JP2003160097A - 人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビビリ振動が操縦桿にそのまま伝達されるこ
となく、操舵フィーリングが向上する人力・機力ハイブ
リッド飛行操縦装置を提供する。 【解決手段】 操縦桿１０を介して入力された人力の操
舵力を機力で補助して前記操縦桿に機械的に接続された
舵１４を操縦する人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置
１００であって、前記操縦桿を介して前記人力により入
力された操舵トルクＴを補助する補助トルクを発生して
前記舵を駆動するアクチュエータ１３と、前記アクチュ
エータの位置または速度に基づいて、前記舵に対して外
乱により作用する外乱トルクＤ５を求める外乱オブザー
バ２１と、前記外乱トルクが前記操縦桿に伝達されるこ
とが抑制されるように外乱補償を行う外乱補償部とを備
えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人力・機力ハイブ
リッド飛行操縦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、航空機の操縦は、完全な人力のみ
による人力操舵か、機力操舵（油圧）のみであり、人力
・機力ハイブリッド操縦システムは提供されていなかっ
た。

【０００３】近時、図２に示すような人力・機力ハイブ
リッド飛行操縦システム１００が開発されつつある。人
力・機力ハイブリッド飛行操縦システム１００は、人力
操縦システムを主系統とし、高出力／高応答の電動アク
チュエータを用いてパイロット操舵力を補助することに
より、飛行状態に応じた最適な操縦感覚を実現する操縦
システムである。

【０００４】人力・機力ハイブリッド飛行操縦システム
１００は、メカリンク機構とトルクアシスト用アクチュ
エータの併用で操舵を軽くする（一種の電動パワーステ
アリング）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】人力・機力ハイブリッ
ド飛行操縦システム１００は、操縦桿１０とラダー１４
とが機械的に（メカニカルに）接続されている。そのた
め、ラダー１４が気流の乱れなどの外乱の影響により、
ばたつくときに、ラダー１４の舵面のビビリ振動がその
まま操縦桿１０に伝わり、操縦者に不快感を与える。

【０００６】上記のようなビビリ振動が操縦桿１０にそ
のまま伝達されることなく、操舵フィーリングが向上す
ることが望まれている。

【０００７】なお、日本国特許第２８７９９４６号に
は、次の航空機翼のフラッタ抑制システムが開示されて
いる。航空機の翼に設けられた制御舵面を制御するアク
チュエータと、アクチュエータへの動作指令信号を出力
する飛行制御指令手段と、翼の変位を実測してその測定
値に対応する信号を出力する翼変位測定手段と、飛行制
御指令手段の出力信号並びにアクチュエータ動作位置、
空気密度および対気速度を含む情報信号に基づいて通常
飛行時の翼変位を予測し、その予測値に対応する信号を
出力する通常翼変位予測手段と、翼変位測定手段の出力
信号と通常翼変位予測手段の出力信号とを入力してそれ
らの差信号を出力する外乱成分推定手段と、外乱成分推
定手段の出力信号に基づき、外乱による翼変位を相殺す
るよう飛行制御指令手段の出力信号を補正する指令信号
補正手段と、を備えた航空機翼のフラッタ抑制システム
であって、前記翼変位測定手段が、翼構造物の応力によ
る歪みを検出するセンサと、そのセンサの出力信号およ
びその検出部位の翼構造特性に基づいて所定点における
実際の翼変位を演算する実変位演算手段と、を含み、前
記通常翼変位予測手段が、前記アクチュエータ動作位
置、空気密度及び対気速度と揚力との関係、並びに、揚
力と翼構造特性との関係に基づいて前記所定点における
通常飛行時の翼変位予測値を演算する予測演算手段と、
この演算手段への前記アクチュエータ動作位置、空気密
度および対気速度を含む情報信号を出力するエビオニク
スと、を含み、前記指令信号補正手段が、前記外乱成分
推定手段の出力信号が入力される状態観測器を含み、こ
の観測器の演算回路から前記所定点における外乱による
状態量の推定信号を出力し、これを前記補正信号とした
ことを特徴としている。

