JPH08310494A - 航空機のフライトデッキ操縦装置を位置決めするためのバックドライブシステム、および航空機のフライトデッキ操縦装置をバックドライブする方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 オートパイロット制御下にあるフライバイワ
イヤの航空機のフライトデッキ操縦装置をバックドライ
ブして、オートパイロット作動の触覚的かつ視覚的フィ
ードバックを操縦士に与える。 【解決手段】 航空機の主フライトコンピュータ（２２
０）とオートパイロットフライトコンピュータとの間に
置かれるこのシステムは、各フライトデッキ操縦装置
（２５０，２５２，２５４）に機械的に結合されたアク
チュエータ（２４０、２４２、２４４）を用いて、操縦
翼面の手による動作を真似るようにフライトデッキ操縦
装置を位置決めする。さらに、操縦士が予め定められた
期間にわたって予め定められた変位分だけバックドライ
ブシステムでコマンドされた位置からフライトデッキ操
縦装置を動かすことによってそれを制御するときに、こ
のシステムはオートパイロットの使用を円滑に停止し、
航空機の操縦を操縦士に渡す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の分野】この発明は、フライバイワイヤのフライ
ト操縦システムを備える航空機のオートパイロット作動
中におけるフライトデッキ（操縦室）の操縦装置の通常
の動きのシミュレーションのためのシステムを提供す
る。この発明のシステムは、従来的な操縦桿、操縦輪お
よびペダルのフライトデッキ操縦装置を組込むフライバ
イワイヤのフライト操縦システムに特に好適である。

【０００２】

【発明の背景】大部分の航空機は、電力制御ユニットを
介してフライトデッキの操縦装置を操縦翼面と物理的に
接続するために直接的な機械的連係を組込む機械的なフ
ライト操縦システムを利用する。通常の操作では、この
タイプのフライト操縦システムはフライトデッキの操縦
装置の向きを通じて操縦翼面の位置に関する触知可能か
つ視覚的な情報をパイロットに与える。大抵のパイロッ
トはそのような機械的制御システムの使用を熟知してい
るので、このシステムはパイロットにそれが正しく作動
しているというある程度の心理的保証をさらに与える。
システム作動の触知可能かつ視覚的フィードバックは、
オートパイロットに切替えられているときでも与えられ
る。特に、オートパイロットシステムは、システムの機
械的連係と平行して接続されるアクチュエータを通して
フライトデッキの操縦装置とインタフェースされる。し
たがって、オートパイロットアクチュエータは操縦翼面
を駆動し、フライトデッキの操縦装置の操縦桿、操縦輪
およびペダルは、操縦翼面に従ってシステムの機械的連
係により駆動される。操縦装置と触知可能かつ視覚的な
通信状態にあるパイロットは、ゆえに、オートパイロッ
ト使用状態を意識し続け、適当な動きを再度保証され、
またはオートパイロットの動きが不適当であるように見
える際には警告を受ける。

【０００３】代替的なフライト操縦システムは、パイロ
ットの操縦装置と航空機の操縦翼面との間に直接的な機
械的連係を含まない。代わりに、このシステムでは、フ
ライトデッキの操縦装置を介して入力されるパイロット
のコマンドが電気信号に変換され、それは次いで、操縦
翼面の向きを適当に合わせる制御ユニットのためのコマ
ンドを発生させるために電気的に処理される。このシス
テムでは、オートパイロットが作動しているときに、フ
ライトデッキの操縦装置を駆動するものは何もない。し
たがって、「フライバイワイヤ」のフライト操縦システ
ムとしても公知である、この電気的に駆動されるフライ
ト操縦システムでは、パイロットは、オートパイロット
の作動に関する情報を与える、操縦桿、操縦輪、および
ペダルのフライトデッキ操縦装置を介しての触知可能か
つ視覚的なフィードバックを受けない。代わりに、これ
らのフライトデッキの操縦装置は固定状態で、オートパ
イロットに切替えられる。フライトデッキの操縦装置を
介するフィードバックを通して与えられる視覚的かつ触
知可能な情報なしでは、パイロットはオートパイロット
使用状態を意識し続けることができない。その結果、パ
イロットは、不適当なオートパイロット使用状態に気付
かないかもしれず、航空機の操縦翼面の向きに気付かな
いかもしれない。これらの状況はパイロットにとっては
一般に許容できないものである。さらに、パイロットが
オートパイロットを解除するよう選択すると、フライト
デッキの操縦装置はその中立または「休止」位置にある
一方で、オートパイロットは、フライトデッキの操縦装
置に対応しない、異なる位置で、対応する操縦翼面をセ
ットしているかもしれない。したがって、オートパイロ
ットの解除で、フライトデッキの操縦装置の位置と操縦
翼面の位置とを一致させるためにそれらの間において急
激な調整が起こって、おそらくは乗客に不快感および警
戒心を起こさせるかもしれない。

【０００４】フライバイワイヤのフライト操縦システ
ム、特に従来的な操縦桿、操縦輪およびペダルのフライ
トデッキ操縦装置を用いるものにおいてオートパイロッ
ト使用状態をパイロットに意識させるシステムが要求さ
れている。このシステムは、安全であり、信頼性があ
り、フライバイワイヤの操縦システムと互換性があり、
およびそれと容易に一体化されるべきである。望ましく
は、このシステムは、オートパイロットの解除での、航
空機の操縦翼面の向きの急激な変化の可能性を防止すべ
きである。

