(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビークル速度を制御する制御システム（１００）において、
中間地点の要求到着時刻（ＲＴＡ）を受信するように構成された入力装置（１１４）と、
前記入力装置に通信可能に接続され、ＲＴＡ誤差が到着予定時刻（ＥＴＡ）と前記ＲＴＡとの差を示し且つＲＴＡ許容差が受信した前記ＲＴＡに関する要求時間正確度を示すとき、前記ＲＴＡ誤差及び前記ＲＴＡ許容差を使用してオートスロットル制御の動的調整可能範囲である速度制御許容差を自動的に判定するようにプログラムされたプロセッサ（１０４）と、
前記プロセッサに通信可能に接続され、推力制御信号をビークルの推進エンジンへ送信すること及び抗力制御信号をビークルの抗力装置へ送信することのうち少なくとも一方を実行するように構成された出力装置と、
を具備する制御システム（１００）。
【請求項２】
実際の対気速度と目標対気速度との差が前記速度制御許容差より大きい場合、前記プロセッサ（１０４）は、前記オートスロットル制御をアイドリングに設定するようにプログラムされる請求項１に記載の制御システム（１００）。
【請求項３】
実際の対気速度と目標対気速度との差が前記速度制御許容差以下である場合、前記プロセッサ（１０４）は、前記ビークル速度を制御するために前記オートスロットル制御を設定するようにプログラムされる請求項１または２に記載の制御システム（１００）。
【請求項４】
前記プロセッサ（１０４）は、前記ビークル速度を所定の最低速度に制御するために前記オートスロットル制御を設定するようにプログラムされる請求項１から３のいずれかに記載の制御システム（１００）。
【請求項５】
前記速度制御許容差は、最小速度許容差、第１の係数によりスケーリングされた前記ＲＴＡ誤差及び第２の係数によりスケーリングされた前記ＲＴＡ許容差の逆値のうち最大の値を示す請求項１から４のいずれかに記載の制御システム（１００）。
【請求項６】
前記ＲＴＡ時間許容差はユーザにより選択可能である請求項５に記載の制御システム（１００）。
【請求項７】
前記プロセッサ（１０４）はアイドリング降下パスモード又は速度制御モードを選択するようにプログラムされ、前記アイドリング降下パスモードは、前記ビークル速度を制御するために前記ビークルのピッチを使用し、且つ前記速度制御モードは、前記ビークル速度を制御するためにエンジン推力及び利用可能抗力のうち少なくとも一方を使用する請求項１から６のいずれかに記載の制御システム（１００）。
【請求項８】
ビークルを移動するために指令された量の推力を発生するように構成された推進エンジン（１１０）と、
前記ビークルに接続され、前記ビークルの抗力プロファイル及び前記ビークルの制動のうち少なくとも一方を制御するように構成された抗力装置と、
中間地点の要求到着時刻（ＲＴＡ）を受信するように構成された入力装置（１１４）と、
前記推進エンジン及び前記抗力装置のうち少なくとも一方に通信可能に接続された制御システム（１００）であって、前記入力装置に通信可能に接続されたプロセッサ（１０４）を具備し、ＲＴＡ誤差が到着予定時刻（ＥＴＡ）と前記ＲＴＡとの差を示し且つＲＴＡ許容差は前記ＲＴＡに関する要求時間正確度を示すとき、前記プロセッサが、前記ＲＴＡ誤差及び前記ＲＴＡ許容差を使用してオートスロットル制御の動的調整可能範囲である速度制御許容差を自動的に判定するようにプログラムされる制御システム（１００）と、
前記プロセッサに通信可能に接続され、推力制御信号を前記推進エンジンへ送信すること及び抗力制御信号を前記抗力装置へ送信することのうち少なくとも一方を実行するように構成された出力装置と、
を具備するビークル。
【請求項９】
