JP2020513373A - 航空−道路用コンバーチブル車両の動作のための安定性制御 - Google Patents

Abstract

道路用途のための第１の構成および航空用途のための第２の構成を有する車両であって、ロードホイールと、地面と接触する場合にロードホイールの方向制御をもたらすステアリングホイールなどの第１のステアリング制御入力と、地面と接触する場合にロードホイールを駆動するための、各駆動ホイールに接続された電気モータなどの牽引駆動推進ユニットと、スロットルペダルなどの牽引駆動力制御入力と、操縦翼面を操作し、車両の空力方向制御をもたらすラダーペダルなどの第２のステアリング制御入力と、車両に取り付けられたプロペラに対して接続されたモータなどの、空気を介して車両を駆動するための空力スラスト推進ユニットと、スロットルレバーなどのスラスト力制御入力と、任意によりブレーキペダルなどのロードホイールブレーキ制御入力とを備え、車両が第２の構成であって車輪が地面と接触している場合には、スラスト力制御入力は空力スラスト推進ユニットおよび牽引駆動推進ユニットへの動力を制御して車両を加速するよう動作可能であり、また第１のステアリング制御入力および第２のステアリング制御入力は、いずれも車両の進行方向を制御するよう動作可能であることを特徴とする車両。【選択図】図３

Description

本発明は、航空または道路用に構成可能な車両での使用に適した制御システムに関する。そのような車両は、一般に空飛ぶ車またはローダブルエアクラフト（以後「空飛ぶ車」）として知られている。より詳細には、本発明はそのような車両の動作制御に関する。

空飛ぶ車の設計、すなわち道路および飛行の両方の用途に関する法的かつ実用的な要件を完全に満たすことができる車両について、これまでいくつかの提案があった。例としては、Ｔｅｒｒａｆｕｇｉａ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ（ＷＯ２００７／１１４８７７）、Ｃａｒｐｌａｎｅ（ｈｔｔｐ：／／ｃａｒｐｌａｎｅ．ｄｅ／）、ＡｅｒｏＭｏｂｉｌ（ＷＯ２０１３／０３２４０、ＷＯ２０１６／０５７００３、ＷＯ２０１６／０５７００４）、およびＭｏｌｌｅｒ Ｓｋｙｃａｒ（ｈｔｔｐ：／／ｍｏｌｌｅｒ．ｃｏｍ／）が挙げられる。

空飛ぶ車が直面する１つの特有の問題は、標準的な制御入力が運転用途と飛行用途とで著しく異なることである。運転の場合、ステアリングには手動制御入力が、スロットルとブレーキには足踏み制御が使用される。飛行の場合、ピッチ（エレベーター）とロール（エルロン）には手動制御が、通常はスティックやヨーク、スロットルを使用して行われ、ヨー（ラダー）、しばしば差動ホイールブレーキには足踏み制御が使用される。したがって、航空用途と道路用途の両方で規制要件を満たす単一の制御入力を提供することはできない。また、入力が同じであって、使用する態様によって用途が異なると、オペレータエラーが発生する可能性が高くなる。

国際公開第２０１６／０５７００３号パンフレットは、航空用途および道路用途に関して手動制御入力間を容易にシフトするための１つの提案を開示している。

Ｔｅｒｒａｆｕｇｉａ Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎのような他の提案には、それぞれの入力に関する組合せ、すなわち道路用途のためのステアリングホイールと航空用途のためのスティックおよびハンドスロットルの両方、２組のペダル、道路用途のための内部ペア（スロットルとブレーキ）、ラダー（ヨー）制御のための外部ペアが包括的に示されている。

航空機が直面する１つの特有の問題は、操縦翼面上の対気速度が低いために、地上での方向制御および安定性が困難になり得ることである。同様に、車輪の差動ブレーキは、航空機がある速度で地上走行している場合にのみ有効である。通常、路上走行車は、比較的良好な低速方向制御とブレーキを有する。しかし、道路制御と飛行制御が別々である場合、同時操作を安全に達成することはしばしば困難である。