【０００５】

【発明の概要】この発明は、システムがオートパイロッ
トの制御下にあるときに、オートパイロット使用状態を
パイロットに意識させるために、フライバイワイヤのフ
ライト操縦システムを備える航空機の、操縦桿、操縦輪
およびペダルのフライトデッキ操縦装置をバックドライ
ブするためのシステムを提供する。このシステムは、航
空機の主フライトコンピュータとオートパイロットフラ
イト指示コンピュータとの間に配備される閉ループフィ
ードバック型のものである。

【０００６】この発明のシステムは、オートパイロット
制御下で飛行中の航空機のフライトデッキの操縦装置の
向きを、航空機がパイロットの制御下にあるときにフラ
イトデッキ操縦装置が通常制御するであろう操縦翼面の
相対的な向きに一致するように合わせる。この結果、航
空機がオートパイロットの制御下にあるとき、操縦装置
と触知可能かつ視覚的な通信状態にあるパイロットは操
縦翼面の位置を即座に意識する。

【０００７】この発明のシステムは、パイロットの適当
な動作によって容易に切離されてもよい。したがって、
パイロットが再び即座に航空機を手動制御しなければな
らない場合には、フライトデッキの操縦装置のいずれか
がこの発明的なシステムによってセットされる向きから
動いたことを主フライトコンピュータが感知すると、こ
の発明のシステムは事実上即座にパイロットへの制御の
変更を行なう。

【０００８】この発明に従うと、フライトデッキの操縦
装置のバックドライブは、オートパイロット制御下にお
ける操縦翼面の向きに関する情報を与える、オートパイ
ロットフライト指示コンピュータから主フライトコンピ
ュータへのコマンド信号で開始する。主フライトコンピ
ュータは、オートパイロットフライト指示コンピュータ
に関連付けられるバックドライブ制御装置に、各フライ
トデッキの操縦装置に対するコマンド活性信号および位
置コマンド信号を送る。バックドライブ制御装置は、フ
ライトデッキの操縦装置を動かすためのトルクを与える
ために、フライトデッキの操縦装置に機械的に結合され
るバックドライブアクチュエータにコマンド信号を送
る。ドライブモータと出力クランクとの間の係合を制御
する電気機械クラッチを典型的には組込むバックドライ
ブアクチュエータは、フライトデッキ操縦装置を所望の
向きまたは位置に動かすために、操縦装置への機械的連
係を通してトルクを与える。フライトデッキの操縦装置
と機械的連絡状態にある位置トランスデューサは、フラ
イトデッキの操縦装置の位置を感知してアナログ電気信
号をアクチュエータ制御電子ユニットに送り、それはそ
の信号をデジタル形式に変換してそのデジタル化された
操縦装置の位置情報を主フライトコンピュータに送り返
す。主フライトコンピュータは、フライトデッキの操縦
装置の位置に関する情報を、アクチュエータ制御電子ユ
ニットを介して主フライトコンピュータに中継されるよ
うに、バックドライブ制御装置に送る。バックドライブ
制御装置は、主フライトコンピュータから受取られるフ
ライトデッキ操縦装置の測定位置とコマンドとの間の差
と、バックドライブアクチュエータからの速度フィード
バックとに基づいてバックドライブアクチュエータへの
コマンド信号を継続的に調整し、それによって、この発
明の閉ループフィードバック制御システムを完了する。

【０００９】この発明の閉ループバックドライブ制御シ
ステムを解除するために、パイロットは、オートパイロ
ットから主フライトコンピュータに送られるコマンドを
開始し、次いでそれがバックドライブシステムを解除
し、それによって、パイロットが航空機の手動操作を再
開できるようにしてもよい。パイロットは、フライトデ
ッキの操縦装置のいずれかを物理的に制御し、操縦装置
をバックドライブシステムにより司られる位置から離す
ことによって、オートパイロットとバックドライブシス
テムとを解除することもできる。主フライトコンピュー
タは、操縦装置の予測される位置と、パイロットが操縦
装置を動かした位置との間の差を感知する。この差があ
る時間期間の間しきい値を超えると、オートパイロット
は解除される。

【００１０】この発明のシステムは、手動操作を真似る
ようフライトデッキの操縦装置を動かすアクチュエータ
の継続的な閉ループフィードバック制御を与えることに
よって、フライバイワイヤのオートパイロットシステム
における大きな欠点に対する解決策を与える。オートパ
イロット作動中にフライトデッキの操縦装置を正確に位
置付けることによって、このシステムは、オートパイロ
ット解除でのパイロット制御への円滑な切替を可能に
し、フライトデッキの操縦装置の位置がそれらのそれぞ
れの操縦翼面と万一一致しない場合に起こるかもしれな
い急激な切替を避ける。

【００１１】

【好ましい実施例の詳細な説明】この発明の上述の局面
と多くの付随する利点とは、添付の図面と関連して以下
の詳細な説明を参照することによってよりよく理解さ
れ、より容易に認識されるであろう。

【００１２】航空機がオートパイロットの制御下にある
とき、この発明のバックドライブシステムはフライバイ
ワイヤのフライト操縦システムを用いて航空機の操縦
桿、操縦輪、およびペダルのフライトデッキ操縦装置を
制御し、かつ動かす。バックドライブシステムの機械的
局面は、図１、２、および３に示される実施例と関連し
てよりよく認識できる。全体のフィードバック制御機構
の実施例は図４に示される。

