(57)【要約】本発明の実施形態は、アクティブ操縦桿に統合されたバックアップ制御システムを有する、飛行中の航空機を制御するための飛行制御システムに関する。作動操縦桿は、主制御システムおよびバックアップ制御システムのために設けられた、独立し且つ離れたハードウェアおよび／またはソフトウェアを含む処理ユニットを含む。主制御システムのために、処理ユニットは、検出された主操縦桿信号を受信し、主制御信号を生成するように構成された主処理装置と通信する。バックアップ制御システムのために、処理ユニットは、検出されたバックアップ操縦桿信号を受信し、バックアップ制御信号を生成する。処理ユニットは、作動操縦桿が使用するための触覚信号を生成し、操縦士の操縦桿の操舵感を調整する。
2009523657.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
飛行中の航空機を制御するための飛行制御システムであって、
主センサ、バックアップセンサ、および作動操縦桿用の触覚信号を生成するように構成された少なくとも１つの処理装置を有する処理ユニットを有する作動操縦桿と、
前記主センサに連結し、前記処理ユニット内に位置し、前記主センサから主操縦桿信号を受信するように構成された１組の主電子装置と、
前記１組の主電子装置に連結し、前記処理ユニット外に位置し、少なくとも一部分において前記主操縦桿信号に基づいて主制御信号を生成するように構成された主処理装置と、
前記バックアップセンサに連結し、前記処理ユニット内に位置し、前記バックアップセンサからバックアップ操縦桿信号を受信し、少なくとも一部分において前記バックアップ操縦桿信号に基づいてバックアップ制御信号を生成するように構成された１組のバックアップ電子装置と、
前記主処理装置に連結し、前記１組のバックアップ電子装置に連結し、前記主処理装置からの前記主制御信号、および前記１組のバックアップ電子装置からの前記バックアップ制御信号を受信し、少なくとも一部分において前記主制御信号と前記バックアップ制御信号のうちの少なくとも一方に基づいて作動するように構成された少なくとも１つの航空機作動装置と、を含むことを特徴とする飛行制御システム。
【請求項２】
前記１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの処理装置を含み、触覚信号およびバックアップ制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【請求項３】
前記１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの処理装置と作動操縦桿の間に接続されたフィードバック電子ユニットを含むことを特徴とする請求項２に記載の飛行制御システム。
【請求項４】
前記１組の主電子装置は、少なくとも１つの処理装置を含むことを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【請求項５】
前記１組のバックアップ電子装置は、バックアップ制御信号を生成するように構成された第１の処理装置をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の飛行制御システム。
【請求項６】
前記１組のバックアップ電子装置は、アナログ処理機器を含み、バックアップ制御信号をアナログ信号として生成するように構成されることを特徴とする請求項４に記載の飛行制御システム。
【請求項７】
主処理装置は、航空機飛行データを処理ユニットに提供し、触覚信号は少なくとも一部分において主処理装置から受信した航空機飛行データに基づくことを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【請求項８】
少なくとも１つの航空機作動装置は、主制御信号が有効であるか否かを決定するように構成され、主制御信号が無効であると決定された場合に、少なくとも１つの航空機作動装置を制御するためにバックアップ制御信号を使用するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の飛行制御システム。
【請求項９】
飛行中の航空機を制御するための飛行制御システムであって、
第１主センサ、第１バックアップセンサ、および第１作動操縦桿用の第１触覚信号を生成するように構成された少なくとも１つの第１処理装置を有する第１処理ユニットを有する第１作動操縦桿と、
前記第１主センサに連結し、前記第１処理ユニット内に位置し、前記第１主センサから第１主操縦桿信号を受信するように構成された第１の１組の主電子装置と、
第２主センサ、第２バックアップセンサ、および第２作動操縦桿用の第２触覚信号を生成するように構成された少なくとも１つの第２処理装置を有する第２処理ユニットを有する第２作動操縦桿と、
前記第２主センサに連結し、前記第２処理ユニット内に位置し、前記第２主センサから第２主操縦桿信号を受信するように構成された第２の１組の主電子装置と、
前記第１の１組の主電子装置および前記第２の１組の主電子装置に連結し、前記処理ユニット外に位置し、少なくとも一部分において、前記第１主操縦桿信号と前記第２主操縦桿信号のうちの少なくとも一方に基づいて主制御信号を生成するように構成された主処理装置と、
前記第１バックアップセンサに連結し、前記第１処理ユニット内に位置し、前記第１バックアップセンサから第１バックアップ操縦桿信号を受信し、少なくとも一部分において前記第１バックアップ操縦桿信号に基づいて第１バックアップ制御信号を生成するように構成された第１の１組のバックアップ電子装置と、
前記第２バックアップセンサに連結し、前記第２処理ユニット内に位置し、前記第２バックアップセンサから第２バックアップ操縦桿信号を受信し、少なくとも一部分において前記第２バックアップ操縦桿信号に基づいて第２バックアップ制御信号を生成するように構成された第２の１組のバックアップ電子装置と、
