/或不可分割地组合和/或彼此连接，而是相反地被视作简单的并置。而且，上文描述的不同实施例的结构性和/或功能性特征可完全或部分地涉及任何不同并置或任何不同组合。例如，根据本发明的信息编码装置可应用到其它操纵装置，所述其它操纵装置例如为机动车辆的方向盘或可动机器的控制单元，所述可动机器例如是农业拖拉机或桥式起重机或远程操纵装置。

Claims (12)

1.一种在安置于操纵杆(2)上的多个常闭开关(P1...Pn)与控制装置(9)之间的信息编码装置(1)，所述装置包括：
-与电压源的正端子(Vcc)联接的电压线(3)，
-与所述电压源的地线联接的参考线(4)，
-与所述控制装置联接的测量线(5)，
-与所述电压线串联连接的多个开关(P1...Pn)，每个开关(Pi)与单个电阻(Ri)相关联并且由第一端子与所述电阻的第一端子在公共点处连接，所述公共点称作优先级节点(Ni)，
其特征在于，
-每个优先级节点都安置在所述开关的最靠近所述电压线的第一端子上，
-每个电阻的第二端子都与所述测量线联接，
-所述测量线通过额外电阻与所述参考线联接，所述额外电阻称作脚部电阻(Rp)。
2.根据权利要求1所述的编码装置，其特征在于，最远离所述电压线(3)的开关(Pn)由第二端子与所述测量线(5)连接。
3.根据权利要求1或2所述的编码装置，其特征在于，最靠近所述电压线(3)的优先级节点(N1)借助于附加电阻与所述电压线连接，所述附加电阻称作头部电阻(Rt)。
4.根据权利要求3所述的编码装置，其特征在于，所述编码装置包括与最靠近所述电压线的优先级节点(N1)连接的供选测量线(Vmes_alt)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的编码装置，其特征在于，所述编码装置至少部分地配置在所述操纵杆(12)内部。
6.根据权利要求5所述的编码装置，其特征在于，与所述参考线(4)直接连接的脚部电阻(Rp)以及与所述电压线(3)直接连接的头部电阻(Rt)安置在所述操纵杆(2)外部，所述脚部电阻和所述头部电阻能够检验所述编码装置的良好运行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的编码装置，其特征在于，每个开关包括至少两个触点对，第一对(Pi)常闭，第二对(P'i)常开。
8.根据权利要求7所述的编码装置，其特征在于，所述编码装置包括至少一个补充配置，所述至少一个补充配置包括串联在第二电压线(3')与多个常开触点对(P'1...P'i...P'n)之间的电阻网络(R'1...R'n)，每个触点对包括一个上游端子和一个下游端子，每个触点对中的上游端子分别与在接连的两个电阻之间的连接点连接，下游端子与第二测量线(V'mes)连接。
9.根据权利要求8所述的编码装置，其特征在于，所述补充配置还包括与所述电阻网络的第一电阻(R'1)中的下游端子连接的供选测量线(V'mes_alt)，所述电阻网络的第一电阻的上游端子与所述第二电压线(3')直接连接。
10.根据权利要求8或9所述的编码装置，其特征在于，所述编码装置包括连接在最高阶级的触点对(P'n)中的上游端子与测量线(5')之间的额外电阻(R'n+1)。
11.一种相对于机架(11)可动的操纵杆(2)，所述操纵杆与控制装置(9)联接，其特征在于，所述操纵杆包括根据权利要求1至10中任一项所述的编码装置(1)。
12.根据权利要求11所述的操纵杆(2)，其特征在于，所述操纵杆作为飞行器、尤其是直升机的操控柄(10)的一部分。
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