(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フライバイワイヤの主航空機操縦システムを有する航空機のフライトデッキ操縦装置を位置決めするためのバックドライブシステムであって、前記航空機がオートパイロットの制御下で飛行しているとき、前記バックドライブシステムは、
（ａ）前記オートパイロットからの信号を受信し、かつ受信された信号を前記フライトデッキ操縦装置を位置決めするための信号に変換するためのバックドライブ制御装置と、
（ｂ）前記バックドライブ制御装置と電気的に通じたアクチュエータとを含み、前記アクチュエータは前記フライトデッキ操縦装置と機械的に結合して、前記バックドライブ制御装置からの電気的な通信に応答して前記操縦装置を動かし、さらに、
（ｃ）前記アクチュエータと機械的に通じて、前記フライトデッキ操縦装置の運動を感知し、かつ前記運動を表わす電気信号を供給する位置トランスデューサと、
（ｄ）前記位置トランスデューサと電気的に通じた電気制御ユニットとを含み、前記電気ユニットはオートパイロット制御下の前記フライトデッキ操縦装置の測定位置とコマンド位置の比較のために前記位置トランスデューサによって供給される信号を受信し、かつ前記信号を処理して主フライトコンピュータに電気信号を送信し、
前記バックドライブ制御装置は前記コマンド位置と測定位置との間の誤差または差を判断して前記アクチュエータのコマンド信号を調節し、前記主フライトコンピュータはオートパイロットフライト指示コンピュータと通じる、システム。
【請求項２】
オートパイロットの制御下で動作する航空機のフライトデッキ操縦装置をバックドライブする方法であって、前記航空機はフライバイワイヤの主航空機操縦システムを有し、前記方法は、
（ａ）前記オートパイロットから主フライトコンピュータにコマンド信号を送信するステップと、
（ｂ）前記主フライトコンピュータからバックドライブアクチュエータの制御装置に応答コマンドを送信するステップと、
（ｃ）前記バックドライブアクチュエータを作動して、前記バックドライブアクチュエータに機械的に結合されたフライトデッキ操縦装置を位置決めするステップと、
（ｄ）前記フライトデッキ操縦装置の位置を位置トランスデューサで感知するステップと、
（ｅ）前記位置トランスデューサによって感知される、前記フライトデッキ操縦装置の
位置をデジタル電気信号へ変換するステップと、
（ｆ）変換された電気信号を前記主フライトコンピュータに送信するステップと、
（ｇ）差を判断するために、前記フライトデッキ操縦装置の感知された位置を前記操縦装置のコマンドされた位置と比較するステップと、
（ｈ）フィードバック制御信号を前記バックドライブアクチュエータの制御装置に送信して前記バックドライブアクチュエータのコマンド信号を調節するステップとを含み、前記フィードバック信号は前記比較するステップの差に基づく、方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の分野】
この発明は、フライバイワイヤのフライト操縦システムを備える航空機のオートパイロット作動中におけるフライトデッキ（操縦室）の操縦装置の通常の動きのシミュレーションのためのシステムを提供する。この発明のシステムは、従来的な操縦桿、操縦輪およびペダルのフライトデッキ操縦装置を組込むフライバイワイヤのフライト操縦システムに特に好適である。
【０００２】
【発明の背景】
大部分の航空機は、電力制御ユニットを介してフライトデッキの操縦装置を操縦翼面と物理的に接続するために直接的な機械的連係を組込む機械的なフライト操縦システムを利用する。通常の操作では、このタイプのフライト操縦システムはフライトデッキの操縦装置の向きを通じて操縦翼面の位置に関する触知可能かつ視覚的な情報をパイロットに与える。大抵のパイロットはそのような機械的制御システムの使用を熟知しているので、このシステムはパイロットにそれが正しく作動しているというある程度の心理的保証をさらに与える。システム作動の触知可能かつ視覚的フィードバックは、オートパイロットに切替えられているときでも与えられる。特に、オートパイロットシステムは、システムの機械的連係と平行して接続されるアクチュエータを通してフライトデッキの操縦装置とインタフェースされる。したがって、オートパイロットアクチュエータは操縦翼面を駆動し、フライトデッキの操縦装置の操縦桿、操縦輪およびペダルは、操縦翼面に従ってシステムの機械的連係により駆動される。操縦装置と触知可能かつ視覚的な通信状態にあるパイロットは、ゆえに、オートパイロット使用状態を意識し続け、適当な動きを再度保証され、またはオートパイロットの動きが不適当であるように見える際には警告を受ける。
【０００３】
