JP6850272B2 - 移動体の制御システム、移動体の制御方法及び移動体の制御プログラム - Google Patents
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Description
一般に、この種の制御装置は航空機各機に複数台が搭載され、ハードウェアの冗長化(多重化)が図られている。例えば図5(a)に示すように、各機能系統に2台の制御装置が搭載された場合、図5(b)に示すように、一方の制御装置が故障しても他方の制御装置により各機能が維持される。これにより、不慮の装置故障に見舞われた場合でも航空機の安全性が担保される。
しかし、この構成では、搭載する制御装置の数量が冗長化の程度に応じて増加し、搭載重量やコストが増えてしまうため、特に小型の航空機には適用が困難である。
移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記優先度は、前記移動体の移動状況として、当該移動体の移動状態及び移動目的に応じたものであり、
前記移動体の移動目的が通常移動である場合、前記移動体の移動状態に応じた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行い、
前記移動体の移動目的が監視活動である場合、移動の継続よりも前記監視活動の任務内容を優先させた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行うことを特徴とする。
移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記移動体が航空機であり、当該航空機の飛行目的が通常飛行である場合、
前記複数の機能系統のうち、前記航空機の飛行継続に必須の操縦系統及び動力系統が、当該航空機の飛行状態に関わらず、高い優先度に設定されており、
前記少なくとも1つの制御手段の故障による制御リソースの減少量が大きく、前記操縦系統及び前記動力系統を完全には制御できない場合には、残存した制御リソース量に基づいて、前記動力系統のうち制御するエンジン基数を減らすとともに、前記操縦系統での操舵の頻度を減らして制御することを特徴とする。
移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記移動体が無人航空機であり、当該無人航空機の飛行目的が監視活動である場合、
前記無人航空機が飛行中の状態では、前記複数の機能系統のうち前記無人航空機の飛行継続に必須の操縦系統及び動力系統が、高い優先度に設定されており、
前記無人航空機が着陸した後の状態では、前記複数の機能系統のうち、監視活動を行うための任務系統と、取得した情報を送信するための通信系統とが、高い優先度に設定されていることを特徴とする。
前記複数の制御手段は、常態ではいずれの機能系統も制御しない予備機を含み、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、前記予備機の制御手段の制御リソースが優先して使用されることを特徴とする。
これにより、制御手段が故障して複数の機能系統の全てを制御できなくなった場合であっても、このときの移動体の状況に応じて優先度の高い機能が維持される。
したがって、移動体の複数の機能系統を、単純にハードウェアを冗長化させたものでない簡便な構成で、当該移動体上の制御手段により好適に冗長化することができる。
まず、本実施形態における航空機1に搭載された制御システムの構成について説明する。
図1は、この制御システムの概略構成を示すブロック図である。
動力系統12は、エンジン等の動力制御に関する機器を含んで構成されている。
航法系統13は、航路計算に関する機器を含んで構成されている。
通信系統14は、無線装置等の通信制御に関する機器を含んで構成されている。
任務系統15は、航空機1の任務に応じた機器(例えば監視用の光学センサ等)を含んで構成されている。
環境系統16は、機内空調制御に関する機器を含んで構成されている。
また、複数の機能系統10の各々には、後述するように、航空機1の飛行状況(飛行状態及び飛行目的)に応じた優先度が予め割り当てられている。
なお、センサ部17は、いずれかの機能系統10に含まれる(例えば、自機位置を検出する装置が航法系統13に含まれる)こととしてもよい。
複数の制御部20は、複数の機能系統10に対応させて設けられており、本実施形態では、常態(各制御部20が故障なく健全に機能する正常な状態)において複数の機能系統10を個別に制御するように当該複数の機能系統10に対応付けられている。
