自動駕駛儀及其方法
【專利摘要】一種直升機自動駕駛系統(tǒng)包括對直升機的飛行提供姿態(tài)保持的內(nèi)環(huán)，該內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余。外環(huán)構(gòu)造為對直升機的飛行提供導(dǎo)航功能，該外環(huán)包括與內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。致動器提供作用在連桿上的用于在電源故障期間穩(wěn)定直升機飛行的制動力。致動器為機電式并且接收電驅(qū)動信號，以便在不需要直升機中的液壓輔助系統(tǒng)的情況下提供直升機的自動飛行控制。自動駕駛系統(tǒng)可以在液壓輔助系統(tǒng)的故障模式下操縱直升機。使用相關(guān)傳感器輸入來描述包括基于速率的真實姿態(tài)模式在內(nèi)的多種飛行模式。
【專利說明】自動駕駛儀及其方法
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求均于2012年2月10日提交的美國臨時專利申請N0.61/597，555、N0.61/597，570和N0.61/597，581的優(yōu)先權(quán)，這些臨時專利申請的全部內(nèi)容通過引用方式并入本文。本申請還要求均于2013年2月8日提交的美國專利申請N0.13/763,574、N0.13/763，582和N0.13/763，590的優(yōu)先權(quán)，這些專利申請的全部內(nèi)容通過引用方式并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本申請一般地涉及飛行控制系統(tǒng)，更具體地涉及旋翼飛機自動駕駛儀及相關(guān)方法。

【背景技術(shù)】
[0004]直升機在本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，通常需要駕駛員用一只手保持與周期變距操縱桿的持續(xù)相互作用。即使是瞬間松開周期變距操縱桿也會導(dǎo)致周期變距操縱桿或周期變距操縱桿的“抖動”，伴隨的是對直升機失去控制。當(dāng)駕駛員需要參與雙手活動時，例如調(diào)節(jié)頭戴式送受話器或者查閱地圖的硬拷貝時，這樣特別不方便。此外，對周期變距操縱桿進行持續(xù)控制的需要會導(dǎo)致駕駛員疲勞。
[0005]傳統(tǒng)的自動駕駛儀能夠提供多方面的益處，包括允許駕駛員松開周期變距操縱桿以參與雙手任務(wù)以及減輕駕駛員的疲勞。然而， 申請人:認(rèn)識到，傳統(tǒng)的直升機的自動駕駛儀的成本非常高昂。例如，其成本與直升機本身的成本相比是如此之高以至于在輕型直升機中很難見到自動駕駛儀。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)的實例以及與其有關(guān)的局限性意在是說明性的，而非進行窮舉。通過閱讀說明書和研究附圖，現(xiàn)有技術(shù)的其他局限性對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將變得更加清
λ.Μ
/E.ο


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]結(jié)合作為示例性和說明性而非在范圍上限制性的系統(tǒng)、工具和方法對下面的實施例及其各方面進行描述和說明。在各個實施例中，上述問題中的一個或多個問題視為減輕和消除，而其他實施例涉及其他改進。
[0008]一般而言，本發(fā)明描述了用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)、相關(guān)部件和方法。在本發(fā)明的一個方面中，內(nèi)環(huán)構(gòu)造為至少對直升機的飛行提供真實姿態(tài)，該內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余。自動駕駛外環(huán)構(gòu)造為對直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，該自動駕駛外環(huán)包括與所述內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。
[0009]在本發(fā)明的另一方面中，致動器裝置形成通過致動直升機的一個或多個飛行控制件來提供直升機的自動控制的自動駕駛儀的一部分。至少一個電動機包括輸出軸和用于接收使輸出軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電流的電動機線圈裝置。致動器連桿有效地連接在電動機的輸出軸與飛行控制件之間，以便輸出軸的旋轉(zhuǎn)引起致動器連桿和飛行控制件的相應(yīng)運動。電動機驅(qū)動裝置用于在自動駕駛儀的正常操作期間從電源提供驅(qū)動電流，并且至少用于響應(yīng)電源的故障使電動機線圈裝置短路，以便電動機提供作用在致動器連桿上的用于在電源故障期間穩(wěn)定直升機的飛行的制動力。
[0010]在本發(fā)明的又一方面中，描述了用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法的實施例，直升機包括提供GPS輸出的GPS單元。傳感器裝置專用于自動駕駛系統(tǒng)并且產(chǎn)生表征直升機的飛行的一組傳感器輸出。控制裝置接收GPS輸出和傳感器輸出，并且響應(yīng)這些輸出而產(chǎn)生電驅(qū)動信號。致動器為機電式并且接收電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)電驅(qū)動信號的機械控制輸出，機械控制輸出與直升機機械連接，以便在不需要直升機中的液壓輔助系統(tǒng)的情況下提供直升機的自動飛行控制。
[0011]在本發(fā)明的還一方面中，描述了用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法，直升機包括液壓輔助系統(tǒng)，液壓輔助系統(tǒng)接收來自駕駛員的飛行控制輸入并且轉(zhuǎn)而產(chǎn)生與直升機機械連接的機械輸出以提供直升機的駕駛員控制。傳感器裝置產(chǎn)生表征直升機的飛行的一組傳感器輸出?？刂蒲b置接收傳感器輸出并且產(chǎn)生電驅(qū)動信號。致動器裝置為機電式并且接收電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)電驅(qū)動信號的控制輸出，控制輸出與液壓輔助系統(tǒng)機械連接，并且致動器裝置構(gòu)造為與控制裝置協(xié)作，以便在正常運行狀態(tài)下用液壓輔助系統(tǒng)在第一正常模式下提供直升機的自動飛行控制并且在故障運行狀態(tài)下用液壓輔助系統(tǒng)在第二故障模式下提供直升機的自動飛行控制，從而在正常模式和故障模式中的每一種模式下提供直升機的自動飛行控制。
[0012]在本發(fā)明的再一方面中，描述了用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法，向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征。在實施例中，MEMS三軸速率傳感器由直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)側(cè)滾定向、俯仰定向和偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號。MEMS三軸加速度計產(chǎn)生響應(yīng)向前飛行的加速度計信號。GPS接收機由直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)直升機的向前飛行的航線信號和速度信號。三軸磁強計產(chǎn)生磁強計信號?？刂破鹘邮沼筛┭雎市盘?、側(cè)滾率信號、偏航率信號、加速度計信號、航線信號、磁強計信號和速度信號組成的一組輸入以確定直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和選定航線上的選定速度來產(chǎn)生一組控制信號以保持直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向。致動器裝置接收一組控制信號以基于一組控制信號來調(diào)整直升機的向前飛行。在一個實施例中，可以通過GPS提供速度信號。在另一實施例中，可以通過飛機的飛行速度傳感器提供速度信號。
[0013]在本發(fā)明的另一方面中，描述了用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法，向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征。在實施例中，MEMS三軸速率傳感器由直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)側(cè)滾定向、俯仰定向和偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號。MEMS三軸加速度計產(chǎn)生響應(yīng)向前飛行的加速度計信號。GPS接收機由直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)直升機的向前飛行的航線信號、高度信號和速度信號。三軸磁強計產(chǎn)生磁強計航向信號。控制器由直升機支撐以接收由俯仰率信號、側(cè)滾率信號、偏航率信號、加速度計信號、航線信號、高度信號、磁強計航向信號和速度信號組成的一組輸入以確定直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和選定航線上的選定高度來產(chǎn)生一組控制信號以保持直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向。致動器裝置接收一組控制信號以基于一組控制信號調(diào)整直升機的向前飛行。在一個實施例中，可以通過GPS提供速度信號和/或高度信號。在另一實施例中，可以通過飛機的飛行速度傳感器和/或基于壓力的高度傳感器提供速度信號和/或高度信號中的各個信號。
[0014]在本發(fā)明的又一方面中，描述了用于對能夠以懸停方式飛行的直升機的飛行進行選擇性自動控制的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法，懸停由包括俯仰定向、側(cè)滾定向、偏航定向和地面上方位置的一組定向參數(shù)表征。在實施例中，MEMS傳感器裝置由直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)俯仰定向的變化的俯仰率信號、響應(yīng)側(cè)滾定向的變化的側(cè)滾率信號、響應(yīng)偏航定向的變化的偏航率信號和響應(yīng)懸停的加速度信號。磁強計產(chǎn)生磁航向信號。GPS接收機由直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)直升機的懸停的位置信號、速度信號和航線信號。處理裝置由直升機支撐以接收由俯仰率信號、側(cè)滾率信號、偏航率信號、加速度信號、位置信號、速度信號、航線信號和磁航向信號組成的一組輸入以確定直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)選定懸停位置來產(chǎn)生一組控制信號以保持直升機的穩(wěn)定懸停。致動器裝置用于接收一組控制信號以基于一組控制信號來調(diào)整直升機的懸停。在實施例中，可以使用飛機的基于壓力的高度傳感器信號或基于GPS的高度信號指示偏離所需高度的當(dāng)前偏差。