代替的なフライト操縦システムは、パイロットの操縦装置と航空機の操縦翼面との間に直接的な機械的連係を含まない。代わりに、このシステムでは、フライトデッキの操縦装置を介して入力されるパイロットのコマンドが電気信号に変換され、それは次いで、操縦翼面の向きを適当に合わせる制御ユニットのためのコマンドを発生させるために電気的に処理される。このシステムでは、オートパイロットが作動しているときに、フライトデッキの操縦装置を駆動するものは何もない。したがって、「フライバイワイヤ」のフライト操縦システムとしても公知である、この電気的に駆動されるフライト操縦システムでは、パイロットは、オートパイロットの作動に関する情報を与える、操縦桿、操縦輪、およびペダルのフライトデッキ操縦装置を介しての触知可能かつ視覚的なフィードバックを受けない。代わりに、これらのフライトデッキの操縦装置は固定状態で、オートパイロットに切替えられる。フライトデッキの操縦装置を介するフィードバックを通して与えられる視覚的かつ触知可能な情報なしでは、パイロットはオートパイロット使用状態を意識し続けることができない。その結果、パイロットは、不適当なオートパイロット使用状態に気付かないかもしれず、航空機の操縦翼面の向きに気付かないかもしれない。これらの状況はパイロットにとっては一般に許容できないものである。さらに、パイロットがオートパイロットを解除するよう選択すると、フライトデッキの操縦装置はその中立または「休止」位置にある一方で、オートパイロットは、フライトデッキの操縦装置に対応しない、異なる位置で、対応する操縦翼面をセットしているかもしれない。したがって、オートパイロットの解除で、フライトデッキの操縦装置の位置と操縦翼面の位置とを一致させるためにそれらの間において急激な調整が起こって、おそらくは乗客に不快感および警戒心を起こさせるかもしれない。
【０００４】
フライバイワイヤのフライト操縦システム、特に従来的な操縦桿、操縦輪およびペダルのフライトデッキ操縦装置を用いるものにおいてオートパイロット使用状態をパイロットに意識させるシステムが要求されている。このシステムは、安全であり、信頼性があり、フライバイワイヤの操縦システムと互換性があり、およびそれと容易に一体化されるべきである。望ましくは、このシステムは、オートパイロットの解除での、航空機の操縦翼面の向きの急激な変化の可能性を防止すべきである。
【０００５】
【発明の概要】
この発明は、システムがオートパイロットの制御下にあるときに、オートパイロット使用状態をパイロットに意識させるために、フライバイワイヤのフライト操縦システムを備える航空機の、操縦桿、操縦輪およびペダルのフライトデッキ操縦装置をバックドライブするためのシステムを提供する。このシステムは、航空機の主フライトコンピュータとオートパイロットフライト指示コンピュータとの間に配備される閉ループフィードバック型のものである。
【０００６】
この発明のシステムは、オートパイロット制御下で飛行中の航空機のフライトデッキの操縦装置の向きを、航空機がパイロットの制御下にあるときにフライトデッキ操縦装置が通常制御するであろう操縦翼面の相対的な向きに一致するように合わせる。この結果、航空機がオートパイロットの制御下にあるとき、操縦装置と触知可能かつ視覚的な通信状態にあるパイロットは操縦翼面の位置を即座に意識する。
【０００７】
この発明のシステムは、パイロットの適当な動作によって容易に切離されてもよい。したがって、パイロットが再び即座に航空機を手動制御しなければならない場合には、フライトデッキの操縦装置のいずれかがこの発明的なシステムによってセットされる向きから動いたことを主フライトコンピュータが感知すると、この発明のシステムは事実上即座にパイロットへの制御の変更を行なう。
【０００８】
この発明に従うと、フライトデッキの操縦装置のバックドライブは、オートパイロット制御下における操縦翼面の向きに関する情報を与える、オートパイロットフライト指示コンピュータから主フライトコンピュータへのコマンド信号で開始する。主フライトコンピュータは、オートパイロットフライト指示コンピュータに関連付けられるバックドライブ制御装置に、各フライトデッキの操縦装置に対するコマンド活性信号および位置コマンド信号を送る。バックドライブ制御装置は、フライトデッキの操縦装置を動かすためのトルクを与えるために、フライトデッキの操縦装置に機械的に結合されるバックドライブアクチュエータにコマンド信号を送る。ドライブモータと出力クランクとの間の係合を制御する電気機械クラッチを典型的には組込むバックドライブアクチュエータは、フライトデッキ操縦装置を所望の向きまたは位置に動かすために、操縦装置への機械的連係を通してトルクを与える。フライトデッキの操縦装置と機械的連絡状態にある位置トランスデューサは、フライトデッキの操縦装置の位置を感知してアナログ電気信号をアクチュエータ制御電子ユニットに送り、それはその信号をデジタル形式に変換してそのデジタル化された操縦装置の位置情報を主フライトコンピュータに送り返す。主フライトコンピュータは、フライトデッキの操縦装置の位置に関する情報を、アクチュエータ制御電子ユニットを介して主フライトコンピュータに中継されるように、バックドライブ制御装置に送る。バックドライブ制御装置は、主フライトコンピュータから受取られるフライトデッキ操縦装置の測定位置とコマンドとの間の差と、バックドライブアクチュエータからの速度フィードバックとに基づいてバックドライブアクチュエータへのコマンド信号を継続的に調整し、それによって、この発明の閉ループフィードバック制御システムを完了する。
