JP2012081963A - 航空機の地上操向装置、地上操向方法、及び航空機 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の地上操向装置の機械的な故障を精度良く検出することができ、故障を検出した際における航空機の予期せぬ方向への移動を阻止することができる航空機の地上操向装置と地上操向方法、及び前記地上操向装置を備えた航空機を提供することである。
【解決手段】入力機器５と、操向アクチュエータ７ａ，７ｂと、入力機器５から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータ７ａ，７ｂに伝達する制御装置８とを有する操向手段１で、車輪の向きを変更する。地上操向装置１は、入力機器５から入力される目標操向角度に対するセンサ６で検出される車輪２の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段１５を備えている。判定手段１５が、所定範囲内に入っていないと判定した場合には、車輪２の向きを自由回動可能にするか、又は車輪２の向きを中立位置にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置と地上操向方法に関するものである。より詳しくは、機械的な故障を検出することができる地上操向装置と地上操向方法、及びこのような地上操向装置を備えた航空機に関するものである。

図３は、従来の航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置の信号系統図である。
航空機の車輪２は、回動可能な支柱１０を介して機体（図示せず）に固定されている。
また、地上操向装置４０は、操縦者によって操作されるラダーシステム３又はハンドル４等からなる破線で囲んだ入力機器５と、支柱１０を回動させ車輪２の向きを変更する操向アクチュエータ７ａ，７ｂと、油圧源２０，コントロールバルブ９，及びステアリングコントローラ８（制御装置）等を備えている。また、図示していないが、入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂには差動トランスＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）式の変位センサ（ポジション・センサ）が設けられている。

操向アクチュエータ７ａ，７ｂは、途中にコントロールバルブ９を備えた配管１１ａ，１１ｂによって油圧源２０と接続されている。よって、コントロールバルブ９の開度を調整することにより、操向アクチュエータ７ａ，７ｂに任意の油圧を供給することができるようになっている。また、ステアリングコントローラ８は、信号線２１〜２３を介して入力機器５と接続されており、また、信号線２４を介してコントロールバルブ９と接続されている。

よって、信号線２１〜２３を介して入力機器５からステアリングコントローラ８に入力信号（目標操向角度情報）が入力され、さらに信号線２４を介してステアリングコントローラ８からコントロールバルブ９へ出力信号が出力されると、コントロールバルブ９の開度が制御され、入力信号に対応する油圧が操向アクチュエータ７ａ，７ｂに供給される。
すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂには配管１１ａ，１１ｂを介してコントロールバルブ９側から油圧（圧油）が供給され、支柱１０は、油圧に応じた回動角度だけ回動する。支柱１０が回動すると車輪２の向きが変わり、航空機の進行方向が変更（すなわち操向）される。
このようなステアバイワイヤ方式の地上操向装置４０を備えた航空機が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−２５５９１０号公報

従来の航空機に備えられている地上操向装置４０は、上述のような入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂ等の機械系設備と、入力機器５から入力される目標操向角度情報をステアリングコントローラ８の制御信号に変換してコントロールバルブ９に伝達する電気信号系設備とを有している。

ところで、従来の地上操向装置は、電気的な故障が生じた場合には速やかにその故障を検出することができるが、機械的な故障の検出は容易ではなかった。
例えば、以下のような場合が考えられる。
前記した入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂに設けられている差動トランスＬＶＤＴは、入力機器５の操作量や操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量を検出している。仮に、いずれかの差動トランスＬＶＤＴの電気配線が断線すると、通電しないことや電圧が低下する等の事象をもって断線したことを直ちに検出できるが、差動トランスＬＶＤＴ自体が物理的に破損して検出ヘッドが固定されてしまうと、入力機器５を操作して実際に操向角（実動操向角度）が変化しても、差動トランスＬＶＤＴは一定の操向角を検出し出力し続ける。

その結果、検出した操向角と実際の操向角とが相違し、航空機は危険な運行（走行）を行うこととなる。そのため従来は、安全性を考慮して、入力側（入力機器５）とフィードバック側（コントロールバルブ９）の信号に冗長性（余裕）を持たせていた。具体的には、操向アクチュエータに差動トランスＬＶＤＴを二重，三重に設け、それらが全て同じ結果を示せば操向アクチュエータは正常であると考えられる。しかし、この場合には、各差動トランスＬＶＤＴが異なる結果を検出すると、いずれの差動トランスＬＶＤＴの検出値が正しいのか判別がつかない。

そこで本発明は、機械的な故障を容易に検出できる航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置，地上操向方法，及び前記地上操向装置を備えた航空機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、車輪の操向角度を検出するセンサを備え、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置である。

請求項１の発明の地上操向装置は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器からの入力に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有する操向手段を備えている。よって、制御装置が、入力機器から入力された操向目標角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御すると、航空機の進路が変更される。
また、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段を備えたので、目標操向角度と実動操向角度の差を把握することができる。
第１判定手段が判定した結果、目標操向角度に対して実動操向角度が所定範囲内にない場合としては、例えば操向アクチュエータが故障している場合と、車輪の操向角度を検出するセンサが故障している場合とが考えられる。すなわち、操向アクチュエータが故障している場合には、目標操向角度が設定されても車輪の向きが適正に変更されることはなく、また、センサが故障している場合には、実際に車輪の向きが変更されていることを検出することができない。
そこで請求項１の発明を実施すると、操向アクチュエータとセンサのいずれが故障していても、航空機の地上操向装置の機械的な故障（異常）を検出することができるようになる。

請求項２の発明は、車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備え、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第２判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置である。