[0015]在本發(fā)明的還一方面中，描述了用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法。內(nèi)環(huán)構(gòu)造為至少對直升機的飛行提供真實姿態(tài)，該內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余。自動駕駛外環(huán)構(gòu)造為對直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，并且內(nèi)環(huán)和自動駕駛外環(huán)各自構(gòu)造有三重化處理器。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]在所參考的附圖中示出了各示例性實施例。本文所公開的實施例和附圖旨在是說明性的而非限制性的。
[0017]圖1是包括根據(jù)本發(fā)明的自動駕駛儀的各部件的直升機的示意性局部透視圖。
[0018]圖2是圖1所示直升機的示意性局部俯視透視圖，進一步示出了與自動駕駛系統(tǒng)的部件有關(guān)的細(xì)節(jié)。
[0019]圖3是致動器的實施例和能夠用作本發(fā)明的自動駕駛儀的部件的限力連桿的實施例的示意性剖切透視圖。
[0020]圖4是能夠與一對冗余致動器驅(qū)動電動機一起形成圖3所示致動器的一部分的齒輪驅(qū)動裝置的實施例的示意性透視圖。
[0021]圖5是示出本發(fā)明的自動駕駛儀的實施例的框圖。
[0022]圖6是接收由一組三重化處理器作出的表決的表決部的實施例的示意圖。
[0023]圖7是示出用于本發(fā)明的自動駕駛儀的內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)的運行的方法的實施例的流程圖。
[0024]圖8是示出能夠形成本發(fā)明的自動駕駛儀的一部分的動態(tài)制動系統(tǒng)的一個實施例的示意圖。
[0025]圖9是示出能夠形成本發(fā)明的自動駕駛儀的一部分的動態(tài)制動系統(tǒng)的另一實施例的示意圖。
[0026]圖10是包括在內(nèi)環(huán)和外環(huán)中均使用三重化架構(gòu)的故障功能設(shè)計構(gòu)造的本發(fā)明的自動駕駛儀的另一實施例的框圖。
[0027]圖11是示出以為控制目的而采用的各種傳感器輸入描述的自動駕駛儀飛行模式的表格。

【具體實施方式】
[0028]提供下面的描述是為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠做出和使用本發(fā)明，并且在專利應(yīng)用及其需要的背景下提供以下描述。所描述的實施例的各種變型例對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，并且本文所教導(dǎo)的一般性原理可應(yīng)用于其他實施例。因此，本發(fā)明不意在局限于所示出的實施例，而是符合與本文所述的原理和特征一致的包括變型例和等同方案的最寬范圍。值得注意的是，附圖可不是按比例繪制并且本質(zhì)上是以視為最佳示出目標(biāo)特征的方式進行圖解說明的。對于在圖中提供的各種視圖，出于增強讀者理解的目的可以采用描述性的術(shù)語，但是絕不意在進行限制。
[0029]圖1是直升機10的局部透視圖，其用意在于示出與直升機相關(guān)的自動駕駛系統(tǒng)12的實施例的各個部件。應(yīng)認(rèn)識到，出于清楚示出的目的，使得直升機本身的多數(shù)物理結(jié)構(gòu)在圖1中不可見，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些結(jié)構(gòu)是存在的。本發(fā)明的自動駕駛儀是機電式的并且能夠提供直升機的飛行控制而無需液力飛行控制系統(tǒng)。通過非限制實例的方式，直升機可以是Robinson R22直升機。然而,在本文公開的教導(dǎo)能夠很容易地適用于與任何適當(dāng)?shù)闹鄙龣C一起使用，無論是現(xiàn)有的直升機還是尚待開發(fā)的直升機。例如，本發(fā)明的自動駕駛儀能夠與具有液力周期變距輔助裝置的直升機一起使用，這將在下面進一步描述。
[0030]直升機10包括具有控制手柄或控制握柄18的控制桿或周期變距操縱桿(周期變距桿)14，控制握柄或控制手柄構(gòu)造為與駕駛員的手接合。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的，操縱桿14能夠前后移動(朝向和遠(yuǎn)離儀器控制臺20)以控制直升機的俯仰，并且能夠橫向地移動而以產(chǎn)生受控飛行的協(xié)調(diào)方式控制直升機的側(cè)滾(橫滾)。駕駛員通過一對踏板來提供附加的控制輸入，從而通過改變尾部旋翼的俯仰角來控制直升機的偏航方位。值得注意的是，出于清楚示出的目的，這些偏航方位控制部件未示出，但是應(yīng)理解為它們是存在的。在實施例中，駕駛員同樣能夠?qū)χ鄙龣C的總距操縱桿以及節(jié)流閥調(diào)定進行控制。然而，本發(fā)明的自動駕駛儀能夠通過沿任意方向移動操縱桿而對操縱桿14施加全權(quán)控制，從而限制其在適當(dāng)情形下的行進。操縱桿14在直升機的艙面24下方穿過并且以本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉的方式來接合直升機的俯仰連桿和側(cè)滾連桿，從而控制直升機的主旋翼的周期致動。術(shù)語“周期變距”是指在每次旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上直升機的旋翼葉片的俯仰角的變化。在這點上，周期變距控制可指操縱桿的操縱，或者操縱桿本身可以稱為周期變距操縱桿。自動駕駛儀顯示處理器單元(ADPU) 28可以安裝到儀器控制臺20上，以向駕駛員提供指示以及提供處理能力和其他能力，這將進一步描述。
[0031]周期變距操縱桿14(具體而言，手柄18)包括能夠按如圖所示的方式進行安裝的開關(guān)模塊組件26。在進一步的放大內(nèi)嵌圖中示出了手柄18的細(xì)節(jié)。開關(guān)模塊可以包括接合分離開關(guān)29a和調(diào)整模式“頂帽”開關(guān)29b(4路)等開關(guān)。頂帽開關(guān)允許駕駛員調(diào)整航線、速度、位置和高度。按下頂帽開關(guān)來同時致動多于一個的開關(guān)能夠選擇高亮顯示的模式。在自動駕駛儀的處理器中可以存在超時功能，從而防止開關(guān)故障或接線故障引起連續(xù)的調(diào)整。模式開關(guān)能夠基于當(dāng)前的飛行狀態(tài)選擇和取消高度保持模式、速度保持模式、懸停保持模式或位置保持模式。值得注意的是，對于本發(fā)明而言，懸停模式可以互換地稱為位置保持模式，因為沒有強制要求自動駕駛儀去控制直升機的總距操縱桿和/或腳踏板。
[0032]仍參考圖1，自動駕駛儀12通過適當(dāng)?shù)匚挥谥鄙龣C上的多個部組件來實現(xiàn)周期變距控制。自動駕駛儀主單元30位于直升機的主艙面的下方。在本實施例中，主單元30包括L型外殼31,外殼31支撐電子器件以及可一般地或統(tǒng)一地以附圖標(biāo)記32表不的俯仰控制致動器連桿32a和側(cè)滾控制致動器連桿32b。這些連桿中的每一個都包括位于主單元外殼內(nèi)的致動器，這將進一步描述。每個連桿的遠(yuǎn)側(cè)端接合操縱桿14的最下端以實現(xiàn)所謂的并行控制系統(tǒng)。在這點上，應(yīng)認(rèn)識到，直升機10的位于操縱桿14與旋翼之間的原有周期變距控制連桿保持原樣。也就是說，來自直升機駕駛員以及自動駕駛儀的輸入直接輸入到操縱桿。為并行控制輸入裝置提供了關(guān)于俯仰控制連桿和側(cè)滾控制連桿的細(xì)節(jié)。對比而言，串行類型的自動駕駛儀控制系統(tǒng)需要斷開直升機的位于操縱桿與旋翼之間的原有周期變距控制連桿，使得自動駕駛儀致動器能夠插入到斷開處。應(yīng)認(rèn)識到，本文的教導(dǎo)能夠很容易地適用于串行控制輸入實施例。
[0033]轉(zhuǎn)到圖2，在俯視透視圖中顯示了直升機和自動駕駛儀的部件。在該視圖中，能夠看到俯仰致動器60a和側(cè)滾致動器60b (它們可一般地或統(tǒng)一地以附圖標(biāo)記60表示)位于L型外殼31內(nèi)，其中外殼的蓋是透明的。主單兀電子設(shè)備66位于外殼內(nèi)，并且適當(dāng)?shù)嘏c外部和致動器電連接(未示出)。
[0034]參考圖3，在透視圖中可以看出，在整個本發(fā)明中，能夠用于俯仰致動器和側(cè)滾致動器的致動器60的實施例安裝在外殼31內(nèi)并且與控制連桿32連接。各個致動器均包括殼體82,致動器具有位于殼體內(nèi)的將進一步不出的齒輪裝置、雙電動機(電動機A和電動機B)及離合器裝置84，離合器裝置84用于選擇性地與電動機接合和分離以旋轉(zhuǎn)在殼體82的相反側(cè)不可見的輸出軸。將要看到的是，齒輪裝置允許電動機A和電動機B同時驅(qū)動輸出軸或允許任一電動機單獨驅(qū)動輸出軸。在本實施例中，電動機A和電動機B是具有Y形連接的定子繞組構(gòu)造的無刷直流電動機，Y形連接的定子繞組構(gòu)造需要協(xié)調(diào)的輸入來以特定順序驅(qū)動電動機的相位。同樣地，電動機不會在它們自己的功率作用下下失控。電動機包括用于計量電驅(qū)動脈沖到電動機的定子的時間的霍爾效應(yīng)傳感器。在下文的一個或多個適當(dāng)節(jié)點處提供了關(guān)于電動機和相關(guān)驅(qū)動方案的進一步細(xì)節(jié)。雖然已經(jīng)通過舉例的方式在使用具有Y形連接的定子線圈的無刷直流電動機方面闡述了本發(fā)明，但應(yīng)認(rèn)識到，可以使用任何適當(dāng)類型的電動機。
[0035]圖4示出了能夠用在圖3所示致動器中的齒輪驅(qū)動裝置100的實施例。首先，值得注意的是，齒輪驅(qū)動裝置是多級減速驅(qū)動，例如，減速比約為1750:1。另外，雖然在一些將被描述的齒輪上未示出輪齒，但應(yīng)理解的是它們是存在的。其他實施例可以不需要具有輪齒的齒輪。電動機A和電動機B具有接合第一軸104上的齒輪102的輸出軸支撐齒輪。軸104的另一端支撐驅(qū)動齒輪110的較小的齒輪106，齒輪110支撐在第二軸112上，第二軸112還支撐較小的齒輪114(其在附圖的視向中被部分隱藏)。值得注意的是，軸112可以包括能夠橫向移動的離合器軸，以選擇性地使致動器電動機與齒輪驅(qū)動裝置的其余齒輪接合或分離。例如在美國專利N0.7，954，614中描述了一種適當(dāng)?shù)碾x合器裝置，該專利通過引用方式并入本文。該離合器裝置通過使用安裝在軸的遠(yuǎn)端上的永磁體而依賴于離合器軸沿其伸長軸線的運動。離合器致動器113 (圖3)能夠相對于安裝有永磁體的離合器軸選擇性地移動(例如旋轉(zhuǎn))另一永磁體，使得離合器軸被磁偏置而在接合位置與脫離位置之間移動。不管出現(xiàn)電源故障與否，離合器軸都保持在當(dāng)前的操作位置。接著，齒輪114選擇性地驅(qū)動支撐在第三軸122上的齒輪120。第三軸122還支撐較小的齒輪124，齒輪124驅(qū)動支撐在第四軸132上的齒輪130。接著，第四軸132支撐較小的齒輪134，齒輪134設(shè)置為旋轉(zhuǎn)支撐在致動器的輸出軸142上的輸出齒輪140。輸出齒輪構(gòu)造為提供足夠的旋轉(zhuǎn)來將桿14移動通過其運動的整個范圍。在實施例中，在產(chǎn)生致動力的水平方面，本發(fā)明的致動器足夠強勁，以便能夠控制使用失效的液壓系統(tǒng)的液壓裝備的直升機的變距操縱桿。在本實施例中，致動器能夠產(chǎn)生600英寸?磅或50英尺?磅的扭矩。此外，在實施例中，使用2英寸的致動器臂，這能夠提供將高達300磅的力施加在周期變距操縱桿的底部的能力。雖然本實施例設(shè)計為提供這個水平的致動力，但應(yīng)認(rèn)識到，在另一實施例中，可以通過改變以下變量來提供顯著更高或更低的力:電動機的輸出扭矩、傳動系的減速比或致動器臂的長度。如圖1和圖2所示，將致動器的力施加在周期變距操縱桿的底部，而將駕駛員的力施加在周期變距操縱桿的頂部。因此，因具有不同的桿臂長度而使得駕駛員具有機械優(yōu)勢。在R22直升機上，駕駛員在桿頂部處具有的機械優(yōu)勢與連接有致動器的桿底部相比大致為7:1。在該情況下致動器施加300磅的力相當(dāng)于駕駛員施加43磅的力。類似地，雖然致動器可以產(chǎn)生非常大的力，但將在下面描述的限力連桿通常不會將這樣數(shù)量級的力傳送到周期變距操縱桿的地基座，除非安裝更硬的限力連桿。