前記主処理装置に連結し、前記第１の１組のバックアップ電子装置と前記第２の１組のバックアップ電子装置のうちの少なくとも一方に連結し、前記主処理装置からの前記主制御信号、および前記第１バックアップ制御信号と前記第２バックアップ制御信号のうちの少なくとも一方を受信し、少なくとも一部分において前記主制御信号と前記第１バックアップ制御信号と前記第２バックアップ制御信号のうちの少なくとも１つに基づいて作動するように構成された少なくとも１つの航空機作動装置と、を含むことを特徴とする飛行制御システム。
【請求項１０】
前記第１の１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの第１処理装置を含み、第１触覚信号および第１バックアップ制御信号を生成するように構成され、
前記第２の１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの第２処理装置を含み、第２触覚信号および第２バックアップ制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項１１】
前記第１の１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの第１処理装置と第１作動操縦桿の間に接続された第１フィードバック電子ユニットを含み、
前記第２の１組のバックアップ電子装置は、少なくとも１つの第２処理装置と第２作動操縦桿の間に接続された第２フィードバック電子ユニットを含むことを特徴とする請求項１０に記載の飛行制御システム。
【請求項１２】
前記第１の１組の主電子装置は、第１アナログ信号として第１主操縦桿信号を主処理装置に送信し、
前記第２の１組の主電子装置は、第２アナログ信号として第２主操縦桿信号を主処理装置に送信することを特徴とする請求項１０に記載の飛行制御システム。
【請求項１３】
前記第１の１組の主電子装置は、前記第１作動操縦桿用の前記第１触覚信号を生成するように構成された第３処理装置を含み、
前記第２の１組の主電子装置は、前記第２作動操縦桿用の前記第２触覚信号を生成するように構成された第４処理装置を含むことを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項１４】
前記第１の１組のバックアップ電子装置は、前記第１バックアップ制御信号を生成するように構成された第５処理装置を含み、
前記第２の１組のバックアップ電子装置は、前記第２バックアップ制御信号を生成するように構成された第６処理装置を含むことを特徴とする請求項１３に記載の飛行制御システム。
【請求項１５】
前記第１の１組のバックアップ電子装置は、第１アナログ処理機器を含み、第１アナログ信号として第１バックアップ制御信号を生成するように構成され、
前記第２の１組のバックアップ電子装置は、第２アナログ処理機器を含み、第２アナログ信号として第２バックアップ制御信号を生成するように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の飛行制御システム。
【請求項１６】
前記第１の１組のバックアップ電子装置および前記第２の１組のバックアップ電子装置は、相互リンクされていることを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項１７】
前記第１の１組のバックアップ電子装置は、第１の１組の航空機作動装置チャネルにおいて第１バックアップ制御信号を送信するように構成され、
前記第２の１組のバックアップ電子装置は、第２の１組の航空機作動装置チャネルにおいて第２バックアップ制御信号を送信するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項１８】
第１の１組の主電子装置および第２の１組の主電子装置は、信号処理装置を含むことを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項１９】
第１の１組のバックアップ電子装置および第２の１組のバックアップ電子装置は、姿勢、速度、加速度のうちの少なくとも１つを検出する、少なくとも１つのセンサから飛行データを受信するように構成されることを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項２０】
少なくとも１つのセンサは、予備表示装置と主表示装置のうちの少なくとも一方に飛行データを提供するように構成されることを特徴とする請求項１９に記載の飛行制御システム。
【請求項２１】
前記第１の１組のバックアップ電子装置と前記第２の１組のバックアップ電子装置のうちの少なくとも一方は、予備機器システムから拡張信号を受信することを特徴とする請求項９に記載の飛行制御システム。
【請求項２２】
航空機の飛行を制御するための方法であって、
作動操縦桿に連結し、処理ユニット内の１組の主電子装置に連結した主センサにおいて、主操縦桿信号を検出するステップと、
作動操縦桿に連結し、処理ユニット内の１組のバックアップ電子装置に連結したバックアップセンサにおいて、バックアップ操縦桿信号を検出するステップと、
前記１組の主電子装置から処理ユニット外に位置する主処理装置に主操縦桿信号を送信するステップと、
処理ユニットにおいて、作動操縦桿が使用するための触覚信号を生成するステップと、
触覚信号に応じて作動操縦桿を作動するステップと、
航空機作動装置に連結した主処理装置において、航空機作動装置のための主制御信号を生成するステップと、
航空機作動装置に連結した前記１組のバックアップ電子装置において、航空機作動装置のためのバックアップ制御信号を生成するステップと、
主制御信号とバックアップ制御信号のうちの少なくとも一方を使用して、航空機作動装置を制御するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
作動電子ユニットにおいて、主制御信号が有効か否かを決定するステップと、
主制御信号が無効である場合に、航空機作動装置を制御するためにバックアップ制御信号を選択するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
航空機の飛行を制御するための方法であって、
