JP2021031007A - Control device of electric vertical take-off and landing aircraft - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、電動垂直離着陸機の制御装置に関する。 The present disclosure relates to a control device for an electric vertical take-off and landing aircraft.
近年、ガスタービンエンジンを有する飛行機とは異なる種類の航空機として、電動垂直離着陸機(eVTOL:electric Vertical Take-Off and Landing aircraft)と呼ばれる有人または無人の航空機の開発が活発化している。電動垂直離着陸機は、モータを有する電駆動システム(EDS:Electric Drive System)を複数備え、複数のモータによって複数の回転翼が回転駆動されることで、機体の揚力や推力を得ている。それぞれの電駆動システムの交換後や点検後には、かかる電駆動システムが正常に動作して回転翼が回転することを確認するための機能試験が実行されることが望ましい。特許文献1には、ガスタービンエンジンの機能を解析するための方法が開示されている。ガスタービンエンジンと同様に、電動垂直離着陸機の電駆動システムも、交換時や定期点検等において機能試験が行われることが求められる。 In recent years, the development of manned or unmanned aircraft called electric vertical take-off and landing aircraft (eVTOL) has become active as a type of aircraft different from airplanes having a gas turbine engine. The electric vertical take-off and landing aircraft is provided with a plurality of electric drive systems (EDS) having motors, and a plurality of rotor blades are rotationally driven by a plurality of motors to obtain lift and thrust of the airframe. After replacement or inspection of each electric drive system, it is desirable to carry out a functional test to confirm that the electric drive system operates normally and the rotor blades rotate. Patent Document 1 discloses a method for analyzing the function of a gas turbine engine. Similar to gas turbine engines, electric drive systems for electric vertical take-off and landing aircraft are also required to undergo functional tests at the time of replacement or periodic inspections.
電動垂直離着陸機は、ガスタービンエンジンを備える固定翼機等と比較して狭い場所でも離着陸することができるため、様々な場所で運用されることが想定される。他方、電駆動システムの機能試験は、回転翼に試験用の回転動作を行わせるための特別な制御が必要となるため、ガスタービンエンジンを有する飛行機と同様に、かかる制御を実現するためのコンピュータ等の専用設備を備える検査場等において実行されることが想定される。これらのことから、本願発明者らは、機能試験を実行するために電動垂直離着陸機を運用場所から検査場等へと移動させることが非効率的であると考えた。このため、電動垂直離着陸機の運用場所において電駆動システムの機能試験を実行可能な技術が望まれる。 Since an electric vertical take-off and landing aircraft can take off and land in a narrow space as compared with a fixed-wing aircraft equipped with a gas turbine engine, it is expected to be operated in various places. On the other hand, the functional test of the electric drive system requires special control for causing the rotor blades to perform the rotary motion for the test, so that the computer for realizing such control is similar to the airplane having a gas turbine engine. It is expected that it will be carried out at an inspection site equipped with dedicated equipment such as. From these facts, the inventors of the present application considered that it is inefficient to move the electric vertical take-off and landing aircraft from the operation site to the inspection site or the like in order to carry out the functional test. Therefore, a technology capable of performing a functional test of an electric drive system at an operating location of an electric vertical take-off and landing aircraft is desired.
本開示は、以下の形態として実現することが可能である。 The present disclosure can be realized in the following forms.
本開示の一形態によれば、電動垂直離着陸機(100)の制御装置(19)が提供される。この制御装置は、回転翼(30)を備えた電動垂直離着陸機に搭載されて前記回転翼を回転駆動させる駆動用モータ(12)を有する電駆動システム(10)に用いられる制御装置であって、前記制御装置は、前記駆動用モータを、通常モードと機能試験モードの少なくとも2種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御し、前記通常モードにおいて、前記制御装置は、前記電動垂直離着陸機の飛行を制御する機体制御装置(50)からの指令に応じて前記駆動用モータを制御し、前記機能試験モードにおいて、前記制御装置は、機能試験用プログラムに従って外部から送信される指令に応じて、または、自身に予め設定されている前記機能試験用プログラムに応じて、前記駆動用モータを制御する。 According to one embodiment of the present disclosure, a control device (19) for an electric vertical take-off and landing aircraft (100) is provided. This control device is a control device used in an electric drive system (10) having a drive motor (12) mounted on an electric vertical takeoff and landing machine provided with a rotary blade (30) to rotationally drive the rotary blade. The control device controls the drive motor to selectively operate in one of at least two operation modes, a normal mode and a functional test mode, and in the normal mode, the control device. The control device controls the drive motor in response to a command from the aircraft control device (50) that controls the flight of the electric vertical takeoff and landing aircraft, and in the functional test mode, the control device follows the functional test program. The drive motor is controlled according to a command transmitted from the outside or according to the functional test program preset in itself.
この形態の電動垂直離着陸機の制御装置によれば、制御装置は、電駆動システムを、通常モードと機能試験モードの少なくとも2種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御するので、電駆動システムの機能試験を電動垂直離着陸機の運用場所において実行できる。 According to the control device of this form of electric vertical take-off and landing aircraft, the control device selectively operates the electric drive system in one of at least two operation modes, a normal mode and a functional test mode. Therefore, the functional test of the electric drive system can be performed at the operation site of the electric vertical take-off and landing aircraft.
本開示は、種々の形態で実現することも可能である。例えば、制御装置を備える電動垂直離着陸機、電動垂直離着陸機の制御方法等の形態で実現することができる。 The present disclosure can also be realized in various forms. For example, it can be realized in the form of an electric vertical take-off and landing machine provided with a control device, a control method for the electric vertical take-off and landing machine, and the like.