【０００９】
この発明の閉ループバックドライブ制御システムを解除するために、パイロットは、オートパイロットから主フライトコンピュータに送られるコマンドを開始し、次いでそれがバックドライブシステムを解除し、それによって、パイロットが航空機の手動操作を再開できるようにしてもよい。パイロットは、フライトデッキの操縦装置のいずれかを物理的に制御し、操縦装置をバックドライブシステムにより司られる位置から離すことによって、オートパイロットとバックドライブシステムとを解除することもできる。主フライトコンピュータは、操縦装置の予測される位置と、パイロットが操縦装置を動かした位置との間の差を感知する。この差がある時間期間の間しきい値を超えると、オートパイロットは解除される。
【００１０】
この発明のシステムは、手動操作を真似るようフライトデッキの操縦装置を動かすアクチュエータの継続的な閉ループフィードバック制御を与えることによって、フライバイワイヤのオートパイロットシステムにおける大きな欠点に対する解決策を与える。オートパイロット作動中にフライトデッキの操縦装置を正確に位置付けることによって、このシステムは、オートパイロット解除でのパイロット制御への円滑な切替を可能にし、フライトデッキの操縦装置の位置がそれらのそれぞれの操縦翼面と万一一致しない場合に起こるかもしれない急激な切替を避ける。
【００１１】
【好ましい実施例の詳細な説明】
この発明の上述の局面と多くの付随する利点とは、添付の図面と関連して以下の詳細な説明を参照することによってよりよく理解され、より容易に認識されるであろう。
【００１２】
航空機がオートパイロットの制御下にあるとき、この発明のバックドライブシステムはフライバイワイヤのフライト操縦システムを用いて航空機の操縦桿、操縦輪、およびペダルのフライトデッキ操縦装置を制御し、かつ動かす。バックドライブシステムの機械的局面は、図１、２、および３に示される実施例と関連してよりよく認識できる。全体のフィードバック制御機構の実施例は図４に示される。
【００１３】
図１、２、および３に関して、この各々は、操縦装置に（すなわち、その機尾寄りに）着席した操縦士または副操縦士に対して、左のＬ側および右のＲ側の両方の操縦装置を示す。操縦装置のバックドライブ構成要素を繰返して説明することを回避するために、以下の説明は左側の操縦装置に焦点を当て、その参照番号に従う。しかしながら、適切な場合、この説明は、同一だがダッシュのついた参照番号の、対応する右側の操縦装置にも当てはまり得る。用語「縦」は航空機の縦軸と実質的に平行であることを意味し、用語「横」は縦軸と実質的に直角である（すなわち、胴体寄りおよび翼端寄りである）ことを意味する。
【００１４】
図１は、航空機がオートパイロットの制御下にあるときにフライトデッキの操縦桿の向きを制御することに関するような、この発明の機械的局面の実施例を示す。通例、航空機の２つの垂直柱（操縦桿）４０は図示されるようにフライトデッキ上に並んで装着されて航空機のピッチを制御する。操縦輪４４は操縦桿４０の上端部４２の近くに回転可能に装着され、操縦桿の下端部４６は、軸を中心として限られた程度に回転できる、横に延びる円筒シャフト４８の外表面に固定される。したがって、シャフト４８が回転するとき、操縦桿４０はシャフト回転の方向に依存して弓形に前後に動く。
【００１５】
この発明に従うと、少なくとも１つのバックドライブアクチュエータ１０が固定して装着されて、左のＬ側および右のＲ側の各々の操縦桿制御装置を駆動する。アクチュエータは説明されるように互いに接続されるので、一方のアクチュエータが故障する場合にはもう一方のアクチュエータだけで両方の操縦桿を駆動することができる。好ましくは、アクチュエータは操縦桿の翼端寄りで、かつ前方に装着される。アクチュエータは好ましくは、ドライブモータおよびクランクアーム１２の間の係合を制御する電気機械クラッチを各々組入れる。クラッチが係合するとき、ドライブモータトルクが加えられてクランクアームの端部を弓形に動かす。アクチュエータ１０はアーム１２が垂直面かつ縦の平面で動くように装着される。延長水平ロッド１４は、クランクアーム１２に機械的に結合された一方の端部から、回転可能な横向きの水平シャフト２０に固定して装着されたクランクアーム１６に機械的に結合されたもう一方の端部へと縦に機尾の方向に延びる。航空機フレームに回転可能に装着されたシャフト２０は操縦桿の機尾寄りに置かれ、シャフト４８と平行である。したがって、クランクアーム１２の運動はロッド１４およびクランクアーム１６によってシャフト２０による逆の回転運動へ移される。クランクアーム１８はシャフト２０に固定して装着され、クランクアーム１６から軸方向に間隔を空けられる。