実際の対気速度と目標対気速度との差が前記速度制御許容差より大きい場合、前記プロセッサは（１０４）は前記オートスロットル制御をアイドリングに設定するようにプログラムされる請求項８に記載のビークル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に時間ベースビークル管理システムに関し、特に、到着時刻制御を使用する垂直航法(vertical navigation)の方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、航空機は緯度、経度及び高度の３つの次元で制御される。更に最近になって、第４の次元である時間に基づいて航空機を制御する機能は、高度な空域管理を可能にし、その結果、キャパシティを増加することがわかった。時間ベース到着管理の使用により、従来と比較して早い段階での着陸時刻の割り当て及び効率のよい滑走路利用が容易になる。各航空機が燃料消費に関して最適の飛行プロファイルを使用して所望の着陸時間を判定可能であれば、経済面でも有益である。しかし、定義された幾何降下プロファイルがないため、現在の垂直航法制御アルゴリズムは、固定スロットル設定（通常はアイドリング）を維持しつつ昇降舵を所定の垂直パス又は所定の垂直速度に制御する法則を使用する。この制御方法を使用した場合、速度は広い数値範囲にわたり変動するので、航空機の下流側の各地点の到着予定時刻（ＥＴＡ）は変動し、不正確になる。これは、要求到着時刻（ＲＴＡ: Required Time-of-Arrival）又は制御到着時刻（ＣＴＡ）と通常呼ばれる航空機の時間的制約の厳守に悪影響を与える。
【０００３】
航空機の降下軌道は、通常、着陸地点から降下が開始される地点（降下最上位置（Ｔ／Ｄ）と呼ばれる）までさかのぼって機上フライトマネジメントシステム（ＦＭＳ）により構成される。この計算上の軌道の垂直部分は以下の３つの基本部分から構成される。
【０００４】
１）進入セグメント‐これは降下の最も低高度の部分であり、高揚力装置装置及び着陸装置の引き出しを伴う最終着陸速度への減速を含む。
【０００５】
２）幾何セグメント‐これは降下の中央部分であり、全ての高度制約を厳守することを試みる線の幾何学的シーケンスとして計算される。このセグメントを要求する高度制約がない場合、このセグメントは存在しなくてもよい。
【０００６】
３）アイドリングセグメント‐これは降下の上方部分であり、降下目標速度及びアイドリング推力を想定して計算される。このセグメントの計算において、推定（「予想」）風及び推定温度が想定される。
【０００７】
航空機が軌道のアイドリングセグメントを飛行している場合、スロットルはアイドリング設定で固定されており、アルゴリズムは昇降舵を事前定義済み垂直パス案内モード（ＶＰＡＴＨ）に制御する。しかし、垂直パスの計算には推定パラメータ（特に風及び温度）が使用されるので、それらの推定パラメータと実際に航空機が遭遇している値とが異なる場合、航空機の速度は、パス計算で使用された目標速度から外れる。
【０００８】
従来の垂直航法戦略において、実際の対気速度と目標対気速度との差を０にするためにスロットル設定（実際の対気速度が目標を下回る場合）を上昇させるか又は抗力を追加（自動的に又は乗員に促すことにより）する前に、実際の対気速度は、事前に設定された値（典型的な値は１５ノットである）だけ目標対気速度から外れることを許容される。しかし、誤差を修正する前に目標速度に関するそのように大きな許容差を使用すると、航空機前方の時間的制約に正確に適合することは非常に難しくなる。更に、実際の対気速度と目標対気速度がこの事前設定値だけ異なり且つ制御戦略がこの速度誤差を０にするように変更される場合、大量の推力又は抗力が必要とされる。これに代わる周知の垂直航法制御戦略は、航空機の実際の高度が現在の水平面内位置で指定垂直パス位置からある範囲内に入っている間はアイドリング推力設定を保持し、昇降舵を使用して速度を制御する。実際の高度の偏差がこの値を超えた場合、制御戦略は目標速度を維持しつつ指定垂直パスを回復するように変更される。しかし、対地速度（到着時刻に直接影響する）は対気速度のみならず、高度にも依存するため、高度帯があまりにも広い場合、この方法も到着時刻制御に悪影響を及ぼす。逆に、高度帯があまりにも狭い場合には、航空機のピッチが絶えず変動するので、航空機の乗客の乗り心地に悪影響が及ぶ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１１２５３５号明細書
【発明の概要】
【００１０】
