DE112008002046T5

DE112008002046T5 - Steuervorrichtung

Info

Publication number: DE112008002046T5
Application number: DE112008002046T
Authority: DE
Inventors: David Chew Stoke Cowling
Original assignee: Wittenstein Aerospace and Simulation Ltd
Current assignee: Wittenstein High Integrity Systems Ltd
Priority date: 2007-07-31
Filing date: 2008-07-28
Publication date: 2010-08-26
Also published as: GB0714916D0; US8505406B2; US20090031840A1

Abstract

Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Achse der Drehachse zu rotieren, wobei die Betätigungseinrichtung und der Steuerknüppel in der Weise von der Drehachse versetzt sind, dass, wenn die Steuervorrichtung einer Beschleunigung ausgesetzt ist, welche orthogonal zur Drehachse erfolgt, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Momente erzeugen, die in entgegengesetzte Richtungen wirken; und einen Sensor zum Erkennen einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft, wobei der Sensor angeordnet ist, um im Wesentlichen unempfindlich gegen g-induzierte Momente um die Drehachse zu sein, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.

Description

ZWECK DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung, die folgende Elemente enthält: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet, wobei der Drehzapfen die Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Drehachse rotieren zu lassen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Eine erste bekannte Steuervorrichtung dieser Art ist in der US 2006/0254377 beschrieben. Der Steuerknüppel wird um zwei senkrecht stehende Drehachsen (A, B) mittels jeweiliger rotierender Betätigungseinrichtungen getrieben. Ein Ausgleichgewicht ist an der A-Achse vorgesehen, um ein vertikales Massengleichgewicht um die B-Achse herzustellen. Um es in anderen Worten zu sagen, das Ausgleichgewicht stellt sicher, dass um die B-Achse kein Nettoinduktionsmoment auftritt, wenn die Vorrichtung einer vertikalen Beschleunigung senkrecht zu den A- und B-Achsen unterworfen wird.
Ein erstes Problem bei dieser Anordnung ist, dass das Ausgleichsgewicht das Gesamtgewicht der Vorrichtung erhöht. Ein zweites Problem besteht darin, dass das Ausgleichsgewicht das Gesamtvolumen der Vorrichtung erhöht. Als drittes Problem befindet sich die Vorrichtung in der Horizontalen nicht im Massengleichgewicht. Wenn nun die Vorrichtung einer horizontalen Beschleunigung ausgesetzt wird, dann tritt um die A- oder um die B-Achse ein Nettoinduktionsmoment auf. Dieses Massenungleichgewicht muss mittels einer oder durch beide Betätigungseinrichtungen ausgeglichen werden, was die Komplexität des Systems erhöht.
Eine weitere Vorrichtung dieser Art ist bekannt und wird in der US 6708580 beschrieben. Auch diese Vorrichtung befindet sich in der Horizontalen nicht im Massengleichgewicht.
Sowohl in der US 2006/0254377 als auch in der US 6708580 hat jede Betätigungseinrichtung einen Stator (d. h., das nichtrotierende Teil der Betätigungseinrichtung), der an den Bezugsrahmen angekoppelt ist und einen Rotor (d. h., das rotierende Teil der Betätigungseinrichtung), der an den Steuerknüppel angekoppelt ist. Die Antriebsachse jeder Betätigungseinrichtung ist co-linear mit deren jeweiliger Drehachse angeordnet.
Die US 2008/0079381 beschreibt einen Flugsteuerknüppel, bei dem die Betätigungseinrichtung so angeordnet ist, dass ein Massengleichgewicht hergestellt ist. Ein Kraftsensor ist an den Steuerknüppel gekoppelt. Der Kraftsensor gibt ein Steuersignal an eine Motorsteuereinheit, die dann Flugkontrolloberflächenpositionssignale an eine Flugsteuereinheit weiterleitet.
Ein herkömmlicher Biegemomentkraftsensor an der Basis eines Steuerungshebels 20 wird in 22–24 gezeigt. Die Dehnungsmessstreifen werden geradlinig hintereinander auf sowohl der X- als auch auf der Y-Achse um ein Kraftsensorelement 21 angeordnet. Die Dehnungsmessstreifen A1–A4 messen Biegemomente um die Richtung der X-Achse und ihre Anordnung erfolgt, wie es in dem in 23 abgebildeten Querschnitt gezeigt wird.
Wenn auf den Steuerungshebel 20 eine orthogonale und nicht auf der X-Achse liegende Kraft aufgebracht wird, ergibt dies einen Biegemoment um die X-Achse. Falls dieses Moment in der zugehörigen Richtung aufgebracht wird, verursacht es eine Kompression der Kraftsensoreneinheit in der Position der Messstellen A1 und A2. Eine freie Spannkraft tritt an der Position der Messstellen A3 und A4 auf.
Die Messstellen können in einem Wheatstone-Brückenkreis angeordnet sein, wie in 24 gezeigt, wo eine elektrische Versorgung wie dargestellt erfolgt. Der Zug und die Kompression der Messstellen führen zu einer Veränderung ihres elektrischen Widerstandes, so dass ein Signal produziert wird, welches das durch die Kraft auf den Steuerungshebel wirkende Biegemoment wiedergibt.
Ein Problem bei der Anordnung, wie sie in 22–24 gezeigt ist, besteht darin, dass der Biegemomentsensor der X-Achse (Messstellen A1–A4) empfindlich auf durch g-induzierte Momente um die X-Achse reagiert, die durch Beschleunigung der Vorrichtung in die Y-Richtung verursacht werden. Folglich wird, falls das Flugzeug, auf dem die Steuervorrichtung angeordnet ist, in der Y-Richtung beschleunigt, der Hebel lässt sich biegen und ein Signal geht als Output vom Biegemomentsensor der X-Achse aus. Diese g-Belastungsempfindlichkeit ist unerwünscht, da der Zweck des Sensors die Erfassung von Belastungen ist, die vom Bediener auf den Steuerknüppel aufgebracht werden, und zwar unabhängig von solchen g-Belastungen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein erster Aspekt der Erfindung sieht eine Steuervorrichtung vor, welche folgende Elemente enthält: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Drehachse zu rotieren, wobei die Massenmittelpunkte der Betätigungseinrichtung und des Steuerknüppels von der Drehachse versetzt sind, so dass, wenn die Steuervorrichtung einer Beschleunigung ausgesetzt wird, die orthogonal zur Drehachse erfolgt, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Kräfte verursachen, die in entgegengesetzte Richtungen wirken.
