WO2023079247A1 - Dispositif d'application d'effort de manche de pilotage, manche, procédé, programme et aéronef - Google Patents

Dispositif d'application d'effort de manche de pilotage, manche, procédé, programme et aéronef Download PDF

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WO2023079247A1 PCT/FR2022/052077 FR2022052077W WO2023079247A1 WO 2023079247 A1 WO2023079247 A1 WO 2023079247A1 FR 2022052077 W FR2022052077 W FR 2022052077W WO 2023079247 A1 WO2023079247 A1 WO 2023079247A1
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WO
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lever
force
brake
motor
angle
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PCT/FR2022/052077
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Yannick Ghislain Sébastien Xavier ATTRAZIC
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Safran Electronics & Defense
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Definitions

  • the invention relates to a force application device for an aircraft pilot stick, an active aircraft pilot stick equipped with this device, a method for haptic feedback control of an aircraft pilot stick and a computer program for implementing the control method.
  • the field of the invention relates to the control sticks on board an aircraft, such as for example an airplane or a helicopter or others.
  • a force application device for an aircraft control stick is known from document WO 2020/053534.
  • An object of the invention is to be able to detect the intention of the pilot from the control stick.
  • the devices usually implemented to detect the intention of an operator / pilot are force or torque sensors which provide force information.
  • Force information may be necessary for mechatronic/electromechanical system servo-controls. It makes it possible to develop servo-controls requiring data making it possible to minimize the phase shifts in the regulation loops. Such information is generally used automatically to reduce the phase shifts usually observed with position sensors that have undergone digital processing and are therefore phase shifted. Effort information can also be used to fine-tune servo loops.
  • the aim of the invention is to obtain a force application device for an aircraft pilot stick, an active aircraft pilot stick provided with this device, a haptic feedback control method for a pilot stick of aircraft and a computer program for implementing the control method, which fulfill the objectives mentioned above.
  • a first object of the invention is a force application device for an aircraft control stick, the device comprising:
  • a mechanical seal configured to receive an aircraft pilot stick lever, the mechanical seal being rotatable about at least one axis taken from among a roll axis and a pitch axis,
  • At least one force motor comprising at least one motor shaft extending along at least one direction of actuation, the rotation of the motor shaft around the direction of actuation of the third axis being linked to the rotation of the joint mechanism around the axis, the force motor being configured to exert a resistive torque on the motor shaft,
  • At least one rheological brake capable of applying a resistive force to the motor shaft
  • At least one sensor for measuring at least one angular position and at least one sign of the speed on the axis and/or on the motor shaft
  • a computer for controlling the rheological brake and the force motor, characterized in that the computer is configured to control the rheological brake and the force motor as a function of the angular position and the sign of the speed, having been measured by the sensor, for: a) when the angular position corresponds to an angle of the lever with respect to a prescribed neutral position, less than or equal in absolute value to a prescribed virtual stop threshold, controlling the motor to make it apply to the lever a first resistive force as a function of the angle of the lever and deactivating the brake, the first resistive force having a first determined value, non-zero at the prescribed virtual stop threshold, b) when the angular position corresponds to an angle of the lever with respect to at the prescribed neutral position, which increases in absolute value beyond the prescribed virtual stop threshold, controlling the motor and activating the brake to cause them to apply to the lever a second resistive force greater than the first value, c) when the angular position corresponds to an angle of the lever with respect to the prescribed neutral position, which decreases
  • the invention thus makes it possible to produce a virtual stop on the aircraft pilot stick, in the direction of the increasing angles of the lever of this stick.
  • the brake is activated in order to produce an additional resistive force on the stick, which will be felt by the pilot (case b mentioned above -above).
  • the brake will be activated to oppose the movement.
  • the angular position and speed sign measurement sensor makes it possible to detect the intention of the pilot wanting to increase the angle of the lever in this case b).
  • Case c) corresponds to the detection of the fact that the pilot wishes to see the stick return to the neutral position.
  • the brake is deactivated to allow either the motor or the user's hand to move the lever to the neutral position.
  • the angular position and speed sign measurement sensor makes it possible to detect the intention of the pilot wanting to decrease the angle of the lever in this case c).
  • the first resistive force increases as a function of the angle of the lever.
  • the second resistive force is equal to a resistive force plateau, which is constant as a function of the angle of the lever with respect to the prescribed neutral position, which increases beyond the threshold prescribed virtual stop.
  • the third return force increases as a function of the angle of the lever.
  • the second resistive force is greater than or equal to 1.5 times the first value.
  • the second resistive force is greater than or equal to 50 N and less than or equal to 200 N.
  • the prescribed virtual stop threshold is greater than or equal to 5° and less than or equal to 45°.
  • the third resistive force is equal to the first determined value, non-zero at the prescribed virtual stop threshold.
  • the rheological brake comprises a first part, a second part located opposite the first part and a volume delimited by the first part and by the second part, the volume being adapted to contain a material rheological, the first part being arranged on the motor shaft and being rotatable around the direction of actuation relative to the second part, the device comprises a generator, which is configured to apply a variable magnetic field within the volume to vary a resistance of the rheological material to shearing and which is controlled by the computer.
  • the computer is configured to calculate the angle of the lever relative to the prescribed neutral position as a function of the angular position having been measured by the sensor.
  • the computer is configured to calculate a direction of increase or decrease of the angle of the lever according to the sign of the speed, having been measured by the sensor.
  • the roll axis and the pitch axis are provided as the axis
  • the force motor is provided (a first force motor comprising a first motor shaft extending along at least one first direction of actuation and a second force motor comprising a second motor shaft extending along at least one second direction of actuation, the rotation of the first motor shaft around the first direction of actuation being linked to the rotation of the mechanical seal around the roll axis, the rotation of the second drive shaft around the second direction of actuation being linked to the rotation of the mechanical seal around the pitch axis, the first force motor being configured to exert a resistive torque on the first motor shaft, the second force motor being configured to exert a resistive torque on the second motor shaft, there is provided as a rheological brake, a first rheological brake, capable of applying a resistive force on the first drive shaft and a second rheological brake, able to apply another resistive force on the second drive shaft, there is provided as measurement sensor a first sensor for measuring a first
  • a second object of the invention is an active aircraft piloting stick, comprising:
  • a lever capable of rotating around the at least one axis, the lever being arranged on the mechanical seal.
  • a third object of the invention is a haptic feedback control method of an aircraft control stick using the force application device as described above, method in which a user exerts a tilting force on the handle, characterized in that in response to the tilting force exerted by the user on the handle, the sensor measures the at least one angular position and at least one sign of the speed on the at at least one axis (X, Y) and/or on the at least one motor shaft and the computer controls the rheological brake and the force motor as a function of the angular position and the sign of the speed, having been measured by the sensor , for: a) when the angular position corresponds to an angle of the lever with respect to a prescribed neutral position, less than or equal in absolute value to a prescribed virtual stop threshold, controlling the motor to make it apply a first effort to the lever resistance as a function of the angle of the lever and deactivating the brake, the first resistive force having a first non-zero determined value at the prescribed virtual stop threshold, b) when the ang
  • a fourth object of the invention is a computer program for the implementation of the haptic feedback control method of an aircraft control stick as described above, comprising code instructions, which, when 'they are executed on the control computer, implement the following steps: calculate the angle of the lever with respect to the neutral position prescribed according to the angular position having been measured by the sensor, calculate a direction of growth or decrease in the angle of the lever as a function of the sign of the speed, having been measured by the sensor, a) when the angle of the lever with respect to its prescribed neutral position is less than or equal in absolute value to the prescribed virtual stop threshold, controlling the motor to make it apply to the lever a first resistive force as a function of the angle of the lever and deactivate the brake, the first resistive force having a first non-zero determined value at the prescribed virtual stop threshold, b) when the angle of the lever relative to its neutral position prescribed increases in absolute value beyond the prescribed virtual stop threshold, control the motor and activate the brake to cause them to apply on the lever a second resistive force greater than the first value, c
  • a fifth object of the invention is an aircraft comprising the active piloting stick as described above.
  • FIG. 1 shows a modular block diagram of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 represents a schematic view in axial section of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 4 represents a schematic view in axial section of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 5 represents a force law diagram as a function of a lever angle of the force application device for an aircraft pilot stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a modular block diagram of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a modular block diagram of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 8 shows a modular block diagram of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 9 shows a schematic sectional view of a brake of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 10a shows a block diagram of the operation of a magnetorheological brake of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 10b shows a block diagram of the operation of a magnetorheological brake of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 10c shows a block diagram of the operation of a magnetorheological brake of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 11 represents a curve representing a resistive torque exerted by the magnetorheological brake of the magnetorheological brake as a function of the current, in the force application device for an aircraft pilot stick according to an embodiment of the invention .
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view of a variant of the brake of the force application device for an aircraft pilot stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 13 shows a schematic sectional view of a variant of the brake of the force application device for an aircraft control stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 14a shows a schematic sectional view of a variant of the brake of the force application device for an aircraft pilot stick according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 14b is a block diagram of the operation of a magnetic powder in the brake of Figure 14a.
  • FIG. 14c is a block diagram of the operation of a magnetic powder in the brake of FIG. 1a.
  • FIG. 15 is a flowchart of a haptic feedback control method of an aircraft control stick using the force application device according to one embodiment of the invention.
  • examples of devices 100 for applying force to a lever 1 of an aircraft pilot mini-stick comprising at least one rheological brake, that is to say a brake comprising a volume configured to be filled with a rheological material.
  • the rheological material can be a magnetorheological in the case of a magneto-rheological brake or an electro-rheological material in the case of an electro-rheological brake for example.
  • “Rheological material” means a solid or liquid material whose shear strength is variable depending on an electromagnetic field applied to it, according to a predetermined characteristic (or rheogram). For example, the viscosity of the rheological material is variable depending on the electromagnetic field.
  • electromagtic field is meant a field which may be solely electric, or alternatively solely magnetic, or alternatively comprise a magnetic component and an electric component.
  • the device 100 can be provided on a control stick of an aircraft, such as for example an airplane or others, and can make it possible to actuate any part of the aircraft, such as for example an actuator, a cockpit actuator, flight controls, etc.
  • the device 100 can be provided on a man-machine interface.
  • force law of the force application device 100 taken as a whole (rheological brake(s) and motor(s)) means the force, which may be resistive or motor , returned as a function of the position of the lever along the axis.
  • Figure 1 a functional architecture of a device 100 for piloting an aircraft along its roll and pitch axes including in particular a piloting stick.
  • the sidestick is typically located in the cockpit of the aircraft.
  • the system comprises a control lever 1, which is fixed to the handle and which is rotatably mounted on a mechanical joint 2 along a roll axis X and a pitch axis Y of the lever, the two axes being orthogonal.
  • the lever 1 is mounted on a plate 11 of the mechanical seal 2.
  • the seal 2 is fixed to a frame 9 fixed to the floor of the cockpit of the aircraft.
  • the control lever 1 could also be rotatably mounted on the mechanical seal 2 along the X roll axis only or along the Y pitch axis only.
  • the device 100 comprises a first force motor 3a for the roll axis X.
  • the first effort motor 3a has a first motor shaft 31a extending along a first actuation direction A.
  • the motor shaft 31a is linked to the roll axis X of the lever 1.
  • the rotation of the motor shaft 31a around the first direction A of actuation is linked to the rotation of the mechanical seal 2 around the axis roll X.
  • a connecting mechanism exists between the motor shaft 31a and the joint 2 and is set in motion when the lever 1 pivots around the roll axis X.
  • the force motor 3a is configured to exert a resistive torque on the motor shaft 31a.
  • the motor shaft 31a can be fixed to a first rotor 33a surrounded by a first fixed stator 32a of the motor 3a and is rotated relative to the stator 32a.
  • the device 100 comprises a first rheological (or magnetorheological) brake 5a capable of applying a resistive force to the motor shaft 31a.
  • the rheological brake 5a can be positioned directly on the first motor shaft 31a and/or on the roll axis X.
  • the device 100 comprises a first measurement sensor 4a for measuring at least one angular position and at least one sign of the speed on the first motor shaft 31a and/or on the roll axis X.
  • the device 100 comprises a second effort motor 3b for the pitch Y axis.
  • the second effort motor 3b has a second motor shaft 31b extending along a second actuation direction B.
  • the motor shaft 31 b is linked to the pitch axis Y of the lever 1.
  • the rotation of the motor shaft 31 b around the second direction B of actuation is linked to the rotation of the mechanical seal 2 around the axis Y of pitch.
  • a link mechanism exists between the motor shaft 31b and the joint 2 and is set in motion when the lever 1 pivots around the pitch axis Y.
  • Force motor 3b is configured to exert a resistive torque on motor shaft 31b.
  • Motor shaft 31b can be fixed to a second rotor 33b surrounded by a second fixed stator 32b of motor 3b and is rotated relative to stator 32b.
  • the device 100 comprises a second rheological brake (or magneto-rheological) 5b capable of applying a resistive force to the motor shaft 31b.
  • the rheological brake 5b can be positioned directly on the motor shaft 31b of the motor 3b and/or on the pitch Y axis.
  • the device 100 comprises a second measurement sensor 4b to measure at least one angular position and at least one sign of the speed on the second motor shaft 31b and/or on the pitch Y axis.
  • the roll axis X associated with the first motor 3a, the first sensor 4a and the first brake 4a can be provided without the pitch Y axis, without the second motor 3b , without the second sensor 4b and without the second brake 4b.
  • the pitch Y axis, associated with the second motor 3b, the second sensor 4b and the second brake 4b can be provided without the roll axis X, without the first motor 3a, without the first sensor 4a and without the first brake 4a.
