JP2952229B1 - 自動操縦装置 - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 マニュアル操縦および自動操縦間の移行に関
して操作性の良好な自動操縦装置を提供する。 【解決手段】 アクチュエータ１２は目標値Ｓａと一致
するように操縦桿１１の中立位置を変位させ、位置検出
器１３は操縦桿１１の位置を検出して検出値Ｓｂを出力
し、減算器１４は目標値Ｓａから検出値Ｓｂを差引いた
偏差を算出する。オーバライド検出器１５は、偏差が閾
値Ｌ以上ならば目標値Ｓａを固定し、偏差が閾値Ｌ未満
ならば目標値Ｓａを可変にする。リミッタ１６は、偏差
が閾値Ｌ以上ならば閾値Ｌを出力し、偏差が閾値Ｌ未満
ならば偏差を出力する。加算器１７は、検出値Ｓｂにリ
ミッタ１６からの出力値を加算する。これによって、自
動操縦とマニュアル操縦とを切換えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機などの機体
を操縦するパイロットが操縦桿を操作しないときに、機
体を自動的に操縦する自動操縦装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機の自動操縦装置（オートパイロッ
ト）は、予定された飛行経路の途中の適当な通過点を複
数与えることによって、その通過点を結ぶ経路を自動的
に飛行するよう操縦する装置である。最近の航空機に
は、このような自動操縦装置が搭載されているものがあ
る。自動操縦装置には、主に以下に挙げるようなものが
ある。

【０００３】図３に示すように、機械式あるいは油圧式
の操縦系統を持つヘリコプタの自動操縦装置１は、パイ
ロットによらない自動的な操縦入力のために、トリムア
クチュエータ２を用いる。トリムアクチュエータ２は、
操縦桿３の基部に設置されており、操縦桿３の中立位置
を変位させる。操縦桿３は、安定増大装置（ＳＡＳ；St
ability augment System）４からの入力によって変位す
るＳＡＳアクチュエータ５を介して舵面６に機械的に接
続されている。

【０００４】図４に示すように、Fly-By-Wire（ＦＢ
Ｗ）またはFly-By-Light（ＦＢＬ）操縦系統を持つヘリ
コプタの自動操縦装置は、操縦桿３と舵面６との間に機
械的な接続を持たず、操縦桿３と舵面６との間に電気的
に接続されたＦＢＷ計算機８によって、舵面アクチュエ
ータ７の電気信号を直接操作する。

【０００５】米国特許５１９７６９７は、ＦＢＷ操縦系
統またはＦＢＬ操縦系統を持つ先行技術であり、操縦桿
の位置と目標値との偏差にデッドバンド処理を施した信
号を目標値に加算している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ＦＢ
Ｗ操縦系統またはＦＢＬ操縦系統を使用する航空機にお
いて、従来の機械式あるいは油圧式の操縦系統を持つ航
空機で使用されている自動操縦装置と同等の性能の自動
操縦装置を提供することである。

【０００７】本発明は、本発明のみで上の課題を解決で
きるとともに、加えて航空機の自動操縦装置の信頼性を
大きく向上させる効果をも得られる。すなわち多重系構
成による信頼性の向上は航空機では一般的であり、ソフ
トにおいては信頼性向上のためにデシミラー技術（多重
系のソフトを独立に開発）が用いられている。従来の場
合、作成されるソフトは同一ブロック図に基づいてい
る。本発明は米国特許５１９７６９７と全く同一の機能
を異なるブロックで実現している。そのため、本発明は
米国特許５１９７６９７を併用することによって、より
高度なデシミラーを実現することが可能となり、より高
い信頼性を得ることもできる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、自動操縦目標
値生成部から出力される目標値を取込んで、機体の操舵
装置に操舵量を出力する自動操縦装置であって、パイロ
ットが操作可能な操縦桿と、目標値と一致するように操
縦桿の中立位置を変位させるアクチュエータと、操縦桿
の位置を検出する位置検出器と、目標値から操縦桿の位
置検出値を差引いた偏差を算出する減算器と、偏差が所
定の閾値Ｌ以上ならば、オーバライド有りとみなして自
動操縦目標値生成部に目標値を固定させる命令を与え、
偏差が閾値Ｌ未満ならば、オーバライド無しとみなして
自動操縦目標値生成部に目標値を可変にさせる命令を与
えるオーバライド検出器と、偏差が閾値Ｌ以上ならば、
閾値Ｌを出力し、偏差が閾値Ｌ未満ならば、偏差を出力
するリミッタと、操縦桿の位置検出値にリミッタからの
出力値を加算した操舵量を出力する加算器とを備えるこ
とを特徴とする自動操縦装置である。

【０００９】本発明に従えば、パイロットによる操縦桿
への入力がない場合、アクチュエータは操縦桿の中立位
置を目標値に一致させ、操縦桿はその目標値の位置に配
置されるので、目標値と位置検出値との偏差は閾値Ｌ未
満である。このとき、オーバライド検出器は目標値を可
変にし、リミッタは偏差を出力するので、加算器からは
可変な目標値が出力され、機体は目標値を反映させた動
作、すなわち自動操縦を実行する。