本発明は、これらの問題の少なくともいくつかに取り組むことを試みる。

本発明の第１の態様は、道路用途のための第１の構成（「道路用途構成」）および航空用途のための第２の構成（「飛行構成」）を有する車両を提供し、この車両は、
ロードホイールと、
地面と接触する場合にロードホイールの方向制御をもたらすステアリングホイールなどの第１のステアリング制御入力と、
地面と接触する場合にロードホイールを駆動するための、各駆動ホイールに接続された電気モータなどの牽引駆動推進ユニットと、
スロットルペダルなどの牽引駆動力制御入力と、
操縦翼面を操作し、車両の空力方向制御をもたらすラダーペダルなどの第２のステアリング制御入力と、
車両に取り付けられたプロペラに対して接続されたモータなどの、空気を介して車両を駆動するための空力スラスト推進ユニットと、
スロットルレバーなどのスラスト力制御入力と、任意により
ブレーキペダルなどのロードホイールブレーキ制御入力と、を備え、
車両が第２の構成であって車輪が地面と接触している場合には、スラスト力制御入力は空力スラスト推進ユニットおよび牽引駆動推進ユニットへの動力を制御して車両を加速するよう動作可能であり、また第１のステアリング制御入力および第２のステアリング制御入力は、いずれも車両の進行方向を制御するよう動作可能であることを特徴とする。

第１のステアリング入力の制御下にあるロードホイールは、車両の前方にあってもよく、また牽引駆動ユニットによって駆動されてもよい。

スロットルレバーは、アイドル位置の第１の側への移動がスラスト推進ユニットへの動力を変えるように作用し、アイドル位置の第２の側への操作がロードホイールに加えられる制動力を変えるように作用するように構成できる。ある実施例では、レバーがアイドル位置の第１の側で操作されると、第２のステアリング制御入力は、駆動ロードホイールへのトルクをベクタリングすることによってロードホイールにステアリング制御を適用するように構成される。

いくつかの実施形態では、スラスト力制御入力は、車両の対気速度に従って牽引駆動推進ユニットへの動力を可変に制御するように構成することができる。

いくつかの実施形態では、第１のステアリング制御入力は、ロードホイールが地面と接触しているときにのみ動作可能であるように構成することができる。

いくつかの実施形態では、ロードホイールは、車両が第１の構成にあるとき、または第２の構成にありロードホイールが地面と接触しているときに使用するための第１の伸長位置と、第２の構成にあり飛行中であるときに使用するための第２の後退位置との間で移動可能である。

本発明の別の態様は、第１の態様に従い車両を操作する方法を提供し、この方法は、
ロードホイールが地面と接触した状態で車両を第２の構成に配置することと、
１つの動作モードにおいて、スラスト力制御入力を使用して、第１のステアリング制御入力によって地上での車両の進行方向を制御しながら、スラスト推進ユニットおよび牽引駆動推進ユニットの両方からの動力を制御して地上での車両の速度を制御することと、
もう１つの動作モードにおいて、スラスト力制御入力を使用してスラスト推進ユニットからの動力を制御して、第２のステアリング制御入力によって進行方向を制御しながら車両の対気速度を制御することと、を含む。

本発明のさらに別の態様は、第１の態様に従って車両を操作する方法を提供し、この方法は、
ロードホイールが最初は地面と接触していない状態で車両を第２の構成に配置することと、
１つの動作モードにおいて、スラスト力制御入力を使用して、第２のステアリング制御入力によってロードホイールを地面に接触させて進行方向を制御しながら、スラスト推進ユニットからの動力を制御して車両の対気速度を制御することと、
ロードホイールが地面と接触するもう１つの動作モードにおいて、スラスト力制御入力を使用して、スラスト推進ユニットおよび牽引駆動推進ユニットの両方からの動力を制御して、第１のステアリング制御入力によって地上での進行方向を制御しながら、地上での車両の速度を制御することと、を含む。

両方の方法は、ロードホイールが地面と接触しているときにスラスト力制御入力を使用してロードホイールに制動力を加えること、および／またはロードホイールに対して第２のステアリング制御入力を使用することを、さらに含むことができる。

車両は、車体と、車体に接続され、第１の構成の折畳み位置と第２の構成の伸長位置との間で移動可能な翼と、車体後部の尾部と、空中の車両の動作を制御する可動操縦翼面とを備えることができる。

本発明の範囲内でさらなる変形が可能である。

飛行構成にある空飛ぶ車の斜視図である。 道路用途構成にある空飛ぶ車の正面斜視図である。 道路用途および飛行用途用に構成された場合の、図１および図２の空飛ぶ車に関する制御レイアウトの概略図である。 同上。