第１作動操縦桿に連結し、第１処理ユニット内の第１の１組の主電子装置に連結した第１主センサにおいて、第１主操縦桿信号を検出するステップと、
第１作動操縦桿に連結し、第１処理ユニット内の第１の１組のバックアップ電子装置に連結した第１バックアップセンサにおいて、第１バックアップ操縦桿信号を検出するステップと、
第２作動操縦桿に連結し、第２処理ユニット内の第２の１組の主電子装置に連結した第２主センサにおいて、第２主操縦桿信号を検出するステップと、
第２作動操縦桿に連結し、第２処理ユニット内の第２の１組のバックアップ電子装置に連結した第２バックアップセンサにおいて、第２バックアップ操縦桿信号を検出するステップと、
第１処理ユニットおよび第２処理ユニット外に位置する主処理装置に第１主操縦桿信号および第２主操縦桿信号を送信するステップと、
第１処理ユニットにおいて、第１作動操縦桿が使用するための第１触覚信号を生成するステップと、
第２処理ユニットにおいて、第２作動操縦桿が使用するための第２触覚信号を生成するステップと、
複数の航空機作動装置のうちの少なくとも１つに連結した主処理装置において、主制御信号を生成するステップと、
前記複数の航空機作動装置のうちの少なくとも１つに連結した前記第１の１組のバックアップ電子装置において、第１バックアップ制御信号を生成するステップと、
前記複数の航空機作動装置のうちの少なくとも１つに連結した前記第２の１組のバックアップ電子装置において、第２バックアップ制御信号を生成するステップと、
主制御信号と、第１バックアップ制御信号と、第２バックアップ制御信号のうちの少なくとも１つを使用して、前記複数の航空機作動装置のうちの少なくとも１つを制御するステップと、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
作動電子ユニットにおいて、主制御信号が有効か否かを決定するステップと、
主制御信号が無効である場合に、複数の航空機作動装置のうちの少なくとも１つを制御するために、第１バックアップ制御信号と第２バックアップ制御信号のうちの少なくとも一方を選択するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の１組のバックアップ電子装置および前記第２の１組のバックアップ電子装置は、相互リンクによって通信することを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
第１の１組の航空機作動装置チャネルにおいて、第１の１組のバックアップ電子装置から第１バックアップ制御信号を送信するステップと、
第２の１組の航空機作動装置チャネルにおいて、第２の１組のバックアップ電子装置から第２バックアップ制御信号を送信するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
航空機用の飛行制御システムであって、
前記システムは、
作動操縦桿を含み、
前記作動操縦桿は、
前記作動操縦桿に連結した主センサと、
前記作動操縦桿に連結したバックアップセンサと、
第１処理装置を含み、
前記第１処理装置は、
前記主センサから主操縦桿信号を受信する第１入力と、
前記バックアップセンサからバックアップ操縦桿信号を受信する第２入力を含み、
前記第１入力と前記第２入力とは離れて且つ独立しており、
前記第１処理装置は、
第１出力から前記主操縦桿信号を出力し、前記作動操縦桿用の触覚信号を生成し、バックアップ制御信号を生成して第２出力から前記バックアップ制御信号を出力するように、構成されており、
前記第１入力から前記第１出力への第１経路は、前記第２入力から前記第２出力への第２経路から離れて且つ独立しており、
前記システムは更に、
第２処理装置を含み、
前記第２処理装置は、
前記第１処理ユニットから離れて且つ独立しており、
前記第２処理装置は、
前記第１処理ユニットの前記第１出力から前記主操縦桿信号を受信し、少なくとも部分的に前記主操縦桿信号に基づいて主制御信号を生成するように、構成されており、
前記システムは更に、
少なくとも一つの航空機作動装置を含み、
前記航空機作動装置は、
前記第１処理ユニット及び前記第２処理装置に連結し、
前記第２処理装置から前記主制御信号を、前記第１処理ユニットからバックアップ制御信号を、受信し、前記主制御信号と前記バックアップ制御信号のうち少なくとも一方に基づいて作動するように、構成されている
ことを特徴とするシステム。
【請求項２９】
前記第１経路および前記第２経路は、ソフトウェア・ファイヤウォールによって分離されることを特徴とする請求項２８に記載の飛行制御システム。
【請求項３０】
第１経路は第１ハードウェア経路に続き、第２経路は第２ハードウェア経路に続き、
前記第１ハードウェア経路と前記第２ハードウェア経路は、離れて且つ独立していることを特徴とする請求項２８に記載の飛行制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年１月１７日に出願された、「統合操縦桿およびバックアップ制御装置」という発明の名称の同時係属米国暫定特許出願６０／７５９，０２９の優先権を主張する。この米国特許出願は、本発明の譲受人に譲渡され、全体として参照することにより本願に含まれる。本願は、２００７年１月１７日に出願された、「分散飛行制御システムのためのバックアップ制御システム用の装置および方法」という発明の名称の同時係属米国特許出願に関する。この米国特許出願も、本発明の譲受人に譲渡され、全体として参照することにより本願に含まれる。
【０００２】
本発明の実施形態は、概して航空機飛行制御システムに関する。より具体的には、統合バックアップ制御システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
航空機技術、増え続ける飛行エンベロープ、および総合的な性能の急速な開発により、最新の航空機に実装される飛行制御システムは非常に複雑になってきた。進歩的な飛行制御システムが開発されて、例えば飛行性能、燃料効率、安全性などの様々な航空機の特性を解決する。最新の航空機におけるフライバイワイヤの飛行制御システムは、一般に、操縦士センサおよび制御装置と、電子処理装置と、電子装置配線またはデータバスと、作動装置と、制御面とを含む１組の複雑な要素を含む。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