各制御部20は、CPU(Central Processing Unit)やメモリ(記憶装置)等を備えたコンピュータであり、例えば常態での制御負荷に応じた処理能力等のハードウェアスペックを有している。また、各制御部20は、他の制御部20と共通のプラットフォームとされるとともに、複数の機能系統10(本実施形態では全ての機能系統10)を制御可能なように、そのための複数のソフトウェア及びFPGA(Field-Programmable Gate Array)等のロジック回路構成情報等を有している。さらに、各制御部20には、後述する制御システムの動作処理を実行するプログラムが記憶されている。上述した各機能系統10の優先度の情報はこのプログラムに組み込まれている。
また、複数の制御部20には、例えば符号末尾のアルファベット順に主機としての優先順位が割り当てられており、常態では制御部20aが主機として他の制御部20を監視・制御する。そして、主機の制御部20が故障した場合には、その次に優先順位の高い制御部20に主機の機能が引き継がれるようになっている。主機の制御部20は、本実施形態では、制御部20の故障を含む航空機1の飛行状態の検出や、各種の判定、後述する制御部20の制御リソースの演算及び分配等を行う。但し、各制御部20の動作状況(正常に機能しているか、いずれの機能系統10を制御しているか等)は、複数の制御部20が互いに認識できるようになっている。
航空機1の制御システムでは、いずれかの制御部20が故障して全ての機能系統10を制御するだけの制御リソースが不足した場合に、そのときの航空機1の「飛行状況(飛行状態及び飛行目的)」に応じて、優先度の高い機能系統10が選択され、健全に機能する正常な制御部20の制御リソースが当該機能系統10の制御に優先的に分配される。
ここで、本実施形態における「制御リソース」とは、CPUの処理能力やメモリ量等の論理的な能力に加え、FPGAのロジック回路の面積(≒半導体数)等の物理的なリソースを含むものである。
以下に、具体的な制御リソースの分配例について説明する。
航空機1の通常飛行時にいずれかの制御部20が故障して制御リソースが減少した場合には、航空機1が安全に飛行を継続して最寄りの空港(又は着陸が可能な場所)に着陸できるように、航空機1の「飛行状態」に応じた機能系統10が選択される。ここで、「通常飛行」とは、飛行目的が「所定の目的地への到達」や「所定の空域(又は航路)の飛行」といった場合での飛行である。以下、この場合の飛行目的を「通常飛行」という。なお、飛行目的は、航空機1の機体種別に基づいたり、飛行前に予め設定されたりするもので、制御部20に設定されており、主機の制御部20は、飛行目的が通常飛行の場合には、飛行状態に応じた機能系統10の選択を行う。
そのため、このときに制御部20の制御リソースが減少した場合には、正常な制御部20の制御リソースが操縦系統11、動力系統12及び環境系統16に優先的に分配され、これらの機能系統10の機能維持が優先される。それ以外の機能系統10には制御リソースが全く分配されない(機能が停止する)か、制限された制御リソースのみが分配される。
より詳しくは、主機の制御部20が、いずれかの制御部20の故障を検知した場合に、センサ部17により航空機1の飛行状態を検出するとともに、常態での全制御リソースから故障した制御部20の分を差し引いて残存制御リソースを演算する。そして、検出した飛行状態(すなわち運航高度での飛行中)に応じて各機能系統10に割り当てられた上述の優先度を参照し、残存制御リソースを優先度の高い機能系統10へ優先的に分配する。なお、残存制御リソースが全ての機能系統10を制御するのに不足していない場合には、制御リソースに余裕のある制御部20が、故障した制御部20が制御していた機能系統10を制御するようにすればよい。
主機の制御部20は、この状態で航空機1の飛行を継続させ、乗員の機内環境維持が不要な安全な高度(例えば1万フィート)まで航空機1を降下させる。
そのため、航空機1が安全な高度まで降下したら、正常な制御部20の制御リソースが、操縦系統11及び動力系統12に加えて、新たに航法系統13にも分配される一方、環境系統16には分配されなくなる(または制限された制御リソースのみが分配される)。
より詳しくは、主機の制御部20が、センサ部17により航空機1の飛行状態(すなわち、安全な高度での飛行中であって着陸地点から所定距離範囲外の状態)を検出し、この飛行状態に応じて各機能系統10に割り当てられた上述の優先度を参照して、残存制御リソースを優先度の高い機能系統10へ優先的に分配する。
主機の制御部20は、この状態で航空機1の飛行を継続させ、航法系統13による航路設定に沿って着陸地点に向かう。
そのため、航空機1が着陸地点に近づいたら、正常な制御部20の制御リソースが、操縦系統11及び動力系統12に加えて、新たに通信系統14にも分配される一方、航法系統13には分配されなくなる(または制限された制御リソースのみが分配される)。