Vorzugsweise ist ein Sensor zur Erfassung einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft vorgesehen, und der Sensor ist im Wesentlichen unempfindlich gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Indem die Massenmittelpunkte der Betätigungseinrichtung und des Steuerknüppels von der Drehachse versetzt werden, kann die Masse des Steuerknüppels zumindest teilweise durch die Masse der Betätigungseinrichtung ausbalanciert werden, ohne dass ein zusätzliches Ausgleichsgewicht erforderlich wird.
Der Sensor kann so angeordnet sein, dass er den Output der Betätigungseinrichtung erfasst. Da der Output der Betätigungseinrichtung erfasst wird und nicht die Biegekräfte innerhalb des Steuerknüppels gemessen werden, ist der Sensor im Wesentlichen unempfindlich gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Typischerweise wird eine Gerade, die durch die Drehachse und den Massenmittelpunkt des Steuerknüppels geht, auch durch die Betätigungseinrichtung gehen. Vorzugsweise geht die Gerade im Wesentlichen durch den Massenmittelpunkt der Betätigungseinrichtung. Dies ermöglicht es, ein Massengleichgewicht der Vorrichtung herzustellen, und zwar sowohl hinsichtlich einer vertikalen als auch einer horizontalen Beschleunigung der Vorrichtung (in Fällen, in denen die Drehachse horizontal verläuft). Im allgemeineren Fall, wenn die Gerade im Wesentlichen durch den Massenmittelpunkt der Betätigungseinrichtung geht, befindet sich die Vorrichtung dann im Massengleichgewicht hinsichtlich der beiden, zur Drehachse senkrecht stehenden Achsen. Der Massenmittelpunkt der Betätigungseinrichtung kann jedoch ein wenig versetzt zu dieser Geraden lliegen und immer noch ein Element des Massenausgleichs vorsehen.
Die Betätigungseinrichtung kann eine lineare Betätigungseinrichtung sein (etwa ein hydraulischer Kolben oder eine lineare elektrische Betätigungseinrichtung), aber vorzugsweise ist die Betätigungseinrichtung eine rotierende Betätigungseinrichtung mit einem Stator, wobei der Stator an den Steuerknüppel gekoppelt ist, und einem Rotor, der über ein Antriebsverbindungselement an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass es im Verhältnis zum Stator um eine Antriebsachse rotiert, die mit der Drehachse nicht co-linear ist.
Handelt es sich um eine elektrische Betätigungseinrichtung, ob nun linear oder rotierend, kann der Sensor einen Output der Betätigungseinrichtung erkennen, indem er einen Antriebsstrom in der Betätigungseinrichtung erkennt. Falls es sich um einen linearen hydraulischen Kolben handelt, kann der Sensor den Druck in einer Kolbenkammer erfassen. Diese Erkennungsmethoden sind jedoch weniger zu bevorzugen, da der Strom/Druck die tatsächlich auf den Steuerknüppel wirkenden Kräfte nicht exakt wiedergeben kann. Darum ist der Sensor vorzugsweise an einer der Komponenten der Vorrichtung befestigt und misst die Verformung dieser Komponente. Beispielsweise kann der Sensor am Antriebsverbindungselement befestigt sein, am Rotor oder am Stator der rotierenden Betätigungseinrichtung, an einer Drehzapfenwelle des Antriebsverbindungselementes; oder an Halterung zwischen dem Antriebsverbindungselement und dem Bezugsrahmen. Im Falle der Anordnung, die in 8 der US 2008/0079381 dargestellt ist, kann der Kraftsensor Drehmomente der Planetentransmissionsgetriebe [planet carrier gear] 610 oder ein Biegen in der Sektorentransmission 612 messen.
Typischerweise handelt es sich beim Sensor entweder um einen Kraftsensor, der von der Anordnung her geeignet ist, um Zug- oder Kompressionskräfte, die entlang eines Längsstückes des Steuerverbindungsstückes oder entlang der Länge des linearen Betätigungseinrichtung wirken, zu erfassen, oder um einen Drehmomentsensor, der von der Anordnung her geeignet ist, um in einem Komponenten, wie dem Rotoren oder dem Stator eines rotierenden Betätigungsschaltstückes, Drehmomente zu erfassen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung macht eine Steuervorrichtung verfügbar, die folgende Elemente enthält: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, womit der Steuerknüppel an den Bezugsrahmen montiert ist und der eine Drehachse definiert; und ein rotierendes Betätigungsschaltsück, das mittels eines Steuerverbindungsstückes an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und von der Konfiguration her geeignet ist, um im Verhältnis zum Stator um eine Steuerachse zu rotieren, die nicht co-linear mit der Drehachse ist.
Vorzugsweise ist ein Sensor zur Erfassung einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft vorgesehen, und dieser Sensor ist im Wesentlichen unempfindlich gegen Fliehkraft induzierte Momente um die Drehachse, die etwa durch die Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden. Den Sensor mag man so anordnen, dass er den Output der Betätigungseinrichtung erfasst.
Anders als bei Vorrichtungen, wie sie in US 2006/0254377 und US6708580 beschrieben sind, ist die Steuerachse nicht mit der Drehachse co-linear, was eine Anordnung mit einem besseren Massengleichgewicht ermöglicht. Zudem ist ein rotierendes Betätigungseinrichtung typischerweise kompakter und leichter als eine lineare Betätigungseinrichtung und typischerweise auch handlicher bei der Rücksteuerung.
Vorzugsweise ist das Steuerverbindungsstück mit den Rotoren über einen ersten Steuerdrehzapfen drehachsengekoppelt und mit dem Bezugsrahmen über einen zweiten Steuerdrehzapfen.
Bei bestimmten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist die Steuerachse nicht mit der Drehachse parallel. Sie mag beispielsweise senkrecht oder im spitzen Winkel zur Drehachse liegen.