請求項２の発明の地上操向装置は、請求項１の発明の地上操向装置と同様に、制御装置が、入力機器から入力された操向目標角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御すると、航空機の進路が変更される。ここで操向目標角度情報とは、入力機器によって入力される目標操向角度の時間変化量である。
目標操向角度の時間変化量と、センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量は、演算手段によって演算される。また、第２判定手段は、目標操向角度の時間変化量に対して前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する。すなわち第２判定手段は、目標操向角度の時間変化の度合いと、実動操向角度の時間変化の度合いとを比較する。
これにより、予め設定した所定範囲内にないと第２判定手段が判定した場合には、操向操作に対して車輪の向きの変更が伴っておらず、操向アクチュエータかセンサのいずれかが故障している。
よって、請求項２の発明を実施すると、操向アクチュエータとセンサの故障を検出することができる。

請求項３の発明は、前記第１判定手段又は第２判定手段が、所定範囲内に入っていないと判定した場合には、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の航空機の地上操向装置である。

請求項３の発明の地上操向装置では、第１判定手段又は第２判定手段によって、目標操向角度に対する操向アクチュエータによって駆動される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かが判定される。この第１判定手段又は第２判定手段によって、予め設定した所定範囲内に入っていないと判定されると、入力角度（目標操向角度）に対して車輪の向きの変更（実動操向角度）が追従しておらず、地上操向装置には機械的な故障が生じている。この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置（ニュートラル）にする。これにより航空機は直進し、予期しない方向へ進路変更されることがない。通常、滑走路は真っ直ぐであり、滑走路に沿って航空機を直進させると事故を防止することができる。
従って請求項３の発明を実施すると、航空機の地上操向装置に機械的な故障があれば、速やかにその異常を検知することができると共に、航空機の予期しない方向への進路変更を回避することができるようになる。
例えば、制御装置から操向アクチュエータへの出力信号（指令信号）を遮断し、操向アクチュエータへの油圧の供給を切り換え、車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にすることにより航空機を直進させる。

請求項４の発明は、車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有しており、車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備え、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向装置である。

請求項４の発明の地上操向装置は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有する操向手段を備えている。また、加えて、車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備えている。これにより目標操向角度の時間変化量と実動操向角度の時間変化量とが求められる。
そして、目標操向角度に対して前記センサで検出される車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続したか否かが判定される。
仮に所定時間継続していない場合には、目標操向角度に対して実動操向角度は許容範囲内であり、地上操向装置は正常に動作している。逆に所定時間継続した場合には、目標操向角度に対して実動操向角度が許容範囲を超えており、地上操向装置は故障している。この場合には、車輪の向きを自由回動可能にする。
これにより、入力機器の操向操作に対して車輪の向きの変更動作が一時的に遅延したもののすぐに復旧した場合に、車輪の向きを自由回動可能にする事態を回避することができる。すなわち、路上の異物が車輪に噛み込まれる等の理由で、一時的に車輪の向きの変更が不能になった場合を、地上操向装置の機械的な故障であると判定せずに済む。よって、地上操向装置の機械系設備の信頼性が向上する。

請求項５の発明は、入力機器と操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内に入っていない場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

請求項５の発明では、目標操向角度に対するセンサで検出される実動操向角度が、予め設定した所定範囲内に入っているか否かを判定する。これにより目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かが判定される。すなわち、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従していれば、地上操向装置の機械系設備に故障や不具合はない。逆に追従していなければ、機械系設備に何らかの故障か不具合が存在する。そこで地上操向装置の機械系設備が故障している場合には、車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置に設定することにより、操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な負荷が掛かることを防止し、さらに航空機が予期しない方向へ進むことを回避することができる。通常、滑走路は真っ直ぐであり、航空機を滑走路に沿って直進させることにより事故を回避し易い。
すなわち、請求項５の発明を実施すると、地上操向装置の機械的な故障又は不具合を適切に検出することができると共に、仮に故障又は不具合がある場合にも、機械系設備を保護することができる。よって、地上操向装置の機械系設備の信頼性が向上する。

請求項６の発明は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度の時間変化量と、前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量の差が所定量以上である場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

請求項６の発明では、入力機器によって入力される目標操向角度の時間変化量と、センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量の差が求められる。これにより、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かが判定可能になる。仮に追従していなければ、機械系設備に何らかの不具合が生じていると考えられる。
よって、両者の差が所定量以上である場合には、前記車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にする。これによって航空機は直進し、予期しない方向に進路変更せずに済む。

請求項７の発明は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

請求項７の発明では、目標操向角度に対するセンサで検出された車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内であるか否かを判定する。この判定により、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かを把握することができる。
目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続していなければ、地上操向装置は機械的に故障していない。逆に前記状態が所定時間継続していれば、地上操向装置は機械的に故障が生じており、この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置に設定する。これにより、操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な力が作用することを回避でき、機械系設備を保護することができる。

請求項８の発明は、請求項１乃至請求項４の地上操向装置を備えたことを特徴とする航空機である。

請求項８の発明を実施した航空機は、上述の効果を奏する請求項１乃至請求項４の地上操向装置を備えているので、航空機の安全性が向上する。

本発明は、目標操向角度に対する車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段を備えたので、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かを判定することができる。仮に、追従していれば、地上操向装置は機械的に故障していない。
逆に追従していなければ、地上操向装置は機械的に故障していると考えられ、この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にする。よって、車輪の向きを変更する操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な負荷が掛かることを防止することができ、地上操向装置を保護することができる。また、航空機を直進させることができ、事故を回避し易くなる。
さらに本発明を実施すると、従来のように入力機器から入力される信号や、判定手段から出力される信号に冗長性（余裕）を持たせなくて済み、地上操向装置の機械的な信頼性が向上する。
また、このような地上操向装置を備えた航空機は、安全に地上を走行することができる。

本発明の航空機の地上操向装置を実施する際の流れ図である。 本発明の航空機の地上操向装置の信号系統図である。 従来の航空機の地上操向装置の信号系統図である。

図１は、本発明の航空機の地上操向装置を実施する際の流れ図である。また図２は、本発明の航空機の地上操向装置の信号系統図である。図２では、前述の図３に示す構成と同じ構成には同じ符号を付しており、以下では主に図３に示す構成とは相違する構成を説明し、重複する記載は省略する。

