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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Flugzeugsteuerung und insbesondere
die Integration von Flugzeugversorgungssystemen mit Avioniksystemen,
um eine integrierte Steuerung, Anzeige und Überwachung von Flugzeugfunktionen
bereitzustellen, damit ein einfacheres und weniger redundantes System
produziert wird, um die Anzahl sowohl der Cockpitcontroller als
auch der austauschbaren Einheiten (LRUs – Line Replaceable Units) zu
reduzieren und eine Reduzierung hinsichtlich Gewicht, Raum und Gesamtkosten
zu erzielen.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Systeme
nach dem Stand der Technik haben die Avionik (Steuerung des Flugzeugflugs
wie etwa Autopilot, Flugmanagementsysteme, Displays, Radar usw.)
und die Flugzeugversorgungssysteme (Klimaanlage, Sauerstoffkontrolle,
Kommunikation, Brandschutz, Treibstoff, Triebwerksteuerungen, Lichter
usw.) mit separaten unabhängigen
Steuerungen bewerkstelligt. Die einzige versuchte Integration beider
Funktionen bestand darin, einige Versorgungsausgangssignale der
Avionik zum Zweck der Überwachung
und Anzeige vorzulegen. 1 zeigt eine typische Anordnung
nach dem Stand der Technik, bei dem der Flugzeugversorgungssystemabschnitt
der Flugzeugsteuerungen allgemein im oberen Abschnitt der Figur
durch einen Pfeil 12 und die Avioniksysteme allgemein im
unteren Abschnitt der Figur mit einem Pfeil 16 gezeigt
sind. Viele der Funktionen der Versorgungssysteme werden von dem
Piloten von Hand gesteuert, wie etwa über viele Schalter, Drehknöpfe und
Drucktasten, die man im allgemeinen irgendwo im Cockpit und oftmals
in dem sich über Kopfhöhe befindlichen
Instrumentenbrett findet. Diese verschiedenen Steuerungen sind in 1 in
einem Kasten 20 mit dem Titel „Systemsteuerungsinstrumentenbretter" gezeigt. Die individuellen
Schalter, Drehknöpfe
und Drucktasten sind bestimmt für
das Einstellen der verschiedenen Versorgungssysteme. Eine weitere
Gruppe von Steuerungen sind nichtmanuelle oder automatische Versorgungssysteme,
bei denen es sich um individuelle Systeme in austauschbaren Kästen oder
um austauschbare Einheiten handeln kann, die für spezifische Steuerungen verwendet
werden und in 1 als ein Kasten 24 mit
dem Titel „Elektronische
Steuerungs-LRUs" gezeigt
sind. Noch weitere nichtmanuelle Einrichtungen wie etwa Relais,
Dioden und Zeitgeber usw. sind in den Versorgungssystemen enthalten,
und diese sind in 1 als ein Kasten mit dem Titel „Diskrete A/C-Komponenten" gezeigt. Die LRUs 24 und
die diskreten Komponenten 28 sind so gezeigt, daß sie Eingangssignale
von verschiedenen Flugzeugsensoren wie etwa Temperatur, Druck, usw. über als
gestrichelte Linie 32 gezeigte Schnittstellen von einem Kasten 36 mit
dem Titel „A/C-Systemsensoren" erhalten. Die LRUs 24 und
die diskreten Komponenten 28 erhalten auch Eingangssignale
von den Steuerungsinstrumentenbrettern 20 über als
durchgehende Linie 40 gezeigte Schnittstellen. (Der Zweckmäßigkeit
halber sind manuelle Steuerungswege mit durchgezogenen Linien und
Automatiksystemsteuerungswege mit gestrichelten Linien gezeigt).
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Die
von Flugzeugversorgungssystemen gesteuerten Einrichtungen wie etwa
Ventile, Motoren, Lichter, Gebläse
und Aktuatoren, die gesteuert werden sollen, sind als Kasten 44 mit
dem Titel „Flugzeugversorgungssysteme-gesteuerte
Einrichtungen" gezeigt,
der so gezeigt ist, daß er
Steuersignale von den Steuerungsinstrumentenbrettern über die Schnittstellen 40 erhält. Die
gesteuerten Einrichtungen 44 können auch Steuersignale vom
manuellen Typ von den LRUs über
als durchgezogene Linie 46 gezeigte Schnittstellen und
von den Komponenten 28 über
als durchgezogene Linie 48 gezeigte Schnittstellen empfangen.
Die LRUs 24 und die Komponenten 28 liefern auch
Steuersignale vom Automatiktyp an die gesteuerten Einrichtungen 44 über als
gestrichelte Linien 50 bzw. 52 gezeigte Schnittstellen.
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Die
Avioniksysteme 16 sind in der Regel integriert, wie durch
einen Kasten 60 mit dem Titel „integrierte Avionik" gezeigt. Der Avionikkasten 60 enthält einen
Computer und empfängt
den Status von Steuerbefehlen von den Steuerungsinstrumentenbrettern 20 über eine
als Pfeil 62 gezeigte durchgezogene Linie, von den LRUs 24 über eine
durchgezogene Linie 64 und eine gestrichelte Linie 65 und
von den Komponenten 28 über
eine durchgezogene Linie 66 und eine gestrichelte Linie 67.