Vorzugsweise befindet sich die Vorrichtung im Massengleichgewicht um die Drehachse.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen aktiven Nutzerschnittstellenaufbau vor, wobei folgende Elemente enthalten sind: ein Gehäuse; eine Nutzerschnittstelle, die an das Gehäuse angeschlossen ist und von dort herausführt, wobei die Nutzerschnittstelle von einer Nullposition aus um eine erste Achse und um eine zweite Achse rotierbar ist; und ein Rückkopplungsmotor, der an die Nutzerschnittstelle angeschlossen ist und für eine selektive Energieaufladung geeignet ist, wobei der Rückkopplungsmotor nach der Energieaufladung in der Weise handbar ist, dass er eine Rückkopplungskraft an die Nutzerschnittstelle führt, wodurch einer Bewegung der Nutzerschnittstelle um die Achse entgegengewirkt wird, wobei der Rückkopplungsmotor von Anordnung und Aufbau her so eingerichtet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich von der Position her im Verhältnis zur Nutzerschnittstelle im Massengleichgewicht mit der Nutzerschnittstelle befindet, wenn sie sich in der Nullposition befindet.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht einen aktiven Nutzerschnittstellenaufbau vor, wobei folgende Elemente enthalten sind: ein Gehäuse; eine Nutzerschnittstelle, die an das Gehäuse angeschlossen ist und von dort herausführt, wobei die Nutzerschnittstelle von einer Nullposition aus um eine erste Achse und um eine zweite Achse rotierbar ist, wobei die erste und die zweite Achse senkrecht stehen; und ein erster Rückkopplungsmotor, der an die Nutzerschnittstelle angeschlossen ist und so eingerichtet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich an einer ersten Position im Verhältnis zur Nutzerschnittstelle befindet, wobei der erste Rückkopplungsmotor für eine selektive Energieaufladung [selectively energized] geeignet ist, und nach der Energieaufladung in der Weise handbar ist, dass er eine Rückkopplungskraft an die Nutzerschnittstelle führt, wodurch einer Bewegung der Nutzerschnittstelle um die erste Achse entgegengewirkt wird; und ein zweiter Rückkopplungsmotor, der an die Nutzerschnittstelle angeschlossen ist und so eingerichtet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich an einer zweiten Position im Verhältnis zur Nutzerschnittstelle befindet, wobei der zweite Rückkopplungsmotor für eine selektive Energieaufladung [selectively energized] geeignet ist, und nach der Energieaufladung in der Weise handbar ist, dass er eine Rückkopplungskraft an die Nutzerschnittstelle führt, wodurch einer Bewegung der Nutzerschnittstelle um die zweite Achse entgegengewirkt wird, wobei wiederum wenigstens eine der beiden Positionen, also entweder die erste Position oder sie zweite Position, oder beide, so gewählt sind, dass ein Massengleichgewicht der Nutzerschnittstelle hergestellt ist, wenn letztere sich in der Nullposition befindet.
Weiter bevorzugte Ausführungen [aspects] der Erfindung werden in den im Anhang befindlichen Ansprüchen angeführt.
KURZBESCHREIBUNGEN DER ZEICHNUNGEN
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Hierbei gilt Folgendes:
1 ist eine vordere Aufsicht eines ersten einachsigen Gerätes in der Nominalposition;
2 ist eine hintere ¾-Draufsicht des ersten einachsigen Gerätes in der Nominalposition;
3 ist eine hintere ¾-Ansicht des ersten einachsigen Gerätes in einer gedrehten Position;
4 zeigt ein zweites einachsiges Gerät in einer Nominalposition;
5 zeigt das zweite einachsige Gerät in einer angewinkelten Position;
6 ist eine Seitenansicht eines ersten zweiachsigen Gerätes in einer Nominalposition;
7 ist eine ¾-Draufsicht des ersten zweiachsigen Gerätes in der Nominalposition;
8 ist eine ¼-Vorderansicht des ersten zweiachsigen Gerätes in einer gedrehten Position;
9 ist eine ¼-Seitenansicht des ersten zweiachsigen Gerätes in einer gedrehten Position;
10 ist eine Seitenansicht des ersten zweiachsen Gerätes in einer geneigten Position;
11 ist eine obere Seitenansicht des ersten zweiachsigen Gerätes in der geneigten Position;
12 ist eine Seitenansicht eines zweiten zweiachsigen Gerätes in einer Nominalposition;
13 ist eine Seitenansicht des zweiten zweiachsigen Gerätes in einer gedrehten Position;
14 ist eine Seitenansicht des zweiten zweiachsigen Gerätes in einer geneigten Position;
15 ist eine ¼-Hinteransicht eines dritten zweiachsigen Gerätes in einer Nominalposition;
16 ist eine ¼-Vorderansicht des dritten zweiachsigen Gerätes in der Nominalposition;
17 ist eine ¼-Vorderansicht eines vierten zweiachsigen Gerätes in einer Nominalposition;
18 zeigt ein drittes einachsiges Steuergerät;
19 zeigt eine Anordnung von Spannungsmessern;
20 ist ein Querschnitt durch ein Steuerverbindungsstück, der die Anordnung der Spannungsmesser zeigt;
21 ist ein Schaltkreisdiagramm, das zeigt, wie die Spannungsmesser verbunden werden, damit sie Zug- und Kompressionskräfte erfassen;
22 zeigt einen Biegemomentsensor an der Basis des Pilotensteuerknüppels;
23 ist ein Schnitt durch die Basis des Pilotensteuerknüppels, der die Anordnung der Spannungsmesser zeigt;
24 ist ein Schaltkreisdiagramm, das zeigt, wie die Spannungsmesser verbunden werden, damit sie die Biegung des Pilotensteuerknüppels erfassen; Schließlich ist 25 eine vereinfachte Ansicht des Gerätes wie in 1, die die auf die Vorrichtung wirkenden Kräfte zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Das in 1–3 dargestellte Steuergerät enthält eine Montageplatte 6a und 1 ein Paar zweier Drehzapfenstützen 6b, die auf die Montageplatte 6a befestigt sind. Die Montageplatte wiederum ist auf die Struktur eines Gefährtes oder eines Flugsimulators befestigt.
Die Nutzerschnittstelle des Steuerknüppels ist mit einem Drehzapfenblock 11 verbunden. Der Steuerknüppel weist einen Schaft 3 und einen Griff 4 auf. Eine Drehzapfenwelle 7 steckt aus den einander gegenüberliegenden Seiten des Drehzapfenblockes 11 heraus und ist in dem Paar der Beiden Drehzapfenstützen 6b in der Weise gelagert, dass der Steuerknüppel frei um die durch die Drehzapfenwelle 7 definierte Drehachse X rotieren kann. Der Steuerknüppel ist rotierbar, und zwar von einer Nominal- oder Nullposition aus, wie in 1 gezeigt, um die X-Achse.
