(57)【要約】  乗物（１２）の操縦中に人を訓練する方法。乗物は、乗物（１２）を制御するために前記人から乗物操縦コマンド（０１）を受け取る制御システムを有する。手段（００）は、乗物（１２）及び／又は乗物が影響を受ける環境の状態をシミュレートするため、乗物及び／又は環境の実際状態と異なる乗物及び／又は環境の可能な現実状態である模擬状態をシミュレートするために設けられている。乗物操縦コマンド（０１）、及びシミュレーション手段（００）は、乗物コマンド信号（１０）を計算するために使用される。前記乗物コマンド信号（１０）は、乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態に対応するやり方で、乗物（１２）が乗物操縦コマンド（０１）に応答するように乗物を制御するために使用される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物（１２）の操縦中に人を訓練する方法において、乗物は、乗物（１２）を制御するために前記人から乗物操縦コマンド（０１）を受け取る制御システムを有する方法であって、
乗物（１２）及び／又は乗物が影響を受ける環境の状態をシミュレートする手段（００）を設けることであって、模擬状態は、乗物及び／又は環境の実際状態と異なる乗物及び／又は環境の可能な現実状態である、シミュレートする手段（００）を設けること、
乗物操縦コマンド（０１）、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するための計算ユニット（０９）を有するシミュレーション手段（００）を使用すること、及び
乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態に対応するやり方で、乗物（１２）が乗物操縦コマンド（０１）に応答するように乗物を制御するために、前記乗物コマンド信号（１０）を使用すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
実際乗物モデルを有する計算ユニット（０９）を使用すること、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するために、実際乗物モデルへの入力として乗物操縦信号（０１）を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、計算ユニット（０９）への入力として乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は実際乗物についてのキーデータ（０６）を使用することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
乗物コマンド信号（１０）を計算するための逆実際乗物モデルを有する計算ユニット（０９）、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するために、逆実際乗物モデルへの入力として模擬状態の乗物（０８）の計算動作を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、負荷データベース（０４）を有するシミュレーション手段（００）を使用することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。（ＴＥ）
【請求項６】
乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算するために負荷データベース（０４）を使用することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
負荷データベース（０４）への入力として乗物操縦コマンド（０１）を使用することにより、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を計算することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
負荷データベース（０４）への入力として乗物応答（１３）を使用することにより、乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算することを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
負荷データベース（０４）への入力として模擬状態及び／又は実際乗物（０３）の状態の負荷構成を使用することにより、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算することを特徴とする、請求項６、７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、乗物モデル（０７）を有するシミュレーション手段（００）を使用することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第１ステップで、乗物モデル（０７）及び前記乗物操縦コマンド（０１）を入力として使用することによって模擬状態での乗物の動作を計算すること、及び、次に第２ステップで、計算ユニット（０９）への入力として模擬状態での乗物（０８）の計算動作を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
乗物モデル（０７）への入力として、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を使用することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
乗物の操縦中、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を乗物モデル（０７）に送ることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２ステップでの入力として乗物操縦コマンド（０１）を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
第２ステップでの入力として実際乗物についてのキーデータ（０６）を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１１又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