A.第1実施形態:
A−1.装置構成:
図1および図2に示すように、本開示の一実施形態としての制御装置19を適用した電駆動システム10(以下、「EDS(Electric Drive System)10とも呼ぶ」)は、電動垂直離着陸機100(以下、「eVTOL(electric Vertical Take-Off and Landing aircraft)100」とも呼ぶ)に搭載され、eVTOL100が有する回転翼30の動作を制御する。
A. First Embodiment:
A-1. Device configuration:
As shown in FIGS. 1 and 2, the electric drive system 10 (hereinafter, also referred to as “EDS (Electric Drive System) 10”) to which the
eVTOL100は、電気により駆動され、鉛直方向に離着陸可能な有人航空機として構成されている。eVTOL100は、複数のEDS10に加えて、機体制御装置50と、機体20と、複数の回転翼30と、図3に示すバッテリ40と、コンバータ42と、分配器44と、機体通信部64と、報知部66とを備えている。
The eVTOL 100 is configured as a manned aircraft that is electrically driven and can take off and land vertically. In addition to the plurality of
機体制御装置50は、機体側記憶部51とCPU(Central Processing Unit)とを備えるコンピュータとして構成されている。機体側記憶部51は、ROM(Read Only Memory)とRAM(Random Access Memory)とを有する。CPUは、機体側記憶部51に予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、eVTOL100の全体動作を制御する機体側制御部52として機能する。
The
eVTOL100の全体動作としては、例えば、垂直離着陸動作、飛行動作や、各EDS10の機能試験の実行動作等が該当する。垂直離着陸動作および飛行動作は、設定された航空経路情報に基づいて実行されてもよく、乗員の操縦により実行されてもよく、後述する外部装置500が備える外部制御部510からの指令に基づいて実行されてもよい。機体側制御部52は、eVTOL100の動作において、各EDS10が有する駆動用モータ12の回転数および回転方向や、各回転翼30のブレード角等を制御する。
The overall operation of the eVTOL 100 includes, for example, a vertical takeoff and landing operation, a flight operation, an execution operation of a functional test of each
図1に示すように、本実施形態のeVTOL100は、回転翼30とEDS10とをそれぞれ8つずつ備えている。なお、図3では、図示の便宜上、eVTOL100が備える8つの回転翼30およびEDS10のうち、1つの回転翼30およびEDS10を代表して示している。
As shown in FIG. 1, the
図1および図2に示すように、機体20は、eVTOL100において8つの回転翼30およびEDS10を除いた部分に相当する。機体20は、機体本体部21と、支柱部22と、6つの第1支持部23と、6つの第2支持部24と、主翼25と、尾翼28とを備える。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
機体本体部21は、eVTOL100の胴体部分を構成する。機体本体部21は、機体軸AXを対称軸として左右対称の構成を有する。本実施形態において、「機体軸AX」とは、機体重心位置CMを通り、eVTOL100の前後方向に沿った軸を意味している。また、「機体重心位置CM」とは、乗員が搭乗していない空虚重量時におけるeVTOL100の重心位置を意味している。機体本体部21の内部には、図示しない乗員室が形成されている。また、機体本体部21には、加速度センサ29が搭載される。加速度センサ29は、飛行中のeVTOL100の姿勢の制御に利用される。加速度センサ29は、三軸センサにより構成され、eVTOL100の加速度を測定する。加速度センサ29による測定結果は、機体制御装置50へと出力される。
The
支柱部22は、鉛直方向に延びる略柱状の外観形状を有し、機体本体部21の上部に固定されている。本実施形態において、支柱部22は、鉛直方向に見てeVTOL100の機体重心位置CMと重なる位置に配置されている。支柱部22の上端部には、6つの第1支持部23の一方の端部がそれぞれ固定されている。6つの第1支持部23は、それぞれ略棒状の外観形状を有し、鉛直方向に垂直な面に沿って延びるように、互いに等角度間隔で放射状に配置されている。各第1支持部23の他方の端部、すなわち支柱部22から遠ざかる位置にある端部には、それぞれ回転翼30とEDS10とが配置されている。6つの第2支持部24は、それぞれ略棒状の外観形状を有し、互いに隣り合う第1支持部23の他方の端部(支柱部22と接続されていない側の端部)同士を接続している。
The
主翼25は、右翼26と左翼27とにより構成されている。右翼26は、機体本体部21から右方向に延びて形成されている。左翼27は、機体本体部21から左方向に延びて形成されている。右翼26と左翼27とには、それぞれ回転翼30とEDS10とが1つずつ配置されている。尾翼28は、機体本体部21の後端部に形成されている。
The main wing 25 is composed of a right wing 26 and a left wing 27. The right wing 26 is formed so as to extend to the right from the
8つの回転翼30のうちの6つは、各第2支持部24の端部に配置され、主に機体20の揚力を得るためのリフト用回転翼31として構成されている。8つの回転翼30のうちの2つは、右翼26と左翼27とにそれぞれ配置され、主に機体20の推力を得るためのクルーズ用回転翼32として構成されている。各回転翼30は、それぞれの回転軸を中心として、互いに独立して回転駆動される。各回転翼30は、互いに等角度間隔で配置された3つのブレード33をそれぞれ有する。本実施形態において、各回転翼30のブレード角は、それぞれ可変に構成されている。具体的には、機体制御装置50からの指示に従い図示しないアクチュエータによってブレード角が調整される。図3に示すように、各回転翼30には、回転数センサ34と、トルクセンサ35とがそれぞれ設けられている。回転数センサ34は、回転翼30の回転数を測定する。トルクセンサ35は、回転翼30の回転トルクを測定する。各センサ34、35による測定結果は、機体制御装置50へと出力される。
Six of the eight
図1に示す8つのEDS10は、各回転翼30をそれぞれ回転駆動させるための電駆動システムとして構成されている。8つのEDS10のうちの6つは、それぞれリフト用回転翼31を回転駆動させる。8つのEDS10のうちの2つは、それぞれクルーズ用回転翼32を回転駆動させる。
The eight EDS 10s shown in FIG. 1 are configured as an electric drive system for rotationally driving each
図3に示すように、各EDS10は、駆動部11と、駆動用モータ12と、ギアボックス13と、回転数センサ14と、電流センサ15と、電圧センサ16と、トルクセンサ17と、推力センサ18と、温度センサTsと、振動センサVsと、制御装置19を有する。
