JP4763795B2 - エンジン回転数の制御装置と、エンジン回転数の制御方法と、そのような装置を備える航空機 - Google Patents

Description

本発明は、例えば航空機のエンジン回転数制御装置と、エンジン回転数の制御方法と、そのような装置を備える航空機に関する。

エンジンを備える乗り物、その中でも特に航空機では、エンジン回転数の操縦桿が利用されている。操縦士（または運転手）は、その操縦桿を手動で操作してその乗り物のエンジンの回転数を制御し、そのことによってエンジンの出力パワーと乗り物の速度を制御することができる。
その目的で、エンジン回転数の操縦桿は、エンジン回転数の設定値に対応する情報をエンジンに伝える。エンジンの内部機構は、設定値を受け取ると、実際のエンジン回転数がこの設定値に近づいていくように動作する。これは一般に、１秒のオーダーの反応時間で生じる。
したがって手動による定常動作中は、実際のエンジン回転数は操縦桿から供給される設定値に十分に正確に追従するため、操縦桿は一般に実際の回転数のよい指標となる。

別の状況にあるとき、特に回転数が過渡的な状態にあるときには、逆に、エンジン回転数を制御する操縦桿の位置によって示される設定値と、実際のエンジン回転数との間に顕著なずれが存在する。すでに説明したように、このずれがあると実際のエンジン回転数は当然変化し、操縦桿によって与えられるエンジン回転数の設定値に向かう。その結果、このずれが大きいときには乗り物の乗客にとって不快な揺れの感覚が生じる可能性がある。
これは特に、エンジン回転数の自動制御システムを利用しているが操縦桿の位置は対応して変化しない乗り物の場合である。実際、自動動作中は、エンジン回転数は、エンジン回転数を制御する操縦桿の位置（例えば自動動作モードに移る前に利用した位置）に関係なくこのシステムによって完全に制御される。したがってこの動作モードでは、操縦桿による設定値と実際のエンジン回転数の間に関係は存在しない。

自動動作モードから出るとき、すなわちエンジン回転数を制御するのに手動モードに戻るとき、自動調節システムによって以前に決定された実際のエンジン回転数と、操縦桿による設定値との間には一般にずれが存在する。
すでに指摘したように、このずれ（または差）によってエンジン回転数の好ましくない変化が生じるため、特に対応する推力の変化が比較的急激である場合には、操縦士が混乱する可能性があり、乗客は不快に感じる可能性がある。

回転数のこのような変化を避けるため、操縦士は、一般に、エンジン回転数を制御する操縦桿の位置を、自動調節モードから出たときの実際のエンジン回転数に対応する位置に設定し直す。操縦士がこの操作をしやすくするため、実際のエンジン回転数の指示と、操縦士が操作する操縦桿によって与えられる設定値の指示を、同じスクリーン上に表示することが一般に行なわれている。
しかしこの解決法だと、操縦士が関係するスクリーンを見ている必要があるが、操縦士は、より重要であると判断する別のスクリーンに注意を向けることを望む可能性がある。それは、操縦士が手動動作モードへと移行する状況でしばしば起こる。
ところでこの解決法がうまくいくというのは、操縦士が操縦桿を操作することによって表示された設定値を表示された実際のエンジン回転数へと注意深く近づけていくことを意味する。これは、特に操縦士が同時に遂行すべき他の操作も合わせて実施する場合には、かなり複雑である。

したがって本発明は、例えばエンジン回転数の自動調節システムを解除するときに操縦桿によって与えられるエンジン回転数の設定値と実際のエンジン回転数の間に望まないずれがあることによって生じる問題を操縦士がより簡単に処理できるようにする１つの解決法をもたらすことを特に目的とする。

そこで本発明は、特に、エンジン回転数を制御するため、エンジン回転数の設定値を発生させるエンジン回転数の操縦桿と、実際のエンジン回転数を表わす情報を供給する手段とを備える装置であって、設定値と、実際のエンジン回転数を表わす情報との差に基づいて操縦桿に力学的な力を加えることのできる作用手段を備えることを特徴とする装置を提案する。

