Brevet FR2964205A1 — publié le 20120302

L'invention concerne un système de commande pour un aéronef constitué d'au moins deux unités d'organe de commande actives et d'au moins un moyen de couplage. Les aéronefs actuels possèdent un système de commande conçu d'une manière double pour un pilote et un copilote. Dans ce cas, il est approprié d'installer une liaison ou couplage entre les deux unités de commande. Ce couplage synchronise les deux dispositifs de commande pour qu'à chaque instant, l'autre pilote reçoit une information en retour ou répétée se rapportant à des entrées de commande effectuées. La synchronisation est également destinée à éviter des conflits de commande potentiels entre les dispositifs de commande couplés. Dans le cas des organes de commande actifs utilisés, il s'agit de réalisations connues du système de commande de vol électrique, désigné sous les termes de "Fly-by-Wire". Contrairement aux réalisations classiques à manche à balai, dans lesquelles les forces qui agissent pendant le vol sur la tenue ou le comportement de l'avion et sont transférées sous la forme de résistance et déviation à l'unité de commande, cette information en retour ou répétée n'est pas fournie dans les systèmes classiques de commande de vol électrique. En particulier, dans l'aérotechnique, une transmission d'informations haptiques du système de commande est souvent très avantageuse pour le pilote. Les organes de commande actifs permettent la simulation des forces de commande produites et adaptent celles-ci à la situation respective du vol pour fournir ainsi un soutien optimal au pilote. Les informations en retour sont transférées par exemple sous la forme de mouvements ou de signaux au dispositif de commande moyennant quoi est facilitée une réaction intuitive du pilote à la situation de vol respective. En outre, le pilote reçoit une information en retour précise se rapportant aux entrées de commande qu'il a effectuées. Le pilote a donc la possibilité, également lors de l'utilisation d'un système de commande électrique, de sentir le comportement de l'avion pendant le vol. La simulation des forces de commande produites aux différents organes de commande actifs joue un rôle essentiel, également lors du couplage. Pour une simulation réaliste des forces de commande produites, il est approprié de prendre en considération les états des différents organes de commande actifs lors de la simulation des sensations. La présente invention a pour objectif d'indiquer une architecture pour le couplage d'au moins deux unités d'organe de commande actives. Cet objectif est atteint conformément à la présente invention par le système de commande pour un aéronef constitué d'au moins deux unités d'organe de commande actives et d'au moins un moyen de couplage, dans lequel le moyen de couplage génère ou agit sur au moins une valeur de consigne pour la régulation d'au moins une des unités d'organe de commande actives, la valeur de consigne générée ou influencée correspondant à une valeur de consigne de mouvement ou de déplacement d'un régulateur de mouvements ou de déplacements. Selon l'invention, le moyen de couplage génère ou agit sur au moins une valeur de consigne pour l'architecture de régulation d'au moins une des unités d'organe de commande actives, cette valeur de consigne sert à générer des sensations respectivement à simuler des forces de commande produites aux unités d'organe de commande actives du système de commande. La génération de la valeur de consigne ou l'influence sur celle-ci pour l'unité de régulation correspondante des unités d'organe de commande actives a lieu selon l'invention à l'aide d'un moyen de couplage central, la génération de la valeur de consigne respectivement l'influence sur la valeur de consigne produite par une autre unité pouvant être exécutée en fonction des données mises à disposition par les unités d'organe de commande individuelles actives du système. Au moins une unité d'organe de commande active comprend selon l'invention un régulateur de mouvements. La commande des actionneurs/organes de positionnement pour produire les forces de commande sur l'organe de commande actif de l'unité d'organe de commande pour la génération de sensations est réglée par un chemin de régulation qui fonctionne selon le principe d'une régulation de déplacement. D'une manière appropriée, par le moyen de couplage, une valeur de consigne de déplacement