As shown in FIG. 3, each
駆動部11は、図示しないインバータ回路を備え、駆動用モータ12を回転駆動させる。インバータ回路は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)等のパワー素子により構成され、制御装置19から供給される制御信号に応じたデューティ比により駆動用モータ12に駆動電圧を供給する。
The drive unit 11 includes an inverter circuit (not shown) to rotate and drive the
駆動用モータ12は、本実施形態ではブラシレスモータにより構成され、駆動部11のインバータ回路から供給される電圧および電流に応じた回転運動を出力する。なお、ブラシレスモータに代えて、誘導モータやリラクタンスモータ等の任意のモータにより構成されていてもよい。
In the present embodiment, the
ギアボックス13は、駆動用モータ12と回転翼30とを物理的に接続している。ギアボックス13は、図示しない複数のギアを有し、駆動用モータ12の回転を減速して回転翼30へと伝達する。なお、ギアボックス13が省略されて駆動用モータ12に回転翼30の回転軸が直接的に接続されていてもよい。
The
回転数センサ14とトルクセンサ17と、推力センサ18と、温度センサTsと、振動センサVsとは、それぞれ駆動用モータ12に設けられており、駆動用モータ12の回転数と、回転トルクと、推力と、温度と、振動とをそれぞれ測定する。回転数センサ14は、回転数計測部に相当し、推力センサ18は、推力計測部に相当する。推力センサ18は、例えば、バネと、バネの伸びであるひずみを検出するひずみゲージとを有し、検出されるひずみを利用して推力を計測する。電流センサ15と電圧センサ16とは、それぞれ駆動部11と駆動用モータ12との間に設けられており、駆動電流と駆動電圧とをそれぞれ測定する。各センサ14〜18、Ts、Vsによる測定結果は、制御装置19に出力され、また、制御装置19を介して機体制御装置50へと出力される。
The rotation speed sensor 14, the
制御装置19は、電駆動システム10を全体制御する。本実施形態において、制御装置19は、EDS10を、通常モードと機能試験モードとのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御する。通常モードとは、機体制御装置50から通知される指令値に従い、駆動用モータ12を駆動させることにより回転翼30の回転駆動を制御し、乗員の運転操作に応じて、或いは、予め設定されている飛行プログラムに応じてeVTOL100を飛行させるための動作モードである。機能試験モードとは、EDS10の正常性を確認するための試験、すなわち、EDS10が有する機能が正常に働くか否かを判断するための試験(以下、「機能試験」とも呼ぶ)を実行するための動作モードである。本実施形態では、機能試験モードにおいても、機体制御装置50から通知される指令値に従って、駆動用モータ12が駆動される。機能試験の詳細については、後述する。
The
制御装置19は、CPU19aと、記憶部19bと、入出力インターフェイス19cとを備えるコンピュータとして構成されている。CPU19aは、記憶部19bに予め記憶されている制御プログラムを実行することにより、駆動制御部191、計測結果取得部192、合否判定部193、推力想定値算出部194として機能する。
The
駆動制御部191は、機体制御装置50から通知される指令値に応じた制御信号を駆動部11に送信することにより、回転翼30を駆動させる。指令値とは、例えば、駆動用モータ12の目標回転数や、目標推力値などが該当する。
The
計測結果取得部192は、駆動用モータ12に関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する。具体的には、計測結果取得部192は、回転数センサ14と、電流センサ15と、電圧センサ16と、推力センサ18における計測結果のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する。なお、計測結果取得部192は、EDS10に設けられたセンサだけでなく、例えば、回転翼30に設けられた回転数センサ34における計測結果を取得してもよい。
The measurement
合否判定部193は、計測結果取得部192において取得された計測結果を用いて、機能試験の合否を判定する。具体的には、例えば、機能試験モードにおける推力の想定値である推力想定値と、計測結果取得部192において取得された推力の計測結果とを用いて、推力想定値と推力の計測結果との差分が所定範囲に収まっているか否かを判定する。そして、かかる差分が所定範囲に収まっている場合には「機能試験合格」と判定し、収まっていない場合には「機能試験不合格」と判定する。以下、図4〜図10を用いて具体的に説明する。
The pass /
図4は推力の想定値と計測値を示している。図4において、横軸は時間を示し、縦軸は回転翼30が発生する推力を示す。また、破線Fiは推力想定値を示し、太い実線Fmは推力計測値を示している。推力想定値は、例えば、機体制御装置50から駆動用モータ12の出力回転数の指令を受けた駆動制御部191により算出される。駆動制御部191は、単位時間毎に推力想定値を算出し、算出された推力想定値と推力センサ18により得られる推力計測値の差分を求める。合否判定部193は、試験期間Tt全体に亘って求められた差分の絶対値が所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。
FIG. 4 shows the assumed value and the measured value of the thrust. In FIG. 4, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents the thrust generated by the
図5は、駆動用モータ12の回転数の指令値と計測値を示している。図5において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ回転数を示す。また、破線Riは回転数指令値を示し、太い実線Rmは回転数計測値を示している。回転数指令値は、機体制御装置50から制御装置19へ指令された駆動用モータ12の回転数に基づいた値である。回転数計測値は、回転数センサ14により得られる回転数の計測値である。合否判定部193は、上述した推力と同様に、駆動用モータ12の回転数(回転翼30の回転数)に基づく機能試験の合否判定を行う。
FIG. 5 shows a command value and a measured value of the rotation speed of the
図6は電流の指令値と計測値を示している。図6において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示す。また、破線Iiは電流指令値を示し、太い実線Imは電流計測値を示している。電流指令値は、機体制御装置50から制御装置19へ指令された駆動用モータ12の回転数に基づいた値である。電流計測値は、電流センサ15により得られる電流の計測値である。合否判定部193は、上述した推力と同様に、電流値に基づく機能試験の合否判定を行う。
FIG. 6 shows the command value and the measured value of the current. In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents current. The broken line Ii indicates the current command value, and the thick solid line Im indicates the current measurement value. The current command value is a value based on the rotation speed of the
