DE102011052205A9

DE102011052205A9 - Positionssteuerungssystem für kreuzgekoppelten Betrieb von Fly-By-Wire-Steuersäulen

Info

Publication number: DE102011052205A9
Application number: DE102011052205A
Authority: DE
Inventors: Zenon P. Szulyk; Ganga P. Jayaraman; Charles C. Frayman; Brian P. Dyra; Darryl S. Stachniak
Original assignee: Woodward MPC Inc
Current assignee: Woodward MPC Inc
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2011-07-27
Publication date: 2012-05-16
Also published as: US8814103B2; JP2012030791A; BRPI1103504A2; JP5845017B2; DE102011052205A1; US20120025029A1; GB2501643B; GB2482407B; FR2963318A1; CN102343976A; CN102343976B; GB2482407A; GB2501643A; GB201112853D0; GB201313574D0; FR2963318B1

Abstract

Ein Flugzeugsteuerungssystem wird bereitgestellt, das eine taktile Rückmeldung zwischen Steuersäulen des Flugzeugs bezüglich Diskrepanzen bei den Steuerungseingaben an die Sticks der jeweiligen Steuersäulen bereitstellt. In einer Implementierung ist den Sticks jeweils eine Rückmeldungsbaugruppe zugeordnet, die relativ zum mechanischen Grund justierbar ist, um das auf den entsprechenden Stick angewendete Rückmeldungsprofil zu justieren. Die Position jeder Rückmeldungsbaugruppe wird auf der Grundlage einer relativen Verschiebung zwischen der anderen Rückmeldungsbaugruppe und ihrem entsprechenden Stick justiert, um eine aktive Rückmeldung bezüglich der Steuerung der anderen Steuersäule bereitzustellen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft allgemein Steuersäulen für Flugzeuge und insbesondere Fly-by-Wire-Steuersäulen für Flugzeuge.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Leistungsanforderungen an zivile und militärische Flugzeuge nehmen stetig zu. Vor diesem Hintergrund sind herkömmliche Steuerungstechnologien, die mechanische Gestänge verwenden, nicht in der Lage, den Piloten von höherer geistiger und manueller Steuerungsarbeit zu befreien. Darum verwenden die heutigen Hochleistungsflugzeuge sowie einige Transportflugzeuge Fly-by-Wire-Sidesticks und -Centersticks, die auch als Steuersäulen bezeichnet werden.
Diese Fly-by-Wire-Steuersäulen simulieren eine taktile Rückmeldung bezüglich der Steuerflächen des Flugzeugs an die Steuersäulen.
Bei einer passiven Steuersäule spürt der Pilot Feder- oder Dämpferkräfte entsprechend der ausgeübten Auslenkung eines Sticks der Steuersäule, die die Steuerungseingabe in einen Flugsteuerungscomputer (FSC) ist. Diese Kräfte werden durch ein Feder- und Dämpferpaket realisiert. Bei einer solchen passiven Steuersäule sind die Controller-Kräfte des Piloten (d. h. sein taktiles Empfinden) gewöhnlich unveränderlich.
Ein Nachteil dieses passiven Steuerungskonzepts – im Gegensatz zu herkömmlichen Controllern – ist, dass der Pilot den Kontakt zu den Steuerflächen des Flugzeugs und auch den Kontakt zum zweiten Piloten im Cockpit verliert. Somit verliert der Pilot taktile Informationen und kann nur visuelle Anhaltspunkte nutzen, um sich über den momentanen Flugzustand, die verfügbare Trimmsteuerleistung und die Handlungen des anderen Piloten zu informieren.
Bei einer aktiven Direktantriebs-Steuersäule verspürt der Pilot eine simulierte Steuerkraft allein durch die Verwendung ausgeklügelter Servosysteme. Bei dem aktiven Direktantriebs-Steuerungssystem werden ein Motor, eine Ansteuerungselektronik und ein auf einem Regelkreis mit hoher Bandbreite basierender Kraft- und Dämpfungs-Steuerungsalgorithmus verwendet, um die taktile Rückmeldung direkt für den Stick zu bereitzustellen und so die taktile Rückmeldung der Steuerflächen des Flugzeugs zu simulieren. Aufgrund dieses Systems mit hoher Bandbreite ist das System aufgrund der erhöhten Anzahl von Sensoren und der Komplexität des Steuerungssystems teuer und sperrig. Des Weiteren ist zu berücksichtigen, dass bei diesen aktiven Direktantriebssystemen, wenn der Motor ausfällt, der Stick blockieren kann, so dass der Pilot das Flugzeug nicht mehr steuern kann. Um das zu korrigieren, muss unnötige Redundanz in das System eingebaut werden.
Es besteht Bedarf an einem justierbaren taktilen Rückmeldungssystem für eine Steuersäule, das nicht mit den Nachteilen üblicher, voll-aktiver Steuersäulen behaftet ist und das dafür verwendet werden kann, für eine Steuersäule eine taktile Rückmeldung über die Aktivitäten des Piloten der anderen Steuersäule bereitzustellen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein Flugzeugsteuerungssystem bereit, das dafür konfiguriert ist, eine taktile Rückmeldung zwischen einem ersten und einem zweiten Steuerstick bezüglich Diskrepanzen bei der Position der Sticks relativ zu einem mechanischen Grund bereitstellen.
Genauer gesagt, wird in einer Ausführungsform ein Flugzeugsteuerungssystem bereitgestellt, das einen ersten und einen zweiten Stick, eine erste und eine zweite Rückmeldungsbaugruppe und eine Steuerungsanordnung umfasst. In einer Ausführungsform verwendet das System ein aktives Indirektantriebs-Steuerungssystem.
Die erste Rückmeldungsbaugruppe ist relativ zu einem mechanischen Grund beweglich. Der erste Stick ist relativ zu dem mechanischen Grund sowie zu der ersten Rückmeldungsbaugruppe beweglich. Der erste Stick hat eine erste Stickposition, die die Position des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist. Die erste Rückmeldungsbaugruppe hat eine erste Rückmeldungsposition, die die Position der ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist. Der erste Stick und die erste Rückmeldungsbaugruppe haben einen ersten relativen Fehler, der die erste Stickposition minus der ersten Rückmeldungsposition ist.
Die zweite Rückmeldungsbaugruppe ist relativ zu dem mechanischen Grund beweglich. Der zweite Stick ist relativ zu dem mechanischen Grund sowie zu der zweiten Rückmeldungsbaugruppe beweglich. Der zweite Stick hat eine zweite Stickposition, die die Position des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist. Die zweite Rückmeldungsbaugruppe hat eine zweite Rückmeldungsposition, die die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist. Der zweite Stick und die zweite Rückmeldungsbaugruppe haben einen zweiten relativen Fehler, der die zweite Stickposition minus der zweiten Rückmeldungsposition ist.
Die Steuerungsanordnung enthält einen quergekoppelten Modus, bei dem die Steuerungsanordnung einen ersten und einen zweiten Rückmeldungspositionsbefehl bereitstellt, um die erste und die zweite Rückmeldungsbaugruppe so zu positionieren, dass der erste Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem zweiten relativen Fehler ist und der zweite Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem ersten relativen Fehler ist.
In einer Ausführungsform stellt die erste Rückmeldungsbaugruppe eine taktile Indirektantriebs-Rückmeldung für den ersten Stick bereit. Diese taktile Indirektantriebs-Rückmeldung stellt eine passive Rückmeldung für den ersten Stick bereit, wenn der erste Stick aus einer ersten neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe herausbewegt wird. Die zweite Rückmeldungsbaugruppe stellt eine taktile Indirektantriebs-Rückmeldung für den zweiten Stick bereit. Diese taktile Indirektantriebs-Rückmeldung übermittelt eine passive taktile Rückmeldung an den zweiten Stick, wenn der zweite Stick aus einer zweiten neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe herausbewegt wird. In dieser Situation stellt das System eine taktile Rückmeldung bereit und erlaubt das Justieren der Position der Rückmeldungsbaugruppe (aktive Steuerung) dergestalt, dass das passive taktile Profil relativ zum mechanischen Grund justiert werden kann.
In einer konkreteren Ausführungsform enthält die erste Rückmeldungsbaugruppe eine erste Nockenfläche, die die erste neutrale Rückmeldungsposition definiert, und eine erste Widerstandsanordnung zum Vorspannen der Nockenfläche. Der erste Stick enthält einen ersten Nockenstößel. Die erste Widerstandsanordnung erschwert zunehmend die Bewegung des ersten Nockenstößels aus der ersten neutralen Rückmeldungsposition, um die passive taktile Rückmeldung bereitzustellen. Die zweite Rückmeldungsbaugruppe enthält eine zweite Nockenfläche, die die zweite neutrale Rückmeldungsposition definiert, und eine zweite Widerstandsanordnung. Der zweite Stick enthält einen zweiten Nockenstößel. Die zweite Widerstandsanordnung erschwert zunehmend die Bewegung des zweiten Nockenstößels aus der zweiten neutralen Rückmeldungsposition, um die passive taktile Rückmeldung bereitzustellen.
In einer noch konkreteren Ausführungsform werden die erste und die zweite Rückmeldungswiderstandsanordnung durch Feder- und Dämpferanordnungen gebildet. Des Weiteren sind in einer Ausführungsform die erste und die zweite Nockenfläche allgemein V-förmig, wobei der erste Nockenstößel innerhalb der V-Form der ersten Nockenfläche positioniert ist und der zweite Nockenstößel innerhalb der V-Form der zweiten Nockenfläche positioniert ist. In einer Ausführungsform sind die erste und die zweite neutrale Rückmeldungsposition die, wenn der erste und der zweite Nockenstößel beide Seiten der V-förmigen Oberflächen berühren.
In einer Ausführungsform enthält die erste Rückmeldungsbaugruppe eine erste Kardanringanordnung, die die passive taktile Rückmeldung für den ersten Stick bereitstellt und die die erste neutrale Rückmeldungsposition definiert. Die erste Rückmeldungsbaugruppe enthält des Weiteren einen ersten Aktuator zum Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu dem mechanischen Grund dergestalt, dass das Rückmeldungsprofil der ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund justiert werden kann. Außerdem enthält die zweite Rückmeldungsbaugruppe eine zweite Kardanringanordnung, die die passive taktile Rückmeldung für den zweiten Stick bereitstellt und die die zweite neutrale Rückmeldungsposition definiert. Die zweite Rückmeldungsbaugruppe enthält des Weiteren einen zweiten Aktuator zum Justieren der Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu dem mechanischen Grund dergestalt, dass das Rückmeldungsprofil der zweiten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund justiert werden kann. Die passiven Abschnitte der ersten und der zweiten Rückmeldungsbaugruppe sind zwischen dem ersten und dem zweiten Aktuator und dem ersten und dem zweite Stick angeordnet, um die aktive Indirektantriebsanordnung bereitzustellen.
In einer Ausführungsform sind die erste Kardanringanordnung und der erste Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine erste gemeinsame Achse angelenkt, und die zweite Kardanringanordnung und der zweite Stick sind an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine zweite gemeinsame Achse angelenkt.
In einer konkreteren Ausführungsform ist der erste Aktuator ein linearer Aktuator, der an der ersten Kardanringanordnung angelenkt ist, um dazwischen eine relative Schwenkbewegung um eine dritte Achse zu vollführen. Der erste Aktuator ist an dem mechanischen Grund für eine Bewegung um eine vierte Achse angelenkt, die von der dritten Achse versetzt ist. Der zweite Aktuator ist ein linearer Aktuator, der an der zweiten Kardanringanordnung angelenkt ist, um dazwischen eine relative Schwenkbewegung um eine fünfte Achse zu vollführen. Der zweite Aktuator ist an dem mechanischen Grund für eine Bewegung um eine sechste Achse angelenkt, die von der fünften Achse versetzt ist.
In einer Ausführungsform ist die erste Rückmeldungsbaugruppe so konfiguriert, dass ein Ausfall des ersten Aktuators nicht die Bewegung des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund verhindert, und die erste Rückmeldungsbaugruppe und die zweite Rückmeldung sind so konfiguriert, dass ein Ausfall des zweiten Aktuators nicht die Bewegung des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund und der zweiten Rückmeldungsbaugruppe verhindert.
In einer Ausführungsform enthält die Steuerungsanordnung außerdem einen Prioritätsmodus, bei dem die Rückmeldungsbaugruppe eines ausgewählten des ersten oder des zweiten Sticks in einer festen Position relativ zum mechanischen Grund gehalten wird und die Steuerungsanordnung dafür konfiguriert ist, die Position der Rückmeldungsbaugruppe des nicht-ausgewählten des ersten und des zweiten Sticks auf der Grundlage einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition zu justieren. Dadurch ist es möglich, einen Stick ohne taktile Rückmeldung bezüglich Diskrepanzen zwischen dem ersten und dem zweiten Stick zu betreiben.