まず、図２を参照しながら本発明の地上操向装置１の全体構成を説明し、続いて本発明の地上操向装置１の動作手順を図１の流れ図に沿って説明する。なお、図１において（target）とあるのは目標操向角度（target angle）であり、（actual）とあるのは実動操向角度（actual angle）を示している。

図２に示すように本発明の地上操向装置１（ステアリング・コントロール・システム）は、判定装置１５（第１，第２判定手段）を備えている。判定装置１５は、ＣＰＵ１２（演算手段），メモリ１３，及びタイマ１４を備えている。この判定装置１５と操向アクチュエータ７ａ，７ｂとは、各々信号線２５，２６で接続されている。この信号線２５，２６を介して操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量がステアリングコントローラ８（制御装置）に入力される。すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂにはステアリング・ポジションを検出する差動トランス式の変位センサ（ポジション・センサ）が内蔵されている。

ここで、操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量を検出する代わりに、回動可能な支柱１０の近傍に回動検出センサ６を設置し、回動検出センサ６とステアリングコントローラ８とを信号線２７で接続し、回動検出センサ６によって支柱１０の回動角度情報を検出してもよい。ちなみに回動検出センサ６が検出した検出信号は、信号線２７を介してステアリングコントローラ８に入力される。

以上のように構成された地上操向装置１は、図１に示す手順で実施される。
着陸時や離陸時に航空機が地上を走行する際、必要に応じて航空機の進行方向が地上操向装置１によって変更される。その際、ステアリングコントローラ８，操向アクチュエータ７ａ，７ｂ，コントロールバルブ９，回動検出センサ６（又は操向アクチュエータ７ａ，７ｂに備えた図示しないポジション・センサ）が正常に動作しているか否かを判定装置１５が判定する。

図１の流れ図において、航空機が走行を開始すると同時に、又は走行を開始する前に判定装置１５の判定が開始される。
まず、ステップ１において目標操向角度（target angle）と実動操向角度(actual angle)とが検出される。すなわち、目標操向角度情報は、入力機器５から入力された入力信号に対応する操向角度として、ステアリングコントローラ８経由で判定装置１５に入力される。また、実動操向角度は、操向アクチュエータ７ａ，７ｂから信号線２５，２６を介して判定装置１５（ステアリングコントローラ８）に入力される。又は、実動操向角度は、回動検出センサ６から信号線２７を介して判定装置１５（ステアリングコントローラ８）に入力される

次にステップ２では、判定装置１５内においてＣＰＵ１２（演算手段）が目標操向角度と実動操向角度の時間変化量（時間変化率）を演算し、演算結果をメモリ１３に記憶する。ここでメモリ１３は、書き込みが可能な揮発性メモリや固定ディスク等の記憶媒体（記録媒体）であり、ＣＰＵ１２の演算結果を保存することができる。また、メモリ１３には、目標操向角度の時間変化量（時間変化率）の下限値αと、実動操向角度の時間変化量（時間変化率）の下限値βと、目標操向角度と実動操向角度の差の時間変化量（時間変化率）の上限値ζと、後述する経過時間設定値ｘとが予め記憶されている。

そしてステップ３では、判定装置１５は次の式（１）又は式（２）を満たすか否かを判定する。
｜ｄ／ｄｔ（target angle）｜＞αかつ｜ｄ／ｄｔ（actual angle）｜＜β・・・（１）
｜ｄ／ｄｔ（target angle）｜＜αかつ｜ｄ／ｄｔ（actual angle）｜＞β・・・（２）
判定装置１５は、式（１）の演算結果から、入力機器５（ラダーシステム３又はハンドル４）が操作されている際に、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが適正に駆動されているか否かを判定する。
また、判定装置１５は、式（２）の演算結果から、入力機器５が操作されていない場合に、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが駆動されているか否かを判定する。

式（１）及び式（２）において、下限値α，βを設定することにより、入力機器５の微細な操作の揺れの影響や、操向路面の凹凸の影響（車輪２の向きが微細に変化してしまう）等を除外することができるようになる。

仮に式（１）と式（２）のいずれも満たさない場合は、地上操向装置１は正常に動作しており、地上操向装置１に機械的な故障はない。よってこの場合はステップ３においてＮｏとなり、ステップ１へ戻り、再度上記操作を繰り返す。

ステップ３において判定装置１５が演算した結果、式（１）又は式（２）を満たす場合には、ステップ４へ進む。
ちなみに式（１）を満たす場合は、目標操向角度に対して実動操向角度が足りず、航空機は必要な角度だけ進行方向が変更されていない。この場合には操向アクチュエータ７ａ，７ｂ又はこれらに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が正常に動作していないと考えられる。すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障すると、車輪２の向きを変更する（支柱１０を回動させる）ことができず、また、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障すると、実際には車輪２の向きが変更されても、その変更（すなわち、支柱１０の回転）を検出することができない。

操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障しているのか、又はポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障しているのかは、操縦者の目視により判定可能である。すなわち操縦者の目視により、航空機の進路変更が適正であると認められれば、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障しており、航空機の進路変更が適正でなければ操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障している。

また、式（２）を満たす場合は、入力機器５を操作しておらず、航空機の進行方向を変更する必要がないにも関わらず、進行方向が変わっている。この場合には、ステアリングコントローラ８，コントロールバルブ９，又は操向アクチュエータ７ａ，７ｂに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が正常に動作していないと考えられる。すなわち、ステアリングコントローラ８，コントロールバルブ９が故障すると、入力機器５からの入力がなくても操向アクチュエータ７ａ，７ｂを誤動作させる可能性があり、また、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障すると、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）は、実際には車輪２の向きが変更されていないにも関わらず、変更されていると誤検出してしまう可能性がある。
ステップ３では、このような機械的な故障の兆候を検出することができる。