一実施形態において、ビークル速度を制御する制御システムは、中間地点の要求到着時刻（ＲＴＡ）を受信するように構成された入力装置と、入力装置に通信可能に接続されたプロセッサとを含む。プロセッサは、ＲＴＡ誤差及びＲＴＡ許容差を使用してオートスロットル制御の動的調整可能が速度制御許容差を自動的に判定するようにプログラムされる。ＲＴＡ誤差は、到着予定時刻（ＥＴＡ）とＲＴＡとの差を示す。速度制御許容差は、ビークル速度プロファイルに関する許容差範囲を示す。ＲＴＡ許容差は、指定されたＲＴＡに関する時間正確度を示す。制御システムは、プロセッサに通信可能に接続された出力装置を更に含み、出力装置は、推力制御信号及び抗力制御信号のうち少なくとも一方をビークル速度制御システムへ送信するように構成される。
【００１１】
別の実施形態において、降下中の航空機の速度を制御する方法は、到着予定時刻（ＥＴＡ）と要求到着時刻（ＲＴＡ）との差を示す軌道に沿ったＲＴＡ誤差を判定することと、ＲＴＡ誤差を使用して速度制御許容差の動的調整可能範囲を判定することと、ＲＴＡ誤差及び速度制御許容差を使用して航空機の速度を制御することとを含む。
【００１２】
更に別の実施形態において、ビークルは、ビークルを移動するために指令された量の推力を発生するように構成された推進エンジンと、ビークルに接続され、ビークルの抗力プロファイル及びビークルの制動のうち少なくとも一方を制御するように構成された抗力装置とを含む。ビークルは、中間点の要求到着時刻（ＲＴＡ）を受信するように構成された入力装置と、推進エンジン及び抗力装置のうち少なくとも一方に通信可能に接続された制御システムとを更に含む。制御システムは、入力装置に通信可能に接続されたプロセッサを含み、プロセッサは、ＲＴＡ誤差及び速度制御許容差を使用してオートスロットル制御の動的調整可能範囲を自動的に判定するようにプログラムされる。ＲＴＡ誤差は、到着予定時刻（ＥＴＡ）とＲＴＡとの差を示す。速度制御許容差は、ビークル速度プロファイルに関する許容差範囲を示す。ビークルは、プロセッサに通信可能に接続された出力装置を更に含み、出力装置は、推力制御信号を推進エンジンへ送信すること及び抗力制御信号を抗力装置へ送信することのうち少なくとも一方を実行するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
図１〜図３は、本明細書において説明される方法及び装置の例示的な実施形態を示す。
【図１】図１は本発明の例示的な一実施形態に係るビークル速度制御システムを示した概略ブロック図である。
【図２】図２は軌道に沿って移動する間の時間経過に伴うビークル速度誤差を示したグラフである。
【図３】図３は本発明の例示的な一実施形態に係る降下中の航空機の対気速度を制御する方法を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の詳細な説明は本発明の実施形態を実施例によって示し、本発明を限定するものではない。本発明は、工業、商業及び居住の用途においてビークルを制御する体系的且つ組織的な実施形態に一般に適用されると考えられる。
【００１５】
本明細書において、特に指示のない限り、単数形で示される要素又はステップは複数の要素又はステップを除外しないと理解すべきである。更に、本発明の「一実施形態」という場合、その実施形態は、そこに挙げられている特徴を同様に含む付加的な実施形態の存在を除外すると解釈されないことを意図する。
【００１６】
図１は、本発明の例示的な一実施形態に係るビークル速度制御システム１００を示した概略ブロック図である。種々の実施形態において、ビークル速度制御システム１００はフライトマネジメントシステム（ＦＭＳ）（図示せず）の一部であってもよい。他の種々の実施形態において、ビークル速度制御システム１００は独立システムであってもよい。例示的な本実施形態において、ビークル速度制御システム１００は、メモリ装置１０６に通信可能に接続されたプロセッサ１０４を具備するコントローラ１０２を含む。コントローラ１０２は、エンジン１１０及び／又は制動システム１１２を使用してビークル（図示せず）の速度を制御するためにオートスロットル信号を発生するように構成された速度制御システム１０８に通信可能に接続される。コントローラ１０２は、１つ以上の入力装置１１４又は他のビークルシステム１１５から入力信号を受信するように構成される。入力装置１１４は手動操作入力装置１１６と、例えばエンジン１１０又はビークルのパラメータに関連する信号を供給するセンサ１１８とを含んでもよい。本明細書において使用される場合の用語「手動操作入力装置」は、キーボード、マウス、トラックボール、タッチパッド、ポインティングスティック、グラフィックスタブレット、ジョイスティック、運転シミュレータ装置又は飛行シミュレータ装置、シフトレバー、ハンドル、ペダル、ハプティックグローブ及びジェスチャインタフェースなどの人間と直接対話するコンピュータ装置を示すが、手動操作入力装置１１６はこれらの装置に限定されない。