主制御システムおよび制御要素に加えて、進歩的な航空機は、多くの場合、安全要件として制御システムにおけるある程度の冗長を必要とする。主制御システムの冗長またはバックアップシステムは、制御機能の臨界が増加するにつれて、一般的に増加する。慎重に設計された主飛行制御システムであっても、制御システムにおいて、いわゆる共通モード故障を完全に防ぐことは難しい。主飛行制御システムにおいて、エラーまたは一般的な故障は、主制御システムから冗長またはバックアップ要素に広がる。共通モード故障は、全ての同一冗長システム要素に同時に影響を及ぼす一般的な故障を含む。結果として、冗長またはバックアップ制御システムは、十分に冗長且つ異なるように構成されるが、残念ながら航空機用の部品数または列線交換ユニット（ＬＲＵ）数、費用、および重さを増大させる。この問題は、制御システムが分散フライバイワイヤ制御システムを利用したときに、特に難しい。分散フライバイワイヤ制御システムにおいて、航空機の作動装置は、作動装置にまたは作動装置の近くに、それら自身のサーボループ閉鎖電子装置を含む。
【０００５】
主制御システム、および重さおよび費用を節約する以外に性能を低減した縮小または最小限の飛行制御システムの要素および性能を複製するので、バックアップ制御システムは、冗長バックアップ制御システムによって完全に異なる。冗長バックアップ制御システムが十分に高価で、多くの場合過剰であるため、バックアップシステムはできるだけ簡単に構成され、費用および重さを低減しながら、バックアップシステムを強くて信頼性のあるものにする。さらにまた、共通モード故障を防ぐために、バックアップシステムは、主制御システムが故障した場合に使用するために、離れた処理装置および飛行コンピュータを用いて、独立し且つ異なるものとして構成される。
【０００６】
軍用機用のいくつかの進歩的な制御システムにおいて、操縦席のアクティブ操縦桿は、操縦桿の力または抵抗を適用することによって、操縦桿の操舵感をアクティブに形成するのに使用される。アクティブ操縦桿または操縦桿を作動するコンピュータの「アクティブ操舵感」は、操縦士入力、航空機構成、および飛行状態に基づいており、操縦士または副操縦士に改良された状況認識を提供する。例えば、改良された状況認識は、操縦席の両側で操縦桿と電子的に連結することによる、操縦士間のより良い連携を含む。この連携は、操縦桿の間の従来のケーブル駆動連結と似ている。操縦士間連結に加えて、アクティブ操縦桿は自動操縦命令に従わされて、操縦士に航空機のよりよい認識を与える自動操縦命令入力により動く。
【０００７】
アクティブ操縦桿の他の進歩的な特徴は、アクティブ桿の操舵感傾度内のソフトストップを含む。それは、様々なエンベロープと性能限界を表すために使用される。例えば、航空機が失速状態に近づいたとき、アクティブ桿は操舵感傾度にソフトストップを組み込み、操縦士に予め決められた限界（例えば、失速から１５％）に近づいたという合図を出す。同様に、操舵感傾度におけるソフトストップは、航空機荷重倍数限界または姿勢角限界を表す。操縦士は、それが適切であると判断した場合に、このような限界を無視するための選択肢を有する。さらに、アクティブ操縦桿の進歩的な特徴の他の例は、桿振動の変動振幅および／または振動数である。例えば、航空機が失速迎角に近づけば近づくほど、振動機能の振幅が増加するので、それは実行される。
【０００８】
このようなアクティブ操縦桿機能を達成するために、広範な処理が、桿制御電子装置によって必要とされ、飛行計算を実行し、固有の力ループ機能を計算する。この処理は、力または抵抗の大きさおよび方向を指示して、所定の飛行状態において操縦桿に適用される。これらの計算は主飛行制御電子装置によって実行されるが、このような処理は、主制御システムのために必要な、大きな計算能力を消費する。例えば、一般的なアクティブ操縦桿は独立且つ専用の電子装置およびアクティブ操縦桿用の必要な計算を実行できる処理装置を含み、主飛行制御電子装置を残して、自由に他の飛行危機機能を実行する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
離れた処理装置および飛行コンピュータは、通常運転中に未使用のまたは十分に利用されない状態である大きな計算能力を有する。場合によっては、他の処理装置または飛行電子装置は、進歩的な制御システムの一般的な構造において十分に利用されない。アクティブ飛行操縦桿を駆動するために使用される飛行電子装置は、通常運転状態では十分に利用されず、余分の処理能力を利用可能にする。
【００１０】
本発明の実施形態に従って、分散バックアップ制御システムは駆動電子装置またはアクティブ操縦桿の処理ユニットと統合される。本発明の１つの実施形態は、第１作動操縦桿および第２作動操縦桿を有する飛行中の航空機を制御するための飛行制御システムを含む。各作動操縦桿は主センサ、バックアップセンサ、作動操縦桿用の触覚信号を生成するように構成された少なくとも１つの処理装置を有する処理ユニットを含む。各処理ユニットは、主センサに連結された１組の主電子装置およびバックアップセンサに連結された１組のバックアップ電子装置を含む。飛行制御システムは、１組の主電子装置に連結された主処理装置を含み、処理ユニット外に位置する。主処理装置は、航空機作動装置が使用するための主制御信号を生成する。１組のバックアップ電子装置は、航空機作動装置が使用するためのバックアップ制御信号を生成するように構成される。作動装置が、主制御信号が無効であると決定した場合、航空機作動装置はバックアップ制御信号を使用するように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本開示は、本発明の様々な実施形態で示す図を参照してより詳しく記述される。しかしながら、この開示の主題は、多くの異なる形式において具体化され、ここに説明された実施形態に限定されると解釈されるべきでない。
