DE1531456A1 - UEbertragungssystem - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE
DIPL-ING. CURT WALLACH

DIPL.-ING. GÜNTHER KOCH 1 5 3 1 A 56

DR. TINO HAIBACH

8MUNCHEN2, 17.11.1967 UNSHK Z_E,CH_{EN: u 102}

SPERRY RAND LIMITED,London, England

Übertragungssystem

Die Erfindung betrifft ein Betätigungssystem,bei welchem eine Steuersignalquelle zur Betätigung eines zu steuernden Gliedes angeordnet ist. Die Erfindung bezieht sich insbesondere - jedoch nicht ausschließlich - auf Systeme in lenkbaren Fahrzeugen (Plugzeuge, Landfahrzeuge, Schiffe, u.s.w.), bei denen eine Bedienungsperson zur Einstellung der Steuerungen von Hand erforderlich sein kann, bei denen aber zeitweise eine automatische Steuerung die Arbeiten der Bedienungsperson entweder reguliert oder ersetzt. Bei bekannten Systemen werden die Automatik-Steuersignale in das Betätigungssystem eingespeist, und damit die Einrichtung ausfallsicher ist, weist das Betätigungssystem entweder zwei oder drei parallel angeordnete Betätigungskanäle auf. Zwei parallel angeordnete Betätigungskanäle bilden ein sogenanntes Duplex-Betätigungssystem, während drei Betätigungskanäle ein Triplex-System bilden. Wenn bei einem Triplex-System einer der drei Betätigungskanäle ausfallen sollte, so wird dies durch die beiden anderen ausgeglichen und die automatische

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Steuerung bleibt bis zum Ausfall eines zweiten Betätigungskanals erhalten, worauf das automatische Steuersystem abgetrennt werden muß und die Bedienungsperson die Steuerung vollständig von Hand zu übernehmen hat. Bei einem Duplex-System wird jede Verschiedenheit zwischen, der ^rbeitsweiae der beiden Betätigungskanäle normalerweise durch eine Vergleichsvorrichtung festgestellt und zur Anzeige verwendet, so daß mindestens einer dieser Kanäle fehlerhaft ist. Darauf wird das automatische Steuersystem sogleich abgetrennt und die Bedienungsperson muß die volle Steuerung von Hand übernehmen.

Bei einem Beutigungssystem mit zwei parallel angeordneten Betätigungskanälen zur Betätigung eines gemeinsamen gesteuerten Gliedes ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß jede Betätigungsvorrichtung in einen entsprechenden der beiden Kanäle eingeschaltet ist, wobei jeder Kanal Vorrichtungen zur Erzeugung eines mechanischen Rückkopplungssignals, v/elches eine Punktion der Einstellung der Betätigungsvorrichtung ist, und Vorrichtungen zum Anlegen eines automatischen zur Veränderung der Einstellung der Betätigungsvorrichtung dienenden Befehlssignals aufweist, wobei das erwähnte automatische Befehlssignal durch eine mechanische Summiereinrichtung abgeleitet ist, die zur Summierung eines mechanischen Steuersignals, des genannten mechanischen Rückkopplungssignals des entsprechenden Kanals und des mechanischen Rückkopplungssignals des anderen Kanals angeschaltet ist.

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Bei der Verwendung eines Betätigungssystems der oben beschriebenen Art zur Betätigung der Lenkvorrichtung von Landfahrzeugen, wird das Steuersignal zur Abeichung des Fahrzeuges von einem gewünschten Weg in Beziehung gebracht.

Ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten für Landfahrzeuge verwendeten Betätigungssystems ist in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung an Hand einer schematischen Schaltung dargestellt.

Ferner ist in der Zeichnung ein Betätigungssystem gezeigt,· welches in einem Flugzeug, zwischen dem Steuerknüppel des Piloten und den Flugzeugsteuergliedern angeordnet ist; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 2 eine schematische Ansicht eines VTOL-Flugzeugs von unten;

Fig. 3 einen schematisehen Längsschnitt durch das Flugzeug -nach Fig. 1;

Fig. 4 das cbertragnngssystem als schematische Schaltung;

Fig. 5 eine Schaltungsskizze eines weiteren Teiles des Übertragimgssystems .

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Das in den Fig. 2 bis 5 gezeigte System dient zur Stabilisierung eines VTOL-Flugzeugs (Senkrecht-Start- und -landungsflugzeug;vertical _take-_off- and JLanding = VTOL) beim Schwebeflug. In den Fig. 2 und 3 ist ein VTOL-Flugzeug 1 mit Vorwärtsschub-Triebwerken 1a, Zweihub-Düsentriebwerken 2,3 und an den Enden des Rumpfes angeordneten Ausstoßdüsen ("puffer nozzles") 4,5 sowie gleichartigen an den Enden der Flügel angeordneten Düsen 6, 7 gezeigt. Ungefähr 8$ der Leistung der Triebwerke 2,3 wird von.diesen abgeleitet und den Düsen 4,5» 6 und 7 zugeführt. Die Triebwerke erzeugen den gesamten nach unten gerichteten Schub, der notwendig ist, um das Gewicht des Flugzeuges beim Schwebeflug zu halten; durch die Regulierung

Gierder Düsen wird das Flugzeug sodann gegegenüber iKx/bewegungsstörungen, Rollbewegungsstörungen sowie Längsneigungsstörungen stabilisiert. Oberhalb der Düsen sind Klappen 8 schwenkbar befestigt und der von jeder Düse ausgehende Schub kann durch Verschwenken der Klappe verändert werden, indem die Absperrung

bildet

die sie für die Düse/verändert wird. Einer Gier-Bewegungsneigung kann durch differentielle Änderung der Absperrung der Düsen 4,5 entgegengewirkt werden; durch eine dfferentielle Veränderung der Absperrung an den Düsen 6, 7 ist einerRollbewegungstendenz entgegenzuwirken. Eine Tendenz zu Längsneigungsbewegungen wird am besten durch dae verschiedenartige Verfahren des Schwenkens einiger oder aller Düsen in der Weise bewirkt, daß diese auf das Flugzeug ein Drehmoment um eine vertikale Achse ausüben.