【００１７】
動作中、プロセッサ１０４は入力装置１１４、ビークルシステム１１５及び／又はメモリ装置１０６から入力を受信し、エンジン１１０及び／又は制動システム１１２を使用してビークル速度を制御するための信号を発生する。発生された信号は、ガスタービンエンジンの推力、電動機のトルク及び／又は速度、あるいは内燃機関の動力出力を制御するために使用されてもよい。
【００１８】
図２は、軌道に沿って移動する間の時間経過に伴うビークル速度誤差を示したグラフ２００である。例示的な本実施形態において、グラフ２００は、時間の単位で目盛付けされたｘ軸２０２及び速度の単位で目盛付けされたｙ軸２０４を含む。既存の旧速度誤差境界軌跡２０６は、先に一定速度誤差値として説明された従来の速度誤差境界であり、この例では１５ノットである。旧速度誤差軌跡２０８は、従来の速度制御システムにおいて誤差を減少するようにビークル速度を調整するための修正動作が実行される前に速度誤差の広範囲にわたる変動が許容されることを示し、この場合は１５ノットまでの変動が許容される。グラフ２００は、本発明の例示的な一実施形態に従って判定される速度誤差境界軌跡２１０を含む。可変速度誤差境界はビークル速度をより厳密に制御させるので、指定中間点における到着時刻を更に正確に推定できる。速度誤差軌跡２１２は、動的調整可能なビークル速度誤差境界軌跡２１０に基づいてビークル速度誤差が相対的に小さい許容差に限定されることを示す。
【００１９】
本発明の実施形態は、アイドリング降下パスモードから速度制御モードに変更するためのオートスロットル論理並びにビークル速度を低下するための付加的な抗力又は制動の要求に対して動的調整可能ウィンドウを定義する。時間に合わせてより適切な制御を実行できるように、この動的調整可能ウィンドウはＲＴＡ誤差及び時間誤差許容差の双方の関数である。ＲＴＡモードが実行中であり、且つ垂直偏差（航空機の高度−所望の垂直パス高度）が事前定義済み閾値より小さい場合、垂直航法制御論理は昇降舵制御を所望の垂直パス（ＶＰＡＴＨ）又は垂直速度（ＶＳ）に設定し、一方、オートスロットルは次のように設定される。
【００２０】
deltaspeed >-Speed Control Toleranceであれば、
オートスロットルはアイドリングに設定される
deltaspeed <=-Speed Control Toleranceであれば、
deltaspeed= c3になるまで、オートスロットルを、速度が増加するように制御する。
ここで、
deltaspeed：  実際の対気速度−目標対気速度、
Speed Control Tolerance：  max(minSpeedTol, c1*ETA-RTA,-c2*RTA Time Tolerance) 
minSpeedTol：  スロットル調整前の最小許容速度誤差、
c1、c2、c3：  事前に設定されたか又は時間適応可能な正の定数
この方法を使用して、速度を制御するために相対的に小さい最小速度許容差を使用できる。しかし、ＲＴＡがＥＡＲＬＹミスになると予測される場合（従って、ＥＴＡ＜ＲＴＡ又はＥＴＡ−ＲＴＡ＜０の場合）、Speed Control Tolerance式の第２項は実際の対気速度を目標対気速度より大幅に低くさせるので、必然的に航空機は更に減速し、その結果、ＥＡＲＬＹ誤差の大きさは減少される。Speed Control Tolerance式の第３項はＲＴＡ制御の許容差を考慮に入れているので、大きなＲＴＡ誤差でも受け入れ可能である場合、非常に厳密な速度制御は使用されない。この方法は降下中の速度制御を時間制御の重要性に適応させる。
【００２１】