シミュレーション手段（００）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
計算ユニット（０９）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
乗物モデル（０７）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１９】
負荷解放に関連する乗物動作に対する過渡効果をシミュレートするために、乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
乗物コマンド信号（１０）を計算するためにシミュレーション手段（００）内の事前計算データを使用することであって、該事前計算データは、一定の乗物操縦コマンド及び乗物コマンド信号間の関係を定めることを特徴とする、請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
乗物の少なくとも１つのアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
乗物のエンジンの少なくとも１つのアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
エンジンのパワー又は推力を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
乗物の少なくとも１つの制御表面を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
制御表面の位置を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
乗物の少なくとも１つのホィールを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
乗物の少なくとも１つのホィールブレーキアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
乗物の重量が乗物の実重量と異なる、乗物の模擬状態を与えることを特徴とする、請求項１ないし２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
乗物は実負荷と異なる負荷を受ける、乗物の模擬状態を与えることを特徴とする、請求項１ないし２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
乗物の模擬状態での乗物の挙動を得ることができる訓練モードオペレーションと、乗物の同一操縦中の通常モードオペレーションとの間で切り換えることを特徴とする、請求項１ないし２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
飛行体である乗物の同一飛行中の乗物の異なった模擬状態間で切り換えることを特徴とする、請求項１ないし３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
第１形態又は第２形態で飛行することができる飛行体を操縦中に人を訓練することであって、第１および第２形態は、飛行中にオペレータが選択可能であり、及び第１形態から第２形態への過渡をシミュレートするために、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態を使用することを特徴とする、請求項１ないし３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
飛行体を操縦中に人を訓練することを特徴とする、請求項１ないし３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
乗物の操縦中に人を訓練する訓練システムにおいて、乗物は、乗物（１２）を制御するために前記人から乗物操縦コマンド（０１）を受け取る制御システムを有する訓練システムであって、該訓練システムは、乗物（１２）及び／又は乗物が影響を受ける環境の状態をシミュレートする手段（００）であって、模擬状態は、乗物及び／又は環境の実際状態と異なる乗物及び／又は環境の可能な現実状態である、シミュレートする手段（００）と、乗物操縦コマンド（０１）及びシミュレーション手段（００）を使用して乗物コマンド信号（１０）を計算する手段と、さらに、乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態に対応するやり方で乗物（１２）が乗物操縦コマンド（０１）に応答するように乗物を制御するために、前記乗物コマンド信号（１０）を乗物の少なくとも１つの制御可能な構成要素に送る手段とを備えることを特徴とする、訓練システム。
【請求項３５】
請求項３４に記載の訓練システムを備える航空機。
【請求項３６】
請求項３４に記載の訓練システムを備える陸用車両。
【請求項３７】
請求項３４に記載の訓練システムを備える宇宙飛行体。
【請求項３８】
請求項３４に記載の訓練システムを備える船舶。
【請求項３９】
コンピュータと、コンピュータの内部メモリ内に記憶されたコンピュータプログラムとを有する制御ユニットであって、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ内でコンピュータプログラムを実行する時、請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップを達成するようにプロセッサに指示するために使用される、制御ユニット。
【請求項４０】
コンピュータ内で実行する時、請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップを達成するようにプロセッサに指示するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラム。
【請求項４１】
インターネットなどのネットワークを介して少なくとも部分的に与えられる、請求項４０に記載のコンピュータプログラム。
【請求項４２】
請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップをコンピュータが制御できるようにするための記憶プログラムを有する、コンピュータ可読媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文に従った、乗物の操縦中に人を訓練する方法に関する。
【０００２】