In einer konkreteren Implementierung des Prioritätsmodus steuert die Steuerungsanordnung, wenn der erste Stick der ausgewählte der Sticks ist, die zweite Rückmeldungsposition dergestalt, dass die zweite Rückmeldungsposition gleich der zweiten Rückmeldungsposition plus der ersten Stickposition minus der zweiten Stickposition ist. Alternativ steuert die Steuerungsanordnung, wenn der zweite Stick der ausgewählte der Sticks ist, die erste Rückmeldungsposition dergestalt, dass die erste Rückmeldungsposition gleich der ersten Rückmeldungsposition plus der zweiten Stickposition minus der ersten Stickposition ist.
In einer Ausführungsform sind die erste Rückmeldungsbaugruppe und der erste Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine erste gemeinsame Achse angelenkt. Außerdem sind die zweite Rückmeldungsbaugruppe und der zweite Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine zweite gemeinsame Achse angelenkt. Die erste Stickposition und die erste Rückmeldungsposition werden in Grad um die erste gemeinsame Achse gemessen, wobei die zweite Stickposition und die zweite Rückmeldungsposition in Grad um die zweite gemeinsame Achse gemessen werden.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Flugzeugsteuerungssystem bereitgestellt, das das Justieren des für einen Fly-by-Wire-Sidestick bereitgestellten Rückmeldungsprofils erlaubt. Das System enthält einen ersten Stick und eine erste Rückmeldungsanordnung, die ein passives erstes Rückmeldungsprofil für den ersten Stick relativ zum mechanischen Grund bereitstellt. Mindestens ein Abschnitt der ersten Rückmeldungsanordnung ist relativ zu dem mechanischen Grund und dem ersten Stick beweglich, um das erste Rückmeldungsprofil zu justieren.
In einer konkreteren Ausführungsform ist ein erster Aktuator mit der ersten passiven Rückmeldungsanordnung gekoppelt, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren, um das erste Rückmeldungsprofil zu justieren. Außerdem ist eine Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert, den ersten Aktuator zu steuern, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren.
In einer Ausführungsform enthält das System des Weiteren einen zweiten Stick, eine zweite Rückmeldungsanordnung und einen zweiten Aktuator. Die zweite Rückmeldungsanordnung stellt ein passives zweites Rückmeldungsprofil für den zweiten Stick relativ zum mechanischen Grund bereit. Mindestens ein Abschnitt der zweiten Rückmeldungsanordnung ist relativ zu dem mechanischen Grund und dem zweiten Stick beweglich, um das zweite Rückmeldungsprofil zu justieren. Der zweite Aktuator justiert die Position der zweiten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund, um das zweite Rückmeldungsprofil zu justieren. Die Rückmeldungscontrolleranordnung ist dafür konfiguriert, den zweiten Aktuator zu steuern, um die Position der zweiten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren.
In einer weiteren Ausführungsform definiert die zweite Rückmeldungsanordnung eine neutrale Rückmeldungsposition. Die Rückmeldungscontrolleranordnung ist dafür konfiguriert, die Position der ersten Rückmeldungsanordnung zu einer Position zu justieren, die gleich der Position des zweiten Sticks relativ zu der zweiten neutralen Rückmeldungsposition ist.
In einer Ausführungsform ist die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert, den zweiten Aktuator zu steuern, um die Position der zweiten Rückmeldungsanordnung zu justieren, um eine Vorspannkraft zu bereitzustellen, die den zweiten Stick in Richtung einer gleichen absoluten Position relativ zu dem mechanischen Grund wie die absolute Position des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund vorspannt.
In einer Ausführungsform ist die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert, den ersten Aktuator zu steuern, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung dergestalt zu justieren, dass eine momentane erste Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe gleich einer vorherigen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe plus einer Differenz zwischen der ersten Stickposition und der zweiten Stickposition ist.
In einer Ausführungsform ist die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert, den ersten Aktuator zu steuern, um die erste Rückmeldungsanordnung vor und zurück zu schwingen, wenn die zweite Stickposition nicht gleich der ersten Stickposition ist. Das kann dafür verwendet werden, die Piloten zu warnen, dass eine Steuerungsdiskrepanz vorliegt oder das Flugzeug in einen Strömungsabrisszustand eingetreten ist.
Des Weiteren kann das System so konfiguriert sein, dass ein Ausfall des ersten Aktuators nicht die Bewegung des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund verhindert.
In einer weiteren Ausführungsform werden ein erster Stick, ein zweiter Stick, eine zweite Rückmeldungsbaugruppe und eine Steuerungsanordnung bereitgestellt. Der erste Stick ist relativ zu einem mechanischen Grund beweglich. Eine erste Stickposition ist die Position des ersten Sticks relativ zu einer ersten gemeinsamen neutralen Position des mechanischen Grundes. Der zweite Stick ist relativ zu dem mechanischen Grund beweglich. Die zweite Rückmeldungsbaugruppe ist relativ zu dem mechanischen Grund und dem zweiten Stick beweglich. Die zweite Stickposition ist die Position des zweiten Sticks relativ zu einer zweiten gemeinsamen neutralen Position des mechanischen Grundes. Die gemeinsamen neutralen Positionen stellen eine gleiche neutrale Position dar, wenn auch an verschiedenen Stellen. Eine zweite Rückmeldungsposition ist die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund.
Die Steuerungsanordnung ist dafür konfiguriert, die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe dergestalt zu steuern, dass die zweite Stickposition gleich der ersten Stickposition gehalten wird.
Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung an Steuersticks eines Flugzeugs werden ebenfalls bereitgestellt.
Gemäß einem Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung an einen Steuerstick eines Flugzeugs enthält das Verfahren die folgenden Schritte: Erkennen einer ersten Stickposition, die die Position eines erstes Sticks relativ zu einem mechanischen Grund ist; Erkennen einer ersten Rückmeldungsposition, die die Position einer ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines ersten relativen Fehlers, der die erste Stickposition minus der ersten Rückmeldungsposition ist; und Justieren einer zweiten Rückmeldungsposition, die die Position einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe eines zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist, dergestalt, dass die zweite Rückmeldungsposition gleich dem ersten relativen Fehler ist.
In einer konkreteren Implementierung enthält das Verfahren des Weiteren folgende Schritte: Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Erkennen der zweiten Rückmeldungsposition; Bestimmen eines zweiten relativen Fehlers, der die zweite Stickposition minus der zweiten Rückmeldungsposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition dergestalt, dass die erste Rückmeldungsposition gleich dem ersten relativen Fehler ist.
Gemäß einem Verfahren werden die Schritte des Justierens der ersten und der zweiten Rückmeldungsposition im Wesentlichen kontinuierlich ausgeführt, dergestalt, dass, wenn der erste oder der zweite Stick in eine andere Position relativ zum mechanischen Grund als der andere Stick bewegt wird, die erste und/oder die zweite Rückmeldungsposition justiert werden, um die erste und die zweite Rückmeldungsbaugruppe zu veranlassen, im Wesentlichen auf einer gleichen relativen Position relativ zu dem mechanischen Grund zu bleiben.
Gemäß einem Verfahren umfasst das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt: passives Vorspannen des ersten Sticks, wenn der erste Stick aus einer neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe verschoben wird, und passives Vorspannen des zweiten Sticks, wenn der zweite Stick aus einer neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe verschoben wird.
Gemäß einem Verfahren umfasst das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt: Initiieren eines Prioritätsmodus, um den zweiten Stick zu priorisieren, und Ausführen der folgenden Schritte, wenn der Prioritätsmodus aktiv ist: Erkennen der ersten Stickposition; Erkennen der ersten Rückmeldungsposition; Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position eines zweites Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines relativen Fehlers des ersten Sticks, der die zweite Stickposition minus der ersten Stickposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition durch Addieren des relativen Fehlers des ersten Sticks zu der ersten Rückmeldungsposition.
Gemäß einem Verfahren umfasst das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt: ständiges Beibehalten der zweiten Rückmeldungsposition, wenn eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition besteht.
Einige Verfahren können außerdem enthalten, den ersten Stick durch reziprokes Justieren der ersten Rückmeldungsposition in Vibration zu versetzen, wenn die erste Stickposition nicht gleich einer zweiten Stickposition ist.
Ein weiteres Verfahren enthält folgende Schritte: Erkennen einer ersten Stickposition, die die Position eines erstes Sticks relativ zu einem mechanischen Grund ist; Erkennen einer ersten Rückmeldungsposition, die die Position einer ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position eines zweites Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines ersten relativen Fehlers, der die zweite Stickposition minus der ersten Stickposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition durch Addieren des ersten relativen Fehlers zu der ersten Rückmeldungsposition.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt: ständiges Beibehalten der Position einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe, wenn eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition besteht. Dieses Verfahren kann als ein Prioritätsmodus verwendet werden, wenn nur ein einziger der Sticks eine Rückmeldung bezüglich eines relativen Fehlers zwischen den zwei verschiedenen Sticks erhält.
Gemäß einem weiteren Verfahren wird ein Verfahren zum Bereitstellen einer taktilen Rückmeldung an einen ersten Stick eines Flugzeugsteuerungssystems bereitgestellt. Das Verfahren enthält folgende Schritte: Bereitstellen einer passiven Rückmeldung, wenn der erste Stick aus einer ersten neutralen Rückmeldungsposition einer ersten Rückmeldungsbaugruppe bewegt wird; und Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu einer neutralen Grundposition, um die Vorspannung zu justieren, die durch die erste Rückmeldungsbaugruppe an den ersten Stick angelegt wird.
In einer konkreteren Ausführungsform enthält der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition das Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu der neutralen Grundposition entsprechend relativen Justierungen der Position eines zweiten Sticks des Flugzeugs zum Bereitstellen einer taktilen Rückmeldung an den ersten Stick bezüglich der Positionierung des zweiten Sticks.
In einer konkreteren Ausführungsform sind die relativen Justierungen der Position des zweiten Sticks die relative Position des zweiten Sticks aus einer zweiten neutralen Rückmeldungsposition einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe. Der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition enthält das Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition gleich der Verschiebung des zweiten Sticks aus der zweiten neutralen Rückmeldungsposition.
Gemäß einem Verfahren umfasst das Verfahren des Weiteren folgenden Schritt: Justieren einer Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Position des ersten Sticks relativ zu der ersten neutralen Rückmeldungsposition. In einer konkreteren Implementierung enthält der Schritt des Justierens einer Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition das Justieren der Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition gleich der Verschiebung des ersten Sticks aus der ersten neutralen Rückmeldungsposition.
Gemäß einem Verfahren sind die relativen Justierungen der Position des zweiten Sticks die relative Justierung von Positionen des zweiten Sticks relativ zu dem ersten Stick, dergestalt, dass der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition das Positionieren der ersten neutralen Rückmeldungsposition zu einer Position gleich der Position des zweiten Sticks minus der Position des ersten Sticks plus der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition enthält.
Gemäß einem weiteren Verfahren behalten die Schritte des Justierens der Position der ersten und der zweiten neutralen Rückmeldungsposition den ersten und den zweiten Stick im Wesentlichen in einer gleichen Position relativ zu dem mechanischen Grund.
Es ist zu beachten, dass verschiedene der Aspekte dieser Verfahren und Systeme zusammen oder getrennt verwendet werden können.
Weitere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen besser ersichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beiliegenden Zeichnungen, die in die Spezifikation integriert sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen mehrere Aspekte der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. In den Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:
1 ist eine vereinfachte schematische Darstellung eines Flugzeugsteuerungssystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Modus des Steuerungssystems von 1; und
3a), 3b) ist ein schematisches Flussdiagramm eines anderen Modus des Steuerungssystems von 1.
Obgleich die Erfindung in Verbindung mit bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wird, besteht nicht die Absicht, sie auf diese Ausführungsformen zu beschränken. Ganz im Gegenteil ist beabsichtigt, alle Alternativen, Modifikationen und Äquivalente in den Geist und Schutzumfang der Erfindung, wie er in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist, aufzunehmen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine vereinfachte schematische Illustration eines Flugzeugsteuerungssystems 100 zum Steuern der Längsneigung, der Querneigung oder sowohl der Längsneigung als auch der Querneigung eines Flugzeugs. Das Flugzeugsteuerungssystem 100 enthält allgemein eine erste und eine zweite Steuersäule 102, 104 (generisch als Steuersäulen 102, 104 bezeichnet). Die Steuersäulen 102, 104 werden von den Piloten (z. B. Pilot und Copilot) zum Steuern des Verhaltens des Flugzeugs verwendet, wie zum Beispiel Längsneigung, Querneigung und/oder Längsneigung und Querneigung.
Die Steuersäulen 102, 104 werden als Fly-by-Wire-Steuersäulen angesehen, weil die Bedienung der Steuersäulen zum Justieren der Längsneigung und/oder Querneigung des Flugzeugs nicht direkt zu den Steuerflächen des Flugzeugs durch mechanische Geräte übermittelt wird. Stattdessen werden die Abweichungen der Steuersäulen von neutralen Positionen in elektrische Signale umgewandelt. Diese Signale werden dann zu Aktuatoren gesendet, die die elektrischen Signale dafür verwenden, proportionale Änderungen an den Steuerflächen des Flugzeugs vorzunehmen.