そしてステップ４では、目標操向角度と実動操向角度の差Δθの時間変化量（時間変化率）が、予め設定した上限値ζを超えているか否かが判定される。
すなわちステップ４では、次の式（３）を満たすか否かが判定される。
ｄ／ｄｔ｜Δθ｜＞ζ・・・式（３）
ここでΔθ＝（target angle）−（actual angle）

仮に式（３）を満たさない場合（ステップ４においてＮｏ）には、地上操向装置１のいずれの機械設備にも故障はなく、正常範囲（許容範囲）の動作を行っているものと判定しステップ１へ戻る。すなわち式（３）を満たさない場合には、目標操向角度に対して実動操向角度が適正に近付いており、｜Δθ｜＜ζとなる。ちなみにΔθ＝０（ゼロ）となるのが最も好ましい。すなわち、この場合には地上操向装置１には機械的な故障はなく、許容範囲の動作を行っているものと判定される。

逆に式（３）を満たす場合（ステップ４においてＹＥＳ）には、ステップ５へ進む。
式（３）を満たす場合には、操向アクチュエータ７ａ，７ｂかこれらに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が、正常に動作していない可能性が高い。

ステップ５では、入力機器５を操作してから（又は操作が完了してから）、経過時間が経過時間設定値ｘを超過したか否かが判定される。仮に経過時間設定値ｘを超過していなければステップ１へ戻る。すなわち、地上操向装置１が機械的に故障している可能性を疑われたものの、経過時間設定値ｘが経過するまでに正常動作が行われたことにより、故障以外の要因（例えば、車輪２が異物を噛み込む等）に起因する一時的な不具合であったと考えられ、許容範囲内で復旧したことにより故障ではないと判定される。

逆に、ステップ５で経過時間設定値ｘを経過していればステップ６へ進む。すなわち、設定された許容時間（経過時間設定値ｘ）内に、前述の故障ではないかという疑義が解消されなければ、地上操向装置１のいずれかの機械設備が故障していると判定される。
ここで経過時間は、判定装置１５に設けられたタイマ１４によって計時される。

ステップ４では、式（３）を満たすか否かを判定したが、仮にステップ４で式（３）を満たす場合であっても、ステップ５で経過時間が、経過時間設定値ｘが超過する前に式（３）を満たした場合には、ステアリングコントローラ８や操向アクチュエータ７ａ，７ｂ、及び回動検出センサ６等は機械的に故障しておらず正常に動作しているものと判定装置１５は判定する。すなわちステップ５を経ることにより、入力機器５を操作してから操向アクチュエータ７ａ，７ｂが駆動されるまでの応答性の影響を除外することができるようになる。
しかし、ステップ５で経過時間が経過時間設定値ｘを超過し、式（３）を満たさない場合には、地上操向装置１のいずれかに異常が認められる。この場合にはステップ６へ進み、地上操向装置１が機械的に故障しているものと判定（検出）される。

そしてステップ７において、操向操作を停止する。
すなわち、ステアリングコントローラ８からコントロールバルブ９へ出力される操向に関わる出力信号（指令信号）を遮断すると共に、車輪２を固定する支柱１０を自由回動が可能な状態にする。又は、コントロールバルブ９によって操向アクチュエータ７ａ，７ｂを駆動し、車輪２が中立位置となるように支柱１０を回動させ、さらに操向アクチュエータ７ａ，７ｂへの油圧の供給を遮断し、車輪２の向きが中立位置から変化しないようにする。これにより、航空機は直進する。

さらに、警報ランプを点灯・点滅させたり、警報を発することによって操縦者に認識させる。この状態では航空機は地上操向装置１によって操向できないが、進路変更する必要がある場合には、例えば操縦者は手動で左右に配置された車輪（図示せず）の回転速度に差を設けることによって進路変更を行ったり、別に電動式操向アクチュエータを設け、該電動式操向アクチュエータによって車輪の向きを変更し進路変更を行う。

以上では、ステップ５でイエスと判定されるまでは、地上操向装置１に機械的な故障はないと判定する例を示したが、図１の流れ図において、ステップ３やステップ４においてイエスと判定された段階で直ちに故障と判定するようにしてもよい。

図２では、二つの操向アクチュエータ７ａ，７ｂを使用する例を示したが、小型の航空機では一つの操向アクチュエータで支柱１０を回動させる。すなわち、本発明を小型の航空機に対して実施する際には、図２に示す操向アクチュエータ７ａ又は７ｂのいずれか一方のみとする。これにより、削減した操向アクチュエータ及びその油圧配管の分だけ航空機の重量の軽量化を図ることができる。

１ 地上操向装置
２ 車輪
５ 入力機器
６ 回動検出センサ
７ａ，７ｂ 操向アクチュエータ
８ ステアリングコントローラ（制御装置）
１０ 車輪を支持する支柱
１２ ＣＰＵ（演算手段）
１３ メモリ
１４ タイマ
１５ 判定装置（第１判定手段，第２判定手段）

本発明は、航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置と地上操向方法に関するものである。より詳しくは、機械的な故障を検出することができる地上操向装置と地上操向方法、及びこのような地上操向装置を備えた航空機に関するものである。

図３は、従来の航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置の信号系統図である。
航空機の車輪２は、回動可能な支柱１０を介して機体（図示せず）に固定されている。
また、地上操向装置４０は、操縦者によって操作されるラダーシステム３又はハンドル４等からなる破線で囲んだ入力機器５と、支柱１０を回動させ車輪２の向きを変更する操向アクチュエータ７ａ，７ｂと、油圧源２０，コントロールバルブ９，及びステアリングコントローラ８（制御装置）等を備えている。また、図示していないが、入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂには差動トランスＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer）式の変位センサ（ポジション・センサ）が設けられている。

