CN110316392A - 用于飞机驾驶控制的控制板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞机驾驶控制的控制板，所述控制板设置在飞机驾驶舱内的顶部，其中，在所述控制板上分别集成有：防火控制板，所述防火控制板包括用于防火控制的至少一个物理开关；电源系统控制板，所述电源系统控制板包括用于电源控制的至少一个物理开关；以及触摸屏，所述触摸屏用于显示和控制所述飞机的各系统或部件的状态。与传统控制板相比，该发明装置极大程度的集成了系统控制部件，由此使飞机顶部控制板更加简洁，而且显示与控制一体化的界面让飞行员容易辨识飞机状态。

Description

用于飞机驾驶控制的控制板

技术领域

本发明涉及一种用于飞机驾驶控制的控制板、尤其是用于飞机驾驶舱内的顶部上的控制板。

背景技术

通常，在飞机、尤其是大型民用飞机的驾驶舱中会设置有各种控制面板。例如，在驾驶舱的主控台上会设置有多种控制板和屏幕，以使得飞行人员能够获取飞机实际的飞行状态并由此控制飞行。

近几十年来，随着驾驶舱的布局不断更迭以及有关飞行的新的技术和功能的不断引入，在提高先进性和易用性的同时也进一步加强了飞行安全性。如中国专利文献CN105292504A中所提及的，现代大型客机驾驶舱的多屏幕式布局多为“4+1”(如波音B787)或“5+1”(如空客A380)的形式。

此外，在美国专利文献US 2015261379中也提及一种用于飞机驾驶舱的控制台布局，该控制台除了飞行中常用的各类飞行状态外还可接收天气系统的信息以及发出各类紧急报警信息等。

然而，在目前的民用飞机驾驶舱中，即使在驾驶舱顶上(即，飞行员的头顶上)存在控制板，该控制板也采用大量机械式的开关，装置重量非常大，而且随着飞机的控制越来越复杂，开关也会越来越多，已经完全满足不了日益发展的航空系统控制的需要了。

为了解决这个问题，在中国专利文献CN 106793651A中提出了一种飞机驾驶舱顶部控制板直插式箱体结构，以承载由于功能越来越多而造成越来越重的顶部控制板。然而，这并未从根本上解决顶部控制板的控制需要与顶部结构空间和安装条件之间的矛盾。

为此，如何在飞机驾驶舱的顶部集成控制板的越来越多的功能是未来控制板的发展趋势。

发明内容

本发明提供一种用于飞机驾驶控制的控制板，所述控制板设置在飞机驾驶舱内的顶部。在所述控制板上分别集成有：防火控制板，所述防火控制板包括用于防火控制的至少一个物理开关；电源系统控制板，所述电源系统控制板包括用于电源控制的至少一个物理开关；以及触摸屏，所述触摸屏用于显示和控制所述飞机的各系统或部件的状态。

由于防火控制板和电源系统控制部均采用至少一个物理开关(即，影响飞机安全性的控制采用物理器件)，因而确保与安全性关联性极高的事件出现时的飞机安全性。

而当这些物理开关与触摸屏结合时，还能发挥出触摸屏的显示优势，使得整个控制板的界面非常清晰，便于飞行员操作，由此借助该顶部集成控制部来提高飞行的安全性。总体来说，这样的集成既保证系统安全性，又满足左右驾驶员的操作人机工效。

有利地，所述触摸屏布置在所述控制板的中间位置，而所有物理开关则布置在所述触摸屏的周围。

由此，可以为触摸屏提供足够大的空间来进行大面积清楚显示，且在其周围布置的物理开关、例如系统警报指示灯等与触摸屏上显示内容的对应性可大幅提升。

优选的是，控制板集成有两块触摸屏，从飞行的方向看，它们在所述控制板上左右对称地布置，并且显示内容一致，以分别供两位飞机驾驶者使用。

借助左右对称布置的触摸屏，可以实现系统的冗余度，进而提高飞行的安全性。

尤其是，防火控制板的物理开关和所述电源系统控制板的物理开关可以与所述飞机的系统控制计算机直接硬线连接。

由于防火控制板与电源系统控制板均采用硬线与飞行控制装置、例如防火系统计算机和电源系统计算机直接连接，而避免由于事故导致电器的失效、进而造成安全关键控制一起发生失效。

在一些实施例中，控制板还可以集成有系统警报控制板，所述系统警报控制板包括与所述飞机中故障的系统或部件中的至少一个相对应的系统警报指示灯，用以快速定位其故障。

相比于传统的控制板，顶部板上的告警指示信号显而易见，因而，锁定故障的效率极高。

特别有利的是，从飞行的方向看，多个系统警报指示灯在所述控制板上分别布置在所述触摸屏的左右两侧上，所述防火控制板在所述控制板上布置在所述触摸屏的前后两侧中的一侧上，而所述电源系统控制板则在所述控制板上布置在所述触摸屏的前后两侧中的另一侧上。