[0036]在一個實施例中，自動駕駛儀基于傳感器的輸入能夠判斷出直升機的液壓控制系統(tǒng)的狀態(tài)是處于正常模式還是故障模式。在正常模式中，內(nèi)環(huán)能夠基于第一正常組參數(shù)產(chǎn)生致動器電動機的控制信號。在故障模式中，自動駕駛儀能夠基于第二組故障參數(shù)產(chǎn)生致動器電動機的控制信號。故障參數(shù)可以解決由用于周期變距操縱桿致動的液壓助力的損失引入的任何控制變化。例如，能夠調(diào)節(jié)對死區(qū)或滯后區(qū)域進行補償。作為另一個實例，考慮到在例如自動抖動等死區(qū)可能出現(xiàn)的極限循環(huán)，可以引入補償。這些參數(shù)組等可以適當(dāng)?shù)卮鎯υ贛CP可以訪問的存儲器中，將在下面對MCP進行討論。
[0037]上面已經(jīng)詳細(xì)描述了自動駕駛儀的機械部件，現(xiàn)在適合根據(jù)上述部件與相關(guān)控制電子設(shè)備之間的關(guān)系來描述自動駕駛儀。具體而言，圖5是自動駕駛儀12的框圖的實施例。在這點上，主單元30包括外殼31、俯仰側(cè)滾致動器60及電子設(shè)備66，主單元30在下文中可稱為電動機控制處理器單元(MCPU)或自動駕駛儀主單元30。MCPU包括三個微處理器，每個微處理器都可稱為電動機控制處理器(MCP)。存在三個MCP，分別標(biāo)記為MCP A、MCP B和MCP C。這些處理器單元各自訪問MEMS三軸速率傳感器和MEMS三軸加速度計的專門傳感器套件，這些傳感器套件分別用附圖標(biāo)記142a、142b和142c表示。在本實施例中，這些傳感器套件中的每一個等同構(gòu)造。MCP用于提供具有內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)的總控制系統(tǒng)的內(nèi)環(huán)。MCP向無刷DC電動機、俯仰致動器60a和側(cè)滾致動器60b的電動機A和電動機B提供指令，從而驅(qū)動直升機的控制系統(tǒng)。所有的處理器間的通信能夠通過各處理器本身提供的串行總線來進行。例如，通過使用并入數(shù)據(jù)流中的循環(huán)冗余校驗(CRC)，能夠保護數(shù)據(jù)的完整性。
[0038]聯(lián)邦航空管理機構(gòu)認(rèn)證了版本D0-178下的機載系統(tǒng)軟件。在轉(zhuǎn)寫該軟件時，D0-178C已經(jīng)發(fā)布。該文件基于給定系統(tǒng)中的軟件故障的危急程度規(guī)定了設(shè)計保障級別(DAL)。例如，DAL A指定為“毀滅性的”并且分配給故障可能導(dǎo)致墜毀的情況。作為另一實例，DAL C指定為“嚴(yán)重的”并且分配給故障很重要且可能導(dǎo)致乘員不適或增加工作人員負(fù)荷的情況。在本實施例中，三個MCP中的每一個都能夠執(zhí)行相同的DAL A軟件，以構(gòu)成三重冗余系統(tǒng)。電動機控制處理器互連，以便它們能夠共享數(shù)據(jù)。每個處理器讀取其傳感器套件并且將其數(shù)據(jù)與來自于其他兩個處理器的傳感器數(shù)據(jù)進行比較，以達到一致性的目的，并且每個電動機控制處理器計算所有相應(yīng)傳感器的平均值，以用于進一步處理。在另一實施例中，能夠確定與平均值相對的中值。被判定為錯誤的傳感器數(shù)據(jù)被剔除以免影響均值。一般地，能夠通過將來自三個傳感器套件中的每一個的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過低通濾波而去除噪聲來實現(xiàn)傳感器的故障檢測(與隨機噪聲的存在相對)。將經(jīng)濾波的輸出彼此進行比較以實現(xiàn)一致性，如果一個經(jīng)濾波的結(jié)果顯著不同于其他兩個結(jié)果(例如，在預(yù)定閾值之外)，則與該數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)的傳感器能夠被斷言已出現(xiàn)故障。速率陀螺儀的故障檢測能夠以與將陀螺儀數(shù)據(jù)在通過低通濾波器之前通過沖失濾波器從而去除偏移或漂移效果的附加步驟相似的方式來實現(xiàn)。一旦經(jīng)過兩個濾波器處理，能夠?qū)⑼勇輧x數(shù)據(jù)輸出彼此進行比較以實現(xiàn)一致性，并且產(chǎn)生范圍外值的任意陀螺儀能夠被斷言已出現(xiàn)故障。聲和/或光報警信號可以發(fā)送到儀器面板20上的自動駕駛儀顯示處理器單元(ADPU) 28 (圖1)。例如操縱桿搖動等觸覺反饋能夠單獨地使用或者與其他報警信號指示裝置相結(jié)合地使用。在實施例中，通告部150可以包括狀態(tài)燈(其最佳地顯示在圖1中的ADPU的放大嵌入視圖中，并且包括綠色(正常)燈、黃色(警告)燈和紅色(故障)燈)以及提供系統(tǒng)狀況指示的雙重報警喇口八。報警喇叭還連同狀態(tài)燈一起提供系統(tǒng)狀況通知和警報。狀態(tài)燈和喇叭兩者與MCP直接相接。在一些實施例中，聲音/或警告能夠經(jīng)由直升機的音頻系統(tǒng)進行傳送，以使通知能夠被駕駛員的頭戴式送受話器聽到以及從ADPU發(fā)布。作為狀態(tài)燈和喇叭的補充的手段是顯示器，其提供當(dāng)前的自動駕駛系統(tǒng)設(shè)定，例如接合狀況、航線、從屬陀螺航向、對地速度以及任何警告消息。在面板上還設(shè)置有啟動既發(fā)自設(shè)測試(IBIT)的測試按鈕。
[0039]自動駕駛儀12可以構(gòu)造為基于MCP使用的一組傳感器信號來產(chǎn)生致動器控制信號，從而以多種飛行模式中的駕駛員所選的一種飛行模式來控制直升機的飛行。MCP能夠僅僅基于該同一組傳感器輸出進一步產(chǎn)生從屬陀螺儀的輸出信號。如將要見到的那樣，自動駕駛儀顯示器能夠構(gòu)造為在基于從屬陀螺儀的輸出信號向駕駛員顯示從屬陀螺儀的輸出的同時向駕駛員顯示自動駕駛儀飛行模式信息。自動駕駛儀顯示器能夠設(shè)置在單個屏幕上，但是這不是必需的，該單個屏幕同時顯示自動駕駛儀飛行模式信息以及從屬陀螺儀的輸出。在用于產(chǎn)生從屬陀螺儀的輸出的一個實施例中，傳感器裝置包括產(chǎn)生偏航率輸出的偏航率陀螺儀。MCP構(gòu)造為整合偏航率輸出以產(chǎn)生偏航航向。因為偏航率陀螺儀展現(xiàn)出顯著的漂移，尤其是當(dāng)使用MEMS速率傳感器時，MCP周期性地更新偏航航向以補償偏航率漂移。在實施例中，傳感器裝置包括產(chǎn)生GPS航線的GPS，并且處理裝置基于GPS航向來周期性地更新偏航航線。在另一實施例中，傳感器裝置包括產(chǎn)生磁信號航向的磁強計裝置，并且處理裝置基于磁信號航向來周期性地更新偏航航向。
[0040]在用于產(chǎn)生從屬陀螺儀的輸出的另一實施例中，傳感器裝置包括三軸速率陀螺儀和三軸加速度計，并且處理裝置構(gòu)造為產(chǎn)生包括偏航航向的直升機姿態(tài)。該姿態(tài)能夠通過內(nèi)環(huán)在大致瞬時的基礎(chǔ)上利用一組傳感器輸出來確定。在一個實施例中，能夠基于速率傳感器的輸出的整合通過內(nèi)環(huán)來監(jiān)控或跟蹤姿態(tài)。在另一實施例中，內(nèi)環(huán)能夠基于方向余弦矩陣來確定直升機姿態(tài)。方向余弦矩陣能夠可互換地稱作旋轉(zhuǎn)矩陣，旋轉(zhuǎn)矩陣根據(jù)旋轉(zhuǎn)相對于一個參考坐標(biāo)系來表征另一個參考坐標(biāo)系。速度傳感器陀螺儀的輸出用作整合輸入以確定直升機的姿態(tài)。在這點上，能夠根據(jù)矢量叉積和點積來進行所有的確定。在另一實施例中，四元數(shù)可以用于確定直升機的姿態(tài)。在任一情況下，由于所確定的偏航航向受三軸速率陀螺儀所展現(xiàn)的偏航率漂移的影響，因此處理裝置構(gòu)造為至少周期性地調(diào)整偏航航向，以補償偏航率漂移并且產(chǎn)生從屬陀螺儀的輸出。能夠基于磁航向或GPS航向來周期性地更新偏航航向。
[0041]MCP還能夠從致動器電動機讀取霍爾傳感器數(shù)據(jù)，霍爾傳感器數(shù)據(jù)能夠用來指示每個致動器的當(dāng)前位置以及來自于構(gòu)成ADPU的一部分的自動駕駛儀顯示處理器(ADP)的指令信號。在這點上，ADPU充當(dāng)了將指令信號提供給內(nèi)環(huán)的外控制環(huán)。利用所有這些數(shù)據(jù)，每個MCP根據(jù)PWM(脈寬調(diào)制)和旋轉(zhuǎn)方向來計算用于電動機的控制信號。每個處理器還使用霍爾傳感器數(shù)據(jù)來控制與無刷電動機(其分配給該處理器)的電樞的電力連接。每個MCP將其用于俯仰致動器和側(cè)滾致動器的PWM指令信號和旋轉(zhuǎn)方向與通過其他兩個MCP產(chǎn)生的指令進行比較以實現(xiàn)一致性。由于所有的處理器都使用相同的數(shù)據(jù)來計算電動機指令，因此它們應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生相同的輸出信號。用于與其他兩個處理器一致或不一致的信號被發(fā)送到表決部(確定部)200，表決部200將禁止與其他兩個MCP不一致的任何MCP的控制輸入能力。在本實施例中，在硬件中實現(xiàn)了表決部200，然而，軟件實施例也能夠?qū)崿F(xiàn)表決部200。
[0042]參考圖3，現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到關(guān)于致動器60的進一步的細(xì)節(jié)。應(yīng)認(rèn)識到，對于傳動比1750:1而言，電動機A和/或電動機B的一次旋轉(zhuǎn)僅將致動器輸出軸旋轉(zhuǎn)約0.2度。本質(zhì)上，這種旋轉(zhuǎn)足以用于監(jiān)控致動器的輸出位置。例如，按本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的那樣，可以使用安裝在軸上的磁鐵檢測電動機軸的旋轉(zhuǎn)。然而，在實施例中，可以使用來自電動機的霍爾傳感器數(shù)據(jù)來確定各個致動器的致動器輸出軸的增量位置。在這點上，每個致動器電動機包括3個霍爾傳感器。霍爾傳感器脈沖可以充當(dāng)增量遞增/遞減計數(shù)器?？梢猿掷m(xù)跟蹤臂/輸出軸相對于參考地點的位置。例如，當(dāng)致動器經(jīng)由離合器84進行接合時，可以限定致動器輸出軸的零基準(zhǔn)位置。這樣的零基準(zhǔn)位置跟蹤可以用于某些故障，其中，最好的方法在于在出現(xiàn)故障之前將致動器軸恢復(fù)到它們的平均位置。由于每個電動機包括3個霍爾傳感器和4個磁極，因此各個電動機的每次旋轉(zhuǎn)存在12次霍爾狀態(tài)變化。值得注意的是，通過監(jiān)控霍爾狀態(tài)變化，可以將分辨率增大12倍，使得在致動器的輸出軸處提供了約為0.017度的分辨率。在實施例中，圖1中的桿的頂部處的相應(yīng)運動可以為大約0.004英寸。