操向アクチュエータ７ａ，７ｂは、途中にコントロールバルブ９を備えた配管１１ａ，１１ｂによって油圧源２０と接続されている。よって、コントロールバルブ９の開度を調整することにより、操向アクチュエータ７ａ，７ｂに任意の油圧を供給することができるようになっている。また、ステアリングコントローラ８は、信号線２１〜２３を介して入力機器５と接続されており、また、信号線２４を介してコントロールバルブ９と接続されている。

よって、信号線２１〜２３を介して入力機器５からステアリングコントローラ８に入力信号（目標操向角度情報）が入力され、さらに信号線２４を介してステアリングコントローラ８からコントロールバルブ９へ出力信号が出力されると、コントロールバルブ９の開度が制御され、入力信号に対応する油圧が操向アクチュエータ７ａ，７ｂに供給される。
すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂには配管１１ａ，１１ｂを介してコントロールバルブ９側から油圧（圧油）が供給され、支柱１０は、油圧に応じた回動角度だけ回動する。支柱１０が回動すると車輪２の向きが変わり、航空機の進行方向が変更（すなわち操向）される。
このようなステアバイワイヤ方式の地上操向装置４０を備えた航空機が、例えば特許文献１に開示されている。

特開２００４−２５５９１０号公報

従来の航空機に備えられている地上操向装置４０は、上述のような入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂ等の機械系設備と、入力機器５から入力される目標操向角度情報をステアリングコントローラ８の制御信号に変換してコントロールバルブ９に伝達する電気信号系設備とを有している。

ところで、従来の地上操向装置は、電気的な故障が生じた場合には速やかにその故障を検出することができるが、機械的な故障の検出は容易ではなかった。
例えば、以下のような場合が考えられる。
前記した入力機器５や操向アクチュエータ７ａ，７ｂに設けられている差動トランスＬＶＤＴは、入力機器５の操作量や操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量を検出している。仮に、いずれかの差動トランスＬＶＤＴの電気配線が断線すると、通電しないことや電圧が低下する等の事象をもって断線したことを直ちに検出できるが、差動トランスＬＶＤＴ自体が物理的に破損して検出ヘッドが固定されてしまうと、入力機器５を操作して実際に操向角（実動操向角度）が変化しても、差動トランスＬＶＤＴは一定の操向角を検出し出力し続ける。

その結果、検出した操向角と実際の操向角とが相違し、航空機は危険な運行（走行）を行うこととなる。そのため従来は、安全性を考慮して、入力側（入力機器５）とフィードバック側（コントロールバルブ９）の信号に冗長性（余裕）を持たせていた。具体的には、操向アクチュエータに差動トランスＬＶＤＴを二重，三重に設け、それらが全て同じ結果を示せば操向アクチュエータは正常であると考えられる。しかし、この場合には、各差動トランスＬＶＤＴが異なる結果を検出すると、いずれの差動トランスＬＶＤＴの検出値が正しいのか判別がつかない。

そこで本発明は、機械的な故障を容易に検出できる航空機のステアバイワイヤ方式の地上操向装置，地上操向方法，及び前記地上操向装置を備えた航空機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための関連の発明は、車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、車輪の操向角度を検出するセンサを備え、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置である。

この発明の地上操向装置は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器からの入力に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有する操向手段を備えている。よって、制御装置が、入力機器から入力された操向目標角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御すると、航空機の進路が変更される。
また、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段を備えたので、目標操向角度と実動操向角度の差を把握することができる。
第１判定手段が判定した結果、目標操向角度に対して実動操向角度が所定範囲内にない場合としては、例えば操向アクチュエータが故障している場合と、車輪の操向角度を検出するセンサが故障している場合とが考えられる。すなわち、操向アクチュエータが故障している場合には、目標操向角度が設定されても車輪の向きが適正に変更されることはなく、また、センサが故障している場合には、実際に車輪の向きが変更されていることを検出することができない。
そこでこの発明を実施すると、操向アクチュエータとセンサのいずれが故障していても、航空機の地上操向装置の機械的な故障（異常）を検出することができるようになる。

上記課題を解決するための請求項１の発明は、車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備え、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置である。

本発明の地上操向装置は、上記関連の発明の地上操向装置と同様に、制御装置が、入力機器から入力された操向目標角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御すると、航空機の進路が変更される。ここで操向目標角度情報とは、入力機器によって入力される目標操向角度の時間変化量である。
目標操向角度の時間変化量と、センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量は、演算手段によって演算される。また、判定手段は、目標操向角度の時間変化量に対して前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する。すなわち判定手段は、目標操向角度の時間変化の度合いと、実動操向角度の時間変化の度合いとを比較する。
これにより、予め設定した所定範囲内にないと判定手段が判定した場合には、操向操作に対して車輪の向きの変更が伴っておらず、操向アクチュエータかセンサのいずれかが故障している。
よって、本発明を実施すると、操向アクチュエータとセンサの故障を検出することができる。

請求項２の発明は、前記判定手段が、所定範囲内に入っていないと判定した場合には、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする請求項１に記載の航空機の地上操向装置である。

本発明の地上操向装置では、判定手段によって、目標操向角度の時間変化量に対して前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かが判定される。この判定手段によって、予め設定した所定範囲内に入っていないと判定されると、入力角度（目標操向角度）に対して車輪の向きの変更（実動操向角度）が追従しておらず、地上操向装置には機械的な故障が生じている。この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置（ニュートラル）にする。これにより航空機は直進し、予期しない方向へ進路変更されることがない。通常、滑走路は真っ直ぐであり、滑走路に沿って航空機を直進させると事故を防止することができる。
従って本発明を実施すると、航空機の地上操向装置に機械的な故障があれば、速やかにその異常を検知することができると共に、航空機の予期しない方向への進路変更を回避することができるようになる。
例えば、制御装置から操向アクチュエータへの出力信号（指令信号）を遮断し、操向アクチュエータへの油圧の供給を切り換え、車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にすることにより航空機を直進させる。

