(57)【要約】【課題】ハンチングを防止できるステアリング制御装置を提供する。【解決手段】ステアリング制御装置は、前脚の操向すべき角度である目標角ＴＡが変化しているか否かを判断する。時刻ｔ２にて目標角ＴＡが変化していないと判断したとき、目標角ＴＡから実操向角ＲＡを差し引いた値である目標誤差ＥＡが所定範囲Ｂよりも小さいか否かを判断する。時刻ｔ３で目標誤差ＥＡが所定範囲Ｂよりも小さいと判断したとき、ステアリング制御装置は目標角ＴＡのマージンをＮＸからＬＸに広げる。そのため、タイヤに生じたねじれにより時刻ｔ３以降に実操向角ＲＡが再び下がっても、ステアリング制御装置は再び前脚の操向動作を行わない。【選択図】        図３
2004299604.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
操舵輪の実際の角度である実操向角を前記操舵輪の操向すべき角度である目標角に近づけるように前記操舵輪の操向を制御するステアリング制御装置であって、
前記実操向角が前記目標角のマージン内か否かを判断し、前記マージン外の場合に前記操舵輪を駆動し、前記マージン内の場合に前記操舵輪の駆動を停止するように前記操舵輪の操向を制御する制御手段と、
前記実操向角が前記目標角の所定範囲内か否かを判断し、前記所定範囲内の場合に前記マージンを所定量広げるマージン設定手段とを備えることを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のステアリング制御装置であって、
前記所定範囲は前記マージンよりも小さいことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のステアリング制御装置であってさらに、前記目標角が変化しているか否かを判断する目標角変化判断手段を備え、
前記マージン設定手段は、前記目標角が変化していないでかつ前記実操向角が前記所定範囲内の場合に前記マージンを広げることを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載のステアリング制御装置であってさらに、所定期間内に複数の目標角を検知する検知手段を備え、
前記目標角変化判断手段は、
前記検知手段により検知された複数の目標角に基づいて前記所定期間内における目標角の平均値を算出する平均値算出手段と、
前記平均値算出手段により算出された一の所定期間における平均値を当該他の所定期間における平均値と比較し、それらの差が所定値よりも小さい場合に前記目標角が変化していないと判断する比較手段とを含むことを特徴とするステアリング制御装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の各手段としてコンピュータを機能させるためのステアリング制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステアリング制御装置及びそのプログラムに関し、さらに詳しくは、操舵輪を操向するステアリング制御装置及びそのプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
航空機の前脚の操向は操縦席のラダーペダルを介して油圧式アクチュエータにより行われる。操向時、パイロットのラダーペダルの踏み込み量により前脚の操向すべき角度である目標角が算定される。一方、油圧式アクチュエータのストローク量はＳＰＳ（Ｓｔｅｅｒｉｎｇ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｓｅｎｓｏｒ）信号として検知され、検知されたＳＰＳ信号に基づいて前脚の実際の角度（以下、実操向角と称する）が算定される。実操向角と目標角とに差がある場合、活性化されたバルブ信号を受け、バルブが開く。その結果、油圧式アクチュエータが稼働し、前脚を回動する。実操向角が目標角とほぼ同じになるまでバルブは開かれた状態を保ち、油圧式アクチュエータは動作する。
【０００３】
図４に航空機の操向時における目標角と実操向角との関係を示す。パイロットがラダーペダルを単位時間当たり一定量踏み込むとき、目標角ＴＡも単位時間当たり一定量上昇する（時刻ｔ０〜ｔ１２）。ここで、目標角ＴＡはマージン±ＮＸを設けている。実操向角ＲＡは目標角下限値ＴＡ−ＮＸよりも大きく、目標角上限値ＴＡ＋ＮＸよりも小さければ目標角ＴＡと同じとみなされる。
