-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Steuerungshilfevorrichtung für ein Flugzeug mit einem elektrischen
Flugsteuerungssystem.
-
Obwohl nicht ausschließlich, betrifft
die Vorrichtung der Erfindung spezieller ein Flugzeug, zum Beispiel
ein ziviles Transportflugzeug, das einen Steuerknüppel für den Piloten
und einen Steuerknüppel
für den
Copiloten umfasst, die mechanisch unabhängig sind. Auf bekannte Weise
kann jeder dieser Steuerknüppel
zur Steuerung des Flugzeugs in der Nickbewegung und in der Rollbewegung
im allgemeinen um zwei Steuerachsen geschwenkt werden.
-
Eine solche Vorrichtung ist aus der
Schrift EP-A-0 384 806 bekannt.
-
Es ist außerdem bekannt, dass die Rollen
im Cockpit eines solchen Flugzeugs genau festgelegt sind, so dass
im Prinzip nur ein Pilot (der Pilot oder der Copilot) am Steuer
des Flugzeugs ist und seinen Steuerknüppel betätigt.
-
Es kann jedoch insbesondere bei schwierigen
Manövern
oder in komplizierten Steuersituationen, in denen sich die Aufmerksamkeit
der genannten Piloten im wesentlichen auf die auszuführenden Operationen
konzentriert, vorkommen, dass beide Piloten gleichzeitig ihren Steuerknüppel betätigen, was
eine Doppelsteuerung bewirkt, durch die unterschiedliche oder widersprüchliche
Steuerbefehle erzeugt werden.
-
Zur Vermeidung einer solchen Situation,
die nachteilige Folgen haben kann, müssen die Piloten schnell jegliche
Doppelsteuerung erkennen können. Auf übliche Weise
erfolgt bei Steuerknüppeln,
die nicht mechanisch gekoppelt sind, das heißt, deren Bewegungen unabhängig voneinander
sind, wie dies in der vorliegenden Erfindung vorgesehen ist, die
Erkennung einer Doppelsteuerung durch einen der Piloten
- – entweder
visuell durch Beobachtung des Steuerknüppels des anderen Piloten,
der Kontrollschirme oder der optischen Anzeigeinstrumente;
- – oder
durch Analyse des Verhaltens des Flugzeugs oder verschiedener im
Flugzeug montierter Systeme. Solche üblichen Lösungen sind nicht vollkommen
zufriedenstellend, da:
- – sie
nicht genau sind;
- – sie
völlig
von den Beobachtungen der Piloten abhängen;
- – sie
den Blick und die Aufmerksamkeit dieser Piloten von den Aufgaben
oder den Operationen ablenken, die sie gerade ausführen, und
- – sie
zudem konstante Aufmerksamkeit erfordern.
-
Gegenstand der vorliegenden Erfindung
ist die Beseitigung dieser Nachteile. Sie betrifft eine Steuerungshilfevorrichtung,
die es ermöglicht,
den Piloten eines Flugzeugs genau und unzweideutig das Vorliegen
einer Mehrfachsteuerung, zum Beispiel einer Doppelsteuerung, anzuzeigen,
ohne deswegen ihre Aufmerksamkeit von der Steuerung oder von auszuführenden
Manövern
abzulenken.
-
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung
eine Vorrichtung mit den Kennzeichen gemäß Anspruch 1.
-
So werden die Piloten des Flugzeugs
dank der Erfindung gegebenenfalls genau und auf unzweideutige Weise
durch eine Tastempfindung, die am Steuerknüppel, den sie betätigen, gefühlt wird,
von jeglicher Mehrfachsteuerung, insbesondere jeglicher Doppelsteuerung
bei einer Steuerung mit zwei Piloten informiert.
-
Folglich sind die genannten Piloten
in der Lage, schnell und genau die tatsächliche Situation zu beurteilen
und die erforderlichen Maßnahmen
zu ergreifen, ohne dadurch ihre Aufmerksamkeit von den Operationen
abzuwenden, die sie gegebenenfalls gerade ausführen.