【００１３】図１、２、および３に関して、この各々
は、操縦装置に（すなわち、その機尾寄りに）着席した
操縦士または副操縦士に対して、左のＬ側および右のＲ
側の両方の操縦装置を示す。操縦装置のバックドライブ
構成要素を繰返して説明することを回避するために、以
下の説明は左側の操縦装置に焦点を当て、その参照番号
に従う。しかしながら、適切な場合、この説明は、同一
だがダッシュのついた参照番号の、対応する右側の操縦
装置にも当てはまり得る。用語「縦」は航空機の縦軸と
実質的に平行であることを意味し、用語「横」は縦軸と
実質的に直角である（すなわち、胴体寄りおよび翼端寄
りである）ことを意味する。

【００１４】図１は、航空機がオートパイロットの制御
下にあるときにフライトデッキの操縦桿の向きを制御す
ることに関するような、この発明の機械的局面の実施例
を示す。通例、航空機の２つの垂直柱（操縦桿）４０は
図示されるようにフライトデッキ上に並んで装着されて
航空機のピッチを制御する。操縦輪４４は操縦桿４０の
上端部４２の近くに回転可能に装着され、操縦桿の下端
部４６は、軸を中心として限られた程度に回転できる、
横に延びる円筒シャフト４８の外表面に固定される。し
たがって、シャフト４８が回転するとき、操縦桿４０は
シャフト回転の方向に依存して弓形に前後に動く。

【００１５】この発明に従うと、少なくとも１つのバッ
クドライブアクチュエータ１０が固定して装着されて、
左のＬ側および右のＲ側の各々の操縦桿制御装置を駆動
する。アクチュエータは説明されるように互いに接続さ
れるので、一方のアクチュエータが故障する場合にはも
う一方のアクチュエータだけで両方の操縦桿を駆動する
ことができる。好ましくは、アクチュエータは操縦桿の
翼端寄りで、かつ前方に装着される。アクチュエータは
好ましくは、ドライブモータおよびクランクアーム１２
の間の係合を制御する電気機械クラッチを各々組入れ
る。クラッチが係合するとき、ドライブモータトルクが
加えられてクランクアームの端部を弓形に動かす。アク
チュエータ１０はアーム１２が垂直面かつ縦の平面で動
くように装着される。延長水平ロッド１４は、クランク
アーム１２に機械的に結合された一方の端部から、回転
可能な横向きの水平シャフト２０に固定して装着された
クランクアーム１６に機械的に結合されたもう一方の端
部へと縦に機尾の方向に延びる。航空機フレームに回転
可能に装着されたシャフト２０は操縦桿の機尾寄りに置
かれ、シャフト４８と平行である。したがって、クラン
クアーム１２の運動はロッド１４およびクランクアーム
１６によってシャフト２０による逆の回転運動へ移され
る。クランクアーム１８はシャフト２０に固定して装着
され、クランクアーム１６から軸方向に間隔を空けられ
る。右側の操縦装置Ｒを参照すると、図面の向きのため
により明らかに示される細部では、縦に延びる水平ロッ
ド２２′の一方の端部がクランクアーム１８′の自由端
に機械的に結合され、ロッド２２′のもう一方の端部が
クランクアーム２４′に機械的に結合され、クランクア
ーム２４′は横に延びる水平の回転可能なシャフト２
５′に固定して装着される。シャフト２５′はシャフト
２０と平行であり、操縦桿４０′の前方の航空機フレー
ムに回転可能に装着される。したがって、シャフト２０
の回転運動はクランクアーム１８′、ロッド２２′およ
びクランクアーム２４′によってシャフト２５′による
逆の回転運動へ移される。感触およびセンタリングユニ
ット３２′はシャフト２５′の翼端寄りの端部に固定し
て結合され、しばしば「戻り止め」と称される操縦桿の
「休止」または直立位置と一致する０位置からシャフト
２５′の回転に徐々に抵抗する逆のトルクを加える。後
で説明されるように、シャフト２５′の回転は操縦桿の
運動を生じる。また、回転可能なシャフト２５′には、
クランクアーム２４′から間隔を空けられ、かつそれと
固定した関係にある第２のクランクアーム２６′の端部
が装着されている。縦に延びる水平ロッド２８′の一方
の端部はクランクアーム２６′の別の端部に機械的に結
合され、もう一方の端部は、シャフト４８′に固定して
取付けられたクランクアーム４７′の端部に結合され、
シャフト４８′の上に操縦桿４０′が装着される。シャ
フト２５′の回転はクランクアーム２６′、ロッド２
８′、およびクランクアーム４７′によって円筒シャフ
ト４８′による逆の回転運動へ移される。シャフト４
８′のこの運動は、その上に装着された操縦桿４０′を
シャフトの回転方向に依存して、着席した操縦士に対し
て前後に弓形に動かす。

【００１６】フィードバック制御を与える、この発明の
さらなる以下に説明される重要な局面では、線形可変差
動トランスまたは回転可変差動トランスのような位置ト
ランスデューサ３０′が操縦桿４０′の運動を測定す
る。図示される実施例では、操縦桿の運動を感知する機
能を行なうことができる限りトランスが別のところに置
かれ得るが、位置トランスデューサはシャフト２５′の
近くに固定して装着される。したがって、図示されるよ
うに、トランスはシャフト２５′の運動を感知し、これ
は操縦装置４０′の動きを評価するために用いられる。