[0043]如上所述，每個單獨的電動機由一個MCP來控制。每個單獨的電動機由一個MCP來控制。因此，只有MCP A和MCP B控制電動機。具體而言，MCP A控制俯仰致動器60a和側(cè)滾致動器60b中的每一個致動器中的電動機A，而MCP B控制俯仰致動器60a和側(cè)滾致動器60b中的每一個致動器中的電動機B。MCP C (第三處理器)不控制電動機，而是執(zhí)行產(chǎn)生操縱桿指令的所有計算，就好像其正在控制電動機一樣。在這點上，可以很容易地將第三電動機添加到每個致動器(參見圖4)，第三電動機將以與電動機A和電動機B相同的方式接合齒輪102，但第三電動機響應(yīng)MCP C。然而，MCP C以與其他兩個處理器相同的方式作出表決。例如，如果MCP A和MCPC對于俯仰電動機的控制意見一致，而MCP B不一致，則MCPB將被否決而不再用于其俯仰電動機的控制，MCP B仍將控制其側(cè)滾電動機，除非MCP A和MCP C也表決使MCP B不再控制其電動機。另一方面，如果MCP C被否決，則任何致動器電動機都不受影響，但是警告燈和喇叭會被致動，就如控制電動機的MCP的情況一樣。在下文中將提供關(guān)于該架構(gòu)的進一步細(xì)節(jié)。
[0044]致動器設(shè)計為使得電動機A或電動機B中的任一個能夠獨立地驅(qū)動致動器來控制直升機。出現(xiàn)故障的電動機的輸出軸將通過其余的電動機來旋轉(zhuǎn)。如果MCP A或MCP B中的一個被否決，則雖然存在這些MCP中的每一個都控制電動機的事實，但是自動駕駛儀能夠繼續(xù)運作。如上所述，可以有警告燈和喇叭的簡短發(fā)聲來通知駕駛員自動駕駛儀出現(xiàn)非關(guān)鍵性的故障。
[0045]MCP具有全權(quán)控制權(quán)并且每秒大約5英寸的速度僅受系統(tǒng)的自然響應(yīng)限制。MCP控制部是自動駕駛儀會至少部分地由于操縱桿運動的速度而產(chǎn)生關(guān)鍵性的或主要的危險故障的唯一部分。因此，MCPU設(shè)計為三重冗余，使得指定軟件的DAL A用于操作自動駕駛儀的內(nèi)環(huán)。這些因素大幅地降低了關(guān)鍵性故障的可能性。然而， 申請人:認(rèn)識到，對應(yīng)于外環(huán)的軟件能夠以允許在不同于內(nèi)環(huán)的設(shè)計級別保障的情況下指定外環(huán)軟件的方式與內(nèi)環(huán)軟件區(qū)分。在本實施例中，由于后者不會引起嚴(yán)重的故障，因此將較低DAL C認(rèn)證應(yīng)用于外環(huán)軟件。在這點上，外控制環(huán)保持有比內(nèi)環(huán)更有限的控制權(quán)。也就是說，外環(huán)僅可以指令只有較小快速的致動器運動和慢速較大的致動器運動。與此相反，內(nèi)環(huán)能夠響應(yīng)陣風(fēng)和姿態(tài)的其他突然變化而快速變化，而外環(huán)的變化被設(shè)計為保持導(dǎo)航目標(biāo)參數(shù)和調(diào)整的要求。在這點上，內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)的頻率響應(yīng)彼此分離，使得這兩個環(huán)不會相互作用而產(chǎn)生振蕩。也就是說，即使外環(huán)出現(xiàn)故障，直升機也能繼續(xù)保持姿態(tài)(這是良性故障)，而用喇叭和燈光發(fā)出適當(dāng)?shù)木?。在另一實施例中，與內(nèi)環(huán)軟件一樣，外環(huán)軟件能夠在DAL A條件下認(rèn)證。此外，我們將會看到，本實施例的外環(huán)包括較低水平的硬件冗余。
[0046]外環(huán)軟件由ADPU 28中的ADP (自動駕駛儀顯示處理器)進行處理。MCP將來自ADP的請求自動駕駛儀指令轉(zhuǎn)換成能夠在限定的操作限制內(nèi)驅(qū)動致動器電動機的致動器控制信號。在這點上，應(yīng)認(rèn)識到，DAL A軟件由三重冗余MCP來進行處理，而DAL C(即外環(huán)軟件)由完全不同的處理器來進行處理。通過進一步的說明，在每個MCP上運行單個可執(zhí)行軟件。可稱為三重化處理器的MCP能夠執(zhí)行等同的軟件。因此，自動駕駛儀控制律在ADP與三重化處理器之間進行區(qū)分。ADP處理外環(huán)動力學(xué)和自動駕駛儀模式，而三重化MCP處理內(nèi)環(huán)動力學(xué)。外環(huán)控制律涉及導(dǎo)航功能，而內(nèi)環(huán)控制律涉及在至少大致瞬時的基礎(chǔ)上的姿態(tài)控制。ADP進一步提供到自動駕駛儀的駕駛員圖形和測試接口并且執(zhí)行自動駕駛儀控制律，以基于傳感器和GPS數(shù)據(jù)來確定致動器指令。因此，該處理器與GPS和三軸磁強計直接相接，并且與提供側(cè)滾速率、側(cè)滾姿態(tài)、俯仰速率、俯仰姿態(tài)、位置、高度、對地速度、航線、偏航率、加速度和航向數(shù)據(jù)的MCP的三軸加速度計和三軸速率陀螺儀間接相接。ADP監(jiān)控這些傳感器的健康狀況，但是不校驗數(shù)據(jù)的有效性。IBIT測試開關(guān)也與ADP相接。在還沒有詳細(xì)描述的另一實施例中，ADP可以以與具有三重冗余的MCPU相同的方式進行設(shè)計。當(dāng)MCPU和ADP這兩者處于三重冗余構(gòu)造時，自動駕駛儀可以容忍任一單元或兩個單元中的單一故障，并且仍然可以正常工作。當(dāng)在內(nèi)環(huán)和外環(huán)這兩者中采用三重冗余設(shè)計時，得到故障功能設(shè)計。因此，例如MCP (三重化處理器)等內(nèi)環(huán)中的元件或例如三重化ADP處理器等外環(huán)中的元件可以出現(xiàn)故障，并且自動駕駛儀仍然可以正常工作。
[0047]MCP接受來自ADP的數(shù)據(jù)，ADP能夠包括指令以及來自外部GPS的數(shù)據(jù)。每個MCP可以對數(shù)據(jù)進行篩選以檢測錯誤或故障?？刂浦噶钍峭ㄟ^MCP限制的速率-位移。MCP不允許來自ADP的指令產(chǎn)生來自直升機的危險響應(yīng)。GPS數(shù)據(jù)用于ADP。GPS數(shù)據(jù)和磁強計數(shù)據(jù)都用于MCP，以去除與每個傳感器套件的速率傳感器相關(guān)聯(lián)的漂移誤差并且確定側(cè)滾、俯仰和航向。還能夠?qū)PS數(shù)據(jù)進行誤差校驗。
[0048]MCP不斷地監(jiān)控內(nèi)部故障和外部故障。在ADP故障的情形下，任一個MCP能夠基于更新速率和控制信號的符合度而立即識別出該情形。作為響應(yīng)，在一個實施例中，MCPU隨后使內(nèi)環(huán)保持直升機穩(wěn)定平飛。在另一實施例中，MCPU能夠以SAS(穩(wěn)定性增強系統(tǒng))或航位推算系統(tǒng)的方式來進行作用并且基于內(nèi)部速率信號來控制直升機。MCP將試圖保持姿態(tài)并且還致動喇叭和燈以指示故障。經(jīng)驗表明，直升機能夠僅通過MCP控制來保持延長時間的飛行，從而為駕駛員采取控制措施和分離自動駕駛儀提供了更充裕的時間。檢測過度的自動駕駛儀響應(yīng)的能力在于三重化電動機控制器，這將在本文中詳細(xì)描述。三重化處理器監(jiān)控傳感器并且還檢驗以確認(rèn)計算的響應(yīng)在限制之內(nèi)?；谕ㄟ^各個三重化處理器對來自ADP的俯仰指令和側(cè)滾指令的過濾來限制來自ADP的俯仰指令和側(cè)滾指令。每個三重化處理器能夠檢測是否已超過限制并且能夠啟動自動駕駛儀的安全關(guān)閉。同樣能夠使用不同的限制對俯仰軸指令和側(cè)滾軸指令進行監(jiān)控。監(jiān)控器是動態(tài)的；即，限制可以與頻率/速率相關(guān)。用于每個軸的冗余管理特征可以包括操縱桿速率限制和主體速率監(jiān)控。
[0049]每個MCP處理器可以設(shè)置有獨立的電源。直升機電力系統(tǒng)的總體電力故障會導(dǎo)致利用在下面詳細(xì)描述的動態(tài)制動特征將致動器鎖定在適當(dāng)位置上大約五秒。該五秒的時間段足以使駕駛員接管控制。在這點上，自動駕駛儀通過解除響應(yīng)自動駕駛儀的電力故障的控制而不允許周期變距操縱桿突然抖動。然而，即使致動器被鎖定，駕駛員也仍能夠?qū)χ鄙龣C進行控制，因為在每個致動器和周期變距操縱桿之間設(shè)有超控連桿或限力連桿300a(俯仰，參見圖1)及300b (側(cè)滾，參見圖1和圖2)。這些連桿對于離位值以下的力是剛性的，而在較高力下是柔性的，從而允許駕駛員即使在不能實現(xiàn)系統(tǒng)的分離的情況下也能夠安全地操縱直升機并且使直升機著陸。經(jīng)驗表明，在兩個致動器處于所謂的“鎖定”狀態(tài)下，駕駛員能夠控制直升機，包括懸停和著陸。鎖定狀態(tài)是通過使致動器電動機的所有繞組短路來提供的，并且用在下面描述的動態(tài)制動實施例中。與本申請有共同的所有人且與本申請具有相同的提交日期的美國申請(代理機構(gòu)案號HTK-4)詳細(xì)描述了超控連桿，并且該申請通過引用方式并入本文。在不使用連接至周期變距操縱桿的液力接口的直升機中，周期變距操縱桿的振動隔離器302a (俯仰)和302b (側(cè)滾)可以定位在每個致動器的輸出軸上。振動隔離器可任選地與具有液力周期變距操縱桿的直升機一起使用，因為液力系統(tǒng)通常提供周期距振湯的裳減。振動隔尚器在每個回轉(zhuǎn)振湯運動中減弱兩者回轉(zhuǎn)振湯運動存在于R22旋翼飛機的控制連桿和其他輕型直升機中，以防止旋翼飛機控制的振動負(fù)荷并且增加致動器部件的疲勞壽命。在單獨的專利申請中詳細(xì)地描述了周期距振動隔離器。
[0050]如圖5所示，每個MCP的傳感器套件還可以包括存儲器，例如EEPROM或其他適當(dāng)?shù)拇鎯ζ鳌Ｈ绻诓僮髌陂gMCP檢測到錯誤，則錯誤代碼能夠存儲在與MCP相關(guān)聯(lián)的傳感器套件的EEPROM中。隨后，在確定故障原因的背景下讀取EEPROM。EEPROM還能夠包含專屬于安裝了自動駕駛儀的直升機的模型的參數(shù)，例如控制環(huán)常數(shù)、傳感器偏差和增益。作為另一實例，EEPROM可以存儲用于正常的液壓輔助循環(huán)控制期間的操作和用于響應(yīng)液壓輔助系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)故障的檢測而進行的操作的不同參數(shù)組。
[0051]圖6是圖5的表決部200的實施例的示意圖。應(yīng)認(rèn)識到，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以基于示出的硬件構(gòu)造很容易地實現(xiàn)軟件版本。主單元電子器件66(圖2和圖5)包括用于各個致動器的電動機A和電動機B的單獨驅(qū)動器。具體而言，第一電動機驅(qū)動器600驅(qū)動側(cè)滾致動器60b的電動機B，第二電動機驅(qū)動器602驅(qū)動俯仰致動器60a的電動機B，第三電動機驅(qū)動器604驅(qū)動側(cè)滾致動器60b的電動機A，第四電動機驅(qū)動器606驅(qū)動俯仰致動器60a的電動機A。在這點上，每個MCP分別產(chǎn)生單獨的用于俯仰和側(cè)滾(目標(biāo)為使致動器60a、60b俯仰和側(cè)滾)的指令。例如，MCP A向致動器60a的電動機A提供俯仰致動，并且向致動器60b的電動機A提供側(cè)滾致動。對于本發(fā)明而言，盡管可以采用任何適當(dāng)?shù)倪壿嫹桨?，但各個驅(qū)動器的禁用輸入610 (分別表示為610a - 610d)上的邏輯高電平信號將導(dǎo)致禁用該驅(qū)動器。在正常操作期間，關(guān)于以定時協(xié)調(diào)的方式驅(qū)動無刷直流電動機的電樞繞組，這些驅(qū)動器以本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉的方式運行。將會看到的是，基于不會控制給定電動機的MCP所作出的獨立俯仰和側(cè)滾表決指示，獨立地確定給定電動機的狀態(tài)。