図7は電圧の指令値と計測値を示している。図7において、横軸は時間を示し、縦軸は電圧を示す。また、破線Viは電圧指令値を示し、太い実線Vmは電圧計測値を示している。電圧指令値は、機体制御装置50から制御装置19へ指令された駆動用モータ12の回転数に基づいた値である。電圧計測値は、電圧センサ16により得られる電圧の計測値である。合否判定部193は、上述した推力と同様に、電圧値に基づく機能試験の合否判定を行う。
FIG. 7 shows the command value and the measured value of the voltage. In FIG. 7, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents voltage. The broken line Vi indicates the voltage command value, and the thick solid line Vm indicates the voltage measurement value. The voltage command value is a value based on the rotation speed of the
図8はモータ効率の計測値を示している。図8において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ効率を示す。また、破線ηiは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線ηmは計測値を示している。モータ効率は、入力電力に対する駆動用モータ12の仕事量を意味する。駆動用モータ12の仕事量は、回転数センサ14により計測される駆動用モータ12の回転数およびトルクセンサ17により計測される駆動用モータ12のトルクに基づいて算出される。合否判定部193は、計測値が、試験期間Tt全体に亘って、予め定められた所定の閾値以上であれば、機能試験合格と判定し、閾値より小さければ機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。
FIG. 8 shows the measured values of the motor efficiency. In FIG. 8, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents motor efficiency. Further, the broken line ηi indicates a predetermined threshold value, and the thick solid line ηm indicates the measured value. Motor efficiency means the workload of the
図9はモータ温度の計測値を示している。図9において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ温度を示す。また、破線Tiは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線Tmは計測値を示している。モータ温度は、温度センサTsにより得られる計測値である。合否判定部193は、計測値が、試験期間Tt全体に亘って、予め定められた所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。
FIG. 9 shows the measured values of the motor temperature. In FIG. 9, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents motor temperature. Further, the broken line Ti indicates a predetermined threshold value, and the thick solid line Tm indicates the measured value. The motor temperature is a measured value obtained by the temperature sensor Ts. The pass /
図10はモータ振動の計測値を示している。図10において、横軸は時間を示し、縦軸はモータ振動を示す。また、破線Vibiは予め定められた所定の閾値を示し、太い実線Vibmは計測値を示している。モータ振動は、振動センサVsにより得られる計測値である。合否判定部193は、計測値が、試験期間Tt全体に亘って、予め定められた所定の閾値より小さければ、機能試験合格と判定し、閾値以上であれば機能試験不合格と判定する。かかる閾値は、予め実験等により求めて設定されている。
FIG. 10 shows the measured values of the motor vibration. In FIG. 10, the horizontal axis represents time and the vertical axis represents motor vibration. Further, the broken line Vibi indicates a predetermined threshold value, and the thick solid line Vibm indicates the measured value. The motor vibration is a measured value obtained by the vibration sensor Vs. The pass /
図3に示すように、推力想定値算出部194は、大気密度と、駆動用モータ12に対する回転数の指令値と、回転翼30の取付角度とから、推力想定値を算出する。なお、推力想定値は、外部から入力してもよい。例えば、図示しないユーザインターフェイスを介して機体制御装置50に入力された推力想定値を、入出力インターフェイス19cを介して制御装置19に入力される構成としてもよい。
As shown in FIG. 3, the thrust estimation
記憶部19bは、ROMおよびRAMからなり、ROMには、上述の制御プログラムが予め記憶されている。また、ROMには、各センサの計測値が記憶される。
The
入出力インターフェイス19cは、制御装置19と外部との間で、想定値や出力値を入出力するために用いられる。例えば、入出力インターフェイス19cは、推力想定値を外部から入力する。また、機体制御装置50から指令値(駆動用モータ12の回転数の指令値など)を入力する。また、入出力インターフェイス19cは、駆動用モータ12への指令値と、計測結果取得部192によって取得された計測結果と、合否判定部193における合否結果とのうちの少なくとも1つを外部に送信する送信インターフェイスの役割も担う。
The input / output interface 19c is used to input / output assumed values and output values between the
バッテリ40は、リチウムイオン電池により構成され、eVTOL100における電力供給源の1つとして機能する。バッテリ40は、主に、各EDS10がそれぞれ有する駆動部11へと電力を供給して各駆動用モータ12を駆動させる。なお、リチウムイオン電池に代えて、ニッケル水素電池等の任意の二次電池により構成されていてもよく、バッテリ40に代えて、またはバッテリ40に加えて、燃料電池や発電機等の任意の電力供給源が搭載されていてもよい。