【０００８】また、特開２０００−１６８６００公報に
は、運転者に不快なトルク振動を感じさせることなく操
舵トルクを軽減することができる以下の電動式パワース
テアリング制御装置が記載されている。その電動式パワ
ーステアリング制御装置は、運転者による操舵トルクを
検出する操舵トルク検出手段と、上記操舵トルクを補助
するトルクを発生するモータと、上記モータの回転速度
を推定或いは測定する回転速度検出手段と、上記推定或
いは測定されたモータ回転速度から操舵による速度成分
を除去する操舵成分除去手段とを備えている。また、運
転者による操舵トルクを検出するトルクセンサで検出さ
れたトルクセンサ出力から操舵周波数成分を除去するト
ルクＨＰＦからのトルクセンサＨＰＦ出力と、電流検出
器で検出したモータに通電される駆動電流検出値を駆動
電流ＨＰＦに通して操舵周波数成分を除去した駆動電流
ＨＰＦ出力とに基づいて、モータ回転速度の推定値であ
る回転速度オブザーバを設けるとともに、ダンピング制
御器において、上記回転速度オブザーバ出力に基づいて
ダンピング電流を演算する。

【０００９】本発明は、人力・機力ハイブリッド飛行操
縦装置において、外乱の影響によるビビリ振動が操縦桿
にそのまま伝わることが無く、操舵フィーリングの良好
な人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以下に、［発明の実施の
形態］で使用する番号・符号を用いて、［課題を解決す
るための手段］を説明する。これらの番号・符号は、
［特許請求の範囲］の記載と［発明の実施の形態］の記
載との対応関係を明らかにするために付加されたもので
あるが、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技
術的範囲の解釈に用いてはならない。

【００１１】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）は、操縦桿（１０）を介して入力された
人力の操舵力を機力で補助して前記操縦桿（１０）に機
械的に接続された舵（１４）を操縦する人力・機力ハイ
ブリッド飛行操縦装置（１００）であって、前記操縦桿
（１０）を介して前記人力により入力された操舵トルク
（Ｔ）を補助する補助トルクを発生して前記舵（１４）
を駆動するアクチュエータ（１３）と、前記アクチュエ
ータ（１３）の位置または速度に基づいて、前記舵（１
４）に対して外乱により作用する外乱トルク（Ｄ５）を
求める外乱オブザーバ（２１）と、前記外乱トルク（Ｄ
５）が前記操縦桿（１０）に伝達されることが抑制され
るように外乱補償を行う外乱補償部とを備えている。

【００１２】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）において、前記外乱オブザーバ（２１）
は、前記アクチュエータ（１３）の前記位置または速度
に代えて、前記舵（１４）の舵角に基づいて、前記外乱
トルク（Ｄ５）を求める。

【００１３】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）において、前記外乱オブザーバ（２１）
は、前記アクチュエータ（１３）の前記速度（Ｄ１）を
一次遅れ部（３１）を用いて擬似微分して前記アクチュ
エータ（１３）の加速度（Ｄ２）を得るとともに、前記
アクチュエータ（１３）の加速度（Ｄ２）に基づいて、
前記アクチュエータ（１３）の変位トルク（Ｄ３）を求
める一方、前記操舵トルク（Ｔ）を一次遅れ部（３２）
を通して一次遅れをさせてなるレバートルク（Ｄ４）を
求め、前記レバートルク（Ｄ４）と前記変位トルク（Ｄ
３）の差分値として、前記外乱トルク（Ｄ５）を求め
る。

【００１４】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）において、前記外乱補償部は、前記外乱
トルク（Ｄ５）を入力するフィルタ（２２）を含み、前
記フィルタ（２２）は、前記操縦桿（１０）を介して前
記人力により操舵されるときの操舵周波数成分を除去す
る。

【００１５】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）において、前記フィルタ（２２）は、前
記人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置（１００）によ
り操縦される飛行対象の飛行条件・飛行状態に応じて、
可変にプログラム可能な補償ゲインを有している。