【００１７】この発明はまた、フライトデッキの操縦輪
装置をバックドライブするためのシステムを提供する。
本質的に、バックドライブアクチュエータは、２つの水
平の結合ロッドによって機械的に結合された２つの水平
の垂直シャフトによる限られた回転運動を引き起こすの
で、これらのシャフトの回転は滑車およびケーブルによ
って対応する操縦輪の回転に移される。このシステムの
実施例は図２に概略的に示される。これまでに説明され
たものと類似したバックドライブアクチュエータ５０
が、操縦輪４４の下方かつ機尾寄りで航空機に固定して
取付けられる。アクチュエータはクランクアーム５１を
有し、アクチュエータシャフトの回転がクランクアーム
を水平な平面で弓形に動かすように向きを定められる。
クランクアーム５１の端部は胴体寄りに延びる水平ロッ
ド５２の端部に機械的に結合され、このロッド５２の別
の端部は、垂直の回転可能なシャフト６０に固定して装
着されたリンク装置５４に結合される。クランクアーム
５２は加えられたトルクに応答して動き、リンク装置５
４は対応して動いて、シャフト６０による限られた回転
運動をその軸を中心として引き起こす。したがって、ロ
ッド５２が胴体寄りに動くにつれ、シャフト６０は反時
計回りに回転し、ロッド５２が翼端寄りに動くにつれ、
シャフト６０は時計回りに回転する。シャフト６０の運
動は、一方の端部がリンク装置５４に機械的に結合さ
れ、他方の端部がシャフト６０′に固定して装着され、
かつそこから延びるリンク装置５４′に機械的に結合さ
れた、シャフト間を横に延びる第１の水平の結合ロッド
５６を介して、シャフト６０から間隔を空けられ、かつ
それより胴体寄りにある第２の平行な垂直の回転可能な
シャフト６０′において繰返される。したがって、アク
チュエータ５０のクランクアーム５２の運動はシャフト
６０および６０′の両方を回転させる。

【００１８】リンク装置５４から上方へ軸方向に空間を
空けられた第２のリンク装置６４も同様に回転可能なシ
ャフト６０に固定して装着され、また、ロッド５６と平
行な、第２の横に延びる水平の結合ロッド５８の一方の
端部に機械的に結合される。第２の結合ロッド５８の他
方の端部は、回転可能なシャフト６０′に固定して装着
され、かつそこから外に延びるリンク装置６４′に取付
けられる。第１および第２の結合ロッドは同時に動い
て、本質的に同じ機能を果たし、冗長性をもたらす。

【００１９】滑車６２は円筒シャフト６０に回転できな
いように装着され、操縦輪装置４４を回す滑車４５に接
続された循環ケーブル６６を案内するように動かす。ケ
ーブルは滑車６２の周囲の溝（図示せず）においてリム
または円周を回って延び、操縦輪４４の下方の位置へ向
かって前方へ縦および水平に延びる。ケーブル６６は共
通の水平軸を中心として各々回転可能である２つの平行
な誘導滑車６８によって案内されるので、ケーブルは操
縦輪４４に向かって上方へと垂直に回る。ケーブル６６
は、操縦輪４４のすぐ後にある操縦輪滑車４５の周囲の
溝（図示せず）を回って案内される。滑車４５の軸を中
心とする回転運動が操縦輪４４の対応する運動に移るよ
うに、操縦輪滑車４５は操縦輪４４に機械的に結合され
る。したがって、シャフト６０の時計回りの回転運動
は、右側の滑車６８の反時計回りの運動と左側の滑車６
８の対応する時計回りの運動とを引き起こす。これは次
に滑車４５および操縦輪４４の反時計回りの運動を引き
起こす。

【００２０】後で説明されるような、この発明のフィー
ドバック制御システムの一部として、垂直シャフト６０
および６０′には位置トランスデューサ７０および７
０′が各々設けられる。線形可変差動トランス（図示さ
れる）または回転可変差動トランスであってもよいこれ
らのトランスは、操縦輪４４および４４′の回転運動に
関連した、シャフト６０および６０′の回転運動を検出
する。

【００２１】ペダル操縦装置の運動を制御するための、
この発明に従ったバックドライブシステムの機械的局面
を示す実施例が図３に示される。一般に、ＬおよびＲの
各々のペダル操縦装置は「Ｌ」字形の構成であり、垂直
のペダルアーム１０８、１１０とその上端部にあるペダ
ル１１２、１１４とが「Ｌ」の垂直リムを形成し、ペダ
ルアームの下端部に固定して結合された、「Ｌ」の曲が
った部分にある回転可能な円筒ピボット１０７と縦に延
びる水平ロッド１００および１０２とが「Ｌ」の水平リ
ムを形成し、これは「Ｌ」の曲がった部分でペダルアー
ムに接続されるので、ロッドの往復運動はピボットを中
心としてペダルアームを回転させることによってペダル
を前後に弓形に動かす。「Ｌ」の垂直リムはまた、（ペ
ダル操縦装置Ｌ、Ｒの２つの組の各々について１つだけ
図示される）１対の垂直のベルクランクアーム１１９を
含み、これはペダルに機械的に結合された１つの端部を
各々有し、円筒ピボット１０７の近くの回転可能なベル
クランクシャフト１１８を機械的に取付けるために下向
きに延びる。