-
Weiterhin kann die erfindungsgemäße Vorrichtung,
wie nachstehend ausgehend von mehreren Ausführungsbeispielen ersichtlich
wird, auf existierende Steuerknüppel üblichen
Typs angewandt werden, was natürlich
die Kosten der genannten Steuerungshilfevorrichtung verringert.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht
sich vorzugsweise auf ein Flugzeug, das eine Recheneinheit umfasst,
die ausgehend von elektrischen Signalen, deren Wert von den Stellungen
der genannten Steuerknüppel
abhängt,
die durch Betätigen
dieser Steuerknüppel
geändert
werden können,
Befehle für
die Steuerung des Flugzeugs ermittelt.
-
In diesem Fall ermittelt das genannte
Detektionssystem die genannten elektrischen Signale und stellt in
Abhängigkeit
vom Wert dieser elektrischen Signale eine eventuelle Mehrfachsteuerung
fest.
-
Außerdem können die Informationssysteme erfindungsgemäß nach verschiedenen,
nachstehend angegebenen Ausführungsarten
ausgeführt
sein.
-
In einer ersten, besonders vorteilhaften
Ausführungsart
der Erfindung, die auf jedes Flugzeug des vorgenannten Typs Anwendung
finden kann, umfasst mindestens eines der genannten Informationssysteme
eine Vibrationseinheit, die in die zugeordneten Steuerknüppel integriert
ist und bei einer Mehrfachsteuerung Vibrationen des genannten Steuerknüppels erzeugt.
-
In diesem Fall
- – umfasst
die genannte Vibrationseinheit auf vorteilhafte Weise einen Gusszapfen,
der durch einen Elektromotor in Drehung versetzt werden kann; und
- – werden
Amplitude und Frequenz der genannten Vibrationen auf vorteilhafte
Weise in Abhängigkeit von
der Drehzahl des genannten Elektromotors und der Masse des genannten
Gusszapfens eingestellt.
-
Außerdem betreffen eine zweite
und eine dritte Ausführungsart
der Informationssysteme jeweils ein Flugzeug, das Steuerknüppel besitzt,
die betätigt
oder mindestens um eine Steuerachse betätigt oder geschwenkt werden
können
und von denen jeder mindestens einen Elektromotor umfasst, der in Abhängigkeit
von einem Steuersignal Lastempfindungen erzeugt, die beim Betätigen des
genannten Steuerknüppels
um die genannte Steuerachse gefühlt
werden.
-
In einem solchen Flugzeug umfasst
mindestens eines der genannten Informationssysteme
- – in
der genannten zweiten Ausführungsart
einen elektrischen Signalgenerator, der ein sinusförmiges elektrisches
Signal erzeugt, wobei das genannte sinusförmige elektrische Signal bei
einer Mehrfachsteuerung das genannte Steuersignal des Elektromotors überlagert,
so dass der genannte Elektromotor dann zusätzlich zu den genannten Lastempfindungen
Vibrationen des genannten Steuerknüppels erzeugt; und
- – in
der genannten dritten Ausführungsart
einen Verstärkungsgenerator,
der eine Verstärkung
erzeugt, wobei das Steuersignal des genannten Elektromotors bei
einer Mehrfachsteuerung durch die genannte Verstärkung vervielfacht wird, so dass
man dann eine Änderung
der genannten Lastempfindungen erzielt, die beim Betätigen des entsprechenden
Steuerknüppels
gefühlt
werden.
-
Im letzteren Fall wird die genannte
Verstärkung
ausgehend vom Ausdruck (1 + x) berechnet, in dem
- – x Null
ist, wenn höchstens
einer der genannten Steuerknüppel
betätigt
wird;
- – x
zwischen 0 und –1
liegt, wenn mindestens zwei Steuerknüppel gleichzeitig und in dieselbe Richtung
betätigt
werden; und
- – x
zwischen 0 und +1 liegt, wenn mindestens zwei Steuerknüppel gleichzeitig,
jedoch in gegensätzliche
Richtungen betätigt
werden.