Die Avionik 60 empfängt
außerdem
Statuseingangssignale von den gesteuerten Einrichtungen 44 über eine
Leitung 68 und A/C-Systemsensordaten über eine gestrichelte Linie 70.
Schließlich
empfängt
und sendet die Avionik 60 Signale von den und an die LRUs 24 über eine
als Doppelpfeil 72 gezeigte Linie. Ein Ausgang 73 von dem
Avionikkasten 60 ist für
den Zweck gezeigt, daß Signale
an die verschiedenen Avionikflugzeugsteuerungen (nicht gezeigt)
geliefert werden.
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Man
kann sehen, daß die
individuelle Verarbeitung und extensive Kopplung des Systems von 1 nach
dem Stand der Technik komplex und aufwendig ist und überschüssiges Gewicht
und überschüssigen Raum
involviert und daß viel
davon dupliziert und redundant ist.
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Aus
der US-Patent Spezifikation Nr. 4,845,495 ist eine integrierte Avioniksteuerungs-
und displayanordnung bekannt, in der Signale zu dem Display übertragen
werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung stellt ein integriertes Flugzeugsteuerungssystem
wie in Anspruch 1 definiert bereit.
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Das
System kann die Merkmale eines beliebigen oder mehrerer der abhängigen Ansprüche 2 bis 5
enthalten.
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Die
vorliegende Erfindung integriert den größten Teil der Flugzeugversorgungssysteme 12 zu einem
einzelnen integrierten System, wobei sie viel von den bereits existierenden
Geräten
verwendet, die in der Avionik 60 von 1 angetroffen
werden. Dies wirkt dahingehend, das System erheblich zu vereinfachen
und Duplizierung zu reduzieren, wodurch man Gewicht, Raum und Kosten
einspart.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
ein Systemdiagramm des Stands der Technik und
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2 ist
ein Systemdiagramm der vorliegenden Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
bevorzugte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist als Blockdiagramm in 2 gezeigt. 2 führt alle
von der Vorrichtung von 1 ausgeführten Funktionen durch, aber
in einer viel einfacheren und kompakteren Anordnung. Es sei angemerkt,
daß die
meisten der Steuerungsinstrumentenbretter, die in Kasten 20 von 1 erschienen,
eliminiert worden sind, wie man in Kasten 80 von 2 sehen
kann. Zurück
bleibt eine erforderliche Gruppe von Steuerungen, die als „Backup-Steuerungen" bezeichnet werden,
und es könnte
sein, daß in
einigen Fällen
andere Steuerungen unter den Steuerungsinstrumentenbrettern in Kasten 80 verbleiben
müssen, doch
sind größtenteils
alle Schalt- und Einstellfunktionen in das neue integrierte System
von Kasten 84 mit dem Titel „integrierte Avionik- und
Versorgungssystemsteuerung" integriert
worden.
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Es
sei auch angemerkt, daß die
Elektroniksteuerungs-LRUs 24 und
die diskreten A/C-Komponenten 28 von 1 eliminiert
worden sind und in den neuen integrierten Systemsteuerkasten 84 integriert
worden sind. Auch hier wieder kann es in einigen Fällen, wenn
einige der Nicht-Backup-Steuerungsinstrumentenbretter in dem Kasten 80 verbleiben,
erforderlich sein, weiterhin einige der LRUs und einige diskrete
Komponenten zu verwenden, wobei dann die Anordnung von 1 weiterhin
verwendet werden muß,
aber die Anzahl der LRUs und Komponenten wird stark reduziert sein.
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Die
integrierte Avionik 60 von 1 ist auch in
den neuen integrierten Systemsteuerkasten 84 integriert
und viele der Komponenten davon finden nicht nur in der Avioniksteuerung,
sondern auch in der Versorgungssteuerung Verwendung.
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Es
ist ersichtlich, daß die
Funktionen der Steuerungsinstrumentenbretter 20, der LRUs 24,
der diskreten Komponenten 28 und der integrierten Avionik
zu einem integrierten Gesamtsystemkasten 84 kombiniert
worden sind. Die von den manuellen Steuerungen von den Steuerungsinstrumentenbrettern 20 erzeugten
Funktionen werden nun von einem System erzeugt, das den Computergraphik-
oder Icondisplays von verschiedenen Standardcomputerprogrammen ähnlich ist.
Insbesondere befindet sich innerhalb des integrierten Systemsteuerkastens 84 ein Cockpitdisplaykasten 86,
der über
eine als Pfeil 90 gezeigte Verbindung mit einem manuellen
Steuerkasten 88 verbunden ist. Die manuelle Steuerung 88 wird
zumindest dual sowohl für
Pilot als auch Copilot ausgelegt sein, und jede kann eine Cursorsteuereinrichtung,
eine Maus oder bestimmte Soft-Keys
auf der Tastatur zum Wählen
und Eingeben von Befehlen verwenden. Display 86, von dem
es üblicherweise mehrere
gibt, kann jeweils dem Monitor eines Computers entsprechen und Graphikdisplays
und Icons der verschiedenen Funktionen zeigen, die gesteuert werden
müssen.
