(57)【要約】【課題】自動操縦モードの操作を支援する表示を行う航空機用自動操縦システム及び航空機用自動操縦操作装置を提供すること。【解決手段】航空機に搭載され自動操縦装置（１０１）を有する航空機用自動操縦システムにおいて、前記自動操縦装置からの情報を基に前記航空機の飛行を模擬し、規定時間後の前記航空機の状態を計算する模擬手段（１０５）と、この模擬手段で計算された航空機の状態を表示する表示手段（５ｂ）と、を具備。【選択図】　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機に搭載され自動操縦装置を有する航空機用自動操縦システムにおいて、前記自動操縦装置からの情報を基に前記航空機の飛行を模擬し、規定時間後の前記航空機の状態を計算する模擬手段と、
この模擬手段で計算された航空機の状態を表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする航空機用自動操縦システム。
【請求項２】
航空機に搭載された自動操縦装置に対する操作を行う航空機用自動操縦操作装置において、
自動操縦に係る設定を行う操作手段と、
前記操作手段に対応付けて設けられ、前記操作手段を操作した結果生じる前記航空機の状態を予め表示する表示手段と、
を具備したことを特徴とする航空機用自動操縦操作装置。
【請求項３】
前記表示手段は、自動操縦モードに関する情報を表示することを特徴とする請求項２に記載の航空機用自動操縦操作装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、航空機用自動操縦システム及び航空機用自動操縦操作装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の航空機、特に旅客機では、自動操縦装置（オートパイロット、オートスロットノル、及び飛行管理システム）による自動操縦で飛行することが多くなっている。自動操縦は、例えば、高度を一定に保つモード、速度を一定に保つモード等、様々な機能をもつ自動操縦モードから成り立っている。
【０００３】
パイロットは、コックピットに備えられた所定の指示器から現在の自動操縦モードを確認し、自動操縦操作装置の操作ボタンを操作して、自動操縦モードの選択を行っている。またパイロットは、必要に応じて自動操縦操作装置のノブを操作して、自動操縦モードの目標値（高度、速度等）を設定する。選択された自動操縦モードと設定された目標値は、自動操縦操作装置の表示部に表示される。
【０００４】
このようにパイロットは、自動操縦操作装置に備えられたボタンを押すことで自動操縦モードの選択を行い、所望の飛行ルートや飛行速度を得る。安全な運航のために、パイロットは現在の自動操縦モードを確実に把握しなければならない。さらにパイロットは、自動操縦モードを変更する場合、変更後の機体挙動がどうなるかを変更前に正確に把握し、操作しなければならない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の自動操縦操作装置の表示部では、設定された目標値のみが表示される。自動操縦操作装置のボタンを押して自動操縦モードを変更した結果、機体がどのような挙動を示すか、すなわち自動操縦モードの遷移は、パイロットがボタンを押す前に予測しなければならない。この予測は、ボタンを押す時の自動操縦モード、航空機の状態、飛行計画、及び自動操縦操作装置に設定された目標高度などに依存する。
【０００６】
自動操縦操作装置にて、パイロットが同一のボタンを押した場合でも、状況に応じて生じる結果が異なる場合があり、パイロットは、自動操縦モードの遷移ロジックを記憶しておく必要がある。しかし、自動操縦モードの遷移を完全に記憶することは困難であり、パイロットが思い込みにより誤操作したり、意図しない自動操縦モードに遷移したりすることがある。
【０００７】
一方、パイロットの意図しない自動操縦モードに遷移しても、パイロットがそれに気づかず、認識している自動操縦モードと現状の自動操縦モードとが異なったまま飛行することもある。航空機の安全な運航のためには、パイロットの認識している自動操縦モードと現状の自動操縦モードとが一致していることが、不可欠の要素である。
【０００８】
本発明の目的は、自動操縦モードの操作を支援する表示を行う航空機用自動操縦システム及び航空機用自動操縦操作装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明の航空機用自動操縦システム及び航空機用自動操縦操作装置は以下の如く構成されている。