請求項３の発明は、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする請求項１に記載の航空機の地上操向装置である。

本発明の地上操向装置は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有する操向手段を備えている。また、加えて、車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備えている。これにより目標操向角度の時間変化量と実動操向角度の時間変化量とが求められる。
そして、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続したか否かが判定される。
仮に所定時間継続していない場合には、目標操向角度に対して実動操向角度は許容範囲内であり、地上操向装置は正常に動作している。逆に所定時間継続した場合には、目標操向角度に対して実動操向角度が許容範囲を超えており、地上操向装置は故障している。この場合には、車輪の向きを自由回動可能にする。
これにより、入力機器の操向操作に対して車輪の向きの変更動作が一時的に遅延したもののすぐに復旧した場合に、車輪の向きを自由回動可能にする事態を回避することができる。すなわち、路上の異物が車輪に噛み込まれる等の理由で、一時的に車輪の向きの変更が不能になった場合を、地上操向装置の機械的な故障であると判定せずに済む。よって、地上操向装置の機械系設備の信頼性が向上する。

関連の発明は、入力機器と操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内に入っていない場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

この発明では、目標操向角度に対するセンサで検出される実動操向角度が、予め設定した所定範囲内に入っているか否かを判定する。これにより目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かが判定される。すなわち、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従していれば、地上操向装置の機械系設備に故障や不具合はない。逆に追従していなければ、機械系設備に何らかの故障か不具合が存在する。そこで地上操向装置の機械系設備が故障している場合には、車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置に設定することにより、操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な負荷が掛かることを防止し、さらに航空機が予期しない方向へ進むことを回避することができる。通常、滑走路は真っ直ぐであり、航空機を滑走路に沿って直進させることにより事故を回避し易い。
すなわち、この発明を実施すると、地上操向装置の機械的な故障又は不具合を適切に検出することができると共に、仮に故障又は不具合がある場合にも、機械系設備を保護することができる。よって、地上操向装置の機械系設備の信頼性が向上する。

請求項４の発明は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度の時間変化量と、前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量の差が所定量以上である場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

本発明では、入力機器によって入力される目標操向角度の時間変化量と、センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量の差が求められる。これにより、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かが判定可能になる。仮に追従していなければ、機械系設備に何らかの不具合が生じていると考えられる。
よって、両者の差が所定量以上である場合には、前記車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にする。これによって航空機は直進し、予期しない方向に進路変更せずに済む。

請求項５の発明は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法である。

本発明では、目標操向角度に対するセンサで検出された車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内であるか否かを判定する。この判定により、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かを把握することができる。
目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続していなければ、地上操向装置は機械的に故障していない。逆に前記状態が所定時間継続していれば、地上操向装置は機械的に故障が生じており、この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置に設定する。これにより、操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な力が作用することを回避でき、機械系設備を保護することができる。

請求項６の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の地上操向装置を備えたことを特徴とする航空機である。

本発明の航空機は、上述の効果を奏する請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の地上操向装置を備えているので、航空機の安全性が向上する。

本発明は、目標操向角度の時間変化量に対する車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する判定手段を備えたので、目標操向角度に対して車輪の実動操向角度が追従しているか否かを判定することができる。仮に、追従していれば、地上操向装置は機械的に故障していない。
逆に追従していなければ、地上操向装置は機械的に故障していると考えられ、この場合には車輪の向きを自由回動可能にするか、又は車輪の向きを中立位置にする。よって、車輪の向きを変更する操向アクチュエータ等の機械系設備に無理な負荷が掛かることを防止することができ、地上操向装置を保護することができる。また、航空機を直進させることができ、事故を回避し易くなる。
さらに本発明を実施すると、従来のように入力機器から入力される信号や、判定手段から出力される信号に冗長性（余裕）を持たせなくて済み、地上操向装置の機械的な信頼性が向上する。
また、このような地上操向装置を備えた航空機は、安全に地上を走行することができる。

本発明の航空機の地上操向装置を実施する際の流れ図である。 本発明の航空機の地上操向装置の信号系統図である。 従来の航空機の地上操向装置の信号系統図である。

図１は、本発明の航空機の地上操向装置を実施する際の流れ図である。また図２は、本発明の航空機の地上操向装置の信号系統図である。図２では、前述の図３に示す構成と同じ構成には同じ符号を付しており、以下では主に図３に示す構成とは相違する構成を説明し、重複する記載は省略する。

まず、図２を参照しながら本発明の地上操向装置１の全体構成を説明し、続いて本発明の地上操向装置１の動作手順を図１の流れ図に沿って説明する。なお、図１において（target）とあるのは目標操向角度（target angle）であり、（actual）とあるのは実動操向角度（actual angle）を示している。

図２に示すように本発明の地上操向装置１（ステアリング・コントロール・システム）は、判定装置１５（判定手段）を備えている。判定装置１５は、ＣＰＵ１２（演算手段），メモリ１３，及びタイマ１４を備えている。この判定装置１５と操向アクチュエータ７ａ，７ｂとは、各々信号線２５，２６で接続されている。この信号線２５，２６を介して操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量がステアリングコントローラ８（制御装置）に入力される。すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂにはステアリング・ポジションを検出する差動トランス式の変位センサ（ポジション・センサ）が内蔵されている。

ここで、操向アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動量を検出する代わりに、回動可能な支柱１０の近傍に回動検出センサ６を設置し、回動検出センサ６とステアリングコントローラ８とを信号線２７で接続し、回動検出センサ６によって支柱１０の回動角度情報を検出してもよい。ちなみに回動検出センサ６が検出した検出信号は、信号線２７を介してステアリングコントローラ８に入力される。

