JP2004504210A - 乗物内におけるコマンドレーンにコマンド・オーグメンテーションを提供するための方法 - Google Patents

Abstract

パイロット・コマンドレーン信号を、パイロット入力コマンドを第１の加算器（１３）及び表面アクチュエータ制御回路（１７）に送信することによって、パイロット・コマンドレーン信号を拡張する方法。第１の加算器出力信号（１１３）は第２の加算器回路（１５）に送信され、第１の加算器出力信号と飛行制御信号（１１９）とを加算（又は減算）することにより、結果として第２の加算器出力信号（１１５）を生成する。第２の加算器出力信号は第１の加算器へ送信され（１１５）、第２の加算器出力信号はパイロットコマンド入力信号（１１１）と加算、減算、又は変更される。このように、パイロットコマンド入力信号（１１１）は第２の加算器出力信号と共に拡張つまり結合され、飛行制御コンピュータ／エビオニクス制御電子回路が直接的にパイロットのコマンド入力信号を拡張させるのではなく、航空機により優れた制御を提供する。

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、航空機エレクトロニクスに関し、より詳細には航空機のパイロット・コマンドレーンに対し少なくとも一つのオーグメンテーション信号を導入する方法に関する。
発明の背景
近年、フライバイワイヤ飛行制御システムは航空機上の多くの機械的飛行制御システムに置き換わっている。ケーブル及び他の機械的コンポーネントを必要とする複雑な機械的アセンブリを組み込んだより昔の航空機は、パイロットコマンドを操縦面に送信する一方、フライバイワイヤ飛行制御システムはパイロット・コマンドを、他のデータと組み合わされた場合に、航空機の飛行面を制御するために航空機の飛行面に送信するであろう電気信号に変換するように設計されている。フライバイワイヤ飛行制御システムにおいて、パイロット・コマンドは様々な機械的又は電気的コンポーネントにおけるパイロット入力を感知する変換器又はセンサーを使用して電気信号へ変換される。変換器により生成された電気信号は、飛行パラメータを表す他のデータと共に飛行制御コンピュータ又は飛行コンピュータへ送信される。それが受信するデータに基づいて、飛行コンピュータはパイロットにより要求された所望の飛行パスを達成するよう設定された信号を生成する。アクチュエータ制御エレクトロニクス（「ＡＣＥ」）として知られる回路システムは、飛行制御コンピュータからこれらの電子信号を受信し、コマンド信号を航空機の表面（ｓｕｒｆａｃｅ）に取り付けられる水力式又は電気油圧式アクチュエータへ送信する。各水力式アクチュエータは、アクチュエータの動作により第１操縦面を動作させるように可動表面に結合されている。
【０００２】
航空機の機械的又は電気的コンポーネントのパイロットの動作から航空機の表面へのコマンドパスは、一般的にパイロットと各表面との間に少なくとも一つのコマンドレーン信号を含む、パイロット・コマンドレーンとして知られている。パイロットが直接的に各表面と通信する場合には、それはダイレクトモード・コマンドレーンとして知られている。従来は図１に示されるように、安全性の理由からパイロットコマンドが航空機を直接的に制御することは許容されてはおらず、アクチュエータ及び表面制御メカニズムに送信される前に飛行制御モジュール及びＡＣＥ回路（まとめてＦＣＭ／ＡＣＥ回路）に直接的に送信される。例えば、パイロットが飛行中に急降下を実行するよう航空機を制御する場合、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路はこれは通常の航空機の動作ではなく、従ってパイロットがそのような指示をアクチュエータ及び表面制御メカニズムに送信するのを防止する。ＦＣＭ／ＡＣＥ回路はさらに、付加的なコマンドを入力信号に提供することによりパイロット入力信号を直接的に拡張又は結合し、それによってより容易にパイロットが航空機を、高スピード、低スピード及び任意の高度で制御することを可能とする。同様に、例えば、ＦＣＭ／ＡＣＭ回路は、パイロットが航空機を自動的に及び何らの努力もなく操作させることを可能とするが（クルーズ制御又は車における自動送信と同様）、ＦＣＭ／ＡＣＭ回路が分離された場合には、航空機は制御することがより困難になるであろう。パイロットはマニュアルでＦＣＭ／ＡＣＭ回路を分離し得る一方、そのような動作は現在の連邦規制の元で厳格に反対されており、航空機が普通に動作している場合には、完全に禁止されている。
【０００３】
ＦＣＭは、航空機の飛行をスムースにする信号を直接コマンドへの導入することによってパイロットの直接コマンドへオーグメンテーションを提供する。ＦＣＭは、異なる状況において航空機を同じように動作させることを可能とすることによってスムースな飛行を確実にする。