peut être générée respectivement par le moyen de couplage, on peut agir sur une valeur de consigne déjà existante qui peut être transférée à au moins un régulateur de mouvements ou de déplacements d'au moins une des unités d'organe de commande actives. De préférence, à chaque unité d'organe de commande active, une valeur de consigne correspondante est transférée. D'une manière particulièrement préférée, chaque unité d'organe de commande présente au moins un régulateur de mouvements ou de déplacements. Pour considérer les états des différentes unités d'organe de commande séparément les uns des autres, il est approprié que le moyen de couplage génère pour chacune des unités d'organe de commande actives au moins une valeur de consigne individuelle, en particulier une valeur de consigne de mouvement individuelle. Au moins une, d'une manière particulièrement préférée toutes les unités d'organe de commande actives couplées comprennent au moins un moyen de génération de sensations, au moins un régulateur, en particulier un régulateur de mouvements et au moins un moyen de détection de grandeurs d'état pour la mesure d'au moins une grandeur d'état de l'organe de commande. Cela correspond à l'architecture minimale du système pour la réalisation d'une unité d'organe de commande active. Les moyens de détection de grandeurs d'état sont réalisés sous la forme d'une sensorique appropriée, qui mesure l'état de l'organe de commande respectivement des actionneurs des organes de commande et qui transmettent les valeurs de mesure au moyen de génération de sensations. Sur la base des grandeurs d'état entrées, à l'intérieur du moyen de génération de sensations, il est produit un jeu de données correspondant pour la génération des sensations. Le régulateur utilisé, en particulier le régulateur de mouvements, commande les actionneurs respectivement organes de positionnement de l'organe de commande en fonction d'une valeur de consigne correspondante pour produire une sensation pour le pilote à l'organe de commande. Il est envisageable qu'au moins une partie des composants des unités d'organe de commande actives soient réunis. En particulier, la composante partielle réunie des unités d'organe de commande peut être intégrée dans le moyen de couplage. La réalisation d'un moyen de génération de sensations central qui est intégré à l'intérieur du moyen de couplage, s'avère également appropriée. Il est également envisageable qu'à chaque unité d'organe de commande active, respectivement une unité de couplage soit attribuée. Les unités de couplage des unités d'organe de commande sont dans ce cas reliées entre elles pour échanger des données pertinentes pour la génération de la ou des valeurs de consigne ou pour agir sur celles-ci. En même temps, une surveillance mutuelle est possible. L'ensemble des unités de couplage individuelles reliées entre elles est appelé généralement le moyen de couplage. Aux unités d'organe de commande actives individuelles sont attribuées fréquemment des compétences différentes. On peut s'imaginer qu'une première unité de commande active soit associée au pilote de l'avion, une deuxième unité d'organe de commande active étant attribuée au copilote. Dans ce cas, il est approprié que le moyen de couplage permette une priorisation des unités d'organe de commande actives, c'est-à-dire qu'il permette de donner différents degrés de priorité aux unités d'organe de commande actives. Par exemple, l'unité d'organe de commande associée au pilote a une plus grande priorité de sorte qu'ainsi les entrées de commande effectuées par cet organe de commande sont considérées comme étant prioritaires. Avantageusement, une ou plusieurs grandeurs d'état intérieures et/ou extérieures des unités d'organe de commande peuvent être transmises au moyen de couplage. Les grandeurs d'état intérieures décrivent l'état de l'organe de commande, c'est-à-dire par exemple la position, l'accélération et la vitesse au moyen desquelles l'organe de commande est déplacé. Dans les grandeurs d'état extérieures se trouvent par exemple des signaux d'unités externes qui ne sont pas ou seulement indirectement en liaison avec l'organe de commande. En font partie par exemple les signaux d'un pilote automatique de l'aéronef respectivement les signaux de commutations, actionneurs, organes de positionnement externes ou analogues. D'autres grandeurs d'état externes possibles décrivent par