本発明は、さまざまな種類の乗物、特にパイロットを訓練するための航空機などの飛行体に適用可能である。航空機の例を説明することによって本発明を例示するが、本発明は、自動車、船、列車などの他の乗物にも適用可能である。従って、「乗物」という表現は、飛行体、陸用車両とともに船舶を意味する。
【背景技術】
【０００３】
パイロットの訓練は、重負荷状態の航空機の飛行を含む。最近の航空機は、空の航空機の重量と少なくとも同じ重さの負荷を運ぶことができる。従って、そのような飛行は、エンジンが高い定格出力で動作しなければならず、且つ燃料消費量が高いので、実行が高コストである。また、高いエンジン定格出力は、エンジンの摩耗が大幅に増加することを意味し、その結果としてエンジンのメンテナンスがより高コストになる。さらに、航空機構造体の応力レベル（疲労）は、負荷状態の航空機でより高くなり、その結果として寿命が短くなり、メンテナンスコストが高くなる。重負荷状態の航空機での訓練はまた、特に離陸段階での飛行の安全を脅かす危険を意味する。重負荷の航空機は裕度が少なく、エンジン故障、鳥の衝突又は何らかの他の事故の場合に、乗員の重傷を生じる可能性がある悲劇的な状況を生じる危険が高くなるであろう。
【０００４】
重負荷状態の航空機で訓練する場合のコスト及び危険性が高いことは、そのような訓練を避けることにつながることが多く、従って、パイロットが受ける現実的な訓練が、所望より少ない。
【０００５】
上記訓練のために地上での飛行シミュレータが時々使用されるが、それらは多くの面で十分な現実的状況を与えることができない。
【０００６】
より現実的な状況を与える訓練の別の種類は、飛行中の実際の航空機で使用される空中シミュレーションシステムの使用である。そのようなシミュレーションシステムは、エンジン故障をシミュレートするためにエンジンにパワー出力制限を課すソフトウェアを使用する。複数エンジン搭載型航空機のエンジン故障をシミュレートする方法が、特許文献１に記載されている。エンジン故障は、ソフトウェア出力リミッタを１つ又は複数のエンジンに設置することによってシミュレートされる。これは、パイロットの計器盤上の仮想計器読み取り値と組み合わされることができる。しかしながら、そのような方法は、特定のエンジン故障をシミュレートするために使用可能であるエンジンの性能不良を与えるオプションモードが存在することを意味するに過ぎず、上記種類の重負荷状態の航空機での全般的な訓練を裏付けるものではない。
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１３３３２２号明細書
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、導入部で言及した種類の方法であって、現実的且つ安全なやり方であるとともに妥当なコストで試行状況中に乗物を操縦するために航空機パイロットなどの人を訓練することを可能にする方法を提供することである。
【０００９】
本目的は、請求項１による方法によって達成される。
【００１０】
そのような方法により、乗物のパイロット／運転者は、一定状態にある乗物の挙動を、この一定状態において乗物を実際に操縦することなく、経験することができる。現実の乗物を使用しながら、現実の訓練をより低いコストで実行することができる。例えば、負荷構成が実際状況と異なっているかのように挙動するように、乗物を選択することができる。言い換えると、重負荷状態の航空機のシミュレーションを、無負荷（軽負荷）状態の航空機の飛行によって実行することができる。本発明は、無負荷及び軽負荷状態の航空機を、それが現実的に負荷を受けて重いかのように挙動させることができる。これにより、コストを節約するとともに安全性を改善することができる。
【００１１】
本発明はまた、請求項３４による、乗物の操縦中に人を訓練する訓練システムに関する。
【００１２】
本発明による方法及びシステムは、人に訓練状況を与えるように乗物及び／又は環境の多くの異なった状態をシミュレートするために使用されてもよい。「乗物及び／又は環境の可能な現実状態である模擬状態」という表現は、同一乗物を使用しながら他の状況時に十分に起こりえる状態であるが、そのような状態で乗物を操縦することを避けながらも所望の訓練を実現するためにシミュレートされる状態のことである。「異なった状態」という表現は、乗物の負荷状態に関係する変更を越えた、乗物の異なった構造又は他の種類の乗物を含まない。一例として、飛行体の現実状態は無負荷状態であり得るが、飛行体の模擬状態は、同一飛行体がミサイルなどの武器などを搭載している状態であり得る。別の例では、模擬燃料量が、乗物に積載されている実際の燃料量と異なる。
【００１３】
模擬状態のさらなる例は、実際の負荷は解放されていないが、負荷の解放による飛行体の過渡的な乱れのシミュレーション、及び実際の天候は異なるが、特定の風及び温度状況のシミュレーションである。模擬状態の結果として、模擬乗物の重量が、乗物の実際の重量と異なり、模擬乗物の重心が、乗物の実際の重心と異なり、且つ／又は模擬乗物の慣性モーメントが、乗物の実際の慣性モーメントと異なる。さらなる結果として、模擬乗物の迎え角及び横滑りと抗力及び揚力との間の関係が、乗物の上記角度と抗力及び揚力との間の実際の関係と異なってもよい。
【００１４】
特に、本発明による方法は、乗物の動的特性の制御及び／又は乗物のエンジンの制御によって生じる状態、例えば１つ又は複数の飛行体制御表面の位置、及び／又はエンジン推力の設定、及び／又は推力特定方向向けのシミュレーションによってパイロット／運転者を訓練するために使用されてもよい。
【００１５】
本発明の好適な実施形態によれば、第１ステップで、乗物モデル及び乗物操縦コマンドを入力として使用することにより、模擬状態にある乗物の動作を計算し、次に、第２ステップで、計算ユニットへの入力として模擬状態にある乗物の計算動作を使用することによって乗物コマンド信号を計算する。これにより、訓練モードオペレーション用のコントローラは、通常モードオペレーション用のコントローラ及び動作方程式を使用して構成されることができる。
【００１６】
例えば、異なった負荷構成及び環境状況を取り扱うことができる乗物モデルは、その最も簡単な形で、表形式の乗物記述であることができるが、好ましくは動作の方程式に基づいた乗物動作についてのリアルタイム動的モデルであり得る。
【００１７】