したがって操縦桿の利用者は、操縦桿によって与えられる設定値と実際のエンジン回転数の近さに応じたある触覚感覚を感知する。
この場合、作用手段は、差がゼロのときに例えば特別な触覚情報を提供する。したがって利用者は、設定値が実際のエンジン回転数と等しくなったときにそのことがわかる。

装置がエンジン回転数の自動調節システムを備えている場合には、作用手段は、例えば自動調節システムが解除されたときに作動する。自動調節システムが解除されるのは、実際には、設定値と実際のエンジン回転数が一致する点を探そうとするまさにその瞬間である。
このとき、実際のエンジン回転数を表わす情報は、例えば自動調節システムによって計算されるエンジン回転数である。この情報は容易に利用できる。
自動調節システムが作動しているとき、作用手段は力を加えないようにすることができる。

変形例では、自動調節モードの期間中は作用手段が作動するようにできる。その場合には、操縦士は、自動調節が解除される前に設定値と実際のエンジン回転数が一致する点を探すことができる。すると解除の瞬間に推力の急激な変化が起こることが回避される。
この場合、自動調節システムが解除されたときに作用手段を非動作状態にすることができる。

望ましい第１の実施態様によると、作用手段は、操縦桿と協働することのできる可動ストッパと、実際のエンジン回転数を表わす情報に基づいてその可動ストッパを移動させる手段とを備えている。
可動ストッパは引っ込め式にすることができる。

望ましい第２の実施態様によると、作用手段は、操縦桿と協働することのできる電気機械式ブレーキを備えている。
この場合、設定値が実際のエンジン回転数を表わす前記情報と等しいとき、電気機械式ブレーキが操縦桿に最大の抵抗力を与えるようにすることができる。

望ましい第３の実施態様によると、作用手段は、操縦桿に作用することのできるモータと、そのモータの制御用エレクトロニクスとを備えている。
この場合には、制御用エレクトロニクスがモータを制御し、そのモータが、設定値と実際のエンジン回転数を表わす情報の差に基づいてトルクを発生させるようにすることができる。
例えば、モータは、その差がゼロではなくて所定の角度よりも小さいときにゼロでないトルクを発生させ、その差がゼロのときにはトルクを発生させない。

本発明では、上に説明したようなエンジン回転数の制御装置を備える航空機も提案する。

本発明ではさらに、エンジン回転数を制御するため、
エンジン回転数の自動調節システムを利用して計算することによりエンジン回転数を決定するステップと；
作用手段により、エンジン回転数の設定値を提供するレバーに力学的な力を加えるステップを含んでいて、その力学的な力は、設定値と、計算されたエンジン回転数とに基づいている方法を提案する。

望ましい１つの解決法によれば、力を加えるステップは、自動調節システムの解除によって実現する。
変形例では、力を加えるステップは、自動調節モードの間に実現される。
この方法は、所定の待機時間の後に作用手段を非動作状態にするステップを含むこともできる。

本発明の特徴と利点は、添付の図面を参照した以下の説明からより明確になろう。
図１に、飛行機のエンジン回転数を制御するための本発明の第１の実施態様によるシステムを示してある。
エンジン回転数を制御するこのシステムは、図１の平面に垂直な軸のまわりを回転する操縦桿２を備えている。
操縦桿２は、操縦士が一般に“エンジン回転数のレバー”と呼ぶレバーの形態にされている。

円弧の上に操縦桿またはレバー２が取ることのできるさまざまな位置を示した。すなわち、
図１に“ＩＤＬＥ”と表記したアイドリング位置；
図１に“ＭＣＬ”（最大上昇推力）と表記した上昇位置；
図１に“ＭＡＮ”と表記した、手動モードでレバー２が取ることのできる位置の範囲（この範囲は、ＩＤＬＥ位置とＴＯＧＡ位置の間に広がっている）；
図１に“ＡＵＴＯ”と表記した、エンジン回転数の自動調節モードでレバー２が取ることのできる位置の範囲（この範囲は、ＩＤＬＥ位置とＭＣＬ位置の間に広がっていて、自動調節は、レバーの位置とアイドリング位置によって表わされる回転数の間で実行される）；
図１に“ＴＯＧＡ”（着陸復行）と表記した離陸位置である。