Fig. 4 zeigt einen durch den Piloten von Hand betätigbaren Knüppel 9 sowie einen Teil eines Übertragungsgestänges 10, wel-

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ches diesen Knüppel mit einem (nicht gezeigten) Mechanismus mechanisch verbindet, der das Schwenken der Klappen 8 an den Düsen 4, 5 - beispielsweise gleichzeitig und in entgegengesetztem Sinn - bewirkt. Durch die Bewegung des Knüppels 9 übt daher der Pilot auf das schwebende Plugzeug ein Drehmoment um eine Querachse aus, um einer Tendenz zu Längsneigungsbewegungen entgegenzuwirken. Der Knüppel 9 wird vom Piloten auch zur Betätigung üblicher (nicht gezeigter) Flugzeug-Leitwerke (Steuerflächen) verwendet, um so das Flugzeug beim Vorwärtsflug zu steuern. Wenn sich das Flugzeug im Schwebeflug befindet, werden durch Bewegungen des Knüppels die Klappen 8 geschwenkt und auch die üblichen Leitwerke bewegt; letzteres übt jedoch auf das Plugzeug keine Wirkung aus, da über diesen keine Luftströmung vorhanden ist. Beim Vorwärtsflug des Plugzeugs sind die Hubtriebwerke 2, 3 abgeschaltet, so daß die Düsen keinen Strahl ausstoßen und Bewegungen der Klappen 8 unwirksam bleiben.

Zwei Stoßbetätigungsvorrichtungen A und B sind parallel in dem Übertragungsgestänge angeordnet, welches einen Teil eines

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rechteckigen Rahmenwerkes/bildet, indem alle Verbindungen 12 Drehpunkte sind. Wenn die beiden Betätigungsvorrichtungen A und 3 auf konstanter Länge gehalten werden, so ist das Rahmenwerk 11 tatsächlich ebenso starr, wie der Rest des Übertragungsgestänges 10 und der Pilot besitzt die vollständige Handsteuerung für die Einstellung der Düsen 4,5. Wenn eine der beiden Betätigungsvorrichtungen, derart verschoben wird, laß sich ihre Länge andere, so vergrößert oder verkleinert sich die Gesamtlänge des

BAD ORIGINS

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Übertragungsgestänges, proportional zum Ilittelwert der 3ewegungen beider Betätigungsvorrichtungen und.zwar sowohl hin-. sichtlich. Größe als auch hinsichtlich-des Vorzeichens. Venn. somit die Betätigungsvorrichtungen in Übereinstimmung bewegt werden, so wird die resultierende Verlängerung des Übertragungsgestänges 10 insgesamt gleich der jeder Betätigungsvorrichtung sein. Wenn die Betätigungsvorrichtungen gleiche 3e-.. wegungen in entgegengesetzten Richtungen ausführen, so ist. der sich ergebende Einfluß, auf die Länge des. Ubertragungsge- - .-_.. stänges insgesamt Ilull. Λ^Γ~ηη eine B.etä-tigung.svorricfc.tu.ng. bewegt die andere aber, nicht bewegt wird., se isx die sich er- .; gebende Längenänderung des übertragungsgestäiiges gleich der Hälfte der Längenänderung, der bewegten- BetätigungsYO-rriohtur.g und hat den gleichen o.inn wie: diese. Jig. 4 ist. nahezu völlig symmetrisch, bezüglich einer gedachten ir. ier ΙΙΐττβ ouer -rezogenen. Linie:; im folgende.i werden deshalb hinter den Bezugszei-. chen die.Buchstaben A oder 3, angebracht, wenn.speziell.auf die eine öfter andere Hälfte der Ze.iciin.uiig 3ez:i·.^ ger-0~.3er: v-'erier. soll. Im and ereil Pail beziehen sich die - 3ezv.r3z eichen, all.ger.eirauf beide Half ten. der figuren. : ..

Jede Betätigungsvorrichtung, weist ein Ritzel r,ir eir.er Zahns~ar_r; - oder eine ähnliche Vorri-chtung - auf:', und,'wird über ein Se,- .. triebe 13 von einem Koxor .1-4-. angetrieben,..-dessen 3e~riBbssignal die ÄusgangsgröSe. eines Verstärkers ^H-5 is.t. 3ie 3ingar.s3grp3.e-.; des Verstärkers feociat von einer Qe3chv/ir:äigkeit;s--i_irei.3e.leinhe.i·: 16 und einem-- Knüppel -Geber 17.5 diese beiden Acfühlvorrich^urig.e'.i,. sind parallel angeordnet.und. ihre .Ausgangsgro3.gr.v/erder. über ..^ ;-_,.

■ - 7 .. 9 09Ö5 1/019 1 BADORIGINAL

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Kondensatoren. 18, und Widerstände 19 einem gemeinsamen Punkt 20 zugeführt. Eine Rückkopplungsgröße wird dem Verstärker.15 über zwei parallelei Leitungen 21 und 22 zugeführt. In der Leitung 21 liegt ein Widerstand 23 mit dem nominellen Viert 10 R und sie ist niit dem Schleifer 24 des Potentiometers 25 in der anderen Hälfte der Fig. verbunden. In der Leitung 22 liegt ein Widerstand 26 mit dem nominellen Wert 9 R und sie ist mit dem Schleifer 27 eines in der gleichen Hälfte der Figur liegenden Potentiometers 28 verbunden. Die Widerstände der Potentiometer 28 A und: 25 A sind am Körper der Betätigungsvorrichtung A befestigt, wohingegen die Schleifer dieser Potentiometer auf " einer beweglichen Stange 37A der gleichen Betätigungsvorrichtung befestigt sind. Die Widerstände und Schleifer der Potentiometer 28 B und 25 B sind in gleicher .Weise an der Betätigungsvorrichtung B befestigt. Die Befestigungen der Widerstände und Schleifer an den Körpern der Betätigungsvorrichtungen bzw. den Stäben sind in Fig. 4 schematisch durch die gestrichelten Linien angedeutet. Die Potentiometer 25 und 28 liegen mit ihren Mittelabgriffen an Erde; die Potentiometer 28A und 25B erhalten ihre positiven und negativen Versorgungsgrößen vom Verstärker 15A, während die Potentiometer 28B und 25A gleiche Versorgungsgrößen vom Verstärker 15B erhalten. Die Potentiometer 25 sind daher kreuzweise gekoppelt (d.h. sie werden von der entgegengesetzten Hälfte der Schaltung gespeist) während die Potentiometer 28 direkt gekoppelt sind (d.h. sie werden aus der gleichen Hälfte der Schaltung mit Leistung versorgt). Schleifer und Kittelabgriff eines jeden der kreuzgekoppelten

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Potentiometer .25 sind über einen Kondensator 29 verbunden.