より詳しくは、主機の制御部20が、センサ部17により航空機1の飛行状態(すなわち、安全な高度での飛行中であって着陸地点から所定距離範囲内の状態)を検出し、この飛行状態に応じて各機能系統10に割り当てられた上述の優先度を参照して、残存制御リソースを優先度の高い機能系統10へ優先的に分配する。
そして、主機の制御部20は、通信系統14により例えば空港管制と交信して、空港などの着陸地点に航空機1を着陸させる。
特定の「飛行目的(任務内容)」の場合には、航空機1の飛行継続よりも飛行目的を優先させて機能系統10が選択される。この飛行目的は、航空機1の機体種別に基づいたり、飛行前に予め設定されたり、飛行中に地上局からモード切替されたりして、各制御部20に設定される。
具体的には、図3に示すように、無人航空機である航空機1の任務目的地での飛行時では、その後不時着するまでの間は、操縦系統11と動力系統12が高い優先度に設定され、それ以外の通信系統14と任務系統15は低い優先度に設定されている。そして、航空機1が任務目的地内で不時着(着陸)した後は、監視活動を行うための任務系統15と、地上局と通信を行うための通信系統14とが高い優先度に設定され、操縦系統11と動力系統12は低い優先度に設定されている。なお、この例では航空機1が無人航空機であるため、航法系統13と環境系統16は不要としている。
その後、主機の制御部20は、センサ部17により航空機1の不時着を検知したら、残存制御リソースを通信系統14と任務系統15に優先的に分配し、それ以外の機能系統10には制御リソースを分配しない。そして、主機の制御部20は、任務系統15を機能させて監視対象を監視し、その情報(例えば画像情報)を通信系統14により地上局へ送信することで、監視活動を継続する。
制御部20の故障程度が甚大で制御リソースの減少量が大きい場合には、優先度の高い機能系統10のなかでも、飛行目的の達成に必要な最低限の処理のみを選択して実行することができる。
これにより、制御部20は、完全ではなくとも安定した飛行を継続させ、航空機1を着陸可能な場所に安全に着陸させることができる。
制御リソースとして、機能系統10を制御する複数の制御部20の通信回路を分配する場合について説明する。
このときに、図4(b)に示すように制御部20bが故障してしまうと、制御部20aから動力系統12への経路が途絶えてしまう。
あるいは、制御部20dが単独での制御が困難な場合などには、図4(d)に示すように、制御部20aから制御部20c、20dをこの順に経由して動力系統12に繋がるように、通信回路を再構成するようにしてもよい。
このように、本実施形態における制御リソースには、制御ロジックを含む制御用の通信回路の物理的なハードウェア構成が含まれる。
以上のように、本実施形態によれば、航空機1の複数の機能系統10を制御する複数の制御部20のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御部20の制御リソースが、複数の機能系統10のうち、このときの航空機1の飛行状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配される。
これにより、制御部20が故障して複数の機能系統10の全てを制御できなくなった場合であっても、このときの航空機1の飛行状況に応じて優先度の高い機能が維持される。
したがって、航空機1の複数の機能系統10を、単純にハードウェアを冗長化させたものでない簡便な構成で、機上の制御部20により好適に冗長化することができる。
これにより、航空機1の飛行継続性を向上させ、ひいては航空機1の安全性を向上させることができる。
これにより、航空機1の飛行継続よりも監視活動が優先される場合に、好適に監視活動を優先させて、取得した情報を送信させることができる。
これにより、制御リソースの減少量が大きい場合であっても、完全ではなくとも安定して航空機1の飛行を継続させることができ、ひいては航空機1の安全性を向上させることができる。
なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
また、複数の制御部20は、常態ではいずれの機能系統10も制御しない予備機を含んでいてもよい。この場合、いずれかの制御部20が故障したときには、予備機の制御部20の制御リソースを優先して使用するのが好ましい。また、この予備機に主機の制御部20を常時バックアップさせるなどしてもよい。
10 機能系統
11 操縦系統
12 動力系統
13 航法系統
14 通信系統
15 任務系統
16 環境系統
17 センサ部
20 制御部
Claims (6)