【００１６】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操縦
装置（１００）において、前記フィルタ（２２）は、補
正トルク（ＴＤ）を出力し、前記アクチュエータ（１
３）は、前記操舵トルク（Ｔ）と前記補正トルク（Ｔ
Ｄ）とが加算されてなる制御トルク（ＴＣ）に基づい
て、前記補助トルクを発生して前記舵（１４）を駆動す
る。

【００１７】本発明では、センサの位置変差信号または
速度信号の擬似微分のゲイン倍と、操縦桿の力センサの
出力（トルク信号）のフィルタ処理後の値を差分するこ
とで外乱を検出し、その検出した外乱に基づいて、力セ
ンサ信号（トルク信号）に補正を加えてトルクアシスト
する。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１を参照して、本発明の人力・
機力ハイブリッド飛行操縦装置（手動・電動ハイブリッ
ド飛行操縦装置）の一実施形態を説明する。

【００１９】図１に示すように、本実施形態は、レバー
フォース１１と、アンプ１２と、アクチュエータ（モー
タ）１３と、舵（ラダー）１４と、センサ１５と、外乱
オブザーバ２１と、フィルタ２２と、加算器３３とを備
えている。

【００２０】本実施形態では、舵１４の操縦に際して、
図２に示すように、操縦桿１０による人力操舵を主系統
とし、電動アクチュエータ１３を用いて、パイロットの
操舵力を補助する手動・電動ハイブリッド操縦システム
１００が用いられている。

【００２１】図１に示されるレバーフォース１１は、操
縦桿（操縦レバー）１０に設けられたトルクセンサであ
り、パイロットが人力で操縦レバーを操作したときの操
舵トルク（Ｔ）を検出する。

【００２２】アンプ１２は、操舵トルク（Ｔ）の信号に
基づいて、上記操舵トルク（Ｔ）を補助するための補助
トルク電流（Ｓ）を生成する。

【００２３】アクチュエータ（モータ）１３は、アンプ
１２から入力された補助トルク電流（Ｓ）によって駆動
され、これにより補助トルクを発生して、パイロットが
舵１４を操舵する際の操舵トルク（Ｔ）のトルクアシス
トを行う。

【００２４】センサ１５は、アクチュエータ１３の回転
速度（Ｄ１）を検出し、その検出した回転速度（Ｄ１）
を外乱オブザーバ２１に出力する。外乱オブザーバ２１
では、入力したアクチュエータ１３の回転速度（Ｄ１）
について、一次遅れ部（一次遅れ要素）３１を用いて擬
似微分を行うことで、回転加速度（Ｄ２）を求める。そ
の回転角加速度（Ｄ２）に対して慣性モーメントが乗算
されることにより（Ｊ）、アクチュエータ１３の変位ト
ルク（Ｄ３）が求められる。

【００２５】一方、レバーフォース１１によって検出さ
れた操舵トルク（Ｔ）は、そのまま外乱オブザーバ２１
の一次遅れ部（一次遅れ要素）３２に入力され、その出
力としてレバートルク（Ｄ４）が求められる。一次遅れ
部３２を経ることで、レバートルク（Ｄ４）は、上記一
次遅れ部３１を用いて求められた変位トルク（Ｄ３）と
の時間軸が一致する。

【００２６】次に、外乱オブザーバ２１では、レバート
ルク（Ｄ４）から変位トルク（Ｄ３）が減算され、その
差分値が外乱トルク（Ｄ５）として得られる。外乱トル
ク（Ｄ５）は、気流の乱れ等の外乱よりラダー１４に伝
達されるトルクである。

【００２７】外乱トルク（Ｄ５）は、外乱オブザーバ２
１からフィルタ２２に出力される。フィルタ２２は、バ
ンドパスフィルタ（ＢＰＦ）であり、プログラム可能な
補償ゲインを有している。フィルタ２２は、入力された
外乱トルク（Ｄ５）のうち、主として高周波である外乱
成分をパスさせ、パイロットの人力により通常に操舵さ
れるときの操舵周波数成分（低周波成分）を遮断する。