右側の操縦装置Ｒを参照すると、図面の向きのためにより明らかに示される細部では、縦に延びる水平ロッド２２′の一方の端部がクランクアーム１８′の自由端に機械的に結合され、ロッド２２′のもう一方の端部がクランクアーム２４′に機械的に結合され、クランクアーム２４′は横に延びる水平の回転可能なシャフト２５′に固定して装着される。シャフト２５′はシャフト２０と平行であり、操縦桿４０′の前方の航空機フレームに回転可能に装着される。したがって、シャフト２０の回転運動はクランクアーム１８′、ロッド２２′およびクランクアーム２４′によってシャフト２５′による逆の回転運動へ移される。感触およびセンタリングユニット３２′はシャフト２５′の翼端寄りの端部に固定して結合され、しばしば「戻り止め」と称される操縦桿の「休止」または直立位置と一致する０位置からシャフト２５′の回転に徐々に抵抗する逆のトルクを加える。後で説明されるように、シャフト２５′の回転は操縦桿の運動を生じる。また、回転可能なシャフト２５′には、クランクアーム２４′から間隔を空けられ、かつそれと固定した関係にある第２のクランクアーム２６′の端部が装着されている。縦に延びる水平ロッド２８′の一方の端部はクランクアーム２６′の別の端部に機械的に結合され、もう一方の端部は、シャフト４８′に固定して取付けられたクランクアーム４７′の端部に結合され、シャフト４８′の上に操縦桿４０′が装着される。シャフト２５′の回転はクランクアーム２６′、ロッド２８′、およびクランクアーム４７′によって円筒シャフト４８′による逆の回転運動へ移される。シャフト４８′のこの運動は、その上に装着された操縦桿４０′をシャフトの回転方向に依存して、着席した操縦士に対して前後に弓形に動かす。
【００１６】
フィードバック制御を与える、この発明のさらなる以下に説明される重要な局面では、線形可変差動トランスまたは回転可変差動トランスのような位置トランスデューサ３０′が操縦桿４０′の運動を測定する。図示される実施例では、操縦桿の運動を感知する機能を行なうことができる限りトランスが別のところに置かれ得るが、位置トランスデューサはシャフト２５′の近くに固定して装着される。したがって、図示されるように、トランスはシャフト２５′の運動を感知し、これは操縦装置４０′の動きを評価するために用いられる。
【００１７】
この発明はまた、フライトデッキの操縦輪装置をバックドライブするためのシステムを提供する。本質的に、バックドライブアクチュエータは、２つの水平の結合ロッドによって機械的に結合された２つの水平の垂直シャフトによる限られた回転運動を引き起こすので、これらのシャフトの回転は滑車およびケーブルによって対応する操縦輪の回転に移される。このシステムの実施例は図２に概略的に示される。これまでに説明されたものと類似したバックドライブアクチュエータ５０が、操縦輪４４の下方かつ機尾寄りで航空機に固定して取付けられる。アクチュエータはクランクアーム５１を有し、アクチュエータシャフトの回転がクランクアームを水平な平面で弓形に動かすように向きを定められる。クランクアーム５１の端部は胴体寄りに延びる水平ロッド５２の端部に機械的に結合され、このロッド５２の別の端部は、垂直の回転可能なシャフト６０に固定して装着されたリンク装置５４に結合される。クランクアーム５２は加えられたトルクに応答して動き、リンク装置５４は対応して動いて、シャフト６０による限られた回転運動をその軸を中心として引き起こす。したがって、ロッド５２が胴体寄りに動くにつれ、シャフト６０は反時計回りに回転し、ロッド５２が翼端寄りに動くにつれ、シャフト６０は時計回りに回転する。シャフト６０の運動は、一方の端部がリンク装置５４に機械的に結合され、他方の端部がシャフト６０′に固定して装着され、かつそこから延びるリンク装置５４′に機械的に結合された、シャフト間を横に延びる第１の水平の結合ロッド５６を介して、シャフト６０から間隔を空けられ、かつそれより胴体寄りにある第２の平行な垂直の回転可能なシャフト６０′において繰返される。したがって、アクチュエータ５０のクランクアーム５２の運動はシャフト６０および６０′の両方を回転させる。
【００１８】
リンク装置５４から上方へ軸方向に空間を空けられた第２のリンク装置６４も同様に回転可能なシャフト６０に固定して装着され、また、ロッド５６と平行な、第２の横に延びる水平の結合ロッド５８の一方の端部に機械的に結合される。第２の結合ロッド５８の他方の端部は、回転可能なシャフト６０′に固定して装着され、かつそこから外に延びるリンク装置６４′に取付けられる。第１および第２の結合ロッドは同時に動いて、本質的に同じ機能を果たし、冗長性をもたらす。
【００１９】