【００１０】
（１）本発明の航空機用自動操縦システムは、航空機に搭載され自動操縦装置を有する航空機用自動操縦システムにおいて、前記自動操縦装置からの情報を基に前記航空機の飛行を模擬し、規定時間後の前記航空機の状態を計算する模擬手段と、この模擬手段で計算された航空機の状態を表示する表示手段と、を具備している。
【００１１】
（２）本発明の航空機用自動操縦操作装置は、航空機に搭載された自動操縦装置に対する操作を行う航空機用自動操縦操作装置において、自動操縦に係る設定を行う操作手段と、前記操作手段に対応付けて設けられ、前記操作手段を操作した結果生じる前記航空機の状態を予め表示する表示手段と、を具備している。
【００１２】
（３）本発明の航空機用自動操縦操作装置は上記（２）に記載の装置であり、かつ前記表示手段は、自動操縦モードに関する情報を表示する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る自動操縦操作装置が適用される航空機のコックピットを示す概略図である。図１に示すコックピットには、種々の計器類、表示パネル類、及びスイッチ類等が配置されている。例えば、フライト・インフォメーション・ユニット（Ｆｌｉｇｈｔ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｔ）１，１、ナビゲーション・ユニット（Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ　Ｕｎｉｔ）２，２、センター・ユニット（Ｃｅｎｔｅｒ　Ｕｎｉｔ）３、サブ・ユニット（Ｓｕｂ　Ｕｎｉｔ）４，４、及び自動操縦操作装置５が備えられている。
【００１５】
パイロットは、これら計器類、表示パネル類、及びスイッチ類を用いて、航空機の運航を管理している。例えば、計器類から航空機の姿勢、高度、速度、上昇率又は下降率、及び飛行ルート等を把握している。そしてパイロットは、これらの情報及び航空管制からの指示等に従い、操縦を行っている。なお、このコックピットでは、二人のパイロットにて運行管理できるよう、フライト・インフォメーション・ユニット１、ナビゲーション・ユニット２、及びサブ・ユニット４が、それぞれ二つ備えられている。
【００１６】
また、当該航空機は、自動操縦装置（オートパイロット、オートスロットノル、及び飛行管理システム）を搭載しており、自動操縦を行う。そして、パイロットは自動操縦操作装置５を操作して、自動操縦モードの選択、及び自動操縦に対するコマンドの設定を行う。
【００１７】
図２は、上記自動操縦操作装置５が適用される航空機の自動操縦システムの構成を示すブロック図である。図２に示す自動操縦システムは、自動操縦装置１０１、自動操縦操作装置５、飛行管理システム１０２、航空機のセンサ類１０３、航空機の操舵装置１０４、及びプレビュー生成部１０５から成る。自動操縦操作装置５は、操作部５ａと表示部５ｂを備えている。プレビュー生成部１０５は、航空機飛行模擬部１１１、自動操縦装置模擬部１１２、及び飛行管理システム模擬部１１３から成る。
【００１８】
自動操縦操作装置５は、パイロットが操作部５ａからボタンやノブの操作により入力した自動操縦モード選択信号及びコマンド値などの操作情報を、自動操縦装置１０１へ出力する。また自動操縦操作装置５は、自動操縦装置１０１から、現在の自動操縦モードや遷移可能な自動操縦モードの情報及びコマンド値、現在の飛行状態等の自動操縦状態に関する情報を受け取り、表示部５ｂに表示する。
【００１９】
飛行管理システム１０２は、飛行前にあらかじめ入力されている飛行ルートなどに従い飛行するように、自動操縦モードやコマンド値などの航法情報を自動操縦装置１０１へ出力する。また飛行管理システム１０２は、自動操縦装置１０１から、自動操縦モード及びコマンド値、現在の飛行状態、ルートからのずれ等の自動操縦状態に関する情報を受け取り、適切な航法が行えるような航法情報を計算する。
【００２０】
自動操縦装置１０１は、自動操縦操作装置５からの操作情報、及び飛行管理システム１０２からの航法情報を基に、自動操縦モードを選択し機体を制御するロジックを備えている。自動操縦装置１０１は、そのロジックに従って自動操縦モードを選択した上で、センサ類１０３から受け取るセンサ情報を基に、操舵装置１０４へ操舵情報を出力し自動操縦を行う。
【００２１】
プレビュー生成部１０５は、一定周期で起動され、起動後は規定された時間作動する。航空機飛行模擬部１１１は、センサ類１０３からのセンサ情報及び自動操縦装置１０１からの操舵情報を基に、当該航空機の飛行模擬の初期値を設定し、飛行模擬計算を行い、模擬センナ情報を出力する。