【００２８】フィルタ２２では、外乱トルク（Ｄ５）か
ら所定の周波数成分（主に操舵周波数成分）が除去され
るとともに、その成分除去された外乱トルク（Ｄ５）に
は、フィルタ２２の補償ゲインが乗算されて、補正トル
ク（ＴＤ）が求められる。

【００２９】加算器３３は、操舵トルク（Ｔ）と、補正
トルク（ＴＤ）とを加算し、制御トルク（ＴＣ）を求め
る。

【００３０】アンプ１２は、制御トルク（ＴＣ）の信号
に基づいて、上記操舵トルク（Ｔ）を補助するための補
助トルク電流（Ｓ）を生成する。

【００３１】アクチュエータ１３は、アンプ１２から入
力された、外乱トルク（Ｄ５）が反映された補助トルク
電流（Ｓ）によって駆動され、これにより補助トルクを
発生して、パイロットが舵１４を操舵する際の操舵トル
ク（Ｔ）のトルクアシストを行う。

【００３２】このことから、アクチュエータ１３は、舵
１４にビビリ振動などの外乱が発生しているときには、
操舵トルク（Ｔ）のみに対応した補助トルク電流（Ｓ）
に比べて、より大きな補助トルク電流（制御トルク（Ｔ
Ｃ）を反映させた）Ｓで舵１４を駆動（トルクアシス
ト）する。

【００３３】よって、パイロットの手に操縦桿１０を介
して舵１４のビビリ振動（外乱トルク（Ｄ５））が到達
する以前に、その外乱が減衰されるように、アクチュエ
ータ１３が舵１４を操舵する（トルクアシストを行
う）。すなわち、本実施形態では、従来に比べて、結果
的に、外乱が減衰されてその出力が小さく抑えられた状
態で、操縦桿１０に振動が伝達されるため、操舵フィー
リングが向上する。

【００３４】フィルタ２２の補償ゲインは、航空機の飛
行条件・状態に応じて、可変にプログラムされることが
できる。例えば、航空機１００が巡航速度域を飛行して
いる間は、フィルタ２２の補償ゲインは大きな値に設定
され、離着陸時は、小さな値に設定されることができ
る。また、その逆に、巡航速度域では、フィルタ２２の
補償ゲインは小さな値に設定され、離着陸時は、大きな
値に設定されることができる。

【００３５】また、上記実施形態においては、アクチュ
エータ１３の速度センサ１５の検知結果を用いて、外乱
オブザーバ２１が外乱トルク（Ｔ５）を検出したが、こ
れに代えて、アクチュエータ１３の位置センサの検知結
果を用いて外乱トルク（Ｔ５）を検出することができ
る。

【００３６】さらに、アクチュエータ１３の速度または
位置センサに代えて、舵１４の舵角センサの変位からビ
ビリ振動のみを外乱として検出することができる。また
さらに、アクチュエータ１３の速度または位置センサも
しくは舵１４の舵角センサに代えて、舵角オブザーバ
（舵角センサ以外の他の複数のセンサからの複数の検出
結果に基づいて計算により舵角を算出する）により求め
た舵角から、外乱を検出することができる。

【００３７】以上述べたように、本実施形態では、以下
の技術を開示する。すなわち、人力操舵システムに接続
されたトルクアシスト用アクチュエータが、パイロット
の操舵力を軽減するハイブリッド操舵システムにおい
て、舵角センサの変位からビビリ振動のみを外乱として
検出し、外乱補償することで操舵フィーリングを向上さ
せる装置である。