-
Im übrigen umfasst in einer vierten
Ausführungsart
mindestens eines der genannten Informationssysteme ein aktives Organ,
das bei einer Mehrfachsteuerung Lastempfindungen erzeugt, die beim Betätigen des
entsprechenden Steuerknüppels
gefühlt
werden, wobei sich die für
einen Steuerknüppel gefühlten Lastempfindungen
in Abhängigkeit
von der Stellung eines anderen Steuerknüppels ändern.
-
Natürlich umfasst jedes betrachtete
Informationssystem, wenn die Steuerknüppel um zwei verschiedene Steuerachsen
betätigt
werden können, wie
dies im allgemeinen bei der Steuerung des Flugzeugs in der Nickbewegung
beziehungsweise in der Rollbewegung der Fall ist,
- – in der
genannten dritten Ausführungsart
zwei Verstärkungsgeneratoren;
und
- – in
der genannten vierten Ausführungsart
zwei aktive Organe.
-
Man beachte, dass eine solche Verdopplung nicht
erforderlich ist, wenn Vibrationen in den Steuerknüppeln erzeugt
werden, wie beispielsweise in der vorgenannten zweiten Ausführungsart.
-
Im übrigen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Verbesserung der Information der Piloten bei einer Mehrfachsteuerung
weiterhin ein Anzeigemittel, das eine Mehrfachsteuerung mittels Kennzeichen
anzeigen kann.
-
Die Figuren der beigefügten Zeichnung
machen gut verständlich,
wie die Erfindung ausgeführt werden
kann. In diesen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen ähnliche
Elemente.
-
1 veranschaulicht
schematisch eine erfindungsgemäße Steuerungshilfevorrichtung.
-
Die 2 bis 5 zeigen schematisch Informationssysteme
einer erfindungsgemäßen Steuerungshilfevorrichtung
in der ersten, zweiten, dritten beziehungsweise vierten Ausführungsart.
-
Die erfindungsgemäße Steuerungshilfevorrichtung 1,
die schematisch in 1 dargestellt
ist, soll in einem Flugzeug, wie beispielsweise einem zivilen Transportflugzeug,
montiert werden, das einen Steuerknüppel M1 des Piloten und einen
Steuerknüppel
M2 des Copiloten umfasst.
-
Die genannten Steuerknüppel M1
und M2 sind in Form von Griffen ausgeführt, die vom Piloten beziehungsweise
vom Copiloten des Flugzeugs manuell betätigt werden können.
-
Zur Steuerung des genannten Flugzeugs
in der Nick- und in der Rollbewegung können die genannten Steuerknüppel M1
und M2, die in Ruhestellung längs
entlang einer Achse Z-Z ausgerichtet sind,
- – zum einen
nach vom und nach hinten, wie durch einen Doppelpfeil E in der 1 angegeben ist, so betätigt werden,
dass sie um eine Achse X-X schwenken, wodurch das Flugzeug in der
Nickbewegung gesteuert werden kann; und
- – zum
anderen nach rechts und nach links wie durch einen Doppelpfeil F angegeben
ist, so betätigt
werden, dass sie um eine Achse Y-Y schwenken, wodurch das Flugzeug
in der Rollbewegung gesteuert werden kann.
-
Auf bekannte Weise sind jedem der
genannten Steuerknüppel
M1 und M2 Messfühler 2 und 3 zugeordnet,
die die Stellung des entsprechenden Steuerknüppels im Verhältnis zur
Ruhestellung um die Steuerachsen X-X beziehungsweise Y-Y sowie die Betätigungsgeschwindigkeit
des genannten Steuerknüppels
ermitteln.
-
Diese Informationen werden über die
Verbindungen 4 beziehungsweise 5 in Form elektrischer
Signale zu einer nicht dargestellten elektrischen Steuereinheit übertragen,
die ausgehend von diesen elektrischen Signalen Steuerbefehle definiert,
die zu den Vorrichtungen für
die Kontrolle des Flugs des Flugzeugs, die ebenfalls nicht dargestellt
sind, übertragen werden.
-
Die Steuerknüppel M1 und M2, die in der
vorliegenden Erfindung betrachtet werden, sind weiterhin mechanisch
voneinander abgekoppelt, so dass die Betätigung eines der genannten
Steuerknüppel M1
oder M2 keine ähnliche
Folgebewegung des anderen Steuerknüppels M2 oder M1 hervorruft.