【０００４】
ＦＣＭは安定性オーグメンテーション、配置オーグメンテーション、スラストオーグメンテーションを提供する。安定性オーグメンテーションは、ＦＣＭが飛行をスムースにするために小さな調整をする場合である。例えば、航空機がある天候状態によってはまっすぐおよびスムースに飛行出来ないこともあるであろう。航空機は、上下に動く、つまりそのピッチおよび高度が一定に変化する。ＦＣＭはこの状態を感知し、連続的にエレベータに信号を送信することにより、これらの傾向を打ち消し、スムースで水平な飛行を保証にする。
【０００５】
配置オーグメンテーションは、航空機の配置に関係なく、例えばフラップがインであるかそれらが拡がっているかに関わりなく飛行機がパイロットの視線から同じように振る舞うことを可能とする。通常、フラップが拡がっている場合、航空機の翼力が増加し、パイロットは航空機が同じ高度に維持し得るようにエレベータを調整することによって増加した翼力を調整しなくてはならない。オーグメントされた航空機のパイロットは、航空機は航空機の異なる配置を補償するので機首を下にして下降させる必要はない。
【０００６】
スラスト・オーグメンテーションは、エンジンにより生成されたスラストを自動的に調整することによって一定のスピードを維持する。例えば、航空機が平行に飛行する場合よりピッチダウンする場合により小さなスラストが必要とされる。この調整はＦＣＭによって自動的になされ得る。
【０００７】
航空機の動作の間、航空機のパイロットは航空機の飛行を援助するために特定のデータを必要とする。このデータは、空気のスピード、高度、天候、位置、飛行方向及び他のナビゲーションデータを含んでいる。データは、航空機の様々な部分に配置された変換器又はセンサーによって生成される。この情報管理データ及び他の情報管理データを生成し報告するために使用されるシステムは、一般に「エビオニクス」と呼ばれている。「エビオニクス」という語は、コンピュータにパイロット制御へ入力させることを可能とする自動パイロット機能をさらに含んでいる。現代のフライバイワイヤ航空機において、エビオニクスシステムは、例えば、電源、プロセッサ、メモリー、オペレーティングシステム、ユティリティソフトウエア、ハードウエア、ビルトインテスト装置、及び入力／出力ポートを共有するようにキャビネット又はハウシングに配置され得る。エビオニクスのこのグルーピングは、当業者においては、統合型モジュラーエビオニクス（「ＩＭＡ」）として知られている。
【０００８】
ＩＭＡは、飛行管理、ディスプレー、ナビゲーション、中央メンテナンス、航空機状態モニタリング、飛行デッキ通信、スラスト管理、デジタル飛行データ、エンジンデータインターフェース、自動飛行、自動スロットル、及びデータ変換を含む、それには制限されない、多くの機能のためのデータを収集し、処理する。
【０００９】
従来技術の方法に関連した問題の一つに、安全目的のために、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路が相似の冗長性又は設計上の多様性に対しセットアップされる必要があるということがある。相似の冗長性においては、お互いは相似しているが同一ではない二つのコンピューティング・システム又はコンピューティング・レーンが、航空機において使用されている。
【００１０】
この設計は、高度な集約型プロセッサである。例えば、二つのコンピュータ・チャンネルは、各々が異なるＣＰＵ及び異なるソフトウエアを有するように使用され得る。代替的に、同じＣＰＵが各コンピュータパスに対し使用され得るが、異なるソフトウエア（例えば、別のグループのプログラマーにより発生される）が使用されるであろう。相似した冗長性の背後にある理論は、コンピュータレーンの一つが間違いをした場合、同じ機能を、異なる方法で実行する第２の計算レーンが、同じ場所に発生する同じ間違いを含むという可能性がないということである。
【００１１】
そのような相似の冗長性のスキームは、同じソフトウエアプログラムが二回開発されなくてはならないので、開発コストの増加をもたらす。しかし、連邦航空規制はフルタイムのクリティカルなコンポーネントが相似した冗長性を持つことのみを要求する。パートタイムのクリティカルなコンポーネントに対するそのような要求は存在しない。従ってソフトウエアの開発コストはソフトウエアが二回開発されなくてはならないので、ほぼ二倍になる。さらに、別の電源及び別の処理能力を有する別個の制御コンピュータに対する必要性から、航空機が非常に重くなる。飛行機の制御コンピュータの分離は、典型的な制御コンピュータが標準ＡＲＩＮＣ６２９バス上をＩＭＡと通信する方法のために別の不利点をもたらす。ＡＲＩＮＣ６２９バスは、ＩＭＡ内部へのバスより遅い。従って、それが処理される場合にデータを飛行制御コンピュータへ送信するＩＭＡにとって、より少ないデータが送信されなくてはならないか、もしくは同じデータがより長い時間送信されなくてはならない。