Weil die Steuersäulen 102, 104 nicht mechanisch mit den Steuerflächen verbunden sind, beinhaltet das Steuerungssystem 100 eine taktile Rückmeldung, die an die Steuersäulen 102, 104 übermittelt wird, um das Gefühl zu simulieren, das ein Pilot bekäme, wenn die Steuersäulen 102, 104 mechanisch mit den Steuerflächen gekoppelt wären. Wenn zum Beispiel die Piloten einen hohen Grad an Längsneigung oder Querneigung abrufen, so würde die taktile Rückmeldung die Kräfte vergrößern, die die Piloten an die Steuersäulen anlegen müssten, um diese Änderungen an den Steuerflächen zu veranlassen. Das heißt, bei der derzeitigen Steuerung des Flugzeugs würde durch die Piloten ein hoher Grad an Abweichung ausgeführt werden, indem eine große Kraft an die entsprechende Steuersäule angelegt wird.
Die Steuersäulen 102, 104 enthalten allgemein einen ersten und einen zweiten Stick 108, 110 (d. h. einen Stick für den Piloten und einen Stick für den Copiloten), mit denen die Piloten Steuersignale bezüglich einer gewünschten Längsneigung und/oder Querneigung eingeben. Der erste und der zweite Stick 108, 110 interagieren mit einer ersten und einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 zum Bereitstellen einer taktilen Rückmeldung. Die Säulen 102, 104 sind mit einer elektronischen Steuerungsanordnung 106 gekoppelt, die die dynamischen Justierungen der Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 steuert.
Jede Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 stellt die taktile Rückmeldung für ihren entsprechenden Stick 108, 110 bereit. Diese taktile Rückmeldung hat zwei Komponenten. Als Erstes bezieht sich die taktile Rückmeldung auf den Flugzustand, d. h. den Betrag an Längsneigung oder Querneigung, den der Pilot mit der entsprechenden Auslenkung des Sticks von einer neutralen Position abruft. Der zweite Abschnitt der taktilen Rückmeldung bezieht sich auf Konflikte zwischen den zwei verschiedenen Steuersäulen 102, 104. Genauer gesagt, stellen die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 eine taktile Rückmeldung bereit, wenn sich die zwei Sticks 108, 110 nicht in der gleichen Position relativ zu einem mechanischen Grund befinden, d. h. wenn die Piloten widersprüchliche Steuerbefehle an das Flugzeug geben.
Wie in 1 zu sehen, sind die Steuersäulen 102, 104 dieser Ausführungsform im Wesentlichen identisch. Der Stick 108 enthält allgemein einen ersten Griffabschnitt 116, und der Stick 110 enthält einen zweiten Griffabschnitt 118. Die Piloten bewegen die Griffabschnitte 116, 118 manuell zum Steuern des gewünschten Betrages an Längsneigung und/oder Querneigung. Der Griffabschnitt 116 ist mit einem ersten Verbindungsglied 120 wirkverbunden, und der Griffabschnitt 118 ist mit einem zweiten Verbindungsglied 122 wirkverbunden. Die Verbindungsglieder 120, 122 sind mit einem ersten bzw. einem zweiten Nockenstößel 124, 126 (in der vorliegenden Ausführungsform als Rollen veranschaulicht) wirkverbunden oder enthalten solche Nockenstößel. Die Nockenstößel 124, 126 interagieren mit der entsprechenden Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 zum Bereitstellen eines variablen taktilen Rückmeldungsprofils für die Sticks 108, 110.
Die Sticks 108, 110 schwenken um einen entsprechenden ersten bzw. zweiten gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 relativ zu einer entsprechenden ersten bzw. zweiten neutralen Grundposition 132, 134. Die Winkelverschiebung der Sticks 108, 110 relativ zu der entsprechenden neutralen Grundposition 132, 134 ist proportional zum Betrag der Längsneigung oder Querneigung, den der Pilot abruft, d. h. proportional zum Betrag der Änderung der Position der entsprechenden Steuerflächen des Flugzeugs.
Im Allgemeinen stellen die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 eine taktile Rückmeldung für den Piloten durch Bereitstellen eines Widerstandes gegen die Bewegung der Sticks 108, 110 aus der neutralen Grundposition 132, 134 bereit. In einer Ausführungsform sind die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 aktive Indirektantriebs-Rückmeldungsbaugruppen. Somit stellt das System sowohl eine aktive als auch eine passive Rückmeldung bereit. Die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 nutzen eine passive Rückmeldung als eine erste Form der taktilen Rückmeldung, die sich, wie oben angesprochen, auf den Steuerzustand der Sticks 108, 110 bezieht. Dies betrifft den abgerufenen Betrag der Längsneigung und/oder Querneigung und simuliert eine mechanische Verbindung zu den Steuerflächen des Flugzeugs. Diese passive Rückmeldung wird durch Widerstandsanordnungen 136, 138 (d. h. ein Feder- und Dämpferpaket) erzeugt, die einer Drehbewegung der Sticks 108, 110 aus einer neutralen Rückmeldungsposition mittels einer oder mehrerer Federn und/oder Dämpfer oder sonstiger Vorspannelemente entgegenwirken.
In typischen Ausführungsformen wird das Widerstandsprofil der Widerstandsanordnung umso größer, je größer der Betrag der Winkelverschiebung oder Auslenkung der Sticks 108, 110 von der neutralen Position 132, 134 ist. Dieser Widerstand stellt insofern eine Rückmeldung an den Piloten dar, als – wenn der Pilot einen bestimmten Betrag an Längsneigung oder Querneigung abruft – das Muskelgedächtnis des Piloten einen bestimmten Betrag an Drück- oder Zugkraft anlegen will, um die Kraft der Federn und Dämpfer der Widerstandsanordnungen 136, 138 zu überwinden. Somit lernen die Piloten, wie viel Kraft für die Steuerung des Flugzeugs benötigt wird, d. h. wie viel Kraft zum Justieren der Position der Sticks 108, 110 relativ zum neutralen Grund 132, 134 für einen bestimmten Betrag an Längsneigung und/oder Querneigung aufgewendet wird.
Die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 enthalten in der veranschaulichten Ausführungsform einen profilierten ersten oder zweiten Nocken 144, 146, der eine erste bzw. eine zweite V-förmige Nockenfläche 148, 150 aufweist, mit der die Nockenstößel 124, 126 interagieren. In dem Maße, wie sich die Nockenstößel 124, 126 von der Mitte, d. h. dem Boden des V, der Nockenflächen 148, 150 fort bewegen, vergrößern die Widerstandsanordnungen 136, 138 die Winkelkraft, die auf den entsprechenden Stick 108, 110 ausgeübt wird, um eine taktile Rückmeldung an den Piloten bereitzustellen.
Der Mittelpunkt der Nockenflächen 148, 150 kann auch als eine neutrale Rückmeldungsposition oder eine neutrale Kardanringposition bezeichnet werden, weil in dieser Position durch die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 keine Rotationskraft auf die Sticks 108, 110 ausgeübt wird. In einer Ausführungsform berühren die Nockenstößel 124, 126 in der neutralen Rückmeldungsposition (wie in 1 gezeigt) beide Seiten der entsprechenden V-förmigen Nockenfläche 148, 150, dergestalt, dass durch die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 keine Rotationskraft auf die Sticks 108, 110 ausgeübt wird. In 1 ist die neutrale Rückmeldungsposition so dargestellt, dass sie auf die neutralen Grundpositionen 132, 134 ausgerichtet ist.
Das Flugzeugsteuerungssystem 100 ist außerdem dafür konfiguriert, eine taktile Rückmeldung für die Piloten zu bereitzustellen, wenn eine Diskrepanz bei der Steuerungseingabe zwischen den zwei verschiedenen Sticks 108, 110 vorliegt, d. h. wenn ein Pilot versucht, einen anderen Grad an Längsneigung und/oder Querneigung zu erzeugen als der andere Pilot. Dies ist die zweite Form der oben angesprochenen taktilen Rückmeldung und ist eine aktive Rückmeldung.
In einer Ausführungsform sind die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 dafür konfiguriert zu versuchen, den ersten und den zweiten Stick 108, 110 in einer gleichen Position relativ zum mechanischen Grund 159 zu halten, wenn die Handlungen eines Piloten eine Abweichung bei der Position zwischen den zwei Sticks 108, 110 hervorrufen.
Um eine aktive taktile Rückmeldung für einen Stick 108, 110 bezüglich der Bedienung des anderen Sticks 110, 108 bereitzustellen, enthalten die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 einen beweglichen ersten oder zweiten Kardanring 152, 154, die durch einen entsprechenden ersten oder zweiten Aktuator 156, 158 angetrieben werden, um die Position eines ersten und eines zweiten Nockens 144, 146 relativ zu dem mechanischen Grund 159 zu justieren. Die Justierung der Position der Nocken 144, 146 justiert das Kraftrückmeldungsprofil relativ zum mechanischen Grund 159. Somit können durch die entsprechende Rückmeldungsbaugruppe 108, 110 unterschiedliche Kräfte an die entsprechenden Sticks 108, 110 angelegt werden, wenn die Sticks 108, 110 relativ zum mechanischen Grund bewegt werden.
Weil des Weiteren der passive Rückmeldungsabschnitt, d. h. die Widerstandsanordnungen 136, 138, den Kardanringen 152, 154 entspricht, sind Nocken 144, 146 zwischen den Aktuatoren 156, 158 angeordnet. Dies stellt einen indirekten Antrieb dar, da die Aktuatoren nicht direkt mit den Sticks 108, 110 gekoppelt sind und/oder die Sticks 108, 110 sich – zumindest zu einem gewissen Grad – unabhängig von dem Aktuatoren 156, 158 bewegen können.
Kardanringe 152, 154 sind drehbar an dem mechanischen Grund 159 montiert, um eine Drehbewegung um einen ersten bzw. einen zweiten gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 zu vollführen. Somit können sich der Stick 108, 110 und der Kardanring 152, 154 einer bestimmten Steuersäule 102, 104 um eine entsprechende gemeinsame Achse drehen, die durch den jeweiligen gemeinsamen Schwenkpunkt 128, 130 gebildet wird.
Durch Justieren der Position der Kardanringe 152, 154 und folglich ihrer entsprechenden Nocken 144, 146 um die gemeinsamen Schwenkpunkte 128, 130 wird das Widerstands- oder Rückmeldungsprofil, das auf die entsprechenden Sticks 108, 110 angewendet wird, geändert, wodurch für den Piloten eine taktile Rückmeldung entweder eines erhöhten oder eines verringerten Widerstandes bereitgestellt wird, was eine Diskrepanz zwischen den durch die zwei Sticks 108, 110 ausgegebenen Befehlen anzeigt. Diese Justierbarkeit des Kraftprofils kann auch verwendet werden, um zu versuchen, die beiden Sticks 108, 110 in einer gemeinsamen Position zu halten, wenn ein Pilot eine solche Steuerungsdiskrepanz eingibt, indem eine korrigierende Kraft an den bewegten Stick angelegt wird, die die erhöhte Kraft kompensiert, die durch den Piloten ausgeübt wird, der versucht, von dem anderen Stick abzuweichen.
In der veranschaulichten Ausführungsform sind die Aktuatoren 156, 158 als lineare Aktuatoren veranschaulicht, die an dem mechanischen Grund 159 sowie an Kardanringen 152, 154 angelenkt sind. Es können jedoch auch andere Aktuatoren verwendet werden, wie zum Beispiel Drehaktuatoren, die zum Beispiel an Schwenkpunkten 128, 130 positioniert sind, oder Motoren mit Zahnrädern, die auf entsprechende Verzahnungen von Kardanringen 152, 154 wirken. Es können noch andere Arten von Antriebsmechanismen zum Justieren der Position der Kardanringe 152, 154 relativ zum mechanischen Grund 159 verwendet werden.
Wenn einer der Sticks 108, 110 ausgelenkt wird, so befiehlt die Steuerungsanordnung 106 des Flugzeugssteuerungssystems 100 der Rückmeldungsbaugruppe 112, 114, die dem anderen Stick 108, 110 zugeordnet ist, im Allgemeinen, eine proportionale Justierung der Position des entsprechenden Kardanrings 152, 154 vorzunehmen. Dies justiert die Position des entsprechenden Nockens 144, 146 und seiner neutralen Rückmeldungsposition, um die taktile Rückmeldung für den anderen Stick 108, 110 relativ zur Auslenkung des bewegten Sticks bereitzustellen. Außerdem wird, wenn der Pilot des entsprechenden Sticks keine Kräfte ausübt, dieser Stick in eine gleiche Stickposition relativ zum mechanischen Grund 159 wie der ausgelenkte Stick bewegt.
Jedem Stick 108, 110 sind ein oder mehrere Stickpositionssensoren 160, 162 zugeordnet, die für die Steuerungsanordnung 106 eine Rückmeldung zur absoluten Position der Sticks 108, 110 relativ zum mechanischen Grund 159 bereitstellen. Diese absoluten Positionen relativ zum mechanischen Grund 159 können als erste Stickposition für den ersten Stick 108 und als zweite Stickposition für den zweiten Stick 110 bezeichnet werden. Diese Positionen sind in der veranschaulichten Ausführungsform Winkelpositionen um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130. Diese absoluten Positionen relativ zum mechanischen Grund 159 haben in der Regel die Form einer relativen Winkelverschiebung aus der neutralen Grundpositionen 132, 134 um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130. Jedoch könnten andere Systeme mit Koordinatensystemen arbeiten.