【００３８】上記装置において、ビビリ振動のみを外乱
として検出するに際して、舵角センサの代わりにアクチ
ュエータの位置または速度センサを用いることができ
る。さらに、上記装置において、ビビリ振動のみを外乱
として検出するに際して、舵角センサの代わりに舵角オ
ブザーバを用いることができる。またさらに、上記装置
において、補償ゲインを飛行条件に応じて可変にプログ
ラムすることができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明の人力・機力ハイブリッド飛行操
縦装置によれば、操舵フィーリングが向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の人力・機力ハイブリッド飛行
操縦装置の一実施形態の構成を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】図２は、一般の人力・機力ハイブリッド飛行操
縦装置の要部構成を示す図である。

【符号の説明】

１０ 操縦桿 １１ レバーフォース １２ アンプ １３ アクチュエータ（モータ） １４ 舵（ラダー） １５ センサ ２１ 外乱オブザーバ ２２ フィルタ ３１ 一次遅れ部（一次遅れ要素） ３２ 一次遅れ部（一次遅れ要素） ３３ 加算器 Ｄ１ アクチュエータの回転速度を示す信号 Ｄ２ アクチュエータの加速度を示す信号 Ｄ３ アクチュエータの変位トルクを示す信号 Ｄ４ レバートルクを示す信号 Ｄ５ 外乱トルクを示す信号 Ｔ 操舵トルクを示す信号 ＴＤ 補正トルクを示す信号 ＴＣ 制御トルクを示す信号 １００ 人力・機力ハイブリッド飛行操縦システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠田 和英 愛知県名古屋市港区大江町10番地 三菱重 工業株式会社名古屋航空宇宙システム製作 所内 Ｆターム(参考） 5H550 AA20 BB05 BB08 DD01 GG01 GG03 JJ03 JJ04 JJ25 JJ26 KK06 KK08 LL32

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 操縦桿を介して入力された人力の操舵力
   を機力で補助して前記操縦桿に機械的に接続された舵を
   操縦する人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置であっ
   て、 前記操縦桿を介して前記人力により入力された操舵トル
   クを補助する補助トルクを発生して前記舵を駆動するア
   クチュエータと、 前記アクチュエータの位置または速度に基づいて、前記
   舵に対して外乱により作用する外乱トルクを求める外乱
   オブザーバと、 前記外乱トルクが前記操縦桿に伝達されることが抑制さ
   れるように外乱補償を行う外乱補償部とを備えた人力・
   機力ハイブリッド飛行操縦装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の人力・機力ハイブリッド
   飛行操縦装置において、 前記外乱オブザーバは、前記アクチュエータの前記位置
   または速度に代えて、前記舵の舵角に基づいて、前記外
   乱トルクを求める人力・機力ハイブリッド飛行操縦装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の人力・機力ハイブリッド
   飛行操縦装置において、 前記外乱オブザーバは、前記アクチュエータの前記速度
   を一次遅れ部を用いて擬似微分して前記アクチュエータ
   の加速度を得るとともに、前記アクチュエータの加速度
   に基づいて、前記アクチュエータの変位トルクを求める
   一方、前記操舵トルクを一次遅れ部を通して一次遅れを
   させてなるレバートルクを求め、前記レバートルクと前
   記変位トルクの差分値として、前記外乱トルクを求める
   人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置。
4. 【請求項４】 請求項１から３のいずれか１項に記載の
   人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置において、 前記外乱補償部は、前記外乱トルクを入力するフィルタ
   を含み、 前記フィルタは、前記操縦桿を介して前記人力により操
   舵されるときの操舵周波数成分を除去する人力・機力ハ
   イブリッド飛行操縦装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載の人力・機力ハイブリッド
   飛行操縦装置において、 前記フィルタは、前記人力・機力ハイブリッド飛行操縦
   装置により操縦される飛行対象の飛行条件・飛行状態に
   応じて、可変にプログラム可能な補償ゲインを有してい
   る人力・機力ハイブリッド飛行操縦装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の人力・機力ハイブリッド
   飛行操縦装置において、 前記フィルタは、補正トルクを出力し、 前記アクチュエータは、前記操舵トルクと前記補正トル
   クとが加算されてなる制御トルクに基づいて、前記補助
   トルクを発生して前記舵を駆動する人力・機力ハイブリ
   ッド飛行操縦装置。