【００２２】図示される実施例では、アクチュエータ８
０はペダルレバーの翼端寄りで、かつその機尾寄りに固
定して位置する。より具体的には、上述された型のバッ
クドライブアクチュエータ８０は、垂直かつ横の平面で
弓形に動くクランクアーム８２を有する。クランクアー
ムの端部は横に延びる水平ロッド８４の一方の端部に機
械的に結合される。ロッド８４の他方の端部は、回転可
能な、縦に延びる水平シャフト９０に固定して装着され
るクランクアーム８６に機械的に結合される。シャフト
９０はペダル操縦装置の制御アーム１０２および１００
と平行であり、かつその翼端寄りにあり、航空機に回転
可能に取付けられる。したがって、アクチュエータ８０
から加えられたトルクはクランクアーム８２、ロッド８
４、およびクランクアーム８６の運動を生じ、これによ
って、シャフト９０による逆の回転運動を引き起こす。
また、シャフト９０に装着されるのは、クランクアーム
８６から間隔を空けられた第２のクランクアーム９２で
あり、その端部は横に延びる水平ロッド９４に固定して
機械的に結合される。ロッド９４の他の端部は、縦方向
の水平ロッド１００および１０２の機尾寄りの端部９６
および１０４に位置する「Ｖ」字形の結合９５の曲がっ
た部分に機械的に結合される。したがって、シャフト９
０の時計回りの回転運動は、クランクアーム９２、ロッ
ド９４、および結合９５によって、水平ロッド１００の
前向きの運動とレバー１０２の対応する後向きの運動と
へ移される。同様に、シャフト９０の反時計回りの運動
は、ロッド１００の後向きの運動とロッド１０２の対応
する前向きの運動とを引き起こす。反対側の、ロッド１
００の前端部９８は垂直ペダルアーム１１０の下端部の
近くに機械的に結合されるので、ロッド１００が往復運
動するとき、ペダルアーム１１０はシャフト１０７を中
心として旋回し、前後へ弓形に動く。ペダル１１２はペ
ダルアーム１１０の上端部に取付けられる。同様に、ロ
ッド１０２の往復運動がペダルアームをシャフト１０７
を中心として旋回させ、したがって前後へ弓形に動かす
ように、ロッド１０２の前端部はペダルアーム１０８の
下端部の近くに機械的に結合される。ペダル１１４はペ
ダルアーム１０２の上端部に装着される。

【００２３】バックドライブアクチュエータ８０はま
た、制御装置８０′が動作しない場合には右側の対応す
る操縦装置Ｒを駆動できる。これは、左側のペダル操縦
装置Ｌを右側のペダル操縦装置Ｒに結合する、横に延び
る結合ロッド１２０で達成される。結合ロッド１２０
は、ロッドの一方の端部が結合９５に固定して取付けら
れ、かつ他方の端部が右側のペダル操縦装置Ｒの同様の
結合９５′に取付けられるように操縦装置間を延びる。
このように、上述の別のシステムについてと同様に、こ
のシステムはまた冗長性をもたらす。線形可変差動トラ
ンス（ＬＶＤＴ）として示される位置トランスデューサ
９１はシャフト９０に装着されるので、上述のペダルの
運動を移す、シャフト９０の運動はこの発明のフィード
バック制御システムにおいてペダル位置を判断する際に
用いるために測定され得る。

【００２４】図４はこの発明のフライトデッキ操縦装置
バックドライブシステムのフィードバック制御ループの
実施例を図示する。予備的な事柄として、上述されるよ
うに、この発明のシステムが使用されるのは、フライバ
イワイヤのフライト操縦システムを用いる航空機がオー
トパイロットコマンドのもとで動作する場合である。図
４に示されるように、目下好ましい実施例では、オート
パイロットはコンピュータブロック２００で示されるオ
ートパイロットフライト指示コンピュータのサブシステ
ムである。この発明のバックドライブ制御システムを使
用するために、コマンドがオートパイロットから、ブロ
ック２２０で示されるような主フライトコンピュータに
送られる。ＰＦＣは、図４においてオートパイロットフ
ライト指示コンピュータ２００に組込まれる、ブロック
２００のバックドライブ制御装置に（ブロック２２０か
ら）初期の使用コマンドを伝える。使用コマンドによっ
て能動化されているとき、バックドライブ制御装置は、
図４においてブロック２４０（操縦桿）、ブロック２４
２（操縦輪）、およびブロック２４４（ペダル）で示さ
れる、適切なフライトデッキ操縦装置のバックドライブ
アクチュエータの各々にコマンド信号を伝える。バック
ドライブ制御装置からのコマンド信号に応答して、各シ
ステムのアクチュエータはアクチュエータドライブモー
タを出力クランクアームに接続する電気機械クラッチを
使用してトルクを加え、これは、ブロック２５０（操縦
桿）、２５２（操縦輪）、および２５４（ペダル）で示
されるその対応するフライトデッキ操縦装置を位置決め
する。図１から３に関して説明されたように、位置トラ
ンスデューサはフライトデッキ操縦装置の運動および位
置を感知する。ある例では、位置トランスデューサは、
ブロック２６０（操縦桿）、２６２（操縦輪）、および
２６４（ペダル）で示される線形可変差動トランスであ
ってもよいが、上述されたように他の装置が用いられ得
る。この技術において既知であるように、ＬＶＤＴのよ
うな位置トランスデューサは、基準位置に対する運動
（位置）を示すアナログ電気信号を与える。航空機の機
内に搭載されたコンピュータがデジタル装置であるの
で、ＬＶＤＴ信号はアクチュエータ制御電気ユニット
（２７０）によってデジタル信号に変換される。次に、
フライトデッキ操縦装置の位置を表わすデジタル化され
た情報が、ブロック２７０から戻ってブロック２２０の
主フライトコンピュータに送信される。位置フィードバ
ック信号はブロック２００においてバックドライブ制御
装置に送られる。バックドライブ制御装置はこの情報を
用いてバックドライブアクチュエータコマンド信号を連
続的に調節する。したがって、ＬＶＤＴによって判断さ
れるような、位置コマンドされた位置と実際の位置との
間の誤差または差が判断され、トルクコマンド信号が誤
差のために調節される。ＰＦＣによって与えられる位置
フィードバックに加えて、バックドライブ制御装置はま
た、バックドライブアクチュエータに組込まれた回転計
から速度フィードバックを直接用いて、操縦性能および
安定性を高める。トルクコマンド信号はブロック２４
０、２４２、および２４４の適切なバックドライブアク
チュエータに送信される。これまでどおり、トルクはブ
ロック２５０、２５２、および２５４のフライトデッキ
操縦装置に加えられ、これらの操縦装置の位置はブロッ
ク２６０、２６２、および２６４の位置トランスデュー
サによって判断される。位置トランスデューサからの信
号はブロック２７０においてデジタル化され、ブロック
２２０の主フライトコンピュータに中継される。閉ルー
プフィードバック制御システムは１０ミリ秒未満のサイ
クル時間で事実上連続的に動作して誤差信号を０にし、
これによって、対応する操縦翼面によって占められる位
置を示す位置へフライトデッキ操縦装置を駆動する。

