(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステアリング角に係る操作信号を操舵車輪に対する制御指令信号として出力し地上走行中の機体を所望の方向に旋回させる航空機のステアリング角制御システムであって、
機体がスリップをしていないと仮定した場合の基準操舵角を算出する基準操舵角設定部と、該基準操舵角を基に機体のスリップ状態を判定するスリップ検知部と、該スリップ検知部に連動して前記制御指令信号を選択して出力するスイッチ部とを備え、
機体のスリップ状態を検知した時は、ステアリング角に係る操作信号に依らずに、前記基準操舵角に係る信号を前記操舵車輪に対する制御指令信号として出力することにより、操舵車輪角を一定に保持することを特徴とする航空機のステアリング角制御システム。
【請求項２】
前記基準操舵角は、機体の対地速度Ｖと、機体のヨーレートωと、機体の重心と前輪との距離Ｌとによって、Ｌ*ω/Ｖによって決定される請求項１に記載の航空機のステアリング角制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステアリング角に係る操作信号が操舵車輪に対する制御指令信号となり地上走行中の機体を所望の向きに旋回させる航空機のステアリング角制御システムに関し、特に、凍結した路面等の低μ路面における旋回中の機体のスリップ量を最小限に抑え、ステアリング操作による機体の方向制御を可能とする航空機のステアリング角制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電気信号で前車輪を制御する航空機のステアリング角制御システムにおいては、ステアリングホイール又はペダル等によるステアリング操作信号が操舵車輪に対する制御コマンドとなり操舵車輪の角度を変えることにより機体を所望の向きに旋回させている。
図６は、従来のステアリング角制御システム(例えば、特許文献１を参照。)におけるステアリング操作、操舵車輪角および旋回率の相関関係を示す説明図である。ステアリング操作と操舵車輪角は一対一に対応し、パイロットのステアリング操作量が増加するにつれて操舵車輪角も増加することになる。その結果、機体の旋回率も増大する。ところが、航空機が旋回中にスリップを引き起こすと、ステアリング操作量の増加に対し旋回率が減少し機体を所望の向きに操向することが出来なくなり、最悪の場合、機体はいわゆる制御不能状態(操縦不能状態)に陥る。その為、凍結した路面での走行においては、ステアリング操作による方向制御が効かず機体が誘導路を逸脱し或いは、障害物に接触するなどのインシデントがしばしば発生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１３３１８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は凍結した路面等の低μ路面における旋回中の機体のスリップ量を最小限に抑え、ステアリング操作による機体の方向制御を可能とする航空機のステアリング角制御システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記目的を達成するために請求項１に記載の航空機のステアリング角制御システムは、ステアリング角に係る操作信号を操舵車輪に対する制御指令信号として出力し地上走行中の機体を所望の方向に旋回させる航空機のステアリング角制御システムであって、
機体がスリップをしていないと仮定した場合の基準操舵角を算出する基準操舵角設定部と、該基準操舵角を基に機体のスリップ状態を判定するスリップ検知部と、該スリップ検知部に連動して前記制御指令信号を選択して出力するスイッチ部とを備え、
機体のスリップ状態を検知した時は、ステアリング角に係る操作信号に依らずに、前記基準操舵角に係る信号を前記操舵車輪に対する制御指令信号として出力することにより、操舵車輪角を一定に保持することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の航空機のステアリング角制御システムでは、前記基準操舵角は、機体の対地速度Ｖと、機体のヨーレートωと、機体の重心と前輪との距離Ｌとによって、Ｌ*ω/Ｖによって決定されることとした。
上記航空機のステアリング角制御システムでは、対地速度Ｖおよび機体のヨーレートωについては、航空機に備わる計測機器から容易に取得することが出来るため、操舵車輪エンベローププロテクション機能の中核を成す基準操舵角を容易に構成することが出来る。従って、既存のステアリング角制御システムに対する小規模な改修により、本発明の目的を好適に達成することが可能となる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のステアリング角制御システムは、ステアリング角に係る操作信号を操舵車輪に対する制御指令信号として出力する航空機のステアリング角制御システムに、機体がスリップをしていないと仮定した場合の基準操舵角を算出する基準操舵角設定部と、基準操舵角を基に機体のスリップ状態を検知するスリップ検知部と、スリップ検知部と連動して前輪に対する制御指令信号を選択するスイッチ部とから成る操舵車輪エンベローププロテクションを組み込んだ構成である。これにより、パイロットが操作する操舵装置のステアリング角の情報を基に、機体のスリップ状態を検知し、機体のスリップを助長させる過剰なステアリング角が操舵車輪に対し制御指令として伝達されることを阻止し、操舵車輪角を自動的にコントロールすることが可能になる。従って、本ステアリング角制御システムを備える航空機は、地上走行に関し安定した方向制御特性(旋回特性)を有するようになる。従って、パイロットは、路面状態、地上走行の経験・技量に拘わらずに、ステアリング操作による安定した旋回走行を行うことが可能となる。その結果、安定した地上走行が可能となり、パイロットのワークロードが大幅に軽減される。また、パイロットは、本発明の操舵車輪エンベローププロテクション機能により操縦不能状態に陥ることは殆どないため、方向制御が効かず航空機が誘導路を逸脱したり、障害物に接触したりするなどの航空機インシデントが減少し、地上走行における航空機の安全性が大幅に向上することが期待され得る。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のステアリング角制御システムを示す構成説明図である。