Eine rotierende Betätigungseinrichtung hat eine Outputwelle 2, die an dem Drehzapfenblock 11 befestigt ist und von einer gegenüberliegenden Seite der Drehachse X herausstreckt. Das Betätigungseinrichtung hat eine Ummantelung 1, die an die Montageplatte 6a über ein Steuerverbindungsstück 5 gekoppelt ist. Das Steuerverbindungsstück 5 ist an die Ummantelung 1 über einen ersten Steuerdrehzapfen gekoppelt und an die Montageplatte 6a über einen zweiten Steuerdrehzapfen.
Bei der Anordnung in 1 verbleibt die Outputwelle 2 des Betätigungseinrichtunges in Feststellung im Verhältnis zum Stab (und verhält sich somit wie ein Stator) und die Ummantelung 1 der Betätigungseinrichtung ist so konfiguriert, dass er um die Steuerachse der Betätigungsschaltsück im Verhältnis zum Stator rotiert (und sich somit wie ein Rotor verhält). Wenn nun die Ummantelung 1 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, dann treibt das Steuerverbindungsstück 5 das Betätigungseinrichtung nach unten und und den Steuerknüppel nach oben, wie in 3 dargestellt. Wenn aber die Ummantelung 1 im Uhrzeigersinn rotiert, dann treibt das Verbindungsschaltstück 5 das Betätigungseinrichtung nach oben und den Steuerknüppel nach unten.
Ein Drehmomentsensor (nicht gezeigt) ist vorgesehen, um das auf die Outputwelle 2 wirkende Drehmoment zu erfassen. Der Drehmomentsensor mag zum Beispiel in Form eines Satzes von Spannungsmessern oder von piezoelektrischen Elementen zur Anwendung kommen. Der Drehmomentsensor misst die von einem Piloten auf den Steuerknüppel angewandte Kraft. Ein Beispiel eines solchen Drehmomentsensors wird im Weiteren ausführlicher beschrieben unter Bezugnahme auf 19–21.
Bei der Funktion in einem aktiven Modus überträgt das Betätigungsschaltsück eine Kraft auf den Steuerknüppel, zum Beispiel um dem Piloten ein Kraftfeedback zu geben. Somit verhält sich das Betätigungseinrichtung wie ein an den Steuerknüppel gekoppelten Rückkopplungsmotor und ist für eine selektive Kraftaufladung geeignet, wobei das Betätigungseinrichtung nach der Kraftaufladung in der Weise funktioniert, dass er an den Steuerknüppel eine Feedbackkraft zurückgibt, die einer Steuerknüppelbewegung um die X-Achse entgegenwirkt. Wenn er sich im passiven Modus befindet, hat das Betätigungsschaltstück kein Kraft, die auf es einwirkt und der Pilot kann den Steuerknüppel bewegen, indem er das Betätigungsschaltsück zurückbewegt, ohne dass ein signifikanter Widerstand auftritt. Als Alternative mag eine Vorrichtung zur Aufhebung der Verbindung zum Betätigungseinrichtungsteuers eingebaut sein, um das Betätigungseinrichtung zu entkoppeln.
Anstatt der (oder zusätzlich zur) Anwendung eines Drehmomentsensors, um die auf die Ouputwelle 2 des Betätigungseinrichtunges wirkende Kraft zu messen, mag ein Kompressionsdrucksensor am Steuerverbindungsstück 5 befestigt sein. In beiden Fällen wird der Kraft-/Drehmomentsensor das Moment um die Drehachse X erfassen.
Da die Drehmoment-/Kraftsensoren so positioniert sind, dass sie unmittelbar den Output des Bestätigungschaltstückes erfassen, sind die Sensoren unempfindlich gegen Fliehkraft[g-]induzierte Momente, und darum ist die aktive Kontrolle über den Steuerknüppel auch überhaupt nicht von Fliehkraft-[g-]induzierten Momenten beeinflusst, wie unten ausfühlicher beschrieben unter Bezugnahme auf 19–21.
Die Massenschwerpunkte des Betätigungseinrichtunges und des Steuerknüppels sind an den einander gegenüberliegenden Seiten der Drehachsen X gegeneinander abgesetzt Dies führt zum vertikalen Massengleichgewicht der Vorrichtung um die Drehachse,
wobei die vertikale Richtung senkrecht zur Drehachse X und zu der, wie in 3 gezeigt, Y benannten Achse.
Folglich gilt: Falls der Steuerknüppel einer ng betragenden vertikalen Beschleunigung ausgesetzt wird, dann ist das Moment um Drehachse X in der vertikalen Richtung folgendermassen anzugeben: M = l1m1ng + l2m2ng Gleichung (1)
Wobei die Variablen der Gleichung folgendermaßen definiert sind:
l₁ ist der Abstand zwischen der Drehachse X und dem Massenschwerpunkt des Steuerknüppels;
m₁ ist die Masse des Stabes Steuerknüppels (einschließlich des Schaftes 3 und des Griffes 4;
l₂ ist der Abstand zwischen der Drehachse X dem Massenschwerpunkt der aus den Massen des Bestätigungsschaltsückes und dem Kraftsensor zusammengesetzten Gesamtmasse; und schließlich ist
m₂ die aus den Massen des Bestätigungsschaltsückes und dem Kraftsensor zusammengesetzten Gesamtmasse.
Um ein Massengleichgewicht zu bekommen, brauchen wir M = 0 oder: l1m1ng = l2m2ng Gleichung (2)was sich wiederum auf folgende Gleichung reduzieren lässt: l1m1 = l2m2 Gleichung (3)
Also gilt: durch die Einhaltung von Werten, die Gleichung 3 erfüllen, befindet sich die Vorrichtung im Massengleichgewicht um die Drehachse X. Anders ausgedrückt: der Rückkopplungsmotor ist so eingerichtet, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich an einer solchen Position im Verhältnis zum Steuerknüppel, dass ein Massengleichgewicht mit dem Steuerknüppel dann sichergestellt ist, wenn sich letzterer in der Nullposition befindet.
Zudem gilt ja: eine Gerade (in 1–3 A benannt), geht sie sowohl durch die Drehachse X, als auch durch den Massenschwerpunkt des Steuerknüppels, geht im Wesentlichen auch durch den Massenschwerpunkt des Betätigungseinrichtunges. Deswegen ist befindet sich also die Vorrichtung im horizontalen Massengleichgewicht um die Drehachse X.
4 und 5 zeigen eine zweite einachsige Steuervorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 1–3 und die gleichen kennzeichnenden Eigenschaften [features] sind mit den gleichen Bezugspositionen [reference numeral] benannt. In der Anordnung in 1–3 ist die Steuerachse des Betätigungseinrichtunges im Wesentlichen co-linear mit der Geraden A und steht senkrecht zur Drehachse X. Im Gegensatz hierzu steht bei der Anordnung in 4 [und 5?] die Steuerachse senkrecht zur Geraden A und liegt paralel zur Drehachse X.