  • Figure 2 shows an example embodiment.
  • the lever 1 is arranged on the mechanical seal 2 fixed to a frame 9 secured to a frame of the aircraft.
  • Motors 3a and/or 3b (not visible) are offset from lever 1.
  • Brake 5a and/or 5b is also offset from lever 1.
  • motor 3a and/or 3b and brakes 5a and/or 5b are preferably integrated vertically under the mechanical seal 2.
  • Lever 1 is free at one end and is fixed to a first plate 11 at the other end.
  • the first plate 11 is rotatable along the X axis and along the Y axis and is linked to a second plate 10 of the joint 2.
  • the X axis is linked to the first plate 11 so that a pivoting of the first plate 11 around the Y axis rotates the X axis around the Y axis.
  • Two transmissions, each comprising a Cardan joint transform a rotational movement of the lever 1 along the X axis, respectively along the axis Y, in a rotation movement of the motor shaft 31a (not shown) extending in the direction A, respectively of the motor shaft 31b (not shown) extending in the direction B.
  • the motor 3a and / or 3b is thus in direct contact with the mechanical seal 2 and can transmit a resistive or motor force in response to the pivoting movements of the lever 1 by the pilot.
  • This mechanical connection may include a bent shaft 34a located between mechanical seal 2 and shaft 31a and/or a bent shaft 34b located between mechanical seal 2 and shaft 31b, as illustrated for example in Figures 3 and 4.
  • the parts carrying out the braking are arranged directly on the motor shaft. There are preferably no intermediate mechanical components between the parts performing the braking and the motor shaft.
  • the brake 5a is aligned directly with the direction A of the motor shaft 31a. If the motor 3a is located vertically under the lever 1, the brake 5a is preferably integrated vertically on the motor shaft 31a. There is no bevel gear between brake 5a and motor shaft 31a.
  • the magneto-rheological brake 5a and/or 5b comprises a control device configured to vary a magnetic field, said control device being controlled electronically by the control unit 8 via the computer 7.
  • FIG. 3, 4 and 7 an architecture of the force application device 100 integrated into the mini-stick according to a first embodiment.
  • motor 3a is located between mechanical seal 2 and brake 5a and/or motor 3b is located between mechanical seal 2 and brake 5b.
  • the sensor 4a measures an angular position ⁇ NG ⁇ and a sign of the speed V ⁇ in the direction ⁇ of the motor shaft 31a of the motor 3a (and possibly the speed V ⁇ ).
  • Sensor 4a is located between motor 3a and brake 5a, leaving a non-zero length 310a of shaft 31a between sensor 4a and brake 5a.
  • the sensor 4a can surround the shaft 31a and be located in a fixing part 35a fixed between the fixed part of the brake 4a and the stator 32a.
  • the sensor 4b measures an angular position ⁇ NGB and a sign of the speed VB in direction B of the motor shaft 31b of the motor 3b ( and possibly the speed VB).
  • Sensor 4b is located between motor 3b and brake 5b, leaving a non-zero length 310b of shaft 31b between sensor 4b and brake 5b.
  • the sensor 4b can surround the shaft 31b and be located in a fixing part 35b fixed between the fixed part of the brake 4b and the stator 32b.
  • the sensor 4a and/or 4b can be of the inductive type, as for example according to the embodiment represented in FIG. 4, where the sensor 4a and/or 4b is a resolver. In another embodiment, the sensor 4a and/or 4b can be of the resistive type (for example a potentiometer or others).
  • brake 5a is located between mechanical seal 2 and motor 3a and/or brake 5b is located between mechanical seal 2 and motor 3b.
  • the senor 4a measures an angular position ⁇ NGX and a sign (or direction) of the speed VX on the roll axis X (and possibly the speed VX) and is located in mechanical seal 2.
  • the senor 4b measures an angular position ⁇ NGY and a sign (or direction) of the speed VY on the pitch axis Y (and possibly the speed VY) and is located in mechanical seal 2.
  • the device 100 comprises a control computer 7 for controlling the rheological brake 5a and/or 5b and the force motor 3a and/or 3b as a function of the angular position ⁇ NGX and/or ⁇ NGY and/or ANGA and/or ANGB and of the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB, having been measured by the sensor 4a and/or 4b and sends them commands COM for applying force to the lever 1.
  • the computer 7 carries out the piloting of the force application device 100 to carry out the predetermined law L of force, described below.
  • the computer 7 includes an electronic interface for receiving the measurement signals from the sensor 4a and/or 4b. Other sensors, not shown, may be provided, supplying the speed measurements mentioned above to the computer 7.
  • the position and/or speed information is translated into control signals S for controlling moving parts or actuators. the aircraft by a flight control unit 8, or FCS for "Flight Control System", which is connected to the computer 7.
  • FIG. 5 illustrates an exemplary embodiment of the predetermined force law L, produced by the computer 7, with the angle ANG 1 of the lever 1 on the abscissa and the forces EFF applied by the motor 3a and/or 3b on the ordinate and the brake 5a and/or 5b on the lever 1, the 0 indicating a null angle ANG1 (corresponding to the neutral position PO) and a null force EFF.
  • Lever 1 has a neutral position PO.
  • This neutral position PO can correspond to a position around which the angle ANG1 of the lever 1 can vary in three dimensions around the axes X and Y, when the user's hand moves the lever 1.
  • This neutral position PO can correspond to minimal or zero force exerted by the motor 3a and/or 3b and by the brake 5a and/or 5b on lever 1 and may be an equilibrium position of lever 1.
  • Computer 7 may be configured to calculate angle ⁇ NG1 of lever 1 relative to the prescribed neutral position PO as a function of angular position ⁇ NGX and/or ⁇ NGY and/or ⁇ NG ⁇ and/or ⁇ NGB measured by sensor 4a and/or 4b.
  • ANGX and/or ANGY and/or ANGA and/or ANGB corresponds an angle ANG1 an angle ANG1 of the lever 1 in three dimensions around the axes X and Y with respect to the neutral position PO.
  • the computer 7 can be configured to calculate a direction of increase or decrease of the angle ANG1 of the lever 1 as a function of the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB, having been measured by the sensor 4a and/or 4b.
  • this force law L when the angle ANG1 of the lever 1 with respect to the prescribed neutral position PO is less than or equal in absolute value to a prescribed threshold S1 and/S2 of virtual stop BV, non-zero, the computer 7 sends a force command COM to the motor 3a and/or 3b, so that the motor 3a and/or 3b applies to the lever 1 a first resistive force EFF1 depending on the angle ANG1 of the lever 1, and sends a force command COM to brake 5a and/or 5b to deactivate brake 5a and/or 5b (which then applies zero force respectively to shaft 31a and/or to shaft 31b).
  • Case a) materializes the normal movement of the lever 1 by the hand of the user, to vary in the manner desired by the user the steering control signals S of moving parts or actuators of the aircraft by the through the flight control unit 8 according to manual piloting.
  • the sensor 4a and/or 4b for measuring the angular position ANGX and/or ANGY and/or ANGA and/or ANGB and the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB makes it possible to detect the intention of the user handling the lever 1 and wanting to decrease or increase the angle ANG1 of the lever 1 between 0 and the threshold S1 and/or S2 in this case a).
  • This virtual stop BV indicates that the angle ANG1 of the lever 1 has crossed the threshold S1 and/or S2 while increasing, and may thus indicate that the values of angle ANG1 increasing above this threshold are not recommended, or not permitted, or dangerous, or reaches a limit, such as a flight envelope, or are a special order known to the user, or the like.
  • the sensor 4a and/or 4b for measuring the angular position ⁇ NGX and/or ⁇ NGY and/or ⁇ NG ⁇ and/or ⁇ NGB and the sign of the speed VX and/or VY and/or V ⁇ and/or VB makes it possible to detect the intention of the user handling the lever 1 and wanting to increase the angle ⁇ NG1 above the threshold S1 and/or S2 in this case b).
  • a third case c) of this force law L when the angle ⁇ NG1 of the lever 1 with respect to the prescribed neutral position PO decreases in absolute value by being greater than the prescribed threshold S1 and/S2 of virtual stop BV, the computer 7 sends a force command COM to the motor 3a and/or 3b, so that the motor 3a and/or 3b applies to the lever 1 a third resistive force EFF3 of return depending on the angle ⁇ NG1 of the lever 1, and sends a brake force command COM 5a and/or 5b to deactivate the brake 5a and/or 5b (which then applies zero force respectively to the shaft 31a and/or to the shaft 31b).
  • the third resistive force EFF3 is equal to the first determined value V1, non-zero, at the prescribed threshold S1 , S2 of virtual stop and is therefore continuous with the first force EFF1 .
  • the law L is then found in case a).
  • the sensor 4a and/or 4b for measuring the angular position ⁇ NGX and/or ⁇ NGY and/or ANGA and/or ANGB and the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB makes it possible to detect the intention of the user handling the lever 1 and wanting to reduce the angle ANG1 of the lever 1 below the threshold S1 and/or S2 in this case c).
  • the brake 5a and/or 5b makes it possible to reduce the effort to be supplied by the motor 3a and/or 3b, the brake 5a and/or 5b having a better resistive torque/electrical consumption ratio than the motor 3a and/or 3b.
  • the third resistive return force EFF3 is configured to bring lever 1 back to the prescribed neutral position PO in the absence of any action by the user's hand on lever 1.
  • the invention thus makes it possible to detect the intention of the user of the lever 1 of the handle without complicating the architecture of the device 100 and of the handle, and makes it possible to avoid adding subsystems or components to perform this function, in particular of the force and torque sensors.
  • the invention provides a simplification of the architecture of the device 100, in particular for critical systems in the sense of operational safety.
  • the invention provides a gain in functionality, size, weight, reliability and cost.
  • the invention makes it possible to associate the intention of the user with micro-movements (relative variations in position and speed).
  • the device according to the invention is non-intrusive and avoids the problem of integrating a subassembly such as for example a force sensor.
  • the principle of the invention is based on the elastic deformation of the transmission chain of the device 100 subjected to forces (stress field) and going from the lever 1 to the brake 5a and/or 5b and on the exploitation of the position information /speed already available in the system and initially planned to perform motor and brake servo-control.
  • This information being relatively fine and sensitive (> 14 bits of resolution over 360°, making it possible to detect a movement of very low amplitude) and with a high bandwidth (> 500Hz) relative to that of the use of the mini-stick by a operator ( ⁇ 50Hz), it can be used to detect very small movements and above all changes of sign on the speed of movement of the lever 1, reflecting the pilot's desire to pull or push the stick.
  • the sensors 4a, 4b can be positioned between the brake 5a and/or 5b and the lever 1 being in interface with the user's hand, with at least one elastically deformable part between the brake 5a and/or 5b and the sensor 4a and/or 4b.
  • the intermediate parts 101 located between the brake 5a and/or 5b and the sensor 4a and/or 4b will constitute deformable elements which will make it possible to observe a relative movement on the transmission chain.
  • the torsion bar of the intermediate piece 101 comprises the part of the motor shaft 31a and/or 31b (non-zero length 310a of shaft 31a and/or non-zero length 310b of shaft 31b) located between the sensor 4a and brake 5a and/or between sensor 4b and brake 5b in the first embodiment of Figures 3, 4 and 7 and in the second embodiment of Figures 2 and 8.
  • FIG. 6 illustrates this principle of the architecture of device 100 in the first embodiment of FIGS. 3, 4 and 7.
  • Intermediate part 101 schematizes a torsion bar allowing torque transmission between lever 1 (via mechanical seal 2) and the brake 5a and/or 5b, as well as an associated elastic deformation.
  • brake 5a and/or 5b When brake 5a and/or 5b is activated, the force applied to lever 1 by the user's hand will be transmitted to brake 5a and/or 5b via the torsion bar of intermediate piece 101.
  • the objective is to exploit the relative position and speed information in case c).
  • the information detected on his intention releases the brake 5a and/or 5b and thus allows the return of the lever 1 to the neutral position PO. Without this detected intention information, the brake 5a and/or 5b will continue to be activated in case b), which will amount to having the stick blocked in this zone.
  • the sensor 4a and/or 4b will thus detect the micro-displacement caused by the release of the lever 1 under effort by the hand of the user in case c), and the sign information of the speed measured by the sensor 4a and /or 4b will make it possible to specify the direction of movement of the lever 1 (direction of increase or decrease of the angle ⁇ NG1 ).
  • Threshold S1 may be equal in absolute value to threshold S2, as shown by way of example in FIG. 5. In other embodiments not shown, threshold S1 may be different from threshold S2 in absolute value.
  • the first force EFF1 can be linear and increasing as a function of the absolute value of the angle ⁇ NG1 and/or the third force EFF3 can be linear and increasing as a function of the absolute value of the angle ⁇ NG1 .
  • the first effort EFF1 can be curved and increasing according to the absolute value of the angle ⁇ NG1 and/or the third effort EFF3 can be curved and increasing according to the absolute value of the ANG1 angle.
  • Each motor 3a and/or 3b, each sensor 4a and/or 4b and each brake 5a and/or 5b can be doubled respectively by another motor 3a' and/or 3b', another sensor 4a' and/or 4b' and another brake 5a' and/or 5b', as shown for example in FIG. 6, to provide redundancy and respond to operational safety aspects.
  • Sensor 4a' is used to check whether the measurement of sensor 4a is consistent.
  • Sensor 4b' is used to check whether the measurement of sensor 4b is consistent.