exemple la vitesse du vol, la hauteur du vol ou la position du vol de l'aéronef à commander. Un avantage essentiel de l'invention résulte du fait que le moyen de couplage utilisé peut être désactivé à tout moment et que les unités d'organe de commande actives couplées peuvent être amenées à fonctionner indépendamment les unes des autres. En particulier dans un cas d'incident ou de panne, une unité d'organe de commande défectueuse peut être désactivée, les unités d'organe de commande qui subsistent restent cependant prêtes à fonctionner et sont entièrement fonctionnelles. Cette réalisation est utilisée de préférence dans des systèmes de commande construits de manière redondante. Pour l'intercommunication entre les unités d'organe de commande actives, avantageusement un système de bus est prévu. Lors d'une réalisation centrale du moyen de couplage, il y a une communication des unités d'organe de commande actives par le système de bus avec le système de couplage. Dans le cas d'une répartition du moyen de couplage en unités de couplage individuelles, attribuées aux unités d'organe de commande actives couplées, il y a une communication directe entre les unités d'organe de commande respectivement les unités de couplage. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure 1 est un synoptique modulaire d'une unité d'organe de commande active, et - la figure 2 représente un système de commande 20 avec des unités d'organe de commande actives. La figure 1 représente un synoptique modulaire d'une unité d'organe de commande active. L'architecture comprend un organe de commande déplaçable mécaniquement sous la forme d'un manche à balai 10 qui est en liaison 25 mécanique avec au moins un organe de positionnement 30 ou au moins un actionneur actif 40. L'actionneur 40 est réalisé de préférence sous forme de moteur électrique dont l'arbre d'entraînement provoque par une structure d'engrenages une force mécanique sur le manche à balai 10 30 et produit un mouvement du manche à balai. Etant donné que le manche à balai 10 est déplaçable librement autour d'un nombre sélectif d'axes, il est prévu par axe un organe de positionnement 30 respectivement actionneur 40. L'architecture comprend en outre des moyens de 35 détection 20 qui sont disposés à la mécanique du manche à balai et qui servent à déterminer la position de réglage actuelle du manche à balai 10. Des paramètres, comme la vitesse, l'accélération et la force qui, lors d'un actionnement du manche à balai 10, agissent sur celui-ci, peuvent être déterminées par ces moyens de détection 20. Une autre sensorique détermine les grandeurs d'état actuelles 31, 41 des actionneurs 40 respectivement organes de positionnement 30 utilisés pour la commande du manche à balai 10. Pour produire la contre-réaction réglée électroniquement en fonction de l'actionnement du manche à balai, le moyen de génération de sensations 50 est utilisé. A l'entrée du moyen de génération de sensations 50 s'appliquent les signaux produits par les capteurs des grandeurs d'état internes 20, 31, 41. En outre, le régulateur de position 70 revient, côté entrée, sur les lignes de signaux précitées des capteurs. Pour prendre en considération la position de vol actuelle de l'aéronef, des grandeurs d'état externes 90 sont détectées en outre par des systèmes de capteurs externes et sont transmis au moyen de génération de sensations 50. Parmi les grandeurs d'état externes 90 se trouvent par exemple la vitesse de vol actuelle, la hauteur de vol, l'angle de volet réglé ainsi que les données de mesure des gyroscopes utilisés dans l'avion et les signaux correspondants du pilote automatique. Le modèle d'organe de commande virtuel 60 est basé en règle générale sur un modèle mathématique qui simule un manche à balai virtuel. Le modèle d'organe de commande 60 génère, en considérant les grandeurs d'état entrantes 20, 31, 41, une multitude de valeurs de simulation qui comprennent une positon virtuelle ainsi que d'autres grandeurs auxiliaires du manche à balai 10. Les données de simulation sont transmises au régulateur de position 70 ainsi qu'au moyen de génération de sensations 50. Par exemple, on peut renoncer à une mesure explicite de certaines grandeurs d'état étant donné que celles-ci peuvent être calculées à l'aide du modèle d'organe de commande virtuel 60 en prenant en considération les grandeurs d'état entrantes 20, 31, 41. En utilisant le