【００２２】
自動操縦装置模擬部１１２及び飛行管理システム模擬部１１３は、それぞれ自動操縦装置１０１及び飛行管理システム１０２と同じ機能を有している。飛行管理システム模擬部１１３は、模擬航法情報を自動操縦装置模擬部１１２へ出力する。また飛行管理システム模擬部１１３は、自動操縦装置模擬部１１２から模擬自動操縦状態に関する情報を受け取り、模擬航法情報を計算する。自動操縦装置模擬部１１２は、航空機飛行模擬部１１１からの模擬センサ情報と自動操縦装置１０１からの自動操縦状態に関する情報とを基に、自動操縦装置１０１と同じロジックに従って模擬操舵情報を出力する。自動操縦装置模擬部１１２から出力された模擬操舵情報は、航空機飛行模擬部１１１に入力され、飛行の模擬に使用される。
【００２３】
なお、自動操縦装置模擬部１１２及び飛行管理システム模擬部１１３は、自動操縦装置１０１及び飛行管理システム１０２と同じシステムを使用する必要はなく、ソフトウェア等で同じ機能を実現しても良い。
【００２４】
プレビュー生成部１０５は、上記のサイクルを繰り返して、ある規定時間後（例えば１、２分後）の航空機の状態（自動操縦モード等）を計算した後、自動操縦装置模擬部１１２から自動操縦操作装置５へ、後述するプレビュー表示に必要な情報を送る。
【００２５】
図３は、上記航空機飛行模擬部１１１の構成を示すブロック図である。図３に示すように、航空機飛行模擬部１１１は、風等の外部要因推定部１２１、空気力モデル及びエンジンモデル１２２、航空機の運動モデル１２３、及びセンサ模擬部１２４から成る。
【００２６】
航空機の運動モデル１２３及び外部要因推定部１２１は、現在のセンサ情報を基に、シミュレーション初期値を設定する。空気力モデル及びエンジンモデル１２２は、現在の操舵情報を基に、空気力モデル及びエンジンモデルのシミュレーション初期値を設定する。
【００２７】
航空機の運動モデル１２３は、設定された初期値を基に、航空機の対地速度や位置、姿勢などの運動情報を、センサ模擬部１２４と外部要因推定部１２１へ出力する。センサ模擬部１２４は、航空機の運動モデル１２３からの運動情報及び外部要因推定部１２１からの対気運動情報を基に、センサの遅れなどを模擬して模擬センサ情報を出力する。
【００２８】
外部要因推定部１２１は、センサ情報を基に、風向・風速や気温などの外部要因を推定し、航空機の運動モデル１２３からの運動情報と併せて航空機の対気運動情報を出力する。空気力モデル及びエンジンモデル１２２は、外部要因推定部１２１からの対気運動情報及び自動操縦装置模擬部１１２からの模擬操舵情報を基に、航空機に働く力・モーメントを計算し、航空機の運動モデル１２３へ出力する。
【００２９】
航空機の運動モデル１２３は、空気力モデル及びエンジンモデル１２２からの航空機に働く力・モーメントを基に、それによって発生する航空機の運動を計算する。
【００３０】
航空機飛行模擬部１１１は、上記のサイクルを所定時間繰り返して、ある規定時間後（例えば１、２分後）の航空機の運動を模擬する。
【００３１】
図４は、自動操縦操作装置の前面パネルを示す図である。以下、図４を参照して、自動操縦操作装置５の構成について説明する。
【００３２】
表示部５ｂは、複数の表示器から成り、自動操縦モードに関する情報を表示する。表示器２０１には、ＬＮＡＶ（Ｌａｔｅｒａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）モードの状態、直行（Ｄｉｒｅｃｔ）する通過地点（Ｗａｙｐｏｉｎｔ）名、及び次に通過する通過地点名が表示される。表示器２０２には、機首方位コマンドが表示される。表示器２０３には、ＶＮＡＶ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ）モードの状態、ＶＮＡＶモードのフェーズ、オートスロットルのモードが表示される。表示部２０４には、対気速度コマンドが表示される。
【００３３】
表示部２０５には、目標高度を表示する領域が３つ有り、飛行管理システム１０２に設定された目標高度、自動操縦操作装置５の気圧高度コマンド設定ノブ３０３で設定された目標高度、及び現在高度の組み合わせにより表示パターンが規定されており、アイコン２０６と共に、その規定にしたがって表示される。表示器２０７には、垂直速度コマンドが表示される。
【００３４】