  • torsion bar of the intermediate piece 101 being a solid torsion shaft with a diameter of 10 mm, a length of 100 mm, in a stainless steel material of the 15-5 PH type having a modulus of transverse elasticity of 77000 MPa, an elastic limit of sliding of 800 MPa and a breaking limit of 1000 MPa
  • the torsional stress applied to this bar was 150.24 MPa exerted on the motor shaft at the level of the brake, equivalent to approximately 200 N of effort on the lever 1, with a safety coefficient of 1, a coefficient of stress concentration of 2.95, a limiting stress of 800 MPa, and the calculated angular deformation of the bar was 0.758°.
  • the transmission shaft will be deformed by approximately 0.7°.
  • the position and speed acquisition chain will make it possible to detect this deformation and the movements imposed by the user on the lever associated.
  • the first resistive force EFF1 increases as a function of the angle ANG1 of the lever 1.
  • the first resistive force EFF1 may not be monotonous as a function of the angle ANG1 of the lever 1 in d' other embodiments.
  • the third recall effort EFF3 increases as a function of the angle ANG1 of the lever 1.
  • the third recall effort EFF3 may not be monotonous as a function of the angle ANG1 of the lever 1 in other embodiments.
  • the second resistive force EFF2 is equal to a plateau V2 of resistive force, which is constant as a function of the angle ANG1 of the lever 1 with respect to the prescribed neutral position PO, when this angle ANG1 increases beyond the prescribed virtual stop threshold S1 and/or S2 in case b).
  • the second resistive force EFF2 is greater than or equal to 1.5 times or 2 times the first value V1, in particular greater than or equal to 50 N and less than or equal to 200 N.
  • the second resistive force EFF2 can be equal to 100 N.
  • the prescribed virtual stop threshold S1 and/or S2 is greater than or equal to 5° and less than or equal to 45°. Threshold S1 and/or S2 can be limited by mechanical stops.
  • the prescribed virtual stop threshold S1 and/or S2 is greater than or equal to 15° and less than or equal to 25° or 20°.
  • a brake output shaft 5a extends directly in direction A and is coaxial with and fixed to shaft 31a of motor 3a.
  • the brake 5a comprises at least two first and second parts 52a and 52b facing each other and adapted to be set in motion relative to each other.
  • the parts 52a and 52b are adapted to rotate around the direction ⁇ .
  • facing parts is meant that at least a part of the external surfaces of the two parts are face to face without being in contact.
  • the brake 5a further comprises a volume 53 delimited by the two facing parts, adapted to receive magnetorheological fluid.
  • the volume 53 is hermetic so as not to let the magnetorheological fluid leak.
  • volume delimited by the two facing parts is understood to mean that the parts of the surfaces of the two parts which are located face to face are, at least partially and preferably totally, in contact with the volume of magnetorheological fluid.
  • An operating principle of the brake is to vary the shearing resistance of the fluid contained in the volume 53, the two parts 52a and 52b shearing the fluid during their relative rotation around the direction A.
  • the shear resistance torque exerted by the fluid is variable depending on the magnetic field.
  • the two parts 52a and 52b are located opposite each other in the direction A of extension of the motor shaft 31a.
  • the two parts shear the rheological fluid substantially perpendicular to the direction A of the motor shaft 31a.
  • the brake comprises a control device or generator 54 configured to apply a variable magnetic field within the volume 53. This control device or generator 54 is controlled by the computer 7.
  • the brake acts directly on the motor shaft 31a, without intermediate mechanical components.
  • FIG. 9 a view of an embodiment of the magnetorheological brake 5a according to a view in section passing through the direction A.
  • the brake comprises an enclosure 51 of cylindrical shape and centered on the input shaft 55 extending along the direction A.
  • Input shaft 55 corresponds to motor shaft 31a of motor 3a.
  • the output shaft 56 of the brake is preferably coaxial with the input shaft 55.
  • the output shaft 56 is fixed to the frame 9.
  • a plurality of brake discs are between a first sealed wall 580 and a second sealed wall 581.
  • the brake comprises an alternation between a series of discs mounted on a rotor 57 integral with the input shaft 55, and a series of discs mounted integral with the 56 output shaft.
  • the brake discs are drilled in their center and preferably centered on the direction A of the shaft 55.
  • the brake comprises a disc 52a secured to the input shaft and a disc 52b consecutive fixed to the output shaft.
  • the discs 52a and 52b are here adapted to rotate relative to each other around the direction A, during rotation of the output shaft relative to the input shaft.
  • disk 52a is centered on input shaft 55 and is therefore centered on direction ⁇ .
  • Disc 52b is also preferably centered on direction ⁇ .
  • a sealed volume suitable for receiving magnetorheological fluid in the liquid state Between the faces of two consecutive brake discs, there is a sealed volume suitable for receiving magnetorheological fluid in the liquid state.
  • a volume 53 of fluid is delimited by the facing faces of the discs 52a and 52b.
  • the sealing of each of the volumes is ensured by seals at the level of spacers between the discs.
  • the brake comprises alternating brake discs and volumes of magnetorheological fluid at different axial positions along the direction ⁇ .
  • the volume of fluid comprised between two faces of consecutive discs is in contact with more than 50% of the surface of said faces.
  • the control device or generator 54 is placed close to the volumes of fluid.
  • the control device or generator 54 is formed by two coils extending parallel to the direction A in the vicinity of the brake discs. The length of each of the coils is slightly longer than the total length over which the brake discs extend.
  • the control device or generator 54 can also comprise a permanent magnet. There is shown in dotted lines in FIG. 9 a field line M generated when a current flows inside a coil 54. The magnetorheological fluid can be admitted inside the brake via filling channels not shown.
  • the brake 5a can also include cooling channels 591 in the vicinity of the brake discs. Air can circulate in the enclosure 51 through ventilation ducts 590.
  • a carrier fluid 531 preferably insulating, contains a suspension of particles 530.
  • the particles are between 1 and 10 micrometers in size.
  • Metallic particles for example of iron, can be used as magnetic particles.
  • the movement of particles 530 is random as shown by the arrow in Figure 10a and the particles do not exert shear resistance. Residual shear resistance of the brake discs is exerted by the carrier fluid.
  • Figure 10b represents the state of the system when a Lorentz force F acts on the particles 530 due to the magnetic field M.
  • the particles 530 align under forms chains of particles parallel to the magnetic field lines, which increases the resistance of the magnetorheological fluid to shear.
  • the resistive torque of the magnetorheological fluid as a whole increases very significantly compared to the resistive torque of the carrier fluid alone.
  • Parts 52a and 52b shear fluid confined in volume 53 as they rotate relative to each other.
  • the shear resistance of the magnetorheological fluid increases, as in the state of Figure 10b, the fluid generates shear stress at volume 53.
  • the movements of disc 52a and disc 52b are thus coupled.
  • the resisting torque of all the fluid volumes, taken together, may be sufficient to couple the input shaft 55 and the output shaft 56. If the output shaft is fixed, for example if it is fixed to the frame 9 as in the present example, the motor shaft is braked, or even blocked, in its pivoting along the roll and/or pitch axis.
  • FIG. 11 shows the relationship between the intensity of the current at the coils (on the abscissa) and the resistive torque generated by the magnetorheological brake 5a (on the ordinate) according to an example.
  • the brake is sized to provide a resistant torque of 20 N.m in optimal operation at 100% electric current. For a DC supply voltage of 36 V, 100% current corresponds to 0.5 mA. At 0%, there is a brake preload with a torque of approximately 1 N.m. The torque then increases with the intensity of the current in a quasi-linear manner, according to the curve R. A linear approximation of the curve R is represented by the line R'.
  • This brake 5a is simple since it suffices to control the current flowing across the terminals of the magnetic field control device to vary the resistive torque, within the limits of the fluid slip threshold.
  • Figure 12 illustrates another example of a magnetorheological brake 5a that can be used.
  • the rheological brake comprises a sphere 62a at the center of which passes the motor shaft 31a of the motor 3a, said shaft extending along the direction A.
  • the brake 5a also comprises a spherical base 62b receiving the sphere 62a.
  • a pivoting movement of the lever 1 along the roll axis X causes rotation of the shaft 31a around the direction A and a rotary movement of the sphere relative to the base and/or a pivoting movement of the lever 1 along the
  • the pitch axis Y causes the shaft 31b to rotate around the direction B and the sphere to rotate relative to the base.
  • a lower part of the sphere 62a, an upper part of the base 62b and seals form the volume 63 of fluid.
  • Coils 64 arranged in the vicinity of volume 63 serve as control device or generator 54 of the magnetic field.
  • the coils are arranged so that the magnetic field lines M pass through a large area of the sphere 62a. It is thus possible to control the resistance to shearing at the level of the sphere 62a and, consequently, to modulate the force feedback on the lever.
  • a first shaft of a lever roll motor and a second shaft of a lever pitch motor both pass through ball 62a. If the magnetic field is sufficient, the brake thus exerts a force feedback both along the roll axis and along the pitch axis.
  • FIG. 13 Another alternative example of a magnetorheological brake 5a is illustrated in FIG. 13.
  • the magnetorheological fluid is stressed in tension and/or in compression.
  • the brake 5a comprises two discs 72a and 72b centered on the motor shaft 31a, the disc 72a being movable relative to the disc 72b in translation in the direction A.
  • the pivoting movement of the lever along the roll axis causes a translational movement of disc 72a, a mechanical transmission mechanism connecting shaft 31a to lever 1.
  • a volume of magnetorheological fluid is confined in a volume 73 between the two discs.
  • a control device or generator 54 not shown in the figure, is adapted to generate a magnetic field substantially parallel to the direction ⁇ .
  • the resistance of the fluid to traction and to compression along the direction A increases with the magnetic field, itself dependent on the current at the terminals of the control device.
  • the examples of magneto-rheological brakes of FIGS. 7 to 14c are easily transposed for electro-rheological brakes.
  • the rheological material is then an electro-rheological fluid comprising conductive particles in suspension.
  • the controller or generator 54 is then configured to apply a variable electric field to a volume of electro-rheological fluid of the electro-rheological brake.
  • the sliding torque of the rheological material is preferably between 10 Nm and 100 Nm and even more preferably between 10 Nm and 75 Nm Indeed, the sliding torque must be less than a threshold torque determined by the maximum torque transmissible by a roll or pitch motor connected to the lever 1.
  • the brake 5a must be able to restore a resistive force between 100 and 150 Newton, preferably around 120 Newton, on the lever.
  • FIG. 14a Another example of a rheological brake 5a has been shown in FIG. 14a.
  • This is a 5a powder brake.
  • the rheological material used in this brake is a magnetic powder.
  • This brake 5a consists of two brake discs 86 and 87 whose air gap is partially filled with a magnetic powder in a volume 83. The discs are centered on the direction A.
  • the volume 83 is between an outer radial surface of the rotor 82a and an inner radial surface of the stator 82b. Said two surfaces extend substantially parallel to the direction A and face each other.
  • the rotor 82a When the rotor 82a rotates around the direction A with respect to the stator 82b, the rotor 82a shears the magnetic powder included in the volume 83, in particular at the level of the teeth 85 of the rotor.
  • the teeth 85 correspond to channels dug in the outer radial surface of the rotor 82a.
  • the magnetic powder When the magnetic powder is not subjected to a magnetic field or is subjected to a negligible magnetic field, the magnetic powder distributes by gravity in the air gap and generates a low torque resistant to shear, by friction between the powder and the rotor , as illustrated for example in Figure 14b. Conversely, when a magnetic field is applied to volume 83, the powder contained in volume 83 aligns itself along the field lines.
  • the powder grains create powder structures extending between the facing surfaces of the rotor 82a and the stator 82b, as illustrated for example in Figure 14c, these structures exerting a resistive torque to the shear exerted by the rotor 82a, the brake discs being thus coupled.
  • the variable magnetic field is here exerted by two coils 84 controlled electrically by the computer. Coils 84 are arranged with respect to volume 83 so that the magnetic field lines are substantially perpendicular to the facing surfaces of rotor 82a and stator 82b.
  • the magnetic powder contained in dispersion in the volume 83 constitutes a rheological material.
  • the resistance of the magnetic powder to the shear exerted by the rotor depends on the magnetic field which is applied to it, this field being electrically controllable. The greater the magnetic field exerted by the coils, the greater the resistive torque exerted by the magnetic powder. On the other hand, if a slip torque is exceeded at the level of the powder brake, the resistive torque exerted by the magnetic powder of volume 83 no longer increases with the magnetic field, and the brake discs are no longer correctly coupled.
  • the invention also relates to an active aircraft piloting stick, this stick comprising the force application device 100 described above and the lever 1 able to rotate around the roll axis X and the axis of pitch Y, the lever 1 being arranged on the mechanical seal 2.
  • the invention also relates to a method for haptic feedback control of the aircraft pilot stick using the force application device 100 described above.
  • step E1 illustrated in Figure 15 a user exerts a tilting force F1 on the handle.
  • step E2 in response to the tilting force F1 exerted by the user on the stick, the sensor 4a and/or 4b measures the angular position ⁇ NGX and/or ⁇ NGY and/or ⁇ NG ⁇ and /or ⁇ NGB and the speed VX and/or VY and/or V ⁇ and/or VB on the roll axis X and/or the pitch axis Y and/or the motor shaft 31a and/or 31b .
  • step E3 the computer 7 controls the rheological brake 5a and/or 5b and the force motor 3a and/or 3b as a function of the angular position ⁇ NGX and/or ANGY and/or ANGA and/or ANGB and the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB, having been measured by the sensor 4a and/or 4b, according to cases a), b) and c) described above.