以上のように構成された地上操向装置１は、図１に示す手順で実施される。
着陸時や離陸時に航空機が地上を走行する際、必要に応じて航空機の進行方向が地上操向装置１によって変更される。その際、ステアリングコントローラ８，操向アクチュエータ７ａ，７ｂ，コントロールバルブ９，回動検出センサ６（又は操向アクチュエータ７ａ，７ｂに備えた図示しないポジション・センサ）が正常に動作しているか否かを判定装置１５が判定する。

図１の流れ図において、航空機が走行を開始すると同時に、又は走行を開始する前に判定装置１５の判定が開始される。
まず、ステップ１において目標操向角度（target angle）と実動操向角度(actual angle)とが検出される。すなわち、目標操向角度情報は、入力機器５から入力された入力信号に対応する操向角度として、ステアリングコントローラ８経由で判定装置１５に入力される。また、実動操向角度は、操向アクチュエータ７ａ，７ｂから信号線２５，２６を介して判定装置１５（ステアリングコントローラ８）に入力される。又は、実動操向角度は、回動検出センサ６から信号線２７を介して判定装置１５（ステアリングコントローラ８）に入力される

次にステップ２では、判定装置１５内においてＣＰＵ１２（演算手段）が目標操向角度と実動操向角度の時間変化量（時間変化率）を演算し、演算結果をメモリ１３に記憶する。ここでメモリ１３は、書き込みが可能な揮発性メモリや固定ディスク等の記憶媒体（記録媒体）であり、ＣＰＵ１２の演算結果を保存することができる。また、メモリ１３には、目標操向角度の時間変化量（時間変化率）の下限値αと、実動操向角度の時間変化量（時間変化率）の下限値βと、目標操向角度と実動操向角度の差の時間変化量（時間変化率）の上限値ζと、後述する経過時間設定値ｘとが予め記憶されている。

そしてステップ３では、判定装置１５は次の式（１）又は式（２）を満たすか否かを判定する。
｜ｄ／ｄｔ（target angle）｜＞αかつ｜ｄ／ｄｔ（actual angle）｜＜β・・・（１）
｜ｄ／ｄｔ（target angle）｜＜αかつ｜ｄ／ｄｔ（actual angle）｜＞β・・・（２）
判定装置１５は、式（１）の演算結果から、入力機器５（ラダーシステム３又はハンドル４）が操作されている際に、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが適正に駆動されているか否かを判定する。
また、判定装置１５は、式（２）の演算結果から、入力機器５が操作されていない場合に、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが駆動されているか否かを判定する。

式（１）及び式（２）において、下限値α，βを設定することにより、入力機器５の微細な操作の揺れの影響や、操向路面の凹凸の影響（車輪２の向きが微細に変化してしまう）等を除外することができるようになる。

仮に式（１）と式（２）のいずれも満たさない場合は、地上操向装置１は正常に動作しており、地上操向装置１に機械的な故障はない。よってこの場合はステップ３においてＮｏとなり、ステップ１へ戻り、再度上記操作を繰り返す。

ステップ３において判定装置１５が演算した結果、式（１）又は式（２）を満たす場合には、ステップ４へ進む。
ちなみに式（１）を満たす場合は、目標操向角度に対して実動操向角度が足りず、航空機は必要な角度だけ進行方向が変更されていない。この場合には操向アクチュエータ７ａ，７ｂ又はこれらに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が正常に動作していないと考えられる。すなわち、操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障すると、車輪２の向きを変更する（支柱１０を回動させる）ことができず、また、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障すると、実際には車輪２の向きが変更されても、その変更（すなわち、支柱１０の回転）を検出することができない。

操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障しているのか、又はポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障しているのかは、操縦者の目視により判定可能である。すなわち操縦者の目視により、航空機の進路変更が適正であると認められれば、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障しており、航空機の進路変更が適正でなければ操向アクチュエータ７ａ，７ｂが故障している。

また、式（２）を満たす場合は、入力機器５を操作しておらず、航空機の進行方向を変更する必要がないにも関わらず、進行方向が変わっている。この場合には、ステアリングコントローラ８，コントロールバルブ９，又は操向アクチュエータ７ａ，７ｂに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が正常に動作していないと考えられる。すなわち、ステアリングコントローラ８，コントロールバルブ９が故障すると、入力機器５からの入力がなくても操向アクチュエータ７ａ，７ｂを誤動作させる可能性があり、また、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が故障すると、ポジション・センサ（又は回動検出センサ６）は、実際には車輪２の向きが変更されていないにも関わらず、変更されていると誤検出してしまう可能性がある。
ステップ３では、このような機械的な故障の兆候を検出することができる。

そしてステップ４では、目標操向角度と実動操向角度の差Δθの時間変化量（時間変化率）が、予め設定した上限値ζを超えているか否かが判定される。
すなわちステップ４では、次の式（３）を満たすか否かが判定される。
ｄ／ｄｔ｜Δθ｜＞ζ・・・式（３）
ここでΔθ＝（target angle）−（actual angle）

仮に式（３）を満たさない場合（ステップ４においてＮｏ）には、地上操向装置１のいずれの機械設備にも故障はなく、正常範囲（許容範囲）の動作を行っているものと判定しステップ１へ戻る。すなわち式（３）を満たさない場合には、目標操向角度に対して実動操向角度が適正に近付いており、｜Δθ｜＜ζとなる。ちなみにΔθ＝０（ゼロ）となるのが最も好ましい。すなわち、この場合には地上操向装置１には機械的な故障はなく、許容範囲の動作を行っているものと判定される。