[0052]仍參考圖6,各個電動機驅(qū)動器的禁用輸入610a — 610d與雙輸入與門614a —614d組中的一個的相應(yīng)輸出電連接。此外，各個與門614接收來自兩個MCP的表決指示，這兩個MCP與連接至各與門的特定電動機驅(qū)動器不相關(guān)聯(lián)。例如，能夠禁用側(cè)滾致動器60b的電動機B的驅(qū)動器600的與門614a接收來自MCP A的第一側(cè)滾表決指示，其表示為“MCPA vs B側(cè)滾表決”，以表示MCP A所作出的表決贊成或反對MCP B所產(chǎn)生的指令。類似地，與門614a接收來自MCP C的第二側(cè)滾表決指示，其表示為“MCP C vs B側(cè)滾表決”，以表示MCP C所作出的表決贊成或反對MCP B所產(chǎn)生的指令。因此，MCP A和MCP C所作出的側(cè)滾表決是由這兩個MCP做出的對于MCP A和MCP C中的每一個所產(chǎn)生的當(dāng)前側(cè)滾桿運動指令贊成或不贊成MCP B所產(chǎn)生的當(dāng)前側(cè)滾桿運動指令的單獨指示。在本實施方式中，MCP A或MCP C所作出的表決反對或不贊成MCP B的側(cè)滾指令的特征是邏輯高電平，如果MCP A和MCP C中僅有一個作出反對MCP B的側(cè)滾控制的表決，則僅有一個與門614a輸入為邏輯高電平，使得與門614a的輸出保持為邏輯低電平，而這不會禁用驅(qū)動器600，從而將致動器60b的電動機B保持在正常操作狀態(tài)。另一方面，如果MCP A和MCP C這兩者均作出反對MCP B的側(cè)滾控制的表決，則與門614a將輸出禁用電動機驅(qū)動器600的邏輯高電平，以便停用側(cè)滾致動器60b的電動機B。如圖6所示，其余三個電動機中的每一個的控制以與前述描述一致的方式實現(xiàn)。
[0053]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到關(guān)于本發(fā)明的內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)的進一步的細(xì)節(jié)。在實施例中，內(nèi)環(huán)可以構(gòu)造為提供對直升機的一個或更多個所選擇的方位參數(shù)的控制，例如包括給定級別的冗余和/或應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的軟件認(rèn)證(例如DAL A)的姿態(tài)保持。值得注意的是，這樣的姿態(tài)保持實施例可以互換性地稱為真實姿態(tài)實施例，這將進一步進行描述。自動駕駛儀的外環(huán)可以構(gòu)造為至少對飛機的飛行提供一種導(dǎo)航功能，包括不同級別的冗余(例如與內(nèi)環(huán)的三重化處理器相比的單個處理器)和/或軟件認(rèn)證(例如與用于內(nèi)環(huán)的DAL A相比的DALC)。應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的冗余和/或認(rèn)證級別可以比應(yīng)用于外環(huán)的冗余和/或認(rèn)證級別高?；诒疚乃_的教導(dǎo)，機械冗余和軟件認(rèn)證的任何適當(dāng)?shù)慕M合可以用于實現(xiàn)內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)。在這點上，在下面詳細(xì)描述了在內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)中采用三重冗余處理的實施例。應(yīng)認(rèn)識到，本文所述的自動駕駛儀實施例的架構(gòu)提供能夠限于更換系統(tǒng)不太重要的部分的升級。例如，圖5的ADPU 28用作外環(huán)并且可以認(rèn)證為DAL C?？梢栽诓挥绊憙?nèi)環(huán)的情況下更換或升級該ADPU。例如，升級后的ADPU可以添加額外的自動駕駛儀導(dǎo)航模式和/或硬件冗余級別和/或軟件認(rèn)證級別。
[0054]圖7是一般以附圖標(biāo)記700表示的流程圖，該流程圖示出了用于運行內(nèi)環(huán)702和外環(huán)704的方法的實施例以及這些環(huán)之間的相互作用。該方法起始于710，并且前進到步驟712，在步驟712中讀取從外環(huán)傳遞來的ADP指令，這將進一步進行描述。目前，應(yīng)充分注意的是，獲得的ADP指令用于通過內(nèi)環(huán)進行各個迭代。在步驟713中，作出關(guān)于ADP指令是否在例如如上所述的可接受限制范圍內(nèi)的ADP指令過濾決定。如果指令是可接受的，則操作前進到步驟714。另一方面，如果指令是不可接受的，則操作前進到可以開始發(fā)出警告和/或關(guān)閉自動駕駛儀的故障處理716。在步驟714中，在ADP對ADP傳感器718和GPS 719進行讀取的同時各個MCP對其傳感器套件(圖5)的傳感器進行讀取。在步驟720中，與MCP共享ADP傳感器數(shù)據(jù)。在步驟722中，MCP彼此共享MCP傳感器套件數(shù)據(jù)(圖5)，以形成一組被各個MCP使用且與ADP共享的平均傳感器數(shù)據(jù)。其他適當(dāng)?shù)膶嵤├梢源_定傳感器數(shù)據(jù)的中值組。此外，如連接線724所指示的那樣，MCP確定同樣與ADP共享的直升機的姿態(tài)。在步驟726中，各個MCP確定致動器電動機指令。在步驟728中，例如使用圖6的硬件實施方式或軟件等效方式，基于指令進行表決。在步驟729中，比較表決結(jié)果。倘若存在處理器爭議，則操作轉(zhuǎn)到故障處理716。根據(jù)表決結(jié)果，任何適當(dāng)?shù)膭幼鞫伎梢员灰暈楣收咸幚怼＠?，如上所述，如果特定致動器的一個電動機的控制被否決，則可以停用該電動機?？梢园l(fā)出適當(dāng)?shù)木?。如果步驟729未識別出表決爭議，則操作前進到步驟730，在步驟730中基于表決致動電動機。
[0055]仍參考圖7，現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到關(guān)于外環(huán)704的運行的進一步的細(xì)節(jié)。值得注意的是，并行執(zhí)行內(nèi)環(huán)702和外環(huán)704。在這點上，在步驟740中，外環(huán)確定基于安裝了自動駕駛儀的特定旋翼飛機的當(dāng)前飛行模式和控制律的ADP指令?？梢栽诿總€旋翼飛機的基礎(chǔ)上定制控制律和相關(guān)參數(shù)。在結(jié)合來自ADP傳感器718和GPS 719的數(shù)據(jù)的情況下，確定至少部分基于來自MCP的速率數(shù)據(jù)以及內(nèi)環(huán)的步驟722所產(chǎn)生的直升機的姿態(tài)。在步驟760中，施加指令過濾，以用于限制ADP指令隨后被內(nèi)環(huán)使用。當(dāng)前的ADP指令經(jīng)過過濾，然后被步驟712讀取。在這點上，應(yīng)認(rèn)識到，如上所述，步驟726施加限制為ADP指令的指令。
[0056]圖8是一般用附圖標(biāo)記800表示的動態(tài)制動系統(tǒng)的實施例的示意圖，該動態(tài)制動系統(tǒng)例如可以與圖3的致動器60 —起使用。如上所述，各個電動機可以包括星形連接的定子。具體而言，各個電動機包括三個定子線圈，對于電動機A而言表示為A1-A3，對于電動機B而言表示為B1-B3。對于本發(fā)明而言，應(yīng)注意的是，電動機被選擇為特征性地表現(xiàn)出響應(yīng)驅(qū)動線圈斷路或接地而對電動機的驅(qū)動軸的旋轉(zhuǎn)施加的阻力。例如，如圖6所示，電動機驅(qū)動器線路組802、804連接到相應(yīng)的電動機驅(qū)動器。各個定子線圈還與一組6個N通道增強型MOSFET中的一個的漏極端子D電連接，N通道增強型MOSFET分別表示為806a_f并且可以統(tǒng)稱為MOSFET 806。這些晶體管中的每一個的源極端子S與接地810連接。因此，這些MOSFET的柵極端子G上的正電壓導(dǎo)通各個M0SFET，使得漏極到源極基本上被短路，以便用作開關(guān)來使相關(guān)的定子與接地連接或短路。驅(qū)動電路820接收來自直升機的輸入電力(其表示為Vin)，并且出于給自動駕駛儀供電的目的還可以包括來自直升機的電池電力。應(yīng)認(rèn)識到，Vin應(yīng)當(dāng)反映或匹配于給自動駕駛儀提供電力的電源的任何故障。對于驅(qū)動電路820而言，用于進行適當(dāng)操作的輸入電力的范圍可以為9-32伏的直流電。當(dāng)電源開啟時，在直升機的正常操作期間，穩(wěn)壓二極管D2將電壓調(diào)節(jié)至9伏，從而將P通道耗盡型MOSFET 830的柵極端子的電壓偏置至9伏。電流流過二極管Dl和IK歐姆的電阻到達另一穩(wěn)壓二極管D3，穩(wěn)壓二極管D3將MOSFET 830的源極端子的電壓偏置至7伏，同樣將電容器Cl充電到7伏。因此，MOSFET 830的Ves為2伏的直流電，使得晶體管被偏置成處于截止?fàn)顟B(tài)。由于M0SFET830處于截止?fàn)顟B(tài)，因此該MOSFET的漏極端子的電壓為零伏，從而將各MOSFET 806的柵極偏置到零伏，使得這些晶體管中的每一個也都處于截止?fàn)顟B(tài)。將看到的是，電容器Cl用作電力存儲裝置，其響應(yīng)提供Vin的電源的故障充當(dāng)動態(tài)電源。
[0057]仍參考圖8，響應(yīng)電力故障(其中，Vin變?yōu)榱惴?，MOSFET 830的柵極電壓下降到導(dǎo)通晶體管的零伏。MOSFET 830導(dǎo)通后，其為電容器Cl提供到100K歐姆電阻R3的放電通路。該放電電流導(dǎo)致將正柵極電壓施加在各個MOSFET 806上，使得這些晶體管導(dǎo)通，從而當(dāng)電容器Cl通過R3放電時，將電動機A和電動機B的定子線圈與接地連接。因此，MOSFET806基于RC時間常數(shù)將保持導(dǎo)通狀態(tài)，RC時間常數(shù)主要由電容器Cl和電阻R3確定。在本實例中，時間常數(shù)約為4.7秒。在實踐中，MOSFET 806將保持大約4秒的導(dǎo)通狀態(tài)。雖然這個時間段可以通過元件值的選擇而改變，但應(yīng)該選擇為能夠提供這樣的時間段:該時間段足以讓駕駛員接替自動駕駛儀進行手動控制。如上所述以及如圖1和圖2所示，即使在施加制動的時間段期間，因存在限力連桿300a、300b駕駛員也能夠接管并且保持直升機的控制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，從特定設(shè)備方面考慮，可以很容易地修改和調(diào)整圖8的電路。雖然已經(jīng)在MOSFET的使用方面對本實施例進行了描述，但應(yīng)認(rèn)識到，其他實施例可以使用一種晶體管類型或不同類型的晶體管類型的適當(dāng)組合而采用任何適當(dāng)類型的晶體管。通過非限制性實例的方式，適當(dāng)?shù)木w管類型包括雙極型晶體管、結(jié)型場效應(yīng)晶體管和絕緣柵場效應(yīng)晶體管等。
[0058]結(jié)合圖8來參考圖5，應(yīng)認(rèn)識到，使用了圖8的電路的兩個實例。即，圖8的電路的一個實例與各側(cè)滾致動器和俯仰致動器的電動機連接?；谏鲜鰰r間常數(shù)，通過臨時使電動機線圈短路接地，產(chǎn)生對各個電動機的輸出軸的旋轉(zhuǎn)施加的阻力。阻力的程度通過致動器的齒輪裝置進行放大，使得需要相當(dāng)大的力來從發(fā)生電力故障的位置移動桿。實證結(jié)果表明，桿將不會應(yīng)自動駕駛儀的電力故障而突然跳動，同時允許有充裕的時間讓駕駛員接替自動駕駛儀對直升機進行控制。應(yīng)認(rèn)識到，如本文所教導(dǎo)的那樣，動態(tài)制動可以用于響應(yīng)至少使所選擇的驅(qū)動線圈短路而表現(xiàn)出阻力的任何電動機。