  • Step E3 may comprise the following sub-steps, performed by the computer 7: calculating the angle ANG1 of the lever 1 with respect to the prescribed neutral position PO as a function of the angular position ANGX and/or ANGY and/or ANGA and /or ANGB having been measured by the sensor 4a and/or 4b, calculate a direction of increase or decrease of the angle ANG1 of the lever 1 according to the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB, having been measured by the sensor 4a and/or 4b.
  • the invention also relates to a computer program for implementing the control method described above, comprising code instructions which, when they are executed on the computer 7, implement the following steps: calculating the angle ANG1 of the lever 1 with respect to the prescribed neutral position PO as a function of the angular position ANGX and/or ⁇ NGY and/or ANGA and/or ANGB having been measured by the sensor 4a and/or 4b. , calculate a direction of increase or decrease of the angle ANG1 of the lever 1 as a function of the sign of the speed VX and/or VY and/or VA and/or VB, having been measured by the sensor 4a and/or 4b, generate the commands according to cases a), b) and c) described above.
  • the computer program can be prerecorded on a permanent memory of computer 7.
  • Computer 7 can be or include one or more machines, one or more processors, one or more microprocessors, one or more random access memories, one or more permanent memories.
  • the CAL calculator can include one or several physical data input interfaces, one or more physical data output interfaces. This or these physical data input interfaces may be or comprise one or more physical data communication ports, or others. This or these physical data output interfaces may be or comprise one or more physical ports for data communication or the like.
  • a computer program can be executed on the computer 7 and include code instructions which, when they are executed on the latter, implement all or part of the method.

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Abstract

L'invention concerne un dispositif d'application d'effort pour un manche de pilotage d'aéronef, où le calculateur est configuré: a) pour un angle (ANG1) inférieur ou égal à un seuil prescrit (S1, S2) de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un effort résistif (EFF1), en fonction de l'angle (ANG1) et désactiver le frein, pour un angle (ANG1), qui croît au-delà du seuil prescrit (S1, S2), commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un effort résistif (EFF2) supérieur à la valeur (V1), c) pour un angle (ANG1), qui décroît en étant supérieur au seuil prescrit (S1, S2) de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un effort (EFF3) de rappel en fonction de l'angle (ANG1) et désactiver le frein.

Description

DESCRIPTION
TITRE : Dispositif d’application d’effort de manche de pilotage, manche, procédé, programme et aéronef
L'invention concerne un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, un manche actif de pilotage d’aéronef muni de ce dispositif, un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef et un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle.
Le domaine de l’invention concerne les manches de pilotage à bord d’un aéronef, tel que par exemple un avion ou un hélicoptère ou autres.
Un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef est connu par le document WO 2020/053534.
Un objectif de l’invention est de pouvoir détecter l’intention du pilote à partir du manche de pilotage.
Les dispositifs habituellement mis en oeuvre pour détecter l’intention d’un opérateur / pilote sont des capteurs d’effort ou de couple qui fournissent des informations d'effort.
Une information d'effort peut être nécessaire pour des asservissements de systèmes mécatroniques/électromécaniques. Elle permet de mettre au point des asservissements nécessitant des données permettant de minimiser les déphasages dans les boucles de régulation. Une telle information est généralement exploitée en automatique pour réduire les déphasages observés habituellement avec des capteurs de position ayant subi un traitement numérique et par conséquent déphasés. Des informations d’effort peuvent aussi être utilisées pour affiner le réglage de boucles d’asservissement.
Les mini-manches actifs d’aéronef étant des organes réalisant des fonctions critiques dont les évènements redoutés sont catastrophiques (d’un point de vue sûreté de fonctionnement), toute son architecture et les composants les constituant doivent répondre à des règles extrêmement sévères en termes d’architecture (redondance, dissimilarité, etc.), de processus de développement, de robustesse, etc.
La nécessité d’une information d’intention du pilote et l’utilisation d’un capteur d’effort dédié pour réaliser cette fonction requièrent la conception d’un système complexe, redondant, volumineux et difficilement intégrable. Un tel dispositif est donc par nature très complexe et onéreux. L’ajout d’un tel organe impacte également nécessairement la fiabilité générale de l’équipement, augmentant le nombre de composants constitutifs du système.
Pour toutes ces raisons, on cherche à éviter d’avoir recours à un tel type de capteur d’effort, tout en visant la simplification du système de mini-manche.
L’invention vise à obtenir un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, un manche actif de pilotage d’aéronef muni de ce dispositif, un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef et un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle, qui remplissent les objectifs mentionnés ci-dessus.
À cet effet, un premier objet de l’invention est un dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le dispositif comprenant :
- un joint mécanique configuré pour recevoir un levier de manche de pilotage d’aéronef, le joint mécanique étant mobile en rotation autour d’au moins un axe pris parmi un axe de roulis et un axe de tangage,
- au moins un moteur d’effort comprenant au moins un arbre moteur s’étendant selon au moins une direction d’actionnement, la rotation de l’arbre moteur autour de la direction d’actionnement du troisième axe étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe, le moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur,
- au moins un frein rhéologique, apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur,
- au moins un capteur de mesure d’au moins une position angulaire et d’au moins un signe de la vitesse sur l’axe et/ou sur l’arbre moteur,
- un calculateur de pilotage du frein rhéologique et du moteur d’effort, caractérisé en ce que le calculateur est configuré pour piloter le frein rhéologique et le moteur d’effort en fonction de la position angulaire et du signe de la vitesse, ayant été mesurés par le capteur, pour : a) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à une position neutre prescrite, inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée, non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur à la première valeur, c) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappel en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.
L'invention permet ainsi de réaliser une butée virtuelle sur le manche de pilotage d’aéronef, dans le sens des angles croissants du levier de ce manche.
Ainsi, dans le cas où le pilote fait augmenter l’angle du levier au-dessus du seuil de butée virtuelle, le frein est activé afin de produire un effort résistif supplémentaire sur le manche, qui sera ressenti par le pilote (cas b mentionné ci-dessus). Ainsi, tant que le manche se trouvera avec un angle supérieur au seuil et que le pilote voudra pousser sur le manche dans le but d’accroître cet angle, le frein sera activé pour s’opposer au déplacement. Le capteur de mesure de position angulaire et de signe de la vitesse permet de détecter l’intention du pilote voulant accroître l’angle du levier dans ce cas b).
Le cas c) correspond à la détection du fait que le pilote souhaite voir le manche revenir à la position neutre. Dans ce cas, le frein est désactivé pour permettre soit au moteur, soit à la main de l’utilisateur, de déplacer le levier jusqu’à la position neutre. Le capteur de mesure de position angulaire et de signe de la vitesse permet de détecter l’intention du pilote voulant faire diminuer l’angle du levier dans ce cas c).
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le premier effort résistif est croissant en fonction de l’angle du levier.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est égal à un plateau d’effort résistif, qui est constant en fonction de l'angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le troisième effort de rappel est croissant en fonction de l’angle du levier.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est supérieur ou égal à 1 .5 fois la première valeur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le deuxième effort résistif est supérieur ou égal à 50 N et inférieur ou égal à 200 N.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le seuil prescrit de butée virtuelle est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 45° . Suivant un mode de réalisation de l’invention, le troisième effort résistif est égal à la première valeur déterminée, non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le frein rhéologique comprend une première pièce, une deuxième pièce située en regard de la première pièce et un volume délimité par la première pièce et par la deuxième pièce, le volume étant adapté pour contenir un matériau rhéologique, la première pièce étant agencée sur l’arbre moteur et étant mobile en rotation autour de la direction d’actionnement par rapport à la deuxième pièce, le dispositif comporte un générateur, qui est configuré pour appliquer un champ magnétique variable au sein du volume pour faire varier une résistance du matériau rhéologique au cisaillement et qui est commandé par le calculateur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est configuré pour calculer l’angle du levier par rapport à la position neutre prescrite en fonction de la position angulaire ayant été mesurée par le capteur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, le calculateur est configuré pour calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle du levier en fonction du signe de la vitesse, ayant été mesuré par le capteur.
Suivant un mode de réalisation de l’invention, il est prévu comme axe l’axe de roulis et l’axe de tangage, il est prévu comme moteur d’effort (un premier moteur d’effort comprenant un premier arbre moteur s’étendant selon au moins une première direction d’actionnement et un deuxième moteur d’effort comprenant un deuxième arbre moteur s’étendant selon au moins une deuxième direction d’actionnement, la rotation du premier arbre moteur autour de la première direction d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de roulis, la rotation du deuxième arbre moteur autour de la deuxième direction d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique autour de l’axe de tangage, le premier moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur le premier arbre moteur, le deuxième moteur d’effort étant configuré pour exercer un couple résistif sur le deuxième arbre moteur, il est prévu comme frein rhéologique, un premier frein rhéologique, apte à appliquer un effort résistif sur le premier arbre moteur et un deuxième frein rhéologique, apte à appliquer un autre effort résistif sur le deuxième arbre moteur, il est prévu comme capteur de mesure un premier capteur de mesure d’une première position angulaire et d’un signe de la vitesse sur l’axe de roulis et/ou sur le premier arbre moteur, et un deuxième capteur de mesure d’une deuxième position angulaire et d’un signe de la vitesse sur l’axe de tangage et/ou sur le deuxième arbre moteur.
Un deuxième objet de l’invention est un manche actif de pilotage d’aéronef, comprenant :
- un dispositif d’application d’effort tel que décrit ci-dessus,
- un levier apte à tourner autour du au moins un axe, le levier étant agencé sur le joint mécanique.
Un troisième objet de l’invention est un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif d’application d’effort tel que décrit ci- dessus, procédé dans lequel un utilisateur exerce une force d’inclinaison sur le manche, caractérisé en ce qu’en réponse à la force d’inclinaison exercée par l’utilisateur sur le manche, le capteur mesure la au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le au moins un axe (X, Y) et/ou sur le au moins un arbre moteur et le calculateur pilote le frein rhéologique et le moteur d’effort en fonction de la position angulaire et du signe de la vitesse, ayant été mesurés par le capteur, pour : a) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à une position neutre prescrite, inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur à la première valeur, c) lorsque la position angulaire correspond à un angle du levier par rapport à la position neutre prescrite, qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappelen fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.
Un quatrième objet de l’invention est un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef tel que décrit ci-dessus, comportant des instructions de code, qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le calculateur de pilotage, mettent en oeuvre les étapes suivantes : calculer l’angle du levier par rapport à la position neutre prescrite en fonction de la position angulaire ayant été mesurée par le capteur, calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle du levier en fonction du signe de la vitesse, ayant été mesuré par le capteur, a) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite est inférieur ou égal en valeur absolue au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un premier effort résistif en fonction de l’angle du levier et désactiver le frein, le premier effort résistif ayant une première valeur déterminée non nulle au seuil prescrit de butée virtuelle, b) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur et activer le frein pour leur faire appliquer sur le levier un deuxième effort résistif supérieur àla première valeur, c) lorsque l’angle du levier par rapport à sa position neutre prescrite décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit de butée virtuelle, commander le moteur pour lui faire appliquer sur le levier un troisième effort de rappelen fonction de l’angle du levier et désactiver le frein.
Un cinquième objet de l’invention est un aéronef comportant le manche actif de pilotage tel que décrit ci-dessus.
L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif en référence aux figures ci-dessous des dessins annexés.
[Fig. 1] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 2] représente une vue schématique en perspective du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 3] représente une vue schématique en coupe axiale du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 4] représente une vue schématique en coupe axiale du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 5] représente un diagramme de loi d’effort en fonction d’un angle de levier du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 6] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention. [Fig. 7] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 8] représente un synoptique modulaire du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 9] représente une vue schématique en coupe d’un frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 10a] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 10b] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 10c] représente un schéma de principe du fonctionnement d’un frein magnétorhéologique du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 11 ] représente une courbe représentative d’un couple résistif exercé par le frein magnétorhéologique du frein magnétorhéologique en fonction du courant, dans le dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 12] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 13] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 14a] représente une vue schématique en coupe d’une variante du frein du dispositif d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef suivant un mode de réalisation de l’invention.
[Fig. 14b] est un schéma de principe du fonctionnement d’une poudre magnétique dans le frein de la figure 14a. [Fig. 14c] est un schéma de principe du fonctionnement d’une poudre magnétique dans le frein de la figure 1 a.
[Fig. 15] est un organigramme d’un procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif d’application d’effort suivant un mode de réalisation de l’invention.
Dans toute la suite, on décrit des exemples de dispositifs 100 d’application d’effort sur un levier 1 d’un mini-manche de pilotage d’aéronef comprenant au moins un frein rhéologique, c’est-à-dire un frein comportant un volume configuré pour être rempli d’un matériau rhéologique. Le matériau rhéologique peut être un magnéto- rhéologique dans le cas d’un frein magnéto-rhéologique ou un matériau électro- rhéologique dans le cas d’un frein électro-rhéologique par exemple. On entend par « matériau rhéologique » un matériau solide ou liquide dont la résistance au cisaillement est variable en fonction d’un champ électromagnétique qui lui est appliqué, selon une caractéristique (ou rhéogramme) prédéterminée. Par exemple, la viscosité du matériau rhéologique est variable en fonction du champ électromagnétique. Par « champ électromagnétique » on entend un champ qui peut être uniquement électrique, ou bien uniquement magnétique, ou bien comprendre une composante magnétique et une composante électrique.
Le dispositif 100 peut être prévu sur un manche de pilotage d’un aéronef, tel que par exemple un avion ou autres, et peut permettre d’actionner toute partie de l’aéronef, telle que par exemple un actionneur, un actionneur de cockpit, des commandes de vol, ou autres. Le dispositif 100 peut être prévu sur une interface homme - machine.