Jedem Kardanring 152, 154 ist mindestens ein Kardanringpositionssensor 164, 166 zugeordnet, der für die Steuerungsanordnung 106 eine Rückmeldung zur absoluten Position der Kardanringe 152, 154 relativ zum mechanischen Grund 159 bereitstellt. Diese absoluten Positionen relativ zum mechanischen Grund können generisch als eine erste und eine zweite Rückmeldungsposition oder genauer gesagt als eine erste und eine zweite Kardanringposition für den ersten bzw. den zweiten Kardanring 152, 154 bezeichnet werden. Des Weiteren sind diese Positionen in der veranschaulichten Ausführungsform Winkelpositionen um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130. Diese absoluten Positionen relativ zum mechanischen Grund 159 haben in der Regel die Form einer relativen Winkelverschiebung aus der neutralen Grundpositionen 132, 134 um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130. Es könnte jedoch auch ein absolutes Koordinaten- oder zylindrisches System eingerichtet und verwendet werden.
Die Steuerungsanordnung 106 ist allgemein eine aus zwei Ebenen bestehende Steuerungsanordnung, die einen ersten und einen zweiten Low-Level-Positionscontroller 168, 170 (auch als Kardanringcontroller bezeichnet) zum Steuern und Überwachen der Position der Kardanringe 152, 154 enthält. Die Low-Level-Positionscontroller 168, 170 steuern Aktuatoren 156, 158, um die Position von Kardanringen 152, 154 und folglich von Nocken 144, 146 um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130 zu steuern.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Steuerung der Kardanringe 152, 154 eine Regelkreissteuerung zum exakten Positionieren der Kardanringe 152, 154 relativ zum mechanischen Grund 159. Diese Regelkreissteuerung könnte eine Proportional-Integral-Derivativ(PID)-Steuerung sein.
Die Steuerungsanordnung 106 enthält außerdem einen High-Level-Controller 172 (auch als ein Kreuzkopplungscontroller oder ein Dualstickcontroller bezeichnet). Der High-Level-Controller 172 vergleicht und verarbeitet die Positionsinformationen der Sticks 108, 110 und der Kardanringe 152, 154 und erzeugt allgemein einen Kardanringpositionsbefehl, der die gewünschte Platzierung oder Justierung der Position der Kardanringe 152, 154 befiehlt, die dann durch den Low-Level-Positionscontroller 168, 170 ausgeführt wird.
Somit empfängt der High-Level-Controller 172 die Stick- und Kardanringpositionsinformationen von den Sensoren 160, 162, 164, 166. In der Regel werden diese Informationen von dem Low-Level-Positionscontroller 168, 170 zu dem High-Level-Controller 172 übermittelt. Es werden jedoch auch andere Anordnungen in Betracht gezogen, bei denen die Informationen direkt an den High-Level-Controller 172 übermittelt werden.
Des Weiteren sind die Controller 168, 170, 172 zwar als separate Controller veranschaulicht, doch es könnte auch ein einzelnes Modul dafür konfiguriert sein, die Funktionen aller Controller 168, 170, 172 auszuführen.
Eine weitere Besprechung der Struktur und zusätzlicher Merkmale der Steuersäulen 102, 104 erfolgt in den gleichzeitig anhängigen Anmeldungen 1) mit der Anwaltsregisternummer 507975 mit dem Titel INAKTIVE DIREKTANTRIEBS-STEUERSÄULE, Anmeldung Nr. 12/845,160, eingereicht am 28. Juli 2010 und an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen, und 2) mit der Anwaltsregisternummer 507949 mit dem Titel AKTIVE STEUERSÄULEN MIT MANUELL AKTIVIERTER UMKEHRUNG ZUR PASSIVEN STEUERSÄULE, Anmeldung Nr. 12/845,246, eingereicht am 28. Juli 2010 und an den Rechtsnachfolger der vorliegenden Anmeldung übertragen. Die Lehren und Offenbarungen beider Anmeldungen werden hiermit durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen.
Nachdem nun die allgemeinen Strukturen des Steuerungssystems 100 besprochen wurden, wird der Betrieb des Steuerungssystems 100 beschrieben.
Wenn sich die Kardanringe 152, 154 in einer neutralen Position relativ zum mechanischen Grund befinden, d. h. wenn die neutrale Kardanringposition gleich der neutralen Grundpositionen 132, 134 ist, wie in 1 veranschaulicht, so basiert der auf die Sticks 108, 110 ausgeübte Rückmeldungswiderstand auf der Kraft, die durch die Verschiebung der Widerstandsanordnungen 136, 138 erzeugt wird, während sich die Nockenstößel 124, 126 entlang der Nockenflächen 148, 150 bewegen, wenn die Sticks 108, 110 von der neutralen Grundpositionen 132, 134 und folglich von den neutralen Kardanringpositionen der Nocken 144, 146 ausgelenkt werden. In dieser Konfiguration wird das Muskelgedächtnis der Piloten zur Eingabe eines gewünschten Betrages an Längsneigung und/oder Querneigung verwendet, indem der „erlernte” Kraftaufwand an die Sticks 108, 110 angelegt wird, um den durch die Widerstandsanordnungen 136, 138 erzeugten Widerstand zu überwinden. Somit kann ein bestimmter Grad an Verschiebung aus den neutralen Kardanringpositionen mit einem bestimmten Kraftaufwand verknüpft sein.
Wenn jedoch der erste und der zweite Stick 108, 110 nicht gleichzeitig und gleichmäßig aus den entsprechenden neutralen Grundpositionen 132, 134 verschoben werden, so befiehlt die Steuerungsanordnung 106 entsprechende Änderungen der Position des ersten und des zweiten Kardanrings 152, 154, um die auf die Sticks 108, 110 ausgeübte Kraft zu justieren. Dies justiert die neutrale Rückmeldungsposition der entsprechenden Rückmeldungsbaugruppe 112, 114. Dies stellt eine taktile Rückmeldung für die Piloten bereit, dass es eine Diskrepanz bei der Steuerungseingabe zwischen den zwei separaten Sticks 108, 110 gibt. Dies justiert außerdem die Kraft, die die Piloten an die Sticks 108, 110 anlegen müssen, um die Sticks 108, 110 aus der neutralen Grundpositionen 132, 134 in eine gewünschte absolute Position relativ zum mechanischen Grund 159 zu bewegen. Somit entspricht das Muskelgedächtnis, das einem gewünschten Grad an Verschiebung entspricht, nicht der Kraft, die nötig ist, um das neue Rückmeldungsprofil zu überwinden, das durch eine entsprechende Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 bereitgestellt wird.
Die Steuerungsanordnung 106 kann in einen quergekoppelten Modus konfiguriert werden, wobei eine taktile Rückmeldung bezüglich der Position jedes Sticks 108, 110 zur anderen Steuersäule 102, 104 zurückgemeldet wird. Alternativ kann die Steuerungsanordnung 106 in einen Prioritätsmodus konfiguriert werden, bei dem ein priorisierter Stick keine taktile Rückmeldung von dem nicht-priorisierten Stick empfängt und nur der nicht-priorisierte Stick eine taktile Rückmeldung empfängt, die proportional zur Größenordnung des Fehlers zwischen sich und dem priorisierten Stick ist.
In der veranschaulichten Ausführungsform enthält jeder Stick 108, 110 eine Prioritätstaste 176, 178, mit der dem entsprechenden Stick Priorität verliehen wird und das System aus dem quergekoppelten Modus genommen und in den Prioritätsmodus versetzt wird.
Der quergekoppelte Modus ist in der Regel der automatische Standardmodus, wenn keine der Prioritätstasten 176, 178 aktiviert wird, und wird als Erstes beschrieben.
In diesem Modus befinden sich die Sticks 108, 110 – vor einer Piloteneingabe in einen der Sticks 108, 110 – in der Regel in den neutralen Grundpositionen 132, 134, dergestalt, dass weder eine Auslenkung relativ zu dem mechanischen Grund 159 noch zu den entsprechenden Kardanringen 152, 154, noch allgemein zu den Nockenflächen 148, 150 vorliegt. Gleichermaßen sollten auch die entsprechenden Kardanringe 152, 154 und Nockenflächen 148, 150 ihre neutralen Kardanringpositionen an den neutralen Grundpositionen 132, 134 haben, d. h. sie sollten in einer neutralen Position relativ zu dem mechanischen Grund 159 stehen. Somit sollten die gemessenen Positionen der Sticks 108, 110 und Kardanringe 152, 154 von den neutralen Grundpositionen 132, 134 zum Beispiel null sein.
Im quergekoppelten Modus (auch als Normalmodus oder Standardmodus bezeichnet) steuert die Steuerungsanordnung 106 die Kardanringposition der Kardanringe 152, 154 und der entsprechenden Nockenflächen 148, 150 dergestalt, dass die Position des ersten Kardanrings 152 gleich der Differenz der Stickposition des zweiten Sticks 110 relativ zu der Kardanringposition des zweiten Kardanrings 154 ist. Gleichermaßen ist die Kardanringposition des zweiten Kardanrings 154 gleich der Differenz der Stickposition des ersten Sticks 108 relativ zu der Kardanringposition des ersten Kardanrings 152. Diese Kardanringpositionen werden in der Regel auf der Position der neutrale Kardanringposition relativ zu neutralen Grundpositionen 132, 134 basieren.
Ausgehend von dieser Operation, und wie oben angemerkt, ist eine erste Stickposition die Position des ersten Sticks 108 relativ zu dem mechanischen Grund 159 (d. h. die neutrale Grundposition 132). Eine erste Rückmeldungsposition (auch als eine erste Kardanringposition bezeichnet) ist die Position der ersten Rückmeldungsbaugruppe (d. h. des Kardanrings 152) relativ zu dem mechanischen Grund 159 (d. h. die neutrale Grundposition 132). Ein erster relativer Fehler ist die erste Stickposition minus der ersten Rückmeldungsposition. Somit ist der erste relative Fehler die Position des ersten Sticks 108 relativ zu der entsprechenden neutralen Kardanringposition von Kardanring 152. Wenn der erste relative Fehler null ist, so dürfte effektiv keine Winkelkraft auf den ersten Stick 108 durch die erste Rückmeldungsbaugruppe 112 und insbesondere die Widerstandsanordnung 136 ausgeübt werden.
Gleichermaßen ist eine zweite Stickposition die Position des zweiten Sticks 110 relativ zu dem mechanischen Grund 159 (d. h. die neutrale Grundposition 134). Eine zweite Rückmeldungsposition (auch als eine zweite Kardanringposition bezeichnet) ist die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe (d. h. des Kardanrings 154) relativ zu dem mechanischen Grund 159 (d. h. die neutrale Grundposition 134). Ein zweiter relativer Fehler ist die zweite Stickposition minus der zweiten Rückmeldungsposition. Somit ist der zweite relative Fehler die Position des zweiten Sticks 110 relativ zu der entsprechenden neutralen Kardanringposition von Kardanring 154. Wenn der zweite relative Fehler null ist, so dürfte effektiv keine Winkelkraft auf den zweiten Stick 110 durch die zweite Rückmeldungsbaugruppe 114 und insbesondere die Widerstandsanordnung 138 ausgeübt werden.
Die Steuerungsanordnung 106 ist im quergekoppelten Modus dafür konfiguriert, einen ersten und einen zweiten Rückmeldungspositionsbefehl (auch als Kardanringpositionsbefehle bezeichnet) auszugeben, um die erste und die zweite Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 (die Kardanringe 152, 154) dergestalt zu positionieren, dass der erste Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem zweiten relativen Fehler ist und der zweite Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem ersten relativen Fehler ist. Diese Steuerung ist eine dynamischen Steuerung, dergestalt, dass inkrementelle Änderungen der Position des ersten und des zweiten Sticks 108, 110 relativ zu ihren entsprechenden Kardanringen 152, 154 rasch zu der anderen Anordnung zurückgemeldet werden. Dadurch ist es bei einigen Ausführungsformen möglich, eine Justierung der zwei Sticks zu signifikant verschiedenen absoluten Stickpositionen im Wesentlichen zu verhindern.
Es wird nun ein Beispiel dieses Betriebes beschrieben.
Nehmen wir an, eine Piloteneingabe findet zunächst nur in einen einzigen Stick, beispielsweise nur in den ersten Stick 108, statt, die einem Kraftaufwand entspricht, um den Stick um positive 10 Grad relativ zur mechanischen Neutralstellung 132 zu verschieben (im Uhrzeigersinn um die gemeinsame Achse 128 in 1, durch Pfeil 180 veranschaulicht). Außerdem bekommt der zweite Stick 110 zunächst keine Eingabe vom zweiten Piloten.
