JP7360277B2 - 航空機の制御システム - Google Patents

Description

本発明は、航空機の飛行制御機能を冗長化する技術に関する。

従来、航空機の飛行制御装置は各機に複数台が搭載され、ハードウェアの冗長化（多重化）が図られている（例えば、特許文献１参照）。
なかでも大型の航空機用のものなど、特に高い安全性が求められる飛行制御システムでは、ソフトウェアのバグに起因する不時停止等の異常が発生した場合に備えて、同じ機能をもつ別の制御ソフトウェアを複数搭載している。

特許第５８０８７８１号公報

しかしながら、このシステム構成では複数の制御ソフトウェアが必要となるため、ソフトウェアの開発コストが嵩んでしまう。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、航空機の制御ソフトウェアの潜在的なバグに対する冗長性を、同一の制御ソフトウェアを用いつつ好適に担保することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、航空機に搭載される航空機の制御システムであって、
前記航空機の飛行諸元を取得してその数値を出力する飛行諸元取得手段と、
前記飛行諸元の数値に基づいて機体制御用の演算を行う同一の制御ソフトウェアを各々が有し、飛行制御機能の冗長系を構成する複数の飛行制御手段と、
前記複数の飛行制御手段に対応し、かつ互いに異なる複数のノイズをランダムに生成するノイズ生成手段と、
前記飛行諸元取得手段から出力された一の前記飛行諸元の数値に前記複数のノイズを個別に重畳させて、互いに異なる複数の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該複数の新たな飛行諸元の数値を前記複数の飛行制御手段に出力するノイズ出力手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の航空機の制御システムにおいて、
前記複数の飛行制御手段は、第１の飛行制御手段及び第２の飛行制御手段を含み、
前記ノイズ生成手段は、第１のノイズ及び第２のノイズを生成し、
前記ノイズ出力手段は、
前記飛行諸元の数値に前記第１のノイズを重畳して第１の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該第１の新たな飛行諸元の数値を前記第１の飛行制御手段に出力し、
前記飛行諸元の数値に前記第２のノイズを重畳して第２の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該第２の新たな飛行諸元の数値を前記第２の飛行制御手段に出力することを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の航空機の制御システムにおいて、
前記飛行諸元取得手段から出力された前記飛行諸元の数値に重畳されるノイズは、当該飛行諸元の数値よりも小さい数値であり、
前記制御ソフトウェアは、前記ノイズの重畳前の飛行諸元の数値と重畳後の新たな飛行諸元の数値とを同一と判断するように構成されることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、航空機に搭載される航空機の制御システムであって、
前記航空機の飛行諸元を取得してその数値を出力する飛行諸元取得手段と、
前記飛行諸元の数値に基づいて機体制御用の演算を行う同一の制御ソフトウェアを各々が有し、飛行制御機能の冗長系を構成する複数の飛行制御手段と、
前記複数の飛行制御手段に対応し、かつ互いに異なる複数のノイズを生成するノイズ生成手段と、
前記飛行諸元取得手段から出力された一の前記飛行諸元の数値に前記複数のノイズを個別に重畳させて、互いに異なる複数の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該複数の新たな飛行諸元の数値を前記複数の飛行制御手段に出力するノイズ出力手段と、
を備え、
前記飛行諸元取得手段から出力された前記飛行諸元の数値に重畳されるノイズは、当該飛行諸元の数値よりも小さい数値であり、
前記制御ソフトウェアは、前記ノイズの重畳前の飛行諸元の数値と重畳後の新たな飛行諸元の数値とを同一と判断するように構成される、
ことを特徴とする。

本発明によれば、飛行諸元取得手段から出力された一の飛行諸元の数値に、互いに異なる複数のノイズが個別に重畳されて複数の新たな飛行諸元の数値が生成され、当該複数の新たな飛行諸元の数値が複数の飛行制御手段に出力される。これにより、複数の飛行制御手段にはノイズ分だけ僅かに異なる数値が入力されるため、複数の飛行制御手段が同一の制御ソフトウェアを搭載していた場合であっても、これらの制御ソフトウェアが同一のバグを発生させる事態を回避することができる。
したがって、航空機の制御ソフトウェアの潜在的なバグに対する冗長性を、同一の制御ソフトウェアを用いつつ好適に担保することができる。

実施形態における制御システムの概略構成を示すブロック図である。 ノイズ発生器が設けられていない制御システムの動作を説明するための図である。 実施形態における制御システムの動作を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

＜制御システムの構成＞
まず、本実施形態における航空機の制御システム（以下、単に「制御システム」という。）１０の構成について説明する。
図１は、この制御システム１０の概略構成を示すブロック図である。

図１に示すように、制御システム１０は、航空機に搭載されて機体の制御を行うためのものであり、２台のフライトコンピュータ１１（１１ａ、１１ｂ）と、飛行諸元取得センサー１２とを備えている。

