JP6050040B2 - 航空機のための単純化されたユーザインターフェース - Google Patents

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Description

本発明は、航空機のためのユーザインターフェースに関する。
現代の航空機は、飛行管理システム(flight management system(FMS))と、自動操縦システムと、自動推力調整システムとを含む自動飛行システムを有することができ、これらの各々は、独立したディスプレイおよび制御を含む。これらの分離したシステムは、それらの別個の機能のために重複する情報およびパラメータを有する。各システムは、多機能ディスプレイ(multi−function display(MFD)または別のディスプレイデバイスで航空機搭乗員に提供される、それ自身のマルチレイヤユーザインターフェースを有する。各システムはまた、その有用性に関係なく大量のデータを表示する傾向がある。その結果、一連の複雑な多層化されたディスプレイおよび動作モードとなり、これは、効率的に覚えて使用することが困難であり、搭乗員はかなりの訓練を必要とする。
一実施形態では、航空機のための、自動操縦と飛行管理との統合されたシステムのためのユーザインターフェースが、自動操縦の動作ための複数の戦術的パラメータ制御(tactical parameter control)と、飛行管理システムの動作のための複数の戦略的パラメータ制御(strategic parameter control)とを含む。戦術的パラメータおよび戦略的パラメータは、ユーザプログラマブルであり、同時にアクセス可能でもある。
本発明の第1の実施形態による、ユーザインターフェースを具備する航空機コックピットの一部分を示す透視図である。 図1に示されるユーザインターフェースを示す透視図である。 図1に示される航空機内で使用され得る、本発明の第2の実施形態によるユーザインターフェースを示す透視図である。
図1は、コックピット12を有する航空機10の一部分を示している。第1のユーザ(例えば操縦士)がコックピット12の左側にあるシート14にいてよく、別のユーザ(例えば副操縦士)がコックピット12の右側のシート16にいてよい。複数の多機能飛行ディスプレイ20と種々の計器22とを有するフライトデッキ18は操縦士および副操縦士の前方に配置されてよく、これは、航空機10の飛行を補助するための情報を航空機搭乗員に提供することができる。
1つまたは複数のカーソル制御デバイス24および1つまたは複数の多機能キーボード26がコックピット12内に含まれてよく、これらは、プロセッサ(図示せず)に入力を供給して航空機のシステムと対話するために、操縦士および副操縦を含めた1人または複数人の航空機搭乗員メンバーによって使用され得る。適切なカーソル制御デバイス24には、ユーザからの入力を受けるのに適し、その入力を複数の飛行ディスプレイ20のいずれかの上の図的位置に変換するのに適した任意のデバイスが含まれてよい。種々のジョイスティック、マルチウェイロッカスイッチ、マウスおよびトラックボールなどがこの目的に適しており、各ユーザが個別のカーソル制御デバイス(複数可)24およびキーボード(複数可)26を有することができる。カーソル制御デバイス(複数可)24および多機能キーボード(複数可)26を使用することを介して、操縦士および副操縦士は、複数のディスプレイ20によって提供されるフィードバックに従って図および文字を介してデータ要素と対話することができる。
1つまたは複数のユーザインターフェース30がフライトデッキ18内に含まれてよく、有用性のために、1つのユーザインターフェース30がフライトデッキ18の両側に設けられてよい。ユーザインターフェース30は、航空機10のための自動操縦戦術的モードとFMS戦略的飛行計画とを統合するように動作することができるように、適切なコントローラおよびプロセッサ(図示せず)に動作可能に結合されてよく、それにより、動作制御が統合され、自動操縦と動作のFMSモードとの間での差異化がなくなる。自動操縦戦術的モードは操縦士の補助なしで航空機10を誘導することができる。より具体的には、自動操縦は、飛行管理システムによって作られた飛行経路を放棄することができ、戦術的パラメータ制御に基づいて航空機を動作させることができる。このような戦術的パラメータ制御には、少なくとも、機首方位、速度、高度および垂直速度が含まれてよく、ここでは、自動操縦により航空機10のこれらの状況が制御され得る。