【００１２】
タイムリーな方法で情報を受信することの重要性のため、従来技術における設計者はより少ないデータを送信することを選択した。したがって、別の飛行制御コンピュータはＩＭＡによって生成される充分な飛行情報を受信しない。
【００１３】
さらに、従来技術の方法における他の不利点の一つは、それがパイロット・コマンドレーンに直接的にＦＣＭ／ＡＣＥ回路を配置することである。ソフトウエアの冗長性は、従来のＦＣＭ／ＡＣＥが航空機の動作を妨害しないであろう可能性を非常に減少させるのに有用である一方、ＦＭＣ／ＡＣＥ回路が完全に失敗するであろうというなんら完全な保証はない。従って、従来技術の方法は、およそあり得ない場合にさえ航空機の動作を潜在的に非安全にする。これらの可能性を緩和又は除去する方法又はシステムが必要とされる。
本発明の概要
以下の発明の要旨は、本発明にユニークな革新的ないくつかの特徴を理解することを容易にするために提供されるもので、完全な記述を意図しているものではない。本発明の様々な特徴の完全な理解は、明細書、特許請求の範囲、図面、要約の全てを全体的に理解することによってのみ獲得し得る。
【００１４】
本発明は、航空機の操作をより安定させ安全性の増加を達成するために少なくとも一つの拡大された信号をパイロット・コマンドレーン信号に提供する方法に関する。一つの実施の形態においては、本発明はパイロットの入力コマンドを第１の加算器及び表面アクチュエータ制御回路に送信する。第１の加算器の出力信号は第２の加算器回路に送信され、第１の加算器出力信号と飛行制御信号とが加算（又は減算され）され、結果として第２の加算器出力信号が生成される。第２の加算器出力信号は、第１の加算器へ送信され、第２の加算器出力信号とパイロットのコマンド入力信号とが加算（又は減算）される。このように、パイロットのコマンド入力信号は第２の加算器出力信号と拡大又は結合され、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路に直接パイロットコマンド入力信号を拡大させないようにしつつ、航空機によりよい制御を提供する。
【００１５】
本発明の新しい特徴は、以下の発明の詳細な説明の考察から当業者に明かになるであろうし、又は本発明の実践から学ぶことが可能である。しかし、本発明の詳細な説明及び提示される特定の例示は、本発明のある実施の形態を示すもので、本発明の精神及び範囲内の様々な変形及び修正が以下の発明の詳細な説明及び特許請求の範囲から当業者に明かになるであろうことから、それらは単なる例示が目的である。
発明の詳細な説明
添付された図面はさらに本発明の説明するものであり、発明の詳細な説明と共に、本発明の原理を説明するために役にたつ。
【００１６】
図２に示すように、本発明は少なくとも一つのコマンドオーグメンテーション信号を、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路をパイロット・コマンドレーンに直接的に組み込んでいない航空機内のパイロット・コマンドレーンに提供するための方法である。
【００１７】
図２に示され、及びコマンドレーンの実現として識別される本発明の実施の形態に従うと、パイロットの入力コマンド（例えば、常に少なくと一つの電圧信号である）１１１は第１の加算器回路１３又は同様なプロセッサに送信され、その後、表面アクチュエータ制御回路１７に送信される。第１の加算器出力信号１１３は、第１の加算器出力信号１１３を飛行制御信号１１９と加算、減算又は一般的に変更し、結果として第２の加算出力信号１１５を生成する、第２の加算器回路１５又は同様なプロセッサへ送信される。第２の加算器出力信号１１５は、第２の加算器出力信号をパイロットコマンド入力信号１１１と加算、減算又は一般的に変更する第１の加算器１３へ送信される。このように、パイロットコマンド入力信号１１１は、第２の加算器出力信号１１５と拡大又は結合され、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路が直接的にパイロットコマンド入力信号１１１を拡大させるのではなくして、航空機のよりよい制御を提供する。このように、航空機のセンサーは航空機の不安定な動作を検出し、その情報がＦＣＭ／ＡＣＥ回路２１に送信される。ＦＣＭ／ＡＣＥ回路２１は、パイロット入力コマンド信号１１１と結合される信号１１９を順番に送信して、パイロット入力コマンドに（例えば）電圧を加算又は減算させ、航空機のスムースな動作及び保全性が確保される。一つの実施形態では、これは閉ループ制御システム又はコマンドレーン２３を完成させる。当業者には、ＦＣＭ／ＡＣＥ回路２１は決して表面制御に対するパイロットコマンドに影響を与えずに、従って、表面制御コマンドレーンへの航空機のプライマリー・スティックに決して問題を生じさせ得ない。