２台のフライトコンピュータ１１は、飛行諸元取得センサー１２から入力される情報に基づいて、図示しない機体各部の動作を制御する。各フライトコンピュータ１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリ（記憶装置）等を備えたコンピュータであり、例えば常態での制御負荷に応じた処理能力等のハードウェアスペックを有している。
また、各フライトコンピュータ１１には、飛行諸元取得センサー１２からの情報に基づいて機体制御用の演算を行う制御ソフトウェア１１０が搭載されている。制御ソフトウェア１１０は、後述するノイズの重畳前の飛行諸元の数値と重畳後の新たな飛行諸元の数値とを同一と判断して機体制御用の演算を行うように構成されている。

これら２台のフライトコンピュータ１１は、飛行制御機能の冗長系を構成しており、一方のフライトコンピュータ１１ａが主機、他方のフライトコンピュータ１１ｂが予備機となっている。つまり、２台のフライトコンピュータ１１は並列して稼働しているものの、常態では一方のフライトコンピュータ１１ａのみが制御機能を果たしており、この一方のフライトコンピュータ１１ａに異常が生じた場合に、他方のフライトコンピュータ１１ｂに制御機能が移譲される。異常の検知や機能の移譲は、いずれかのフライトコンピュータ１１が行ってもよいし、他の検知・制御手段に依ってもよい。

飛行諸元取得センサー１２は、機体制御の演算に必要な航空機の飛行諸元（機体の位置、高度、速度、姿勢等）を取得するものであり、取得した情報（数値）をフライトコンピュータ１１へ出力する。「飛行諸元」は所定の数値群を含み、上記所定の数値群は、後述のとおり、上記所定の数値群が入力された場合に制御ソフトウェア１１０を停止させるものである。

また、制御システム１０は、飛行諸元取得センサー１２と２台のフライトコンピュータ１１との間に、ノイズ発生器１３を備えている。
ノイズ発生器１３は、飛行諸元取得センサー１２から出力された飛行諸元の数値に、互いに異なる複数のノイズを個別に重畳させて、２台のフライトコンピュータ１１に出力する。つまり、ノイズ発生器１３は、飛行諸元取得センサー１２から出力された飛行諸元の数値を、互いに異なる数値となるように少なくともいずれか一方に微細なノイズを重畳させたうえで、２台のフライトコンピュータ１１に出力する。換言すれば、ノイズ発生器１３は、複数（２台）のフライトコンピュータ１１に対応し、かつ互いに異なる複数（２つ）のノイズを生成する。そして、ノイズ発生器１３は、飛行諸元取得センサー１２から出力された一の飛行諸元の数値に、生成した複数のノイズを個別に重畳させて、互いに異なる複数の新たな飛行諸元の数値を生成し、この複数の新たな飛行諸元の数値を複数のフライトコンピュータ１１に出力する。
ここで「ノイズ」とは、本実施形態では、ランダムに生成された乱数をいう。「微細」なノイズとは、本実施形態では、当該ノイズを重畳させる元の信号のＳ／Ｎ比を殆ど変化させない程度に十分小さいノイズをいう。ただし、本発明に係るノイズは、当該ノイズを重畳させる元の信号（飛行諸元の数値）よりも小さい数値であればよく、ゼロを含む。つまり、ノイズの重畳前の飛行諸元の数値と、重畳後の新たな飛行諸元の数値とは、同一であってもよい。また、ノイズを「重畳」させるとは、元の信号（数値）にノイズを重ねることをいう。「一」の飛行諸元の数値とは、１つの飛行諸元を表す数値をいい、後述する信号（ｘ、ｙ、ｚ）のように複数で組をなすものを含む。

＜制御システムの動作＞
続いて、制御システム１０の動作について説明する。
図２は、ノイズ発生器１３が設けられていない制御システム１０の動作を説明するための図であり、図３は、制御システム１０の動作を説明するための図である。

各フライトコンピュータ１１の制御ソフトウェア１１０は、飛行諸元取得センサー１２からパラメータｘ，ｙ，ｚの入力を受け付けるものとする。また制御ソフトウェア１１０には、ｘ、ｙ、ｚ全ての入力値が同時に「0.0」になると停止するバグが存在するものとする。
このような場合、図２に示すように、飛行諸元取得センサー１２が各フライトコンピュータ１１と直接接続されていると、飛行諸元取得センサー１２からｘ、ｙ、ｚ＝0.0の信号が入力されたときに、２台のフライトコンピュータ１１の制御ソフトウェア１１０が両方とも停止してしまい、冗長性が担保されない。