【００１２】
本発明の１つの実施形態において、アクティブ操縦桿の処理装置と計算機能は、航空機の制御システム用通信に統合され、アクティブ操縦桿は、バックアップ制御システム処理装置として機能する。高性能操縦席制御装置という、アクティブ操縦桿の電子装置は、バックアップ制御装置または統合センサデータ処理装置として利用される。当業者には明らかなように、主制御システムは、冗長および監視機能に関して安全要件を満たすように構成される。同様に、アクティブ操縦桿電子装置が、主制御システムまたは冗長のいくつかの他のレベルとして、同じ安全要件を満たすように構成されることは当然のことである。本発明の実施形態が航空機のアクティブ操縦桿を含む場合、バックアップ制御システムの役割を果たす別のシステムを追加することなく、アクティブ操縦桿電子装置の計算リソースをうまく利用することができる。アクティブ操縦桿電子装置に統合されたバックアップ制御システムは、アクティブ操縦桿電子装置ユニットの信号調節および処理能力をうまく利用するので、主飛行制御システムのすべての要素の複製を避ける。また、このような処理は、主制御システムと比べて異なり且つ独立している処理および通信機能を有するバックアップ制御システムを構成するために、使用される。アクティブ操縦桿はバックアップ制御システムによって使用されるが、桿のアクティブ操舵感は主制御システムが機能しなくなる場合には必要ないと考えられる。
【００１３】
本発明の実施形態において、操縦桿電子ユニットまたは処理ユニットは、２つの離れた独立アプリケーションに分けられる。例えば、操縦桿処理ユニットは、主制御システムと共に使用するための主要区分と、バックアップ制御システムと共に使用するためのバックアップ区分を含む。ここで使用されているように、この区分は、物理的に離れた独立ハードウェアおよび／またはファイヤウォールされた離れた独立ソフトウェアを含むことを意図している。言い換えれば、アクティブ操縦桿処理ユニットは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに基づいて独立し離れている、主アプリケーションおよびバックアップアプリケーションを含む。主区分およびバックアップ区分は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに基づいて離れて且つ独立したアクティブ操縦桿処理ユニットにおいて１組の電子装置を表す。
【００１４】
本発明の１つの実施形態は、高性能操縦席制御装置（例えば、フィードバック制御機能を有する操縦桿）とバックアップ処理装置を１つのユニットに結合することを含む。本発明の別の実施形態において、高性能操縦席制御装置は、通信集信装置および異なるデジタル伝送の決定装置の機能を果たすだけの主区分と、アクティブ操縦桿およびバックアップ制御システム用の処理機能を含むバックアップ区分を含む。本発明の別の実施形態において、高性能操縦席制御装置は、デジタルまたはアナログ信号を、離れた独立型主制御装置ユニットに直接提供する。例えば、主飛行制御コンピュータ（「ＦＣＣ」）および高性能操縦席制御装置は、ＦＣＣ用のバックアップ制御システムとしてバックアップ制御装置を含む。
【００１５】
バックアップ制御装置は、例えば操縦士力フィードバック制御処理装置などのアクティブ操縦桿のコンピュータ機能の一部として実行されてもよい。バックアップ制御機能は、進歩的な電子装置および処理を用いて実行されてもよいし、比較的簡単な電子装置ハードウェアを用いて実行されてもよい。
【００１６】
いくつかの航空機は、静安定緩和を含み、またはアクティブダンピング（例えば、ヨーダンパーによるダッチロール動作）を必要とする航空機の固有の通常動的運動を含む。そのような場合には、バックアップまたはバックアップ制御システムは、バックアップ制御システムを用いて航空機を効果的に制御するために、（例えば、航空機角速度）センサからの一定の拡張信号を必要とする。本発明の１つの実施形態において、高性能操縦席制御装置およびそのバックアップ制御装置区分は、航空機レベルのセンサ処理を最適化するために、他の航空機機能用に一般的に指定された航空機センサからの拡張信号を利用する。
【００１７】
拡張信号を必要とする航空機制御システムにおいて、本発明の実施形態は、センサを高性能操縦席制御装置に統合することによって、例えば、当業者に公知の微小電気機械システム（micro electronic mechanical systems「ＭＥＭＳ」）技術または他のセンサ技術などのバックアップセンサをシステム構造に統合し、アクティブ操縦桿それ自身、バックアップ制御システムおよび高性能操縦席制御装置外の追加の航空機機能によって使用される。また、検出センサが独立型ユニットとして使用されてもよいことは当然のことである。さらに、センサは、高性能操縦席制御装置から独立してもよいが、例えばバックアップ制御システムおよび予備表示機器などの複数の航空機装置に信号を提供してもよい。
【００１８】
図１を参照すると、飛行制御システム１００は、本発明の１つの実施形態によって図式的に示される。図のように、２つの全く異なる処理経路および伝送媒体は主制御信号およびバックアップ制御信号を航空機作動装置に提供する。本発明のいくつかの実施形態において、作動装置は、主制御信号が有効か否かを決定し、作動装置の作動用のバックアップ制御信号に優先して主制御信号を使用するように構成された遠隔電子ユニット（remote electronics unit「ＲＥＵ」）を有する高性能作動装置を含む。
【００１９】
図１において、冗長センサ１０，２０は、上述したように、操縦士または副操縦士からの制御入力を受信するように構成される。主制御システムはセンサ１０と、伝送媒体１２によって接続された主制御装置１４とを含む。主制御システムは、主制御装置１４を高性能作動装置３０と接続する伝送媒体１６を含む。高性能作動装置が図示されているが、代わりの作動制御処理が、本発明の範囲と精神から逸脱することなく、実行されてもよいことは当然のことである。例えば、一般的に主飛行制御コンピュータからの拡張された命令を受信する、作動制御電子（Actuator Control Electronics（ＡＣＥ））ユニット（図示せず）を使用した集中フライバイワイヤ制御システムは、バックアップ制御システムまたはアクティブ操縦桿と統合された制御装置から命令を受信する。