[0059]圖9示出了一般用附圖標(biāo)記900表示的動態(tài)制動系統(tǒng)的另一實施例,該動態(tài)制動系統(tǒng)例如可以與圖3的致動器60—起使用。在本實施例中,各個電動機繞組與分別表為NC1, NC2和NC3的常閉觸點的一個端子連接。各個NC觸點的另一端子與接地810連接。第一繼電器902和第二繼電器904中的每一個均包括由Vin驅(qū)動的繼電器線圈。雖然本實例示出了與各個電動機相關(guān)聯(lián)的3極單擲繼電器(僅具有常閉觸點)的使用，但應(yīng)認(rèn)識到可以使用任何適當(dāng)類型的繼電器。在正常操作期間，Vin被施加到各個繼電器線圈上，使得常閉觸點處于打開狀態(tài)。然而，如果失去了 Vin，則常閉觸點閉合，以將各個定子線圈與接地連接，從而施加如上所述的動態(tài)制動。如上所述以及如圖1和圖2所示，由于電動機響應(yīng)電力故障而保持在制動狀態(tài)，因此因存在限力連桿300a、300b駕駛員也能夠接管并且操作直升機。
[0060]雖然已經(jīng)在將制動力施加于周期變距操縱桿上的背景下闡述了上述動態(tài)制動實施例，但應(yīng)認(rèn)識到制動力可以沒有限制地施加在與致動器電動機機械相連的任何適當(dāng)?shù)目刂七B桿上。例如，動態(tài)制動可以施加在直升機的尾部旋翼踏板上。作為另一實例，動態(tài)制動可以施加在總距操縱桿上。此外，一些實施例可以采用動態(tài)制動，而不使用作為自動駕駛系統(tǒng)的一部分的致動器。
[0061]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到圖10，圖10是示出本發(fā)明的自動駕駛儀的另一實施例的框圖，該框圖一般以附圖標(biāo)記1000表示。在自動駕駛儀1000與圖5的前述自動駕駛儀12對應(yīng)的情況下，為簡明起見，不對相同的部件進行重復(fù)的描述。相對于自動駕駛儀1000的主要區(qū)別在于提供了作為ADPU 28’的一部分的三重化ADP處理部，三重化ADP處理部以附圖標(biāo)記1002、1004和1006表示。MCPU 30’仍舊包括三重化處理器或MCP，但不同的是構(gòu)造為與三重化ADP配合。各三重化ADP處理部均包括分別以1010、1012和1014表示的專用傳感器套件。與圖5的ADP處理部一樣，三重化ADP基于例如涉及導(dǎo)航模式的控制律進行運行，而MCP以與三重化ADP配合的方式處理涉及瞬時姿態(tài)控制的控制律，以實現(xiàn)各種導(dǎo)航控制模式。在本實施例中，各個傳感器套件包括三軸磁強計。此外，在本實施例中，各個三重化處理部接收來自專用GPS單元的GPS輸入。在其他實施例中，兩個GPS單元可以與提供例如飛行速度和基于壓力的高度等數(shù)據(jù)的其他適當(dāng)數(shù)據(jù)源組合使用。在這點上，實施例可以接受來自另一導(dǎo)航單元的指令。這種指令可以包括例如側(cè)滾和操縱指令。在一些實施例中，可以使用三個以上的GPS單元。在另一實施例中，出于提供冗余的目的，單個GPS單元可以與其他傳感器組合使用。通過非限制性實例的方式，通過感測用于基于壓力的高度的靜態(tài)壓力，基于壓力的高度可以用于代替來自第二冗余GPS的GPS高度。出于控制通告部150的目的，可以設(shè)置通告表決部1020，通告部150可以包括雙重警報喇叭；綠色的正常燈；黃色的警告燈和紅色的故障燈。相對于MCP電動機控制以與圖5的前述表決部200類似的方式，表決部1020可以表決使三重化處理器或MCP中的任一個(其不贊成其他兩個三重化處理器)的通告控制被否決。各個三重化ADP與各個MCP進行專用的數(shù)據(jù)通信，使得對于產(chǎn)生電動機控制信號的MCP而言各個MCP接收來自一個ADP的控制指令。各個ADP和MCP對可以根據(jù)圖7的流程圖運行。這樣，各個ADP所產(chǎn)生的ADP指令影響其相關(guān)聯(lián)的MCP的電動機控制信號，使得如上所述表決使與發(fā)生故障的ADP相關(guān)聯(lián)的MCP對電動機的控制被否決。當(dāng)然，如上所述，三重化ADP C不服務(wù)于與MCP C相關(guān)聯(lián)的電動機控制能力，而用于比較目的的表決。在另一實施例中，如上所述，表決部200可以基于ADP所作出的表決(其以與MCP作出表決的相同方式產(chǎn)生)運行?；谏鲜鲇懻摚瑧?yīng)認(rèn)識到，圖10的實施例可以被視為具有作為故障功能的容錯功能。也就是說，盡管任意一個三重化ADP處理器或任意一個三重化MCP處理器出現(xiàn)完全故障，自動駕駛儀仍然可以正常工作。當(dāng)然，可以發(fā)出警告，以向駕駛員指示存在故障，但是自動駕駛儀可以繼續(xù)運行而無需駕駛員的干預(yù)。
[0062]雖然上述討論詳細(xì)描述了提供姿態(tài)保持功能或真實姿態(tài)功能(其提供用于在接合時從異常姿態(tài)中恢復(fù)回來)的內(nèi)控制環(huán)的實施例，但應(yīng)認(rèn)識到，在其他實施例中可以以不同的方式構(gòu)造內(nèi)控制環(huán)。例如，在另一實施例中，內(nèi)控制環(huán)可以是基于速率的內(nèi)控制環(huán)。在這樣的實施例中，內(nèi)控制環(huán)試圖將速率保持為零。也就是說，基于速率的內(nèi)控制環(huán)試圖將直升機的當(dāng)前姿態(tài)保持為至少一定程度上是恒定的，而不管接合自動駕駛儀時當(dāng)前姿態(tài)是怎樣的。在這樣的實施例中，除了例如沖失濾波器(其去除偏置誤差)之外，無需內(nèi)環(huán)對MCP中的速率傳感器的漂移進行校正。因此，在經(jīng)受速率傳感器的漂移的情況下，當(dāng)前姿態(tài)保持為至少一定程度上是恒定的。速率陀螺儀漂移可導(dǎo)致航跡和俯仰角的變化。具體而言，俯仰角漂移可以影響高度保持模式和速度保持模式，而側(cè)滾漂移和偏航漂移可以影響航跡。然而，在這點上，如上所述，外控制環(huán)可以以與例如因長期的風(fēng)變化而引起的誤差相同的方式補償姿態(tài)漂移誤差并且作出漸進且必要的變化來校正姿態(tài)漂移誤差。出于這個原因，由于僅需要速率陀螺儀感測，因此在本實施例中無需例如內(nèi)控制環(huán)中的三軸加速度計等傳感器來提供對漂移的校正。即，圖5所示的MCP傳感器套件不需要三軸加速度計。然而，應(yīng)記住的是，基于速率的內(nèi)控制環(huán)不能確定直升機的實際姿態(tài)或真實姿態(tài)，因此在接合時不能提供可靠的恢復(fù)來從異常姿態(tài)中恢復(fù)回來。本文所用的術(shù)語“真實姿態(tài)”旨在至少近似地涵蓋充分表征可能會經(jīng)受例如(通過非限制性實例的方式)不準(zhǔn)確的測量值等不可避免的誤差的飛機的姿態(tài)的技術(shù)。
[0063]繼續(xù)描述基于速率的內(nèi)控制環(huán)的實施例，可以保持上述內(nèi)控制環(huán)或外控制環(huán)的結(jié)構(gòu)。前述用于內(nèi)環(huán)的加速度計(圖5和圖10)可以移動到外環(huán)，并且在實施例中，還可以將加速度計減少到僅具有用于負(fù)載(G)監(jiān)控的單軸。在基于速率的系統(tǒng)中，磁強計保持為外控制環(huán)的一部分。因為速率陀螺儀的漂移與風(fēng)的漂移難以區(qū)分，所以外環(huán)控制律可以以相同的方式調(diào)整漂移。在無需實際航向作為輸入的實施例中，ADPU中可以不需要磁強計，特別是當(dāng)并入有能夠提供航跡輸出的GPS時。如上所述，內(nèi)控制環(huán)保持全權(quán)控制權(quán)并且僅通過系統(tǒng)的響應(yīng)限制速率。在運行期間，內(nèi)環(huán)發(fā)出控制用于姿態(tài)的大致瞬時變化的速率所需的控制信號。外控制環(huán)保持有更有限的控制權(quán):僅可以指令較小快速的致動器運動和慢速較大的致動器運動。與姿態(tài)保持實施例一樣，內(nèi)控制環(huán)和外控制環(huán)之間的功能性的區(qū)分提供了不同的穩(wěn)定性和/或兩個環(huán)中的DAL軟件的使用。
[0064]現(xiàn)在將注意力轉(zhuǎn)移到圖11，圖11是示出與各模式所采用的傳感器信號和值相對的本發(fā)明的自動駕駛儀的六種操作模式的表格。圖11的表格相對于“內(nèi)環(huán)”和“外環(huán)”的列標(biāo)題描述了 6種自動駕駛儀模式。內(nèi)環(huán)列標(biāo)題包括以如下順序劃分的子列:“模式”、表示每種模式的名字的“名目”、表示測量特定速率陀螺儀信號所圍繞的軸線的“速率”、表示測量特定加速度計信號所沿的軸線的“加速度”、表示地面上的路線或路徑的“航線”、作為包括緯度或經(jīng)度的GPS位置信號的“緯度/經(jīng)度”、表示基于GPS的速度或飛機的基于傳感器的速度的“速度”、以及表示測量磁強計讀數(shù)所沿的特定軸線的“磁強度”。外環(huán)列標(biāo)題包括與內(nèi)環(huán)列標(biāo)題相同的子列，外加作為基于GPS的高度讀數(shù)或通過壓敏儀器確定的高度讀數(shù)的“高度”和作為由內(nèi)控制環(huán)確定的真實姿態(tài)的“姿態(tài)”。
[0065]模式I是基于速率的航線和速度保持模式，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS側(cè)滾率信號、MEMS俯仰率信號和豎直加速度計。豎軸加速度計可以用在任何模式中，以確保不違反直升機的負(fù)載限制。也就是說，能夠避免產(chǎn)生用于具有雙槳葉旋翼的直升機的低重力狀況的操縱以及能夠產(chǎn)生超過直升機的結(jié)構(gòu)限制的高重力狀況的操縱。模式I的外環(huán)使用GPS航線、MEMS偏航率信號以及俯仰率信號和豎直加速度計信號。與用于任何模式的情況一樣，可以從GPS獲取速度信號或通過飛機的飛行速度傳感器提供速度信號。在一些實施例中，用于模式I的外環(huán)可以采用GPS信息來代替俯仰率信號和/或偏航率信號。
[0066]模式2是基于速率的航線和高度保持模式，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS側(cè)滾率信號、MEMS俯仰率信號和豎直加速度計。模式2的外環(huán)可以使用與用于模式I的外環(huán)相同的信號，外加高度信號。高度信號可以是基于GPS的信息或者從基于壓力的高度傳感器獲得。
[0067]模式3是基于速率的懸?；蛭恢帽３帜Ｊ?，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS側(cè)滾率信號、俯仰MEMS率信號和豎直加速度計。模式3的外環(huán)可以使用與用于模式I的外環(huán)相同的信號，外加MEMS偏航率信號和提供緯度和經(jīng)度的GPS位置信號。由于在本實施例中該模式不控制高度，因此不需要高度信號。然而，應(yīng)認(rèn)識到，出于向駕駛員指示當(dāng)前高度和/或向駕駛員指示所需高度的變化的目的，可以采用高度信號。還采用了能夠沿旋翼飛機的俯仰和側(cè)滾軸線定向的水平磁強計信號。
[0068]模式4是真實姿態(tài)航線和速度保持模式，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS三軸速率傳感器、MEMS三軸加速度計和三軸磁強計。后者還利用GPS航線信號并且可以使用GPS速度信號。在另一實施例中，可以通過飛機的飛行速度傳感器提供速度信號。模式4的外環(huán)使用GPS航線信號以及俯仰率信號和偏航率信號、豎直加速度計信號、內(nèi)環(huán)的飛機姿態(tài)估計和速度信號。在一些實施例中，用于模式4的外環(huán)可以采用GPS信息來代替俯仰率信號和/或偏航率信號和/或飛機姿態(tài)估計。