由此，通过优化各个控制板和指示灯的布局，可以使得飞行员在最短时间内确定对应的控制信息(尤其是警报)，提高飞行的安全性。由于重要且操作频率低的物理器件位于触摸屏上方，重要且操作频率高的器件位于触摸屏下方，这样能更好实现人机工效。

更优选地，触摸屏包括系统清单模块和/或系统控制页面，所述系统清单模块构造成能通过触摸来选择各系统，系统控制页面构造成显示当前选择的系统中的部件。

因此，本发明将显示与控制结合在同一个页面中，操作即可见系统的控制状态，大大减轻了飞行员工作负荷。

在一些实施例中，在所述触摸屏上的所述系统清单模块上显示的每个系统可以均与位于上述控制板上的一个系统警报指示灯对应。

因此，当驾驶员可以选择他所使用的触摸屏的对应的系统清单模块中的系统后，会在触摸屏的系统控制页面中看到详细的告警与警戒指示，然后再进行操纵。由此可以大幅提高飞行员的控制效率。

此外，触摸屏还可以包括加载的机组检查单与警报处置模块，所述机组检查单与警报处置模块能借助全自动模式和半自动模式进行操作，在所述全自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块设置成能一键自动检查所述飞机的各系统或部件的状态，而在所述半自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块分步显示检查所述飞机的各系统或部件的状态的各操作步骤。

因而，本发明将传统的操作程序加载在触摸屏中，飞行员可根据需要全自动或半自动的处理机组检查单与告警处置程序，大幅提高了检查效率和飞行安全性。

特别是，触摸屏可以包括防误操作元件，所述防误操作元件与所述触摸屏的按键通信连接。借助该防误操作元件，可以显著降低驾驶员误触发的可能性。

例如，防误操作元件可以构造成在触摸时能提供微电流反馈。借助该微电流形式，驾驶员可以在触摸该触摸屏上的按键时清楚地知晓已经触摸到该按键

替代地，防误操作元件也可以构造成在飞机驾驶者的两根手指同时触摸时才实现通过所述按键对所述显示屏的控制。由此，可以进一步以更可靠的方式实现控制，避免出现不必要的状态变化或者其它影响飞行安全性的后果。

附图说明

图1示意地示出根据本发明的一个实施例的集成有触摸屏和物理开关的驾驶舱顶部控制板；

图2示意地示出根据本发明的一个实施例的系统控制方式与架构；

图3用示意图来表示根据本发明的驾驶舱顶部控制板的分区架构；以及

图4示意地示出根据本发明的驾驶舱顶部控制板的一个实际操作例子的界面。

应注意参考的附图并非都按比例绘制，而是可扩大来说明本发明的各方面，且在这方面，附图不应被解释为限制性的。

具体实施方式

根据本发明的控制板主要涉及飞机驾驶舱的顶部上的控制板或控制装置。在本发明中，术语“控制板”并不局限于板状的控制装置，例如也可以是台状、箱状、块状的控制装置。但常用的控制装置在安装到驾驶舱顶部的框架结构上并且封顶之后通常仅向外、即向飞行员展示出类似于板状的控制结构。

尤其是，根据本发明的控制板是一种人机交互界面，实现飞机飞控、液压、电源等飞机大部分电气或者机电系统的控制功能，以实现飞机的姿态和状态的控制。

总体上说，基于飞机系统安全性方面的考虑，本发明将飞机顶部控制板主要分为如下几个部分：

首先，控制板可包括防火控制板10。安全性是民用飞机设计中需要考虑的重要一环，不管飞行状态还是地面状态，火都是严重危害飞机安全的重要因素。正是由于防火控制是飞行安全中非常重要和关键的控制因素，因此，该防火控制板10通常设置在顶部控制板上，以防止飞行人员的误操作。

通常，防火控制板10包括至少一个物理开关。在本发明中，术语“物理开关”是指需要由人员操作、例如拨动或扳扣等的实体开关，而不是非物理的虚拟开关。例如，这些物理开关可以是防火预位与灭火瓶释放控制开关。

通常，飞机防火系统包括探测和灭火两个子系统。探测系统通过控制器和探测器对指定区域的烟雾、过热和着火进行探测和监控。一旦危险发生，即对机组人员进行告知(下文将进一步阐释警报系统)，并且同时向指示记录和维护系统提供监控信号。