The
コンバータ42は、バッテリ40と接続されており、バッテリ40の電圧を降圧してeVTOL100が備える図示しない補機類や機体制御装置50へと供給する。分配器44は、バッテリ40の電圧を各EDS10が備える駆動部11へと分配する。
The
各EDS10の機能試験は、定期点検や不具合発生時の点検等を含むEDS10の点検や、EDS10の構成部品の交換等の保守が行なわれた後に、点検や保守対象となったEDS10を対象として簡易的な動作確認のために実行される。本実施形態では、機能試験の対象となるEDS10を、「試験対象システム」と呼ぶ。機能試験では、試験対象システムが正常に動作して、試験対象システムが回転駆動する回転翼30(以下、「試験対象回転翼」とも呼ぶ」が正常に回転することが確認される。具体的には、機能試験では、図6および図7に示すように、回転翼30に対して所定の試験パターンで電圧および電流を供給し、このときの電圧値、電流値、モータ回転数、回転翼回転数、温度、推力等を測定し、目標値と実測値との差分に基づき、試験対象システムおよび試験対象回転翼の正常性が判断される。
The functional test of each EDS10 is simple for the EDS10 that has been inspected and maintained after the EDS10 has been inspected, including periodic inspections and inspections when a problem occurs, and maintenance such as replacement of components of the EDS10 has been performed. It is executed to confirm the operation. In the present embodiment, the
機体通信部64は、無線通信を行なう機能を有し、外部装置500が備える外部通信部520とeVTOL100との間で情報の送受信を行なうとともに、機体制御装置50と通信可能に構成されている。無線通信としては、例えば、民間用VHF(Very High Frequency)無線通信や、4G(第4世代移動体通信システム)や5G(第5世代移動体通信システム)等の電気通信事業者が提供する無線通信や、IEEE802.11規格に従った無線LAN通信等が該当する。また、例えば、USB(Universal Serial Bus)や、IEEE802.3規格に従った有線通信であってもよい。なお、外部装置500としては、例えば、機能試験の制御や試験結果の記録等を行うサーバ装置等の管理および制御用のコンピュータが該当する。かかる管理・制御用コンピュータは、例えば、航空管制室に配置されているサーバ装置であってもよく、また、機能試験を含む保守や点検を行う保守作業員がeVTOL100の運用場所に持ち込んだパーソナルコンピュータであってもよい。
The
報知部66は、機体制御装置50からの指示に従って報知を行う。本実施形態において、報知部66は、乗員室に搭載されて文字や画像等を表示する表示装置や、音声や警告音等を出力するスピーカ等により構成され、視覚情報や聴覚情報によって乗員に各種情報を報知する。
The
A−2.機能試験の手順:
図11に示す機能試験のシーケンスは、機体制御装置50に接続されている図示しないユーザインターフェイスから、作業員が機能試験実施の指示を入力することにより開始される。機体制御装置50において機体側制御部52は、試験開始の合図を試験対象システムのEDS10に送信する(ステップS20)。EDS10において制御装置19は、かかる合図を契機として、回転翼30およびバッテリ40が、試験開始可能な状態(Ready)であるか否かを確認する(ステップS21)。例えば、回転翼30であれば一時的に給電して回転可能であるか否かを確認する。バッテリ40であれば、バッテリ40の残容量(SOC:State Of Charge)を確認する。制御装置19は、回転翼30およびバッテリ40がReadyである場合には、EDS10の動作モードを機能試験モードに設定し、また、Readyである旨を機体制御装置50に通知する(ステップS22)。
A-2. Functional test procedure:
The functional test sequence shown in FIG. 11 is started by the worker inputting an instruction to execute the functional test from a user interface (not shown) connected to the
「Readyである」との通知を受信した機体制御装置50は、試験日時と、緯度経度と、機体番号と、気温圧力等の入力情報をEDS10へ送信し(ステップS23)、EDS10の制御装置19は、受信した入力情報を記憶部19bに保存する(ステップS24)。ステップS24で保存された情報は、後に得られる機能試験の合否判定結果に対応付けられる。EDS10の制御装置19は、機体制御装置50に出力指令要求を送信する(ステップS25)。機体制御装置50は、EDS10へ推力想定値および回転数の指令値を送信する(ステップS26)。上記指令を受信したEDS10の制御装置19は、指令に従って駆動用モータ12を試験駆動させる(ステップS27)。本実施形態では、機体制御装置50から送信される指令は、機体制御装置50において機能試験用プログラムに従って送信される。このような指令に従って、駆動制御部191は、駆動用モータ12に対して所定の試験パターンの電流値および電圧値を供給するように駆動部11を制御し、その結果、バッテリ40から電力が供給される。
Upon receiving the notification of "Ready", the
回転数センサ34やトルクセンサ35は、機能試験実行中に計測したデータをEDS10に送信する(ステップS28)。EDS10において計測結果取得部192は、各センサで計測された計測データを順次、記憶部19bに記憶させる(ステップS29)。各センサで計測された計測データがEDS10から機体制御装置50へと送られ、機体制御装置50は、順次、機体側記憶部51に各々記憶する(ステップS30)。駆動電圧等を変化させる周波数を変えて、上述のステップS26からステップS30までが繰り返される。
The rotation speed sensor 34 and the
機体制御装置50がEDS10へ機能試験終了の合図を送信する(ステップS31)。制御装置19において合否判定部193は、合否判定を実行し(ステップS32)、合否判定結果を機体制御装置50へと送信する(ステップS33)。
The
以上説明した第1実施形態の制御装置19によれば、制御装置19は、EDS10を、通常モードと機能試験モードの少なくとも2種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御するので、機能試験を実行するための場所が検査場等に限定されることを抑制できる。このため、試験対象システムの機能試験を電動垂直離着陸機の運用場所において実行できる。
According to the
また、第1実施形態の制御装置19は、駆動用モータ12に関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する計測結果取得部192と、取得された計測結果を用いて機能試験の合否を判定する合否判定部193とを備える。このため、EDS10内の制御装置19において、計測結果を取得して、取得された計測結果を用いて機能試験の合否を判定することができる。
Further, the