一般に、レバー２を回転させる機械式機構の手ベルで、例えばＩＤＬＥ位置、ＭＣＬ位置、ＴＯＧＡ位置といった特別な各位置に硬い点をいくつか設けることができる。
レバー２の位置は位置センサー４によって測定され、レバー２の角度位置に関する位置情報ＰＯＳがエンジン回転数の制御装置６に送られる。

手動モードでは、レバー２の位置は、操縦士が望むエンジン回転数を示している。したがって位置情報ＰＯＳは、手動範囲にあるとき（すなわち以下に見るように、レバー２がＡＵＴＯ位置ではないとき）、制御装置６によってエンジン回転数の設定値に変換される。
手動モードでは、制御装置６は、飛行機のエンジン機構を制御することにより、飛行機のエンジン回転数を、レバー２の位置によって決まるエンジン回転数の設定値に近づけていく。

（レバー２が上に説明したＡＵＴＯ位置にあるならば、一般に飛行機のコックピットにあるボタンの助けを借りて）エンジン回転数の自動調節モードが開始されると、制御装置６は、レバー２の位置に基づいてこの制御装置が発生させる設定値から直接にではなく、利用できるさまざまなパラメータに基づいてエンジン回転数を決定する。そのため制御装置６は、所定のパラメータ（例えば飛行機の速度）に関する測定値と、その同じパラメータに関して例えば自動飛行プログラムによって与えられる望ましい値とに基づいて最適なエンジン回転数（計算で求めたエンジン回転数）を決定する計算器を備えている。

エンジン回転数の自動調節モードの外に出るのは、操縦士がそのための行動を取った（例えばコックピットにあるボタンを押した）とき、または操縦士が、自動調節で許されているＡＵＴＯ位置の範囲外にレバーを移動させたときである。
このとき（そして場合によっては可能な変形例として、ストッパの位置を決めるのが決して遅れないようにするため自動モードの間に事前に）、制御装置６はアクチュエータ８を制御し、引っ込め可能な可動ストッパ１０が、レバー２のＡＵＴＯの範囲内で、実際のエンジン回転数（すなわち自動調節によって決まった最新のエンジン回転数）に対応する角度位置となるようにする。

そうするため、制御装置６は、エンジン回転数の自動調節システムが要求する最新のエンジン回転数に対応する角度位置θｅを決定する。制御装置６は、手動モードのときに位置情報ＰＯＳをエンジン回転数の設定値に変換した変換法則とは逆の変換法則を利用する。
するとアクチュエータ８は、引っ込め可能なストッパ１０を、制御装置６が要求する位置θｅにする。

したがって操縦士がレバー２を用いてエンジン回転数の設定値を実際のエンジン回転数（すなわち自動モードから出るときのエンジン回転数）に対応させようとするとき、レバー２は、求める位置に到達したまさにそのとき、引っ込め可能なストッパ１０にぶつかる。
したがって操縦士は、レバー２を通じた手応えから、設定値と実際のエンジン回転数が一致する位置に到達したことが直ちにわかる。

しかしストッパ１０が存在することで操縦士がレバー２を手動の全制御範囲にわたって移動させる可能性が消えてしまわないようにするため、レバー２に大きな力（例えば５ｄａＮ超の力）が加わる場合には、そのレバー２でストッパ１０を移動させられるようにする。
さらに、待機時間（例えば約１０秒間）の後、特に定常回転数になっているときには、レバー２の通常の動作が乱されることがないようストッパ１０は引っ込められる。