Par ailleurs, on entend par « loi d’effort » du dispositif 100 d’application d’effort pris dans son ensemble (frein(s) rhéologique(s) et moteur(s)) l’effort, qui peut être résistif ou moteur, restitué en fonction de la position du levier selon l’axe.
Des éléments similaires sur les figures annexées seront désignés par les mêmes références alphanumériques tout au long de la description ci-après.
On a représenté en Figure 1 une architecture fonctionnelle d’un dispositif 100 de pilotage d’un aéronef selon ses axes de roulis et de tangage comprenant notamment un minimanche de pilotage. Le mini-manche se trouve typiquement dans le cockpit de l’aéronef.
Le système comprend un levier 1 de commande, qui est fixé au manche et qui est monté rotatif sur un joint mécanique 2 selon un axe X de roulis et un axe Y de tangage du levier, les deux axes étant orthogonaux. De préférence, le levier 1 est monté sur une platine 11 du joint mécanique 2. Le joint 2 est fixé à un bâti 9 solidaire du plancher du cockpit de l’aéronef. Bien entendu, le levier 1 de commande pourrait également être monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe X de roulis seulement ou selon l’axe Y de tangage seulement.
On décrit d’abord ci-dessous les éléments associés à l'axe X de roulis, dans le cas où le levier 1 de commande est monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe X de roulis, ces éléments ayant des signes de référence se terminant par la lettre « a » et étant qualifiés de « premier ».
Le dispositif 100 comporte un premier moteur 3a d’effort pour l'axe X de roulis. Le premier moteur 3a d’effort a un premier arbre moteur 31 a s’étendant selon une première direction À d’actionnement. L’arbre moteur 31a est lié à l’axe X de roulis du levier 1. La rotation de l’arbre moteur 31 a autour de la première direction À d’actionnement est liée à la rotation du joint mécanique 2 autour de l’axe de roulis X. Un mécanisme de liaison existe entre l’arbre moteur 31 a et le joint 2 et est mis en mouvement lorsque le levier 1 pivote autour de l’axe X de roulis. Le moteur d’effort 3a est configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur 31 a. L’arbre moteur 31 a peut être fixé à un premier rotor 33a entouré par un premier stator 32a fixe du moteur 3a et est mis en rotation par rapport au stator 32a. Le dispositif 100 comporte un premier frein rhéologique (ou magnéto- rhéologique) 5a apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur 31 a. Le frein rhéologique 5a peut être positionné directement sur le premier arbre moteur 31 a et/ou sur l’axe de roulis X. Le dispositif 100 comporte un premier capteur 4a de mesure pour mesurer au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le premier arbre moteur 31 a et/ou sur l’axe de roulis X.
On décrit ci-dessous les éléments associés à l’axe Y de tangage, dans le cas où le levier 1 de commande est monté rotatif sur le joint mécanique 2 selon l’axe Y de tangage, ces éléments ayant des signes de référence se terminant par la lettre « b » et étant qualifiés de « deuxième ».
Le dispositif 100 comporte un deuxième moteur 3b d’effort pour l'axe Y de tangage. Le deuxième moteur 3b d’effort a un deuxième arbre moteur 31 b s’étendant selon une deuxième direction B d’actionnement. L’arbre moteur 31 b est lié à l’axe Y de tangage du levier 1. La rotation de l’arbre moteur 31 b autour de deuxième direction B d’actionnement est liée à la rotation du joint mécanique 2 autour de l’axe Y de tangage. Un mécanisme de liaison existe entre l’arbre moteur 31 b et le joint 2 et est mis en mouvement lorsque le levier 1 pivote autour de l’axe Y de tangage. Le moteur d’effort 3b est configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur 31 b. L’arbre moteur 31 b peut être fixé à un deuxième rotor 33b entouré par un deuxième stator 32b fixe du moteur 3b et est mis en rotation par rapport au stator 32b. Le dispositif 100 comporte un deuxième frein rhéologique (ou magnéto-rhéologique) 5b apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur 31 b. Le frein rhéologique 5b peut être positionné directement sur l’arbre moteur 31b du moteur 3b et/ou sur l’axe Y de tangage. Le dispositif 100 comporte un deuxième capteur 4b de mesure pour mesurer au moins une position angulaire et au moins un signe de la vitesse sur le deuxième arbre moteur 31 b et/ou sur l’axe Y de tangage.
On a représenté aux figures 1 , 2, 3, 4 et 6 à 8 des modes de réalisation où à la fois l’axe X de roulis et l’axe Y de tangage, avec les moteurs 3a et 3b, les capteurs 4a et 4b et les freins 5a et 5b associés respectivement à ceux-ci, sont prévus.
Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, non représenté, l’axe X de roulis associé au premier moteur 3a, au premier capteur 4a et au premier frein 4a peut être prévu sans l’axe Y de tangage, sans le deuxième moteur 3b, sans le deuxième capteur 4b et sans le deuxième frein 4b.
Bien entendu, dans un autre mode de réalisation, non représenté, l’axe Y de tangage, associé au deuxième moteur 3b, au deuxième capteur 4b et au deuxième frein 4b peut être prévu sans l’axe X de roulis, sans le premier moteur 3a, sans le premier capteur 4a et sans le premier frein 4a.
La Figure 2 représente un exemple de réalisation. Le levier 1 est agencé sur le joint mécanique 2 fixé à un bâti 9 solidarisé à un châssis de l’aéronef. Les moteurs 3a et/ou 3b (non visibles) sont déportés du levier 1. Le frein 5a et/ou 5b est lui aussi déporté du levier 1. Comme indiqué précédemment, le moteur 3a et/ou 3b et le freins 5a et/ou 5b sont de préférence intégrés verticalement sous le joint mécanique 2.
Le levier 1 est libre à une extrémité et est fixé à une première platine 11 à l’autre extrémité. La première platine 11 est mobile en rotation selon l’axe X et selon l’axe Y et est liée à une deuxième platine 10 du joint 2. L’axe X est lié à la première platine 11 de sorte qu’un pivotement de la première platine 11 autour de l’axe Y fait pivoter l’axe X autour de l’axe Y. Deux transmissions, comprenant chacune un joint de Cardan, transforment un mouvement de rotation du levier 1 selon l’axe X, respectivement selon l’axe Y, en un mouvement de rotation de l’arbre moteur 31a (non représenté) s’étendant selon la direction À, respectivement de l’arbre moteur 31 b (non représenté) s’étendant selon la direction B. Le moteur 3a et/ou 3b est ainsi en prise directe sur le joint mécanique 2 et peut transmettre un effort résistif ou moteur en réponse aux mouvements de pivotement du levier 1 par le pilote. Pour plus de détails sur la structure du joint 2 et sur la liaison mécanique avec les moteurs 3a et/ou 3b, on pourra se référer à la Figure 1 du document FR-À-3 011 815 et à la description y afférente. Cette liaison mécanique peut comporter un arbre coudé 34a situé entre le joint 2 mécanique et l’arbre 31a et/ou un arbre coudé 34b situé entre le joint 2 mécanique et l’arbre 31 b, ainsi qu’illustré par exemple aux figures 3 et 4.
Par « positionné directement », on entend que les pièces réalisant le freinage (par exemple des disques de frein, comme il sera vu ci-après) sont agencées directement sur l’arbre moteur. Il n’y a préférentiellement pas d’organes mécaniques intermédiaires entre les pièces réalisant le freinage et l’arbre moteur. Notamment, le frein 5a est aligné directement sur la direction À de l’arbre moteur 31a. Si le moteur 3a est situé verticalement sous le levier 1 , le frein 5a est préférentiellement intégré verticalement sur l’arbre moteur 31a. Il n’y a pas de renvoi d’angle entre le frein 5a et l’arbre moteur 31a. Ces considérations d'alignement et d'intégration s'appliquent de manière similaire aux éléments moteurs 3b et frein 5b relativement à l'arbre B et l'arbre moteur 31 b.
Le frein magnéto-rhéologique 5a et/ou 5b comprend un dispositif de commande configuré pour faire varier un champ magnétique, ledit dispositif de commande étant commandé électroniquement par l’unité de commande 8 via le calculateur 7.
On a représenté aux Figures 3, 4 et 7 une architecture du dispositif 100 d’application d’effort intégré au mini-manche selon un premier mode de réalisation. Dans ce premier mode de réalisation, le moteur 3a est situé entre le joint mécanique 2 et le frein 5a et/ou le moteur 3b est situé entre le joint mécanique 2 et le frein 5b.
Suivant le premier mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4 et en bas de la figure 1 , le capteur 4a mesure une position angulaire ÀNGÀ et un signe de la vitesse VÀ sur la direction À de l’arbre moteur 31a du moteur 3a (et éventuellement la vitesse VÀ). Le capteur 4a est situé entre le moteur 3a et le frein 5a, en laissant une longueur non nulle 310a d’arbre 31a entre le capteur 4a et le frein 5a. Le capteur 4a peut entourer l’arbre 31a et être situé dans une pièce 35a de fixation fixée entre la partie fixe du frein 4a et le stator 32a.
Suivant le premier mode de réalisation représenté aux figures 3 et 4 et en bas de la figure 1 , le capteur 4b mesure une position angulaire ÀNGB et un signe de la vitesse VB sur la direction B de l’arbre moteur 31 b du moteur 3b (et éventuellement la vitesse VB). Le capteur 4b est situé entre le moteur 3b et le frein 5b, en laissant une longueur non nulle 310b d’arbre 31b entre le capteur 4b et le frein 5b. Le capteur 4b peut entourer l’arbre 31 b et être situé dans une pièce 35b de fixation fixée entre la partie fixe du frein 4b et le stator 32b.
Le capteur 4a et/ou 4b peut être de type inductif, comme par exemple suivant le mode de réalisation représenté à la figure 4, où le capteur 4a et/ou 4b est un résolveur. Dans un autre mode de réalisation, le capteur 4a et/ou 4b peut être de type résistif (par exemple un potentiomètre ou autres).
On a représenté aux figures 2 et 8 une architecture du dispositif 100 d’application d’effort intégré au mini-manche selon un deuxième mode de réalisation. Dans ce deuxième mode de réalisation, le frein 5a est situé entre le joint mécanique 2 et le moteur 3a et/ou le frein 5b est situé entre le joint mécanique 2 et le moteur 3b.
Suivant le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2 et en haut de la figure 1 , le capteur 4a mesure une position angulaire ÀNGX et un signe (ou sens) de la vitesse VX sur l’axe de roulis X (et éventuellement la vitesse VX) et est situé dans le joint mécanique 2.
Suivant le deuxième mode de réalisation représenté à la figure 2 et en haut de la figure 1 , le capteur 4b mesure une position angulaire ÀNGY et un signe (ou sens) de la vitesse VY sur l’axe de tangage Y (et éventuellement la vitesse VY) et est situé dans le joint mécanique 2.
Le dispositif 100 comporte un calculateur 7 de pilotage pour piloter le frein rhéologique 5a et/ou 5b et le moteur d’effort 3a et/ou 3b en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB et du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurés par le capteur 4a et/ou 4b et leur envoie des commandes COM d’application d’effort sur le levier 1. Le calculateur 7 réalise le pilotage du dispositif 100 d’application d’effort pour réaliser la loi L d’effort prédéterminée, décrite ci-dessous. Le calculateur 7 comprend une interface électronique pour recevoir les signaux de mesures du capteur 4a et/ou 4b. Il peut être prévu d’autres capteurs, non représentés, fournissant les mesures de vitesse mentionnées ci-dessus au calculateur 7. Les informations de position et/ou vitesse sont traduites en signaux S de commande de pilotage de parties mobiles ou d’actionneurs de l’aéronef par une unité 8 de commande de vol, ou FCS pour « Flight Control System », laquelle est reliée au calculateur 7.
La figure 5 illustre un exemple de réalisation de la loi L d’effort prédéterminée, réalisée par le calculateur 7, avec en abscisse l’angle ANG 1 du levier 1 et en ordonnées les efforts EFF appliqués par le moteur 3a et/ou 3b et le frein 5a et/ou 5b sur le levier 1 , le 0 indiquant un angle ANG1 nul (correspondant à la position neutre PO) et un effort EFF nul. Le levier 1 a une position neutre PO. Cette position neutre PO peut correspondre à une position autour de laquelle peut varier l’angle ANG1 du levier 1 en trois dimensions autour des axes X et Y, lorsque la main de l’utilisateur déplace le levier 1. Cette position neutre PO peut correspondre à un effort minimal ou nul exercé par le moteur 3a et/ou 3b et par le frein 5a et/ou 5b sur le levier 1 et peut être une position d’équilibre du levier 1. Le calculateur 7 peut être configuré pour calculer l’angle ÀNG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB mesurée par le capteur 4a et/ou 4b. Ainsi, à chaque position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB correspond un angle ANG1 un angle ANG1 du levier 1 en trois dimensions autour des axes X et Y par rapport à la position neutre PO. Le calculateur 7 peut être configuré pour calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b.
Selon un premier cas a) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO est inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle BV, non nul, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b, pour que le moteur 3a et/ou 3b applique sur le levier 1 un premier effort résistif EFF1 dépendant de l’angle ANG1 du levier 1 , et envoie une commande COM d’effort au frein 5a et/ou 5b pour désactiver le frein 5a et/ou 5b (qui applique alors un effort nul respectivement sur l’arbre 31a et/ou sur l’arbre 31b). Lorsque l’angle ANG1 croissant devient égal au seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle, le premier effort résistif EFF1 a une première valeur V1 d’effort déterminée non nulle. Le cas a) matérialise le déplacement normal du levier 1 par la main de l’utilisateur, pour faire varier de la manière souhaitée par l’utilisateur les signaux S de commande de pilotage de parties mobiles ou d’actionneurs de l’aéronef par l’intermédiaire de l’unité 8 de commande de vol selon un pilotage manuel. Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant diminuer ou augmenter l’angle ANG1 du levier 1 entre 0 et le seuil S1 et/ou S2 dans ce cas a).