Das die Abführvorrichtungen, das Rückkopplungssystem und die Betätigungsvorrichtungen A und B aufweisende automatische System kann zum Ersatz der Steuerung des Piloten verwendet werden und somit das Flugzeug mit voller automatischer Steuerung betreiben. Normalerweise wird es jedoch der Fall sein, daß das automatische System die Betätigungen des Piloten ergänzt. Wenn das Flugzeug einer vorübergehenden Störkraft ausgesetzt wird, so geben die Geschwindigkeitskreiseleinheiten 16 elektrische Signale proportional zu der Geschwindigkeit ab, mit der das Plugzeug infolge der Kraft seine Lage ändert. Der die Bewegung des Flugzeuges feststellende Pilot betätigt sodann den Knüppel, um der Kraft entgegenzuwirken. Wenn er den Knüppel genau riehtig verschiebt, so wird die Ausgangsgröße des Kntippelgebers 17 genau gleich und entgegengesetzt zu der Ausgangsgröße der Geschwindigkeitäsreiseleinheit 16 sein, so daß sich die Signale auslöschen und kein Signal an den Verstärker 15 angelegt wird und sich auch keine Betätigungsvorrichtung bewegt. Wenn jedoch der Pilot den Knüppel nicht richtig bewegt, so läßt das geringe Ungleichgewicht zwischen den Ausgangsgrößen von 16 und 17 ein kleines Signal zum Verstärker 15 gelangen und die Betätigungsvorrichtungen bewegen sich, um - wie im folgenden beschrieben wird - das kleine Signal auf Null zu vermindern.

Es sei angenommen, daß System arbeite voll betriebsfähig, Das Flugzeug befindet sich im Schwebeflug in einer gleich-

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mäßigen Lage und die beweglichen !Teile des Systems seien wie in Fig. 4 gezeigt angeordnet. Sodann bewirkt eine Sifcfcxx Störkraft, daß sioh beispielsweise der Längsneigungswinkel ändert. Angenommen infolgedessen entstünde ein resultierendes kleines Signal an dem gemeinsamen Punkt 20, welches angibt, daß der Pilot durch, seine Bewegungen des Knüppels die Störung nicht vollständig ausschalten konnte. Dieses Signal gelangt zum Verstärker 15, dessen Ausgang den Motor 14 antreibt und somit über das Getriebe 13 die zugehörige Betätigungsvorrichtung bewegt. Die beiden Betätigungsvorrichtungen A und B beginnen sich übereinstimmend auszudehnen oder zusammenzuziehen, und wenn dies geschieht bewegen sie auch ihre zugehörigen Potentiometerschleifer (27A und 24A bzw. 27B und 24B) gleichförmig von den Mittelabgriffspunkten in einem solchen Sinn weg, so daß die erzeugte Rückkopplung dem erwähnten kleinen Signal entgegenwirkt. An den Verstärkern 15 A und 15B beginnen daher Rückkopplungssignale anzukommen; das Rückkopplup^signal für 15A ist die fiesultierende aus den Signalen in den beiden parallelen Leitern 21A und 22A und das Rückkopplungssignal für 15B kommt in gleicher Weise von den Leitern 21B und 22B. Wenn die Potentiometerabgriffe (24B, 27A, 24A und 27B) von denen diese Leiter ihre Potentiale nehmen, alle gleichmäßig gegenüber dem Mittelpunkt verschoben wurden, so werden die Potentiale an diesen Leitern auch alle gleich sein. Würden die vier Leiter Widerstände von gleicher Größe enthalten, so würde es theoretisch möglich sein, gleichgewioht bei den Betätigungsvorrichtungen A und B in verschiedenen Stellungen zu erhalten,

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wobei jede der parallelen. Rückkopplungsleitungen einen beträchtlichen Strom führen würde, von denen der eine positives und der anderes negatives Vorzeichen besitzt. Da jedoch die Widerstände in den Leitern 21, 23 ungleich sind, ist es nicht möglich einen Gleichgewichtszustand hervorzubringen, in welchem der Strom in jedem Leiterpaar 21 und 23 die gleiche Größe aber entgegengesetztes Vorzeichen besitzt, denn dies würde beispielsweise eine größere Spannung am Widerstand 23A als am Wider _ stand 26A voraussetzen, und entsprechende Spannungen werden dann auch an den Widerständen 26B bzw. 23B erscheinen und eine begrenzte Rückkopplung am Verstärker 15B bewirken.

Es sei angenommen, daß während des Erreichens des Gleichgewichtszustandes dis vorübergehende Störkraft verschwunden ist, so daß das Sy3tem in Ruhezustand gelangt, wobei der Knüppel und die Betätigungsvorrichtungen genau so eingestellt sind, als sie es vor Auftreten der Störung waren, nämlich mit Null-Sückkopplungs 3ignalen, auf den Leitungen 21 und 22. Die

ein Geschwindigkeitskreiseleinheiten 16 geben nur dann/Signal ab, wenn eine Inderungsgesehwindigkeit (Inderungsrate) in der Lage des Flugzeugs auftritt. Aus diesem Grunde und durch die Kondensatoren in den Ausgängen von 16 und 17 ist das automatische System nicht geeignet, um stetigen Langzeit-Störkräften entgegenzuwirken. Diesen Kräften kann nur dadurch entgegengewirkt werden, daß der Pilot den Knüppel verschiebt. Sollte jedoch der Pilot den Knüppel in einen neuen Festpunkt bewegen müssen, um einer andauernden Störkraft entgegenzuwirken, so würdei nichtsdestoweniger sanstliche vorübergehenden Störungen

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die sich dann der andauernden Kraft überlagern ein Ansprechen des Systems hervorrufen, und zwar genau so, wie wenn der Festpunkt des Knüppels ungeändert geblieben wäre.