操作部５ａでは、機首方位コマンド設定ノブ３０１、大気速度コマンド設定ノブ３０２、気圧高度コマンド設定ノブ３０３、及び垂直速度設定ノブ３０４を回すことにより、自動操縦に対する各コマンド値を設定する。
【００３５】
また操作部５ａでは、ＬＮＡＶ（Ｌａｔｅｒａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ：水平面内自動航法）モードボタン４０１、ＳＥＬ（Ｓｅｌｅｃｔ：機首方位／進行方位選択）モードボタン４０２、ＶＮＡＶ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ：高度方向自動航法）モードボタン４０３、ＦＬＣＨ（Ｆｌｉｇｈｔ　Ｌｅｖｅｌ　Ｃｈａｎｇｅ：飛行高度変更）モードボタン４０４、ＡＬＴ（Ａｌｔｉｔｕｄｅ：高度保持）モードボタン４０５、及びＰＡＴＨ（経路保持）モードボタン４０６を押すことで、それぞれの自動操縦モードヘの変更がコマンド（設定）される。
【００３６】
しかし、上記自動操縦操作装置５のボタン４０１〜４０６を押した結果、機体がどのような挙動を示すかは、ボタンを押した時の自動操縦モード、航空機の状態、飛行計画、及び自動操縦操作装置５に設定された目標高度などに依存する。例えば、ＶＮＡＶモードボタン４０３を押した場合、ＶＮＡＶモードに遷移した後の機体の挙動は、飛行計画、自動操縦装置１０１で設定した高度コマンド、及び機体の現在高度により、上昇、下降、及び水平飛行のいずれにもなり得る。
【００３７】
それに対して上記自動操縦操作装置５では、表示器２０８に、ボタン４０１〜４０６を押した結果機体がどのような挙動（航空機の状態）を示すかをプレビュー表示することで、パイロット等の操作の支援を行っている。このプレビュー表示に必要な情報は、上述したようにプレビュー生成部１０５の自動操縦装置模擬部１１２から自動操縦操作装置５へ送られている。
【００３８】
表示器２０８は、ボタン４０１〜４０６及びノブ３０１〜３０４近傍の直上方に配置されている。表示器２０８は１０の領域に分割されている。各領域は、それぞれ直下方のボタン４０１〜４０６及びノブ３０１〜３０４に対応しており、それぞれボタン４０１〜４０６に係るプレビュー表示、及びノブ３０１〜３０４により設定されたコマンド値の表示を行う。例えば、ＶＮＡＶモードボタン４０３の直上方の表示器２０８の領域には、ＶＮＡＶボタンを押した結果、遷移するモードが表示され、また、表示器２０５の領域には、ＶＮＡＶモードの挙動が依存する、飛行計画、自動操縦装置１０１で設定した高度コマンド、及び機体の現在高度が、パターン化されて表示される。
【００３９】
このように上記自動操縦操作装置５では、表示器２０８に、どのボタン４０１〜４０６を押せば、機体がどのような挙動を示すかを表示することで、パイロットの操作の支援を行っている。すなわちパイロットは、ボタン４０１〜４０６を押す前に、表示部２０８の各領域を見ることで、ボタン４０１〜４０６を押した後に機体がどのような挙動を示すか、すなわち自動操縦モードの遷移を認識することができる。
【００４０】
なお、表示器２０８に表示される内容を、図示しないスピーカから音声にて出力することもできる。
【００４１】
次に、自動操縦モードのプレビュー表示の実施例について説明する。以下、実施例としてＶＳ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ　Ｓｐｅｅｄ）で飛行する場合を考える。ＶＳモードは、指定した垂直速度（上昇率）で航空機が飛行するように制御するモードである。
【００４２】
垂直速度コマンドが機体性能内であれば、コマンドした垂直速度で飛行することが可能である。しかし、航空機が実現できる垂直速度には限界があり、その限界を超えた過大なコマンドを行った場合、航空機は減速し、失速に至る場合もある。このような危険な状態に陥らないために、パイロットは航空機の性能を十分に把握した上で操作しなければならない。
【００４３】
しかし、同じ航空機であっても、機体重量（燃料残量や旅客数）等の影響をうけ、航空機の上昇性能は時と場合により変化するので、パイロットが航空機の性能を的確に把握することは容易ではない。さらに、高高度になるほど、空気密度の減少等によりエンジンの出力は低下する。このため、低空では飛行可能だった垂直速度であっても、高度が上がるにつれ航空機の上昇性能は低下し、ついには限界を超えてしまうことがある。
【００４４】
このような事象に対し、従来のシステムは警報機能やプロテクション機能（安全に飛行できる自動操縦モードヘの自動遷移機能）を備えており、警報を発生することによりパイロットに対応を喚起したり、あるいは、不安全な自動操縦モードから安全な自動操縦モードへ自動的に遷移したりする。