【図２】本発明のステアリング角制御システムにおけるステアリング操作、操舵車輪角および旋回率の相関関係を示す説明図である。
【図３】実証試験における目標経路を示す説明図である。
【図４】機体が図３に示す経路を目標にして走行した時のステアリング操作量(実太線)、操舵車輪角度(実線)および旋回速度(点線)の各時系列データを示す説明図である。
【図５】実際の追従経路と目標経路との経路誤差を示す説明図である。
【図６】従来のステアリング角制御システムにおけるステアリング操作、操舵車輪角および旋回率の相関関係を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、図に示す実施の形態により本発明をさらに詳細に説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。
【００１０】
図１は、本発明のステアリング角制御システム１００を示す構成説明図である。
このステアリング角制御システム１００は、パイロットの操作量に応じた前輪に対する制御指令信号(ステアリング角Ｓ)を出力するステアリングホイール１と、走行中の航空機(機体)の対地速度Ｖを計測する慣性センサ２と、機体のヨーレートωを計測する角速度計３と、対地速度Ｖおよびヨーレートωを取り込んで機体がスリップをしていないと仮定した場合のステアリング角SSを算出し、そのステアリング角SSを以て機体がスリップをしているか否かを判定し、そして機体がスリップをしていると判定した場合は、機体のスリップを助長させる過剰なステアリング角Ｓが生じないようにする前輪エンベローププロテクション４とを具備して構成される。なお、ステアリングホイール１は、ハンドル式、レバー式またはペダル式等の操作量に応じたリニアな電気信号を出力するものであれば何でも良い。
【００１１】
前輪エンベローププロテクション４は、上記ステアリング角SSを算出する基準操舵角設定部４１と、上記ステアリング角SSとステアリング角Ｓを基に機体のスリップ状態を検知するスリップ検知部４２と、スリップ検知部４２と連動して前輪（操舵車輪）に対する制御指令信号を選択するスイッチ部４３とから成る。
【００１２】
ここで、このステアリング角制御システム１００の動作を簡単に説明すると、パイロットがステアリングホイール１を操作して出力したステアリング角Ｓの制御指令信号は前輪エンベローププロテクション４のスリップ検知部４２に入力される共に、スイッチ部４３にも入力される。初期状態ではスイッチ部４３のＡ接点が有効となっているため、ステアリング角Ｓが前輪に対する制御指令信号として直接に出力される。他方、そのステアリング角Ｓの制御指令信号を入力したもう一方のスリップ検知部４２は、機体がスリップをしていないと仮定した場合のステアリング角SS(以下、「基準ステアリング角SS」という。)を基準操舵角設定部４１より入力し、基準ステアリング信号SSとステアリング角Ｓとの大小を比較し、ステアリング角Ｓが基準ステアリング角SSより大きい場合は(機体がスリップをしていると判定した場合は)、スイッチ部４３のＢ接点が有効となるように接点を切り換える。これにより、パイロットからの過剰なステアリング角Ｓの制御指令信号が遮断され、前輪(操舵車輪)を駆動するための制御指令信号としては、基準操舵角設定部４１で算出された基準ステアリング角SSがスイッチ部４３のＢ接点を介して出力されることになる。なお、基準ステアリング角SSについては、最新の(Ｖ,ω)に応じた基準ステアリング角SSが出力される形態でも良いし、接点が切り換わる直前の基準ステアリング角SSがラッチされ以後その信号が出力される形態でも良い。
【００１３】
また、機体がスリップをしていないと仮定した場合の上記基準ステアリング角SSは、慣性センサからの対地速度Ｖ、角速度計からの実際のヨーレートω、そして機体重心と前輪間の距離Ｌを用いて、下記の通り求めることが出来る。
SS＝Ｌ×ω／Ｖ
【００１４】
繰り返しとなるが、図２は、上記ステアリング角制御システム１００におけるステアリング操作、操舵車輪角および旋回率の相関関係を示す説明図である。すなわち、機体が正常に旋回している間は、パイロットのステアリング操作量に応じて操舵車輪角は増加する。その結果、パイロットのステアリング操作量に応じて機体の旋回率も増加する。そして、ステアリング角制御システム１００が機体のスリップ状態を検知すると、機体のスリップを助長させる過剰なステアリング角Ｓが前輪に対する制御指令信号として出力されないように、前輪に対する出力ラインの切り換えを行う。その結果、パイロットからの過剰なステアリング角Ｓは前輪に対する制御指令信号として出力されずに、それに代えて基準ステアリング角SSが新たに前輪に対する制御指令信号として出力されるようになる。従って、ステアリング角制御システム１００が機体のスリップ状態を検知すると、操舵車輪角は一定(＝基準ステアリング角SS)に保持・制御される。これにより、機体の旋回率も一定に保持され機体のスリップ量が最小限に抑えられる。従って、パイロットはステアリング操作によって機体の方向制御をすることが出来ないという操縦不能状態から解放されると共にワークロードが好適に軽減されるようになる。なお、上記ステアリング角制御システム１００の実証試験の結果については、図３から図５を参照しながら後述する。