【０００４】
時刻ｔ１０では、実操向角ＲＡが目標角下限値ＴＡ−ＮＸよりも小さくなり、ステアリング制御が開始される。その結果、時刻ｔ１１にて油圧式アクチュエータが稼働し、実操向角ＲＡは増加し始める。なお、時刻ｔ１０〜ｔ１１間は油圧の応答遅れのために生じる時間である。ここで、時刻ｔ１２でパイロットがラダーペダルの踏み込みをやめると、以降の目標角ＴＡは一定となる。このとき、時刻ｔ１３で実操向角ＲＡは目標角下限値ＴＡ−ＮＸよりも大きくなる。よって、バルブ信号は非活性となり、アクチュエータの動作が停止する。その結果、時刻ｔ１４で前脚の動きは停止する。
【０００５】
しかしながら、時刻ｔ１１〜ｔ１４における操向動作で前脚のタイヤにはねじれが発生している。その結果、アクチュエータの力を受けなくなった時刻ｔ１４で、前脚のタイヤのねじれを元に戻そうとする力が働き、前脚は元の方向に戻される（以下、この現象をタイヤ戻りと称する）。このタイヤ戻りにより、実操向角は角度Ｄだけ低下する。その結果、時刻ｔ１５で実操向角ＲＡは目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも小さくなり、再びステアリング制御が開始される。そのため、前脚はアクチュエータから力を受け、再び回動する。
【０００６】
以上の動作を繰り返すため、パイロットがラダーペダルの踏み込み量を一定にし、目標角ＴＡが一定となった場合でも、前脚は断続的に回動し、ハンチングが発生する。
【０００７】
【特許文献１】
特開平８−１３３１８９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハンチングを防止できるステアリング制御装置及びそのプログラムを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によるステアリング制御装置は、操舵輪の実際の角度である実操向角を操舵輪の操向すべき角度である目標角に近づけるように操舵輪の操向を制御するステアリング制御装置であって、制御手段と、マージン設定手段とを含む。制御手段は実操向角が目標角のマージン内か否かを判断し、マージン外の場合に操舵輪を駆動し、マージン内の場合に操舵輪の駆動を停止するように操舵輪の操向を制御する。マージン設定手段は実操向角が目標角の所定範囲内か否かを判断し、所定範囲内の場合にマージンを所定量広げる。
【００１０】
本発明によるステアリング制御装置は、実操向角が目標角の所定範囲内か否かを判断する。判断の結果、実操向角が所定範囲内である場合、マージンは所定量広げられる。実操向角が目標角のマージン内であれば、もはや操舵輪を操向する必要がないと判断され、操向動作は終了する。しかしながら、操舵輪のタイヤは操向動作によりねじれを生じているため、操向動作終了後にタイヤ戻りが発生し、実操向角が戻ってしまう。そして再び、実操向角をマージン内へ収めるべくステアリング制御が開始され、その結果操舵輪はハンチングする。本発明ではマージンを所定量広げるため、タイヤ戻りを起こした実操向角がマージン外へ出ることはない。その結果、操舵輪はハンチングを起こさない。
【００１１】
好ましくは、所定範囲はマージンよりも小さい。
【００１２】
所定範囲をマージンと同じにしてもよいが、この場合は操向動作の結果、実操向角が目標角のマージン内に入ってすぐにマージンを広げることになり、タイヤ戻り量によっては実操向角が目標角からかけ離れてしまう場合がある。よって、所定範囲をマージンよりも小さくし、実操向角が目標角のマージン内に入っても、実操向角が目標角にある程度近づくまでは目標角のマージンを広げないことで、タイヤ戻りが生じても実操向角と目標角とが大きく異なったまま放置されることを防ぐ。
【００１３】
好ましくは、ステアリング制御装置はさらに、目標角変化判断手段を備える。
目標角変化判断手段は目標角が変化しているか否かを判断する。マージン設定手段は、目標角が変化していないでかつ実操向角が所定範囲内の場合にマージンを広げる。
【００１４】
目標角が変化している場合に、マージンを広げてしまうと、操舵輪が操向されている途中でマージンを広げることになり、実操向角が目標角に近づくことを阻害する。よって、目標角が変化していないでかつ実操向角が所定範囲内の場合マージンを広げることで、目標角の変化中に実操向角が目標角からかけ離れてしまうのを防止できる。