视机型的不同，指定探测区域例如可包括发动机舱、辅助动力装置舱、货舱、盥洗室、起落架舱和引气泄露区等。在一些情况下，指定探测区域还可以包括电子设备舱和再循环风扇舱等。而灭火系统则通过灭火装置和手提灭火瓶等对相关区域进行灭火。灭火装置通常可包括发动机灭火瓶、辅助动力装置灭火瓶、货舱灭火瓶和客舱手提式灭火瓶等。

可以理解到，上述探测子系统与灭火子系统均与顶部控制板上的防火控制板10的物理开关直接通信连接。

其次，控制板可包括电源系统控制板20，该电源系统控制板20可包括至少一个物理开关。物理开关可以例如为括蓄电池控制开关、辅助动力装置控制开关、冲压空气涡轮控制开关、外部电源控制开关等。

通常，飞机电源系统可包括主电源、应急电源和二次电源组成，可选地还包括辅助电源。主电源由航空发动机传动的发电机、电源控制保护设备等构成，在飞行中供电。飞行中主电源发生故障时，蓄电池或应急发电机即成为应急电源。在本发明中，电源系统控制板20主要是指主要电源系统控制板20，而一般不一定包含对其它辅助电源系统的控制功能。

鉴于防火控制板10与电源系统控制板20对于飞行安全来说至关重要，因此，防火控制板10与电源系统控制板20均采用硬线与飞行控制装置、例如防火系统计算机和电源系统计算机直接连接，而避免由于事故导致电器的失效、进而造成安全关键控制一起发生失效。

更有利的是，前述物理开关中的一些可以采用单刀双掷(SPDT)或双刀双掷(DPDT)式开关，这有助于实现它们的容错能力。交换机可以在两条线路上发送相同的信号，这样如果一条线路或一条线路断开，信号仍然可以在另一条线路上成功接收。这对于安全交换机和应急开关来说很重要，只要系统从交换机看到一条信号，系统就会采取行动。

除了物理开关外，控制板还可包括触摸屏。如图3中所示，在一个有利的实施例中，在整个控制板上集成的触摸屏和物理开关可以这样布局：将触摸屏设置在控制板的中央区域/中间位置，而物理开关则布置在触摸屏的周围/外围。

在本发明中，术语“中央”和“外围”是相对的概念，主要是指在优选的方案中触摸屏相对于物理开关更集中于控制板的中间位置，而不是物理开关集中于控制板的中间位置。

这样布局的优势在于，可以为触摸屏提供足够大的空间来进行大面积清楚显示，且在其周围布置的物理开关、例如后文阐释的系统警报指示灯50(可位于系统告警指示灯控制板52上)等与触摸屏上显示内容的对应性可大幅提升，且整个控制板的界面非常清晰，便于飞行员操作。

如图1和3中所示的控制板的示例对应于安装在飞机驾驶舱顶部上的控制板。在下文中，沿飞机的飞行方向看，图示的控制板的左右方向也为飞机的左右方向(但可能左/右正好相反)，而控制板的上下方向则为飞机的前后方向。

在较佳的实施例中，本发明的触摸屏可以分为左右两块触摸屏，其中，左触摸屏主要给机长使用，而右触摸屏主要给副驾驶员使用。但可以理解到，这种分配并不是绝对的，只要左右两块触摸屏分别提供给操纵飞机的两位飞行人员使用即可。

尤其是，左右两块触摸屏的显示内容可以是完全一致，显示左右互为对称，以实现系统的冗余度。但本发明也不排除左右触摸屏的显示内容具有区别的方案。

更有利的是，每块触摸屏可以分为多个模块，例如系统清单模块60与系统控制页面70。系统清单模块60可以通过触摸选择，在触摸屏选择飞机上的各个(子)系统后，在系统控制页面70部分则可以显示该(子)系统下所有的操作器件与系统指示。

因此，可以理解到，传统的飞机顶部板只有控制页面，飞机的状态显示需要在航电显示器中查看。本发明将显示与控制结合在同一个页面中，操作即可见系统的控制状态，大大减轻了飞行员工作负荷。

至此，根据本发明的(顶部)控制板板采用双余度的布局形式，既保证系统安全性，又满足左右驾驶员操作人机工效。具体来说，影响飞机安全性的控制采用物理器件。

此外，为了更好的实现人机工效，重要且操作频率低的物理器件位于触摸屏上方，重要且操作频率高的器件位于触摸屏下方。尤其是，触摸屏的内部主菜单采用纵向菜单，且靠近左右飞行员，既符合飞行员操作习惯，又更好的满足人机工效。