しかし、本実施形態の制御システム１０では、飛行諸元取得センサー１２がノイズ発生器１３を介して各フライトコンピュータ１１と接続されている。そのため、図３に示すように、飛行諸元取得センサー１２からバグを引き起こす信号（ｘ、ｙ、ｚ＝0.0、0.0、0.0）が出力された場合であっても、ノイズ発生器１３で重畳される微細なノイズによって、２台のフライトコンピュータ１１への信号が互いに異なるものとなる。図３の例では、一方のフライトコンピュータ１１ａへのパラメータｘのみにノイズ0.01が加えられ、他方のフライトコンピュータ１１ｂのみが停止している。より正確には、一方のフライトコンピュータ１１ａへの信号にはノイズ（ｘ、ｙ、ｚ＝0.01、0.0、0.0）が重畳され、他方のフライトコンピュータ１１ｂへの信号には異なるノイズ（ｘ、ｙ、ｚ＝0.0、0.0、0.0）が重畳される。
このように、２台のフライトコンピュータ１１では、常に僅かに異なる入力値に基づいて演算が行われる。そのため、制御ソフトウェア１１０に特定の数値が入力された場合に生じる潜在的なバグが存在する場合であっても、２台のフライトコンピュータ１１で同時にこのバグが発生する事態を回避することができ、冗長性を担保することができる。

＜効果＞
以上のように、本実施形態によれば、飛行諸元取得センサー１２から出力された一の飛行諸元の数値に、互いに異なる複数のノイズがノイズ発生器１３により個別に重畳されて複数の新たな飛行諸元の数値が生成され、当該複数の新たな飛行諸元の数値が複数のフライトコンピュータ１１に出力される。これにより、複数のフライトコンピュータ１１にはノイズ分だけ僅かに異なる数値が入力されるため、複数のフライトコンピュータ１１が同一の制御ソフトウェア１１０を搭載していた場合であっても、これらの制御ソフトウェア１１０が同一のバグを発生させる事態を回避することができる。
したがって、航空機の制御ソフトウェア１１０の潜在的なバグに対する冗長性を、同一の制御ソフトウェア１１０を用いつつ好適に担保することができる。

＜変形例＞
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態ではフライトコンピュータ１１が２台の場合を挙げて説明したが、フライトコンピュータ１１の数量は特に限定されない。

１０ 制御システム
１１（１１ａ、１１ｂ） フライトコンピュータ
１２ 飛行諸元取得センサー
１３ ノイズ発生器
１１０ 制御ソフトウェア

Claims (4)

1. 航空機に搭載される航空機の制御システムであって、
   前記航空機の飛行諸元を取得してその数値を出力する飛行諸元取得手段と、
   前記飛行諸元の数値に基づいて機体制御用の演算を行う同一の制御ソフトウェアを各々が有し、飛行制御機能の冗長系を構成する複数の飛行制御手段と、
   前記複数の飛行制御手段に対応し、かつ互いに異なる複数のノイズをランダムに生成するノイズ生成手段と、
   前記飛行諸元取得手段から出力された一の前記飛行諸元の数値に前記複数のノイズを個別に重畳させて、互いに異なる複数の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該複数の新たな飛行諸元の数値を前記複数の飛行制御手段に出力するノイズ出力手段と、
   を備えることを特徴とする航空機の制御システム。
2. 前記複数の飛行制御手段は、第１の飛行制御手段及び第２の飛行制御手段を含み、
   前記ノイズ生成手段は、第１のノイズ及び第２のノイズを生成し、
   前記ノイズ出力手段は、
   前記飛行諸元の数値に前記第１のノイズを重畳して第１の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該第１の新たな飛行諸元の数値を前記第１の飛行制御手段に出力し、
   前記飛行諸元の数値に前記第２のノイズを重畳して第２の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該第２の新たな飛行諸元の数値を前記第２の飛行制御手段に出力する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の航空機の制御システム。
3. 前記飛行諸元取得手段から出力された前記飛行諸元の数値に重畳されるノイズは、当該飛行諸元の数値よりも小さい数値であり、
   前記制御ソフトウェアは、前記ノイズの重畳前の飛行諸元の数値と重畳後の新たな飛行諸元の数値とを同一と判断するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の航空機の制御システム。
4. 航空機に搭載される航空機の制御システムであって、
   前記航空機の飛行諸元を取得してその数値を出力する飛行諸元取得手段と、
   前記飛行諸元の数値に基づいて機体制御用の演算を行う同一の制御ソフトウェアを各々が有し、飛行制御機能の冗長系を構成する複数の飛行制御手段と、
   前記複数の飛行制御手段に対応し、かつ互いに異なる複数のノイズを生成するノイズ生成手段と、
   前記飛行諸元取得手段から出力された一の前記飛行諸元の数値に前記複数のノイズを個別に重畳させて、互いに異なる複数の新たな飛行諸元の数値を生成し、当該複数の新たな飛行諸元の数値を前記複数の飛行制御手段に出力するノイズ出力手段と、
   を備え、
   前記飛行諸元取得手段から出力された前記飛行諸元の数値に重畳されるノイズは、当該飛行諸元の数値よりも小さい数値であり、
   前記制御ソフトウェアは、前記ノイズの重畳前の飛行諸元の数値と重畳後の新たな飛行諸元の数値とを同一と判断するように構成される、
   ことを特徴とする航空機の制御システム。

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