【００２５】この発明のバックドライブシステムはま
た、オートパイロット分離または切離しの特徴を組入れ
て、バックドライブシステムによって指図される位置か
ら操縦装置を動かすことなどのように、フライトデッキ
操縦装置を身体で制御することによって操縦士にオート
パイロットから制御権を手に入れさせる。この発明のオ
ートパイロット不使用機構はシステム特性の変化には反
応せず、不都合なフライト条件および擾乱には反応しな
いという意味で強固であり、オートパイロットが使用さ
れている間、操縦士が操縦装置に接触しているときに操
縦装置に加えられ得る「手によって通常かかる力」には
許容誤差または公差がある。それにもかかわらず、この
システムは擾乱および公差には反応しないので、切離し
条件を検出するためには大きい入力が必要とされる。好
ましくは、切離しが一方のフライトデッキ操縦装置で検
出されるとき、他方のフライトデッキ操縦装置のあらゆ
るオートパイロット動作もまた使用を止められる。

【００２６】この発明のオートパイロット分離の特徴は
オートパイロットコマンドに応答してフライトデッキ操
縦装置の反応を予測し、操縦装置の実際の位置と予測さ
れる位置との間の誤差が予め定められた量だけ異なると
きにオートパイロット切離し条件を示す。差がこの量を
超えるとき、このシステムは操縦装置が操縦士によって
その位置から故意に外されたことを認め、オートパイロ
ットの使用を止める。

【００２７】操縦桿装置を特に対象とするオートパイロ
ット切離し特徴の実施例が図５に示される。図５の配置
では、（図４のブロック２００からの）オートパイロッ
トコマンド信号がバックドライブコマンド発生ブロック
５１０に結合される。オートパイロットピッチコマンド
信号はブロック５０１で操縦桿位置変換因数によって割
算されて、オートパイロットピッチコマンドを、相当す
る操縦桿位置に変換する。これは、線形可変差動トラン
スが移動するインチのような、操縦桿位置センサの単位
で表わされる。この信号は次に、バックドライブコマン
ド信号と、したがって予測される操縦桿位置とが操縦桿
バックドライブアクチュエータ（図１の１０および１
０′）の位置支配を超えることを回避するリミッタ５１
２に結合される。相当する操縦桿センサ信号を制限する
と、誤って操縦士に切離しを示し得る誤差が予測される
操縦桿位置において発生することが回避される。リミッ
タ５１２への制限が判断されるのは、（航空機の速度に
関する）淀み圧とオートパイロットヨー軸使用状態とを
表わす入力信号を処理するブロック５１４においてであ
る。淀み圧信号を用いると、操縦士が通常の操縦桿の動
作において経験する可変の感じる力、すなわち高速で操
縦桿を動かすのに必要な大きい力と低速時の小さい力と
を真似た制限スケジュールが確立される。オートパイロ
ットヨー状態信号はオートパイロットが巡航モードまた
は自動着陸モードのどちらで動作しているかを示す（こ
の発明は、オートパイロットヨー制御が自動着陸順序の
間においてのみアサートされる場合の航空機において実
現される）。異なった制限が巡航および自動着陸に対し
て設定されるのは、オートパイロットの不注意な切離し
を回避するために、すなわち操縦士の介入のためにより
大きな操縦桿の力を必要とするために、操縦桿のバック
ドライブトルクレベルが自動着陸中により高く設定され
るからである。この高いトルクレベルのためにより大き
な移動範囲がもたらされ、したがって、巡航動作と比較
してコマンド制限が増加する。

【００２８】さらに図５を参照すると、リミッタ５１２
によって与えられる操縦桿バックドライブコマンド信号
が作動フィルタ５１３に伝えられる。操縦桿の動力が操
縦士のコマンド下の操縦桿の力をより厳密に真似る、す
なわち操縦桿の振動のような高周波運動がフィルタ処理
して出されるように、作動フィルタ５１３はオートパイ
ロットピットコマンドから「ノイズ」をフィルタ処理し
て出す。より写実的に操縦士の制御を真似た操縦桿の動
力を生じる信号を生成するのに加えて、作動フィルタ５
１３は、予測される操縦桿が低いオーダの予測モデルで
生成できるように信号のバンド幅を減少させる。この点
で、作動フィルタ５１３によって与えられる、フィルタ
処理された操縦桿バックドライブコマンド信号が操縦桿
位置予測器５２０に結合される。