図２は、本発明の第２の実施態様によるエンジン回転数の制御装置を示している。
この実施態様と図１を参照してすでに説明した実施態様の両方に共通する要素は同じ参照番号にしてあり、新たに説明することはしない。
以前と同様、位置センサー４は、レバー２の位置情報ＰＯＳを制御装置６に送る。位置情報ＰＯＳにより、手動操作中にレバー２の位置からエンジン回転数の設定値を導出できることを想起されたい。

エンジン回転数の自動調節モードでは、エンジン回転数は、すでに説明したように、自動調節システムによって計算される。
エンジン回転数の自動調節モードから出ると、すなわち操縦士が自動調節を解除するとき、またはレバー２をＡＵＴＯ位置の範囲外に移動させると、制御装置６は、レバー２に接続された電気機械式ブレーキ１２を作動させる。

制御装置６は、自動調節モードから出たとき、実際のエンジン回転数（すなわちここでは、エンジン回転数の自動調節システムによって計算された最新のエンジン回転数に対応するエンジン回転数）を表わす角度位置θｅの情報を電気機械式ブレーキ１２に送る。
電気機械式ブレーキ１２は、制御装置６から受け取った角度位置θｅにおいて作動する。あるいは変形例では、電気機械式ブレーキ１２はこの角度位置の近くで作動し、その場合には角度位置θｅにおいて作用が最大になることが好ましい。

例えばレバー２の位置が実際のエンジン回転数に到達したとき（すなわちレバー２によって与えられる設定値が実際のエンジン回転数に一致するとき）、電気機械式ブレーキ１２はレバーに抵抗トルクを発生させる。そのため操縦士は、レバーの所定の位置（ここでは設定値と実際のエンジン回転数が一致する位置）に特徴的な“硬い点”を感じる。

所定の待機時間の後、すなわち手動動作に戻ってから所定の時間が経過した後、電気機械式ブレーキ１２は動作が解除され、手動制御ＭＡＮの全範囲を普通に移動できるようになり、場合によっては、図１に関してすでに説明したように特徴的な点ＩＤＬＥ、ＭＣＬ、ＴＯＧＡでだけ硬い点になる。

すぐ上で説明した実施態様では、電気機械式ブレーキは、自動調節モードから出た後の所定の期間にわたって作動する。そのためその動作期間を制限することができる。

（第１の実施態様ですでに指摘したように、そしてさらに、この明細書で説明する３つの実施態様に適用できるように）変形例では、自動調節モードの全期間を通じて作用手段（ここでは電気機械式ブレーキ）が作動するようにできる。そのため特に、操縦士が自動調節を解除する前に実際のエンジン回転数に対応する位置を探すのに役立つ。したがって解除の瞬間に容易にこの位置に到達できるため、推力の急激な変化が完全に回避される。
この変形例では、この事実から、自動調節モードが解除されるときに作用手段を非動作状態にすることができる。

図３は、本発明の第３の実施態様を示している。
この新しい実施態様と以前の実施態様の両方に共通する要素は同じ参照番号にしてあり、新たに説明することはしない。
第３の実施態様によるエンジン回転数の制御装置は、レバー２に作用を及ぼしてその回転軸のまわりに回転させることのできるモータ１６を備えている。

エンジンは、エンジン回転数の制御装置６から受け取った情報（その中でも特に、角度位置θｅの情報と作動情報ＯＮ／ＯＦＦ（これについては以下に説明する））に基づき、制御用エレクトロニクス１４によって制御される。

手動で定常回転数になっているときには、解除情報ＯＦＦが制御装置６から制御用エレクトロニクス１４に送られるため、モータ１６は作動していない。したがってレバー２に加えられる回転力は、主として操縦士が加える力に限定される。ただし、すでに指摘した場合によっては存在するＩＤＬＥ、ＭＣＬ、ＴＯＧＡというタイプの特別な点に関する力学的に硬い点は別である。

操縦士によって決められて位置センサー４によって測定されるレバー２の位置は、ＰＯＳ情報の形態で制御装置６に送られ、エンジン回転数の設定値に変換される。
エンジン回転数の自動調節モードを利用するとき、エンジン回転数は、エンジン回転数の制御装置６と一体化した計算器により、もはやレバー２の位置によって与えられる設定値に基づいてではなく、さまざまなパラメータに基づいて決定される。