Die Ummantelung 1 der Betätigungseinrichtung ist an den Drehzapfenblock 11 befestigt, und zwar über einen Arm 12, und die Outputwelle 2 ist über das Steuerverbindungsstück 5 an die Montageplatte 6a gekoppelt, außerdem über eine Kurbelwelle 13, die in rechten Winkeln von der Steuerachse absteht. Das Steuerverbindungsstück ist über einen ersten Steuerdrehzapfen an die Kurbelwelle und an die Montageplatte 6a über einen zweiten Steuerdrehzapfen drehachsengekoppelt.
Bei der Anordnung in 4 ist die Ummantelung 1 weiterhin befestigt im Verhältnis zum Steuerknüppel (und verhält sich somit wie ein Stator) und die Outputwelle 2 rotiert (und verhält sich somit wie ein Rotor). Wenn nun die Ummantelung 1 gegen den Uhrzeigersinn rotiert, dann treibt das Steuerverbindungsstück 5 den Steuerknüppel nach oben und das Betätigungseinrichtung nach unten, wie in 5 dargestellt. Wenn aber die Ummantelung 1 im Uhrzeigersinn rotiert, dann treibt das Verbindungsschaltstück 5 den Steuerknüppel nach unten und das Betätigungseinrichtung nach oben.
Genau wie bei der Vorrichtung in 1 ist ein Drehmomentsensor (nicht dargestellt) vorgesehen, der das auf die Outputwelle 2 wirkende Drehmoment erfassen soll.
6–11 zeigen eine erste zweiachsige Steuervorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 1–3 und die glechen kennzeichnenden Eigenschaften sind mit den gleichen Bezugspositionen benannt.
Die Montageplatte 6a ist an die Ummantelung 8 eines zweiten (Y-Achsen-)Betätigungseinrichtunges befestigt. Das Y-AchsenBetätigungseinrichtung verhält sich wie ein zweiter an den Steuerknüppel gekoppelten Rückkopplungsmotor und ist zur selektiven Kraftaufladung geeignet, wobei die Funktionsweise des Y-AchsenBetätigungseinrichtunges nach der Kraftaufladung sicherstellt, dass eine Feedbackkraft an den Steuerknüppel geht, die Steuerknüppelbewegungen um die Y-Achse entgegenwirkt. Anstatt an die Montageplatte 6a befestigt zu sein, sind die Drehzapfenstützen 6b an eine Montagewinkelstütze 9 befestigt, die wiederum an eine Outputwelle 10 des Y-Achsen Betätigungseinrichtunges bestigt ist. Damit ist bei der zweiachsigen Vorrichtung mit den Drehzapfenstützen 6b und der Montagewinkelklammer 9 ein erster (X-Achsen-)Bezugsrahmen und mit der Montageplatte 6a ein zweiter (Y-Achsen-)Bezugsrahmen hergestellt. Das Steuerverbindungsstück 5 ist über einen ersten Steuerdrehzapfen [drive pivot] an Ummantelung gekoppelt und über einen zweiten Steuerdrehzapfen an die Montagewinkelstütze gekoppelt.
12–14 zeigen eine zweite zweiachsigen Steuervorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 6–11 und die gleichen kennzeichnenden Eigenschaften sind mit den gleichen Bezugspositionen benannt.
Anders als bei der Vorrichtung in 6–11 (und wie bei der Vorrichtung in 4) steht die Steuerachse des X-Achsenbestätingungsschaltstückes in rechten Winkeln zur Geraden A. Die Ummantelung 1 des Betätigungseinrichtunges ist an den Drehzapfenblock 11 befestigt, und die Outputwelle 2 des X-AchsenBetätigungseinrichtunges ist an die Montagewinkelstütze 9 gekoppelt, und zwar über das Steuerverbindungstück 5.
Für die beiden in 6–15 dargestellten zweiachsigen Vorrichtungen ist ein X-Achsendrehmomentsensor vorgesehen (nicht dargestellt), um das auf die X-Achsenoutputwelle 2 wirkende Drehmoment zu erfassen, und ein Y-Achsendrehmomentsensor (nicht dargestellt), um um das auf die Y-Achsenoutputwelle 2 wirkende Drehmoment zu erfassen.
15 und 16 zeigen eine dritte zweiachsige Steuervorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 12–14 und die gleichen kennzeichnenden Eigenschaften sind mit den gleichen Bezugspositionen benannt. Anders als bei der Anordnung in 12–14 ist die Outputwelle der X-Achsen Betätigungseinrichtung an eine L-förmige Winkelstütze gekoppelt, die mit dem Drehzapfenblock 11 fest verbunden ist. Die Ummantelung 1 der X-Achsen Betätigungseinrichtung ist über das Steuerverbindungsstück 5 an die Montagewinkelstütze 9 gekoppelt. Darum verhält sich in diesem Falle die Outputwelle wie ein Stator, und die Ummantelung verhält sich wie ein Rotor. Bei dieser Vorrichtung könnte unter Umständen eine Raumersparnis erzielt werden, wenn Flugrollen vorgenommen werden. Eine ähnliche Variante der 4 und 5 mag auch zum Einsatz kommen.
17 zeigt eine vierte zweiachsige Steuervorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 6–11 und die gleichen kennzeichnenden Eigenschaften sind mit den gleichen Bezugspositionen benannt. Anders als bei der Vorrichtung in 6–11 ist die Ummantelung des X-Achsenbetätigungstückes fest mit dem Drehzapfenblock 11 verbunden, und die Outputwelle ist über das Steuerverbindungsstück an die Montagewinkelstütze 9 gekoppelt. Anders als bei der Vorrichtung in 6–11 verhält sich daher die Outputwelle des Betätügungsschaltstückes wie ein Rotor und die Ummantelung 1 wie ein Stator.
18 zeigt eine dritte einachsige Vorrichtung. Die Vorrichtung ähnelt der aus 1–3 und die gleichen kennzeichnenden Eigenschaften sind mit den gleichen Bezugspositionen benannt. Anders als bei der Vorrichtung in 1–3 ist das Betätigungschaltstück im Verhältnis zur Geraden A, die durch die Drehachse X und den Massenschwerpunkt des Steuerknüppels geht, nach unten abgewinkelt. Die Vorrichtung befindet sich Es wurde zwar nicht auf ein Massengleichgewicht der Vorrichtung gegenüber horizontale Beschleunigungen orthogonal zur Drehachse X eigens geachtet, aber da der Massenschwerpunkt der Betätigungseinrichtung sich auf einer die Gerade A enthaltenden vertikalen Ebene befindet, ist die Vorrichtung dennoch im Massengleichgewicht gegenüber vertikalen Beschleunigungen.