Bei einem ersten Beispiel ei..es zu betrachtenden Teilausfalls des Systeme läuft eine Betätigungsvorrichtung (beispielsweise "A") bis zu einem Ende ihres Weges. Beispielsweise möge die Vorrichtung bis in ihre Stellung maximaler Ausziehu:i£ laufen und dort festsitzen. Dies bringt die Schleifer 24A, 27A zu den entfernten negativen Enden ihrer Potentiometer 25A, 28A. Daher wird ein großes Rückkopplungssignal mit negativer Polarität über Leiter 22A dem Verstärker 15A,zugeführt, kann ;jedooh den Motor 14 nicht bewegen, da die Betätigungsvorrichtung "A" angestoßen war. Ein entsprechend großes Rückkopplungssignal gelangt jedoch über den Leiter 21B vom kreuzgekoppelten Potentiometer 25A zum Verstärker 15B, und um die gesamte Rückkopplung des Verstärkers 15B wieder auf Null zu bringen, läuft die Betätigungsvorrichtung "B" in entgegengesetzter Richtung; d.h. sie aieht sich zusammen und führt die Schleifer 24B, 27B der Potentiometer 25B, 28B zu den positiven Enden ihres Weges. Der Sohleifer 27B braucht nicht ganz bis zum Anschlag laufen, da das von ihm abgegriffene Potential nur am Widerstand 26B (9R) anliegt, während das abzugleichende Potential am Widerstand 23B (10R) ansteht. Das Ergebnis besteht also darin, daß dann, wenn kein Eingangssignal von 16 und 17 kommt, das System sich stabilisiert', wobei die Betätigungsvorrichtung "A" außer Betrieb und völlig auseinandergezogen ist, während die Betäti-

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gungsvorrichtung "B" betätigbar und zu 9/10 vollständig •ingezogen ist; die resultierende Länge des Übertragungsge-

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stänges/ist dabei nahezu gleich derjenigen länge, die es haben würde, wenn beide Betätigungsvorrichtungen in richtiger Weise arbeiten.

Es ist ferner eine Anzeigevorrichtung 50 vorgesehen, die zwei Anzeigestäbe 31, 32 aufweist, die durch Motoren angetrieben sind, welche auf die Spannungen bei 27a, bzw. 27b ansprechen. Wenn diese Spannungen gleich sind - was normalerweise der Fall sein sollte - so liegen die beiden Stäbe miteinander auf

gleichem Niveau. Wenn die Stäbe nicht auf gleichem Niveau lieso
gen,/ist dies eine Anzeige dafür, daß das System nicht in Ordnung ist und zwar aus dem eben beschriebenen Grunde oder aus Gründen die im folgenden beschrieben werden. Der Pilot hat dann die Wahl: er kann das automatische System abschalten und das Plugzeug von Hand steuern, oder er kann das automatische System im Betriebszustand lassen, wobei er weiß, daß es zwar noch arbeitet, jedoch nicht mehr so wirkungsvoll wie vorher. Wenn sich der Pilot dazu entschließt, das System in Betrieb zu lassen, nachdem die Betätigungsvorrichtung "A" - wie beschrieben - bis zum Endanschlag gelaufen ist, so kann er den Schalter 33A öffnen und damit den Leiter 21B über den Kondensator 29A erden. Da der gesamte Rückkopplungsstrom des Verstärkers 15B über Leitung 22B laufen muß, muß daraufhin das Potentiometer 28B ungefähr ein doppelt so großes Potential als zuvor er-

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zeugen, um den Eingangssignalen von 16B und 17B entgegen-, zuwirken. Daher müssen die Bewegungen der Betätigungsvorrichtung B auf annähernd dftm Sweifachen der vorherigen Skala stattfinden. Wenn somit die Betätigungsvorrichtung "A" stationär ist und die Betätigungsvorrichtung ¹¹B" auf dem doppelten der normalen Skala infolge von Betriebssignalen arbeitet, spricht das Gestänge 10 insgesamt auf die Signale mit Bewegungen an, die gleich dem Durchschnitt zwischen den Bewegungen der beiden Betätigungsvorrichtungen sind, d.h. mit Bewegungen ungefähr gleich denjenigen, die es ausführen würde, wenn die beiden Betätigungsvorrichtungen in richtiger Weise arbeiten würden. Nichtsdestoweniger ist die maximale Längenänderung des Gestänges 10 (der Hub) auf ungefähr die Hälfte des ursprünglichen Hubes verringert.

Im folgenden wird eine weitere Art des Ausfalls des Systems beschrieben. Es sei angenommen, daß der Schleifer 27A des direkt (geradeaus)-gekoppelten Potentiometers 28A einen offenen Kreis bildet und daß die Eingangssignale von 16, 17 positiv sind. Da der Schleifer 27A ein offener Kreis ist, reicht der im Leiter 21A verbleibende negative Rückkopplungsstrom jetzt nicht zur Beseitigung des positiven Eingangssignals aus. Daher steigt die Ausgangsgröße des Verstärkers 15 an und treibt über einen Motor HA die Betätigungsvorrichtung A noch weiter in Richtung des negativen Endes dea? Potentiometer 28A und 25A, Da jedoch der Sohleifer 27A einen offenen Kreis bildet, läuft der Motor weiter, bis die Schleifer 27A und 25A das negative

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Ende ihrer Potentiometer erreichen. Dies"bewirkt, wie in der? vorhergehend ei Fall, daS die Betätigungsvorrichtung B 9/10 des Weges in Richtung zu ihrem positiven Ende durchläuft. Daraufhin arbeite; dar Kanal D durch das 9:10 -Verhältnis

zwischen den Werten der Widerstände 23 und 26 mit einem Gewinn Verstärkung
(%ncsyxxKg) vom 1_f9-fachen seines normalen Wertes. Demzufolge arbeitet das System als ganzes mit einer Gewinnminäerung von nur 5$ und einer IVullstellungsänderung von -55&. Dieser Zustand bleibt bestehen, solange das Eingangssignal von 16, 17 positiv ist. Wenn das Eingangssignal negativ wird, wechselt die nullstellung von -55^ über zu +5$ (d.h. in Richtung der positiven Enden der Potentiometer).