また、FMSは、とりわけ、次のウェイポイントに直接に到達すること、種々の設定を保持すること、オフセットトラジェクトリ(offset trajectory)で航空機を飛行させること、および要求到着時間を満たすことを可能にする制御を有することができる。FMSは多様な飛行中タスクを自動化するが、その主機能の1つは飛行中での飛行計画の管理である。飛行経路のトラジェクトリには、複数のウェイポイントと、それらの複数のウェイポイントの各ウェイポイントの間を延びる複数のベクトルとが含まれる。FMSは、起点のウェイポイントおよび目的地のウェイポイントを含む第1の飛行経路のトラジェクトリを計算するように構成されるプロセッサを含むことができる。したがって、FMSは、目的地の位置、出発手順、航路セグメント、地上走行ルート(taxi route)、到着手順、および、進入手順などの、種々の戦略的パラメータ制御を必要とする。各ユーザインターフェース30は、カーソル制御デバイス24および1つまたは複数の多機能キーボード26に動作可能に結合され得、その結果、航空機搭乗員が各ユーザインターフェース30と対話できるようになり、そのような戦術的および戦略的パラメータ制御を入力できるようになる。ユーザインターフェース30は種々の入力/出力および飛行計画の要素(flight planning element)を含むことができ、これらは、いくつかの非限定的な例を挙げると、専用ハードウェアパネル、汎用ディスプレイ上のソフトウェアによって作られるパネル、MFD用のタッチパネルディスプレイ、ダイアル、ライト、ノブ、レバー、ボタン、スイッチ、または、それらの任意の組み合わせなどの、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれかまたは両方によって実装され得る。
図2は本発明の一実施形態による例示のユーザインターフェース30を示しており、これは、戦術的および戦略的パラメータ制御の両方に同時にアクセスするのを可能にする単純な単層ユーザインターフェース上に両方のシステムのための情報およびパラメータ制御のすべてを提供するために、自動操縦の戦術的パラメータ制御をFMSの戦略的パラメータ制御に組み合わせる。ユーザインターフェース30は、自動操縦およびFMSの基礎的な組み合わせにより単純化をより容易に可能にするものであり、これは、2011年1月7日に出願されて米国特許出願第12/986,838号が割り当てられた、整理番号242740を有する、「Flight Management System With Integrated Tactical Commands for Use with an Aircraft and Method of Operating Sane」と題される、本願の権利者が所有する特許出願でさらに説明されており、これは、参照により組み込まれる。しかし、ユーザインターフェース30は、自動操縦およびFMSの機能性が組み合わされず、動作可能な独立システムとして維持されるような、システム内に実装され得る。
より具体的には、ユーザインターフェース30は、自動操縦の動作のための戦術的パラメータ制御32、および、飛行管理システムの動作のための複数の戦略的パラメータ制御34を含む。戦術的パラメータおよび戦略的パラメータはユーザプログラマブルであり、同時にユーザインターフェース30上でアクセス可能であり、また、ユーザインターフェース30は、ユーザインターフェース30上で搭乗員によって行われる選択との組み合わせで詳細なトラジェクトリ情報およびアドバイザリ情報を表示するのを可能にする。
戦術的パラメータ制御32および戦略的パラメータ制御34はハードウェア制御またはソフトウェア制御のいずれかであってよい。非限定的な例では、戦術的パラメータ制御32は、ハードウェア制御およびソフトウェア制御の両方を含むように示されている。より具体的には、ユーザインターフェース30は、戦術的制御ノブおよび対応するディスプレイを具備するパネルを含むように示されており、非限定的な例では、機首方位選択ノブ40および機首方位ディスプレイ41、速度選択ノブ42および速度ディスプレイ43、垂直速度または飛行経路角(flight path angle(FPA))選択ノブ44および垂直速度/FPAディスプレイ45、ならびに、高度選択ノブ46および高度ディスプレイ47を含む。ノブ40、42,44および46はプッシュロータリノブであってよい。戦術的パラメータ制御32はまた、非限定的な例では、直行/次のウェイポイント選択ウィンドウ48、保持選択ウィンドウ50、ウェイポイントでの要求到着時間選択ウィンドウ52、オフセット飛行計画選択ウィンドウ(offset flight plan selection window)54、および、データリンクリクエスト選択ウィンドウ56を含むことができ、これらはすべてソフトウェアによって作られてよい。