【００２０】
伝送媒体２２によって接続されたセンサ２０とバックアップ制御装置２４とを含むバックアップ制御システムを図１に示す。バックアップ制御システムは、バックアップ制御装置を高性能作動装置３０と接続する伝送媒体２６を含む。主制御システムおよびバックアップ制御システムは、図１に示すように独立し且つ異なって構成される。しかしながら、主制御システムおよびバックアップ制御システムの他の構成が本発明により実行され得ることは当業者にとって明らかである。
【００２１】
主制御システムおよびバックアップ制御システムの両方が、例えば、舵ペダルまたは操縦桿などの各入力制御と関連するセンサを含むことは当然のことである。さらに、制御システムは、飛行制御システムにおいて使用される多くの異なるタイプのセンサからの入力を受信する。センサは、操縦桿において必要ならば、例えばピッチ、ロール、あるいはヨーの検出などの、所定の制御機器における複数の軸の検出を含む。簡単にするために、図にはセンサを１つだけ図式的に示したが、主制御システムおよびバックアップ制御システムが、センサ、制御装置および他の装置から多くの入力信号を受信するように構成されてもよいことは当然のことである。
【００２２】
図２は、本発明の１つの実施形態による飛行制御システム２００の一例を図式的に示す。図２は、多くの場合飛行制御コンピュータ（「ＦＣＣ」）と呼ばれる冗長主処理装置１０１を有する集中主制御システムを示す。主処理装置１０１は、操縦士高性能操縦席制御装置またはアクティブ操縦桿１１０および副操縦士高性能操縦席制御装置１１１からの入力またはセンサ信号を受信する。
【００２３】
操縦士アクティブ操縦桿１１０は、操縦桿１１４と、主センサ１４０と、バックアップセンサ１４２と、アクティブ桿制御機能用の主区分１３０と、バックアップ制御機能用のバックアップ区分１２０とを備える。主区分１３０は、操縦桿１１４から主センサ１４０を介して入力信号を受信する。アクティブ操縦桿１１０は、追加のセンサを含んでもよい。センサの数は、総合航空機レベルシステム冗長要件の機能である。例えば、主センサ１３０は、線形可変差動変換器（ＬＶＤＴ）または回転式可変差動変換器（ＲＶＤＴ）または他のタイプのセンサなどの複数の冗長物理センサ素子を表す。
【００２４】
同様に、バックアップ制御機能用のバックアップ区分１２０は、操縦桿１１４からバックアップセンサ１４２を介して入力信号を受信する。さらに、センサ１４２は、所定の航空機用の総合バックアップ制御システム構造に依存する１つのセンサまたは複数のセンサを表す。
【００２５】
副操縦士アクティブ操縦桿１１１は操縦桿１１５と、主センサ１４１と、バックアップセンサ１４３と、アクティブ桿制御機能用の主区分１３１と、バックアップ制御機能用のバックアップ区分１２１とを備える。主区分１３１は、操縦桿１１５から主センサ１４１を介して入力信号を受信する。同様に、バックアップ区分１２１は、操縦桿１１５およびバックアップセンサ１４３から入力信号を受信する。
【００２６】
高性能操縦席制御装置１１０，１１１の主区分１３０，１３１は、主センサ信号をアナログ形式で主処理装置１０１に処理のために渡し、主飛行制御装置１０１によって出力された信号を渡すように簡単に構成される。また、主区分１３０は、センサ１４０が形成したアナログ信号を処理する。例えば、主区分１３０は、センサ１４０からの冗長主センサ信号を有効にして決定し、有効にされた操縦士制御位置信号を主制御システム処理装置１０１にデジタル形式で渡す。主制御装置１０１は、操縦士制御入力を取り込み、航空機レベル制御基準に従って、入力を処理する。例えば、操縦士入力は、補助翼用の制御面位置または他の制御面を含む。操縦士面位置命令の処理は、例えば、大気データおよび慣性基準データなどの、航空機の種々の他のタイプのセンサからのデータを含む。主区分１３０は、主処理装置１０１から冗長制御信号１０４を受信する。信号１０４は、基本桿力傾度のためのパラメータ、任意の実行可能なソフトストップ、または桿振動などの操縦士認識機能の活性化命令を含み、主区分１３０によって使用され、操縦士用の操縦桿の操舵感特性を調節する。主区分１３１は、同様に信号を主処理装置１０１に提供する働きをし、信号１０４を使用して操縦桿１１５の操舵感を調節する。
【００２７】
複数の処理装置または処理ユニット１０１が図２に示すように主飛行制御コンピュータとして使用されることが知られている。当業者には明らかなように、この複数の処理装置は、個々の筐体に詰められ、多くの場合飛行制御コンピュータ（「ＦＣＣｓ」）と呼ばれる。処理装置は１以上の筐体において互いに結合され、その筐体は多くの場合制御チャネルと呼ばれる。とにかく、各処理素子は、１組の自己調査処理装置に分けられ、命令監視タイプの構造と呼ばれる。同様に、飛行制御コンピュータの、３つの部分から成る構造は、主制御システムのために用いられる。３つの処理装置は、中央値または平均値用に決定されたそれら特有の命令を計算する。主制御システムは、当業者には明らかなように、多様なレベルの冗長および自己監視を含む。
【００２８】
また、バックアップ制御システムは、１つのストリングデザインとして構築される。そこでは、バックアップシステムそれ自身の中で、少しの並列監視もなく、一連の信号および処理経路だけが存在する。当該バックアップ制御システム処理は、いかなる自己監視も含まないが、バックアップ制御システムは、高性能作動装置により受信されるように、バックアップ制御信号を主制御システムに返送することによって、主制御システムにより監視される。主制御システムは、２００６年１月１７日に出願された、「分散飛行制御システムのためのバックアップ制御システム用の装置および方法」という発明の名称の関連同時係属米国特許出願で論じられているように、バックアップ制御信号を主制御システム内のバックアップ制御装置モデルと比較する。当該比較による相違点は、適切な行動を取るために操縦士にそれらを知らせることである。