Der erste Stick 108 bewegt sich zu einer ersten Stickposition von positiven 10 Grad. Die erste Kardanringposition ist null, da keine Änderung der Position des ersten Kardanrings 152 relativ zum mechanischen Grund 159 stattgefunden hat. Von dieser Änderung der Position des ersten Sticks 108 relativ zu dem Kardanring 152 besteht ein erster relativer Fehler von positiven 10 Grad. Wie angemerkt, arbeitet die Steuerungsanordnung 106 dergestalt, dass der erste relative Fehler der zweite Kardanringbefehl für den zweiten Kardanring 154 ist. Somit sendet oder erzeugt die Steuerungsanordnung 106 einen zweiten Kardanringbefehl von positiven 10 Grad an bzw. für den zweiten Kardanringcontroller 170, der seinerseits den zweiten Aktuator 158 mittels einer Regelkreissteuerung ansteuert, bis der zweite Kardanring 154 um die gemeinsame Achse 130 in eine Position von positiven 10 Grad gedreht wurde.
Dies veranlasst außerdem den zweiten Stick 110 zu einer Drehung von positiven 10 Grad um die gemeinsame Achse 130 zusammen mit dem zweiten Kardanring 154 (positive Richtung, durch Pfeil 181 veranschaulicht). Das kommt daher, weil keine externen Kräfte durch den anderen Piloten auf den zweiten Stick 110 ausgeübt werden und der zweite Nockenstößel 126 innerhalb des zweiten Nockens 146 eingeschlossen ist.
Somit sind nach dieser ersten anfänglichen Eingabe durch den Piloten, der den ersten Stick 108 steuert, beide Sticks in eine erste und eine zweite Stickpositionen verschoben, die positive 10 Grad um jeweilige gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130 betragen.
Es ist zu beachten, dass die Steuerungsanordnung 106 eine Logik enthält, um zu testen, ob sich der eine oder der andere Stick 108, 110 relativ zu seinem entsprechenden Kardanring 152, 154 bewegt oder nicht, um festzustellen, ob der Kardanringbefehl der anderen Säule 102, 104 justiert werden sollte oder nicht.
In diesem Fall bewegte sich nur der erste Stick 108 relativ zu seinem Kardanring 152 (d. h. es fand eine Änderung des ersten relativen Fehlers statt), so dass nur der zweite Kardanring 154 von seiner Position, d. h. der neutralen Grundposition 134, justiert wurde. Der zweite Stick 110 blieb in seiner neutralen Kardanringposition, indem er sich mit dem zweiten Kardanring 154 drehte, so dass der zweite relative Fehler null blieb und die Logik bestimmte, dass keine Notwendigkeit bestand, den ersten Kardanringbefehl zu ändern. Somit blieb der erste Kardanringbefehl, den ersten Kardanring 152 in eine Null-Position, d. h. die neutrale Grundposition 132, zu steuern.
Wenn der Pilot, der den zweiten Stick 110 steuert, nun entscheidet, die Steuerung des Flugzeugs zu justieren, und den Stick 110 aus dieser positiven 10 Grad-Position auszulenken, so erzeugt die Steuerungsanordnung 106 ein neues erstes Kardanringbefehlsignal zum Justieren der Position des ersten Kardanrings 152. Das liegt daran, dass das Anlegen von Kraft zum Bewegen des zweites Sticks 110 in eine neue Position diesen veranlasst, aus seiner neutralen Kardanringposition verschoben zu werden, wodurch ein neuer zweiter relativer Fehler von ungleich null erzeugt wird.
In der Regel ist die Steuerung der zwei Kardanringe 152, 154 ein dynamischer Prozess, dergestalt, dass nur geringfügige Änderungen der Position der Sticks 108, 110 eine entsprechende Änderung des Kardanringbefehls für die andere Rückmeldungsbaugruppe 112, 114 hervorrufen. Dies justiert kontinuierlich die Rückmeldungskräfte, die aufgrund inkrementeller Änderungen der Position eines der Sticks 108, 110 auf die Sticks 108, 110 ausgeübt werden, wodurch während des Betriebes allgemein eine Reaktionskraft erzeugt wird, die die neue Verschiebung des zweiten Sticks kompensiert, wodurch allgemein der Bewegung des zweiten Sticks 110 aus der zweiten Stickposition von positiven 10 Grad entgegengewirkt wird.
Wenn der Pilot, der den zweiten Stick 110 steuert, zum Beispiel versucht, den zweiten Stick 110 um 1 negatives Grad zurückzubewegen (als Pfeil 182 in 1 veranschaulicht), so wird diese Aktion an die erste Rückmeldungsanordnung 112, die über die Steuerungsanordnung 106 an den ersten Stick 108 gekoppelt ist, und insbesondere den High-Level-Controller 172 zurückgemeldet. Dies stellt eine taktile Rückmeldung für den Piloten bereit, der den ersten Stick 108 steuert, dass nun eine Diskrepanz bei den Signalen, die durch die zwei separaten Steuersäulen 102, 104 gesendet werden, besteht.
Vor der Betätigung durch den zweiten Piloten erfährt der erste Pilot, der den ersten Stick 108 steuert, die passive Rückmeldung, die mit einer positiven Verschiebung von 10 Grad verknüpft ist. Somit legt der Pilot, der den ersten Stick 108 steuert, die Kraft, die er aufzuwenden gelernt hat, an den ersten Stick 108 an, um den ersten Stick 108 in der positiven 10 Grad-Stickposition zu halten, um den Widerstand zu überwinden, der durch die Widerstandsanordnung 136 entgegengesetzt wird. Dies bewirkt eine gleiche Last auf den ersten Stick 108, dergestalt, dass sich der erste Stick 108 im Kräftegleichgewicht befindet.
Des Weiteren ist der zweite Stick 110 im Kräftegleichgewicht, weil keine externe Last anliegt und weil null Last durch den zweiten Kardanring 154 ausgeübt wird, weil der zweite Stick 110 in der neutralen Kardanringposition entlang der zweiten Nockenfläche 150 bleibt. Somit wirkt auch eine effektive Last von null auf den zweiten Stick 110 ein, so dass er in einem Kräftegleichgewichtszustand bleibt.
Sobald jedoch der zweite Stick 110 aus seiner Stickposition bewegt wird, d. h. im Uhrzeigersinn (als Pfeil 182 veranschaulicht) aus der zweiten Stickposition von positiven 10 Grad verschoben wird, wird ein zweiter relativer Fehler zwischen dem zweiten Stick 110 und dem zweiten Kardanring 154 erzeugt. Die Steuerungsanordnung 106 erkennt die Änderung beim zweiten relativen Fehler und initiiert einen ersten Kardanringbefehl zum Justieren der Position des ersten Kardanrings 152 gleich diesem relativen Fehler. Dies justiert nahezu sofort die auf den ersten Stick 108 ausgeübten Kräfte, wodurch für den ersten Piloten eine taktile Rückmeldung über eine Diskrepanz zwischen dem ersten und dem zweiten Stick 108, 110 bereitgestellt wird.
Nachdem zum Beispiel der zweite Stick eine zweite Stickposition von positiven neun Grad eingenommen hat (d. h. nachdem er um 1 negatives Grad bewegt wurde), wird der zweite relative Fehler zu 1 negativen Grad. Diese entspricht der Differenz zwischen der zweiten Stickposition von positiven 9 Grad minus der zweiten Kardanringsposition von positiven 10 Grad.
Diese negative 1 Grad wird nun zum ersten Kardanringbefehl, der durch die Steuerungsanordnung 106 an den ersten Kardanringscontroller 168 gesendet wird, um die Position des ersten Kardanrings 152 zu justieren. Somit steuert der erste Kardanringcontroller 168 den ersten Kardanring 152 auf eine Position von 1 negativen Grad (durch Pfeil 184 veranschaulicht) entgegen dem Uhrzeigersinn. Diese Bewegung des ersten Kardanrings 152 entgegen dem Uhrzeigersinn stellt eine taktile Rückmeldung für den ersten Piloten bereit, der den ersten Stick 108 steuert.
Wenn der erste Pilot versucht, den Stick 108 in der ersten Stickposition von positiven 10 Grad zu halten, so muss die Kraft, die durch den ersten Piloten auf den ersten Stick ausgeübt wird, gleich einem Kraftbetrag vergrößert werden, der in der Regel mit einer ersten Stickposition von positiven 11 Grad verknüpft ist. Das liegt daran, dass die tatsächliche relative Verschiebung des ersten Sticks 108 von der Rückmeldungsanordnung 112 und insbesondere von seiner ersten neutralen Kardanringposition relativ zu dem ersten Nocken 144 11 positive Grad beträgt. Diese positiven 11 Grad sind gleich der 10 positiven Grad an Verschiebung des ersten Sticks 108 aus der neutralen Grundposition minus dem 1 negativen Grad an Verschiebung des ersten Kardanrings 152 aus der neutralen Grundposition 132 aufgrund des neuen ersten Kardanringbefehls.
In der Regel veranlasst diese an den ersten Stick 108 übermittelte taktile Rückmeldung den ersten Piloten, sich mit dem zweiten Piloten abzustimmen, um die Diskrepanz zwischen den zwei separaten Steuerungseingaben durch die separaten Piloten zu korrigieren. An diesem Punkt beendet einer der Piloten das Anlegen einer externen Last an den entsprechenden Stick jenes Piloten, so dass dieser ungesteuerte Stick in die gleiche Ausrichtung wie der gesteuerte Stick überführt wird.
Wenn jedoch der erste Pilot den ersten Stick 108 in der ersten Stickposition von positiven 10 Grad halt, während sich der erste Kardanring 152 in eine erste Kardanringposition von 1 negativen Grad bewegt, so löst dies auch eine neue Änderung bei dem zweiten Kardanringbefehl aus. Weil es nun einen neuen ersten relativen Fehler gibt (d. h. positive 11 Grad), wird der zweite Kardanringbefehl zu positiven 11 Grad. Dieser neue zweite Kardanringbefehl veranlasst den zweiten Kardanringcontroller 170, den zweiten Kardanring 154 in eine zweite Kardanringposition von positiven 11 Grad anzusteuern. Dadurch wird ein zusätzlicher Widerstand auf den zweiten Stick 110 ausgeübt.
Genauer gesagt, wenn der zweite Pilot die Kraft an den zweiten Stick 110 anlegt, die für eine Verschiebung von 1 negativen Grad nötig ist, verlangt die Bewegung des zweiten Sticks 110 zu der zweiten Stickposition von positiven 9 Grad von dem Piloten die Eingabe einer Kraft, die einer Verschiebung von negativen zwei Grad entspricht, weil sich der Kardanring 154 um 1 Grad in der positiven Richtung zu der zweiten Kardanringsposition von positiven 11 Grad bewegt. Das liegt daran, dass der zweite Stick 110 um zwei negative Grad relativ zu der zweiten neutralen Kardanringposition des zweiten Kardanrings 154 verschoben wird.
Wenn jedoch der zweite Pilot nur die Kraft anlegt, die für eine Verschiebung von 1 negativen Grad nötig ist, so bewegt sich der zweite Stick in die absolute Position von positiven 10 Grad zurück.
Diese gleichzeitige Justierung beider Kardanringe 152, 154 ist die dynamische Steuerung des Systems, durch die beide Piloten eine taktile Rückmeldung erfahren, dass eine Diskrepanz zwischen ihren Eingabebefehlen existiert. In einer Ausführungsform versteht es sich, dass, wenn beide Piloten versuchen, die Diskrepanz beizubehalten, d. h. der erste Stick an einer ersten Stickposition von 10 Grad und der zweite Stick an einer zweiten Stickposition von 9 Grad, so müssen die Piloten kontinuierlich zunehmende Kräfte aufwenden, um die Sticks im Kräftegleichgewicht zu halten, weil der erste und der zweite Kardanring fortlaufend justiert werden. Dieser kontinuierlich zunehmende Kraftbetrag führt die Piloten zu der Entscheidung, welcher Stick die Steuerung ausführen sollte.
Weil des Weiteren die Justierung des ersten und des zweiten Kardanringbefehls dynamisch ist, verhindern die Aktualisierungen des ersten und des zweiten Kardanringbefehls in der Regel, dass der zweite Stick jemals in die zweite Stickposition von positiven 9 Grad gelangt. Statt dessen wird die Position des zweiten Kardanrings kontinuierlich justiert, um der Kraft entgegenzuwirken, die durch den zweiten Piloten im negativen Bereich ausgeübt wird (d. h. entgegen dem Uhrzeigersinn, wie durch den Pfeil 182 veranschaulicht), dergestalt, dass der zweite Stick im Wesentlichen in der zweiten Stickposition von positiven 10 Grad bleiben würde.
Somit setzen die Rückmeldungsanordnungen 112, 114 die Justierung der Kräfte fort, die durch sie an die entsprechenden Sticks 108, 110 angelegt werden, um einen Kräftegleichgewichtszustand für beide Sticks nahe der Position von positiven 10 Grad herzustellen. Oder anders ausgedrückt: Die Justierung der Kardanringpositionen dient dazu, jeglichen Diskrepanzen bei den Stickpositionen entgegenzuwirken, um zu versuchen, die beiden Sticks in einer gleichen Position relativ zum mechanischen Grund 159 zu halten.