非限定的な例では、戦略的パラメータ制御34は、目的地の位置選択ウィンドウ58、出発手順選択ウィンドウ60、航路セグメント選択ウィンドウ62、地上走行ルート選択ウィンドウ64、到着手順選択ウィンドウ66、および、進入手順選択ウィンドウ68を含むことができる。戦略的パラメータ制御34がより多くのまたはより少ない選択ウィンドウを含んでもよいこと、および、目的地の位置選択ウィンドウ58が飛行計画のトラジェクトリを構成するのに必要な制御のみであってもよいことが企図される。
アクセプトボタン70およびアンドゥ/クリアボタン72を含むシステムエンゲージボタン(System engage button)も、ユーザインターフェース30内に含まれるハードウェアまたはソフトウェア制御であってよい。フライトディレクタインジケータ74は、適切なインディシアと、フライトディレクタがオンになっておりかつ自動操縦が採用されていない場合に点灯してよいLEDまたは別の適切な光源とを含むことができる。同様に、自動飛行インジケータ76は、適切なインディシアと、自動操縦が採用されているときに点灯してよいLEDまたは別の適切な光源とを含むことができる。
戦術的パラメータ制御32および戦略的パラメータ制御34のうちの少なくとも1つのためのステータスインジケータ80もユーザインターフェース30内に含まれてよい。非限定的な例では、機首方位ディスプレイ41、速度ディスプレイ43、垂直速度/FPAディスプレイ45、および、高度ディスプレイ47が、それらの戦術的パラメータ制御32のためのステータスインジケータとしての機能を果たすことができる。さらなる非限定的な例では、残りの戦術的パラメータ制御32および戦略的パラメータ制御34に関連するインディシアが照光され得、それらの制御のためのステータスインジケータ80として機能することができる。ステータスインジケータ80は、戦術的パラメータ制御および戦略的パラメータ制御34のうちの少なくとも1つが自動で設定されているかまたは手動で設定されているかを示すことができる。非限定的な例では、能動的に制御されるパラメータは何らかの形で照光されるかまたはハイライトされ得る。
ステータスインジケータ80はまた、戦術的パラメータ制御および戦略的パラメータ制御34のうちの少なくとも1つが、アクティブであるかどうか、アームド状態であるかどうか、または、動的飛行エンベロープの限界に到達したかどうかを示すことができる。ステータスインジケータ80は、各ステータスのための異なる照光状態を含むことができる。これらの異なる照光状態は各ステータスのための異なる色を含むことができることが企図される。このような色符号化スキームは、どの飛行パラメータが能動的に制御さているか、どの飛行計画セグメントがアクティブであるか、ならびに、どのパラメータおよび/または飛行計画セグメントがキャプチャ時に起動できるようにアームド状態であるかどうか、を搭乗員に知らせるのに使用され得る。修正された計画は起動できるようにアームド状態であるとみなされてよく、すべてのセグメントがアームド状態のためのカラーコードを示すことができる。種々のカラースキームが使用されてよく、非限定的な例では、アクティブの飛行パラメータまたは飛行計画セグメントを示すのに緑色が使用されてよく、アームド状態の飛行パラメータまたは飛行計画セグメントまたは修正された飛行計画セグメントを示すのに青色が使用されてよく、飛行パラメータがダイナミック飛行エンベロープリミットに到達したことを示すのに琥珀色が使用されてよく、残りのアクティブの計画およびアクティブの制御を示すのに赤紫色が使用されてよい。
運転中、ユーザインターフェース30は、戦術的パラメータ制御32および戦略的パラメータ制御34を介して航空機搭乗員から命令および選択を受けることができ、また、搭乗員に情報を提供することができることから、ユーザインターフェース30は、自動操縦およびFMSを含むすべての自動飛行活動のための主要クルーインターフェースとなる。機首方位ディスプレイ41、速度ディスプレイ43、垂直速度/FPAディスプレイ45および高度ディスプレイ47は、航空機10のための基本的な飛行制御パラメータを明示することができ、また、搭乗員が手動で選択する値によって無効にされ得る自動で計算された値にデフォルト設定され得る。このような手動入力は、付随する機首方位選択ノブ40、速度選択ノブ42、垂直速度/FPA選択ノブ44、および、高度選択ノブ46によって制御される。