[0069]模式5是真實姿態(tài)航線和高度保持模式，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS三軸速率傳感器、MEMS三軸加速度計和三軸磁強計。后者還利用GPS航線信號并且可以使用GPS速度信號。在另一實施例中，可以通過飛機的飛行速度傳感器提供速度信號。模式5的外環(huán)可以使用與用于模式4的外環(huán)相同的信號，外加GPS信號或基于壓力的高度信號。在一些實施例中，用于模式5的外環(huán)可以采用GPS信息來代替俯仰率信號和/或偏航率信號和/或飛機姿態(tài)估計。
[0070]模式6是真實姿態(tài)懸停/位置保持模式，該模式的內(nèi)環(huán)使用MEMS三軸速率傳感器、MEMS三軸加速度計和三軸磁強計。后者還利用GPS航線信號并且可以使用GPS速度信號。在另一實施例中，可以通過飛機的飛行速度傳感器提供速度信號。模式6的外環(huán)可以使用與用于模式4的外環(huán)相同的信號，外加偏航率信號和提供緯度和經(jīng)度的GPS位置信號。在一些實施例中，用于模式6的外環(huán)可以采用GPS信息來代替俯仰率信號、偏航率信號和/或側(cè)滾率信號和/或飛機姿態(tài)估計。
[0071]本發(fā)明的前面的說明書是為了示例和說明的目的而提供的。其本意并不是窮舉或?qū)⒈景l(fā)明限制為所公開的確切的一種形式或多種形式。例如，特定設(shè)備中的本發(fā)明的自動駕駛儀的第二實例可以用適當(dāng)?shù)能浖峁偩嗖倏v桿和尾部旋翼踏板的控制。因此，可以使用如上所述的“第一”自動駕駛儀和管理其他飛行控制件的“第二”自動駕駛儀實現(xiàn)完整的自動駕駛儀控制。該變型例或雙自動駕駛系統(tǒng)包括四根獨立的致動器驅(qū)動軸，并且可以提供速度和高度均被保持的操作模式和/或在沒有駕駛員控制輸入的情況下下降或上升的速率或速度均被保持的另一操作模式。通常，在這樣的實施例中，第二自動駕駛儀的內(nèi)環(huán)可以使用踏板致動器管理側(cè)滑并且使用總距操縱桿致動器將高度保持為恒定不變。如上所述，由于第一自動駕駛儀的內(nèi)環(huán)能夠?qū)⒏┭鼋潜３譃楹愣ú蛔儯虼丝梢越?jīng)由俯仰角管理將飛行速度保持為恒定不變。對于這種構(gòu)造，第二自動駕駛儀可以使用總距操縱桿致動器管理高度。對于總距操縱桿輸入而言，例如在管理飛行方法或VNAV (豎直導(dǎo)航)(存在豎直導(dǎo)航速度要求)的外環(huán)控制模式下，高度保持或上升/下降速率要求可以基于GPS或壓力數(shù)據(jù)。因此，根據(jù)上述教導(dǎo)，其他的改進方案變型例是可能的，其中本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到一些改進、置換、添加及其子組合。
[0072]優(yōu)選地包括本文所述的所有要素、部件和步驟。應(yīng)理解，如對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將顯而易見的那樣，任何這些元件、零件和步驟可由其他元件、零件和步驟代替或完全刪除。
[0073]本文至少公開了以下內(nèi)容:直升機自動駕駛系統(tǒng)包括用于對直升機的飛行提供姿態(tài)保持的內(nèi)環(huán)，該內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余。外環(huán)構(gòu)造為對直升機的飛行提供導(dǎo)航功能，該外環(huán)包括與內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。致動器提供作用在連桿上的用于在電源故障期間穩(wěn)定直升機飛行的制動力。致動器為機電式并且接收電驅(qū)動信號以便在不需要直升機中的液壓輔助系統(tǒng)的情況下提供直升機的自動飛行控制。自動駕駛系統(tǒng)可以在液壓輔助系統(tǒng)的故障模式下操縱直升機。使用相關(guān)傳感器輸入來描述包括基于速率的真實姿態(tài)模式在內(nèi)的多種飛行模式。
[0074]構(gòu)思
[0075]另外，本文至少公開了以下構(gòu)思:
[0076]構(gòu)思1.一種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng),包括:
[0077]內(nèi)環(huán)，其構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供真實姿態(tài)估計，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及
[0078]自動駕駛外環(huán)，其構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，所述自動駕駛外環(huán)包括與所述內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。
[0079]構(gòu)思2.根據(jù)構(gòu)思I所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)的不同冗余級別高于所述內(nèi)環(huán)的給定冗余級別。
[0080]構(gòu)思3.根據(jù)構(gòu)思I或2所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造有用于所述內(nèi)環(huán)中的三重冗余的三重化處理器。
[0081]構(gòu)思4.根據(jù)構(gòu)思3所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)進一步構(gòu)造為使所述三重化處理器各自同時產(chǎn)生電動機控制信號。
[0082]構(gòu)思5.根據(jù)構(gòu)思4所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造為在所述內(nèi)環(huán)每次迭代時接收來自所述外環(huán)的控制指令作為每個三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號的一部分。
[0083]構(gòu)思6.根據(jù)前述構(gòu)思中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為與所述內(nèi)環(huán)進行一對一的迭代。
[0084]構(gòu)思7.根據(jù)構(gòu)思4所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為將由該三重化處理器產(chǎn)生的所述電動機控制信號與由其他兩個三重化處理器中的每一個三重化處理器產(chǎn)生的所述電動機控制信號進行比較，并且基于所述比較來作出贊成或反對所述其他兩個三重化處理器中的第一個三重化處理器的第一表決以及贊成或反對所述其他兩個三重化處理器中的第二個三重化處理器的第二表決。
[0085]構(gòu)思8.根據(jù)構(gòu)思7所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述三重化處理器中的第一給定三重化處理器和第二給定三重化處理器各自與至少一個致動器電動機進行控制通信，并且第三三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號并作出所述表決，但所述第三三重化處理器不與致動器電動機進行控制通信。
[0086]構(gòu)思9.根據(jù)構(gòu)思7所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括表決管理器，當(dāng)所述其他兩個三重化處理器這兩者的表決均反對特定三重化處理器以指示所述特定三重化處理器的故障時，所述表決管理器使電動機控制信號對所述三重化處理器中的所述特定三重化處理器不產(chǎn)生影響。
[0087]構(gòu)思10.根據(jù)構(gòu)思9所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)響應(yīng)所述三重化處理器中的單個三重化處理器的故障仍能完全地運行。
[0088]構(gòu)思11.根據(jù)構(gòu)思4所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括用于分別將俯仰致動和側(cè)滾致動施加至所述直升機的控制連桿上的俯仰致動器和側(cè)滾致動器，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器包括至少具有第一電動機和第二電動機的冗余電動機組，并且第一三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第一電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第一電動機的第一處理器電動機控制信號，而第二三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第二電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第二電動機的第二處理器電動機控制信號。
[0089]構(gòu)思12.根據(jù)構(gòu)思11所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器各自包括輸出軸，并且各自構(gòu)造為使得所述致動器中的給定致動器的所述第一電動機和所述第二電動機中的任一者或者所述第一電動機和所述第二電動機這兩者能夠旋轉(zhuǎn)所述給定致動器的給定輸出軸以提供控制連桿致動。
[0090]構(gòu)思13.根據(jù)構(gòu)思I所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造有用于所述內(nèi)環(huán)中的三重冗余的三重化處理器，并且還包括一組三重化傳感器套件，以便每個三重化處理器讀取所述傳感器套件中的專用于該三重化處理器的一個傳感器套件以產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)。
[0091]構(gòu)思14.根據(jù)構(gòu)思13所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為與所述其他兩個三重化處理器共享來自所述傳感器套件中的專用傳感器套件的所述傳感器數(shù)據(jù)。
[0092]構(gòu)思15.根據(jù)構(gòu)思14所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為基于來自所有所述三重化處理器的所述傳感器數(shù)據(jù)來確定傳感器數(shù)據(jù)中值組，并且構(gòu)造為基于所述傳感器數(shù)據(jù)中值組來確定所述電動機控制信號。
[0093]構(gòu)思16.根據(jù)構(gòu)思15所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為拒收任何錯誤的傳感器數(shù)據(jù)。
[0094]構(gòu)思17.根據(jù)構(gòu)思16所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為至少部分地基于三個傳感器輸出與由所述傳感器套件中的每一個傳感器套件的給定傳感器產(chǎn)生的每個傳感器輸出的比較來識別所述錯誤傳感器數(shù)據(jù)。
[0095]構(gòu)思18.根據(jù)前述構(gòu)思中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為基于用于特定直升機的一組控制律來運行。
[0096]構(gòu)思19.根據(jù)前述構(gòu)思中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括周期變距操縱桿，并且所述系統(tǒng)還包括用于致動所述周期變距操縱桿的致動器裝置以提供所述姿態(tài)保持和所述導(dǎo)航功能。