逆に式（３）を満たす場合（ステップ４においてＹＥＳ）には、ステップ５へ進む。
式（３）を満たす場合には、操向アクチュエータ７ａ，７ｂかこれらに内蔵されているポジション・センサ（又は回動検出センサ６）が、正常に動作していない可能性が高い。

ステップ５では、入力機器５を操作してから（又は操作が完了してから）、経過時間が経過時間設定値ｘを超過したか否かが判定される。仮に経過時間設定値ｘを超過していなければステップ１へ戻る。すなわち、地上操向装置１が機械的に故障している可能性を疑われたものの、経過時間設定値ｘが経過するまでに正常動作が行われたことにより、故障以外の要因（例えば、車輪２が異物を噛み込む等）に起因する一時的な不具合であったと考えられ、許容範囲内で復旧したことにより故障ではないと判定される。

逆に、ステップ５で経過時間設定値ｘを経過していればステップ６へ進む。すなわち、設定された許容時間（経過時間設定値ｘ）内に、前述の故障ではないかという疑義が解消されなければ、地上操向装置１のいずれかの機械設備が故障していると判定される。
ここで経過時間は、判定装置１５に設けられたタイマ１４によって計時される。

ステップ４では、式（３）を満たすか否かを判定したが、仮にステップ４で式（３）を満たす場合であっても、ステップ５で経過時間が、経過時間設定値ｘが超過する前に式（３）を満たした場合には、ステアリングコントローラ８や操向アクチュエータ７ａ，７ｂ、及び回動検出センサ６等は機械的に故障しておらず正常に動作しているものと判定装置１５は判定する。すなわちステップ５を経ることにより、入力機器５を操作してから操向アクチュエータ７ａ，７ｂが駆動されるまでの応答性の影響を除外することができるようになる。
しかし、ステップ５で経過時間が経過時間設定値ｘを超過し、式（３）を満たさない場合には、地上操向装置１のいずれかに異常が認められる。この場合にはステップ６へ進み、地上操向装置１が機械的に故障しているものと判定（検出）される。

そしてステップ７において、操向操作を停止する。
すなわち、ステアリングコントローラ８からコントロールバルブ９へ出力される操向に関わる出力信号（指令信号）を遮断すると共に、車輪２を固定する支柱１０を自由回動が可能な状態にする。又は、コントロールバルブ９によって操向アクチュエータ７ａ，７ｂを駆動し、車輪２が中立位置となるように支柱１０を回動させ、さらに操向アクチュエータ７ａ，７ｂへの油圧の供給を遮断し、車輪２の向きが中立位置から変化しないようにする。これにより、航空機は直進する。

さらに、警報ランプを点灯・点滅させたり、警報を発することによって操縦者に認識させる。この状態では航空機は地上操向装置１によって操向できないが、進路変更する必要がある場合には、例えば操縦者は手動で左右に配置された車輪（図示せず）の回転速度に差を設けることによって進路変更を行ったり、別に電動式操向アクチュエータを設け、該電動式操向アクチュエータによって車輪の向きを変更し進路変更を行う。

以上では、ステップ５でイエスと判定されるまでは、地上操向装置１に機械的な故障はないと判定する例を示したが、図１の流れ図において、ステップ３やステップ４においてイエスと判定された段階で直ちに故障と判定するようにしてもよい。

図２では、二つの操向アクチュエータ７ａ，７ｂを使用する例を示したが、小型の航空機では一つの操向アクチュエータで支柱１０を回動させる。すなわち、本発明を小型の航空機に対して実施する際には、図２に示す操向アクチュエータ７ａ又は７ｂのいずれか一方のみとする。これにより、削減した操向アクチュエータ及びその油圧配管の分だけ航空機の重量の軽量化を図ることができる。

１ 地上操向装置
２ 車輪
５ 入力機器
６ 回動検出センサ
７ａ，７ｂ 操向アクチュエータ
８ ステアリングコントローラ（制御装置）
１０ 車輪を支持する支柱
１２ ＣＰＵ（演算手段）
１３ メモリ
１４ タイマ
１５ 判定装置（判定手段）

Claims (8)

1. 車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、
   前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、
   車輪の操向角度を検出するセンサを備え、目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第１判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置。
2. 車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、
   前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報に基づいて操向アクチュエータを制御する制御装置とを有しており、
   車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備え、
   目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にあるか否かを判定する第２判定手段を備えたことを特徴とする航空機の地上操向装置。
3. 前記第１判定手段又は第２判定手段が、所定範囲内に入っていないと判定した場合には、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の航空機の地上操向装置。
4. 車輪の向きを変更する操向手段を備えた航空機の地上操向装置において、
   前記操向手段は、入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有しており、
   車輪の操向角度を検出するセンサと、目標操向角度の時間変化量及び実動操向角度の時間変化量を演算する演算手段とを備え、
   目標操向角度に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量が予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向装置。
5. 入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、
   前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対する前記センサで検出された車輪の実動操向角度が、予め設定した所定範囲内に入っていない場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法。
6. 入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、
   前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度の時間変化量と、前記センサで検出される車輪の実動操向角度の時間変化量の差が所定量以上である場合に、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は、車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法。
7. 入力機器と、操向アクチュエータと、入力機器から入力される目標操向角度情報を操向アクチュエータに伝達する制御装置とを有し、操向アクチュエータを駆動することにより車輪の向きを変更する航空機の地上操向方法において、
   前記車輪の向きをセンサで検出し、目標操向角度に対するセンサで検出される車輪の実動操向角度が予め設定した所定範囲内になく、且つ、目標操向角度の時間変化量に対する実動操向角度の時間変化量が、予め設定した所定範囲内にない状態が所定時間継続すると、前記車輪の向きを自由回動可能にする、又は車輪の向きを中立位置にすることを特徴とする航空機の地上操向方法。
8. 請求項１乃至請求項４の地上操向装置を備えたことを特徴とする航空機。

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