より具体的には、対応するノブを押すことにより付随するディスプレイのための手動入力が選択され、ノブを回すことにより、所定の増分だけまたは指定可能な増分だけ数値がスクロールされ得、それにより、新しい値が選択され得る。機首方位選択ノブ40はラテラル平面での動きを制御するために回転され得、速度選択ノブ42は対気速度またはマッハ数を制御するために回転され得、垂直速度/FPA選択ノブ44は垂直平面での動きを制御するために回転され得、高度選択ノブ46は垂直方向の動きを制御するために回転され得る。ユーザが所望の値を選択すると、ユーザは手動入力を作動させるためにアクセプトボタン70を選択することができる。搭乗員メンバーがノブの1つを誤って押した場合にノブをさらに押すことにより戦術的パラメータ制御32がオートに戻ることが企図される。
戦術的パラメータ制御32を使用して手動で選択を入力することは、飛行計画への入力として処理され、FMSの計算されたトラジェクトリに反映される。以下の記述は、戦術的パラメータ制御32の動作の非限定的な例を示す。機首方位選択ノブ40が作動されている場合、FMSの計算された機首方位を無効にする手動の機首方位が選択され得る。飛行計画は直近の機首方位ベクトルを仮定することにより手動による介入を反映させることができ、予測により、次の実際的なウェイポイントへの進路割り込み操作(course intercept maneuver)を使用して1分後に戦略的飛行計画に戻ることができる。飛行計画から、通過する介在ウェイポイントを順序付けすることができる。速度選択ノブ42が作動されている場合、最新のフェーズのためのFMSの計算された速度を無効にする手動の速度が選択され得る。垂直速度/FPA選択ノブ44が作動されている場合、FMSの計算された鉛直プロファイルを無効にする垂直速度または飛行経路角が選択され得る。高度選択ノブ46が作動されている場合、そのプロファイルでの次のレベルオフ高度がキャプチャされて追跡され得る。最新の計算された最適高度のアドバイザリが表示され得る。上記の手動の選択のすべてにおいて、FMSは、選択可能な値を飛行機の動的動作エンベロープ(dynamic operating envelope)に限定することができ、FMSの予測がそれらの値を入力情報として使用することができる。
直行/次のウェイポイント選択ウィンドウ48に入力することにより、選択されたウェイポイントまでの新しい経路およびそのウェイポイントに付随するETAに関するナビゲーションディスプレイを得ることができる。保持選択ウィンドウ50に入れられる変更により、入力されるETAおよび1サイクル後に終了するETAと共に、選択されたホールドパターンに関するナビゲーションディスプレイを得ることができる。ウェイポイントでの要求到着時間選択ウィンドウ52にユーザが入力することにより、そのウェイポイントにおいて達成され得る最小ETAおよび最大ETAをナビゲーションディスプレイ上に得ることができる。オフセット飛行計画選択ウィンドウ54に入力することにより、選択された出発点および再結合点(rejoin point)ならびに付随するETAを示す元の経路を保持しながら、新しい平行飛行経路に関するナビゲーションディスプレイを得ることができる。データリンクリクエスト選択ウィンドウ56により、搭乗員が、航空/地上データ通信のためのデータリンク動作を開始することが可能となり、また、飛行計画要素、ATCクリアランス、および別のアップリンク、さらには、手動で開始されるダウンリンクを要求することが可能となる。データリンクリクエスト選択ウィンドウ56を介して、ユーザはログオンを選択することができ、それにより、データ通信活動を開始するための適切な情報交換が自動で開始される。
戦術的パラメータ制御32および戦略的パラメータ34のいずれの選択ウィンドウも、アップリンクされる飛行計画要素/クリアランス指示さらには搭乗員の選択を受けることができることが企図される。アップリンクされる要素は修正された飛行計画として適切なウィンドウ(複数可)およびフラッシュ内に自動でロードされ得、それにより、搭乗者がアクセプトボタン70を介してデータを受けることおよびアンドゥ/クリアボタン72を介してデータを拒否することが促進される。データリンクされたメッセージに対する搭乗員の反応を反映させる自動ダウンリンクが行われ得る。アップリンクも、搭乗員の注意を保留中のデータに引きつけるための可聴警告または視覚的警告によって実現され得る。アップリンクは、その特定のデータ通信に関する適切なアクションおよび選択を含む、ユーザインターフェース30上のポップアップダイアログウィンドウとして表示され得る。