乗物を制御するために使用される計算乗物コマンド信号は、通常の乗物制御信号、及び訓練モード中だけ訓練システムが発生する任意の追加乗物制御信号である。しかしながら、両方の場合で、計算乗物コマンド信号は、乗物操縦コマンドに基づき、また、乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、乗物モデルによってシミュレートされた状態に対応するやり方で、乗物を乗物操縦コマンドに応答させるように設計される。
【００１８】
シミュレーションシステム内に含まれる制御ユニットは、既知の電気的及び／又は機械的制御構成要素及び対応のソフトウェアに基づいて達成されてもよい。コンピュータの内部メモリに記憶された命令セットを有するコンピュータプログラムを使用して、命令セットがコンピュータで実行される時、方法のステップを達成するようにプロセッサに命令するようにしてもよい。コンピュータプログラムは、インターネットなどのネットワークを介して少なくとも部分的に与えられることができる。制御ユニットは、コンピュータに本発明による方法のステップを制御させることを意図して、記憶プログラム又はデータを有するコンピュータ可読媒体を受け取るように設計されてもよい。
【００１９】
本発明に従った本発明のさまざまな実施形態の他の有利な特徴及び機能は、以下の詳細な説明及び従属請求項から明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
添付図面を参照しながら、単に非制限的な例として与えられた本発明の好適な実施形態を以下により詳細に説明する。
【００２１】
本発明による方法を実行するための一般的な乗物シミュレータシステムが、図１に一般乗物用に示されている。パイロット／運転者は通常、乗物１２を制御するための乗物操縦コマンド０１を送出し、乗物応答１３をフィードバックとして利用する。乗物は、１つ又は複数のエンジンを有する推進システムを備えてもよい。多くの用途では、乗物は、制御表面を備える。エンジン及び制御表面は、乗物の制御システムが受け取る乗物操縦コマンドにより、パイロット／運転者によって制御されるようになっている。
【００２２】
航空機用途での乗物操縦コマンドパラメータの例は、パワーレバー角及び操縦桿方向角である。航空機用途での乗物応答パラメータの例は、高度、上昇角、速度、加速度、ｇ荷重、及びピッチ／ヨー／ロール率である。システムは、パイロット／運転者選択用の、すなわちシミュレーションシステムの起動又はシミュレーションの自動安全解除用のスイッチ１１などを有する。スイッチを図１に示す訓練モードオペレーション用の位置に設定する時、システムが起動して、パイロット／運転者は本発明による方法を使用することができる。これは、乗物操縦コマンド０１の少なくとも１つを使用して、制御システムによって使用されるべき少なくとも１つの乗物コマンド信号１０を発生することを意味する。しかしながら、スイッチを通常モードオペレーション用の別の位置へ移動させると、シミュレータシステムは解除されて、乗物操縦コマンドは通常通りに制御システムによって処理される。
【００２３】
乗物コマンド信号１０を発生するために、シミュレーション手段００を使用して、乗物操縦コマンド０１を乗物コマンド信号１０に変換する。シミュレーション手段は、乗物コマンド信号１０を計算する計算ユニット０９を有する。その最も簡単な形において、計算ユニット０９は、乗物操縦コマンド０１を受け取る手段、乗物操縦コマンド０１を乗物コマンド信号１０に変換する事前計算済みテーブルなど、及び乗物コマンド信号１０を乗物１２に送る手段を有する。そして、乗物コマンド信号１０を使用して、乗物１２が、乗物及び／又は環境の実際の状態ではなく、シミュレーション手段００によってシミュレートされた状態に対応するやり方で、乗物操縦コマンド０１に応答するように、乗物を制御する。
【００２４】
より高度の用途では、シミュレーション手段００は、負荷データベース０４、乗物モデル０７及びより高度な計算ユニット０９を有してもよい。負荷データベース０４は、すべての乗物負荷、乗物の現在の構成、及び負荷が乗物にいかに影響するかについてのデータを含む。乗物モデル０７は、負荷及び操縦コマンドに基づいた乗物の動作を予想する。計算ユニット０９は、模擬乗物０８の計算動作を乗物コマンド信号１０に変換し、それにより、乗物１２が模擬乗物の動作に従うようにする。計算ユニット０９は、実際乗物の測定動作を模擬乗物と同じにするコントローラであり得る。乗物の動作の測定値が得られない場合、又は測定値のより高い信頼度が必要である場合、計算ユニット０９は、実際乗物の動作を発生するために、実際乗物モデルを使用することもできる。別の実施例では、計算ユニット０９は、逆実際乗物モデル、すなわち、模擬乗物０８の計算動作を入力とし、乗物コマンド信号１０を出力とするモデルを有することができる。
【００２５】
負荷選択ユニット０２が、シミュレートされるべき乗物及び実際乗物の場合の負荷構成０３についてのデータを含んでもよい。負荷データベース０４は、模擬乗物についてのキーデータ０５を乗物モデル０７への入力として与え、また、実際乗物についてのキーデータ０６を計算ユニット０９への入力として与える。
【００２６】
「キーデータ」という用語は、質量、重心の位置、及び乗物の慣性モーメント及び空力特性を有してもよい。空力特性は、乗物の速度、迎え角、横滑り、及び空気力及びトルクを発生する角速度の関数によって与えられる。
【００２７】
乗物モデル０７は、キーデータ０５及び乗物操縦コマンド０１を使用して模擬乗物０８の動作を計算する。また、乗物応答１３は、乗物モデル０７内で使用されることができる。計算ユニット０９は、模擬乗物０８の計算動作及び実際乗物についてのキーデータ０６を入力として使用することにより、乗物コマンド信号１０を計算する。また、乗物操縦コマンド０１及び／又は乗物応答１３は、乗物コマンド信号１０の計算用に計算ユニット０９への入力として使用されることができる。
【００２８】
乗物１２を制御するために乗物コマンド信号１０を使用することにより、乗物は、模擬乗物０８のように挙動するために、推進システムによって与えられる推進及び／又は制御表面の設定に応答する。それによって生じる乗物１２の動作は、システムへのフィードバックとして利用され、その結果として、訓練中に連続的に変化する乗物応答１３についてのデータを生じる。
【００２９】
図２を参照すると、訓練中のパイロットがさまざまな種類の飛行任務を実施し、且つ、通常は無負荷の基本構成である１つの構成で実際の航空機が飛行することによってさまざまな種類の状況を処理するために、航空機負荷シミュレータシステムに適用された時について本発明が例示されている。
【００３０】