modèle d'organe de commande virtuel 60, théoriquement on peut renoncer complètement à une 5 mesure de force ou une régulation de force. Le moyen de générateur de sensations 50 génère à partir des grandeurs d'état entrées 20, 31, 41 des capteurs, des grandeurs d'état et auxiliaires virtuelles du modèle d'organe de commande virtuel 60 et des 10 grandeurs d'état externes 90 une position de consigne pour le manche à balai 10. La position de consigne peut être produite en utilisant une ligne caractéristique stockée ou un modèle de sensations, où les lignes caractéristiques ou modèles de sensations sont à associer 15 à différentes caractéristiques de comportement. Par exemple, on cite l'utilisation d'un modèle ressort-masse ou d'une ligne caractéristique de position de force sélective qui définit en fonction d'une grandeur d'état de force entrée une position de consigne prédéfinie pour 20 le manche à balai 10. D'autres réalisations utilisent une ligne caractéristique de vitesse d'amortissement ou bien simulent une fonction de positionnement et/ou de percée et/ou de limitation de position et/ou d'arrêt en douceur et/ou un modèle de frottement et/ou un décalage de force 25 ou de position et/ou une limitation de force et/ou de vitesse. A l'entrée réelle du régulateur de position 70 s'appliquent les grandeurs d'état 20, 31, 41 de l'organe de commande 10 ainsi que des actionneurs 40. En prenant 30 en considération la position de consigne produite par le moyen de génération de sensations 50 et en prenant en considération les grandeurs auxiliaires virtuelles déterminées par le modèle d'organe de commande virtuel 60, il est produit une grandeur de positionnement 35 correspondante 71 pour les organes de positionnement 30 de l'architecture de l'organe de commande. La grandeur de positionnement 71 renferme par exemple des tensions de commande, courants de commande et autres grandeurs de commande sélectives pour la commande du moteur ou de l'organe de positionnement. Pour des raisons de technique de sécurité, le système de manche à balai comporte un moyen de consolidation ou de surveillance 80 qui surveille les grandeurs produites du régulateur de position 70 ainsi que les grandeurs produites du moyen de génération de sensations 50 et du modèle d'organe de commande virtuel 60 et les soumet le cas échéant à une vérification de plausabilité. Les données respectives du moyen de surveillance ou de consolidation 80 sont transmises en option par un élément d'affichage d'une manière acoustique ou optique en tant que messages d'état. Etant donné qu'un aéronef est équipé fréquemment pour des motifs de redondance de plusieurs unités d'organe de commande selon la figure 1, il faut qu'il existe entre les systèmes utilisés un couplage. La communication entre les unités est réalisée par une liaison de signalisation électrique. Entre les architectures de commande des unités couplées sont échangés entre autres des messages d'état du moyen de surveillance ou de consolidation ou bien les grandeurs d'état utilisées des actionneurs respectivement organes de positionnement et des organes de commande. Alternativement, une multitude d'organes de commande ou d'unités d'organe de commandes est utilisée non pas pour des raisons de redondance mais pour la mise en oeuvre ou l'accomplissement de diverses tâches de commande. Par exemple, un manche latéral sert à exécuter un mouvement de roulis et de tangage d'un hélicoptère, tandis qu'un deuxième manche latéral commande le mouvement vertical. Ici également, une génération de sensations synchronisée sur les deux manches ainsi que l'échange de divers messages d'état et de grandeurs d'état est absolument requise. Un exemple du couplage inventif de diverses unités d'organe de commande actives ressort de la figure 2. L'architecture 200 est constituée d'une multitude de systèmes partiels n qui sont couplés les uns aux autres par le mécanisme de couplage 100. Les systèmes partiels individuels 1 à n sont tous réalisés selon l'exemple de réalisation de la figure 1. Les grandeurs d'état individuelles Z1 à Zn qui caractérisent l'état de l'organe de commande respectif des systèmes partiels 1 à n sont communiquées au mécanisme de couplage 100. En outre, les grandeurs d'état externes Z1 à Zn externes, qui contiennent les informations du pilote automatique ou se rapportant à la situation de vol actuelle de l'aéronef sont communiquées également au