Wenn jedoch der erste Pilot den ersten Stick 108 nicht in der ersten Stickposition von positiven 10 Grad halten wollte und entschiede, lediglich die Kraft, die von außen auf den ersten Stick 108 einwirkt, konstant zu halten, so würde der neue erste Kardanringbefehl von 1 negativen Grad bewirken, dass der erste und der zweite Stick 108, 110 in die gleichen Stickpositionen von positiven 9 Grad bewegt werden.
Das liegt daran, dass der erste Pilot nach wie vor die Kraft anlegen würde, die nötig ist, um den ersten Stick 108 um 10 positive Grad auf seiner neutralen Kardanringposition zu verschieben. Weil sich jedoch die neutrale Kardanringposition aufgrund des neuen ersten Kardanringbefehls um 1 negatives Grad bewegt hat, bleibt der relative Fehler zwischen dem ersten Stick und dem erste Kardanring bei positiven 10 Grad. Genauer gesagt, ist die erste Stickposition von positiven 9 Grad minus einer Kardanringposition von 1 negativen Grad ein relativer Fehler von positiven 10 Grad.
Weil sich des Weiteren der erste relative Fehler nicht ändert, weil sich der erste Stick 108 mit dem ersten Kardanring 152 bewegt, bestimmt die Logik, dass keine Notwendigkeit besteht, den zweiten Kardanringbefehl zu modifizieren; und der zweite Kardanringbefehl bleibt bei positiven 10 Grad.
Auch hier haben die Sticks 108, 110 ein Kräftegleichgewicht eingenommen, weil die auf die Sticks 108, 110 wirkenden Effektivkräfte null sind. Die durch die Piloten ausgeübten externen Kräfte werden durch die Kardanringe 152, 154 kompensiert.
2 ist eine schematische Darstellung der Logik 200 zum Erzeugen des ersten und des zweiten Kardanringbefehls, wenn der quergekoppelte Modus aktiv ist. Der erste Abzweig 202 bezieht sich auf das Bestimmen des zweiten Kardanringbefehls. Der zweite Abzweig 204 bezieht sich auf das Bestimmen des ersten Kardanringbefehls. Die zwei Abzweige sind fast identisch, mit Ausnahme der Eingaben, die zum Bestimmen der Befehle verwendet werden. Darum wird im vorliegenden Text nur der erste Abzweig 202 zum Bestimmen des zweiten Kardanringbefehls beschrieben, weil der zweite Abzweig im Wesentlichen genau funktioniert.
Der erste Abzweig 202 verwendet die erkannten Eingaben der ersten Stickposition (Block 206) und der ersten Kardanringposition (Block 208). Dann wird ein erster relativer Fehler durch Subtrahieren der ersten Kardanringposition von der ersten Stickposition bestimmt (Block 210). Der erste relative Fehler wird dann tiefpassgefiltert (Block 212). Der gefilterte erste relative Fehler wird dann verglichen, um zu bestimmen, ob er größer als ein Schwellenwert ist (Block 214). Wenn der gefilterte erste relative Fehler größer als die Schwelle ist, so ist der zweite Kardanringbefehl gleich dem ersten relativen Fehler (Block 215). Wenn der gefilterte erste relative Fehler nicht größer als die Schwelle ist, so wird er verglichen, um zu festzustellen, ob er kleiner als der negative Wert der Schwelle ist (Block 218). Wenn der gefilterte erste relative Fehler kleiner als der negative Wert der Schwelle ist (Block 218), so ist der zweite Kardanringbefehl gleich dem ersten relativen Fehler (Block 216). Wenn der gefilterte erste relative Fehler nicht kleiner als der negative Wert der Schwelle ist (Block 218), so ist der zweite Kardanringbefehl null (Block 220), d. h. der zweite Kardanring 154 wird in die neutrale Grundposition 134 gesteuert. Diese Vergleichsschritte helfen beim Beseitigen von Justierungen der Kardanringbefehle aufgrund ganz winziger Änderungen der Position der Sticks 108, 110, wie zum Beispiel aufgrund von Vibrationen im System oder Fehlern, die mit den Sensoren zusammenhängen.
Wie oben angemerkt, finden diese Berechnungen fast kontinuierlich statt, so dass die Aktualisierung der Position in den Kardanringbefehlen fast augenblicklich erfolgt.
Nachdem nun der quergekoppelte Modus beschrieben wurde, wird der Prioritätsmodus beschrieben. Jeder Stick 108, 110 enthält eine entsprechende Prioritätstaste 176, 178, um diesem Stick Priorität einzuräumen. Im Prioritätsmodus empfängt der Stick, dem Priorität eingeräumt wurde, keine taktile Rückmeldung von dem nicht-priorisierten Stick. Somit bleibt der Kardanring 152, 154 für den priorisierten Stick 108, 110 immer in der neutralen Grundposition 132, 134. In diesem Modus empfängt nur der nicht-priorisierte Stick eine taktile Rückmeldung, d. h. Kraft, bezüglich Diskrepanzen zwischen der ersten und der zweiten Stickposition. Genauer gesagt, wenn der nicht-priorisierte Stick nicht den Verschiebungen des ersten Sticks folgt, so erfolgt eine Rückmeldung an den zweiten Stick. Des Weiteren ist die nicht-priorisierte Rückmeldungsbaugruppe im Prioritätsmodus dafür konfiguriert zu versuchen, den nicht-priorisierten Stick in der gleichen Stickposition zu halten wie der priorisierte Stick.
Ein Beispiel eines Prioritätsmodus wird nun anhand des ersten Sticks 108, der Priorität erhält, beschrieben.
Auch hier nehmen wir für dieses Beispiel an, dass sich sowohl die Sticks 108, 110 als auch die Kardanringe 152, 154 zunächst in den neutralen Grundpositionen 132, 134 befinden.
Dieser Modus verwendet ein anderes Verfahren zum Bestimmen des Kardanringbefehls für den nicht-priorisierten Stick. In diesem Modus ist der zweite Kardanringbefehl (d. h. der Kardanringbefehl für den nicht-priorisierten Stick) gleich der Summe der vorherigen zweiten Kardanringposition (d. h. der nicht-priorisierten Kardanringposition) plus dem Wert der ersten Stickposition minus der zweiten Stickposition (d. h. der priorisierten Stickposition minus der nicht-priorisierten Stickposition).
Das heißt, wenn der erste Stick 108 in eine erste Stickposition von positiven 10 Grad bewegt wird, so wird der zweite Stick 110 wieder in eine zweite Stickposition von positiven 10 Grad bewegt, wenn der zweite Pilot nichts eingibt. Dies geschieht, weil der zweite Kardanringbefehl die Summe der aktuellen zweiten Kardanringposition von null Grad plus der Differenz zwischen der ersten Stickposition (positive 10 Grad) minus der zweiten Stickposition (null Grad) ist. Auch hier ist anzumerken, dass diese Berechnung praktisch kontinuierlich und in einem viel inkrementelleren Maßstab stattfindet. Somit ist der zweite Kardanringbefehl positive 10 Grad und steuert den zweiten Kardanring 154 auf positive 10 Grad und steuert gleichzeitig den zweiten Stick 110 in die gleiche Position, weil keine externe Belastung des zweiten Sticks 110 stattfindet.
Wenn nun der erste Pilot erneut den ersten Stick 108 bewegt, so wird der zweite Kardanring 154 gemäß der neuen Positionsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten Stick 108, 110 justiert. Wenn der zweite Stick 110 in der Position von positiven 10 Grad gehalten wird, so wird eine taktile Rückmeldung bezüglich der Bewegung des ersten Sticks 108 an den zweiten Stick übermittelt. Genauer gesagt, nehmen wir eine negative Bewegung (Pfeil 184) des ersten Sticks 108 in Richtung einer ersten Stickposition von positiven 9 Grad an.
Der zweite Kardanringcontroller erhält eine ähnliche Anweisung, den zweiten Kardanring 154 anzusteuern. An diesem Punkt beträgt die Differenz zwischen der ersten Stickposition (positive 9 Grad) und der zweiten Stickposition (positive 10 Grad) 1 negatives Grad. Dieser Wert wird zu der aktuellen zweiten Kardanringposition von positiven 10 Grad addiert, um den zweiten Kardanring 154 zu positiven 9 Grad anzusteuern. Ohne externe Kraft oder Eingabe vom zweiten Piloten bewegt sich der zweite Stick 110 mit dem zweiten Kardanring 154 in eine zweite Stickposition von 9 Grad. Vor allem erfolgt die Bewegung des zweiten Sticks 110 aufgrund der dynamischen Aktion der Steuerungsanordnung 106 fast sofort und kontinuierlich, wenn der erste Stick 108 aus der Position von positiven 10 Grad verschoben wird, und nicht erst, nachdem der erste Stick 108 sich in die 9 Grad-Position bewegt hat.
Wenn jedoch der zweite Pilot dieser Bewegung Widerstand entgegensetzt und versucht, den zweiten Stick 110 in einer zweiten Stickposition von positiven 10 Grad zu halten, so wird für den zweiten Piloten eine taktile Rückmeldung bezüglich der Diskrepanz mit einem Kraftaufwand bereitgestellt, der – zumindest am Anfang – ungefähr 1 Grad entspricht. Das liegt daran, dass der zweite Pilot eine Kraft anlegt, um den zweiten Stick in einer Position zu halten, die nicht mit der zweiten neutralen Kardanringposition des zweiten Kardanrings 154 übereinstimmt.
Wenn – in einem weiteren Beispiel – der zweite Pilot eine Kraft auf den zweiten Stick 110 ausübt, die einer Verschiebung von 1 negativen Grad entspricht (Pfeil 182), so würde der zweite Stick 110 im Wesentlichen in der Position von positiven 10 Grad bleiben, da der zweite Kardanring 154 eine Justierung vornehmen würde, um die Eingabe des zweiten Piloten zu kompensieren.
Wenn der zweite Stick 110 beginnt, sich entgegen dem Uhrzeigersinn (Pfeil 182) zu verschieben, so wird ein relativer Fehler zwischen der ersten Stickposition minus der zweiten Stickposition erzeugt. Dadurch wird der zweite Kardanring 154 veranlasst, sich in der positiven Richtung zu bewegen, um diese ausgeübte Kraft zu kompensieren.
Da dies ein dynamisches System ist, das fortgesetzt die Position des zweiten Kardanrings 154 durch Addieren des relativen Fehlers zwischen der ersten und der zweiten Stickposition justiert, entspricht der zweite Kardanringbefehl letztendlich positiven 11 Grad. In dieser aktualisierten Ausrichtung wird der zweite Stick 110 dann im Wesentlichen in der Position von positiven 10 Grad gehalten, weil der zweite Pilot eine Kraft anlegt, die ausreicht, um den Stick im Normalfall um 1 negatives Grad zu bewegen.
Jedoch wird diese Kraft durch die neue Position des zweiten Kardanrings 154 und das entsprechend neue Rückmeldungskraftprofil in der Position von positiven 11 Grad neutralisiert. Somit wird der zweite Stick 110 um 1 Grad aus seiner neutralen Kardanringposition verschoben, wodurch bewirkt wird, dass eine Kraft, die 1 positiven Grad entspricht, durch den zweiten Kardanring 154 an den zweiten Stick 110 angelegt wird, wodurch die vom Piloten erzeugte Kraft kompensiert wird. Somit hat der zweite Stick 110 einen Kräftegleichgewichtszustand im Wesentlichen an der Position von positiven 10 Grad, was außerdem der gleichen Position wie der erste Stick 108 entspricht.
Sobald der zweite Pilot entscheidet, nicht länger seine Kraft, die einer Verschiebung von 1 negativen Grad entspricht, anzulegen, wird der zweite Kardanring 154 justiert, um den zweiten Stick 110 weiterhin in der ersten Stickposition, d. h. in der Position von positiven 10 Grad, zu halten. Wenn der zweite Pilot beginnt, seine Kraft von dem zweitem Stick 110 zu nehmen, so veranlasst die Kraft, die durch den zweiten Kardanring 154 auf den zweiten Stick 110 ausgeübt wird (d. h. die Kraft, die 1 positiven Grad entspricht), den zweiten Stick 110, inkrementell in der positiven Richtung auszulenken (d. h. positive 10 Grad plus dem inkrementellen Betrag in der durch den Pfeil 181 veranschaulichten Richtung). Dieser inkrementelle Betrag erzeugt einen neuen relativen Fehler zwischen der ersten Stickposition und der zweiten Stickposition. Jedoch ist dies ein negativer relativer Fehler, der eine Justierung des zweiten Kardanringbefehls bewirkt.