図１および図２を参照すると、コンバーチブル車両（空飛ぶ車）を含む航空機が、飛行構成（図１）および道路用途構成（図２）で示されている。空飛ぶ車は車体構造１０を備え、この車体構造は乗員室１２を備えており、また主モータ（図示せず）およびこの主モータから車体構造１０の後部１４まで延在するプロペラシャフト（図示せず）を収容し、このプロペラは後述のように取り付けられる。（図示しない補助翼を介して）リフトおよび制御を提供する翼１６は、乗員室１２のすぐ後ろの車体１０の頂部に取り付けられている。翼１６は、飛行用途のための伸長位置（図１）と道路用途のための折畳み位置（図２）との間で動かすことができる。折畳み位置では、翼は車体１０の頂部に沿って位置し、翼の長軸は車体１０の長軸と実質的に平行にある。折畳み機構は、実質的にＷＯ２０１３／０３２４０に記載されている通りである。

尾部構造１８は、車体１０の後部に配置され、垂直操縦翼面２０（フィンおよびラダー）と、水平操縦翼面２２（水平尾翼および昇降舵）とを含む。後輪２４はフィン２０の下端に設けられている。

前輪２６は車体構造１０に取り付けられている。前輪は操舵可能で駆動される。加えて、前輪２６は、飛行中の抗力を減少させるために車体に接近して配置される後退位置（図１）と、道路用途時に牽引力と制御を向上させるために配置される開位置（図２）との間で移動できる。モータから電力を供給される電気モータ（図示せず）によって前輪が駆動される。各前輪２６に対して１つの電気モータがある。電気モータは、一緒に駆動するか、あるいは各車輪に異なる駆動またはベクトル駆動をもたらし安定性とステアリングを補助するよう制御することができる。

飛行用途においては、主モータはプロペラを駆動しスラストをもたらすために使用される。

図３は、車両が道路用に構成されているときの乗員室１２内の部分図を示す。ステアリングホイール３０は、運転席／操縦席（図示せず）の前方に従来の構成で配置されている。道路用途時の構成（図２）では、ステアリングホイール３０は従来の方法で前輪２６を操作する。

ステアリングホイール３０の下方のフットウェル３２には、３つのペダルからなる装置が設けられている。ペダルは、中央ブレーキペダル３４と、第１および第２のサイドペダル３６、３８とを含む。ブレーキ３４は、前輪２６と後輪２４の両方に対して作動する。道路用途時の第１の構成（図２）では、第１のサイドペダル３６はスロットルペダルとして構成され、従来の足踏み式に作動して駆動前輪２６に動力を加える。例えば、前輪が電気モータによって駆動されると、スロットルペダル３６はモータに供給される電流を制御するように作用する。この構成では、第２のサイドペダル３８は定位置に固定されており、フットレストとして機能する。

図４は、飛行用途のための第２の構成（図１）にあるときの図３に対応する図を示す。この場合、ペダルは、第１のサイドペダル３６のスロットル機能が解除され、第２のサイドペダル３８がその固定位置から解放されるように再構成される。これら２つのサイドペダル３６、３８は、尾部２０のヨー操縦翼面（ラダー）に接続され、第１（右）のサイドペダル３６を踏み込むと車両を右に振り、第２（左）のサイドペダル３８を踏み込むと車両を左に振るよう動作するように配置されている。ブレーキペダル３４は、車両がまだ飛行構成にある間にタキシングするときに車輪２４、２６に対して使用するために作動状態を維持することができる。

ステアリングホイール３０の右側には、飛行構成（図１）で使用する場合に翼１６および尾部２２上のロールおよびピッチ操縦翼面（エルロンおよびエレベータ）に接続されたサイドスティック制御コラム４０がある。サイドスティック４０の上面にはピッチトリム制御ボタン４２が設けられている。道路用途では、サイドスティック４０は非作動状態である。

スロットル４４、フラップ設定４６、および着陸装置展開４８のためのレバーが、ステアリングホイールの左側に配置されている。通常の道路用途時の構成（図２）では、これらは非作動状態である。航空用途時の構成（図１）では、これらのレバーはエンジンフラップおよび着陸装置機構に対して従来の方法で作動する。

離陸および着陸の状況では、１つまたは他の制御構成の態様によって、車両が航空用途と地上用途の間を移行する際に、その安定性維持を補助することが可能である。例えば、車両が地上にあり、操縦翼面上の対気速度が低いために空力制御が十分に有効となっていないときに、道路用途制御の態様を使用することが可能である。以下でさらに詳細に説明するように、あるモードからの制御入力に関するある特定の態様を別のモードで利用することも可能である。