【００１０】一方、パイロットが操縦桿にオーバライド
入力を与えた場合、アクチュエータは操縦桿の中立位置
を目標値に一致させるが、操縦桿は目標値から偏差Ｌ以
上の位置に配置されるので、目標値と位置検出値との偏
差は閾値Ｌ以上である。このとき、オーバライド検出器
は目標値を固定し、リミッタは閾値Ｌを出力するので、
加算器からは位置検出値と閾値Ｌとの和が出力され、機
体は可変な位置検出値を反映させた動作、すなわちマニ
ュアル操縦を実行する。また、オーバライド入力が検出
されたときに固定された目標値は、位置検出値と固定さ
れた目標値との偏差がＬ未満になったときに再び可変と
なり、加算器からは可変な目標値が出力される、すなわ
ち自動操縦が再開される。

【００１１】このように、パイロットは、操縦桿に入力
しないことで、機体を自動操縦させ、操縦桿にオーバラ
イド入力することで、機体をマニュアル操縦することが
できる。よって、ＦＢＷ操縦系統またはＦＢＬ操縦系統
を使用する航空機において、従来の機械式あるいは油圧
式の操縦系統を持つ航空機で使用されている自動操縦装
置と同等の性能を実現できる。

【００１２】また、本発明は米国特許５１９７６９７と
異なるブロックによって、同様の機能を実現している。
そのため、本発明と米国特許５１９７６９７とを併用す
ることによって、より高度なデシミラーを実現すること
が可能となり、より高い信頼性を得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の一実施形態の電
気的構成を示す図である。自動操縦装置１０は、操縦桿
１１、アクチュエータ１２、位置検出器１３、減算器１
４、オーバライド検出器１５、リミッタ１６および加算
器１７を備え、航空機を自動操縦する装置である。目標
値生成部２１は、操縦桿１１の目標となる中立位置、す
なわち目標値を算出生成して、自動操縦装置１１に入力
する。

【００１４】操縦桿１１は、航空機のコックピットに設
けられており、パイロットによる操縦入力が可能であ
る。アクチュエータ１２は、目標値に一致するように操
縦桿１１の中立位置を変位させる。位置検出器１３は、
操縦桿１１の絶対位置を検出するセンサである。減算器
１４は、目標値から操縦桿１１の位置検出値を差引いた
偏差を算出する。オーバライド検出器１５は、偏差が所
定の閾値Ｌ以上ならば、オーバライド有りとみなして目
標値生成部２１に目標値を固定させる命令を与え、偏差
が閾値Ｌ未満ならば、オーバライド無しとみなして目標
値生成部２１に目標値を可変にする命令を与える。リミ
ッタ１６は、偏差が閾値Ｌ以上ならば、閾値Ｌを出力
し、偏差が閾値Ｌ未満ならば、偏差を出力する。加算器
１７は、操縦桿１１の位置検出値にリミッタ１６からの
出力値を加算して、これを機体の操舵量として制御部２
２に出力する。

【００１５】制御部２２は、操舵量を直接航空機の舵面
アクチュエータなどの操舵装置に出力して、操舵装置を
制御する。なお、目標値生成部２１および制御部２２
は、それぞれ単独の回路で構成してもよいし、飛行制御
全般の演算を行う計算機の機能の一部として構成しても
よい。

【００１６】図２は、操縦桿１１およびアクチュエータ
１２を示す図である。操縦桿１１は、棒状の部材であ
り、その一方の端部３１は揺動可能に支持され、もう一
方の端にパイロットが握るためのグリップ部３２を有す
る。アクチュエータ１２は、その一端が操縦桿１１の基
部に支持され、端部３１を支点として操縦桿１１を揺動
変位させる。操縦桿１１の絶対位置は、操縦桿１１の角
度で表され、操縦桿１１の中立位置は、操縦桿１１がア
クチュエータ１２から力を受けない位置で表される。

【００１７】次に、自動操縦装置１０における信号の流
れを以下に説明する。まず、目標値生成部２１で生成さ
れる目標値をＳａとする。目標値Ｓａは、目標値生成部
２１によって逐次生成され、時間変動する。目標値Ｓａ
は、アクチュエータ１２および減算器１４に出力され
る。位置検出器１３からは、操縦桿１１の絶対位置の検
出値Ｓｂが出力されるものとする。検出値Ｓｂは、減算
器１４および加算器１７に送られる。減算器１４から
は、偏差（Ｓａ−Ｓｂ）が出力され、オーバライド検出
器１５およびリミッタ１６に送られる。