【００２９】操縦桿位置予測器５２０は第１に、操縦桿
バックドライブコマンド信号を航空機の対気速度の関数
である利得因数によって乗算する。より具体的には、図
５において、淀み圧を表わす信号が航空機のエアセンサ
によって与えられ、ブロック５２８に伝えられる。ブロ
ック５２８では、利得因数は淀み圧か、または航空機の
対気速度を示すものの関数として決定される。航空機の
操縦桿の感じる力と対気速度との関係に従って予定され
るこの利得因数は次にブロック５２２に伝えられ、ここ
で操縦桿バックドライブコマンド信号によって乗算され
る。ブロック５２２からの信号は、ＡＣＥ、ＰＦＣ、Ａ
ＦＤＣを含む制御ループのさまざまな素子についてのハ
ードウェアおよびソフトウェア遅延と送信遅延とをモデ
ルとする遅延ユニット５２４に結合される。遅延ユニッ
ト５２４によって与えられる信号を受信するために接続
される１次ラグフィルタブロック５２６は、制御ループ
の基本的な力学特性をモデルとする。

【００３０】ブロック５２０で発生される操縦桿位置予
測は次に、この発明のオートパイロット分離特徴の切離
し論理を含むブロック５３０に伝えられる。ブロック５
３０の加算ユニット５３２は実際の操縦桿位置（操縦桿
と関連した線形可変差動トランスまたは他の位置トラン
スデューサの出力信号）を、操縦桿位置予測器５２０に
よって与えられる、予測される操縦桿位置信号と比較す
る。したがって、加算ユニット５３２は、操縦桿信号の
実際の値と予測される値との間の差と等しい差信号を生
成する。操縦桿位置トランスデューサが変位するインチ
による差信号は、信号をｇ力に変換する乗算器５３４に
結合される。これは、変換因数を乗算器５３４に与える
リミッタ５３６に「１インチあたりのｇ」の変換因数を
与えることによって達成される。位置予測誤差がｇ力単
位において規定されるしきい値と比較できるように、イ
ンチからｇ力への変換が行なわれる。リミッタ５３６は
インチで表わされる有効しきい値が、高速のフライト条
件でバックドライブ制御システムの最低の位置決め精度
より下に下がることを回避する。１インチあたりのｇの
変換因数がフライト速度とともに変化するのは、操縦装
置を動かすのに必要な力が上述のように速度とともに変
化するからである。

【００３１】可変しきい値論理５３８は乗算器５３４に
よって与えられる予測誤差信号を、位置予測誤差信号お
よび時間遅延の大きさまたは絶対値の両方に関して連続
的に監視する。切離しが示されるのは、予測誤差の大き
さに反比例した期間にわたって誤差の絶対値がしきい値
より上に残る場合である。したがって、切離しは小さい
誤差よりも短い期間存在する大きい誤差に対して示され
る。逆に、小さい誤差は、切離しが示されるまでより長
い期間存在しなければならない。一旦切離しが示される
と、オートパイロットはあらゆるフライトデッキ操縦装
置の制御からかかわりを止め、操縦士が航空機の手によ
る制御を再開する。

【００３２】操縦輪およびフットペダル操縦装置のオー
トパイロット不使用の特徴は、上述のように操縦桿のそ
れと類似している。しかしながら、バックドライブシス
テムはより単純であり、両方に共通した実施例を図示し
たものが図６に示される。一般に、位置コマンドはオー
トパイロットから主フライトコンピュータに送られ、こ
れは次にコマンド信号を送信して適切な操縦翼面を位置
決めする。異なった経路を介して、上述され、かつ図４
に示されるようにバックドライブコマンドが適切な操縦
輪またはペダルの運動のために発生される。一般に、主
フライトコンピュータはバックドライブされた操縦装置
の位置を見積もる信号も発生する。操縦輪またはペダル
の実際の位置はアクチュエータ制御電気ユニットから受
信される。これらの操縦装置の見積られる位置と実際の
位置とが比較される。差が予め定められた期間にわたっ
て予め定められたしきい値を超えるならば、オートパイ
ロットは使用されなくなり、操縦士がコマンドを再開す
る。図６に示されるように、コマンド信号はブロック２
００、すなわちオートパイロットフライト指示コンピュ
ータからブロック３１０の操縦翼面に送られる。しかし
ながら、コマンド信号がブロック３１０に達する前に、
それはブロック２２０のブロック３００においてフィル
タ処理されて、航空機の操縦翼面の共鳴を生じ得る信号
を取除く。また、ブロック３００は信号を制限して、バ
ックドライブアクチュエータの運動に与えられる予め定
められた制限をコマンドが超えないことを確かにする。
この制限は、バックドライブアクチュエータおよびフラ
イトデッキ操縦装置の機械的連係の物理的な移動範囲に
依存する。コマンドは物理的な移動範囲を超えてはなら
ず、さもなければ誤った切離し条件が起こり得る。フィ
ルタ処理されたコマンド信号はブロック３００から、作
動フィルタを含むブロック３２０に送信される。この作
動フィルタは高周波信号を取除いて、フライトデッキ操
縦装置の振動または「ガタガタいう音」を回避する。２
２０のブロック３４０はバックドライブ制御装置の位置
を見積もる。これはブロック３４５において、ブロック
２７０、すなわちアクチュエータ制御電気ユニットから
の実際の位置制御装置入力と比較される。見積もられた
バックドライブ位置と実際の位置との間の差が、ブロッ
ク３５０において決定されるような予め定められた公差
を超えるならば、信号はブロック２２０からブロック２
００に送られてオートパイロットおよびバックドライブ
システムの使用を止め、航空機は手による操縦に戻る。