戦略的パラメータ制御34は、完全な飛行計画を形成する種々の飛行計画要素を明示することができる。アクティブの飛行トラジェクトリを作るのに、目的地の滑走路のみ、または、目的地の滑走路および出発地の滑走路が必要となることが企図される。目的地の位置選択ウィンドウ58、出発手順選択ウィンドウ60、航路セグメント選択ウィンドウ62、地上走行ルート選択ウィンドウ64、到着手順選択ウィンドウ66および進入手順選択ウィンドウ68を含む戦略的パラメータ制御34は、ユーザが入力アイテム(複数可)をそこから選択することができるメニューおよびリストを含むことができる。ウィンドウ内でのアイテムの選択は、カーソル制御デバイス24を使用して達成され得る。別法として、ユーザインターフェース30がタッチスクリーンであってよいこと、および、アイテムの選択がタッチスクリーンを用いた対話を介して達成され得ることが企図される。これらのアイテムを選択することにより修正された飛行計画が作られ、この修正された飛行計画は、レビュー後、選択ボタン70を選択することを介して受けられ得る。非限定的な例では、この選択は、アンドゥ/クリアボタン72を短く押すことによって一度に1つのアイテムがアンドゥされ得るか、または、アンドゥ/クリアボタン72が押されて保持されることにより、すべてのアイテムがクリアされ得る。
図3は、本発明の第2の実施形態による、ナビゲーションマップまたはナビゲーションディスプレイ190を有するユーザインターフェース130を示している。第2の実施形態130は第1の実施形態30に類似する。したがって、同様の部分は100が加えられた同様の参照符号で示され、ここでは、特に言及しない限り、第1の実施形態の同様の部分の説明が第2の実施形態にも適用されることを理解されたい。
第1の実施形態10と第2の実施形態100との1つの違いは、現行の飛行モードウィンドウ182、さらには、次の飛行モードウィンドウ184と、ユーザインターフェース130を介した搭乗員の入力の結果であるトラジェクトリを表示することができるインタラクティブナビゲーションディスプレイ190とが含まれることである。非限定的な例では、ナビゲーションディスプレイ190は、航空機シンボル192と、種々のウェイポイントを含む予測される飛行経路194と、トラジェクトリ情報198とを含んで示されている。ナビゲーションディスプレイ190は、緯度、経度、高度、速度、ETA,燃料残量などの詳細なトラジェクトリ情報、および、アドバイザリ情報を、搭乗員によってなされる選択に関連させて、ユーザインターフェース130上に表示するのを可能にすることができる。非限定的な例では、追加の、飛行計画の編集、ウェイポイントの生成/削除、飛行計画航程の連結、代替空港の選択、速度/高度制約条件の入力、ナビゲーションセンサの比較などは、ナビゲーションディスプレイ190上でのオブジェクト操作およびメニュー選択を介して実施され得る。さらに、問題を解決するための適切なアクションおよび選択を包含するアドバイザリメッセージおよび警告メッセージがダイアログバックス内にポップアップ表示され得ることが企図される。
上述の実施形態は、これまでには互いに独立して実施されていた戦術的制御、戦略的制御、データリンク制御をまとめるものであり、それによりクルーインターフェースのレイアウトが単純化される。さらに、上述の実施形態は、システムの機能的重複を排除し、ディスプレイおよび制御を最小化し、航空機の効果的運転に必要ではない余分な情報を排除し、インターフェースの複雑さおよび装備コストの両方を軽減する。
ここに記載される説明は、最良の形態を含めた本発明を開示するために、さらには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用することならびに採用される任意の方法を実施することを含めて、当業者が本発明を実施するのを可能にするために、複数の例を使用する。特許を受けることができる本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者には思い付く別の例を含むことができる。このような別の例は、特許請求の範囲の文字通りの意味と違わない構造的要素を有する場合には、または、特許請求の範囲の文字通りの意味とほぼ違わない等価の構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内にあることが意図される。
10 航空機
12 コックピット
16 シート
18 フライトデッキ
20 飛行ディスプレイ
22 計器
24 カーソル制御デバイス
26 多機能キーボード
30 ユーザインターフェース
32 戦術的パラメータ制御
34 戦略的パラメータ制御