Selon un deuxième cas b) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO est croissant en valeur absolue et dépasse le seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b et au frein 5a et/ou 5b, pour que le moteur 3a et/ou 3b et frein 5a et/ou 5b appliquent sur le levier 1 un deuxième effort résistif EFF2 supérieur à la première valeur V1. Cela fait ressentir à la main de l’utilisateur touchant le levier 1 une plus grande résistance (retour d’effort) d’une manière assez abrupte au franchissement croissant du seuil S1 et/ou S2, ce qui matérialise une butée virtuelle du levier 1. Cette butée virtuelle BV indique que l’angle ANG1 du levier 1 a franchi en croissant le seuil S1 et/ou S2, et peut ainsi indiquer que les valeurs d’angle ANG1 augmentant au-dessus de ce seuil ne sont pas conseillées, ou pas autorisées, ou dangereuses, ou atteigne une limite, comme par exemple une enveloppe de vol, ou sont une commande spéciale connue de l’utilisateur, ou autres. Il y a une pente P2 ascendante plus abrupte pour passer de la valeur V1 au deuxième effort résistif EFF2 que la pente de l’effort EFF1 en fonction de l’angle ÀNG1 . Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VÀ et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant augmenter l’angle ÀNG1 au-dessus du seuil S1 et/ou S2 dans ce cas b).
Selon un troisième cas c) de cette loi L d’effort, lorsque l’angle ÀNG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit S1 et/ S2 de butée virtuelle BV, le calculateur 7 envoie une commande COM d’effort au moteur 3a et/ou 3b, pour que le moteur 3a et/ou 3b applique sur le levier 1 un troisième effort résistif EFF3 de rappel dépendant de l’angle ÀNG1 du levier 1 , et envoie une commande COM d’effort au frein 5a et/ou 5b pour désactiver le frein 5a et/ou 5b (qui applique alors un effort nul respectivement sur l’arbre 31 a et/ou sur l’arbre 31 b). Cela fait ressentir à la main de l’utilisateur touchant le levier 1 une moins grande résistance d’une manière assez abrupte au franchissement décroissant du seuil S1 et/ou S2, ce qui matérialise la suppression de la butée virtuelle BV du levier 1 . Dans l’exemple de la figure 5, le troisième effort résistif EFF3 est égal à la première valeur V1 déterminée, non nulle, au seuil prescrit S1 , S2 de butée virtuelle et est donc continu avec le premier effort EFF1 . Il y a une pente P3 descendante plus forte pour passer du troisième effort résistif EFF3 à la valeur V1 que la pente de l’effort EFF1 en fonction de l’angle ÀNG1. La loi L se retrouve ensuite dans le cas a). Le capteur 4a et/ou 4b de mesure de position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB et de signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB permet de détecter l’intention de l’utilisateur maniant le levier 1 et voulant diminuer l’angle ANG1 du levier 1 en-dessous du seuil S1 et/ou S2 dans ce cas c). Le frein 5a et/ou 5b permet de réduire l’effort à fournir par le moteur 3a et/ou 3b, le frein 5a et/ou 5b ayant un meilleur rapport couple résistif / consommation électrique que le moteur 3a et/ou 3b. Le troisième effort résistif EFF3 de rappel est configuré pour ramener le levier 1 vers la position position neutre prescrite PO en l’absence d’actions de la main de l’utilisateur sur le levier 1.
Les flèches indiquées à la figure 5 montrent donc une hystérésis de la loi L de commande d’effort selon le sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1.
L’invention permet ainsi de détecter l’intention de l’utilisateur du levier 1 du manche sans complexifier l’architecture du dispositif 100 et du manche, et permet d’éviter de rajouter des sous-systèmes ou composants pour réaliser cette fonction, notamment des capteurs d’efforts et de couples. L’invention apporte une simplification de l’architecture du dispositif 100, notamment pour des systèmes critiques au sens de la sûreté de fonctionnement. L’invention apporte un gain en fonctionnalité, encombrement, poids, fiabilité et coût. L’invention permet d’associer à des micro-déplacements (variations relatives de position et vitesses) l’intention de l’utilisateur. Le dispositif suivant l’invention est non intrusif et évite un problème d’intégration d’un sous-ensemble tel que par exemple un capteur d’effort.
Ainsi, le principe de l’invention repose sur la déformation élastique de la chaîne de transmission du dispositif 100 soumiseà des efforts (champ de contrainte) et allant du levier 1 au frein 5a et/ou 5b et sur l’exploitation des informations de position/vitesse déjà disponibles dans le système et initialement prévues pour réaliser l’asservissement du moteur et du frein. Cette information étant relativement fine et sensible (> 14 bits de résolution sur 360° , permettant de détecter un mouvement de très faible amplitude) et avec une grande bande passante (> 500Hz) relativement à celle de l’utilisation du mini-manche par un opérateur (< 50Hz), elle peut être exploitée pour détecter de très petits déplacements et surtout des changements de signe sur la vitesse de déplacement du levier 1 , traduisant la volonté du pilote de tirer ou pousser le manche. Les capteurs 4a, 4b peuvent être positionnés entre le frein 5a et/ou 5b et le levier 1 se trouvant en interface avec la main de l’utilisateur, avec à minima une pièce déformable élastiquement entre le frein 5a et/ou 5b et le capteur 4a et/ou 4b. Ainsi, les pièces intermédiaires 101 situées entre le frein 5a et/ou 5b et le capteur 4a et/ou 4b constitueront des éléments déformables qui permettront d’observer un déplacement relatif sur la chaîne de transmission. La barre de torsion de la pièce intermédiaire 101 comprend la partie de l’arbre moteur 31a et/ou 31 b (longueur non nulle 310a d’arbre 31a et/ou longueur non nulle 310b d’arbre 31 b) située entre le capteur 4a et le frein 5a et/ou entre le capteur 4b et le frein 5b dans le premier mode de réalisation des figures 3, 4 et 7 et dans le deuxième mode de réalisation des figures 2 et 8.
La figure 6 illustre ce principe de l’architecture du dispositif 100 dans le premier mode de réalisation des figures 3, 4 et 7. La pièce intermédiaire 101 schématise une barre de torsion permettant une transmission de couple entre le levier 1 (via le joint mécanique 2) et le frein 5a et/ou 5b, ainsi qu’une déformation élastique associée. Lorsque le frein 5a et/ou 5b sera activé, l’effort appliqué sur le levier 1 par la main de l’utilisateur sera transmis au frein 5a et/ou 5b via la barre de torsion de la pièce intermédiaire 101. L’objectif est d’exploiter les informations de position et vitesse relative dans le cas c). Etant donné que le frein 5a et/ou 5b, lorsqu’il a été activé dans le cas b), maintient le système en tension (mécanique), un relâchement du levier 1 par la main de l’utilisateur donnera également lieu à une légère diminution de l’angle ANG1 du levier 1 qui sera détectée selon le cas c) et provoquera la désactivation du frein 5a et/ou 5b. Cela pourra donner lieu à un retour du levier 1 vers sa position PO d’équilibre dans le cas c) puis a) grâce à un couple résiduel appliqué par le moteur 3a et/ou 3b et pourra être détecté par le capteur 4a et/ou 4b. Lorsque l’utilisateur souhaite voir le manche revenir à la position neutre PO (soit sous la seule action du moteur 3a et/ou 3b, soit sous la propre action de l’utilisateur), l’information détectée sur son intention libère le frein 5a et/ou 5b et permet ainsi le retour du levier 1 à la position neutre PO. Sans cette information d’intention détectée, le frein 5a et/ou 5b continuera à être activé dans le cas b), ce qui reviendra à avoir le manche bloqué dans cette zone. Le capteur 4a et/ou 4b détectera ainsi le micro-déplacement occasionné par le relâchement en effort du levier 1 par la main de l’utilisateur dans le cas c), et l’information de signe de la vitesse mesurée par le capteur 4a et/ou 4b permettra de préciser le sens de déplacement du levier 1 (sens de croissance ou de décroissance de l’angle ÀNG1 ).
Il peut y avoir un seuil prescrit S1 de butée virtuelle positif et non nul pour les valeurs positives de l’angle ÀNG1 par rapport à la position neutre prescrite PO, et un seuil prescrit S2 de butée virtuelle négatif et non nul pour les valeurs négatives de l’angle ÀNG1 par rapport à la position neutre prescrite PO. Le seuil S1 peut être égal en valeur absolue au seuil S2, ainsi que représenté à titre d’exemple à la figure 5. Dans d’autres modes de réalisation non représentés, le seuil S1 peut être différent du seuil S2 en valeur absolue.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 6, le premier effort EFF1 peut être linéaire et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 et/ou le troisième effort EFF3 peut être linéaire et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 .
Suivant un autre mode de réalisation, non représenté, le premier effort EFF1 peut être courbe et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 et/ou le troisième effort EFF3 peut être courbe et croissant en fonction de la valeur absolue de l’angle ÀNG1 .
Chaque moteur 3a et/ou 3b, chaque capteur 4a et/ou 4b et chaque frein 5a et/ou 5b peut être doublé par respectivement un autre moteur 3a’ et/ou 3b’, un autre capteur 4a’ et/ou 4b’ et un autre frein 5a’ et/ou 5b’, ainsi que représenté par exemple à la figure 6, pour assurer une redondance et répondre à des aspects de sûreté de fonctionnement. Le capteur 4a’ permet de vérifier si la mesure du capteur 4a est cohérente. Le capteur 4b’ permet de vérifier si la mesure du capteur 4b est cohérente.
Suivant un essai réalisé sur l’exemple suivant de barre de torsion de la pièce intermédiaire 101 , étant un arbre de torsion plein de diamètre 10 mm, de longueur 100 mm, en un matériau en acier INOX de type 15-5 PH ayant un module d’élasticité transversale de 77000 MPa, une limite élastique de glissement de 800 MPa et une limite de rupture 1000 MPa, la contrainte en torsion appliquée à cette barre a été de 150.24 MPa exercé sur l’arbre moteur au niveau du frein, équivalent à environ 200 N d’effort sur le levier 1 , avec un coefficient de sécurité de 1 , un coefficient de concentration de contraintes de 2.95, une contrainte limite de 800 MPa, et la déformation angulaire calculée de la barre a été de 0.758° . Ainsi, pour un effort d’environ 200N appliqué au levier 1 et fourni par le frein, l’arbre de transmission se déformera d’environ 0,7° . Etant donné la sensibilité de la mesure de position d’environ 0,02° (14 bits sur 360° ), la chaîne d’acquisition de position et de vitesse permettra de détecter cette déformation et les mouvements imposés par l’utilisateur sur le levier associé.
Suivant un mode de réalisation, le premier effort résistif EFF1 est croissant en fonction de l’angle ANG1 du levier 1. Bien entendu, le premier effort résistif EFF1 peut ne pas être monotone en fonction de l’angle ANG1 du levier 1 dans d’autres modes de réalisation.
Suivant un mode de réalisation, le troisième effort EFF3 de rappel est croissant en fonction de l’angle ANG1 du levier 1. Bien entendu, le troisième effort EFF3 de rappel peut ne pas être monotone en fonction de l’angle ANG1 du levier 1 dans d’autres modes de réalisation.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le deuxième effort résistif EFF2 est égal à un plateau V2 d’effort résistif, qui est constant en fonction de l'angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO, lorsque cet angle ANG1 croît au- delà du seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle dans le cas b).
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le deuxième effort résistif EFF2 est supérieur ou égal à 1 .5 fois ou à 2 fois la première valeur V1 , notamment supérieur ou égal à 50 N et inférieur ou égal à 200 N. Par exemple, le deuxième effort résistif EFF2 peut être égal à 100 N.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 45° . Le seuil S1 et/ou S2 peut être limité par des butées mécanique.
Suivant un mode de réalisation représenté à la figure 5, le seuil prescrit S1 et/ou S2 de butée virtuelle est supérieur ou égal à 15° et inférieur ou égal à 25° ou à 20° .
On décrira dans toute la suite des modes de réalisation du frein magnétorhéologique 5a, le frein 5b pouvant être de structure et de fonctionnement similaires au frein 5a, en référence aux figures 7, 8, 9, 10a, 10b, 10c, 11 , 12, 13, 14a, 14b et 14c. Un arbre de sortie du frein 5a s’étend directement selon la direction À et est coaxial et fixé à l’arbre 31 a du moteur 3a. Le frein 5a comprend au moins deux première et deuxième pièces 52a et 52b en regard l’une de l’autre et adaptées pour être mises en mouvement l’une par rapport à l’autre. Dans le présent exemple, les pièces 52a et 52b sont adaptées pour tourner autour de la direction À. Par « pièces en regard » on entend qu’au moins une partie des surfaces externes des deux pièces sont face à face sans être en contact. Le frein 5a comprend en outre un volume 53 délimité par les deux pièces en regard, adapté pour recevoir du fluide magnétorhéologique. Le volume 53 est hermétique pour ne pas laisser fuir le fluide magnétorhéologique. On entend par « volume délimité par les deux pièces en regard » que les parties des surfaces des deux pièces qui se situent face à face sont, au moins partiellement et de préférence totalement, en contact avec le volume de fluide magnétorhéologique.