制御装置６は、エンジン回転数の自動制御による動作期間の全体を通じて制御用エレクトロニクス１４に対する解除情報ＯＦＦを維持しているため、モータ１６はこの期間全体を通じて作動していない状態を維持する。これは、自動制御中は固定されたレバーを利用する（すなわちレバーの位置は、調節されたエンジン回転数によって変化しないが、場合によっては操縦士の操作によって変えられる可能性がある）ことと一致する。というのも、この考え方によれば、レバー２は一般に、エンジン回転数の自動調節期間全体を通じて動かないからである。

しかしすでに説明したように、自動調節モードから出たとき、（上の段落で指摘した手動操作による）レバー２の新しい位置によって決まる設定値は、一般に、自動調節が解除された瞬間の実際のエンジン回転数に対応していない。このずれによって生じるエンジン回転数の変動を避けるため、操縦士は一般にレバー２の位置（したがって新たに発生した設定値）を実際のエンジン回転数に対応させようとする。

操縦士がそうするのを助けるため、制御装置６は、ＯＮ情報を送って制御用エレクトロニクス１４を作動させる。制御装置６は、自動調節システムによって計算された最新のエンジン回転数に対応していて実際のエンジン回転数を表わす角度位置θｅの情報も送る。
すると制御用エレクトロニクス１４は、位置センサー４によって測定されたレバー２の位置に基づいてモータ１６を制御し、レバー２の位置が（角度位置θｅの情報によって示される）実際のエンジン回転数に対応する状態になったときに操縦士に手応えを与えるようにする。

そうするため制御用エレクトロニクス１４は、例えば、図３に概略を示したタイプの機能に従って作動する。この実施態様では、モータ１６は、レバー２の角度位置が実際のエンジン回転数に対応する角度位置θｅと所定の角度αしか違わないときだけ作動する。
この実施態様ではさらに、レバー２の位置が角度θｅよりも小さい（すなわちθｅαとθｅの間にある）とき、モータ１６がレバー２に正のトルク（例えば２Ｎから８Ｎの応力に対応するトルク）を発生させてレバーを位置θｅに向かって移動させるようにする。

それとはちょうど反対に、レバー２の位置がθｅよりも大きい（すなわちθｅとθｅ＋αの間にある）ときには、制御用エレクトロニクス１４は、レバー２に対して（例えば上記の正のトルクと絶対値が同程度の）負のトルクを発生させるようモータ１６に指示するため、レバー２は位置θｅに戻される。

したがって操縦士がレバー２を角度θｅから角度α離れた位置に近づけたとき、すぐ上に説明した実施態様により、モータ１６の作用によってレバー２をまさにその位置θｅに対応する安定位置に向かわせることができる。

一例として、αは１°から１０°にすることができる（例えばα＝２°）。
ここでは、モータ１６とそれに付随する制御用エレクトロニクス１４は、レバー２を手動制御の全範囲を移動させるのに利用されることはなく、操縦士が、レバー２の位置によって発生する新しい設定値と、自動動作モードから出るときの実際のエンジン回転数とが一致する位置をより簡単に見つけ出せるようにする特別な力を発生させるのに利用されることに注意されたい。

所定の待機時間の後、制御装置６は、動作解除のＯＦＦ情報を制御用エレクトロニクス１４に送ることによってその制御用エレクトロニクス１４（と、モータ１６）を非動作状態にする。するとすでに説明した手動による定常回転数に戻る。

本発明がこれまで説明してきた実施態様に限定されることはない。上に提示した作用手段以外の作用手段を利用することができる。レバー（すなわち操縦桿）によって与えられる設定値が実際の回転数に対応しているとき、すなわち設定値と実際の回転数を表わす情報との差がゼロであるときに、例えばそのレバーに振動を発生させる装置が考えられる。

本発明の第１の実施態様によるエンジン回転数の制御システムである。 本発明の第２の実施態様によるエンジン回転数の制御システムである。 本発明の第３の実施態様によるエンジン回転数の制御システムである。