【００１８】
好ましくは、制限手段１９はＦＣＭ／ＡＣＥ回路２１及び第２の加算器回路１５と電気的に通信する。制限手段１９は、ＩＭＡ、ＦＣＣ、ＡＣＥの制限量を制限することを意図しており、パイロットは飛行制御システム全体において、航空機の全体的な動作を有することが出来る。当業者は、制限手段１９の設計は、ハードウエア又はソフトウエアで実践することができ、及びデジタル又はアナログ形式で実践することが出来るということが理解出来るであろう。アナログ制限手段は、ソフトウエアの実践と同じ設計上の冗長性を必要としないので好ましい実施の形態である。制限手段１９は、速度の制限、ゲインの制限、エアースピードの制限、横揺れ位相マージン制限の制限、偏揺れの制限、ピッチの制限、スピードブレークの制限、カラム位置データの制限、航空機の安全操作に必要な同様な制限を、それらに限定することなく、限定することが出来る。
【００１９】
図３の別の実施の形態においては、本発明は表面／アクチュエータ制御回路２５及びコマンドレーン２３と通信するモニターＦＣＭ／ＡＣＥ回路２１を含んでいる。この実施の形態においては、表面アクチュエータ制御回路１７の出力１１７は、必要な場合には更なる冗長性を提供するためにモニターＦＣＭ／ＡＣＥ２５へ送信される。モニターＦＣＭ／ＡＣＥは、エビオニクスおよびセンサーとも通信し、さらにコマンドレーン２３と通信する。この方法で、任意の動作上の不安定性がモニターＦＣＭ／ＡＣＥ回路２５により検出され、それはコマンドレーン２３と通信することが出来、コマンドレーン２３に潜在的な問題の通知するか若しくは、コマンドレーン２３をパイロット入力信号１１１がさらに拡張しないよう制御して分離する。さらに、当業者はモニターＦＣＭ／ＡＣＥ２５は決して表面制御へのパイロットコマンドに影響を与えず、従って航空機のプライマリースティックに決して問題を引き起こす原因とはなり得ない。
【００２０】
さらに当業者には、本発明の他の変形及び修正が明かであり、添付された特許請求の範囲はそのような変形及び修正が含みうるということを意図している。上述した特別な値及び構成は変形可能であり、それらは本発明の特定の実施の形態を説明するために引用されているもので、本発明の範囲を限定することを意図しているものではない。乗物内でコマンドレーンにコマンド・オーグメンテーションを提供する方法の原理及びプレゼンテーションに従う限り、本発明の使用は様々な特徴を持つコンポーネントを含みうるということが熟考されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のパイロット・コマンドレーンを示すブロック図である。
【図２】本発明の一つの実施の形態に従った、パイロット・コマンドレーンを示すブロック図である。
【図３】本発明の別の実施の形態に従った、モニター・コマンドレーンを示すブロック図である。

Claims (17)

1. 乗物内のパイロット・コマンドレーンにコマンド・オーグメンテーションを提供するための方法であって、
   ａ）パイロットの入力コマンドを第１の加算器及び表面アクチュエータ制御回路に送信するステップと、
   ｂ）第１の加算器出力信号を第２の加算器回路の送信して、第１の加算器出力信号を飛行制御コンピュータ／アクチュエータ制御エレクトロニクス（ＦＣＭ／ＡＣＥ）回路からの飛行制御信号と共に変更し、結果として第２の加算器出力信号を生成する、ステップと、
   ｃ）第２の加算器出力信号を第１の加算器へ送信して、第２の加算器出力信号をパイロットコマンド入力信号とともに変更するステップと、
   を含み、それらのステップはコマンドレーンとして正確に識別される、方法。
2. ＦＣＭ／ＡＣＥ回路及び第２の加算器回路と通信する制限手段を導入するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 制限手段は、速度、ゲイン、エアースピード、位相マージン、航空機の横揺れ、航空機の偏揺れ、航空機のピッチ、スピードのブレーク、カラムの位置データ及び航空機の安全操作に必要とされる同様の制限を制限することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 表面アクチュエータ制御回路はアクチュエータ出力信号を有し、さらにアクチュエータ出力信号をモニター飛行コンピュータ／アクチュエータ制御エレクトロニクス（ＦＣＭ／ＡＣＥ）回路に送信して、結果としてＦＣＭ／ＡＣＥ信号を生成するステップと、をさらに含む、請求項３に記載の方法。