-
So besteht die Möglichkeit, dass der Pilot und
der Copilot beide gleichzeitig ihre Steuerknüppel M1 und M2 betätigen und
dies auf unterschiedliche, sogar gegensätzliche Weise. Um ein solches
Problem zu vermeiden, soll die erfindungsgemäße Steuerungshilfevorrichtung
1 dem Piloten oder dem Copiloten jede Mehrfachsteuerung, in diesem
Fall jede Doppelsteuerung, anzeigen, die der gleichzeitigen Betätigung der
beiden Steuerknüppel
M1 und M2 entspricht.
-
Zu diesem Zweck umfasst die Vorrichtung 1, so
wie sie auf 1 dargestellt
ist, folgendes:
- – ein System SO zur Detektion
einer Doppelsteuerung. Das genannte System SO, das in Form einer
Recheneinheit ausgeführt
ist, erhält über Verbindungen 4A und 5A,
die mit den Verbindungen 4 beziehungsweise 5 verbunden
sind, die von den Messfühlern 2 und 3 der
beiden Steuerknüppel M1
und M2 gesendeten elektrischen Signale und stellt in Abhängigkeit
vom Wert dieser elektrischen Signale das Vorhandensein einer Doppelsteuerung
fest; und
- – zwei
identische Informationssysteme, die nach einer der jeweils in den 2 bis 5 dargestellten Ausführungsarten S1 bis S4 ausgeführt und über die
Verbindungen 6 mit dem Detektionssystem SO verbunden und
dem genannten Steuerknüppel
M1 beziehungsweise M2 zugeordnet sind und in den genannten Steuerknüppeln M1
und M2, wie durch Verbindungen 7 angegeben, bei einer durch
das genannte Detektionssystem SO festgestellten Doppelsteuerung
eine Tastempfindung erzeugen sollen, die den genannten Piloten beziehungsweise
den Copiloten von der Doppelsteuerung informieren sollen.
-
So werden dank der Erfindung bei
einer Doppelsteuerung der Pilot und der Copilot direkt und auf unzweideutige
Weise durch die in ihrem Steuerknüppel M1 und M2 gefühlte Tastempfindung
von der Doppelsteuerung informiert, was es ihnen ermöglicht,
die für
diese Situation geeigneten Maßnahmen zu
ergreifen.
-
Weiterhin lenkt diese erfindungsgemäße Anzeigeart
die Konzentration des Piloten und des Copiloten nicht von den Operationen
ab, die sie gerade ausführen.
-
Zur Verbesserung der Anzeige der
Doppelsteuerung umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin ein
Anzeigemittel V, zum Beispiel einen Bildschirm, der durch eine Verbindung 6A mit
dem Detektionssystem SO verbunden ist und über nicht dargestellte Kennsignale
jegliche Doppelsteuerung anzeigt.
-
Erfindungsgemäß entspricht die genannte Tastempfindung
- – entweder
charakteristischen Vibrationen, die in den genannten Steuerknüppeln M1
und M2 erzeugt werden, wie dies bei den nachstehend aufgeführten Ausführungsarten
in Bezug auf die 2 und 3 der Fall ist;
- – oder
Lastempfindungen aufgrund eines Betätigungswiderstands der Steuerknüppel, wie
dies bei den nachstehend aufgeführten
Ausführungsarten
in Bezug auf die 4 und 5 der Fall ist.
-
Man beachte, dass in den 2 bis 5 aus Gründen der Vereinfachung der
Zeichnung jedes Mal nur eines der genannten (und einem der genannten Steuerknüppel M1,
M2 zugeordneten) Informationssysteme dargestellt ist, da das andere
identisch ausgeführt
ist.
-
Jedenfalls ist zu beachten, dass
im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch in Betracht gezogen werden
kann, eine Steuerungshilfevorrichtung 1 mit zwei Informationssystemen,
die man nach verschiedenen Ausführungsarten
erhalten hat, vorzusehen.