【００１８】オーバライド検出器１５では、偏差の絶対
値｜Ｓａ−Ｓｂ｜が閾値Ｌと比較され、絶対値｜Ｓａ−
Ｓｂ｜が閾値Ｌ以上であるならば、目標値生成部２１が
生成する目標値Ｓａが現在の目標値ＳＡに固定され、絶
対値｜Ｓａ−Ｓｂ｜が閾値Ｌ未満であるならば、目標値
Ｓａをそのままとし、自由に時間変動させる。リミッタ
１６では、偏差の絶対値｜Ｓａ−Ｓｂ｜が閾値Ｌと比較
され、絶対値｜Ｓａ−Ｓｂ｜が閾値Ｌ以上であるなら
ば、ｓｇｎ（Ｓａ−Ｓｂ）・Ｌが出力され、絶対値｜Ｓ
ａ−Ｓｂ｜が閾値Ｌ未満であるならば、偏差（Ｓａ−Ｓ
ｂ）がそのまま出力される。ただし、ｓｇｎ（Ｘ）は、
Ｘがゼロ以上のとき１、Ｘがゼロ未満のとき−１となる
関数である。加算器１７からは、Ｓａ、またはＳｂ＋ｓ
ｇｎ（Ｓａ−Ｓｂ）・Ｌが出力される。

【００１９】このような自動操縦装置１０において、パ
イロットによる操縦桿１１への入力がない場合、アクチ
ュエータ１２は操縦桿１１の中立位置を目標値Ｓａに一
致させ、操縦桿１１はその目標値Ｓａの位置に配置され
る。目標値Ｓａと検出値Ｓｂとの偏差（Ｓａ−Ｓｂ）
は、閾値Ｌ未満であるので、オーバライド検出器１５は
目標値Ｓａを可変にする。リミッタ１６は、偏差（Ｓａ
−Ｓｂ）を出力する。よって、加算器１７からは、最終
的に可変な目標値Ｓａが出力され、航空機は目標値Ｓａ
を反映させた飛行を行う。

【００２０】一方、パイロットが操縦桿１１にオーバラ
イド入力を与えた場合、アクチュエータ１２は操縦桿１
１の中立位置を目標値Ｓａに一致させるが、操縦桿１１
は目標値Ｓａから偏差Ｌ以上の位置に配置される。目標
値Ｓａと検出値Ｓｂとの偏差の絶対値｜Ｓａ−Ｓｂ｜
は、閾値Ｌ以上であるので、オーバライド検出器１５は
目標値Ｓａを現在の目標値ＳＡに固定する。リミッタ１
６は、閾値Ｌを出力する。加算器１７からは、最終的に
検出値Ｓｂと閾値Ｌとの和（Ｓｂ＋Ｌ）が出力され、航
空機は検出値Ｓｂを反映させた飛行を行う。

【００２１】また、オーバライド入力があった場合に固
定された目標値ＳＡは、検出値Ｓｂと固定された目標値
ＳＡとの偏差がＬ未満になったときに再び可変な目標値
Ｓａに戻り、加算器１７からは可変な目標値Ｓａが出力
される。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ＦＢＷ操
縦系統またはＦＢＬ操縦系統を使用する航空機におい
て、従来の機械式あるいは油圧式の操縦系統を持つ航空
機で使用されている自動操縦装置と同等の性能を実現で
きる。

【００２３】また、本発明と米国特許５１９７６９７と
を併用することによって、より高度なデシミラーを実現
でき、より高い信頼性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態の電気的構成を示すブロッ
ク図である。

【図２】操縦桿１１およびアクチュエータ１２を示す図
である。

【図３】従来の機械式の自動操縦装置１を示す図であ
る。

【図４】従来のＦＢＷの自動操縦装置を示す図である。

【符号の説明】

１０ 自動操縦装置 １１ 操縦桿 １２ アクチュエータ １３ 位置検出器 １４ 減算器 １５ オーバライド検出器 １６ リミッタ １７ 加算器 ２１ 目標値生成部 ２２ 制御部 Ｓａ 目標値 Ｓｂ 検出値 Ｌ 閾値

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動操縦目標値生成部から出力される目
   標値を取込んで、機体の操舵装置に操舵量を出力する自
   動操縦装置であって、 パイロットが操作可能な操縦桿と、 目標値と一致するように操縦桿の中立位置を変位させる
   アクチュエータと、 操縦桿の位置を検出する位置検出器と、 目標値から操縦桿の位置検出値を差引いた偏差を算出す
   る減算器と、 偏差が所定の閾値Ｌ以上ならば、オーバライド有りとみ
   なして自動操縦目標値生成部に目標値を固定させる命令
   を与え、偏差が閾値Ｌ未満ならば、オーバライド無しと
   みなして自動操縦目標値生成部に目標値を可変にさせる
   命令を与えるオーバライド検出器と、 偏差が閾値Ｌ以上ならば、閾値Ｌを出力し、偏差が閾値
   Ｌ未満ならば、偏差を出力するリミッタと、 操縦桿の位置検出値にリミッタからの出力値を加算した
   操舵量を出力する加算器とを備えることを特徴とする自
   動操縦装置。