第1実施形態におけるEDS10は、回転数を計測する回転数計測部に相当する回転数センサ14を有し、計測結果取得部192は、回転数センサ14から回転数の計測結果を取得する。このため、機能試験の合否判定において、駆動用モータ12の回転数の計測結果を利用することができる。
The
第1実施形態におけるEDS10は、推力を計測する推力計測部に相当する推力センサ18をさらに有し、計測結果取得部192は、推力センサ18から推力の計測結果を取得し、合否判定部193は、機能試験モードにおける推力の想定値である推力想定値と、取得された推力の計測結果とを用いて、機能試験の合否を判定する。このため、機能試験の合否判定の精度が向上する。
The
また、第1実施形態における制御装置19は、大気密度と、駆動用モータ12に対する回転数の指令値と、回転翼30の取付角度とから、推力想定値を算出する推力想定値算出部194とをさらに備える。このため、機能試験の合否判定の精度がさらに向上する。
Further, the
第1実施形態の制御装置19は、推力想定値を外部から入力するための入力インターフェイスに相当する入出力インターフェイス19cを、さらに備える。このため、制御装置19の構成を簡易にできる。
The
また、第1実施形態の制御装置19は、駆動用モータ12への指令値と、取得された計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも1つを記憶する記憶部19bを、さらに備える。このため、例えば、合否判定に使用したり、外部に出力するために、指令値や結果を記憶部19bに記憶できる。
Further, the
第1実施形態の制御装置19において、駆動用モータ12への指令値と、取得された計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも1つをEDS10が有する送信インターフェイスに相当する入出力インターフェイス19cを介して外部に送信するための入出力インターフェイス19cを、さらに備える。このため、指令値と、計測結果と、機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも1つを、例えば、入出力インターフェイス19cを介して機体制御装置50へ送信できる。
In the
B.第2実施形態:
第2実施形態のeVTOL100の構成は、図12に示すようにEDS10が連結部60を備える点と、電駆動システム10が推力センサ18を備えていない点と、機能試験を含む後述の試験処理の実行時に、図12に示すように機体20に治具70が取り付けられる点とにおいて、第1実施形態のeVTOL100と異なる。第2実施形態のeVTOL100における他の構成は、第1実施形態のeVTOL100と同じであるので、同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
B. Second embodiment:
The configuration of the
連結部60は、EDS10を機体20に機械的に連結するために用いられる。機能試験実行時には、図12に示すように、機体20(第1支持部23)に治具70が連結される。したがって、連結部60は、機体20を介して間接的に、EDS10を推力発生方向に保持可能な治具70と連結するための機械的な連結部といえる。なお、連結部60と治具70とは直接的に連結していてもよい。具体的には、EDS10が第1支持部23から露出した状態でEDS10は、連結部60により治具70と連結されてもよい。かかる構成においては、連結部60は、EDS10を直接的に治具70に連結する。
The connecting
治具70は、任意の場所において、地面に固定される。また、治具70は、機能試験において、駆動用モータ12の推力を計測し、制御装置19へ逐次送信する。治具70は、治具側連結部72と、推力関連値センサ部73と、本体部74とを有する。
The
治具側連結部72は治具70の上端に位置する。治具側連結部72の下端側は後述する推力関連値センサ部73と連結している。治具側連結部72は、eVTOL100の機体20を介して間接的にEDS10と連結する役割を担う。具体的には、治具側連結部72は第1支持部23を介してEDS10と連結する。
The jig-
推力関連値センサ部73は、図12に示されるように、治具側連結部72の下端から本体部74の上端にかけて配置される。推力関連値センサ部73は、円柱状の外観形状を有する。本実施形態において、推力関連値センサ部73は、治具側連結部72と本体部74とを連結すると共に、試験対象システムのEDS10の推力を計測する推力センサを内蔵している。推力センサは、例えば、バネと、バネの伸びであるひずみを検出するひずみゲージとを有し、検出されるひずみを利用して推力を計測する。治具70に推力関連値センサ部73が配置されることにより、本実施形態のようにEDS10が推力センサを有しない構成においても、推力に関して機能試験の合否判定が可能となる。
As shown in FIG. 12, the thrust-related
本体部74は、治具側インターフェイス部75と、計測結果取得装置76とを有する。治具側インターフェイス部75は、後述する治具側取得部76cにおいて取得された推力関連値センサ部73の出力値を外部に出力する。計測結果取得装置76は、治具側取得部76cを有する。治具側取得部76cは、EDS10に対する指令値と、推力関連値センサ部73の出力値を取得する。なお、本実施形態において、治具側取得部76cは、推力関連値センサ部73から直接推力を取得できる。
The
図13に示す試験処理は、EDS10の機能試験を行うための処理を意味する。EDS10の機能試験は、試験対象システムに治具70を装着することによって行われる。試験処理では、まず試験用の治具70が第1支持部23を介してEDS10に取り付けられる(ステップS10)。
The test process shown in FIG. 13 means a process for performing a functional test of
機体制御装置50における機体側制御部52は、機能試験モードを選定し、制御装置19に指令を送信する(ステップS11)。ステップS11の処理は、図11におけるステップS20〜ステップS22に相当する。制御装置19は、入出力インターフェイス19cを介して治具70へ指令を送信する(ステップS12)。かかる指令を受信した治具70において、治具側取得部76cは、推力関連値センサ部73に内蔵された推力センサよる推力の計測結果を取得し、治具側インターフェイス部75を介して制御装置19へと逐次送信し、また、記憶部19bに記憶される(ステップS13)。推力の計測結果は、制御装置19から機体制御装置50へと逐次送信され、機体側記憶部51に記憶される(ステップS14)。ステップS13の処理は図11におけるステップS28〜S29に相当し、ステップS14の処理は図11におけるステップS30に相当する。
The machine body
制御装置19の合否判定部193は、機能試験の合否を判定する(ステップS15)。ステップS15の処理は図11におけるステップS32に相当する。記憶部19bは、合否判定結果を記憶する(ステップS16)。合否判定結果は、制御装置19から機体制御装置50へと送信され、機体制御装置50の図示しない表示部に表示される(ステップS17)。
The pass /
以上説明した第2実施形態の制御装置19によれば、第1実施形態の制御装置19と同様な効果を奏する。加えて、EDS10は、直接的に、または、eVTOL100の機体20を介して間接的に、治具70と連結するための連結部60を有する。したがって、EDS10は、機能試験によって回転翼30が回転駆動した状況においても、上昇或いは回転するなど、大きく変位することを抑制される。このため、機能試験において回転数や振動などの各種パラメータを精度良く計測できる。
According to the