図２は、本発明による航空機負荷シミュレータシステムを示す。負荷データベース０４、模擬航空機用の航空機モデル０７、及び乗物コマンド信号の計算用の計算ユニット０９の機能ブロックは、航空機負荷シミュレータシステムを表す。残りのブロックは、関連の制御機能部、パイロットコマンド及び入力を備える航空機を表す。
【００３１】
本例では、航空機負荷シミュレータシステムを装備しようとする航空機は、システムコンピュータ、フライバイワイヤ制御、及び全自動デジタルエンジン制御システムなどのエンジン制御システムを含む制御システムを有すると仮定する。さらに、システムコンピュータは、飛行及びエンジン制御コンピュータに情報及びデータを与えることができ、さらに、飛行及びエンジン制御システムが互いに通信できるようにすると仮定する。本発明によるシミュレータシステムは、乗物の通常のシステムコンピュータに部分的又は全体的に組み込まれることが好ましいが、シミュレータシステムは、システムコンピュータと通信する別体のシステムであることもできる。
【００３２】
シミュレートすべき航空機の負荷構成の情報０３は、ソフトウェア機能負荷データベース０４に転送される。負荷は、乗員の重量、荷物重量及び配電などの内部負荷と燃料の量とによることができる。負荷はまた、武器の数、種類及び配置などの外部負荷、又は補助燃料タンクなどの任意の他の内部又は外部負荷によることができる。
【００３３】
負荷データベース０４内のソフトウェア機能部は、重量、重心、慣性モーメント、抗力及び空力モーメントなどの空力特性、並びに最大許容ｇ荷重(又は、適用可能であれば、ｇ荷重包絡線)などの性能限界を計算する。これらの計算データは、図２の模擬航空機についてのキーデータ０５と呼ばれる。
【００３４】
実際航空機システムコンピュータは、訓練飛行任務中に飛行すべき実際航空機構成の負荷を確認する能力を有すると仮定する。この機能により、模擬航空機用に負荷データベースが与えるものと同じ情報を実際航空機に与える（この情報は、図１の実際乗物についてのキーデータと呼ばれる）。本発明のこの図示の例では、実際航空機は無負荷状態である。
【００３５】
訓練飛行を開始するために航空機負荷シミュレータシステムを起動させると、模擬航空機についてのキーデータ０５が負荷データベース０４によって計算されて、模擬負荷及び実際負荷の変化に関して更新されてもよい。そのような変化は、燃料消費量及び発射中の武器の作用のせいであり得る。飛行中の燃料消費量は、本例では、航空機モデル０７内で計算される。
【００３６】
模擬航空機についてのキーデータ０５は、訓練飛行任務中、航空機モデル０７と呼ばれるソフトウェア機能部へ連続的に転送される。キーデータは、パイロットからの航空機操縦コマンド０１及び航空機動作と一緒に使用されて、例えば航空機モデル０７による上昇角、加速度及び回転率（ピッチ、ヨー、ロール）に関する模擬航空機０８の動作を計算することができる。実際航空機動作に関する情報は、航空機応答１３を測定する動作測定値２１から得られる。
【００３７】
動作測定値２１からの実際航空機についての動作データは、訓練飛行任務中、計算ユニット又は新コマンド０９の計算と呼ばれるソフトウェア機能部へ連続的に転送される。模擬航空機の動作のデータ及び実際の飛行状況についてのデータを使用して、乗物コマンド信号１０を計算することができる。乗物コマンド信号１０は、操縦桿、ペダル、及びトリム及びフラップ設定などの性能に影響を与える他の設定に関する実際航空機動作コマンド１０ａ、及び／又は推力設定に関する実際エンジンコマンド１０ｂを含む。本発明の別の実施形態では、エンジン制御部３１及びエンジンアクチュエータ３２のループは、シミュレーションの忠実度を向上させるように変更される。乗物コマンド信号１０に加えて、他のコマンド信号を使用することもできる。これらのコマンド信号は、運転者によって、すなわち乗物操縦コマンド０１によって送られる信号に基づく種類の信号に制限されない。例えば、排気ノズル領域及びＰＬＡ(パワーレバー角)の両方を乗物１２への入力として使用する場合、ガスタービンエンジンについて過渡的推力応答を改善することができる。これにより、武器投下及び急旋回のシミュレーションなどの幾つかの操縦についてのシミュレーション忠実度を向上させることができるであろう。新コマンド信号は、エンジン制御部３１及びエンジンアクチュエータ３２のループの変更を必要とする。
【００３８】
実際航空機動作コマンドは、通常飛行制御機能部、すなわち動作及び安定性制御部２２、２３へ送られ、そこでそれらを使用して、航空機制御表面２４に影響を及ぼすことができる。それに対応して、実際エンジンコマンドは、通常エンジン制御部３１へ送られ、そこでそれらを使用して、エンジンアクチュエータ３２を制御することができる。
【００３９】
このように、航空機は、エンジン３１によって与えられた推力及び航空機制御表面２４の設定に応答し、それにより、模擬航空機のように挙動することができる。結果的に生じる航空機の動作は、システムへのフィードバックとして利用されて、その結果として、飛行中に連続的に変化する航空機応答１３についてのデータを生じる。
【００４０】
本発明をより詳細に説明するために、航空機が最初はある一定の速度及び高度で飛行し、その後でパイロットが同一高さでできる限り迅速に加速することを望む簡略化した計算例を説明する。さらに、パイロットは、航空機の一定の負荷構成を必要とする飛行任務の訓練中であるが、経済的又は安全性の理由又は他の理由から、訓練中は負荷を含まない。従って、訓練航空機は、負荷が航空機に積載されている対応の現実状況で航空機が有するものより少ない総重量を有する。
【００４１】
航空機に関する物理的状況の以下の定義を使用した。航空機の動作は、４つの基本力によって説明され、飛行体に作用する力を示す図３を参照されたい。これらの力は、揚力Ｌ、推力Ｔ、抗力Ｄ及び重力Ｇである。抗力は、後向きであり、航空機の速度ベクトルｖと逆の向きである。揚力は、抗力に対して垂直の向きであり、航空機のｘ軸（Ａ／Ｃｘ軸）及び速度ベクトルｖ間の迎え角αによって左右される。重力Ｇは、下向きであって、航空機の質量ｍ及び重力定数ｇによって与えられる。ピッチ姿勢θは、航空機ｘ軸及び固定水平ｘ軸間の角度である。
【００４２】
この特定例は、航空機の縦方向制御に限定される。鉛直面での移動用の主制御表面は昇降舵であり、安定性のために先尾翼が使用される。昇降舵は、航空機のｙ軸を中心にした回転モーメントを生じる。航空機の速度は、エンジン推力設定によって制御される。従って、本例では、関連の航空機操縦コマンドは、昇降舵角に影響を及ぼす操縦桿角、及びエンジン推力Ｔに影響を及ぼすパワーレバー角ＰＬＡである。航空機に作用するすべての力は、圧力、温度、高度、速度、迎え角、航空機空気力学、及び燃料の残量、乗員、武器などの負荷のようなパラメータによって左右される。これらのパラメータはすべて、後述する方程式（２）及び（３）においてｐと表記される。