【００３３】この発明の好ましい実施例が図示され、か
つ説明されたが、この発明の趣旨および範疇から逸脱せ
ずにさまざまな変化がなされ得ることが認識されるであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う操縦桿バックドライブ設置の機
械的局面の概略図である。

【図２】この発明に従う操縦輪バックドライブ設置の機
械的局面の概略図である。

【図３】この発明に従うラダーペダルバックドライブ設
置の機械的局面の概略図である。

【図４】この発明の閉ループフィードバック制御システ
ムの実施例の詳細を示すブロック図である。

【図５】この発明の操縦桿バックドライブ切離し特徴の
実施例の詳細を示すブロック図である。

【図６】この発明の操縦輪またはペダルバックドライブ
切離し特徴の実施例の詳細を示すブロック図である。

【符号の説明】

２２０ 主フライトコンピュータ ２４０ 操縦桿アクチュエータ ２４２ 操縦輪アクチュエータ ２４４ ペダルアクチュエータ ２５０ 操縦桿フライトデッキ操縦装置 ２５２ 操縦輪フライトデッキ操縦装置 ２５４ ペダルフライトデッキ操縦装置 ２６０ 操縦桿位置トランスデューサ ２６２ 操縦輪位置トランスデューサ ２６４ ペダル位置トランスデューサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デイビッド・ビィ・ボーゲンズ アメリカ合衆国、98092 ワシントン州、 オーバーン、ワンハンドレッドアンドトゥ エンティーセブンス・プレイス・エス・イ ー、30638 (72)発明者 ヘニング・ブウス アメリカ合衆国、98072 ワシントン州、 ウッディンビル、ワンハンドレッドアンド フィフティーフォース・アベニュ・エヌ・ イー、15505 (72)発明者 キース・エス・デュフィー アメリカ合衆国、98072 ワシントン州、 ウッディンビル、ワンハンドレッドアンド エイティーフィフス・アベニュ・エヌ・イ ー、19007 (72)発明者 マーク・イー・ガスト アメリカ合衆国、77586 テキサス州、シ ーブルック、ナサ・ロード・１、2727、ア パートメント・1226 (72)発明者 ニール・ブイ・ヒュイン アメリカ合衆国、98006 ワシントン州、 ベルビュー、ワンハンドレッドアンドフィ フティーセカンド・アベニュ・エス・イ ー、6543 (72)発明者 デイビッド・ダブリュー・ロックティー アメリカ合衆国、98004 ワシントン州、 ベルビュー、ワンハンドレッドアンドシッ クスス・エス・イー、3273 (72)発明者 クリフトン・エイ・ピアーズバッカー アメリカ合衆国、98115 ワシントン州、 シアトル、レイク・シティー・ウェイ・エ ヌ・イー、8315、アパートメント・ナンバ ー・216

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フライバイワイヤの主航空機操縦システ
   ムを有する航空機のフライトデッキ操縦装置を位置決め
   するためのバックドライブシステムであって、前記航空
   機がオートパイロットの制御下で飛行しているとき、前
   記バックドライブシステムは、 （ａ） 前記オートパイロットからの信号を受信し、か
   つ受信された信号を前記フライトデッキ操縦装置を位置
   決めするための信号に変換するためのバックドライブ制
   御装置と、 （ｂ） 前記バックドライブ制御装置と電気的に通じた
   アクチュエータとを含み、前記アクチュエータは前記フ
   ライトデッキ操縦装置と機械的に結合して、前記バック
   ドライブ制御装置からの電気的な通信に応答して前記操
   縦装置を動かし、さらに、 （ｃ） 前記アクチュエータと機械的に通じて、前記フ
   ライトデッキ操縦装置の運動を感知し、かつ前記運動を
   表わす電気信号を供給する位置トランスデューサと、 （ｄ） 前記位置トランスデューサと電気的に通じた電
   気制御ユニットとを含み、前記電気ユニットは前記位置
   トランスデューサによって供給される信号を受信し、か
   つ前記信号を処理して主フライトコンピュータに電気信
   号を送信し、前記主フライトコンピュータはオートパイ
   ロットフライト指示コンピュータと通じる、システム。
2. 【請求項２】 オートパイロットの制御下で動作する航
   空機のフライトデッキ操縦装置をバックドライブする方
   法であって、前記航空機はフライバイワイヤの主航空機
   操縦システムを有し、前記方法は、 （ａ） 前記オートパイロットから主フライトコンピュ
   ータにコマンド信号を送信するステップと、 （ｂ） 前記主フライトコンピュータからバックドライ
   ブアクチュエータの制御装置に応答コマンドを送信する
   ステップと、 （ｃ） 前記バックドライブアクチュエータを作動し
   て、前記バックドライブアクチュエータに機械的に結合
   されたフライトデッキ操縦装置を位置決めするステップ
   と、 （ｄ） 前記フライトデッキ操縦装置の位置を位置トラ
   ンスデューサで感知するステップと、 （ｅ） トランスによって感知される、前記フライトデ
   ッキ操縦装置の位置をデジタル電気信号へ変換するステ
   ップと、 （ｆ） 変換された電気信号を前記主フライトコンピュ
   ータに送信するステップと、 （ｇ） 差を判断するために、前記フライトデッキ操縦
   装置の感知された位置を前記操縦装置のコマンドされた
   位置と比較するステップと、 （ｈ） フィードバック制御信号を前記バックドライブ
   アクチュエータの制御装置に送信するステップとを含
   み、前記フィードバック信号は前記比較するステップの
   差に基づく、方法。