グラフ２００に示されるように、当初、時間t0においてＲＴＡ誤差は約１６秒ＥＡＲＬＹであり、速度誤差境界は−８ノットである。オートスロットルはアイドリング降下パスモードにあるので、実際の対気速度と目標対気速度との差は負の方向に増加する（すなわち実際の対気速度は目標対気速度より低い）。航空機は目標速度より低速で飛行中であるため、ＲＴＡ中間点における到着予定時刻は遅くなり、その結果、ＥＡＲＬＹ誤差の大きさは減少する（ＥＴＡはＲＴＡに近づく）。ＥＡＲＬＹ誤差の大きさが小さくなるにつれて、速度境界の大きさも同様に減少する。最終的に、時間t1において速度誤差は制御境界と等しくなり、この時点でオートスロットル制御は目標速度まで速度を上げる制御に切り替わる。これは、速度誤差の方向が反転すること及び大きさが減少して、時間t2で０誤差に近づくことにより示される。速度誤差制御境界がminSpeedTol２１４（図２では２ノット）により限定されるまで、ＲＴＡ誤差の大きさも同様に減少している。これは−１５ノットの旧速度誤差制御境界とは対照的である。図示されるように旧制御境界は一定であるため、速度誤差の大きさは著しく増加するので、オートスロットル制御が速度モードに切り替わる前に大きな時間誤差が累積してしまう。
【００２２】
速度誤差が正である場合にも適応速度制御許容差は使用されてよい。軌跡は軌跡２１０及び２１２の鏡像に類似する。一実施形態において、実際の対気速度が目標を上回る場合、追加抗力を発生し且つビークルを減速するために、オートスロットル制御アルゴリズムは自動的に切り替わる。他の種々の実施形態において、実際の対気速度が目標を上回る場合、オートスロットル制御は自動的に切り替わらず、対気速度を減少するために抗力を追加することを乗員に促すようにコントローラ１０２はプログラムされてもよい。このプロンプトを発行する前の速度誤差の旧許容差は、同様に１５ノットである。しかし、以下の論理を使用してメッセージが発行されてもよい。
【００２３】
deltaspeed > Speed Control Toleranceである場合、
deltaspeed <= c3になるまで、「MORE DRAGメッセージ」を発行する
ここで、deltaspeed、Speed Control Tolerance及びc3は先に定義した通りである。
【００２４】
図３は、本発明の例示的な一実施形態に従って降下中の航空機の対気速度を制御する方法３００を示したフローチャートである。例示的な本実施形態において、方法３００は、軌道に沿った要求到着時刻（ＲＴＡ）誤差を判定すること３０２を含む。尚、ＲＴＡ誤差は到着予定時刻（ＥＴＡ）とＲＴＡとの差を示す。方法３００は、ＲＴＡ誤差を使用して速度制御許容差の動的調整可能範囲を判定すること３０４と、ＲＴＡ誤差及び速度制御許容差を使用して航空機の速度を制御すること３０６とを更に含む。
【００２５】
一実施形態において、速度制御許容差の範囲を判定するステップは、
Speed Control Tolerance = max(minSpeedTol,c1*(ETA-RTA),-c2*(RTA Time Tolerance)
を使用して実行される。ここで、
minSpeedTol：  スロットル又は抗力を調整する前の最小許容速度誤差、
c1*(ETA-RTA)：  スケーリング後のＲＡ誤差、
- c2*RTA Time Tolerance：  動作目的に合わせて選択される選択可能な最小速度制御許容差
一実施形態において、速度制御許容差の動的調整可能範囲を判定するステップは、目標ビークル速度に関する許容ビークル速度の範囲を判定することを含む。種々の実施形態において、航空機の速度を制御するステップは、航空機の速度がSpeed Control Toleranceを上回る場合に航空機の抗力の量を増加すること及び航空機の速度がSpeed Control Toleranceを下回る場合に航空機のエンジンの推力の量を増加することを含む。航空機の速度を制御する場合、エンジン推力及び航空機抗力のうち少なくとも一方を調整する前に、航空機の速度は、判定された速度制御許容差だけ目標ビークル速度から変化してもよい。
【００２６】