【００４３】
航空機は、乗物操縦コマンドによって航空機の制御機能に影響を及ぼすための制御部を有する。この場合、昇降舵角などの飛行制御表面に影響を及ぼすために、操縦桿を使用することができる。エンジン推力に影響を及ぼすために、パワーレバーを使用することができる。パワーレバー角ＰＬＡが増加すると、エンジンのスロットルが開き、その結果として、航空機負荷によって左右される異なった加速度が生じる。これに関して、ｔ＝４ｓの時点でのＰＬＡ≒５４°から最大１００°までのパワーレバー角ステップについて、負荷状態及び無負荷状態の航空機の加速度及び速度増加を示す図４を参照する。
【００４４】
連続曲線は、本発明によるシミュレーション方法を使用しない無負荷状態の訓練航空機を表す。点線の曲線は、負荷状態にある同一訓練航空機を表す。無負荷状態の航空機の加速度及び速度増加は、負荷状態の航空機と比べて非常に高く、そのため、そのようなパイロット訓練があまり現実的でなく、また効率的でないことが、曲線から明らかである。
【００４５】
すでに述べたように、本発明によると、航空機及び／又は環境の一定状態をシミュレートするためのモデルが提供される。模擬状態は、航空機及び／又は環境の実際状態と異なる可能な現実状態である。本例では、訓練中の無負荷状態の航空機の加速度が、あたかも航空機が実際に負荷状態にあるのと同じになることが望ましい。この航空機操縦コマンドは、制御部から受け取られ、この場合、推力パワーレバー及び昇降舵角操縦桿、及び航空機操縦コマンド及び所望の模擬状態用のキーデータが、乗物コマンド信号を計算するための航空機モデルへの入力として使用される。
【００４６】
負荷シミュレータシステムを使用していなければ、実際航空機操縦コマンドに基づいて予想される信号と異なっているこれらの乗物コマンド信号は、航空機の実際状態ではなく航空機モデルによってシミュレートされた状態に対応するやり方で、航空機が航空機操縦コマンドに応答できるように航空機を制御するために使用される。
【００４７】
この場合、乗物コマンド信号は、エンジン制御機能部、エンジンのスロットルの制御に使用され、上記乗物コマンド信号の計算を行うことなく、同一の計器設定及びパイロットコマンドに対して、無負荷状態の訓練航空機の場合の加速度（及び速度）を負荷状態の航空機の場合と同一に保持するように適応させたエンジン推力が得られる。
【００４８】
エンジン推力が航空機ｘ軸に合致すると仮定して、固定ｘ−ｚ座標で表される航空機動作を次の関係によって以下に説明する。
【００４９】
【数１】
2008544314.tif 000003
【数２】
2008544314.tif 000004
【数３】
2008544314.tif 000005
【数４】
2008544314.tif 000006
【００５０】
従って、例示的なシミュレーションは、訓練航空機での加速度（及び速度）を負荷状態の航空機であった場合と同一に保持するように設計される。ｘ軸に沿った加速度の一致は、例えばＰＩコントローラを使用することによって方程式（４）で実行される。ＰＩコントローラにより、実際エンジンコマンドＰＬＡが計算される。Ｔｉ及びｋは、それぞれコントローラの時間定数及びゲインである。ＰＬＡ０は、訓練用の定常推力要求を表し、模擬航空機では、実際パイロットコマンドで同一の定常速度が結果的に生じる。
【００５１】
訓練航空機の高さを維持するために、昇降舵などの航空機制御表面がいかに制御されたかを本明細書では明確に説明していないが、乗物コマンド信号は、所望通りに航空機制御表面に影響を及ぼすように計算される。もちろん、航空機及び／又は航空機に対する環境の異なった状態をシミュレートする時、異なったアルゴリズムが必要である。多くの用途では、６次元の問題に取り組む必要があり、このことは、横方向の飛行操縦も含まれることを意味する。
【００５２】
さらに、迎え角、ピッチ姿勢又は慣性モーメント等の重要なパラメータの変化について、本説明では明確に取り組んでいなかった。しかしながら、これらのパラメータは、図５に示された例示的なシミュレーションに含まれており、方程式（２）及び（３）においてｐで表される。
【００５３】
以下のシーケンスは、本発明によるシステム及び方法によってパイロットコマンドがいかに変わるかを説明する。
ａ）パイロットは、航空機用の適当な訓練モードを選択する。
ｂ）負荷データベースから得られる航空機のｙ軸を中心にした慣性モーメント、航空機質量及び重心を、現在値及び測定入力の中間履歴とともに使用して、模擬航空機についての抗力、揚力、重力及びモーメントを、航空機モデルの使用によって計算する。
ｃ）次に、方程式（１）、（２）及び（３）を使用して、模擬航空機の動作を計算することができる。システムは、実際航空機が模擬航空機軌道をたどるように、航空機を制御する。パイロットコマンドと、模擬航空機軌道及び実際飛行状態間の違いとを入力として使用することにより、実際航空機動作コマンド及び実際エンジンコマンドを出力として発生することができる。そして、これらの乗物コマンド信号は、航空機の制御に使用される。
【００５４】
図５の左側に、無負荷航空機の実加速が、負荷状態の模擬航空機に予想される模擬加速度（図４の点線の曲線も参照）にいかに追従するかを示す。航空機はモデルを非常にうまく追跡し、このことは、その性能が、負荷状態の模擬航空機の性能に非常に似ていることを意味する。
【００５５】
本例では、パイロットコマンドは、ＰＬＡ≒５４°から１００°の最大ＰＬＡ角までのステップであり、これは、図５の右側の点線の曲線によって示される。パイロットコマンドに対応するコマンドであって、実際にエンジン推力に影響を及ぼす、飛行中に使用される計算実際エンジンＰＬＡ−コマンドは、下側の連続曲線をたどり、負荷状態の航空機によって予想される応答に似た航空機応答をする。これは、簡略化された例になる。
【００５６】
本発明は、以上に記載し、且つ図面に示した実施形態に制限されることはなく、むしろ、当業者であれば、添付の特許請求の範囲内で多くの変化及び変更を加えてもよいことがわかるであろう。例えば、本方法に使用されるモデルのアルゴリズムをさまざまに変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明に従った方法を実行するためのシミュレーションシステムの一実施形態を概略的に示すブロック図である。