40 機首方位選択ノブ
41 機首方位ディスプレイ
42 速度選択ノブ
43 速度ディスプレイ
44 垂直速度選択ノブ
45 垂直速度ディスプレイ
46 高度選択ノブ
47 高度ディスプレイ
48 直行/次のウェイポイント選択ウィンドウ
50 保持選択ウィンドウ
52 ウェイポイントでの要求到着時間選択ウィンドウ
54 オフセット飛行計画選択ウィンドウ
56 データリンクリクエスト選択ウィンドウ
58 目的地の位置選択ウィンドウ
60 出発手順選択ウィンドウ
62 航路セグメント選択ウィンドウ
64 地上走行ルート選択ウィンドウ
66 到着手順選択ウィンドウ
68 進入手順選択ウィンドウ
70 アクセプトボタン
72 アンドゥ/クリアボタン
74 フライトディレクタインジケータ
76 自動飛行インジケータ
80 ステータスインジケータ
130 ユーザインターフェース
182 現行の飛行モードウィンドウ
184 次の飛行モードウィンドウ
190 インタラクティブナビゲーションディスプレイ
192 航空機シンボル
194 予測される飛行経路
196 ウェイポイント
198 トラジェクトリ情報

Claims (9)

  1. 航空機のための、自動操縦システムと飛行管理システムとの統合されたシステムのためのユーザインターフェースであって、
    前記自動操縦システムの動作のための複数の戦術的パラメータ制御と、
    前記飛行管理システムの動作のための複数の戦略的パラメータ制御と
    を含み、
    前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御がユーザプログラマブルであり、
    前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御が前記ユーザインターフェースに統合されており、
    前記ユーザインタフェースが、前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御の両方への同時アクセスを提供しており、
    前記ユーザインターフェースが、さらに、該ユーザインターフェースを介した搭乗員の前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御への入力の結果であるトラジェクトリを表示するナビゲーションマップを備える、
    ユーザインターフェース。
  2. 前記戦術的パラメータ制御が、少なくとも、機首方位、速度、高度および垂直速度を含み、前記戦略的パラメータ制御が少なくとも目的地の位置を含む、請求項1記載のユーザインターフェース。
  3. 前記戦術的パラメータ制御が、直行、次のウェイポイント、保持、オフセット、要求到着時間、およびデータリンクのうちの少なくとも1つをさらに含み、前記戦略的パラメータ制御が、出発手順、航路セグメント、地上走行ルート、到着手順、および進入手順のうちの少なくとも1つをさらに含む、請求項2記載のユーザインターフェース。
  4. 前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御のうちの少なくとも一部が、ハードウェア制御またはソフトウェア制御のうちの少なくとも一方である、請求項1乃至3記載のユーザインターフェース。
  5. 前記戦術的パラメータ制御の少なくとも一部がハードウェア制御である、請求項4記載のユーザインターフェース。
  6. 前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御のうちの少なくとも1つのためのステータスインジケータをさらに含む、請求項1乃至5記載のユーザインターフェース。
  7. 前記ステータスインジケータが、前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御のうちの少なくとも1つが自動で設定されているかまたは手動で設定されているかを示す、請求項6記載のユーザインターフェース。
  8. 前記ステータスインジケータが、前記戦術的パラメータ制御および前記戦略的パラメータ制御のうちの少なくとも1つが、アクティブであるかどうか、アームド状態であるかどうか、および飛行エンベロープの限界に到達したかどうかを示す、請求項6または7に記載のユーザインターフェース。
  9. 前記ステータスインジケータが、各ステータスのための異なるイルミネーション状態を有するインディシアを含む、請求項6乃至8記載のユーザインターフェース。
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