例えば、車両が飛行用に構成されているがまだ地上にあるとき、制御入力は、ペダル３６、３８がラダーペダルとして構成され、ステアリングホイール３０が引き続き前輪２６をステアリングするように動作可能であるように構成される。さらに、スロットルレバー４４は、プロペラを駆動する主モータと、前輪２６を駆動する電気モータの両方を操作するように構成される。したがって、早い段階においてラダーの対気速度がまだ低すぎてすぐに有効とならない場合は、ペダル３６、３８からのラダー入力がある場合にはそれらに加え、ステアリングホイールを使用して、速度が増加し始めたときに車両が確実に正しい方向を向いた状態となるようにできる。表示灯、ブザーなどによる制御の「感触」によって示されるように、対気速度が有効な空力制御を得るのに十分になると、オペレータはステアリングホイールを放してサイドスティック４０とラダーペダル３６，３８のみを使用して通常の飛行制御を行うことができる。前輪２６に対する動力制御は、速度センサを使用することによって、または車輪がもはや地面と接触していないことを示す荷重検出器によって、非作動状態にすることができる。さらに、所定のスロットル設定に対して、速度が増すにつれて車輪への動力が減少するように、車輪への動力の供給を速度に依存させることができる。

車両が浮揚すると、オペレータはレバー４８の操作によって車輪を後退させることができ、この時点をもって車輪に対するステアリングまたは動力入力が行われる可能性を完全に無くすことができる。

ブレーキペダル３４は常時作動状態を維持することができる。物理的ブレーキシステムの動作に加えて、フットブレーキの動作も前輪２６への電気駆動を無効にするのに有効であり得る。

着地時には、レバー４８の操作により車輪を下降させることができる。アプローチ時の操作は従来通りである。しかしながら、一旦車輪が地面と接触すると、再び複合モード動作が可能になる。スロットルレバー４４には、その移動の後方に向かって戻り止めが設けられており、この戻り止めが通常のアイドル位置を画定している。飛行用途では、スロットルの操作は戻り止め／アイドル位置よりも前方で行われ、スロットルが前方に押されると動力が増大し、スロットルが引き戻されると動力が減少する。車両が地面に着いた状態で、戻り止めを越えてスロットルレバーを引き戻すと、モータはアイドル設定のままになるが、次第にロードホイールにブレーキがかかる。これは、ブレーキペダル３４を使用して加えられるいかなる制動にも加えられる。したがって、オペレータは、追加の制動を利用可能にしながら、サイドスティック４０およびラダーペダル３６、３８を使用して姿勢の完全な制御を維持することができる。

離陸手順の逆では、一旦着陸が検出され、また速度が一定のレベル、すなわち空力ステアリングがより困難なレベルになると、ステアリングホイールが作動状態になり得る。このような速度では、翼はほとんど揚力を与えず、他の操縦翼面は十分に有効ではなくなるが、これはサイドスティック４０が最終的に車両の制御を失うことなく人手を介さないままとなり得ることを意味する。また、両手操作でフルコントロールを維持できる。

これらの操作の変形では、ラダーペダル３６、３８を使用してホイールモータを制御し、ホイール電気モータにおいてトルクベクタリングを与えることで、地上での方向制御を補助することもできる。そのようなベクタリングによってもたらされるステアリング角は、速度センサの制御下にあり得る。トルクベクタリングは、完全な空力制御が可能であると速度センサによって示される場合に、完全に無効にすることができる。トルクベクタリングは、上述の方法でスロットルレバー４４を介して制動が加えられる場合にも無効になる。トルクベクタリングは、他の一般的に使用されている安全システム、例えばＡＢＳ（アンチロックブレーキシステム）、ＥＢＣ（緊急ブレーキ制御）などの追加機能である。

本発明の範囲内で変更を加えることができる。操縦翼面は、ケーブルおよび／またはロッドリンケージを使用して操作できる。プロペラピッチ制御は手動でも自動でもよい。道路用途用のギアセクションは自動またはＣＶＴである。道路用途の場合のスロットル制御は電気的／電子的に行うことができ、制動は路上走行車に通例であるように機械的／油圧的に行うことができる。

Claims (15)