【図２】航空機に適応させた図１のシステムの変更形である。
【図３】飛行中の航空機に作用する力を示す航空機の図である。
【図４】ある一定のパイロットコマンドに対する負荷状態及び無負荷状態の航空機の加速度及び速度を示すグラフである。
【図５】図４のような負荷状態の航空機の加速度、及び負荷状態の航空機をシミュレートするために本発明によるシステム及び方法によって制御された無負荷状態の航空機の加速度（左側）と、パイロットＰＬＡコマンド（パワーレバー角）及び計算した実際のエンジンのＰＬＡコマンド（右側）を示すグラフである。
【図１】
2008544314.tif 000007
【図２】
2008544314.tif 000008
【図３】
2008544314.tif 000009
【図４】
2008544314.tif 000010
【図５】
2008544314.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成19年3月19日(2007.3.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗物（１２）の操縦中に人を訓練する方法において、乗物は、乗物（１２）を制御するために前記人から乗物操縦コマンド（０１）を受け取る制御システムを有する方法であって、
乗物（１２）及び／又は乗物が影響を受ける環境の状態をシミュレートする手段（００）を設けることであって、模擬状態は、乗物及び／又は環境の実際状態と異なる乗物及び／又は環境の可能な現実状態である、シミュレートする手段（００）を設けること、
乗物操縦コマンド（０１）、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するための計算ユニット（０９）を有するシミュレーション手段（００）を使用すること、及び
乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態に対応するやり方で、乗物（１２）が乗物操縦コマンド（０１）に応答するように乗物を制御するために、前記乗物コマンド信号（１０）を使用すること
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
実際乗物モデルを有する計算ユニット（０９）を使用すること、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するために、実際乗物モデルへの入力として乗物操縦コマンド（０１）を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、計算ユニット（０９）への入力として乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は実際乗物についてのキーデータ（０６）を使用することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
乗物コマンド信号（１０）を計算するための逆実際乗物モデルを有する計算ユニット（０９）、及び乗物コマンド信号（１０）を計算するために、逆実際乗物モデルへの入力として模擬状態の乗物（０８）の計算動作を使用することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、負荷データベース（０４）を有するシミュレーション手段（００）を使用することを特徴とする、請求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算するために負荷データベース（０４）を使用することを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
負荷データベース（０４）への入力として乗物操縦コマンド（０１）を使用することにより、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を計算することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
負荷データベース（０４）への入力として乗物応答（１３）を使用することにより、乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算することを特徴とする、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
負荷データベース（０４）への入力として模擬状態及び／又は実際乗物（０３）の状態の負荷構成を使用することにより、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）及び／又は乗物の実際状態についてのキーデータ（０６）を計算することを特徴とする、請求項６、７又は８に記載の方法。
【請求項１０】
乗物コマンド信号（１０）を計算するために、乗物モデル（０７）を有するシミュレーション手段（００）を使用することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
第１ステップで、乗物モデル（０７）及び前記乗物操縦コマンド（０１）を入力として使用することによって模擬状態での乗物の動作を計算すること、及び、次に第２ステップで、計算ユニット（０９）への入力として模擬状態での乗物（０８）の計算動作を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
乗物モデル（０７）への入力として、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を使用することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
乗物の操縦中、乗物の模擬状態についてのキーデータ（０５）を乗物モデル（０７）に送ることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
第２ステップでの入力として乗物操縦コマンド（０１）を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
第２ステップでの入力として実際乗物についてのキーデータ（０６）を使用することによって前記乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１１又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