-
In einer ersten, schematisch in 2 dargestellten Ausführungsart
umfasst das genannte Informationssystem S1 eine Vibrationseinheit,
die im Steuerknüppel
M1 oder M2 in dessen Griffbereich angeordnet ist und folgendes umfasst:
- – einen
Gusszapfen 8, der sich um eine Achse L drehen kann; und
- – einen
Elektromotor 9, der den genannten Gusszapfen 9 in
Drehung um die genannte Achse L versetzen kann.
-
Indem er sich um die Achse L dreht,
erzeugt der Gusszapfen 8 durch die Unwuchtwirkung Vibrationen
im Steuerknüppel
M1 oder M2, die der Pilot oder der Copilot fühlt.
-
Amplitude und Frequenz der so erzeugten Vibrationen
(die in Abhängigkeit
von den zu übertragenden
Informationen kontinuierlich oder diskontinuierlich sein können) können eingestellt
werden, indem die Drehzahl des Elektromotors 9 und/oder
die Masse des Gusszapfens 8 geändert wird, was die Erzeugung
charakteristischer Vibrationen ermöglicht, die folgendes aufweisen:
- – eine
bestimmte Frequenz, die den Piloten bekannt ist; und
- – eine
geeignete Amplitude, das heißt,
eine nicht zu hohe Amplitude, um die Piloten bei ihren Manövern nicht
zu stören,
die jedoch ausreichend ist, damit die Vibrationen von den Piloten
korrekt gefühlt
werden.
-
Im übrigen ist zu beachten, dass
die Ausführungsart
der 3 sich auf ein Flugzeug
bezieht, das Elektromotoren 10 und 11 bekannten
Typs umfasst, die dem Steuerknüppel
M1 oder M2 zugeordnet und fest mit der Schwenkbewegung des Steuerknüppels M1
oder M2 um die Steuerachsen X-X beziehungsweise Y-Y verbunden sind
und Lastempfindungen beim Schwenken des genannten Steuerknüppels um eine
der genannten Achsen X-X und Y-Y erzeugen, die wie ein Betätigungswiderstand
empfunden werden.
-
Der genannte Elektromotor 11 wirkt
in Abhängigkeit
von einem elektrischen Signal, das er über eine Verbindung 12 von
einer Steuereinheit 13 erhält.
-
Die genannte Steuereinheit 13 ist über eine Verbindung 5B mit
der Verbindung 5 am Ausgang des Messfühlers 3 verbunden,
und sie ermittelt das elektrische Steuersignal des Elektromotors 11 in
Abhängigkeit
von den vom Messfühler 3 erhaltenen
Informationen und insbesondere von der Stellung des Steuerknüppels M1
oder M2.
-
Genauer hängt der Widerstand bei der
Betätigung
des Steuerknüppels
M1 oder M2, der vom Elektromotor 11 erzeugt wird, von dem
Abstand des genannten Steuerknüppels
von seiner Ruhestellung ab: je weiter er sich von dieser entfernt,
umso größer ist
der Widerstand.
-
Eine Steuereinheit, die mit der nicht
dargestellten Steuereinheit 13 identisch ist, ist auf dieselbe Weise
dem Elektromotor 10 und dem Messfühler 2 für die Schwenkbewegung
um die Achse X-X zugeordnet.
-
In diesem Fall umfasst jedes der
genannten Informationssysteme S2 erfindungsgemäß folgendes:
- – einen
elektrischen Signalgenerator 14, der ein sinusförmiges elektrisches
Signal erzeugt; und
- – ein
Rechenelement 15, das über
eine Verbindung 16 mit dem Generator 14 verbunden,
in die Verbindung 12 eingebaut ist und durch das Detektionssystem
SO über
die Verbindung 6 gesteuert wird.
-
Erfindungsgemäß wird das genannte Rechenelement 15 durch
das genannte Detektionssystem SO so gesteuert, dass bei einer Doppelsteuerung
das vom Generator 14 gebildete sinusförmige elektrische Signal das
Steuersignal des Elektromotors 11, das von der Steuereinheit 13 gebildet
wird, überlagert,
so dass der genannte Elektromotor 11 dann zusätzlich zu
den genannten Lastempfindungen Vibrationen des genannten Steuerknüppels M1 oder
M2 erzeugt.