滑車６２は円筒シャフト６０に回転できないように装着され、操縦輪装置４４を回す滑車４５に接続された循環ケーブル６６を案内するように動かす。ケーブルは滑車６２の周囲の溝（図示せず）においてリムまたは円周を回って延び、操縦輪４４の下方の位置へ向かって前方へ縦および水平に延びる。ケーブル６６は共通の水平軸を中心として各々回転可能である２つの平行な誘導滑車６８によって案内されるので、ケーブルは操縦輪４４に向かって上方へと垂直に回る。ケーブル６６は、操縦輪４４のすぐ後にある操縦輪滑車４５の周囲の溝（図示せず）を回って案内される。滑車４５の軸を中心とする回転運動が操縦輪４４の対応する運動に移るように、操縦輪滑車４５は操縦輪４４に機械的に結合される。したがって、シャフト６０の時計回りの回転運動は、右側の滑車６８の反時計回りの運動と左側の滑車６８の対応する時計回りの運動とを引き起こす。これは次に滑車４５および操縦輪４４の反時計回りの運動を引き起こす。
【００２０】
後で説明されるような、この発明のフィードバック制御システムの一部として、垂直シャフト６０および６０′には位置トランスデューサ７０および７０′が各々設けられる。線形可変差動トランス（図示される）または回転可変差動トランスであってもよいこれらのトランスは、操縦輪４４および４４′の回転運動に関連した、シャフト６０および６０′の回転運動を検出する。
【００２１】
ペダル操縦装置の運動を制御するための、この発明に従ったバックドライブシステムの機械的局面を示す実施例が図３に示される。一般に、ＬおよびＲの各々のペダル操縦装置は「Ｌ」字形の構成であり、垂直のペダルアーム１０８、１１０とその上端部にあるペダル１１２、１１４とが「Ｌ」の垂直リムを形成し、ペダルアームの下端部に固定して結合された、「Ｌ」の曲がった部分にある回転可能な円筒ピボット１０７と縦に延びる水平ロッド１００および１０２とが「Ｌ」の水平リムを形成し、これは「Ｌ」の曲がった部分でペダルアームに接続されるので、ロッドの往復運動はピボットを中心としてペダルアームを回転させることによってペダルを前後に弓形に動かす。「Ｌ」の垂直リムはまた、（ペダル操縦装置Ｌ、Ｒの２つの組の各々について１つだけ図示される）１対の垂直のベルクランクアーム１１９を含み、これはペダルに機械的に結合された１つの端部を各々有し、円筒ピボット１０７の近くの回転可能なベルクランクシャフト１１８を機械的に取付けるために下向きに延びる。
【００２２】
図示される実施例では、アクチュエータ８０はペダルレバーの翼端寄りで、かつその機尾寄りに固定して位置する。より具体的には、上述された型のバックドライブアクチュエータ８０は、垂直かつ横の平面で弓形に動くクランクアーム８２を有する。クランクアームの端部は横に延びる水平ロッド８４の一方の端部に機械的に結合される。ロッド８４の他方の端部は、回転可能な、縦に延びる水平シャフト９０に固定して装着されるクランクアーム８６に機械的に結合される。シャフト９０はペダル操縦装置の制御アーム１０２および１００と平行であり、かつその翼端寄りにあり、航空機に回転可能に取付けられる。したがって、アクチュエータ８０から加えられたトルクはクランクアーム８２、ロッド８４、およびクランクアーム８６の運動を生じ、これによって、シャフト９０による逆の回転運動を引き起こす。また、シャフト９０に装着されるのは、クランクアーム８６から間隔を空けられた第２のクランクアーム９２であり、その端部は横に延びる水平ロッド９４に固定して機械的に結合される。ロッド９４の他の端部は、縦方向の水平ロッド１００および１０２の機尾寄りの端部９６および１０４に位置する「Ｖ」字形の結合９５の曲がった部分に機械的に結合される。したがって、シャフト９０の時計回りの回転運動は、クランクアーム９２、ロッド９４、および結合９５によって、水平ロッド１００の前向きの運動とレバー１０２の対応する後向きの運動とへ移される。同様に、シャフト９０の反時計回りの運動は、ロッド１００の後向きの運動とロッド１０２の対応する前向きの運動とを引き起こす。反対側の、ロッド１００の前端部９８は垂直ペダルアーム１１０の下端部の近くに機械的に結合されるので、ロッド１００が往復運動するとき、ペダルアーム１１０はシャフト１０７を中心として旋回し、前後へ弓形に動く。ペダル１１２はペダルアーム１１０の上端部に取付けられる。同様に、ロッド１０２の往復運動がペダルアームをシャフト１０７を中心として旋回させ、したがって前後へ弓形に動かすように、ロッド１０２の前端部はペダルアーム１０８の下端部の近くに機械的に結合される。ペダル１１４はペダルアーム１０２の上端部に装着される。
【００２３】
バックドライブアクチュエータ８０はまた、制御装置８０′が動作しない場合には右側の対応する操縦装置Ｒを駆動できる。これは、左側のペダル操縦装置Ｌを右側のペダル操縦装置Ｒに結合する、横に延びる結合ロッド１２０で達成される。結合ロッド１２０は、ロッドの一方の端部が結合９５に固定して取付けられ、かつ他方の端部が右側のペダル操縦装置Ｒの同様の結合９５′に取付けられるように操縦装置間を延びる。このように、上述の別のシステムについてと同様に、このシステムはまた冗長性をもたらす。線形可変差動トランス（ＬＶＤＴ）として示される位置トランスデューサ９１はシャフト９０に装着されるので、上述のペダルの運動を移す、シャフト９０の運動はこの発明のフィードバック制御システムにおいてペダル位置を判断する際に用いるために測定され得る。