Die zweiachsigen Vorrichtungen aus 6–17 sind vertikal und horizontal im Massengleichgewicht um beide Achsen, sowohl die X- als auch die Y-Achse.
19–21 geben Beispiele für Anordnungen mit Spannungsmesserkraftsensoren, die in jede der oben unter Bezugnahme auf die 1–18 beschriebenen Steuervorrichtungen eingesetzt werden können.
Die Spannungsmesser A1, A2 sind an das Steuerverbindungstück 5 befestigt (zum Beispiel mittels eines Klebers) und erfassen Dehnungs- und Kompressionskräfte im Steuerverbindungstück 5. Die Spannungsmesser A1, A2 sind mit den Spannungsmessern A3, A4 verbunden, und zwar in einer Wheatstoneüberbrückung, wie sie in 21 dargestellt ist. Die Messer A3 und A4 sind nicht an dem Verbindungsstück 5 angebracht, womit sie unempfindlich gegen die Kraft innerhalb des Verbindungsstückes 5 sind. Als eine alternative Vorrichtung zur Erfassung von Druck- und Zugkräften, die auf das Steuerverbindungsstück 5 wirken, ist eine Ladezelle vorstellbar, die dann entweder an dem Verbindungsstück 5 anzubringen oder an dessen Montierung anzubringen wäre.
Auch 19 gibt ein Beispiel für eine Anordnung mit Spannungsmessersensoren, einsetzbar zum Erfassen von Drehmomenten in der Outputwelle 2 der Betätigungseinrichtung bei jeder beliebigen der unter Bezugnahme auf 1–17 oben beschriebenen Steuervorrichtungen. Der Drehmomentsensor enthält vier Spannungsmesser 2a, die derart mit einer Wheatstoneüberbrückung angeschlossen sind, dass die Empfindlichkeit des Outputs gegen Drehmomente optimiert wird. Da die Konstruktion eines solchen Drehmomentsensors einem Fachkundigen wohlvertraut ist, wird sie nicht in weiteren Einzelheiten beschrieben.
Ein Vorteil des Einsatzes von Sensoren am oder in der Nähe vom Steuerverbindungsstück 5, besteht darin, dass die Sensoren leichter über die Montageplatte 6a verlegbar sind, da das Steuerverbindungsstück 5 über den Drehzapfen an die Montageplatte gekoppelt ist.
Die auf die Vorrichtung in 1 wirkenden Kräfte werden nun unter Bezugnahme auf 25 erörtert, um zu demonstrieren, dass der im Steuerverbindungsstück befindliche Kraftsensor im Wesentlichen unempfindlich ist gegen Fliehkraft induzierte Momente um die Drehachse, wie sie durch die Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden. Nehmen wir Momente um den (als ohne Reibung angenommenen) Zapfen, ergibt dies: l1m1g = l2m2g + l3k3 [f für force hier mit k für Kraft angegeben] Gleichung (4)
Hierbei gilt Folgendes:
l₁ ist der Abstand der Drehachse X zum Massenschwerpunkt des Steuerknüppels;
m₁ ist die Masse des Steuerknüppels (einschliesslich der Schaftes 3 und des Griffes 4);
l₂ ist der Abstand der Drehachse X zur Schwerpunkt der Gesamtmasse, die sich aus den Massen der Betätigungseinrichtung und des Kraftsensors ergibt;
m₂ ist die Gesamtmasse aus Betätigungseinrichtung und Kraftsensor; und schließlich ist
f₃ die Kraft im Steuerverbindungsstück, das über friktionslose Drehzapfenachsen an jedem Ende montiert ist.
Befindet sich das System im Massengleichgewicht, dann gilt, falls keine externen Kräfte auf m₁ oder m₂ wirken, l₁m₁g = l₂m₂g, womit, angenommen alle Elemente sind fest und unbeweglich, f₃ = 0 gilt, unabhängig von der Amplitude der lokalen Beschleunigung g.
Wenn aber der Balken 3 flexibel ist, wird es bei Beschleunigungen an beiden Enden belastet und wird biegen und, beispielsweise, δ₁ und δ₂ ablenken und zwar jeweils in den Abständen l₁ und l₂ zum Drehzapfen. Für diese Bedingungen müssen wir die auf das Steuerverbindungsstück wirkenden Belastungen berücksichtigen.
Als Erstes soll angemerkt sein, dass ohne Anbringung eines Verbindungsstückes und bei perfektem Massengleichgewicht der Arm in jedem beliebigen Winkel rotiert werden kann und sich dennoch im Massengleichgewicht befinden wird.
Zweitens, wenn die Vorrichtung sich nach der Gleichung l₁m₁g = l₂m₂g im Massengleichgewicht befindet, dann könnte bei Fehlen des Steuerverbindungsstückes das Biegen des Balkens 3 aufgrund einer Fliehkraftbeschleunigung zu einer sehr geringen Ablenkung von m₁ und m₂ in Richtung des Drehzapfens führen, eben Aufgrund der Biegung des Balkens. Dieser Effekt könnte zu einem sehr geringen ungleichgewichtigen Moment führen. Wenn wir jedoch dieses außer Acht lassen, dann wird die Analyse des Gleichgewichtes der auf den Balken wirkenden Kräfte zeigen, dass die Steuerverbindungsstückkraft f₃ für alle Balkenpositionen und Beschleunigungsrichtungen Null betragen muss.
Beträgt f₃ Null, dann kann darum keine Ablenkung am Montagepunkt des Verbindungsstückes auftreten, da das Steuerverbindungsstück selber weder komprimiert noch gedehnt wird. Darum ist der Kraftsensor im Wesentlichen unempfindlich gegen Fliehkraft[g-]induzierte Momente, die durch die Beschleunigung des Gerätes verursacht werden. Die gleiche Analyse gilt auch wenn ein Drehmomentsensor eingesetzt wird, um Drehmoment in der Outputwelle der Betätigungseinrichtung zu messen.