【００４５】
しかし、警報は危険な状態（上記例では失速）になる直前にしか発動しないので、警報が発動すると、パイロットは短時間で決められた手順に従って対応しなければならず、場合によっては焦りや混乱などによるミスを誘発するおそれがある。また、プロテクション機能ではパイロットが意図していない自動操縦モードの遷移が起こるため、パイロットが状況を把握できず、自動操縦と手動操縦の競合が発生するなど、新たな問題を発生する側面がある。
【００４６】
これに対して本発明によると、例えば上記実施例の場合、パイロットがＶＳモードにセットする前に、表示や音声等の手段によりＶＳモードに入れた結果どのような事象が起こるかという情報が示される。これにより、パイロットが不適切な操作を行った後に警報やプロテクション等で対処するのではなく、不適切な操作を事前に回避することが可能になる。よって、航空機が危険な状態に陥ることを未然に防ぐことができる。
【００４７】
以上のように本実施の形態によれば、自動操縦操作装置５のボタン４０１〜４０６の上部に、そのボタンを押した結果、起こる事象を予め表示する表示器２０８を設けている。これにより、ボタン４０１〜４０６の操作が自動操縦モードにどのように反映されるかを、操作の直前に確認できるため、パイロットの誤操作や、パイロットが意図しない自動操縦モードへの遷移を防ぐことができる。よって、パイロットはコックピットにおいて自動操縦モードの遷移を的確に把握した上で、適切な自動操縦モードの操作を容易に行うことができ、航空機運航の安全性が向上する。
【００４８】
なお、本発明は上記実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適宜変形して実施できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、自動操縦モードの操作を支援する表示を行う航空機用自動操縦システム及び航空機用自動操縦操作装置を提供できる。
【００５０】
すなわち本発明の航空機用自動操縦システムによれば、現在の状態において自動操縦操作装置を操作した結果、航空機がどのような挙動を示すかを表示することができる。これによりパイロットは、的確な自動操縦モードの操作を容易に行うことができ、航空機運航の安全性が向上する。
【００５１】
また本発明の航空機用自動操縦操作装置によれば、現状において自動操縦操作装置のある操作手段を操作すればどの自動操縦モードに遷移するかを示す情報を、事前に表示することができる。このようにパイロットを支援することで、パイロットの誤操作やパイロットの意図しない自動操縦モードへの遷移を防ぐことができ、航空機の運航安全性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動操縦操作装置が適用される航空機のコックピットを示す概略図。
【図２】本発明の実施の形態に係る自動操縦操作装置が適用される航空機の自動操縦システムの構成を示すブロック図。
【図３】本発明の実施の形態に係る航空機飛行模擬部の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の実施の形態に係る自動操縦操作装置の前面パネルを示す図。
【符号の説明】
１…フライト・インフォメーション・ユニット
２…ナビゲーション・ユニット
３…センター・ユニット
４…サブ・ユニット
５…自動操縦操作装置
５ａ…操作部
５ｂ…表示部
１０１…自動操縦装置
１０２…飛行管理システム
１０３…センサ類
１０４…操舵装置
１０５…プレビュー生成部
１１１…航空機飛行模擬部
１１２…自動操縦装置模擬部
１１３…飛行管理システム模擬部
１２１…外部要因推定部
１２２…空気力モデル及びエンジンモデル
１２３…航空機の運動モデル
１２４…センサ模擬部
２０１〜２０８…表示器
３０１…機首方位コマンド設定ノブ
３０２…大気速度コマンド設定ノブ
３０３…気圧高度コマンド設定ノブ
３０４…垂直速度設定ノブ
４０１…ＬＮＡＶモードボタン
４０２…ＳＥＬモードボタン
４０３…ＶＮＡＶモードボタン
４０４…ＦＬＣＨモードボタン
４０５…ＡＬＴモードボタン
４０６…ＰＡＴＨモードボタン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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