另外，在控制板上还可以有利地集成有系统警报控制板，该系统警报控制板包括至少一个系统警报指示灯50，用以快速定位飞机中故障的系统或部件。相比于传统的控制板，顶部板上的告警指示信号显而易见，尽管触摸屏有多个页面，但告警指示信号通常隐藏于某个页面中，飞行员不易于察觉。本发明在控制板上、尤其是左右两侧设置了可点亮的物理器件，当有告警产生飞行员需要操作时，对应页面的指示灯点亮(如图4中所示)，飞行员按压该按键，可快速进入产生告警的页面并处理相关操作，锁定故障的效率极高。

在一个实施例中，从飞行的方向看，多个系统警报指示灯50在控制板上分别布置在触摸屏的左右两侧上，防火控制板10在控制板上布置在触摸屏的前后两侧中的一侧上，而电源系统控制板20则在控制板上布置在触摸屏的前后两侧中的另一侧上，如图3中最清楚所示。但本发明的控制板的布局不限于此。

触摸屏的系统清单模块60中的每个系统在触摸屏外都会有对应在系统警报控制板上的系统警报指示灯50，如前所述，该系统警报指示灯50主要帮助驾驶员快速定位是出故障的系统。

在有利的情况下，系统警报控制板上的系统警报指示灯50可指示至少两种颜色，例如红色与琥珀色，它们分别对应于警戒与警报两个级别的告警信号，其中，红色的系统警报指示灯50的触发优先级高于琥珀色的系统警报指示灯50。例如，当某系统同时出现告警与警戒信息时，红色系统警报指示灯50优先触发点亮。此时，当驾驶员可以选择他所使用的触摸屏的对应的系统清单模块60中的系统后，会在触摸屏的系统控制页面70中看到详细的告警与警戒指示，然后再进行操纵。

另外，传统飞机操作程序中，飞行员需要根据纸质的操作程序来一步步的进行操作检查。本发明将传统的操作程序加载在触摸屏中，飞行员可根据需要全自动或半自动的处理机组检查单与告警处置程序。

具体来说，触摸屏包括加载的机组检查单与警报处置模块，该机组检查单与警报处置模块能借助全自动模式和半自动模式进行操作，在全自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块设置成能一键自动检查所述飞机的各系统或部件的状态(即，进行后台自动处理)，而在半自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块分步显示检查所述飞机的各系统或部件的状态的各操作步骤(即，飞行员根据触摸屏推荐的操作程序，一步一步处理，并检查状态)。机组检查单与警报处置模块可以是两个分开的独立模块，也可以集成为一个模块。

如图2中所示，根据本发明的控制板的左、右触摸屏采用4余度A664总线系统，其中，较佳地，左、右触摸屏的通道可以完全物理独立隔离，并且连接到每个远程处理单元或控制器的不同板卡。

然后，左、右触摸屏的数据通过不同的数据总线发送到不同的远程数据处理单元后会进行对比比较。例如，左触摸屏的4余度数据会在远程数据处理单元#1中对所有左侧4个余度数据进行比较，进行权重分析，最终通过远程数据处理单元#1发送数据给到终端系统计算机。一旦远程数据处理单元#1失效，远程数据处理单元#2将会接替远程数据处理单元#1的工作进行数据比较。如果远程数据处理单元#2失效，则远程数据处理单元#3接替工作，依次类推。

同时，单侧触摸屏(例如，右触摸屏)的控制数据会通过远程数据处理单元发送到另一侧显示屏，并且两屏同时显示。控制数据的发送数据方式也是由远程数据处理单元#1为优先发送数据，失效后功能依次递推到后续编号的远程数据处理单元。

在一些有利的实施例中，所有的系统警报信号远程数据处理单元都会通过A825或者A429总线发送给综合控制板(例如，位于驾驶舱前部的中央控制台)上的系统告警指示灯，告警信号在综合控制板中进行权重比较后可用于触发系统警报指示灯50/信号灯。

但可以理解到，本发明不限于四冗余度的机制，而是优选各种多冗余度的机制来提高飞行控制的安全性。

另外，尽管安全性可能不及物理开关，但根据本发明的触摸屏也可以包括防误操作元件，这种防误操作元件可与触摸屏的各个按键进行通信连接。

在一个实施例中，防误操作元件可以构造成在被触摸时能提供微电流反馈，以使得驾驶员在触摸该触摸屏上的按键时清楚地知晓已经触摸到该按键。替代地，也可以使触摸屏上的按键在触摸时显示声音和/或光学信息(例如，光亮或色彩)。在此情况下，按键发出的声音和/或光学信息属于本发明含义下的防误操作元件。