【００１５】
好ましくは、ステアリング制御装置はさらに、検知手段を備える。検知手段は所定期間内に複数の目標角を検知する。目標角変化判断手段は、平均値算出手段と比較手段とを含む。平均値算出手段は検知手段により検知された複数の目標角に基づいて所定期間内における目標角の平均値を算出する。比較手段は平均値算出手段により算出された一の所定期間における平均値を当該他の所定期間における平均値と比較し、それらの差が所定値よりも小さい場合に目標角が変化していないと判断する。
【００１６】
この場合、ステアリング制御装置は一の所定期間内における目標角の平均値を算出する。たとえば、動作開始（０ｍｓ）から５０ｍｓまでの期間内に目標角を複数回検知し、目標角の平均値を算出する。一方、ステアリング制御装置は他の所定期間においても同様に目標角の平均値を算出する。たとえば、動作開始後１０ｍｓ経過後から６０ｍｓまでの期間内における目標角の平均値を算出する。その後、ステアリング制御装置は一の所定期間内の目標角の平均値と他の所定期間内の目標角の平均値とを比較する。比較の結果、一の所定期間と他の所定期間の平均値の差が所定値よりも小さい場合、ステアリング制御装置は目標角が変化していないと判断する。目標角の検知結果はノイズを含む場合もある。そのため、目標角判断手段が目標角の検知結果を直接の判断材料とすると、目標角が変化していないときでも、目標角が変化していると誤認する場合がある。本発明では、検知した複数の目標角の平均値を利用して判断するため、目標角判断手段が誤って判断するのを防止できる。
【００１７】
【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詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明を援用する。
【００１８】
［ステアリング制御システムの全体構成］
図１を参照して、ステアリング制御システム１０は、ラダーペダル１と、ラダー検知装置２と、ステアリング制御装置３と、バルブ４と、油圧源６と、アクチュエータ８と、ストローク量検知装置９とを備える。
【００１９】
ラダー検知装置２はラダーペダル１の踏み込み量を検知し、その検知結果をステアリング制御装置３へ送信する。アクチュエータ８内にはロッド８１を隔てて油が供給される領域８２と領域８３とが形成される。アクチュエータ８はロッド８１を駆動して図示しない前脚を回動させる。
【００２０】
油は油圧源６及び２つのバルブ（右バルブ４１，左バルブ４２）によりアクチュエータ８に供給される。油圧源６から右バルブ４１、左バルブ４２までは油圧配管７１が配置される。右バルブ４１からアクチュエータ８内の領域８２までは、油圧配管７２が配置される。左バルブ４２からアクチュエータ８内の領域８３までは、油圧配管７３が配置される。
【００２１】
ステアリング制御装置３から出力されるバルブ信号φＲＶ（Ｒｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）により右バルブ４１が開かれたとき、油が油圧源６から領域８２内に流入する。このとき、ロッド８１は図面上の−Ｘ方向に移動し、その結果アクチュエータ８は前脚を右方向へ回動させる。一方、バルブ信号φＬＶ（Ｌｅｆｔ  Ｖａｌｖｅ）により左バルブ４２が開かれたとき、油が油圧源６から領域８３内に流入する。このとき、ロッド８１は図面上のＸ方向に移動し、その結果アクチュエータ８は前脚を左方向に回動させる。ストローク量検知装置９はロッド８１の移動量をストローク量として検知して、その検知結果をステアリング制御装置３に送信する。
【００２２】
ステアリング制御装置３はコンピュータからなり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）３１と、記憶装置３２とを含む。ステアリング制御装置３はラダー検知装置２及びストローク量検知装置９の検知結果に基づいて、右バルブ４１及び左バルブ４２にそれぞれバルブ信号φＲＶ及びφＬＶを出力し、各バルブを制御する。なお、ステアリング制御装置３内の記憶装置３２にステアリング制御プログラムをインストールすることで、ステアリング制御システム１０はステアリング制御処理を実行できる。
【００２３】