- 移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記優先度は、前記移動体の移動状況として、当該移動体の移動状態及び移動目的に応じたものであり、
前記移動体の移動目的が通常移動である場合、前記移動体の移動状態に応じた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行い、
前記移動体の移動目的が監視活動である場合、移動の継続よりも前記監視活動の任務内容を優先させた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行う、
ことを特徴とする移動体の制御システム。 - 移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記移動体が航空機であり、当該航空機の飛行目的が通常飛行である場合、
前記複数の機能系統のうち、前記航空機の飛行継続に必須の操縦系統及び動力系統が、当該航空機の飛行状態に関わらず、高い優先度に設定されており、
前記少なくとも1つの制御手段の故障による制御リソースの減少量が大きく、前記操縦系統及び前記動力系統を完全には制御できない場合には、残存した制御リソース量に基づいて、前記動力系統のうち制御するエンジン基数を減らすとともに、前記操縦系統での操舵の頻度を減らして制御する、
ことを特徴とする移動体の制御システム。 - 移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた移動体の制御システムであって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記移動体が無人航空機であり、当該無人航空機の飛行目的が監視活動である場合、
前記無人航空機が飛行中の状態では、前記複数の機能系統のうち前記無人航空機の飛行継続に必須の操縦系統及び動力系統が、高い優先度に設定されており、
前記無人航空機が着陸した後の状態では、前記複数の機能系統のうち、監視活動を行うための任務系統と、取得した情報を送信するための通信系統とが、高い優先度に設定されている、
ことを特徴とする移動体の制御システム。 - 前記複数の制御手段は、常態ではいずれの機能系統も制御しない予備機を含み、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、前記予備機の制御手段の制御リソースが優先して使用される、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の移動体の制御システム。 - 移動体に搭載され、
前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段と、
前記移動体の移動状況を検出する検出手段と、
を備えた制御システムによる移動体の制御方法であって、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記優先度は、前記移動体の移動状況として、当該移動体の移動状態及び移動目的に応じたものであり、
前記移動体の移動目的が通常移動である場合、前記移動体の移動状態に応じた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行い、
前記移動体の移動目的が監視活動である場合、移動の継続よりも前記監視活動の任務内容を優先させた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行う、
ことを特徴とする移動体の制御方法。 - 移動体に搭載された制御システムに備えられて前記移動体の複数の機能系統を制御する複数の制御手段により実行される移動体の制御プログラムであって、
前記制御システムは、前記移動体の移動状況を検出する検出手段を備え、
前記複数の機能系統の各々には、前記移動体の移動状況に応じた優先度が予め割り当てられており、
前記複数の制御手段のうちの少なくとも1つが故障した場合に、故障していない正常な制御手段の制御リソースを、前記複数の機能系統のうち、このときの前記移動体の移動状況に応じた優先度の高いものに、優先的に分配し、
前記優先度は、前記移動体の移動状況として、当該移動体の移動状態及び移動目的に応じたものであり、
前記移動体の移動目的が通常移動である場合、前記移動体の移動状態に応じた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行い、
前記移動体の移動目的が監視活動である場合、移動の継続よりも前記監視活動の任務内容を優先させた優先度に基づいて、前記制御リソースを分配する機能系統の選択を行う、
ことを特徴とする移動体の制御プログラム。
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