1. 道路用途のための第１の構成および航空用途のための第２の構成を有する車両であって、
   ロードホイールと、
   地面と接触する場合にロードホイールの方向制御をもたらす第１のステアリング制御入力と、
   地面に接触する場合にロードホイールを駆動するための牽引駆動推進ユニットと、
   牽引駆動力制御入力と、
   操縦翼面を操作し、前記車両の空力方向制御をもたらす第２のステアリング制御入力と、
   空気を介して前記車両を駆動するための空力スラスト推進ユニットと、
   スラスト力制御入力と、を備え、
   前記車両が前記第２の構成であって前記車輪が地面と接触している場合には、前記スラスト力制御入力は前記空力スラスト推進ユニットおよび前記牽引駆動推進ユニットへの動力を制御して前記車両を加速するよう動作可能であり、また前記第１のステアリング制御入力および前記第２のステアリング制御入力は、いずれも前記車両の前記進行方向を制御するよう動作可能である、車両。
2. 前記第１のステアリング入力の制御下にある前記ロードホイールが、前記車両の前方にあり、前記牽引駆動ユニットによっても駆動される、請求項１に記載の車両。
3. 前記牽引駆動推進ユニットが、各駆動輪に接続された電気モータを備える、請求項１または２に記載の車両。
4. 前記第１のステアリング制御入力がステアリングホイールを備える、請求項１、２、または３に記載の車両。
5. 前記牽引駆動力入力および／または前記第２のステアリング制御入力が、１つまたは複数のペダルを備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両。
6. 前記スラスト力制御入力が手動スロットルレバーを備える、請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両。
7. 前記スロットルレバーが、アイドル位置の第１の側への移動が前記スラスト推進ユニットへの動力を変えるように作用し、前記アイドル位置の第２の側への操作が前記ロードホイールに加えられる制動力を変えるように作用するように構成される、請求項６に記載の車両。
8. 前記レバーが前記アイドル位置の前記第１の側で操作されるとき、前記第２のステアリング制御入力が、前記駆動ロードホイールへのトルクをベクタリングすることによって前記ロードホイールへステアリング制御を適用するように構成される、請求項７に記載の車両。
9. 前記スラスト力制御入力が、前記車両の前記対気速度に従って前記牽引駆動推進ユニットへの動力を可変的に制御するように構成される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の車両。
10. 第１のステアリング制御入力が、ロードホイールが地面と接触しているときにのみ動作可能であるように構成される、請求項１〜９のいずれか一項に記載の車両。
11. 前記ロードホイールが、前記車両が前記第１の構成にあるとき、または前記第２の構成にあり前記ロードホイールが地面と接触しているときに使用するための第１の伸長位置と、前記第２の構成にあり飛行中であるときに使用するための第２の後退位置との間で移動可能である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の車両。
12. ロードホイールブレーキ制御入力をさらに備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の車両。
13. 前記ロードホイールが地面に接触した状態で前記車両を前記第２の構成に置くステップと、
    １つの動作モードにおいて、前記スラスト力制御入力を使用して、第１のステアリング制御入力によって地上での車両の進行方向を制御しながら、前記スラスト推進ユニットおよび前記牽引駆動推進ユニットの両方からの動力を制御して地上での前記車両の速度を制御するステップと、
    もう１つの動作モードにおいて、前記スラスト力制御入力を使用して前記スラスト推進ユニットからの動力を制御して、前記第２のステアリング制御入力によって進行方向を制御しながら前記車両の前記対気速度を制御するステップと、を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の車両操作方法。
14. 前記ロードホイールが最初は地面と接触していない状態で前記車両を前記第２の構成に配置するステップと、
    １つの動作モードにおいて、前記スラスト力制御入力を使用して前記スラスト推進ユニットからの動力を制御して、前記第２のステアリング制御入力によって前記ロードホイールを地面に接触させて進行方向を制御しながら前記車両の前記対気速度を制御するステップと、
    前記ロードホイールが地面と接触するもう１つの動作モードにおいて、前記スラスト力制御入力を使用して、前記スラスト推進ユニットおよび前記牽引駆動推進ユニットの両方からの動力を制御して、前記第１のステアリング制御入力によって地上での進行方向を制御しながら、地上での前記車両の前記速度を制御するステップと、を含む、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の車両操作方法。
15. 前記ロードホイールが地面と接触しているときに前記スラスト力制御入力を使用して前記ロードホイールに制動力を加えるステップ、および／または前記ロードホイールに対して前記第２のステアリング制御入力を使用するステップをさらに含む、請求項１３または１４に記載の方法。

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