Un principe de fonctionnement du frein est de faire varier la résistance au cisaillement du fluide contenu dans le volume 53, les deux pièces 52a et 52b cisaillant le fluide au cours de leur rotation relative autour de la direction À. Le couple de résistance au cisaillement exercé par le fluide est variable en fonction du champ magnétique.
De préférence, les deux pièces 52a et 52b sont situées l’une en face de l’autre selon la direction À d’extension de l’arbre moteur 31 a. Les deux pièces cisaillent le fluide rhéologique sensiblement perpendiculairement à la direction À de l’arbre moteur 31 a. Pour faire varier le couple de résistance au cisaillement, et réaliser la commande du frein par le calculateur 7, le frein comprend un dispositif de commande ou générateur 54 configuré pour appliquer un champ magnétique variable au sein du volume 53. Ce dispositif de commande ou générateur 54 est commandé par le calculateur 7. Le frein agit directement sur l’arbre moteur 31 a, sans organes mécaniques intermédiaires.
On donne en Figure 9 une vue d’un mode de réalisation du frein magnétorhéologique 5a selon une vue en coupe passant par la direction À. Le frein comprend une enceinte 51 de forme cylindrique et centrée sur l’arbre d’entrée 55 s’étendant selon la direction À. L’arbre d’entrée 55 correspond à l’arbre moteur 31 a du moteur 3a. L’arbre de sortie 56 du frein est de préférence coaxial à l’arbre d’entrée 55. Dans le présent exemple, l’arbre de sortie 56 est fixé au bâti 9. Àu sein du frein 5a, une pluralité de disques de frein sont compris entre une première paroi étanche 580 et une deuxième paroi étanche 581. Le frein comprend une alternance entre une série de disques montés sur un rotor 57 solidaires de l’arbre 55 d’entrée, et une série de disques montés solidaires à l’arbre 56 de sortie. Les disques de frein sont percés en leur centre et de préférence centrés sur la direction À de l’arbre 55. Notamment, le frein comprend un disque 52a solidaire de l’arbre d’entrée et un disque 52b consécutif solidaire de l’arbre de sortie. Les disques 52a et 52b sont ici adaptés pour tourner l’un par rapport à l’autre autour de la direction À, lors d’une rotation de l’arbre de sortie relativement à l’arbre d’entrée. De préférence, le disque 52a est centré sur l’arbre d’entrée 55 et est donc centré sur la direction À. Le disque 52b est de préférence lui aussi centré sur la direction À.
Entre les faces de deux disques de frein consécutifs, on ménage un volume étanche adapté pour recevoir du fluide magnétorhéologique à l’état liquide. Notamment, un volume 53 de fluide est délimité par les faces en regard des disques 52a et 52b. L’étanchéité de chacun des volumes est assurée par des joints d’étanchéité au niveau d’entretoises entre les disques. Le frein comprend une alternance de disques de frein et de volumes de fluide magnétorhéologique à des positions axiales différentes selon la direction À. Dans cet exemple, le volume de fluide compris entre deux faces de disques consécutifs est en contact avec plus de 50% de la surface desdites faces.
Suivant un mode de réalisation, le dispositif de commande ou générateur 54 est disposé à proximité des volumes de fluide. Ici, le dispositif de commande ou générateur 54 est formé de deux bobines s’étendant parallèlement à la direction À au voisinage des disques de frein. La longueur de chacune des bobines est légèrement supérieure à la longueur totale sur laquelle s’étendent les disques de frein. Selon une variante, le dispositif de commande ou générateur 54 peut comprendre en outre un aimant permanent. On a représenté en pointillés à la figure 9 une ligne M de champ généré lorsqu’un courant circule à l’intérieur d’une bobine 54. Le fluide magnétorhéologique peut être admis à l’intérieur du frein par l’intermédiaire de canaux de remplissage non représentés. Le frein 5a peut également comprendre des canaux de refroidissement 591 au voisinage des disques de frein. De l’air peut circuler dans l’enceinte 51 par des conduits d’aération 590.
Le comportement du fluide magnétorhéologique du volume 53 au repos et en présence d’un champ magnétique est schématisé sur les Figures 10a, 10b et 10c. Un fluide porteur 531 , de préférence isolant, renferme une suspension de particules 530. De préférence, les particules sont d’une taille comprise entre 1 et 10 micromètres. Des particules métalliques, par exemple de fer, peuvent être utilisées comme particules magnétiques. Àu repos, le mouvement des particules 530 est aléatoire comme représenté par la flèche de la Figure 10a et les particules n’exercent pas de résistance au cisaillement. Une résistance résiduelle au cisaillement des disques de frein est exercée par le fluide porteur.
La Figure 10b représente l’état du système lorsqu’une force de Lorentz F s’exerce sur les particules 530 du fait du champ magnétique M. Les particules 530 s’alignent sous forme de chaînes de particules parallèles aux lignes de champ magnétique, ce qui accroît la résistance du fluide magnétorhéologique au cisaillement. Le couple résistant du fluide magnétorhéologique dans son ensemble augmente de manière très importante par rapport au couple résistant du fluide porteur seul. Les pièces 52a et 52b cisaillent le fluide confiné dans le volume 53 lorsqu’elles tournent l’une par rapport à l’autre. Lorsque la résistance au cisaillement du fluide magnétorhéologique augmente, comme dans l’état de la Figure 10b, le fluide génère une contrainte de cisaillement au niveau du volume 53. Les mouvements du disque 52a et du disque 52b sont ainsi couplés. Le couple résistant de tous les volumes de fluide, considérés ensemble, peut être suffisant pour coupler l’arbre 55 d’entrée et l’arbre 56 de sortie. Si l’arbre de sortie est fixe, par exemple s’il est fixé au bâti 9 comme dans le présent exemple, l’arbre moteur est freiné, voire bloqué, dans son pivotement selon l’axe de roulis et/ou de tangage.
Sur la Figure 10c, la force de Lorentz subie par les particules 530 est accrue du fait de l’augmentation du champ magnétique. À la figure 10c, un seuil de glissement du fluide magnétorhéologique a été dépassé; les chaînes de particules ne sont plus en mesure de s’aligner selon les lignes de champ, et dérivent dans la direction de la force F, pouvant localement se casser. Le couple résistant exercé sur le levier reste sensiblement constant et un déplacement se produit entre l’entrée et la sortie du frein magnétorhéologique 5a. La résistance au cisaillement exercée par le fluide magnétorhéologique dépend ainsi du champ magnétique, qui est lui-même dépendant du courant appliqué aux bornes des bobines.
On a représenté en Figure 11 la relation entre l’intensité du courant aux bobines (en abscisse) et le couple résistant généré par le frein magnétorhéologique 5a (en ordonnée) selon un exemple. Le frein est dimensionné pour fournir un couple résistant de 20 N.m en fonctionnement optimal à 100% de courant électrique. Pour une tension d’alimentation en courant continu de 36 V, le courant 100% correspond à 0,5 mA. A 0%, il existe une précharge du frein avec un couple d’environ 1 N.m. Le couple augmente ensuite avec l’intensité du courant de manière quasi-linéaire, selon la courbe R. Une approximation linéaire de la courbe R est représentée par la droite R’.
Le contrôle de ce frein 5a est simple puisqu’il suffit de maîtriser le courant circulant aux bornes du dispositif de commande du champ magnétique pour faire varier le couple résistif, dans les limites du seuil de glissement du fluide.
La Figure 12 illustre un autre exemple de frein magnétorhéologique 5a pouvant être utilisé. Dans cet exemple, le frein rhéologique comprend une sphère 62a au centre de laquelle passe l’arbre moteur 31 a du moteur 3a, ledit arbre s’étendant le long de la direction A. Le frein 5a comporte également un socle sphérique 62b recevant la sphère 62a. Un mouvement de pivotement du levier 1 selon l’axe X de roulis entraîne une rotation de l’arbre 31 a autour de la direction À et un mouvement rotatif de la sphère par rapport au socle et/ou un mouvement de pivotement du levier 1 selon l’axe Y de tangage entraîne une rotation de l’arbre 31 b autour de la direction B et un mouvement rotatif de la sphère par rapport au socle. Une partie basse de la sphère 62a, une partie haute du socle 62b et des joints d’étanchéité forment le volume 63 de fluide. Des bobines 64 disposées au voisinage du volume 63 servent de dispositif de commande ou générateur 54 du champ magnétique. Les bobines sont agencées de sorte que les lignes de champ magnétique M passent par une large surface de la sphère 62a. On peut ainsi contrôler la résistance au cisaillement au niveau de la sphère 62a et, par conséquent, moduler le retour d’effort sur le levier.
Selon une variante, un premier arbre d’un moteur de roulis du levier et un deuxième arbre d’un moteur de tangage du levier passent tous deux par la sphère 62a. Si le champ magnétique est suffisant, le frein exerce ainsi un retour d’effort à la fois selon l’axe de roulis et selon l’axe de tangage.
Un autre exemple alternatif de frein magnétorhéologique 5a est illustré en Figure 13. Dans cet exemple, le fluide magnétorhéologique est sollicité en traction et/ou en compression. Le frein 5a comprend deux disques 72a et 72b centrés sur l’arbre moteur 31 a, le disque 72a étant mobile par rapport au disque 72b en translation selon la direction À. Dans cet exemple, le mouvement de pivotement du levier selon l’axe de roulis entraîne un mouvement de translation du disque 72a, un mécanisme de transmission mécanique reliant l’arbre 31 a au levier 1 . Un volume de fluide magnétorhéologique est confiné dans un volume 73 entre les deux disques. Un dispositif de commande ou générateur 54, non représenté sur la figure, est adapté pour générer un champ magnétique sensiblement parallèle à la direction À. Lorsque le champ magnétique est inférieur au seuil de glissement, la résistance du fluide à la traction et à la compression selon la direction À augmente avec le champ magnétique, lui-même dépendant du courant aux bornes du dispositif de commande. Les exemples de freins magnéto-rhéologiques des Figures 7 à 14c se transposent aisément pour des freins électro- rhéologiques. Dans le cas du frein électro-rhéologique, le matériau rhéologique est alors un fluide électro-rhéologique comprenant des particules conductrices en suspension. Le dispositif de commande ou générateur 54 est alors configuré pour appliquer un champ électrique variable au niveau d’un volume de fluide électro- rhéologique du frein électro-rhéologique.
Pour un usage dans un mini-manche de pilotage d’aéronef, le couple de glissement du matériau rhéologique est de préférence compris entre 10 N.m et 100 N.m et encore de préférence entre 10 N.m et 75 N.m. En effet, le couple de glissement doit être inférieur à un couple seuil déterminé par le couple maximal transmissible par un moteur de roulis ou de tangage relié au levier 1. De préférence, le frein 5a doit être capable de restituer un effort résistif entre 100 et 150 Newton, de préférence d’environ 120 Newton, sur le levier.
On a représenté un autre exemple de frein rhéologique 5a sur la Figure 14a. Il s’agit ici d’un frein 5a à poudre. Le matériau rhéologique utilisé dans ce frein est une poudre magnétique. Ce frein 5a est constitué de deux disques de frein 86 et 87 dont l’entrefer est partiellement rempli d’une poudre magnétique dans un volume 83. Les disques sont centrés sur la direction À. Le volume 83 est compris entre une surface radiale externe du rotor 82a et une surface radiale interne du stator 82b. Lesdites deux surfaces s’étendent sensiblement parallèlement à la direction À et se font face. Lorsque le rotor 82a tourne autour de la direction À par rapport au stator 82b, le rotor 82a cisaille la poudre magnétique comprise dans le volume 83, notamment au niveau de dents 85 du rotor. Les dents 85 correspondent à des canaux creusés dans la surface radiale externe du rotor 82a. Lorsque la poudre magnétique n’est pas soumise à un champ magnétique ou est soumise à un champ magnétique négligeable, la poudre magnétique se répartit par gravité dans l’entrefer et génère un faible couple résistant au cisaillement, par friction entre la poudre et le rotor, ainsi qu’illustré par exemple sur la Figure 14b. À l’inverse, lorsqu’on applique un champ magnétique au volume 83, la poudre contenue dans le volume 83 s’aligne selon les lignes de champ. Ainsi, les grains de poudre créent des structures de poudre s’étendant entre les surfaces en regard du rotor 82a et du stator 82b, ainsi qu’illustré par exemple sur la Figure 14c, ces structures exerçant un couple résistif au cisaillement exercé par le rotor 82a, les disques de frein étant ainsi couplés. Le champ magnétique variable est ici exercé par deux bobines 84 commandées électriquement par le calculateur. Les bobines 84 sont agencées par rapport au volume 83 de sorte que les lignes de champ magnétique soient sensiblement perpendiculaires aux surfaces en regard du rotor 82a et du stator 82b. La poudre magnétique contenue en dispersion dans le volume 83 constitue un matériau rhéologique. La résistance de la poudre magnétique au cisaillement exercé par le rotor dépend du champ magnétique qui lui est appliqué, ce champ étant contrôlable électriquement. Plus le champ magnétique exercé par les bobines est important, plus le couple résistif exercé par la poudre magnétique augmente. En revanche, si un couple de glissement est dépassé au niveau du frein à poudre, le couple résistif exercé par la poudre magnétique du volume 83 n’augmente plus avec le champ magnétique, et les disques de frein ne sont plus correctement couplés.
L’invention concerne également un manche actif de pilotage d’aéronef, ce manche comprenant le dispositif 100 d’application d’effort décrit ci-dessus et le levier 1 apte à tourner autour de l’axe de roulis X et de l’axe de tangage Y, le levier 1 étant agencé sur le joint mécanique 2. L’invention concerne également un procédé de contrôle en retour haptique du manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif 100 d’application d’effort décrit ci- dessus.