-
Natürlich können Amplitude und Frequenz der
so erzeugten Vibrationen durch Änderung
von Amplitude und Frequenz des genannten elektrischen Signals verändert werden.
-
Man beachte weiterhin,
- – dass
das genannte Informationssystem S2 ebenfalls auf die Steuereinheit
des Motors 10 angewandt werden kann
- – dass
jedoch ein einziges Informationssystem S2 dieser Art pro Steuerknüppel M1
oder M2 ausreicht.
-
Die Ausführungsart der 4 wird auf einen Steuerknüppel M1
oder M2 angewandt, der identisch mit dem vorstehend beschriebenen
Steuerknüppel der 3 ist.
-
In diesem Fall umfasst jedes der
genannten Informationssysteme S3 eine Einheit von Elementen, die
jeder Steuerachse X-X oder Y-Y zugeordnet ist und jeweils wie nur
für die
Steuerachse Y-Y dargestellt
- – einen
Verstärkungsgenerator 17 umfasst,
der eine nachstehend angegebene Verstärkung erzeugt; und
- – ein
Rechenelement 18 umfasst, das durch eine Verbindung 19
mit dem Generator 17 verbunden und in der Verbindung 12 installiert
ist und durch das Detektionssystem SO über die Verbindung 6 gesteuert
wird.
-
Erfindungsgemäß wird das genannte Rechenelement 18 durch
das genannte Detektionssystem SO so gesteuert, dass es bei einer
Doppelsteuerung das Steuersignal des Elektromotors 11,
das von der Steuereinheit 13 gebildet wird, um die durch
den Generator 17 erzeugte Verstärkung vervielfacht, so dass
man dann eine Änderung
der genannten Lastempfindungen erzielt, die beim Betätigen des
entsprechenden Steuerknüppels
M1 oder M2 gefühlt werden.
-
Vorzugsweise wird die genannte Verstärkung durch
den Generator 17 ausgehend vom Ausdruck (1 + x) berechnet,
in dem
- – x
Null ist, wenn höchstens
einer der genannten Steuerknüppel
M1 und M2 betätigt
wird;
- – x
zwischen 0 und –1
liegt, wenn beide Steuerknüppel
M1 und M2 in dieselbe Richtung betätigt werden; und
- – x
zwischen 0 und +1 liegt, wenn beide Steuerknüppel M1 und M2 in gegensätzliche
Richtungen betätigt
werden.
-
Dank dem genannten Informationssystem S3
- – werden
folglich die üblichen
Tastempfindungen nicht verändert,
solange keine Doppelsteuerung festgestellt wird (Verstärkung =
1);
- – werden
folglich die Tastempfindungen so verändert, dass man einen verringerten
Betätigungswiderstand
erzielt, wenn beide Steuerknüppel
M1 und M2 in dieselbe Richtung betätigt werden (Verstärkung < 1); und
- – werden
folglich die Tastempfindungen so verändert, dass man einen erhöhten Betätigungswiderstand
erzielt, wenn beide Steuerknüppel
M1 und M2 in gegensätzliche
Richtung betätigt
werden (Verstärkung > 1).
-
Im übrigen umfasst in der Ausführungsart
der 5 jedes der genannten
Informationssysteme S4 aktive Organe 20 und 21,
zum Beispiel Elektromotoren, die den Steuerachsen X-X beziehungsweise
Y-Y zugeordnet sind und bei Doppelsteuerung Lastempfindungen erzeugen,
die beim Betätigen
des Steuerknüppels
M1 oder M2 um die entsprechende Steuerachse in Form eines Betätigungswiderstands
gefühlt werden.
-
Weiterhin ändern sich erfindungsgemäß die bei
einem Steuerknüppel,
beispielsweise M1, gespürten
Lastempfindungen in Abhängigkeit
von der Stellung des anderen Steuerknüppels, beispielsweise M2, um
dieselbe Steuerachse.