Eine andere Ausfallquelle könnte die Abtrennung der positiven Leistungsquelle von einem Paar von Potentiometern - beispielsweise den Potentiometern 28A und 25B - sein. Dies würde zur Folge haben, daß das System im normalen Betrieb bleibt, solange die Schleifer der vier Potentiometer mittig oder in den negativen Bereichen (Ηβ-chweiten) der Potentiometer liegen. Wenn sich die Schleifer in die positiven Bereiche der Potentiometer bewegen, so wird von den Leitern 21A und 22A der Strom ferngehalten, und es gibt keinen Rückkopplungsstrom zum Verstärker 15A und der Motor HA treibt die Betätigungsvorrichtung "A" bis zum Endanschlag. Wie bereits oben unter Bezugnahme auf den Fall beschrieben wurde, wo eine Betätigungsvorrichtung bis zum Endanschlag gelangte und am einen Ende ihres Hubs anstieß,

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wird der Motor 14B nunmehr zuE Kompensation angetrieben. v.ud wird das System annähernd auf Null halten. Dort wird das System verbleiben, wenn nicht irgendwelche künftige sehr verlängerte Signale von den Schleifern fordern, daß sie in den negativen Bereichen ihrer Potentiometer liegen·

Im Falle , daß der Sohleifer eines kreuzgekoppelten Potentiometers ein offener Kreis wird (beispielsweise der Schleifer

• (Verstärkung)

24A, das Potentiometer 25A), fällt der Gewinn/der Betätigungsvorrichtung "A" auf 0,19 seines normalen Wertes und der Gewinn der Betätigungsvorrichtung "B" steigt um einen Paktor von 1»9« Die Gesamtwirkung für das System wird ein Anstieg des Gewinne von nur 51> sein. Dieser Zustand wird auftreten, nach dem der Kondensator 29 sich in der bereits erwähnten Art entladen hat.

Im Falle, daß der Verstärker 15A nicht auf das Eingangssignal anspricht und die Betätigungsvorrichtung "A" auf irgendeiner Abweichung von 0 beläßt, so wird die Betätigungsvorrichtung ¹¹B" in eine nahezu gleiche und entgegengesetzte Abweichung durch das Rückkopplungssignal gebracht, welches sie vom Potentiometer 25A über Leitung 21B erhält. Das Ergebnis für das gesamte System ist ein Gewinnabfall von 5# und eine kleine Änderung der Nullstellung (niemals größer als 0,025 ^M (Zoll), wobei die Betätigungsvorrichtung einen typischen Hub von io,5^lf gegenüber ihrer Mitte, d.h. einen Gesamthub von 1¹¹ aufweist).

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Diese bereits beschriebenen Teilsystemausfalle sind als die häufigsten auftretenden Ausfälle anzusehen und rufen * die folgenden Anzeigen an der Anzeigeeinrichtung 30 hervor. Wenn der Motor 14A läuft und bewirkt, daß die Betätigungsvorrichtung "A" zu einem ihrer Enden ihres Hubes läuft und dort verbleibt, läuft der Stab 31 in einer Richtung bis zum seinem Anschlag und der Stab 32 läuft in der anderen Richtung bis zum Anschlag. Die Warnlampe 35 gibt ein Warnsignal, d.h. sie leuchtet und bleibt ohne Flackern an für eine beträchtliche Zeitspanne; die Lampe zeigt dabei ein konsistentes Eingangssignal zum Motor HA an. Zur gleichen Zeit leuchtet die Lampe 36 intermittierend und zeigt an, daß der Kanal B noch in Ordnung ist und zum größten Teil in einem Zustand arbeitet, in dem das Eingangssignal zum Motor 14B unter der Stärke liegt, die zum Leuchten von 36 erforderlich ist. Diese Anzeige gibt dem Piloten bekannt, allein den Kanal B auszuwählen und A auszuschalten. Wenn der Schleifer 27A ein offener Kreis wird, (leerläuft) kehrt die Anzeige 31 nach Null zurück und bleibt dort, wobei sich der Anzeiger 32 mit einer merklich größeren Ampllt«- de als normal bewegt. Die Tatsache, daß die beiden Betätigungsvorrichtungen nun mit Gewinnen arbeiten,KKi die nicht nur in der Größe sondern auch im Vorzeichen, unterschiedlich sind, tritt nicht klar zu Tage, da der Anzeiger 31 wegen des offenen Kreises bei 27A notwendigerweise stationär ist. Sollte der Schleifer 24A ein offener Kreis werden, so werden sich die Anzeiger 31, 32 immer in der gleichen Richtung bewegen, wie

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sie es tun, wenn das gesamte System normal arbeitet, aber ' sie werden sich mit einer viel größeren Amplitude bewegen. Sollte die Potentiometer^Leistungsversorgung ausfallen, so wird die Wirkung ähnlich, derjenigen sein, die auftritt, wenn eine Betätigungsvorrichtung bis zum Endanschlag läuft. Sollte einer der Verstärker nicht mehr auf Signale ansprechen und dabei die zugehörige Betätigungsvorrichtung in einer Verschiebung gegenüber der Mitte belassen, so kommt einer der Anzeiger 31, 32 mit einer Versetzung zur Ruhe und der andere schwingt um eine gleiche und entgegengesetzte Versetzung.

Das soweit beschriebene Duplex-System hängt vom Empfang zuverlässiger Signale von den Abfühlern 16 und 17 ab. Ausfälle oder Ungenauigkeiten irgendeines der Abfühler könnten jedoch bewirken, daß unterschiedliche Signale an die beiden Kanäle A und B angelegt werden. Um dies zu vermeiden, werden die Signale vor Anlegung an die Verstärker 15 an die zusätzliche Schaltung der fig. 5 angelegt. Tatsächlich -mittel t die Schaltung der Mg. 5 die Signale von 16A, 17A und 16B und 17B und legt die Hesultierende gleichmässig an beide Kanäle. Das Ausgangssignal jedes Abfühlers 16 oder 17' wird über einen Widerstand zu dem zugehörigen Kanal und zum anderen Kanal kreuzgekoppelt durch einen gleichen Widerstand geleitet.

Sollte beispielsweise ein Paar von Abfühlern 16A und 17A aufhören Signale abzugeben, so werden die von den Abfühlern 16B und 17B abgeleiteten Signale in gleicher Weise an beide Kanäle

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IS -

dng&lQgr,,, OfevfoE -lie ä&rsr-r; anliegenden Signale vermindert . Vi, vrird das ^y^tem nichtsdestoweniger mil; eines verminder- -Qi-::. CtB'tilmi weiter arbeiten.!