Wenn der zweite Pilot versucht, eine Diskrepanz zwischen der Position des ersten und des zweiten Sticks 108, 110 beizubehalten, indem er weiterhin versucht, den zweiten Stick 110 in Richtung der Position von negativen 9 Grad zu bewegen, so wird der zweite Kardanring 154 kontinuierlich angewiesen, seine Position positiv zu vergrößern, um die Kräfte zu vergrößern, die auf den zweiten Stick 110 wirken. Somit müsste der zweite Pilot kontinuierlich den Betrag an negativer Kraft vergrößern, die auf den zweiten Stick ausgeübt wird. Jedoch bleibt auch hier der zweite Stick höchstwahrscheinlich wieder in einer Kräftegleichgewichtsposition, d. h. der Position von positiven 10 Grad, da der zunehmenden Kraft des Piloten kontinuierlich die zunehmende Kraft entgegengesetzt wird, die durch den zweiten Kardanring 154 aufgrund der Justierung der Position der Nockenfläche 150 ausgeübt wird. Diese Justierung der Nockenfläche 150 führt zu einer Justierung des Kraftprofils, das unter Bezug auf den mechanischen Grund 159 erzeugt wird.
3a) und 3b) zeigen ein Blockschaubild 300 der Steuerlogik bezüglich des priorisierten Modus. Auch hier bezieht sich der obere Abschnitt des Schaubildes auf die Bestimmung des zweiten Kardanringbefehls (Block 302), und der untere Abschnitt des Schaubildes bezieht sich auf die Bestimmung des ersten Kardanringbefehls (Block 304). Für dieses Beispiel funktionieren der obere und der untere Abschnitt im Wesentlichen gleich, weshalb nur der obere Abschnitt, d. h. der Abschnitt zum Bestimmen des zweiten Kardanringbefehls, besprochen wird.
Dieser Modus verwendet Eingaben der ersten Stickposition (Block 306), der zweiten Stickposition (Block 308), der ersten Kardanringposition (Block 310) und der zweiten Kardanringposition (Block 308). Der relative Fehler zwischen dem ersten und dem zweiten Stick 108, 110 (als erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler bezeichnet) wird durch Subtrahieren der ersten Stickposition von der zweiten Stickposition bestimmt (Block 314). Als nächstes wird der erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler mit einem Schwellenwert verglichen (Blöcke 316, 318). Wenn der erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler größer als die Schwelle oder kleiner als der negative Wert der Schwelle ist, so bleibt der erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler unverändert (Block 320). Anderenfalls wird der erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler null (Block 322). Dieser Schritt verhindert, dass sich extrem geringfügige Änderungen der Position der Sticks auf Änderungen der Position des zweiten Kardanrings auswirken.
Dieser erster-Stick-zweiter-Stick-Relativfehler wird dann zu der zweiten Kardanringsposition addiert, um den neuen zweiten Kardanringbefehl zu bestimmen (Block 324).
Der hier besprochene Algorithmus enthält das Tiefpassfiltern des zweiten Kardanringbefehls (Block 326).
Der Algorithmus überprüft kontinuierlich, ob sich der erste Stick aus seiner neutralen Grundposition bewegt hat oder nicht (Block 328). Wenn sich der erste Stick 108 nicht aus seiner neutralen Grundposition 132 bewegt hat, so wird der zweite Kardanringbefehl zu null (Block 330). Das liegt daran, dass, wenn sich der erste Stick nicht aus der neutralen Grundposition 132 bewegt hat, der zweite Kardanring 154 angewiesen wird, den zweiten Stick 110 in seine neutrale Grundposition 134 zu bewegen.
Wenn sich der erste Stick 108 aus seiner neutralen Grundposition 132 bewegt hat, so überprüft der Algorithmus, ob der zweite Stick 110 Priorität hat (Block 332). Wenn der zweite Stick 110 Priorität hat, so wird der zweite Kardanringbefehl ebenfalls zu null (Block 330). Wie oben angemerkt, erhält der Stick, dem Priorität eingeräumt wurde, keine taktile Rückmeldung bezüglich der Position des anderen Sticks, weshalb sein Kardanring in der entsprechenden neutralen Grundposition bleibt. Wenn der zweite Stick 110 keine Priorität hat, so bleibt der zweite Kardanringbefehl unverändert (Block 334).
Es ist zu erkennen, dass, wenn der erste Kardanringbefehl bestimmt wird (Block 304), der in diesem Abschnitt des Algorithmus verwendete relative Fehler ein relativer Fehler zwischen dem zweiten Stick und dem ersten Stick ist, der die zweite Stickposition minus der ersten Stickposition ist (Block 336).
Ausführungsformen des Systems können auch einen Doppeleingabestick-Vibrationsmodus enthalten. Der Doppeleingabestick-Vibrationsmodus verwendet den Kardanringcontroller jedes Sticks 108, 110, um ein im Wesentlichen sinusförmiges Signal über den Positionsbefehl des entsprechenden Kardanringpositionsbefehls zu legen. In einer Ausführungsform hat das sinusförmige Signal eine Amplitude von 5 Grad und eine Frequenz von 30 Hz. Dadurch werden an beide Sticks 108, 110 Vibrationen angelegt, die anzeigen, dass eine Diskrepanz zwischen den zwei Sticks 108, 110 existiert. Das kann sofort stattfinden, oder es kann nach einem längeren Zeitraum stattfinden, während dem eine Diskrepanz zwischen den zwei Sticks 108, 110 existiert.
Ausführungsformen können außerdem einen Strömungsabrisswarnungs-Vibrationsmodus enthalten. In diesem Modus legt der Kardanringcontroller 168, 170 jedes Sticks 108, 110 ein sinusförmiges Signal über den entsprechenden Kardanringpositionsbefehl.
In einer Ausführungsform können sowohl der Strömungsabrisswarnungs-Vibrationsmodus als auch der Doppeleingabestick-Vibrationsmodus gleichzeitig eingesetzt werden. In einer solchen Ausführungsform können die Amplitude und/oder die Frequenz des sinusförmigen Signals so verändert werden, dass in Abhängigkeit von der Art der für den Piloten bereitgestellten Warnung eine andere taktile Rückmeldung gegeben wird.
Zum Beispiel kann, in einer Ausführungsform, der Strömungsabrisswarnungs-Vibrationsmodus eine Amplitude von 10 Grad und eine Frequenz von 10 Hz haben. Somit können die Piloten problemlos die zwei separaten Vibrationen zum Bestimmen der entsprechenden Art der Warnung unterscheiden.
Ein weiteres Merkmal der Verwendung der passiven Rückmeldungsbaugruppen, die relativ zum mechanischen Grund justiert werden können, ist, dass die Nachteile der vollständig passiven Rückmeldungsbaugruppe oder einer vollständig aktiven Rückmeldungsbaugruppe vermieden werden.
Genauer gesagt, kann als Erstes dank der Verwendung der positionsjustierbaren Kardanringe 152, 154 und ihrer entsprechend justierbaren Nocken 144, 146 das Rückmeldungskraftprofil für die Rückmeldungsbaugruppen 112, 114 justiert werden. Dies ermöglicht die dynamische Justierung der Rückmeldungsprofile auf der Grundlage der Justierung der Position des anderen Sticks.
Außerdem gibt es, weil dies eine halbpassive Anordnung ist, weniger Probleme in Verbindung mit Ausfällen. Genauer gesagt, wenn die Aktuatoren 156, 158 der vorliegenden Ausführungsform ausfallen, werden die Sticks 108, 110 nicht am Bewegen gehindert, weil sie nicht direkt mit den Aktuatoren 156, 158 gekoppelt sind. In dieser Situation können sich die Sticks 108, 110 immer noch um gemeinsame Schwenkpunkte 128, 130 drehen und werden nicht aufgrund eines Ausfalls der Aktuatoren 156, 158 blockiert.
Außerdem verringert die Verwendung dieser halbpassiven Anordnungen den Umfang an Erkennen und Rückmeldung in der Form, dass der Aktuator selbst die taktile Rückmeldung bezüglich der Steuerflächen des Flugzeugs bereitstellt. Stattdessen erfolgt die passive Rückmeldung durch die Nocken 144, 146 und die entsprechenden Widerstandsanordnungen 136, 138. Dies verringert signifikant die Menge der zu analysierenden Daten, so dass die Notwendigkeit der Verwendung von Steuerungssystemen mit hoher Bandbreite verringert wird.
Alle Verweise, einschließlich Publikationen, Patentanmeldungen und Patenten, die im vorliegenden Text zitiert werden, werden hiermit durch Bezugnahme im gleichen Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen, als wenn jeder Verweis einzeln und ausdrücklich durch Bezugnahme in den vorliegenden Text aufgenommen wäre und in seinem gesamten Wortlaut im vorliegenden Text wiedergegeben worden wäre.
Die Verwendung der Begriffe „ein”, „einer”, „eine” und „der/die/das” und ähnliche Bezugswörter im Kontext des Beschreibens der Erfindung (insbesondere im Kontext der folgenden Ansprüche) ist so auszulegen, dass sie sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlbedeutung umfasst, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegen steht. Die Begriffe „umfassen”, „haben”, „aufweisen” und „enthalten” sind als offenendige Begriffe auszulegen (d. h. in der Bedeutung von „einschließlich, aber nicht darauf beschränkt”), sofern nichts anderes angemerkt ist. Die Nennung von Wertebereichen im vorliegenden Text dient lediglich als ein abgekürztes Verfahren des individuellen Verweises auf jeden separaten Wert, der in den Bereich fällt, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist, und jeder separate Wert ist so in die Spezifikation aufgenommen, als ob er einzeln im vorliegenden Text genannt wäre. Alle im vorliegenden Text beschriebenen Verfahren können in jeder beliebigen geeigneten Reihenfolge ausgeführt werden, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegensteht. Die Verwendung jeglicher Beispiele oder von Formulierungen, die Beispiele zum Ausdruck bringen (z. B. „wie zum Beispiel”), im vorliegenden Text dient einzig und allein dem besseren Verständnis der Erfindung und schränkt den Schutzumfang der Erfindung nicht ein, sofern nicht etwas anderes angegeben ist. Keine Formulierung in der Spezifikation darf so ausgelegt werden, als werde ein nicht-beanspruchtes Element als wesentlich für die Praktizierung der Erfindung dargestellt.
Im vorliegenden Text werden bevorzugte Ausführungsformen dieser Erfindung beschrieben, einschließlich der besten den Erfindern bekannten Art der Ausführung der Erfindung. Varianten jener bevorzugten Ausführungsformen können dem Durchschnittsfachmann beim Lesen der obigen Beschreibung einfallen. Die Erfinder gehen davon aus, dass qualifizierte Fachleute solche Varianten in einer zweckmäßigen Weise realisieren, und die Erfinder ziehen in Betracht, dass die Erfindung auch in anderer Form praktiziert werden kann, als es ausdrücklich im vorliegenden Text beschrieben ist. Dementsprechend enthält diese Erfindung im rechtlich zulässigen Umfang alle Modifikationen und Äquivalente des Themengegenstandes, der in den dem vorliegenden Text beiliegenden Ansprüchen definiert ist. Darüber hinaus wird jede beliebige Kombination der oben beschriebenen Elemente in allen möglichen Variationen durch die Erfindung erfasst, sofern im vorliegenden Text nicht etwas anders angegeben ist oder sofern der Kontext einer solchen Auslegung nicht eindeutig entgegensteht.