[-14-]
Es muss jedoch die Ablenkung des Balkens 3 zwischen dem Drehzapfen und dem Verbindungsstück immer noch δ₃ betragen, da die elastischen Kräfte, die durch diese Biegung induziert werden, benötigt werden, um das Biegemoment im Balken am Drehzapfen zu induzieren, damit dem Moment aus m₁ entgegengewirkt wird.
Folglich rotiert im Ergebnis der Balken 3 frei um den Drehzapfen, was ausreicht, um dem Biegen in der Verbindungsstückposition entgegenzuwirken. Folglich ergibt sich eine Zunahme der Ablenkung von m₁, die sich ungefähr aus folgendem Term berechnet: δ1+ δ2 l₁l₂
Die in den Figuren dargestellten Vorrichtung können in einem Gefährt wie einem Hubschrauber eingesetzt werden. So können z. B. die 1–5 dargestellten Vorrichtung als Kollektivhebel [collective lever] eines Hubschrauber verwandt werden. Als Alternative hierzu mögen die Vorrichtungen in einem Simulator zum Einsatz kommen.
Falls es sich um ein Gefährt wie einen Hubschrauber handelt, dann könnte/könnten der Kraftsensor/die Kraftsensoren eine Motorensteuereinheit an einem Hubschrauber-Rotorenblatt oder dergleichen mit Flugsteuersignalen versorgen. Der Output des Kraftsensors/der Kraftsensoren könnte auch an das betreffende Betätigungseinrichtung, welches den Steuerknüppel mit einer Feedbackkraft in Übereinstimmung mit dem Output des Kraftsensors versorgt. Falls es sich um einen Simulator handelt, dann mag/mögen der Kraftsensor/die Kraftsensoren eine Steuereinheit des Simulators mit Steuersignalen versorgen.
Obwohl im Obigen die Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf eine oder mehrere bevorzugte Ausführungsbeispiele erfolgte, wird man zu Kenntnis nehmen, dass verschiedene Änderungen oder Modifikationen vorgenommen werden können, ohne dass man darum den Rahmen der Erfindung, wie in Anhängigen Ansprüchen beschrieben, verlassen hätte.
Zusammenfassung
Eine Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: Einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Achse der Drehachse zu rotieren. Ein Massenausgleich wird durch Versetzen der Massenmittelpunkte der Betätigungseinrichtung sowie des Steuerknüppels von der Drehachse erreicht. Ein Sensor ist vorgesehen zum Erkennen einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft. Der Sensor ist angeordnet, um den Output der Betätigungseinrichtung zu bestimmen, wobei der Sensor im wesentlichen unempfindlich ist gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden. Üblicherweise verläuft eine Linie, welche die Massenmittelpunkte der die Betätigungseinrichtung und des Steuerknüppels verbindet im wesentlichen durch die Drehachse. Die Betätigungseinrichtung ist eine drehende Betätigungseinrichtung, welche einen Stator aufweist, welcher an den Steuerknüppel gekoppelt ist und einen Rotor aufweist, der an den Bezugsrahmen gekoppelt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 2006/0254377 [0002, 0005, 0021]
- US 6708580 [0004, 0005, 0021]
- US 2008/0079381 [0006, 0017]

Claims

Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Achse der Drehachse zu rotieren, wobei die Betätigungseinrichtung und der Steuerknüppel in der Weise von der Drehachse versetzt sind, dass, wenn die Steuervorrichtung einer Beschleunigung ausgesetzt ist, welche orthogonal zur Drehachse erfolgt, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Momente erzeugen, die in entgegengesetzte Richtungen wirken; und einen Sensor zum Erkennen einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft, wobei der Sensor angeordnet ist, um im Wesentlichen unempfindlich gegen g-induzierte Momente um die Drehachse zu sein, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Betätigungseinrichtung eine rotierende Betätigungseinrichtung ist, die einen Stator aufweist, welcher an den Steuerknüppel gekoppelt ist, und einen Rotor, der über ein Antriebsverbindungselement an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und so konfiguriert ist, um im Verhältnis zum Stator um eine Antriebsachse zu drehen, die mit der Drehachse nicht co-linear ist.
Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; eine rotierende Betätigungseinrichtung, welche einen Stator aufweist, welcher an den Steuerknüppel gekoppelt ist, und einen Rotor, der über ein Antriebsverbindungselement an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass er im Verhältnis zum Stator um eine Antriebsachse dreht, die mit der Drehachse nicht co-linear ist; und einen Sensor zum Erkennen einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft, wobei der Sensor angeordnet ist, um im Wesentlichen unempfindlich gegen g-induzierte Momente um die Drehachse zu sein, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sensor an dem Antriebsverbindungselement befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, wobei der Sensor so angeordnet ist, dass er Zug- oder Kompressionskräfte erkennt, die entlang einer Länge des Antriebsverbindungselementes wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Sensor an dem Rotor oder Stator der Betätigungseinrichtung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 6, wobei der Sensor ein Drehmomentsensor ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das Antriebsverbindungselement über einen ersten Antriebszapfen an den Rotor und über einen zweiten Antriebszapfen an den Bezugsrahmen drehbar gekoppelt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Antriebsachse nicht mit der Drehachse parallel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Antriebsachse sich im Wesentlichen mit der Drehachse kreuzt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Antriebsachse im Wesentlichen mit der Drehachse parallel ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, wobei die Antriebsachse im Wesentlichen co-linear ist mit einer Geraden durch die Drehachse und den Massenmittelpunkt des Steuerknüppels.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung sich im Wesentlichen im Massengleichgewicht um die Drehachse befindet, so dass, falls die Steuervorrichtung einer zur Drehachse orthogonalen Beschleunigung ausgesetzt ist, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Momente erzeugen, die in entgegengesetzten Richtungen wirken und im Wesentlich gleich sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ferner ein zweiter Drehzapfen umfasst ist, über den der Bezugsrahmen an einem zweiten Bezugsrahmen montiert ist und der eine zweite Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung zum Rotieren des Bezugsrahmens um die zweite Drehachse.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Gerade, die durch die Drehachse und den Massenmittelpunkt des Steuerknüppels geht, im Wesentlichen durch den Massenmittelpunkt der Betätigungseinrichtung geht.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor angeordnet ist, dass er den Output der Betätigungseinrichtung erfasst, wodurch der Sensor im Wesentlichen unempfindlich ist gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Steuerknüppel um die Drehachse zu drehen, wobei die Betätigungseinrichtung und der Steuerknüppel von der Drehachse versetzt sind, so dass, wenn die Steuervorrichtung einer orthogonal zur Drehachse erfolgenden Beschleunigung ausgesetzt ist, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Momente erzeugen, die in entgegengesetzte Richtungen wirken.