Es ei^:gi£)t si eil aloo, daS die beiden Betätigungsvorrichtungen des jDuu-ex-Systemes in. einigen fällen (und zwar mit verminderter Wirksamkeit) in Gebrauch bleiben können, und zwar bei Fehlern» bei denen der Pilot ein normales Duplex-System abschl^aten und die vollständige Steuerung von E&rid übernehmen müßte. Andere Fehlerarten - beispielsweise wenn eine Betätigung Bvorrichtung an den Endanschlag lär"t und dort anstößt lassen dem Piloten die WahljüE vollständig die Steuerung von Hand zu übernehmen., die Le is tungsver.sorgung für den gestörten Kanal abzuschalten und auf die andere Betätigungsvorrichtung zu vertrauen, oder das gesamte automatische System angeschaltet 3U la a sen; im letzteren ]?all weiß der Pilot, daß das automatische System niemals Bewegungen entgegenwirkt, die er selbst auf den Knüppel ausübt, obwohl der Einfluß des automatischen Systems geringer ist als zuvor und manchmal im wesentlichen auf Null abfallen kann.

Ein weiteres (nicht gezeigtes) Betätigungssystem, welches dem gezeigten gleicht, verbindet den Steuerknüppel 9 des Piloten mit (nicht gezeigten) mechanischen Vorrichtungen, welche die Klappen 8 an den Düsen 6 und 7 gleichzeitig und in entgegengesetzten Sinnen betätigen.

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Daqin Pig. 1 gezeigte Auaführungsbeiepiel ist ein Teil eines Betätigungesystems zur Kontrolle der Steuerung eines Landfahrzeugea, beispielsweise eines Omnibusses. Das Steuer-(Kontroll)Signal ist in diesem Falle eine mechanische Axialbewegung einer Eingangsquelle 40, die von einem (nicht gezeigten) Folgeann erhalten wird, der seinerseits seine Bewegung von einer Folgevorrichtung ableitet, die in Eingriff mit einer stationären Führungsvorrichtung steht. Die Führungsvorrichtung kann beispielsweise ein Schlitz längs der Straße sein, in den die Folgeeinrichtung eingreift! die Führungseinrichtung kann auch eine Schiene sein, mit der die Folgeeinrichtung in Eingriff steht. Wenn das Fahrzeug von einer vorgegebenen Stellung bezüglich der Führungsvorrichtung abweicht, wird der Folgeann bezüglich der Folgeeinrichtung verdreht und die Drehung wird in die erwähnte Axialbewegung der Eingangswelle 40 ungewandeigL. Das Ausmaß und die Richtung der Bewegung der Eingangswelle 40 hängen daher mit der Größe und Richtung der Abweichung zusammen und bilden so gemeinsam das erwähnte Steuersignal·

Die Welle 40 ist an einem rechteckigen aus Gliedern 41, 42A, 42B und 43 bestehenden Rahmenwerk befestigt; alle Verbindungen sind dabei Drehpunkte. Entgegengesetzte Glieder 42A und B sind zusammendrückbar und auseinanderziehbar, so daß bei Bewegung der Welle 40 das Glied 41 entweder eine Stoß- und Zugbewegung ausübt, um die Längen der ausziehbaren Glieder zu ändern. Jedes ausziehbare Glied ist mit einem von zwei

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gleichen mechanisch/elektrischen Betätigungskanälen A und

B die B verbunden, wobei Kanal A die obere Hälfte und Kanal/ untere Hälfte von Fig. 1 umfaßt} die gleichen Teile in den Kanälen werden deshalb im folgenden durch das gleiche Bezugszeiohen aber mit dem Index A oder B zur Anzeige des entsprechenden Kanals bezeichnet.

Den ausziehbaren Gliedern 42A und 42B sind lineare induktive

Geber 45A bzw.' 45B zugeordnet, die Längenänderungen der Verbindungen
l von einer gemeinsamen gegebenen Länge abfühlen und elektrische Signale, welche die Größe und den Sinn der Änderung repräsentieren über Widerstände in die Summierverstärker 46A_t 46B einspeisen. Die Ausgangssignale der Verstärker werden zur Betätigung elektrohydraulischer Arbeitszylinder 48A, 48B verwendet, so daß die Hebel 49A, 49B axial bewegt werden. Jeder Hebel 49A, 49B weist eine Drehverbindung 51A, 51B mit einem der beiden entgegengesetzten Enden des Gliedes 43 des rechteckigen Gestänges auf.

Im Betrieb bewirkt daher die Längenänderung jedes der ausziehbaren Glieder 42A , 42B eine Bewegung des entsprechenden Endes des Gliedes 43, wobei die Bewegung in einem solchen Sinn

_o erfolgt, daß die erwähnte Längenänderung auf Null vermindert

cd wird.
cn

__A Wenn beide Betätigungskanäle ordnungsgemäß arbeiten, wird

_* das gleiche Signal an beiden Arbeitszylinder angelegt und das Glied 43 bewegt sich körperlich in Richtung auf das Glied 41 oder von diesem weg, wobei beide Glieder 42A und 42B

auf ihren gegebenen längen verbleiben. Mit dem Mittelpunkt 50 des GKLledes 43 ist eine Ausgangswelle 44 schwenkbar derart verbunden, so daß die Bewegung des Gliedes 43 die Welle im wesentlichen axial bewegt. Die Ausgangswelle 44 steht mechanisch mit der im übrigen konventionellen lenkung des Fahrzeugs in Verbindung, so daß die Bewegungsrichtung des !Fahrzeugs in der Richtung eingestellt wird, um das Fahrzeug in seine gegebene Stellung bezüglich der Führungsvorrichtung zu bringen und so die Bewegung der lingangswelle 40 umzukehren, Venn das Fahrzeug daher seine gegebene Stellung einnimmt, wird das rechteckige Gestänge ebenfalls in eine vorgegebene Stellung zurückgebracht und die Lenkungseinstellung wird entfernt.