【００２４】
図４はこの発明のフライトデッキ操縦装置バックドライブシステムのフィードバック制御ループの実施例を図示する。予備的な事柄として、上述されるように、この発明のシステムが使用されるのは、フライバイワイヤのフライト操縦システムを用いる航空機がオートパイロットコマンドのもとで動作する場合である。図４に示されるように、目下好ましい実施例では、オートパイロットはコンピュータブロック２００で示されるオートパイロットフライト指示コンピュータのサブシステムである。この発明のバックドライブ制御システムを使用するために、コマンドがオートパイロットから、ブロック２２０で示されるような主フライトコンピュータに送られる。ＰＦＣは、図４においてオートパイロットフライト指示コンピュータ２００に組込まれる、ブロック２００のバックドライブ制御装置に（ブロック２２０から）初期の使用コマンドを伝える。使用コマンドによって能動化されているとき、バックドライブ制御装置は、図４においてブロック２４０（操縦桿）、ブロック２４２（操縦輪）、およびブロック２４４（ペダル）で示される、適切なフライトデッキ操縦装置のバックドライブアクチュエータの各々にコマンド信号を伝える。バックドライブ制御装置からのコマンド信号に応答して、各システムのアクチュエータはアクチュエータドライブモータを出力クランクアームに接続する電気機械クラッチを使用してトルクを加え、これは、ブロック２５０（操縦桿）、２５２（操縦輪）、および２５４（ペダル）で示されるその対応するフライトデッキ操縦装置を位置決めする。図１から３に関して説明されたように、位置トランスデューサはフライトデッキ操縦装置の運動および位置を感知する。ある例では、位置トランスデューサは、ブロック２６０（操縦桿）、２６２（操縦輪）、および２６４（ペダル）で示される線形可変差動トランスであってもよいが、上述されたように他の装置が用いられ得る。この技術において既知であるように、ＬＶＤＴのような位置トランスデューサは、基準位置に対する運動（位置）を示すアナログ電気信号を与える。航空機の機内に搭載されたコンピュータがデジタル装置であるので、ＬＶＤＴ信号はアクチュエータ制御電気ユニット（２７０）によってデジタル信号に変換される。次に、フライトデッキ操縦装置の位置を表わすデジタル化された情報が、ブロック２７０から戻ってブロック２２０の主フライトコンピュータに送信される。位置フィードバック信号はブロック２００においてバックドライブ制御装置に送られる。バックドライブ制御装置はこの情報を用いてバックドライブアクチュエータコマンド信号を連続的に調節する。したがって、ＬＶＤＴによって判断されるような、位置コマンドされた位置と実際の位置との間の誤差または差が判断され、トルクコマンド信号が誤差のために調節される。ＰＦＣによって与えられる位置フィードバックに加えて、バックドライブ制御装置はまた、バックドライブアクチュエータに組込まれた回転計から速度フィードバックを直接用いて、操縦性能および安定性を高める。トルクコマンド信号はブロック２４０、２４２、および２４４の適切なバックドライブアクチュエータに送信される。これまでどおり、トルクはブロック２５０、２５２、および２５４のフライトデッキ操縦装置に加えられ、これらの操縦装置の位置はブロック２６０、２６２、および２６４の位置トランスデューサによって判断される。位置トランスデューサからの信号はブロック２７０においてデジタル化され、ブロック２２０の主フライトコンピュータに中継される。閉ループフィードバック制御システムは１０ミリ秒未満のサイクル時間で事実上連続的に動作して誤差信号を０にし、これによって、対応する操縦翼面によって占められる位置を示す位置へフライトデッキ操縦装置を駆動する。
【００２５】
この発明のバックドライブシステムはまた、オートパイロット分離または切離しの特徴を組入れて、バックドライブシステムによって指図される位置から操縦装置を動かすことなどのように、フライトデッキ操縦装置を身体で制御することによって操縦士にオートパイロットから制御権を手に入れさせる。この発明のオートパイロット不使用機構はシステム特性の変化には反応せず、不都合なフライト条件および擾乱には反応しないという意味で強固であり、オートパイロットが使用されている間、操縦士が操縦装置に接触しているときに操縦装置に加えられ得る「手によって通常かかる力」には許容誤差または公差がある。それにもかかわらず、このシステムは擾乱および公差には反応しないので、切離し条件を検出するためには大きい入力が必要とされる。好ましくは、切離しが一方のフライトデッキ操縦装置で検出されるとき、他方のフライトデッキ操縦装置のあらゆるオートパイロット動作もまた使用を止められる。
【００２６】