【００２９】
図２に示すバックアップ制御システムは、主制御システム用の「最新のスペア」の機能を効果的に果たす。バックアップシステムは、アクティブ操縦桿１１０，１１１およびバックアップ区分１２０，１２１を介して実行される。主制御システムが一般的な故障をした場合に、図２に示すバックアップ区分１２０，１２１が、操縦桿の「アクティブ操舵感」を駆動し、バックアップ制御システム用の操縦桿１１４，１１５からの入力を処理するために必要な機能を実行するように構成される。バックアップシステムは、航空機が主制御システムへの電力の全損などの故障をした場合に、用いられる。バックアップ制御システムがいくつかの航空機レベル故障を乗り切れるように、バックアップ制御システムが独立した電源を有することは当然のことである。バックアップ制御システム用の操縦桿電子装置においてすべての処理能力を予定しておくために、主制御システムにおける一般的な故障の場合には、操縦桿が受動装置に戻ると考えられる。
【００３０】
航空機制御を最適化するために、各バックアップ区分からのバックアップ制御信号が、反対側のバックアップ区分に通信リンク１２６，１２７を介して処理のために入力される。例えば、バックアップ制御信号は計測され、互いに加算され、そして２つの信号の和は１つの制御装置が許可する最大値に制限される。このように、両方の操縦士制御装置からの入力は、航空機レベル命令計算を含む。バックアップ区分１２０は、左側作動装置チャネルへバックアップ制御信号を送信するように構成される。同様に、バックアップ区分１２１は、右側作動装置チャネルへバックアップ制御信号を送信する。当業者には明らかなように、左および右とは物理的に航空機の左側および右側に位置するチャンネルに限定されず、むしろ、左および右は所定の作動装置チャネル用の命令データのソースを表す。
【００３１】
総合バックアップ制御経路の状態が、通常運転中連続的に監視される。従って、未使用のときでさえ、その利用可能性および精度が検証される。すべての主制御命令ソースが得られなくなった場合、または主制御システムにおける一般的な故障がそれを利用不可能な状態にした場合に、制御システム２００はバックアップ制御システムにより生成されたバックアップ制御信号に切り替えるように構成される。高性能作動装置が使用されるなら、主制御信号が無効または存在しないと決定された場合、高性能作動装置は自動的に主制御信号とバックアップ制御信号とを切り替えるように構成される。
【００３２】
図２に示す処理ユニット１０１が、乗務員警報システム（ＣＡＳ）または保全信号などの操縦席表示装置用の出力信号などの他の航空機機能を実行するように構成されることは当然のことである。
【００３３】
本発明の別の実施形態においては、操縦桿１１０の主区分１３０とバックアップ区分１２０、および操縦桿１１１の主区分１３１とバックアップ区分１２１は、物理的に離れた区分の代わりに、アクティブ桿制御装置ソフトウェア内にソフトウェア区分を含む。区分は物理的にきっちりと分離され、ある区分が他の区分の運転に影響を及ぼす可能性を最小限にする。また、主区分およびバックアップ区分を含む操縦桿１１０および操縦桿１１１は、主制御装置と比べて異なるデザインとして構成される。例えば、その違いは、ハードウェアおよび／またはソフトウェアに基づく。主制御装置と操縦桿１１０，１１１との違いは、主制御システムとバックアップ制御システムとの異なる信号処理アルゴリズムおよび異なる航空機レベル制御法則の使用を含む。
【００３４】
図３は、本発明の１つの実施形態によりアクティブ操縦桿４００を図式的に示す。図３に示すように、アクティブ操縦桿４００は、操縦桿４１０と、主センサ４１２およびバックアップセンサ４１４を含む。アクティブ操縦桿４００は、主区分４２０およびバックアップ区分４３０と共に示される。図２で述べたように、主区分は、異なる方法で主制御システムの要素を形成してもよい。例えば、主区分は決定装置および信号検査装置を含んでもよいし、または操縦桿センサからＦＣＣへアナログ信号を送信するため簡単な主伝送経路として機能してもよい。
【００３５】
バックアップ区分４３０は、アクティブ操縦桿電子装置およびバックアップ制御システム電子装置を含むように構成される。図３に示すように、バックアップ区分４３０は復調器およびＡ／Ｄ変換器４３２と、処理装置４３４と、力フィードバック電子装置４３６とを含む。さらに、バックアップ区分は、例えば力傾度およびソフトストップなどの他の情報を、他のバックアップ制御システム要素およびＦＣＣと通信するためのデータバス送受信装置４３８を含む。バックアップ制御システムは、既存のアクティブ操縦桿電子装置４３２，４３４，４３６，４３８を、主制御システム用のバックアップシステム解として利用してもよい。例えば、飛行制御システムのバックアップ制御モードにおいてアクティブ桿機能が要求されないならば、上述したことはさらに簡単になることが知られている。代わりに、処理装置４３４はアナログ電子装置を使用して実行されてもよいし、データバスインタフェース４３８はアナログ信号装置を使用して実行されてもよい。
【００３６】
上述したように、静安定緩和を考慮して設計された航空機、またはダンピング（例えば、ヨーダンパーによるダッチロール動作）を必要とする航空機の固有の通常動的運動を有する航空機において、バックアップまたはバックアップ制御システムは、航空機を適切に制御するために、バックアップセンサ（例えば、航空機角速度）からの一定の拡張信号を必要とする。図４は、拡張バックアップ制御システム５００の１つの実施形態を示す。
【００３７】
図４に示すように、バックアップ制御システム５００は、アクティブ操縦桿５１０，５３０内に位置するバックアップ制御装置５２２，５４２を含む。バックアップ制御装置５２２は操縦桿５１２およびバックアップセンサ５１４からの入力信号を受信する。バックアップ制御装置５４２は操縦桿５３２およびバックアップセンサ５３４からの入力信号を受信する。この実施形態において、ＭＥＭＳセンサまたは他のタイプのバックアップ速度センサまたは加速度センサ５２０は、バックアップ制御装置５２２に拡張信号を提供し、ＭＥＭＳセンサ５４０は、バックアップ制御装置５４２に拡張信号を提供する。