Die Bewegungen der Ausgangswelle sind daher gleich den Bewegungen der Eingangswelle, jedoch von den hydraulischen Zylindern angetrieben, so daß eine hinreichende Leistung zur Betätigung der Steuerung des Fahrzeuges verfügbar ist, während für die Bewegung der Welle 40 nur ein geringer Widerstand gegeben ist. Das Slied 43 gibt daher seine Bewegung an die Ausgängswelle weiter, die auch als Rückkopplung·für das rechteckige Gestänge wirkt, wobei die Rückkopplung auf beide Kanäle einwirkt, die daher für die Rückkopplung als mechanisch kreuzgekoppelt betraeht werden können*

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Der Zweck der zwei parallelen Kanäle A und B besteht darin, daß im Betätigungasystem "ausfallsichere" Eigenschaften eingebaut sein sollen, so daß beim' Auftreten gewisser wahrscheinlicherer Bauteilausfälle das Fahrzeug noch immer befriedigend gesteuert wird. Dies wird teilweise durch die dem rechteckigen Gestänge innewohnenden Eigenschaften und durch das Vorsehen einer FehlerfestStellvorrichtung erreicht. Die elektrischen Bauteile jedes Kanals werden aus getrennten Yersorgungsquellen gespeist, um die Wahrscheinlichkeit zu vermindern, daß beide Kanäle aus diesem Grunde ausfallen.

Betrachtet man diese in richtiger Reihenfolge: das rechteckige Gestänge ist am Mittelpunkt des Gliedes 43 an der Ausgangswelle 44 befestigt. Wenn daher beispielsweise der Kanal A aufhört zu arbeiten, beispielsweise dann, wenn der Verstärker 46A keine Ausgangssignale mehr erzeugt oder wenn der Arbeitszylinder 48A aufhört zu arbeiten, oder wenn der Geber 45A keine Ausgangssignale mehr erzeugt, dann werden Längenänderungen des ausziehbaren Gliedes 42A nicht mehr durch Bewegungen des oberen Endes des Gliedes 43 kompensiert. Betrachtet man die Geometrie der Anordnung, so sieht man, daß dann, wenn eine Steuerbewegung aufgenommen wird, die beispielsweise die beiden ausziehbaren Glieder 42A und 42B auszieht und nur das untere Ende des Gliedes 43 eingestellt wird, der Hebel 43 sich um sein nun stationäres oberes Ende und den Zapfen 51A dreht bis das Glied 42B auf die vorgegebene Länge

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zurückgekehrt ist. Dies schließt eine gewisse Einstellung in der rechten Richtung der Länge des Gliedes 42A ein und bewegt auch den Mittelpunkt 50 in der richtigen Richtung, um einen Betrag, der kleiner ist als die Bewegung der Eingangswelle 40, der aber - infolge der verhältnismäßig großen Entfernung zwischen Zapfen 51A und Mittelpunkt 50, sowie der verhältnismäßig kurzen Entfernung zwischen der Verbindung des Gliedes 42B bis Glied 43 und dem Mittelpunkt 50 - nicht sehr viel unterschiedlich von dieser Bewegung ist. Wenn beispielsweise die relativen Abmessungen annähernd denen von I¹Ig. 1 entsprechen, so ist ein Verlust von ungefähr 16$ der Bewegung eingeschlossen. Dies bedeutet, daß die Schleifenverstärkung (der Schleifengewinn) um 16$ vermindert würde, was - wie gezeigt werden kann - eine vernachlässigbare Wirkung auf die Durchführung ausübt. Bei einer anderen Anordnung sind die relativen Abmessungen derart, daß eine Verstärkungsverminderung von nur 9$ auftritt.

Bei einer wahrscheinlichen Fehlerart begjmt ein Arbeitszylinder - beispielsweise Arbeitszylinder 48A - in der einen oder anderen Richtung bis zum Endanschlag zu laufen. Dies kann der Fall sein, wegen eines Ausfalls der Hydraulik oder wegen eines Ausfalls des Gebers 45A, der ein kontinuierliches maximales Ausgangssignal erzeugt. Die daraus folgende Bewegung des Schwenkpunktes 51A bewirkt eine Längenänderung der Glieder 42A und 42B . Der andere "Arbeitszylinder dient daher

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in entgegengesetzter Richtung zu arbeiten, um das Glied 42B auf die vorgegebene Länge zurückzubringen, dabei wirkt er der unrichtigen Bewegung des Mittelpunktes 50 entgegen. Jedes ausziehbare Glied 42A, 42B weist einen Schwellschalter 54A,-54B auf (der benachbart zum Glied befestigt ist, obwohl er aus Gründen der Klarheit mit einem Abstand angeordnet gezeigt ist), der abfühlt, wenn das Glied die Schwellgrenzen

- die im normalen Betrieb nicht erreicht werden - der Aueziehung und Zusammendrückung erreicht hat. Die Schwellschalter betätigen Bremsvorrichtungen 52A, 52B, welche die entsprechenden Arbeitszylinder bremsen, um zu verhindern, daß sie vollständig bis zum Anschlag gelangen und so den Kanal unwirksam halten. Die Bremsvorrichtungen können auch derart wirken, daß sie den Arbeitszylinder in eine Mittelstellung zurückbringen und dort bremsen. Die Schwellschalter können auch als eine Warnvorrichtung dienen und den Fahrer informieren, daß ein Kanal nicht in Ordnung ist.

Damit die Betätigungsvorrichtungen schneller auf sich schnell ändernde Steuersignale ansprechen, fühlen Geber 53A, 53B die von den Enden des Gliedes 41 durchlaufende Entfernung ab. Die Ausgangssignale werden dann durch üb Differenzierschaltungen 55A, 55B geführt, welche in ihrer einfachsten Form einen oder mehrere Kondensatoren in Serie mit einem Widerstand aufweisen, und die resultierenden Ausgangsgrößen - die zur Geschwindigkeitsänderung der Signale von den Gebern 53A, 53B in Beziehung stehen werden in den Summierverstärkern 46A, 46B zu dem Arbeitszylinder

- Betätigungssignal addiert.

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Durch Anlegen des Geschwindigkeitsänderungssignals vom Kanal A . an den Verstärker des Kanäle B und umgekehrt erhält man elektrische Kreuzkopplung. Dies gewährleistet, daß die gesamten zu den Arbeitszylinderbetätigungssignslen addierten Geschwindigkeit skomponenten die gleichen in beiden Kanälen sind. Wenn beispielsweise einer der Geber 53A, 55B durch Erzeugung eines kontinuierlichen maximalen Ausgangssignales ausfällt, so wird das entsprechende differentierte Geschwindigkeitssignal Null sein. Es wird jedoch noch immer durch die Kreuzkopplung vom anderen Kanal ein Gesohwindigkeitssignal erhalten, so daß das Arbeitszylinder-Betätigungssignal einen Geschwindigkeitsausdruck enthält, obwohl dieser geringer ist als der im anderen Fall vorhandene .