この発明のオートパイロット分離の特徴はオートパイロットコマンドに応答してフライトデッキ操縦装置の反応を予測し、操縦装置の実際の位置と予測される位置との間の誤差が予め定められた量だけ異なるときにオートパイロット切離し条件を示す。差がこの量を超えるとき、このシステムは操縦装置が操縦士によってその位置から故意に外されたことを認め、オートパイロットの使用を止める。
【００２７】
操縦桿装置を特に対象とするオートパイロット切離し特徴の実施例が図５に示される。図５の配置では、（図４のブロック２００からの）オートパイロットコマンド信号がバックドライブコマンド発生ブロック５１０に結合される。オートパイロットピッチコマンド信号はブロック５０１で操縦桿位置変換因数によって割算されて、オートパイロットピッチコマンドを、相当する操縦桿位置に変換する。これは、線形可変差動トランスが移動するインチのような、操縦桿位置センサの単位で表わされる。この信号は次に、バックドライブコマンド信号と、したがって予測される操縦桿位置とが操縦桿バックドライブアクチュエータ（図１の１０および１０′）の位置支配を超えることを回避するリミッタ５１２に結合される。相当する操縦桿センサ信号を制限すると、誤って操縦士に切離しを示し得る誤差が予測される操縦桿位置において発生することが回避される。リミッタ５１２への制限が判断されるのは、（航空機の速度に関する）淀み圧とオートパイロットヨー軸使用状態とを表わす入力信号を処理するブロック５１４においてである。淀み圧信号を用いると、操縦士が通常の操縦桿の動作において経験する可変の感じる力、すなわち高速で操縦桿を動かすのに必要な大きい力と低速時の小さい力とを真似た制限スケジュールが確立される。オートパイロットヨー状態信号はオートパイロットが巡航モードまたは自動着陸モードのどちらで動作しているかを示す（この発明は、オートパイロットヨー制御が自動着陸順序の間においてのみアサートされる場合の航空機において実現される）。異なった制限が巡航および自動着陸に対して設定されるのは、オートパイロットの不注意な切離しを回避するために、すなわち操縦士の介入のためにより大きな操縦桿の力を必要とするために、操縦桿のバックドライブトルクレベルが自動着陸中により高く設定されるからである。この高いトルクレベルのためにより大きな移動範囲がもたらされ、したがって、巡航動作と比較してコマンド制限が増加する。
【００２８】
さらに図５を参照すると、リミッタ５１２によって与えられる操縦桿バックドライブコマンド信号が作動フィルタ５１３に伝えられる。操縦桿の動力が操縦士のコマンド下の操縦桿の力をより厳密に真似る、すなわち操縦桿の振動のような高周波運動がフィルタ処理して出されるように、作動フィルタ５１３はオートパイロットピットコマンドから「ノイズ」をフィルタ処理して出す。より写実的に操縦士の制御を真似た操縦桿の動力を生じる信号を生成するのに加えて、作動フィルタ５１３は、予測される操縦桿が低いオーダの予測モデルで生成できるように信号のバンド幅を減少させる。この点で、作動フィルタ５１３によって与えられる、フィルタ処理された操縦桿バックドライブコマンド信号が操縦桿位置予測器５２０に結合される。
【００２９】
操縦桿位置予測器５２０は第１に、操縦桿バックドライブコマンド信号を航空機の対気速度の関数である利得因数によって乗算する。より具体的には、図５において、淀み圧を表わす信号が航空機のエアセンサによって与えられ、ブロック５２８に伝えられる。ブロック５２８では、利得因数は淀み圧か、または航空機の対気速度を示すものの関数として決定される。航空機の操縦桿の感じる力と対気速度との関係に従って予定されるこの利得因数は次にブロック５２２に伝えられ、ここで操縦桿バックドライブコマンド信号によって乗算される。ブロック５２２からの信号は、ＡＣＥ、ＰＦＣ、ＡＦＤＣを含む制御ループのさまざまな素子についてのハードウェアおよびソフトウェア遅延と送信遅延とをモデルとする遅延ユニット５２４に結合される。遅延ユニット５２４によって与えられる信号を受信するために接続される１次ラグフィルタブロック５２６は、制御ループの基本的な力学特性をモデルとする。
【００３０】
ブロック５２０で発生される操縦桿位置予測は次に、この発明のオートパイロット分離特徴の切離し論理を含むブロック５３０に伝えられる。ブロック５３０の加算ユニット５３２は実際の操縦桿位置（操縦桿と関連した線形可変差動トランスまたは他の位置トランスデューサの出力信号）を、操縦桿位置予測器５２０によって与えられる、予測される操縦桿位置信号と比較する。したがって、加算ユニット５３２は、操縦桿信号の実際の値と予測される値との間の差と等しい差信号を生成する。操縦桿位置トランスデューサが変位するインチによる差信号は、信号をｇ力に変換する乗算器５３４に結合される。これは、変換因数を乗算器５３４に与えるリミッタ５３６に「１インチあたりのｇ」の変換因数を与えることによって達成される。位置予測誤差がｇ力単位において規定されるしきい値と比較できるように、インチからｇ力への変換が行なわれる。リミッタ５３６はインチで表わされる有効しきい値が、高速のフライト条件でバックドライブ制御システムの最低の位置決め精度より下に下がることを回避する。１インチあたりのｇの変換因数がフライト速度とともに変化するのは、操縦装置を動かすのに必要な力が上述のように速度とともに変化するからである。