また、EDS10は、推力センサに代えて、推力計測装置から計測結果を入力するための入力インターフェイスを有し、計測結果取得部192は、入力インターフェイスから入力される推力の計測結果を取得するので、EDS10の構成を簡易にできる。
Further, the
また、制御装置19は、治具70に配置されている回転翼30(駆動用モータ12)の推力を計測する推力計測装置から計測結果を入力できることから、EDS10が推力計測装置を有しない構成においても推力の計測が可能となる。
Further, since the
C.他の実施形態:
C−1.他の実施形態1:
各実施形態の機能試験では、機体制御装置50がモータの出力回転数を指令して、制御装置19の駆動制御部191が駆動用モータ12を駆動していたが、本開示はこれに限られない。機能試験において、制御装置19は、自身の記憶部19bに予め設定されている機能試験用プログラムに応じて駆動用モータ12を制御してもよい。かかる構成においては、機体制御装置50は、制御装置19に対して回転数などの指令値に代えて、試験実施の指令を送付してもよい。そして、制御装置19は、機体制御装置50から受信するかかる指令を契機として、機能試験用プログラムに応じて駆動用モータ12を制御してもよい。
C. Other embodiments:
C-1. Other Embodiment 1:
In the functional test of each embodiment, the
C−2.他の実施形態2:
第1実施形態において、各センサからの計測データをEDS10または回転翼30から取得していたが、本開示はこれに限られない。EDS10および回転翼30とは異なる他の装置として構成されたセンサから計測データを取得してもよい。
C-2. Other Embodiment 2:
In the first embodiment, the measurement data from each sensor is acquired from the
C−3.他の実施形態3:
第2実施形態において、治具70の推力関連値センサ部73は、試験対象システムのEDS10の推力を計測する推力センサを内蔵していたが、本実施形態において治具70に推力センサを有していなくてもよい。例えば、第1実施形態と同様に、EDS10が推力センサ18を有し、治具70が推力センサを有しない構成としてもよい。
C-3. Other Embodiment 3:
In the second embodiment, the thrust-related
C−4.他の実施形態4:
上記各実施形態において、計測結果等を外部へ送信するための送信インターフェイスに相当する入出力インターフェイス19cが備えられていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、送信インターフェイスに相当する出力インターフェイスを備えていなくてもよい。かかる構成においては、EDS10が表示部を有し、計測結果等が表示されてもよい。
C-4. Other Embodiment 4:
In each of the above embodiments, an input / output interface 19c corresponding to a transmission interface for transmitting measurement results and the like to the outside is provided, but the present disclosure is not limited to this. In the present embodiment, the output interface corresponding to the transmission interface may not be provided. In such a configuration, the
C−5.他の実施形態5:
上記実施形態において、制御装置19は、計測結果取得部192と、合否判定部193と、推力想定値算出部194とを備えていたが、本開示はこれに限られない。制御装置19とは異なる他の装置として構成された装置が、計測結果を取得し、合否判定を行い、推力の想定値を算出してもよい。
C-5. Other Embodiment 5:
In the above embodiment, the
C−6.他の実施形態6:
上記実施形態において、EDS10は、回転数計測部に相当する回転数センサ14と、推力計測部に相当する推力センサ18とを有していたが、有していなくてもよい。EDS10とは異なる他の装置として構成された装置が、駆動用モータ12の回転数と推力を計測してもよい。
C-6. Other Embodiment 6:
In the above embodiment, the
C−7.他の実施形態7:
上記各実施形態において、計測結果等を記憶する記憶部19bが備えられていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、記憶部を備えていなくてもよい。かかる構成においては、制御装置19とは異なる他の装置として構成された装置が記憶部を有し、計測結果等が記憶されてもよい。
C-7. Other Embodiment 7:
In each of the above embodiments, a
C−8.他の実施形態8:
上記各実施形態において、合否判定部193は、推力、モータ回転数、電流、電圧等、各種パラメータを用いて合否判定を行っていたが、本開示はこれに限られない。本実施形態においては、例えば、推力のみを用いて合否判定を行ってもよいし、全てのパラメータを用いて合否判定を行ってもよい。また、任意の数のパラメータを任意に組み合わせて合否判定を行ってもよい。
C-8. Other Embodiment 8:
In each of the above embodiments, the pass /
本開示は、上述の実施形態に限られるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の構成で実現することができる。例えば、発明の概要の欄に記載した形態中の技術的特徴に対応する各実施形態中の技術的特徴は、上述の課題の一部又は全部を解決するために、あるいは、上述の効果の一部又は全部を達成するために、適宜、差し替えや、組み合わせを行うことが可能である。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することが可能である。 The present disclosure is not limited to the above-described embodiment, and can be realized by various configurations within a range not deviating from the gist thereof. For example, the technical features in each embodiment corresponding to the technical features in the embodiments described in the column of the outline of the invention may be used to solve some or all of the above-mentioned problems, or one of the above-mentioned effects. It is possible to replace or combine as appropriate to achieve part or all. Further, if the technical feature is not described as essential in the present specification, it can be deleted as appropriate.