Claims (20)

1. エンジン回転数を制御するための装置であって、
   エンジン回転数の設定値（ＰＯＳ）を発生させるエンジン回転数の操縦桿（２）と；
   実際のエンジン回転数を表わす情報（θｅ）を供給する手段と、を備え、
   前記設定値（ＰＯＳ）と、実際のエンジン回転数を表わす前記情報（θｅ）との差に基づいて前記操縦桿に力学的な力を加えることのできる作用手段（８、１０；１２；１４、１６）を備える、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記作用手段が、前記差がゼロであるときに前記操縦桿（２）の利用者に予め定められた触覚情報を与える、ことを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. エンジン回転数の自動調節システム（６）を備える、ことを特徴とする請求項１または２に記載の装置。
4. 実際のエンジン回転数を表わす前記情報（θｅ）が、前記自動調節システム（６）によって計算されるエンジン回転数であることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記作用手段（８、１０；１２；１４、１６）が、前記自動調節システム（６）が解除されたときに作動する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
6. 前記自動調節システム（６）が作動しているとき、前記作用手段（８、１０；１２；１４、１６）は力を加えない、ことを特徴とする請求項５に記載の装置。
7. 自動調節モードの期間中は前記作用手段（８、１０；１２；１４、１６）が作動する、ことを特徴とする請求項３または４に記載の装置。
8. 前記自動調節システム（６）が解除されたときに前記作用手段（８、１０；１２；１４、１６）が非動作状態にされる、ことを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記作用手段が、
   前記操縦桿（２）と協働することのできる可動ストッパ（１０）と；
   実際のエンジン回転数を表わす前記情報（θｅ）に基づいてその可動ストッパ（１０）を移動させる手段（８）とを備える、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記可動ストッパ（１０）を引っ込めることができる、ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
11. 前記作用手段が、前記操縦桿（２）と協働することのできる電気機械式ブレーキ（１２）を備える、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
12. 前記設定値（ＰＯＳ）が実際のエンジン回転数を表わす前記情報（θｅ）と等しいとき、前記電気機械式ブレーキ（１２）が前記操縦桿（２）に最大の抵抗力を与える、ことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
13. 前記作用手段が、前記操縦桿（２）に作用することのできるモータ（１６）と、そのモータの制御用エレクトロニクス（１４）とを備える、ことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
14. 前記制御用エレクトロニクス（１４）が前記モータ（１６）を制御し、そのモータが、前記設定値（ＰＯＳ）と実際のエンジン回転数を表わす前記情報（θｅ）の差に基づいてトルクを発生させる、ことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
15. 前記モータ（１６）が、前記差がゼロではなくて所定の角度（α）よりも小さいときにゼロでないトルク（Ｃ）を発生させ、その差がゼロのときにはトルク（Ｃ）を発生させない、ことを特徴とする請求項１４に記載の装置。
16. 請求項１から１５のいずれか１項に記載のエンジン回転数制御装置を備える、ことを特徴とする航空機。
17. エンジン回転数を制御するための方法であって、
    エンジン回転数の自動調節システム（６）を利用して計算することによりエンジン回転数（θｅ）を決定するステップと；
    作用手段（８、１０；１２；１４、１６）により、エンジン回転数の設定値（ＰＯＳ）を提供するレバー（２）に力学的な力を加えるステップと、を含んでいて、
    その力学的な力は、前記設定値（ＰＯＳ）と、計算された前記エンジン回転数（θｅ）とに基づいている、
    ことを特徴とする方法。
18. 力を加える前記ステップが、前記自動調節システム（６）の解除によって実現する、ことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。
19. 所定の待機時間の後に前記作用手段（８、１０；１２；１４、１６）を非動作状態にするステップを含む、ことを特徴とする請求項１８に記載の制御方法。
20. 力を加える前記ステップが、自動調節モード（６）の間に実現される、ことを特徴とする請求項１７に記載の制御方法。

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