［ステアリング制御動作］
図２を参照して、初めに、ステアリング制御装置３は目標角ＴＡを算出する（Ｓ１）。具体的には、ラダーペダル１が踏み込まれたとき、ラダー検知装置２によりラダーペダル１の踏み込み量が検知され、ステアリング制御装置３はその検知結果を受信する。ステアリング制御装置３は受信した検知結果に基づいて目標角ＴＡを算出する。ラダーペダル１の踏み込み量と目標角ＴＡとの関係の情報は予め記憶装置３２に記憶されている。
【００２４】
次に、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡの算出を行う（Ｓ２）。具体的には、ストローク量検知装置９がアクチュエータ８内のロッド８１のストローク量を検知し、検知結果をステアリング制御装置３に送信する。ステアリング制御装置３は検知結果に基づいて、実操向角ＲＡを算出する。なお、ストローク量と実操向角ＲＡとの関係の情報は予め記憶装置３２に記憶されている。
【００２５】
ここで、ステアリング制御装置３は以下の式（１）により目標誤差ＥＡ（Ｅｒｒｏｒ
Ａｎｇｌｅ）を算出する（Ｓ３）。
目標誤差ＥＡ＝目標角ＴＡ−実操向角ＲＡ  （１）
目標誤差ＥＡは後述するステップＳ６で用いられる。
【００２６】
続いて、ステアリング制御装置３は目標角ＴＡが変化しているか否かを判断する（Ｓ４，Ｓ５）。具体的にはステアリング制御装置３は一の所定期間内に検知された複数の目標角の平均値を算出し、算出された平均値を他の所定期間内の目標角の平均値と比較する。たとえば、ステアリング制御装置３が１０ｍｓごとに目標角ＴＡを取得する場合であって、ステップＳ１での目標角ＴＡの取得が１１回目であったとき、ステアリング制御装置３は所定期間を１００ｍｓとして、１回目から１０回目の目標角ＴＡの平均値（第１平均値）と２回目から１１回目の目標角の平均値（第２平均値）とをそれぞれ算出する（Ｓ４）。次にステアリング制御装置３は第１平均値を第２平均値と比較し、目標角ＴＡに変化がないか判断する（Ｓ５）。具体的には、ステアリング制御装置３は第１平均値と第２平均値との差の絶対値が所定値よりも小さいか否か判断する。所定値よりも小さい場合、ステアリング制御システム１０は目標角ＴＡが変化していないと判断し、所定値よりも大きい場合は目標角ＴＡが変化していると判断する。ステップＳ１においてラダーペダル１の踏み込み量の検知結果にノイズが含まれる場合がある。
ステップＳ４及びＳ５の方法を用いれば、ノイズが含まれた検知結果に基づいて目標角ＴＡが変化しているとステアリング制御装置３が誤って判断するのを防止できる。
【００２７】
図３中の時刻ｔ１で、ステアリング制御装置３は目標角ＴＡが変化していると判断する（Ｓ５）。このとき、ステアリング制御装置３はマージンを通常通り（マージン＝±ＮＸ）とした後（Ｓ７）、前脚の操向を制御する（Ｓ９，Ｓ１０）。具体的には、ステアリング制御装置３は時刻ｔ１において実操向角ＲＡが目標角ＴＡのマージン内であるか否かを判断する（Ｓ９）。すなわち、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡが目標角ＴＡの目標上限値ＴＡ＋ＮＸよりも小さくかつ目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも大きいか判断する。時刻ｔ１では、実操向角ＲＡが目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも小さいため、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡが目標角ＴＡのマージン外であると判断する。このとき、ステアリング制御装置３はバルブ信号φＶＬを活性化する（Ｓ１０）。左バルブ４２が活性化されたバルブ信号φＶＬを受けて開き、油がアクチュエータ８３内に流入する。油の流入によりアクチュエータ８のロッド８１は移動する。その結果、前脚はアクチュエータ８の駆動に基づいて左方向に回動する。以上の動作により、ステアリング制御システム１０は実操向角ＲＡが目標角ＴＡの下限値ＴＡ−ＮＸよりも大きくなるまで前脚を駆動する。
【００２８】