Claims

Flugzeugsteuerungssystem, umfassend: eine erste Rückmeldungsbaugruppe, die relativ zu einem mechanischen Grund beweglich ist; einen ersten Stick, der relativ zu dem mechanischen Grund und der ersten Rückmeldungsbaugruppe beweglich ist, wobei: a) eine erste Stickposition die Position des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; b) eine erste Rückmeldungsposition die Position der ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; und c) ein erster relativer Fehler die erste Stickposition minus der ersten Rückmeldungsposition ist; und eine zweite Rückmeldungsbaugruppe, die relativ zu dem mechanischen Grund beweglich ist; einen zweiten Stick, der relativ zu dem mechanischen Grund und der zweiten Rückmeldungsbaugruppe beweglich ist, wobei: a) eine zweite Stickposition die Position des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; b) eine zweite Rückmeldungsposition die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; und c) ein zweiter relativer Fehler die zweite Stickposition minus der zweiten Rückmeldungsposition ist; und eine Steuerungsanordnung, die einen quergekoppelten Modus enthält, bei dem die Steuerungsanordnung einen ersten und einen zweiten Rückmeldungspositionsbefehl bereitstellt, um die erste und die zweite Rückmeldungsbaugruppe zu positionieren, wobei der erste Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem zweiten relativen Fehler ist und der zweite Rückmeldungspositionsbefehl gleich dem ersten relativen Fehler ist.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe eine passive taktile Rückmeldung für den ersten Stick bereitstellt, wenn der erste Stick aus einer ersten neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe herausbewegt wird; und wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe eine passive taktile Rückmeldung für den zweiten Stick bereitstellt, wenn der zweite Stick aus einer zweiten neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe herausbewegt wird.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe eine erste Nockenfläche, die die erste neutrale Rückmeldungsposition definiert, und eine erste Widerstandsanordnung enthält und der erste Stick einen ersten Nockenstößel enthält, wobei die erste Widerstandsanordnung zunehmend die Bewegung des ersten Nockenstößels aus der ersten neutralen Rückmeldungsposition erschwert, um die passive taktile Rückmeldung bereitzustellen; und wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe eine zweite Nockenfläche, die die zweite neutrale Rückmeldungsposition definiert, und eine zweite Widerstandsanordnung enthält und der zweite Stick einen zweiten Nockenstößel enthält, wobei die zweite Widerstandsanordnung zunehmend die Bewegung des zweiten Nockenstößels aus der zweiten neutralen Rückmeldungsposition erschwert, um die passive taktile Rückmeldung bereitzustellen.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die erste und die zweite Rückmeldungswiderstandsanordnung gebildet durch Feder- und Dämpferanordnungen werden; und die erste und die zweite Nockenfläche allgemein V-förmig sind, wobei der erste Nockenstößel innerhalb der V-Form der ersten Nockenfläche positioniert ist und der zweite Nockenstößel innerhalb der V-Form der zweiten Nockenfläche positioniert ist, wobei die erste und die zweite neutrale Rückmeldungsposition dann eingenommen sind, wenn der erste und der zweite Nockenstößel beide Seiten der V-förmigen Oberflächen berühren.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 2, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe eine erste Kardanringanordnung enthält, die die passive taktile Rückmeldung für den ersten Stick bereitstellt und die die erste neutrale Rückmeldungsposition definiert, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe des Weiteren einen ersten Aktuator zum Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu dem mechanischen Grund enthält; und wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe eine zweite Kardanringanordnung enthält, die die passive taktile Rückmeldung für den zweiten Stick bereitstellt und die die zweite neutrale Rückmeldungsposition definiert, wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe des Weiteren einen zweiten Aktuator zum Justieren der Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu dem mechanischen Grund enthält.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei die erste Kardanringanordnung und der erste Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine erste gemeinsame Achse angelenkt sind und wobei die zweite Kardanringanordnung und der zweite Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine zweite gemeinsame Achse angelenkt sind.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe so konfiguriert ist, dass ein Ausfall des ersten Aktuators nicht die Bewegung des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund und zu der ersten Rückmeldungsbaugruppe verhindert, und wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe so konfiguriert ist, dass ein Ausfall des zweiten Aktuators nicht die Bewegung des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund und zu der zweiten Rückmeldungsbaugruppe verhindert.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsanordnung außerdem einen Prioritätsmodus enthält, bei dem die Rückmeldungsbaugruppe eines ausgewählten des ersten oder des zweiten Sticks in einer festen Position relativ zum mechanischen Grund gehalten wird und die Steuerungsanordnung dafür konfiguriert ist, die Position der Rückmeldungsbaugruppe des nicht-ausgewählten des ersten und des zweiten Sticks auf der Grundlage einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition zu justieren.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerungsanordnung, wenn der erste Stick der ausgewählte der Sticks ist, die zweite Rückmeldungsposition dergestalt steuert, dass die zweite Rückmeldungsposition gleich der zweiten Rückmeldungsposition plus der ersten Stickposition minus der zweiten Stickposition ist, und wobei die Steuerungsanordnung, wenn der zweite Stick der ausgewählte der Sticks ist, die erste Rückmeldungsposition dergestalt steuert, dass die erste Rückmeldungsposition gleich der ersten Rückmeldungsposition plus der zweiten Stickposition minus der ersten Stickposition ist.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Rückmeldungsbaugruppe und der erste Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine erste gemeinsame Achse angelenkt sind und wobei die zweite Rückmeldungsbaugruppe und der zweite Stick an dem mechanischen Grund für eine Schwenkbewegung um eine zweite gemeinsame Achse angelenkt sind; und wobei die erste Stickposition und die erste Rückmeldungsposition in Grad um die erste gemeinsame Achse gemessen werden und wobei die zweite Stickposition und die zweite Rückmeldungsposition in Grad um die zweite gemeinsame Achse gemessen werden.
Flugzeugsteuerungssystem, das Folgendes umfasst: einen ersten Stick und eine erste Rückmeldungsanordnung, die ein passives erstes Rückmeldungsprofil für den ersten Stick relativ zum mechanischen Grund bereitstellt, wobei mindestens ein Abschnitt der ersten Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund und dem ersten Stick beweglich ist, um das erste Rückmeldungsprofil zu justieren; und einen ersten Aktuator, der mit der ersten passiven Rückmeldungsanordnung gekoppelt ist, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren, um das erste Rückmeldungsprofil zu justieren; eine zweite Rückmeldungsanordnung, die ein passives zweites Rückmeldungsprofil für den zweiten Stick relativ zum mechanischen Grund bereitstellt, wobei mindestens ein Abschnitt der zweiten Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund und dem zweiten Stick beweglich ist, um das zweite Rückmeldungsprofil zu justieren; einen zweiten Aktuator, um die Position der zweiten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren, um das zweite Rückmeldungsprofil zu justieren; und eine Rückmeldungscontrolleranordnung, die dafür konfiguriert ist, den ersten Aktuator zu steuern, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren, wobei die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert ist, den zweiten Aktuator zu steuern, um die Position der zweiten passiven Rückmeldungsanordnung relativ zu dem mechanischen Grund zu justieren.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 11, wobei die zweite Rückmeldungsanordnung eine neutrale Rückmeldungsposition definiert und wobei die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert ist, die Position der ersten Rückmeldungsanordnung zu einer Position zu justieren, die gleich der Position des zweiten Sticks relativ zu der zweiten neutralen Rückmeldungsposition ist.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 11, wobei die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert ist, den zweiten Aktuator zu steuern, um die Position der zweiten Rückmeldungsanordnung zu justieren, um eine Vorspannkraft zu bereitzustellen, die den zweiten Stick in Richtung einer gleichen absoluten Position relativ zu dem mechanischen Grund wie die absolute Position des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund vorspannt.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 11, wobei der erste Stick eine erste Stickposition relativ zu dem mechanischen Grund hat und die erste Rückmeldungsanordnung eine erste Rückmeldungsposition relativ zu dem mechanischen Grund hat; wobei der zweite Stick eine zweite Stickposition relativ zu dem mechanischen Grund hat und wobei die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert ist, den ersten Aktuator zu steuern, um die Position der ersten passiven Rückmeldungsanordnung dergestalt zu justieren, dass eine momentane erste Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe gleich einer vorherigen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe plus einer Differenz zwischen der ersten Stickposition und der zweiten Stickposition ist.
Flugzeugsteuerungssystem nach Anspruch 11, wobei der zweite Stick eine zweite Stickposition relativ zu dem mechanischen Grund hat, und wobei der erste Stick eine erste Stickposition hat, die die Position des ersten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist, und die Rückmeldungscontrolleranordnung dafür konfiguriert ist, den ersten Aktuator zu steuern, um die erste Rückmeldungsanordnung vor und zurück zu schwingen, wenn die zweite Stickposition nicht gleich der ersten Stickposition ist.
Flugzeugsteuerungssystem, umfassend: einen ersten Stick, der relativ zu einem mechanischen Grund beweglich ist, wobei eine erste Stickposition die Position des ersten Sticks relativ zu einer ersten gemeinsamen neutralen Position des mechanischen Grundes ist; einen zweiten Stick, der relativ zu dem mechanischen Grund beweglich ist; eine zweite Rückmeldungsbaugruppe, die relativ zu dem mechanischen Grund und dem zweiten Stick beweglich ist, wobei: a) eine zweite Stickposition die Position des zweiten Sticks relativ zu einer zweiten gemeinsamen neutralen Position des mechanischen Grundes ist; b) eine zweite Rückmeldungsposition die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; und eine Steuerungsanordnung, die dafür konfiguriert ist, die Position der zweiten Rückmeldungsbaugruppe zu steuern, um den zweiten Stick in Richtung der zweiten Stickposition vorzuspannen, die gleich der ersten Stickposition ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung an einen Steuerstick eines Flugzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erkennen einer ersten Stickposition, die die Position eines ersten Sticks relativ zu einem mechanischen Grund ist; Erkennen einer ersten Rückmeldungsposition, die die Position einer ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines ersten relativen Fehlers, der die erste Stickposition minus der ersten Rückmeldungsposition ist; und Justieren einer zweiten Rückmeldungsposition, die die Position einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe eines zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist, dergestalt, dass die zweite Rückmeldungsposition gleich dem ersten relativen Fehler ist.
Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position des zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Erkennen der zweiten Rückmeldungsposition; Bestimmen eines zweiten relativen Fehlers, der die zweite Stickposition minus der zweiten Rückmeldungsposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition dergestalt, dass die erste Rückmeldungsposition gleich dem ersten relativen Fehler ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die Schritte des Justierens der ersten und der zweiten Rückmeldungsposition im Wesentlichen kontinuierlich erfolgen, dergestalt, dass, wenn der erste oder der zweite Stick in eine andere Position relativ zum mechanischen Grund als der andere Stick bewegt wird, die erste und/oder die zweite Rückmeldungsposition justiert werden, um den ersten und den zweiten Stick zu veranlassen, im Wesentlichen in einer gleichen relativen Position relativ zu dem mechanischen Grund zu bleiben.
Verfahren nach Anspruch 19, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: passives Vorspannen des ersten Sticks, wenn der erste Stick aus einer neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe verschoben wird; und passives Vorspannen des zweiten Sticks, wenn der zweite Stick aus einer neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren den Schritt des Initiierens eines Prioritätsmodus umfasst, um den zweiten Stick zu priorisieren, wobei folgende Schritte ausgeführt werden, wenn der Prioritätsmodus aktiv ist: Erkennen der ersten Stickposition; Erkennen der ersten Rückmeldungsposition; Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position eines zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines relativen Fehlers des ersten Sticks, der die zweite Stickposition minus der ersten Stickposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition durch Addieren des relativen Fehlers des ersten Sticks zu der ersten Rückmeldungsposition.
Verfahren nach Anspruch 21, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: ständiges Beibehalten der zweiten Rückmeldungsposition, wenn eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition besteht.
Verfahren nach Anspruch 17, das des Weiteren umfasst, den ersten Stick durch reziprokes Justieren der ersten Rückmeldungsposition in reziproke Vibrationen zu versetzen, wenn die erste Stickposition nicht gleich einer zweiten Stickposition ist.
Verfahren zum Bereitstellen einer Rückmeldung an einen Steuerstick eines Flugzeugs, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erkennen einer ersten Stickposition, die die Position eines ersten Sticks relativ zu einem mechanischen Grund ist; Erkennen einer ersten Rückmeldungsposition, die die Position einer ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu dem mechanischen Grund ist; Erkennen einer zweiten Stickposition, die die Position eines zweiten Sticks relativ zu dem mechanischen Grund ist; Bestimmen eines ersten relativen Fehlers, der die zweite Stickposition minus der ersten Stickposition ist; und Justieren der ersten Rückmeldungsposition durch Addieren des ersten relativen Fehlers zu der ersten Rückmeldungsposition.
Verfahren nach Anspruch 24, das des Weiteren folgenden Schritt umfasst: ständiges Beibehalten der Position einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe, wenn eine Differenz zwischen der ersten und der zweiten Stickposition besteht.
Verfahren zum Bereitstellen einer taktilen Rückmeldung an einen ersten Stick eines Flugzeugsteuerungssystems, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Bereitstellen einer passiven Rückmeldung, wenn der erste Stick aus einer ersten neutralen Rückmeldungsposition einer ersten Rückmeldungsbaugruppe bewegt wird; und Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition der ersten Rückmeldungsbaugruppe relativ zu einer neutralen Grundposition, um die Vorspannung zu justieren, die durch die erste Rückmeldungsbaugruppe an den ersten Stick angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 26, wobei der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition das Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition relativ zu der neutralen Grundposition entsprechend relativen Justierungen der Position eines zweiten Sticks des Flugzeugs zum Bereitstellen einer taktilen Rückmeldung an den ersten Stick bezüglich der Positionierung des zweiten Sticks enthält.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die relativen Justierungen der Position des zweiten Sticks die relative Position des zweiten Sticks aus einer zweiten neutralen Rückmeldungsposition einer zweiten Rückmeldungsbaugruppe sind und der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition das Justieren der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition gleich der Verschiebung des zweiten Sticks aus der zweiten neutralen Rückmeldungsposition enthält.
Verfahren nach Anspruch 28, das des Weiteren den Schritt des Justierens einer Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition der zweiten Rückmeldungsbaugruppe auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Position des ersten Sticks relativ zu der ersten neutralen Rückmeldungsposition umfasst.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei der Schritt des Justierens einer Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition das Justieren der Position der zweiten neutralen Rückmeldungsposition gleich der Verschiebung des ersten Sticks aus der ersten neutralen Rückmeldungsposition enthält.
Verfahren nach Anspruch 27, wobei die relativen Justierungen der Position des zweiten Sticks die relative Justierung von Positionen des zweiten Sticks relativ zu dem ersten Stick sind, dergestalt, dass der Schritt des Justierens der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition das Positionieren der ersten neutralen Rückmeldungsposition zu einer Position gleich der Position des zweiten Sticks minus der Position des ersten Sticks plus der Position der ersten neutralen Rückmeldungsposition enthält.
Verfahren nach Anspruch 29, wobei die Schritte des Justierens der Position der ersten und der zweiten neutralen Rückmeldungsposition im Wesentlichen den ersten und den zweiten Stick in einer gleichen Position relativ zu dem mechanischen Grund halten.