10…EDS(電駆動システム)、19…制御装置、12…駆動用モータ、30…回転翼、50…機体制御装置、100…eVTOL(電動垂直離着陸機) 10 ... EDS (electric drive system), 19 ... control device, 12 ... drive motor, 30 ... rotorcraft, 50 ... airframe control device, 100 ... eVTOL (electric vertical takeoff and landing aircraft)
Claims (10)
前記制御装置は、前記電駆動システムを、通常モードと機能試験モードの少なくとも2種類の動作モードのうちのいずれかの動作モードで選択的に動作するように制御し、
前記通常モードにおいて、前記制御装置は、前記電動垂直離着陸機の飛行を制御する機体制御装置(50)からの指令に応じて前記駆動用モータを制御し、
前記機能試験モードにおいて、前記制御装置は、機能試験用プログラムに従って外部から送信される指令に応じて、または、自身に予め設定されている前記機能試験用プログラムに応じて、前記駆動用モータを制御する、
制御装置。 A control device (19) for controlling an electric drive system (10) having a drive motor (12) mounted on an electric vertical take-off and landing aircraft (100) having a rotor blade (30) and driving the rotary blade to rotate.
The control device controls the electric drive system to selectively operate in one of at least two operation modes, a normal mode and a functional test mode.
In the normal mode, the control device controls the drive motor in response to a command from the aircraft control device (50) that controls the flight of the electric vertical takeoff and landing aircraft.
In the functional test mode, the control device controls the drive motor according to a command transmitted from the outside according to the functional test program, or according to the functional test program preset in the control device. To do,
Control device.
前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する計測結果取得部(192)と、
取得された前記計測結果を用いて前記機能試験の合否を判定する合否判定部(193)と、
を備える、制御装置。 In the control device according to claim 1,
A measurement result acquisition unit (192) that acquires a measurement result of at least one of the rotation speed, the drive current, the drive voltage, and the thrust of the drive motor.
A pass / fail determination unit (193) that determines the pass / fail of the functional test using the acquired measurement results, and
A control device.
前記電駆動システムは、前記回転数を計測する回転数計測部を有し、
前記計測結果取得部は、前記回転数計測部から前記回転数の計測結果を取得する、制御装置。 In the control device according to claim 2.
The electric drive system has a rotation speed measuring unit for measuring the rotation speed.
The measurement result acquisition unit is a control device that acquires the measurement result of the rotation speed from the rotation speed measurement unit.
前記電駆動システムは、前記推力を計測する推力計測部をさらに有し、
前記計測結果取得部は、前記推力計測部から前記推力の計測結果を取得し、
前記合否判定部は、前記機能試験モードにおける前記推力の想定値である推力想定値と、取得された前記推力の前記計測結果と、を用いて、前記機能試験の合否を判定する、制御装置。 In the control device according to claim 2 or 3.
The electric drive system further includes a thrust measuring unit for measuring the thrust.
The measurement result acquisition unit acquires the measurement result of the thrust from the thrust measurement unit, and obtains the measurement result of the thrust.
The pass / fail determination unit is a control device that determines the pass / fail of the functional test by using the estimated thrust value which is the assumed value of the thrust in the functional test mode and the measurement result of the acquired thrust.
大気密度と、前記駆動用モータに対する前記回転数の指令値と、前記回転翼の取付角度とから、前記推力想定値を算出する推力想定値算出部(194)と、
をさらに備える、制御装置。 In the control device according to claim 4,
A thrust estimation value calculation unit (194) that calculates the thrust estimation value from the atmospheric density, the command value of the rotation speed with respect to the drive motor, and the mounting angle of the rotor blades.
A control device further equipped with.
前記推力想定値を外部から入力するための入力インターフェイスを、さらに備える制御装置。 In the control device according to claim 4,
A control device further provided with an input interface for inputting the estimated thrust value from the outside.
前記電駆動システムは、
直接的に、または、前記電動垂直離着陸機の機体(20)を介して間接的に、前記電駆動システムを推力発生方向に保持可能な治具と連結するための機械的な連結部(60)を、有する、制御装置。 In the control device according to claim 2.
The electric drive system is
A mechanical connecting portion (60) for connecting the electric drive system to a jig capable of holding the electric drive system in the thrust generation direction, either directly or indirectly via the airframe (20) of the electric vertical takeoff and landing aircraft. , A control device.
前記電駆動システムは、前記治具に配置されている前記駆動用モータの推力を計測する推力計測装置から計測結果を入力するための入力インターフェイスを有し、
前記計測結果取得部は、前記入力インターフェイスから入力される前記推力の前記計測結果を取得する、制御装置。 In the control device according to claim 7.
The electric drive system has an input interface for inputting measurement results from a thrust measuring device for measuring the thrust of the drive motor arranged in the jig.
The measurement result acquisition unit is a control device that acquires the measurement result of the thrust input from the input interface.
前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する計測結果取得部と、
前記駆動用モータへの指令値と、取得された前記計測結果と、前記機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも1つを記憶する記憶部(19b)を、さらに備える、制御装置。 In the control device according to any one of claims 1 to 8.
A measurement result acquisition unit that acquires a measurement result of at least one of the rotation speed, the drive current, the drive voltage, and the thrust of the drive motor.
A control device further comprising a storage unit (19b) that stores at least one of a command value to the drive motor, the acquired measurement result, and a pass / fail result of the functional test.
前記駆動用モータに関する回転数と、駆動電流と、駆動電圧と、推力と、のうちの少なくとも1つの計測結果を取得する計測結果取得部と、
前記駆動用モータへの指令値と、取得された前記計測結果と、前記機能試験の合否結果と、のうちの少なくとも1つを前記電駆動システムが有する送信インターフェイスを介して外部に送信するための送信インターフェイスを、さらに備える、制御装置。 In the control device according to any one of claims 1 to 9.
A measurement result acquisition unit that acquires a measurement result of at least one of the rotation speed, the drive current, the drive voltage, and the thrust of the drive motor.
To transmit at least one of the command value to the drive motor, the acquired measurement result, and the pass / fail result of the functional test to the outside via the transmission interface of the electric drive system. A control device further comprising a transmission interface.
Priority Applications (5)
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