5. ＦＣＭ／ＡＣＥ回路にコマンドレーンと通信して制御を可能とさせるステップをさらに含む、請求項４に記載の方法。
6. 乗物の制御を支援するために、拡張された信号を乗物内のパイロットの入力コマンド信号へ提供する方法であって、
   パイロットの入力コマンドを第１の電子回路に送信し、結果として第１の電子信号を生成するステップと、
   第１の電子信号を表面アクチュエータ制御回路及び第２の電子回路に送信するステップと、
   第２の電子回路が飛行制御コンピュータ／アクチュエータ制御電子エレクトロニクス（ＦＣＭ／ＡＣＥ）回路からの飛行制御信号を第１の電子信号に導入することによって、第１の電子信号を変更し、結果として第２の電子信号を生成させるステップと、
   第２の電子信号を第１の電子回路へ送信して、第２の電子信号をパイロット入力コマンドとともに変更するステップと、
   を含み、それらのステップはコマンドレーンとして正確には識別される方法。
7. ＦＣＭ／ＡＣＥ回路および第２の電子回路と通信する制限手段を導入するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記制限手段は速度、ゲイン、エアースピード、位相マージン、航空機の横揺れ、航空機の偏揺れ、航空機のピッチ、スピードのブレーク、カラムの位置データ及び航空機の安全操作に必要とされる同様の制限を制限することを特徴とする、請求項７に記載の方法。
9. 表面アクチュエータ制御回路はアクチュエータ出力信号を有し、さらにアクチュエータ出力信号をモニター飛行コンピュータ／アクチュエータ制御エレクトロニクス（モニターＦＣＭ／ＡＣＥ）回路に送信して、結果としてＦＣＭ／ＡＣＥ信号を生成するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
10. モニターＦＣＭ／ＡＣＥにコマンドレーンと通信して制御を可能とさせるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
11. 航空機のパイロット入力コマンド信号に変更信号を提供する方法であって、
    パイロット入力コマンドを第１の回路に送信して、結果として第１の信号を生成するステップと、
    第１の信号をアクチュエータ制御回路及び第２の回路に送信するステップと、
    第２の回路が、飛行制御コンピュータ／アクチュエータ制御エレクトロニクス（ＦＣＭ／ＡＣＥ）回路からの飛行制御信号を前記第１の信号へ導入することによって第１の信号を変更し、結果として第２の信号を生成させるステップと、
    前記第２の信号を前記第１の回路に送信するステップと、
    前記第２の信号をパイロット入力コマンド信号と共に変更するステップと、
    を含み、それらのステップは正確にはコマンドレーンとして識別される、方法。
12. 前記第２の信号を変更するステップは、前記第２の信号をパイロット入力コマンド信号に加えるステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第２の信号を変更するステップは、前記第２の信号を前記パイロット入力コマンド信号から減算するステップをさらに含むことを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
14. ＦＣＭ／ＡＣＥ回路及び第２の回路と通信する制限手段を導入するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
15. 前記制限手段は、速度、ゲイン、エアースピード、位相マージン、航空機の横揺れ、航空機の偏揺れ、航空機のピッチ、スピードのブレーク、カラムの位置データ及び航空機の安全操作に必要とされる同様の制限を制限することを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 表面アクチュエータ制御回路はアクチュエータ出力信号を有し、さらにアクチュエータ出力信号をモニター飛行コンピュータ／アクチュエータ制御エレクトロニクス（ＦＣＭ／ＡＣＥ）回路に送信して、結果としてＦＣＭ／ＡＣＥ信号を生成するステップと、をさらに含む請求項１５に記載の方法。
17. モニターＦＣＭ／ＡＣＥにコマンドレーンと通信して制御を可能とさせるステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。

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