【００１５】
図３は、実証試験における目標経路を示す説明図である。
本発明の効果を確認する実証試験は、機体が所定の条件で図３に示す経路を目標として走行した時の、実際の追従経路と目標経路との経路誤差を測定することにより行われた。
【００１６】
図４は、機体が図３に示す経路を目標にして走行した時のステアリング操作量(実太線)、操舵車輪角度(実線)および旋回速度(点線)の各時系列データを示す説明図である。なお、図４(a)は、本発明に係る前輪エンベローププロテクション４を機能させた場合(プロテクションＯＮ)の各データを示し、同(b)は、本発明に係るエンベローププロテクション４を機能させなかった場合(プロテクションＯＦＦ)の各データを示している。
機体がスリップをしていない正常な状態では、ステアリング操作量と旋回速度はほぼ追従している。すなわち、三種類の線が一致している。
ところが、図４(b)に見られるように、大きくステアリング角を取った結果、機体がスリップを開始すると、ステアリング操作量に旋回速度が追従しなくなる。すなわち、点線が他の２種の線からずれてしまう。
他方、図４(a)に示すように、本発明に係る前輪エンベローププロテクションを機能させた場合は、ステアリング操作量が大きくなっても実際の車輪角度が制限され、スリップしない範囲で旋回速度は車輪角度に追従している。これは、パイロットのステアリング角Ｓの制御指令信号に対して車輪角度が好適に追従・制御され、機体が目標経路に沿って走行していることを示している。
【００１７】
図５は、実際の追従経路と目標経路との経路誤差を示す説明図である。
特に滑りやすい路面において、本発明に係る前輪エンベローププロテクションを機能させることにより、(平均)経路誤差を好適に減少させる結果となった。
【００１８】
このように、本発明のステアリング角制御システム１００は、ステアリング角Ｓに係る操作信号を操舵車輪(前輪)に対する制御指令信号として出力する航空機のステアリング角制御システムに、機体がスリップをしていないと仮定した場合の基準ステアリング角SSを算出する基準操舵角設定部４１と、基準ステアリング角SSを基に機体のスリップ状態を検知するスリップ検知部４２と、スリップ検知部４２と連動して前輪に対する制御指令信号を選択するスイッチ部４３とから成る前輪エンベローププロテクション４を組み込んだ構成である。これにより、パイロットは、路面状態、地上走行の経験・技量に拘わらずに、ステアリング操作による安定した旋回走行を行うことが可能となる。その結果、安定した地上走行が可能となり、パイロットのワークロードが大幅に軽減されるようになる。また、パイロットは、本発明に係る車輪エンベローププロテクション４によって操縦不能状態に陥ることは殆どないため、方向制御が効かず航空機が誘導路を逸脱したり、障害物に接触したりするなどの航空機インシデントが減少し、地上走行における航空機の安全性が大幅に向上することが期待され得る。
そして、上記航空機のステアリング角制御システムでは、操舵車輪の(操舵)角度ではなくパイロットが操作する操舵装置、例えばステアリングホイールの操作量の情報を基に、機体のスリップ状態の検知、ならびにスリップ時における操舵車輪に対する最適な制御指令が成されるようにシステムが構成されている。すなわち、機体が正常に旋回している間は、ステアリング角に係る操作信号が直接に操舵車輪に制御指令信号として出力されるが、機体のスリップ状態が検知されると、ステアリング角に係る操作信号は直接には操舵車輪に制御指令信号として出力されずに、それに代わり基準操舵角(基準ステアリング角)に係る信号が操舵車輪に制御指令信号として出力されることとなる。すなわち、機体のスリップ状態が検知されると、操舵装置のステアリング角は、パイロットのステアリング操作量とは無関係に、ほぼ一定値(＝基準操舵角)に制御される。従って、本ステアリング角制御システムは、機体のスリップ状態を検知すると、機体のスリップを助長させる過剰なステアリング角が操舵車輪に制御指令として伝達されることを阻止する、いわゆる操舵車輪エンベローププロテクション機能を備え、操舵車輪角を自動的にコントロールすることが可能になる。これにより、凍結した路面等の低μ路面における旋回中の機体のスリップ量を最小限に抑え、その結果、ステアリング操作による機体の方向制御を可能にする。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明のステアリング角制御システムは、航空機の操舵車輪のスリップ防止装置に好適に適用することが可能である。
【符号の説明】
【００２０】
１          ステアリングホイール
２          慣性センサ
３          角速度計
４          前輪エンベローププロテクション
４１        基準操舵角設定部
４２        スリップ検知部
４３        スイッチ部
１００        ステアリング角制御システム
【図２】
0005608918.tif 000002
【図３】
0005608918.tif 000003
【図４】
0005608918.tif 000004
【図５】
0005608918.tif 000005
【図６】
0005608918.tif 000006
【図１】
0005608918.tif 000007