【００３８】
航空機姿勢、角速度、および直線加速度データを提供するように構成された、ＭＥＭＳセンサ５２０，５４０からの拡張信号は、予備機器表示装置によってまたは主表示装置へのバックアップ入力として利用される。当該処理は、航空機レベルにおいて部品数を減らすことができ、同様に航空機の重さおよび費用を節約することもできる。主区分５１８，５３８は操縦桿５１２，５３２および主センサ５１６，５３６からの信号を受信する。主制御システムは、上述したように、または当業者により知られているように、実行される。アクティブ操縦桿内のセンサの組み合わせは、航空機レベルにおいてバックアップセンサの総量を最適化する働きをする。図４に示すように、ＭＥＭＳセンサは、ＭＥＭＳセンサの利用を最適化しながら、例えば、予備表示装置用の入力信号、バックアップ制御システム用の拡張信号などの複数の航空機機能を果たすように構成される。
【００３９】
バックアップ制御信号を計算するとき、アクティブ操縦桿５１０のバックアップ制御装置５２２は、バックアップ制御信号を航空機作動装置に提供するように構成される。図４に示すように、バックアップ制御装置５２２は、バックアップ制御信号を左側高性能作動装置５５０に提供する。同様に、バックアップ制御装置５４２は、バックアップ制御信号を右側高性能作動装置５６０に提供する。高性能作動装置は、図に示すように遠隔電子ユニットを含む。当業者にとって明らかなように、バックアップ制御装置５２２，５４２は相互リンクされ、または別の方法で構成される。さらに、センサ５２０，５４０は、航空機内に独立し且つ離れたユニットとして設置される。
【００４０】
図５は、拡張バックアップ制御システムの別の実施形態を示す。図４に示すセンサ５２０，５４０のように、予備機器６７０，６８０は、静安定緩和を考慮して設計された航空機、または固有の通常動的運動を有する航空機において、必須の拡張センサデータをバックアップ制御装置に提供する。図５に示すように、バックアップ制御システム６００は、アクティブ操縦桿６１０，６３０内に位置するバックアップ制御装置６２０，６４０を含む。バックアップ制御装置６２０は操縦桿６１２およびバックアップセンサ６１４からの入力信号を受信する。バックアップ制御装置６４０は操縦桿６３２およびバックアップセンサ６３４からの入力信号を受信する。
【００４１】
図５に示す本発明の実施形態において、予備機器によって計算されたセンサ信号は、バックアップ制御装置に転送される。図５に示すように、予備機器６７０はバックアップ制御装置６２０，６４０の両方に拡張信号を提供するように構成される。予備機器６８０はバックアップ制御装置６２０，６４０の両方に拡張信号を提供するように構成される。
【００４２】
予備機器６７０，６８０に提供される飛行データそれ自体は、予備表示装置用の飛行データを表示し、拡張信号をバックアップ制御装置に提供する複数の航空機機能のために利用される。図４および図５に示すように、バックアップセンサからの飛行データは、操縦桿用の力フィードバック計算をするためにアクティブ操縦桿により使用されることは当然のことである。
【００４３】
主区分６１８，６３８は、操縦桿６１２，６３２および主センサ６１６，６３６からの信号を受信する。主制御システムは、上述したように、または当業者により知られているように、実行される。アクティブ操縦桿内のセンサの組み合わせは、航空機レベルにおいてセンサの総量を最適化する働きをする。また、図４に示すように、ＭＥＭＳセンサまたは他のタイプのバックアップセンサは、ＭＥＭＳセンサの利用を最適化しながら、例えば、予備表示装置用の入力信号、バックアップ制御システム用の拡張信号などの複数の航空機機能を果たすように構成される。
【００４４】
バックアップ制御信号を計算するとき、アクティブ操縦桿６１０のバックアップ制御装置６２０は、バックアップ制御信号を航空機作動装置に提供するように構成される。図５に示すように、バックアップ制御装置６２０は、バックアップ制御信号を左側高性能作動装置６５０に提供する。同様に、バックアップ制御装置６４０は、バックアップ制御信号を右側高性能作動装置６６０に提供する。高性能作動装置は、図に示すように遠隔電子ユニットを含む。高性能作動装置は図４および図５に示されるが、当業者に公知の他の作動装置が使用されてもよい。当業者にとって明らかなように、バックアップ制御装置６２０，６４０は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、相互リンクされ、または別の方法で構成される。
【００４５】
本発明の具体的な実施形態の上述の説明は、説明の目的で公開される。これらの説明は、包括的であることまたは開示された正確な形に本発明を限定することを意図していない。明らかに、多くの変更および変化は、上記教示を考慮して可能である。本発明の原理およびその実用化を一番うまく説明するために、実施形態が選択され、記述される。従って、他の当業者が本発明を一番うまく利用できるように、特定の使用に合うように様々な変更を加えた実施形態も可能である。本発明の範囲は、ここに添付されたクレームおよびそれらと同等のものによってのみ定義される。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の１つの実施形態による飛行制御システムを図式的に示す。
【図２】本発明の１つの実施形態の別の例による別の飛行制御システムを図式的に示す。
【図３】本発明の１つの実施形態による電子装置を有するアクティブ操縦桿を図式的に示す。
【図４】本発明の別の実施形態による拡張バックアップ制御システムを図式的に示す。
【図５】本発明の別の実施形態による別の拡張バックアップ制御システムを図式的に示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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