Steuervorrichtung nach Anspruch 17, wobei eine Gerade, die durch die Drehachse und den Massenmittelpunkt des Steuerknüppels geht, im Wesentlichen durch den Massenmittelpunkt der Betätigungseinrichtung geht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei die Betätigungseinrichtung eine rotierende Betätigungseinrichtung ist, die einen Stator aufweist, der an den Steuerknüppel gekoppelt ist, und einen Rotor, der über ein Antriebsverbindungselement an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass er im Verhältnis zum Stator um eine Antriebsachse rotiert, die mit der Drehachse nicht co-linear ist.
Steuervorrichtung, die folgendes umfasst: einen Bezugsrahmen; einen Steuerknüppel; einen Drehzapfen, der den Steuerknüppel mit dem Bezugsrahmen verbindet und der eine Drehachse definiert; und eine rotierende Betätigungseinrichtung, die einen Stator aufweist, welcher an den Steuerknüppel gekoppelt ist, und einen Rotor, der über ein Antriebsverbindungselement an den Bezugsrahmen gekoppelt ist und so konfiguriert ist, dass er im Verhältnis zum Stator um eine Antriebsachse dreht, die mit der Drehachse nicht co-linear ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das Antriebsverbindungselement über einen ersten Antriebszapfen an den Rotor und über einen zweiten Antriebszapfen an den Bezugsrahmen drehbar gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Antriebsachse nicht mit der Drehachse parallel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Antriebsachse sich im Wesentlichen mit der Drehachse kreuzt.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Antriebsachse im Wesentlichen mit der Drehachse parallel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei die Antriebsachse im Wesentlichen co-linear mit einer Geraden ist, die durch die Drehachse und den Massenmittelpunkt des Steuerknüppels geht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei sich die Vorrichtung im Wesentlichen im Massengleichgewicht um die Drehachse befindet, so dass, falls die Steuervorrichtung einer zur Drehachse orthogonalen Beschleunigung ausgesetzt ist, die Masse der Betätigungseinrichtung und die Masse des Steuerknüppels dann um die Drehachse Momente erzeugen, die in entgegengesetzten Richtungen wirken und im Wesentlich gleich sind.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die ferner einen Sensor zur Erkennung einer auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft umfasst, wobei der Sensor so angeordnet ist, dass er den Output der Betätigungseinrichtung erfasst, wodurch der Sensor im Wesentlichen unempfindlich ist gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 17, die zusätzlich einen Sensor zur Erfassung der auf den Steuerknüppel wirkenden Kraft umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei der Sensor so angeordnet ist, dass er den Output der Betätigungseinrichtung erfasst, wodurch der der Sensor im Wesentlichen unempfindlich ist gegen g-induzierte Momente um die Drehachse, die durch Beschleunigung der Vorrichtung verursacht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Sensor an dem Antriebsverbindungselement befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Sensor so angeordnet ist, dass er Zug- oder Kompressionskräfte erkennt, die entlang einer Länge des Antriebsverbindungselementes wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Sensor an dem Rotor oder Stator der Betätigungseinrichtung befestigt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 28, wobei der Sensor ein Drehmomentsensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, welche ferner einen zweiten Drehzapfen umfasst, der den Bezugsrahmen an einen zweiten Bezugsrahmen befestigt und eine zweite Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Bezugsrahmen um die zweite Drehachse zu rotieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20, welche ferner folgendes umfasst: einen zweiten Drehzapfen, der den Bezugsrahmen an einen zweiten Bezugsrahmen befestigt und eine zweite Drehachse definiert; und eine Betätigungseinrichtung, um den Bezugsrahmen um die zweite Drehachse zu rotieren.
Aktiver Benutzerschnittstellenaufbau, welcher folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine Benutzerschnittstelle, die an das Gehäuse gekoppelt ist und sich von dort aus erstreckt, wobei die Benutzerschnittstelle von einer Nullposition aus um eine Achse drehbar ist; und ein Rückkopplungsmotor, der an die Benutzerschnittstelle angeschlossen ist und geeignet ist, wahlweise unter Spannung zu stehen, wobei der Rückkopplungsmotor, nachdem er unter Spannung stand, betriebsbereit ist, um eine Rückkopplungskraft an die Benutzerschnittstelle zu liefern, wodurch einer Bewegung der Benutzerschnittstelle um die Achse entgegengewirkt wird, wobei der Rückkopplungsmotor so angeordnet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt an einer Position relativ zu der Benutzerschnittstelle befindet, um ein Massengleichgewicht der Benutzerschnittstelle zu erzeugen, wenn sie sich in der Nullposition befindet.
Aktiver Benutzerschnittstellenaufbau, welcher folgendes umfasst: ein Gehäuse; eine Benutzerschnittstelle, die an das Gehäuse gekoppelt ist und sich von dort aus erstreckt, wobei die Benutzerschnittstelle von einer Nullposition aus um eine erste Achse und um eine zweite Achse drehbar ist, wobei die erste und die zweite Achse senkrecht stehen; ein erster Rückkopplungsmotor, der an die Benutzerschnittstelle angeschlossen und so angeordnet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich an einer ersten Position im Verhältnis zur Benutzerschnittstelle befindet, wobei der erste Rückkopplungsmotor geeignet ist, wahlweise unter Spannung zu stehen, und, nachdem er unter Spannung stand, betriebsbereit ist, um eine Rückkopplungskraft an die Benutzerschnittstelle zu liefern, wodurch einer Bewegung der Benutzerschnittstelle um die erste Achse entgegengewirkt wird; ein zweiter Rückkopplungsmotor, der an die Benutzerschnittstelle angeschlossen und so angeordnet ist, dass dessen Gravitationsschwerpunkt sich an einer zweiten Position im Verhältnis zur Benutzerschnittstelle befindet, wobei der zweite Rückkopplungsmotor geeignet ist, wahlweise unter Spannung zu stehen, und, nachdem er unter Spannung stand, betriebsbereit ist, um eine Rückkopplungskraft an die Benutzerschnittstelle zu liefern, wodurch einer Bewegung der Benutzerschnittstelle um die zweite Achse entgegengewirkt wird; wobei zumindest eine der ersten Position und der zweiten Position, so gewählt sind, dass ein Massengleichgewicht der Benutzerschnittstelle hergestellt ist, wenn diese sich in der Nullposition befindet.