Beispielsweise können
zum Steuern der Fluidströmung
mehrere Ventile und Zwischenverbindungen auf dem Schirm des Displays 86 erscheinen,
und der Pilot kann dann eine manuelle Steuerung des Kastens 88 wie
etwa eine Maus so bewegen, daß ein
bestimmtes Ventil hervorgehoben wird. Nach dem Drücken von „Eingabe" und Wählen des
gewünschten
Ventils kann bewirkt werden, daß die
verschiedenen Steuerungen für
das Ventil erscheinen, wie etwa „Öffnen" und „Schließen" usw. Wieder würde der Pilot die gewünschte Aktion
wählen
und „Eingabe" drücken. Bei
Wahl der entsprechenden Aktion würde
ein Signal von dem Cockpitdisplaykasten 86 über eine
als Doppelpfeil 92 gezeigte Verbindung zur Verarbeitung
zu einer „Modular Avionics
Unit" (MAU) 96 gesendet
werden. Die MAU 96 ist ein Kasten, in dem mehrere Leiterplatten
mit Verarbeitungs- und
Eingabe-/Ausgabe-(E/A)-Schnittstellenkapazität für eine Systemsteuerung eingesetzt sind,
und viele von ihnen werden die Funktion des Verarbeitens von Signalen
von dem Display 86 besitzen. Beispielsweise würde ein
die Öffnung
eines bestimmten Ventils anforderndes Signal durch eine oder eine
Kombination der Leiterplatten in der MAU 96 verarbeitet
um ein Signal auf einer Leitung 100 zu erzeugen, das die
ordnungsgemäßen Charakteristiken
aufweist, um von der gewünschten
einen der von einem Versorgungssystem gesteuerten Einrichtungen
verwendet zu werden. Andere Signale vom Versorgungssystemtyp von
der MAU 96 zum Bewirken weiterer gewünschter Aktionen, die in 1 erzielt wurden,
werden auch als manuelle und automatische Steuersignale auf Ausgangsleitungen
vorgelegt, wie als Doppelpfeile 100 und 101 gezeigt.
Weitere Leiterplatten verarbeiten die Avioniksignale auf eine Weise,
die der integrierten Avionik 60 von 1 ähnelt, und
auch sie erzeugen Steuersignale auf den Leitungen 100 und 101.
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Die
Leitungen 100 und 101 sind an einen Kasten 102 angeschlossen
gezeigt, der nun bezeichnet ist als eine „Flugzeugversorgungs- und
Avioniksysteme-gesteuerte Einrichtungen", um zu zeigen, daß er sowohl die Versorgungs-
als auch die Avioniksteuerungen verarbeitet. Auch ist eine Verbindung 110 von
den Backup-Steuerungen des Steuerungsinstrumentenbrettkastens 80 mit
dem gesteuerte-Einrichtungen-Kasten 102 verbunden gezeigt,
um die gewünschte
Steueraktion manuell zu produzieren, wenn ein Backup benötigt wird.
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Bei
der vorliegenden Erfindung ist es einfach, die MAU 96 mit
dualen Verarbeitungskanälen zu
versehen, um für
eine Systemredundanz für „fail safe"- und „fail operational"-Betrieb zu sorgen.
Zudem können
Systemlieferanten leicht ihre eigenen Leiterplatten zur Integration
in das neue System bereitstellen.
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Der
A/C-Systemsensorenkasten 36 ist der gleiche wie in 1,
erzeugt nun aber seine Ausgangssignale auf einer gestrichelten Leitung 114 zum MAU-Kasten 96.
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Man
kann sehen, daß dadurch,
daß die
Vielzahl von Steuerungsinstrumentenbrettern, LRUs, diskreten Komponenten
und Avionik in ein unitäres integriertes
System gebracht wird, wo der Pilot die Operationen von einem Cockpitdisplay
aus steuert und die Signale von individuellen Schaltungen und Prozessoren
auf den Leiterplatten in der MAU 96 verarbeitet werden,
die weiterhin Eingangssignale von den A/C-Sensoren im Kasten 36 empfängt, das
Gesamtsystem stark vereinfacht, die Anzahl der Komponenten stark
reduziert, die unnötige
redundante Funktion zum größten Teil
eliminiert und die Größe, das
Gewicht und die Kosten des Geräts
zum Steuern der Versorgungssysteme eines Flugzeugs stark reduziert
werden.
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Dem
Fachmann ergeben sich viele Abänderungen
und Zusätze
zu der in 2 gezeigten Vorrichtung, und
ich möchte
nicht auf die beim Beschreiben der bevorzugten Ausführungsform
gezeigte spezifische Vorrichtung beschränkt sein.