次に、図３中の時刻ｔ２後に、ステアリング制御装置３は目標角ＴＡが変化していないと判断する（Ｓ５）。このとき、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡが目標角ＴＡの所定範囲Ｂ内か否かを判断する。具体的には、目標誤差ＥＡが所定範囲Ｂよりも小さいか否かを判断する（Ｓ６）。時刻ｔ２では、目標誤差ＥＡが所定範囲Ｂよりも大きいため、ステアリング制御装置３は、マージンを通常通り（マージン＝±ＮＸ）とする（Ｓ７）。その後、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡが目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも大きくなるまで前脚を駆動する（Ｓ９，Ｓ１０）。
【００２９】
時刻ｔ３において実操向角ＲＡは目標下限値ＴＡ−ＮＸ内となるため、ステアリング制御装置３は実操向角ＲＡが目標角ＴＡのマージン内と判断する（Ｓ９）。このとき、ステアリング制御装置３は前脚の駆動を停止する。具体的には、ステアリング制御装置３はバルブ信号φＶＬを非活性にする（Ｓ１１）。その結果、アクチュエータ８への油圧の供給が停止される。しかしながら、アクチュエータ８内には油圧が残存しているため、時刻ｔ３以降残存した油圧が低下する時刻ｔ５まで前脚は駆動し続ける。
【００３０】
残存した油圧により前脚が駆動している時刻ｔ４で、ステアリング制御装置３は目標誤差ＥＡが所定範囲Ｂよりも小さいと判断する（Ｓ６）。このとき、ステアリング制御装置３はマージンをＮＸからＬＸへと広げる（Ｓ８）。
【００３１】
時刻ｔ３以降、実操向角ＲＡは目標下限値ＴＡ−ＮＸ内であるため、ステアリング制御装置３は前脚の駆動を停止している。よって、アクチュエータ８内に残存した油圧が低下する時刻ｔ５以降、前脚はアクチュエータ８から力を受けない。しかしながら、前脚は時刻ｔ１から操向されていたため、前脚のタイヤはねじれを発生している。その結果、時刻ｔ５以降タイヤ戻りが発生し、実操向角ＲＡが目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも小さくなってしまう可能性がある。本実施の形態では、ステアリング制御装置３はマージンをＮＸからＬＸに広げているため、実操向角ＲＡがマージン外となることはない。よって、時刻ｔ５以降に前脚が駆動されることはない。以上の結果、タイヤ戻りに基づくハンチングを防止できる。
【００３２】
なお、所定範囲Ｂ＝ＮＸの場合、タイヤの戻り量Ｄにより実操向角ＲＡは目標下限値ＴＡ−ＮＸ−Ｄの位置まで戻ることとなり、実操向角ＲＡが目標角ＴＡからかけ離れてしまう可能性がある。よって、所定範囲Ｂを目標下限値ＴＡ−ＮＸから目標値ＴＡの範囲内で設定することで、タイヤ戻りが生じた後の実操向角ＲＡが目標角ＴＡからかけ離れないようにできる。なお、所定範囲ＢはマージンＬＸからタイヤ戻り量Ｄを差し引いた値よりも小さくすることが好ましい。
【００３３】
Ｓ４における目標角ＴＡの平均値の算出は、たとえば５０ｍｓ等の所定期間ごとに行ってもよい。また、本実施の形態では、実操向角ＲＡが目標下限値ＴＡ−ＮＸよりも小さい場合についてのステアリング制御システムの動作を説明しているが、実操向角ＲＡが目標上限値ＴＡ＋ＮＸよりも大きい場合のステアリング制御システムの動作方法（すなわち、右バルブ４１の制御方法）も同様である。また、本実施の形態では航空機の前脚におけるステアリング制御装置について説明したが、タイヤ戻りが発生する他の操舵輪に本発明のステアリング制御装置を適用しても同様の効果が得られる。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態によるステアリング制御システムの全体構成を示す図である。
【図２】図１中の制御装置の動作を示すフロー図である。
【図３】図２に示した動作中における目標角及び実操向角の変化を示すタイミング図である。
【図４】従来のステアリング制御による目標角及び実操向角の変化を示すタイミング図である。
【符号の説明】
１  ラダーペダル
２  ラダー検知装置
３  制御装置
４  バルブ
８  アクチュエータ
９  ストローク量検知装置
１０  ステアリング制御システム
８１  ロッド
【図１】
2004299604.tif 000003
【図２】
2004299604.tif 000004
【図３】
2004299604.tif 000005
【図４】
2004299604.tif 000006