在另一实施例中，这种防误操作元件可以构造成在飞机驾驶者的两根手指同时触摸时才实现通过按键对显示屏的控制，即类似于双刀双掷式开关的功能，以显著降低驾驶员误触发的可能性。

在实际集成控制板上的各个板的过程中，如在图3中所示的实施例中，可将整个控制板分成如下几个部分：整体上采用一个开了四个开口的系统警报信号控制板作为机械底板，其中，在该系统警报信号控制板集成了多个系统警报信号指示灯。

例如，该系统警报信号控制板可采用一个D38999连接器。然后，在控制板上的其他四个开口相应地分别安装有防火控制板10、电源系统控制板20与左右两个触摸屏(如果包括两块触摸屏的话)。

通过在一个控制板上如此集成物理开关和触摸屏，一方面触摸屏可以集成有大量控制开关(非物理开关)，能够为将来越来越复杂的系统提供控制功能。

另一方面，飞行员可以借助围绕触摸屏的系统警报控制板上的系统警报指示灯50能够快速定位故障系统和部件。

此外，由于采用了4冗余度的通信系统可以大幅提高控制系统的安全性。

最后，同时集成物理开关和触摸屏，可以使得控制板的界面更简洁，显示与控制一体化的界面让飞行员容易辨识飞机状态，进而提高了飞行的安全性。

尽管参照位于飞机驾驶舱顶部的控制板来描述了本发明的各种实施例，但应当理解到，本发明的范围内的实施例可应用至飞机上具有相似结构和/或功能的其它控制装置上等。

前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

Claims (12)

1.一种用于飞机驾驶控制的控制板，所述控制板设置在飞机驾驶舱内的顶部，其特征在于，在所述控制板上分别集成有：

防火控制板(10)，所述防火控制板(10)包括用于防火控制的至少一个物理开关；

电源系统控制板(20)，所述电源系统控制板包括用于电源控制的至少一个物理开关；以及

触摸屏(30)，所述触摸屏(30)用于显示和控制所述飞机的各系统或部件的状态。

2.如权利要求1所述的控制板，其特征在于，所述触摸屏(30)布置在所述控制板的中间位置，而所有物理开关则布置在所述触摸屏(30)的周围。

3.如权利要求1或2所述的控制板，其特征在于，所述控制板集成有两块触摸屏(30)，从飞行的方向看，它们在所述控制板上左右对称地布置，并且显示内容一致，以分别供两位飞机驾驶者使用。

4.如权利要求1或2所述的控制板，其特征在于，所述防火控制板(10)的物理开关和所述电源系统控制板(20)的物理开关与所述飞机的系统控制计算机直接硬线连接。

5.如权利要求1或2所述的控制板，其特征在于，所述控制板还集成有系统警报控制板，所述系统警报控制板包括与所述飞机中故障的系统或部件中的至少一个相对应的系统警报指示灯(50)，用以快速定位其故障。

6.如权利要求5所述的控制板，其特征在于，从飞行的方向看，多个系统警报指示灯在所述控制板上分别布置在所述触摸屏(30)的左右两侧上，所述防火控制板(10)在所述控制板上布置在所述触摸屏(30)的前后两侧中的一侧上，而所述电源系统控制板(20)则在所述控制板上布置在所述触摸屏(30)的前后两侧中的另一侧上。

7.如权利要求6所述的控制板，其特征在于，所述触摸屏(30)包括系统清单模块(60)和/或系统控制页面(70)，所述系统清单模块构造成能通过触摸来选择各系统，所述系统控制页面构造成显示当前选择的系统中的部件。

8.如权利要求7所述的控制板，其特征在于，在所述触摸屏(30)上的所述系统清单模块(60)上显示的每个系统均与位于上述控制板上的一个系统警报指示灯对应。

9.如权利要求1或2所述的控制板，其特征在于，所述触摸屏(30)包括加载的机组检查单与警报处置模块，所述机组检查单与警报处置模块能借助全自动模式和半自动模式进行操作，在所述全自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块设置成能一键自动检查所述飞机的各系统或部件的状态，而在所述半自动模式下，所述机组检查单与警报处置模块分步显示检查所述飞机的各系统或部件的状态的各操作步骤。

10.如权利要求8所述的控制板，其特征在于，所述触摸屏(30)包括防误操作元件，所述防误操作元件与所述触摸屏(30)的按键通信连接。

11.如权利要求10所述的控制板，其特征在于，所述防误操作元件构造成在触摸时能提供微电流反馈。

12.如权利要求10所述的控制板，其特征在于，所述防误操作元件构造成在飞机驾驶者的两根手指同时触摸时才实现通过所述按键对所述显示屏的控制。