シミュレーション手段（００）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１ないし１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
計算ユニット（０９）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
乗物モデル（０７）への入力として乗物応答（１３）を使用することによって乗物コマンド信号（１０）を計算することを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１９】
負荷解放に関連する乗物動作に対する過渡効果をシミュレートするために、乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項１ないし１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
乗物コマンド信号（１０）を計算するためにシミュレーション手段（００）内の事前計算データを使用することであって、該事前計算データは、一定の乗物操縦コマンド及び乗物コマンド信号間の関係を定めることを特徴とする、請求項１ないし１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
乗物の少なくとも１つのアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項１ないし２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
乗物のエンジンの少なくとも１つのアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
エンジンのパワー又は推力を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
乗物の少なくとも１つの制御表面を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
制御表面の位置を制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
乗物の少なくとも１つのホィールを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
【請求項２７】
乗物の少なくとも１つのホィールブレーキアクチュエータを制御するために前記乗物コマンド信号（１０）を使用することを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
乗物の重量が乗物の実重量と異なる、乗物の模擬状態を与えることを特徴とする、請求項１ないし２７のいずれかに記載の方法。
【請求項２９】
乗物は実負荷と異なる負荷を受ける、乗物の模擬状態を与えることを特徴とする、請求項１ないし２８のいずれかに記載の方法。
【請求項３０】
乗物の模擬状態での乗物の挙動を得ることができる訓練モードオペレーションと、乗物の同一操縦中の通常モードオペレーションとの間で切り換えることを特徴とする、請求項１ないし２９のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
飛行体である乗物の同一飛行中の乗物の異なった模擬状態間で切り換えることを特徴とする、請求項１ないし３０のいずれかに記載の方法。
【請求項３２】
第１形態又は第２形態で飛行することができる飛行体を操縦中に人を訓練することであって、第１および第２形態は、飛行中にオペレータが選択可能であり、及び第１形態から第２形態への過渡をシミュレートするために、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態を使用することを特徴とする、請求項１ないし３１のいずれかに記載の方法。
【請求項３３】
飛行体を操縦中に人を訓練することを特徴とする、請求項１ないし３２のいずれかに記載の方法。
【請求項３４】
乗物の操縦中に人を訓練する訓練システムにおいて、乗物は、乗物（１２）を制御するために前記人から乗物操縦コマンド（０１）を受け取る制御システムを有する訓練システムであって、該訓練システムは、乗物（１２）及び／又は乗物が影響を受ける環境の状態をシミュレートする手段（００）であって、模擬状態は、乗物及び／又は環境の実際状態と異なる乗物及び／又は環境の可能な現実状態である、シミュレートする手段（００）と、乗物操縦コマンド（０１）及びシミュレーション手段（００）を使用して乗物コマンド信号（１０）を計算する手段と、さらに、乗物及び／又は環境の実際状態ではなく、シミュレーション手段（００）によってシミュレートされた状態に対応するやり方で乗物（１２）が乗物操縦コマンド（０１）に応答するように乗物を制御するために、前記乗物コマンド信号（１０）を乗物の少なくとも１つの制御可能な構成要素に送る手段とを備えることを特徴とする、訓練システム。
【請求項３５】
請求項３４に記載の訓練システムを備える航空機。
【請求項３６】
請求項３４に記載の訓練システムを備える陸用車両。
【請求項３７】
請求項３４に記載の訓練システムを備える宇宙飛行体。
【請求項３８】
請求項３４に記載の訓練システムを備える船舶。
【請求項３９】
コンピュータと、コンピュータの内部メモリ内に記憶されたコンピュータプログラムとを有する制御ユニットであって、前記コンピュータプログラムは、コンピュータ内でコンピュータプログラムを実行する時、請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップを達成するようにプロセッサに指示するために使用される、制御ユニット。
【請求項４０】
コンピュータ内で実行する時、請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップを達成するようにプロセッサに指示するソフトウェアコード部分を有するコンピュータプログラム。
【請求項４１】
インターネットなどのネットワークを介して少なくとも部分的に与えられる、請求項４０に記載のコンピュータプログラム。
【請求項４２】
請求項１ないし３３のいずれかに記載のステップをコンピュータが制御できるようにするための記憶プログラムを有する、コンピュータ可読媒体。
【国際調査報告】
2008544314.tif 000012
2008544314.tif 000013
2008544314.tif 000014