本明細書において使用される場合の用語「プロセッサ」は中央処理装置、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、論理回路及び本明細書において説明される機能を実行可能な他の任意の回路又はプロセッサを示す。
【００２７】
本明細書において使用される場合の用語「ソフトウェア」及び「ファームウェア」は互換性を有し、プロセッサ１０４により実行するためにＲＡＭメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ及び不揮発性ＲＡＭ（ＮＶＲＡＭ）メモリを含むメモリに格納された任意のコンピュータプログラムを含む。ここで挙げたメモリの種類は単なる例であり、コンピュータプログラムを格納するために使用可能なメモリの種類に関する限定ではない。
【００２８】
以上の説明に基づいて理解されるように、本開示の中で説明された実施形態は、コンピュータソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、あるいはそれらの任意の組み合わせ又はサブセットを含むプログラミング技術又はエンジニアリング技術を使用して実現されてもよく、その技術的効果は、定義済み垂直プロファイルを維持しつつ現在の時間制御状況を考慮に入れたうえで、オートスロットルの速度制御誤差の動的調整を可能にする。許容差が小さいほど時間制御の正確度は向上し、修正が実行される際に必要とされる推力の量も少なくて済むので、より円滑で快適な降下が実現される。コンピュータ可読コード手段を含むこのようなプログラムは、いずれも、１つ以上のコンピュータ可読媒体の中で実現又は提供され、それにより、先に説明された本発明の実施形態に係るコンピュータプログラム製品、すなわち製造品目が提供されてもよい。コンピュータ可読媒体は、例えば固定（ハード）ドライブ、ディスケット、光ディスク、磁気テープ、読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）などの半導体メモリ及び／又はインターネット又は他の通信網又は通信リンクなどの任意の送受信媒体であってもよいが、これらに限定されない。コンピュータコードを含む製造品目は、１つの媒体からコードを直接実行するか、１つの媒体から別の媒体にコードをコピーするか又はネットワークを介してコードを送信することにより製造及び／又は使用されてもよい。
【００２９】
以上説明されたビークル速度制御の方法及びシステムの実施形態は、オートスロットルの速度制御許容差を動的に調整する費用効果及び信頼性に優れた手段を提供する。特に、本明細書において説明された方法及びシステムは、定義済み垂直プロファイルの維持を容易にする。その結果、方法及びシステムは、動的調整可能な速度誤差境界を費用効果及び信頼性に優れた方式で自動的に判定することを容易にする。
【００３０】
以上の説明は、最良の態様を含めて本発明を開示し且つ当業者が任意の装置又はシステムを製造及び使用し且つ取り入れられている任意の方法を実行することを含めて本発明を実施することを可能にするために実施例を使用する。特許性のある本発明は特許請求の範囲により定義され、当業者には明白である他の実施例を含んでもよい。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の用語と相違しない構造要素を有する場合又は特許請求の範囲の用語と実質的に相違しない同等の構造要素を有する場合には特許請求の範囲の範囲内にあることを意図する。
【符号の説明】
【００３１】
１００    ビークル速度制御システム
１０２    コントローラ
１０４    プロセッサ
１０６    メモリ装置
１０８    速度制御システム
１１０    エンジン
１１２    制動システム
１１４    入力装置
１１５    ビークルシステム
１１６    手動操作入力装置
１１８    センサー
２０２    Ｘ軸
２０４    Ｙ軸
２０６    速度誤差境界軌跡
２０８    旧速度誤差軌跡
２１０    速度誤差境界軌跡
２１２    速度誤差軌跡
【図１】
0005848868.tif 000002
【図２】
0005848868.tif 000003
【図３】
0005848868.tif 000004