mécanisme de couplage. Sur la base des grandeurs d'état internes et externes acheminées, il est généré pour chaque système partiel 1 à n une grandeur de couplage/grandeur de consigne adaptée 1 à n ou bien une grandeur de consigne déjà existante est modifiée ou influencée et est amenée au système partiel 1 à n. En particulier, la grandeur de couplage respectivement la valeur de consigne est transmise au trajet de régulation des systèmes partiels 1 à n, où le trajet de régulation repose sur le principe d'une régulation de position, comme cela a déjà été expliqué en détail à l'aide de la figure 1. La régulation de la génération de sensations pour chaque système partiel 1 à n a donc lieu en fonction des grandeurs d'état des systèmes partiels restants 1 à n. Le nombre des systèmes partiels couplés n'est pas limité à une limite supérieure. Par principe, des systèmes partiels individuels peuvent être découplés ou désactivés sélectivement sans nuire pour autant au fonctionnement global du système de commande 200. Une fonction automatique des systèmes partiels individuels 1 à n est également envisageable. Le couplage a lieu dans ce cas seulement en cas de besoin. Les systèmes partiels individuels 1 à n peuvent être conçus d'une manière redondante ou peuvent également assurer des plages de tâches différentes à l'intérieur du système de commande 200. Dans l'exemple de la figure 2, un seul mécanisme de couplage est représenté. Par principe, la réalisation du système de commande 200 peut avoir lieu avec une multitude de mécanismes de couplage décentrés. Dans ce cas, chaque système partiel 1 à n présente un mécanisme de couplage propre, celui-ci devant être câblé par un système de bus avec les systèmes partiels 1 à n à coupler. Ce couplage également peut être séparé à tout moment par le mécanisme de couplage de sorte que chaque système partiel fonctionne indépendamment.15 REVENDICATIONS1. Système de commande (200) pour un aéronef, constitué d'au moins deux unités d'organe de commande actives (10) et d'au moins un moyen de couplage (100), caractérisé en ce que le moyen de couplage (100) génère ou agit sur au moins une valeur de consigne pour la régulation d'au moins une des unités d'organe de commande actives (10), la valeur de consigne générée ou influencée correspondant à une valeur de consigne de déplacement pour un régulateur de déplacement. 2. Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chacune des unités d'organe de commande actives (10), au moins une valeur de consigne individuelle peut être générée ou influencée. 3. Système de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une des unités d'organe de commande actives (10)comprend au moins un générateur de sensations (50), au moins un régulateur (70), en particulier un régulateur de déplacement et au moins un moyen de détection de grandeurs d'état pour la génération d'au moins une grandeur d'état. 4. Système de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'au moins une partie des composants des unités d'organe de commande actives (10) est réunie et est intégrée en particulier dans le moyen de couplage (100). 5. Système de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de couplage (100) permet de donner différents degrés de priorité aux unités d'organe de commande actives. 6. Système de commande selon l'une des 35 revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une ou plusieurs grandeurs de valeur de consigne, en partiedifférentes, peuvent être générées par le moyen de couplage (100). 7. Système de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que peuvent être acheminées au moyen de couplage (100) une ou plusieurs grandeurs d'état internes et/ou externes (Z1 ... Zn ; Zlextern --- Znextern) la grandeur de valeur de consigne respective pouvant être générée ou influencée à partir d'une ou de plusieurs de ces grandeurs d'état. 8. Système d'organe de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le moyen de couplage (100) peut être désactivé à tout moment, et en ce que les unités d'organe de commande actives (10) peuvent être amenées à fonctionner indépendamment. 9. Système de commande selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un système de bus est prévu pour la communication entre les unités d'organe de commande actives (10)et le moyen de couplage (100). 10. Aéronef avec un système de commande selon l'une des revendications précédentes.