【００３１】
可変しきい値論理５３８は乗算器５３４によって与えられる予測誤差信号を、位置予測誤差信号および時間遅延の大きさまたは絶対値の両方に関して連続的に監視する。切離しが示されるのは、予測誤差の大きさに反比例した期間にわたって誤差の絶対値がしきい値より上に残る場合である。したがって、切離しは小さい誤差よりも短い期間存在する大きい誤差に対して示される。逆に、小さい誤差は、切離しが示されるまでより長い期間存在しなければならない。一旦切離しが示されると、オートパイロットはあらゆるフライトデッキ操縦装置の制御からかかわりを止め、操縦士が航空機の手による制御を再開する。
【００３２】
操縦輪およびフットペダル操縦装置のオートパイロット不使用の特徴は、上述のように操縦桿のそれと類似している。しかしながら、バックドライブシステムはより単純であり、両方に共通した実施例を図示したものが図６に示される。一般に、位置コマンドはオートパイロットから主フライトコンピュータに送られ、これは次にコマンド信号を送信して適切な操縦翼面を位置決めする。異なった経路を介して、上述され、かつ図４に示されるようにバックドライブコマンドが適切な操縦輪またはペダルの運動のために発生される。一般に、主フライトコンピュータはバックドライブされた操縦装置の位置を見積もる信号も発生する。操縦輪またはペダルの実際の位置はアクチュエータ制御電気ユニットから受信される。これらの操縦装置の見積られる位置と実際の位置とが比較される。差が予め定められた期間にわたって予め定められたしきい値を超えるならば、オートパイロットは使用されなくなり、操縦士がコマンドを再開する。
図６に示されるように、コマンド信号はブロック２００、すなわちオートパイロットフライト指示コンピュータからブロック３１０の操縦翼面に送られる。しかしながら、コマンド信号がブロック３１０に達する前に、それはブロック２２０のブロック３００においてフィルタ処理されて、航空機の操縦翼面の共鳴を生じ得る信号を取除く。また、ブロック３００は信号を制限して、バックドライブアクチュエータの運動に与えられる予め定められた制限をコマンドが超えないことを確かにする。この制限は、バックドライブアクチュエータおよびフライトデッキ操縦装置の機械的連係の物理的な移動範囲に依存する。コマンドは物理的な移動範囲を超えてはならず、さもなければ誤った切離し条件が起こり得る。フィルタ処理されたコマンド信号はブロック３００から、作動フィルタを含むブロック３２０に送信される。この作動フィルタは高周波信号を取除いて、フライトデッキ操縦装置の振動または「ガタガタいう音」を回避する。２２０のブロック３４０はバックドライブ制御装置の位置を見積もる。これはブロック３４５において、ブロック２７０、すなわちアクチュエータ制御電気ユニットからの実際の位置制御装置入力と比較される。見積もられたバックドライブ位置と実際の位置との間の差が、ブロック３５０において決定されるような予め定められた公差を超えるならば、信号はブロック２２０からブロック２００に送られてオートパイロットおよびバックドライブシステムの使用を止め、航空機は手による操縦に戻る。
【００３３】
この発明の好ましい実施例が図示され、かつ説明されたが、この発明の趣旨および範疇から逸脱せずにさまざまな変化がなされ得ることが認識されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に従う操縦桿バックドライブ設置の機械的局面の概略図である。
【図２】この発明に従う操縦輪バックドライブ設置の機械的局面の概略図である。
【図３】この発明に従うラダーペダルバックドライブ設置の機械的局面の概略図である。
【図４】この発明の閉ループフィードバック制御システムの実施例の詳細を示すブロック図である。
【図５】この発明の操縦桿バックドライブ切離し特徴の実施例の詳細を示すブロック図である。
【図６】この発明の操縦輪またはペダルバックドライブ切離し特徴の実施例の詳細を示すブロック図である。
【符号の説明】
２２０  主フライトコンピュータ
２４０  操縦桿アクチュエータ
２４２  操縦輪アクチュエータ
２４４  ペダルアクチュエータ
２５０  操縦桿フライトデッキ操縦装置
２５２  操縦輪フライトデッキ操縦装置
２５４  ペダルフライトデッキ操縦装置
２６０  操縦桿位置トランスデューサ
２６２  操縦輪位置トランスデューサ
２６４  ペダル位置トランスデューサ
【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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【図６】
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