Das Betätigungssystem arbeitet in der richtigen Weise weiter - obwohl in einigen Fällen mit verminderter Wirksamkeit - wenn weitere wahrscheinliche Arten von Bauteilausfällen auftreten. Demgemäß kann nach Auftreten eines Fehlers das Fahrzeug mit automatischer Steuerung weiterlaufen, obwohl - wenn gewünscht eine Warnvorrichtung betätigbar ist. Der Fahrer kann dann, die Vorwärtsgeschwindigkeit vermindern oder - in Fällen wo auch die Geschwindigkeit automatisch gesteuert ist - kann die verminderte Geschwindigkeit automatisch eingestellt werden*

Zur weiteren Vergrößerung der Ausfallsicherheit können die elektrischen und hydraulischen Versorgungsvorriohtungen für die beiden Kanäle verdoppelt werden.

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Die in Fig. 4 auftretenden Abkürzungen EGU und SPO ergeben sich, wie folgt:

RGU = rate gyro unit (Geschwindigkeitskreiseleinheit) SPO = stick pick off (Knüppelgeber)

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Claims (9)

Patentansprüche :

1. Betätigungssystem mit zwei parallel angeordneten Betätigungskanälen zur Betätigung eines gemeinsam gesteuerten Gliedes, dadurch gekennzeichnet, daß jede Betätigungsvorrichtung A, B in einem entsprechenden von zwei Kanälen angeordnet ist, deren jeder Vorrichtungen zur Erzeugung eines mechanischen Rückkopplungssignales aufweist, welches eine Punktion der Betätigungsvorrichtungseinstellung ist, daß Vorrichtungen zum Anlegen eines automatischen Befehlssignals zur Veränderung der Einstellung der Betätigungsvorrichtung A,B vorgesehen sind, von denen jedes durch eine mechanische Summiervorrichtung erzeugt wird, die zur Summierung eines mechanischen Steuersignals, des erwähnten mechanischen Rückkopplungssignals des betreffenden Kanals und des mechanischen Rückkopplungssignalο des anderen Kanels angeschaltet ist.

2. Betätigungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, -daß die mechanische Summiervorrichtung (11) eine Reihe von schwenkbar miteinander verbundenen Gliedern aufweist, deren» ersten (41) das mechanische Steuersignal zugeführt wird, deren zweiten (43) die Rückkopplungssignale der beiden entsprechenden Kanäle zugeführt werden, und wobei noch ein durch die Bewegungen deB ersten und zweiten Gliedes ausziehbares Glied vorgesehen ist, wodurch die sich

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ändernde länge des erwähnten ausziehbaren Gliedes das erwähnte automatische Befehlssignal umfaßt. ·

3. Betätigungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Summiervorrichtung (11) der beiden Kanäle A und B das erste und zweite Glied gemeinsam aufweisen, und getrennte ausziehbare Glieder vorgesehen sind, wobei die Vorrichtungen zusammen ein rechteckiges Gestänge bilden, in dem die ersten und zweiten Glieder (41, 43) normalerweise parallel verlaufen.

4. Betätigungssystem nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η - ' zeichnet, daß das mechanische Steuersignal an den Mittelpunkt (50) des ersten Gliedes angelegt ist und daß die mechanischen Rückkopplungssignale an das eine oder andere Ende des ausgedehnten zweiten Gliedes (43) angelegt sind, wobei das zweite Glied (43) sich an jedem Ende vom Rechteck aus erweitert.

5. Betätigungssystem nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausgangswelle (4^) mit dem Mittelpunkt (50) des zweiten Gliedes (43) in Verbindung steht, wobei die Ausgangsgröße des Systems die Linearbewegung der Ausgangswelle (44) aufweist.

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6. Betätigungssystem nach Anspruoh 5» daduroh gekennzeichnet, daß jede Vorrichtung zum Anlegen des automatischen Befehlssignals und zur Veränderung der Einstellung der Betätigungsvorrichtung einen elektrischen Geber (53) aufweist, der die Längenänderung des entsprechenden ausziehbaren Gliedes gegenüber einem nominellen Wert abfühlt, wobei die elektrische Ausgangsgröße des Gebers verstärkt und an die entsprechende Betätigungsvorrichtung angelegt wird.

7. Betätigungssystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der ausziehbaren Glieder (42) eine Geschwindigkeitsvorrichtung zugeordnet ist, deren elektrische Ausgangsgröße mit der Geschwindigkeit der Längenänderung des Gliedes in Beziehung steht, wobei die Geschwindigkeitsausgangsgröße algebraisch zu dem entsprechenden automatischen Befehlssignal addiert wird,

8. Betätigungssystem nach Anspruch 7» dadurch g e k' e η η zeichnet, daß jede Geschwindigkeitaausgängsgröße auch dem automatischen Befehlssignal eines anderen Kanals zugeführt ist.

9. Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem ausziehbaren Glied ein Schwellschalter (54) zugeordnet ist, der dann, wenn das

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Glied über den normalen Betriebsbereich hinaus ausgezogen oder zusammengepreßt wird, wird eine Bremsvorrichtung (52) betätigt, um den Betrieb der entsprechenden Betätigungsvorrichtung anzuhalten.

10· Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jedem ausziehbaren Glied ein Schwellschalter (54) zugeordnet ist, der dann in Betrieb kommt, wenn das Glied über den normalen Betriebsbereich hinaus ausgezogen oder zusammengedrückt wird, wobei jede Schalterbetriebsvorrichtung die entsprechende Betätigungsvorrichtung in eine Mittelstellung zurückbringt und sie dort bremst.

11, Betätigungssystem nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangswelle (44) die Steuerung (Lenkung) eines Fahrzeugs in dem das System angeordnet ist, betätigt, wobei das Steuersignal zur Abweichung des Fahrzeuges von einem gewünschten Weg in Abhängigkeit steht.

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