Dans ce procédé, au cours de l’étape E1 illustrée à la figure 15, un utilisateur exerce une force F1 d’inclinaison sur le manche.
Àu cours de l’étape E2, en réponse à la force F1 d’inclinaison exercée par l’utilisateur sur le manche, le capteur 4a et/ou 4b effectue la mesure de la position angulaire ÀNGX et/ou ÀNGY et/ou ÀNGÀ et/ou ÀNGB et de la vitesse VX et/ou VY et/ou VÀ et/ou VB sur l’axe de roulis X et/ou l’axe de tangage Y et/ou l’arbre moteur 31 a et/ou 31 b.
Àu cours de l’étape E3, le calculateur 7 pilote le frein rhéologique 5a et/ou 5b et le moteur d’effort 3a et/ou 3b en fonction de la position angulaire ÀNGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB et du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesurés par le capteur 4a et/ou 4b, selon les cas a), b) et c) décrits ci-dessus. L’étape E3 peut comporter les sous-étapes suivantes, effectuées par le calculateur 7 : calculer l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ANGX et/ou ANGY et/ou ANGA et/ou ANGB ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b, calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesuré par le capteur 4a et/ou 4b.
L’invention concerne également un programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle décrit ci-dessus, comportant des instructions de code, qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le calculateur 7, mettent en oeuvre les étapes suivantes : calculer l’angle ANG1 du levier 1 par rapport à la position neutre prescrite PO en fonction de la position angulaire ANGX et/ou ÀNGY et/ou ANGA et/ou ANGB ayant été mesurée par le capteur 4a et/ou 4b. , calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle ANG1 du levier 1 en fonction du signe de la vitesse VX et/ou VY et/ou VA et/ou VB, ayant été mesuré par le capteur 4a et/ou 4b, générer les commandes selon les cas a), b) et c) décrits ci-dessus.
Le programme d’ordinateur peut être préenregistré sur une mémoire permanente du calculateur 7. Le calculateur 7 peut être ou comprendre une ou plusieurs machines, un ou plusieurs processeurs, un ou plusieurs microprocesseurs, une ou plusieurs mémoires vives, une ou plusieurs mémoires permanentes. Le calculateur CAL peut comprendre une ou plusieurs interfaces physiques d’entrée de données, une ou plusieurs interfaces physiques de sortie de données. Cette ou ces interfaces physiques d’entrée de données peuvent être ou comprendre un ou plusieurs ports physiques de communication de données, ou autres. Cette ou ces interfaces physiques de sortie de données peuvent être ou comprendre un ou plusieurs ports physiques de communication de données ou autres. Un programme d’ordinateur peut être exécuté sur le calculateur 7 et comporter des instructions de code, qui lorsqu’elles sont exécutées sur celui-ci, mettent en oeuvre tout ou partie du procédé.
Bien entendu, les modes de réalisation, caractéristiques, possibilités et exemples décrits ci-dessus peuvent être combinés l’un avec l’autre ou être sélectionnés indépendamment l’un de l’autre.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (100) d’application d’effort pour un manche de pilotage d’aéronef, le dispositif comprenant :
- un joint mécanique (2) configuré pour recevoir un levier (1 ) de manche de pilotage d’aéronef, le joint mécanique (2) étant mobile en rotation autour d’au moins un axe (X, Y) pris parmi un axe de roulis (X) et un axe de tangage (Y),
- au moins un moteur d’effort (3a, 3b) comprenant au moins un arbre moteur (31a, 31 b) s’étendant selon au moins une direction (A, B) d’actionnement, la rotation de l’arbre moteur (31 a, 31 b) autour de la direction (A, B) d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique (2) autour de l’axe (X, Y), le moteur d’effort (3a, 3b) étant configuré pour exercer un couple résistif sur l’arbre moteur (31 a, 31 b),
- au moins un frein rhéologique (5a, 5b), apte à appliquer un effort résistif sur l’arbre moteur (31 a, 31 b),
- au moins un capteur (4a, 4b) de mesure d’au moins une position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) et d’au moins un signe de la vitesse (VX, VY, VA, VB) sur l’axe (X, Y) et/ou sur l’arbre moteur (31 a, 31 b),
- un calculateur (7) de pilotage du frein rhéologique (5a, 5b) et du moteur d’effort (3a, 3b), caractérisé en ce que le calculateur (7) est configuré pour piloter le frein rhéologique (5a, 5b) et le moteur d’effort (3a, 3b) en fonction de la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) et du signe de la vitesse (VX, VY, VA, VB), ayant été mesurés par le capteur (4a, 4b), pour : a) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) correspond à un angle (ANG1 ) du levier (1 ) par rapport à une position neutre prescrite (PO), inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un premier effort résistif (EFF1 ) en fonction de l’angle (ANG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b), le premier effort résistif (EFF1 ) ayant une première valeur (V1 ) déterminée, non nulle au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) correspond à un angle (ANG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO), qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) et activer le frein (5a, 5b) pour leur faire appliquer sur le levier (1 ) un deuxième effort résistif (EFF2) supérieur à la première valeur (V1 ), c) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) correspond à un angle (ANG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO), qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur
25 (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un troisième effort (EFF3) de rappel en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b).
2. Dispositif suivant la revendication 1 , caractérisé en ce que le premier effort résistif (EFF1 ) est croissant en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ).
3. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième effort résistif (EFF2) est égal à un plateau (V2) d’effort résistif, qui est constant en fonction de l'angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO), qui croît au-delà du seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle.
4. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième effort (EFF3) de rappel est croissant en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ).
5. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième effort résistif (EFF2) est supérieur ou égal à 1.5 fois la première valeur (V1 ).
6. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième effort résistif (EFF2) est supérieur ou égal à 50 N et inférieur ou égal à 200 N.
7. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle est supérieur ou égal à 5° et inférieur ou égal à 45° .
8. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le troisième effort résistif (EFF3) est égal à la première valeur (V1 ) déterminée, non nulle au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle.
9. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le frein rhéologique (5a, 5b) comprend une première pièce (52a), une deuxième pièce (52b) située en regard de la première pièce (52a) et un volume (53) délimité par la première pièce (52a) et par la deuxième pièce (52b), le volume étant adapté pour contenir un matériau rhéologique, la première pièce (52a) étant agencée sur l’arbre moteur (31a, 31 b) et étant mobile en rotation autour de la direction (À, B) d’actionnement par rapport à la deuxième pièce (52b), le dispositif comporte un générateur (54), qui est configuré pour appliquer un champ magnétique variable au sein du volume (53) pour faire varier une résistance du matériau rhéologique au cisaillement et qui est commandé par le calculateur (7).
10. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur (7) est configuré pour calculer l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO) en fonction de la position angulaire (ÀNGX, ÀNGY, ÀNGÀ, ÀNGB) ayant été mesurée par le capteur (4a, 4b).
11. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le calculateur (7) est configuré pour calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) en fonction du signe de la vitesse (VX, VY, VÀ, VB), ayant été mesuré par le capteur (4a, 4b).
12. Dispositif suivant l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il est prévu comme axe (X, Y) l’axe de roulis (X) et l’axe de tangage (Y), il est prévu comme moteur d’effort (3a, 3b) un premier moteur d’effort (3a) comprenant un premier arbre moteur (31 a) s’étendant selon au moins une première direction (À) d’actionnement et un deuxième moteur d’effort (3b) comprenant un deuxième arbre moteur (31 b) s’étendant selon au moins une deuxième direction (B) d’actionnement, la rotation du premier arbre moteur (31a) autour de la première direction (À) d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique (2) autour de l’axe de roulis (X), la rotation du deuxième arbre moteur (31 b) autour de la deuxième direction (B) d’actionnement étant liée à la rotation du joint mécanique (2) autour de l’axe de tangage (Y), le premier moteur d’effort (3a) étant configuré pour exercer un couple résistif sur le premier arbre moteur (31a), le deuxième moteur d’effort (3b) étant configuré pour exercer un couple résistif sur le deuxième arbre moteur (31 b), il est prévu comme frein rhéologique (5a, 5b), un premier frein rhéologique (5a), apte à appliquer un effort résistif sur le premier arbre moteur (31 a) et un deuxième frein rhéologique (5b), apte à appliquer un autre effort résistif sur le deuxième arbre moteur (31 b), il est prévu comme capteur (4a, 4b) de mesure un premier capteur (4a) de mesure d’une première position angulaire (ÀNGX, ÀNGÀ) et d’un signe de la vitesse (VX, VA) sur l’axe de roulis (X) et/ou sur le premier arbre moteur (31 a), et un deuxième capteur (4b) de mesure d’une deuxième position angulaire (ANGY, ANGB) et d’un signe de la vitesse (VY, VB) sur l’axe de tangage (Y) et/ou sur le deuxième arbre moteur (31 b).
13. Manche actif de pilotage d’aéronef, comprenant :
- un dispositif (100) d’application d’effort selon l’une quelconque des revendications précédentes, - un levier (1 ) apte à tourner autour du au moins un axe (X, Y), le levier étant agencé sur le joint mécanique (2).
14. Procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef à l’aide du dispositif (100) d’application d’effort suivant l’une quelconque des revendications 1 à 12, procédé dans lequel un utilisateur exerce une force (F1 ) d’inclinaison sur le manche, caractérisé en ce qu’en réponse à la force (F1 ) d’inclinaison exercée par l’utilisateur sur le manche, le capteur (4a, 4b) mesure la au moins une position angulaire (ÀNGX, ÀNGY, ÀNGÀ, ÀNGB) et le au moins un signe de la vitesse (VX, VY, VÀ, VB) sur le au moins un axe (X, Y) et/ou sur le au moins un arbre moteur (31 a, 31 b) et le calculateur (7) pilote le frein rhéologique (5a, 5b) et le moteur d’effort (3a, 3b) en fonction de la position angulaire (ÀNGX, ÀNGY, ANGA, ANGB) et du signe de la vitesse (VX, VY, VA, VB), ayant été mesurés par le capteur (4a, 4b), pour : a) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) correspond à un angle (ANG1 ) du levier (1 ) par rapport à une position neutre prescrite (PO), inférieur ou égal en valeur absolue à un seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un premier effort résistif (EFF1 ) en fonction de l’angle (ANG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b), le premier effort résistif (EFF1 ) ayant une première valeur (V1 ) déterminée non nulle au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, b) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ÀNGB) correspond à un angle (ANG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO), qui croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) et activer le frein (5a, 5b) pour leur faire appliquer sur le levier (1 ) un deuxième effort résistif (EFF2) supérieur à la première valeur (V1 ), c) lorsque la position angulaire (ANGX, ANGY, ANGA, ANGB) correspond à un angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO), qui décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un troisième effort (EFF3) de rappel en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b).
15. Programme d’ordinateur pour la mise en oeuvre du procédé de contrôle en retour haptique d’un manche de pilotage d’aéronef suivant la revendication 14, comportant des instructions de code, qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le calculateur (7) de pilotage, mettent en oeuvre les étapes suivantes : calculer l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à la position neutre prescrite (PO) en fonction de la position angulaire (ÀNGX, ANGY, ANGA, ANGB) ayant été mesurée par le capteur (4a, 4b),
28 calculer un sens de croissance ou de décroissance de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) en fonction du signe de la vitesse (VX, VY, VÀ, VB), ayant été mesuré par le capteur (4a, 4b), a) lorsque l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à sa position neutre prescrite (PO) est inférieur ou égal en valeur absolue au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un premier effort résistif (EFF1 )en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b), le premier effort résistif (EFF1 ) ayant une première valeur (V1 ) déterminée non nulle au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, b) lorsque l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à sa position neutre prescrite (PO) croît en valeur absolue au-delà du seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) et activer le frein (5a, 5b) pour leur faire appliquer sur le levier (1 ) un deuxième effort résistif (EFF2) supérieur à la première valeur (V1 ), c) lorsque l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) par rapport à sa position neutre prescrite (PO) décroît en valeur absolue en étant supérieur au seuil prescrit (S1 , S2) de butée virtuelle, commander le moteur (3a, 3b) pour lui faire appliquer sur le levier (1 ) un troisième effort (EFF3) de rappel en fonction de l’angle (ÀNG1 ) du levier (1 ) et désactiver le frein (5a, 5b).
16. Aéronef comportant le manche actif de pilotage suivant la revendication 13.
29
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061466B1 (en) * 1999-05-07 2006-06-13 Immersion Corporation Force feedback device including single-phase, fixed-coil actuators
FR3011815A1 (fr) 2013-10-15 2015-04-17 Sagem Defense Securite Dispositif de commande de vol d'un aeronef
WO2020053534A1 (fr) 2018-09-13 2020-03-19 Safran Electronics & Defense Dispositif d'application d'effort pour un mini-manche actif et procédé de contrôle en secours mécanique
WO2021079075A1 (fr) * 2019-10-23 2021-04-29 Safran Electronics & Defense Dispositif d'application d'effort pour manche de pilotage en situation de manque de courant

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7061466B1 (en) * 1999-05-07 2006-06-13 Immersion Corporation Force feedback device including single-phase, fixed-coil actuators
FR3011815A1 (fr) 2013-10-15 2015-04-17 Sagem Defense Securite Dispositif de commande de vol d'un aeronef
WO2020053534A1 (fr) 2018-09-13 2020-03-19 Safran Electronics & Defense Dispositif d'application d'effort pour un mini-manche actif et procédé de contrôle en secours mécanique
WO2021079075A1 (fr) * 2019-10-23 2021-04-29 Safran Electronics & Defense Dispositif d'application d'effort pour manche de pilotage en situation de manque de courant

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