[0097]構(gòu)思20.—種在用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)中采用的方法，包括:
[0098]將內(nèi)環(huán)構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供姿態(tài)保持，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及
[0099]將自動駕駛外環(huán)構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，所述自動駕駛外環(huán)包括與所述內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。
[0100]構(gòu)思21.—種致動器裝置，其作為通過致動直升機的一個或多個飛行控制件來提供所述直升機的自動控制的自動駕駛儀的一部分，所述致動器裝置包括:
[0101]至少一個電動機，其包括輸出軸和用于接收使所述輸出軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電流的電動機線圈裝置；
[0102]致動器連桿，其有效地連接在所述電動機的所述輸出軸與所述飛行控制件之間，以便所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)引起所述致動器連桿和所述飛行控制件的相應(yīng)運動；以及
[0103]電動機驅(qū)動裝置，其用于在所述自動駕駛儀的正常操作期間從電源提供所述驅(qū)動電流，并且至少用于響應(yīng)所述電源的故障而使所述電動機線圈裝置短路，以便所述電動機提供作用在所述致動器連桿上的用于在所述電源故障期間穩(wěn)定所述直升機的飛行的制動力。
[0104]構(gòu)思22.根據(jù)構(gòu)思21所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為使所述電動機線圈裝置電氣短路。
[0105]構(gòu)思23.根據(jù)構(gòu)思21或22所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而將所述電動機線圈裝置至少瞬間電連接至直升機地面的至少一個 MOSFET。
[0106]構(gòu)思24.根據(jù)構(gòu)思21、22或23所述的致動器裝置，還包括蓄電電容器，所述蓄電電容器響應(yīng)所述電源的正常運行而充電，并且所述電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為響應(yīng)所述電源的故障而通過將所述MOSFET偏置到導(dǎo)通狀態(tài)以使所述電動機線圈裝置至少瞬間短路的方式來使所述蓄電電容器放電。
[0107]構(gòu)思25.根據(jù)構(gòu)思22所述的致動器裝置，其中，所述電動機包括具有三個分支線圈的Y形連接的定子線圈，并且所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源的故障而協(xié)同地使所述分支線圈瞬間短路的一組MOSFET。
[0108]構(gòu)思26.根據(jù)構(gòu)思25所述的致動器裝置，其中，所述一組MOSFET設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而將每個分支線圈至少瞬間電連接至直升機地面。
[0109]構(gòu)思27.根據(jù)構(gòu)思25所述的致動器裝置，還包括蓄電電容器，所述蓄電電容器響應(yīng)所述電源的正常運行而充電，并且所述致動器裝置構(gòu)造為響應(yīng)所述電源的故障通過將所述一組MOSFET中的每個MOSFET偏置到導(dǎo)通狀態(tài)以使所述分支線圈至少瞬間短路的方式來使所述蓄電電容器放電。
[0110]構(gòu)思28.根據(jù)前述構(gòu)思中的任一構(gòu)思所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而使所述電動機線圈裝置短路的至少一個機電式繼電器。
[0111]構(gòu)思29.根據(jù)構(gòu)思28所述的致動器裝置，其中，所述機電式繼電器包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源的故障而將所述電動機線圈電連接至直升機地面的至少一個常閉觸點。
[0112]構(gòu)思30.—種用于控制致動器電動機的方法，所述致動器電動機形成提供直升機的自動控制的直升機自動駕駛系統(tǒng)的一部分，所述致動器電動機包括與所述直升機的飛行控制件有效地連接的輸出軸以及用于接收使所述輸出軸旋轉(zhuǎn)以致動所述飛行控制件的驅(qū)動電流的電動機線圈裝置，所述方法包括:
[0113]將電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為在所述自動駕駛系統(tǒng)的正常操作期間從電源提供所述驅(qū)動電流，并且使電動機驅(qū)動裝置至少用于響應(yīng)所述電源的故障而使所述電動機線圈裝置短路，以便所述電動機提供作用在致動器連桿上的用于在所述電源故障期間穩(wěn)定所述直升機的飛行的制動力。
[0114]構(gòu)思31.—種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng),所述直升機包括提供GPS輸出的GPS單元，所述自動駕駛系統(tǒng)包括:
[0115]傳感器裝置，其專用于所述自動駕駛系統(tǒng)并且產(chǎn)生表征所述直升機的飛行的一組傳感器輸出；
[0116]控制裝置，其接收所述GPS輸出和所述傳感器輸出并且響應(yīng)這些輸出而產(chǎn)生電驅(qū)動信號；以及
[0117]致動器，其為機電式并且接收所述電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)所述電驅(qū)動信號的機械控制輸出，所述機械控制輸出與所述直升機機械連接，以便在不需要所述直升機中的液壓輔助系統(tǒng)的情況下提供所述直升機的自動飛行控制。
[0118]構(gòu)思32.根據(jù)構(gòu)思31所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述致動器以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述機械控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
[0119]構(gòu)思33.根據(jù)構(gòu)思31或32所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述控制裝置包括構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能的外控制環(huán)以及構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供姿態(tài)保持的內(nèi)控制環(huán)。
[0120]構(gòu)思34.根據(jù)構(gòu)思33所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)包括一組三個三重化處理器以在所述電驅(qū)動信號的產(chǎn)生過程中提供三重冗余，每個三重化處理器產(chǎn)生側(cè)滾控制信號和俯仰控制信號。
[0121]構(gòu)思35.根據(jù)構(gòu)思34所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述三重化處理器中的第一三重化處理器和第二三重化處理器向側(cè)滾致動器發(fā)出側(cè)滾控制信號并且向俯仰致動器發(fā)出俯仰控制信號，而第三三重化處理器不向致動器提供側(cè)滾控制信號和俯仰控制信號。
[0122]構(gòu)思36.根據(jù)構(gòu)思34所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)進一步構(gòu)造為使所述三重化處理器各自同時產(chǎn)生至少一個電動機控制信號。
[0123]構(gòu)思37.根據(jù)構(gòu)思36所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造為在所述內(nèi)環(huán)每次迭代時接收來自所述外環(huán)的控制指令作為每個三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號的一部分。
[0124]構(gòu)思38.根據(jù)構(gòu)思33 — 37中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為與所述內(nèi)環(huán)進行一對一的迭代。
[0125]構(gòu)思39.根據(jù)構(gòu)思36所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括用于分別將俯仰致動和側(cè)滾致動施加至所述直升機的控制連桿上的俯仰致動器和側(cè)滾致動器，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器包括具有第一電動機和第二電動機的冗余電動機組，并且所述第一三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第一電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第一電動機的第一處理器電動機控制信號，而所述第二三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第二電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第二電動機的第二處理器電動機控制信號。
[0126]構(gòu)思40.根據(jù)構(gòu)思39所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器各自包括輸出軸，并且各自構(gòu)造為使得所述致動器中的給定致動器的所述第一電動機和所述第二電動機中的任一者或者所述第一電動機和所述第二電動機這兩者能夠旋轉(zhuǎn)所述給定致動器的給定輸出軸以提供控制連桿致動。
[0127]構(gòu)思41.根據(jù)構(gòu)思40所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器的所述輸出軸能夠向所述直升機的所述控制連桿提供至少300磅的力。
[0128]構(gòu)思42.根據(jù)構(gòu)思31 - 41中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括周期變距操縱桿，并且所述致動器提供機械輸入以致動所述周期變距操縱桿。
[0129]構(gòu)思43.—種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)，所述直升機包括液壓輔助系統(tǒng)，所述液壓輔助系統(tǒng)接收來自駕駛員的飛行輸入控制并且轉(zhuǎn)而產(chǎn)生與所述直升機機械連接的機械輸出以提供所述直升機的駕駛員控制，所述自動駕駛系統(tǒng)包括:
[0130]傳感器裝置，其產(chǎn)生表征所述直升機的飛行的一組傳感器輸出；
[0131]控制裝置，其接收所述傳感器輸出并且產(chǎn)生電驅(qū)動信號；以及
[0132]致動器裝置，其為機電式并且接收所述電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)所述電驅(qū)動信號的控制輸出，所述控制輸出與所述液壓輔助系統(tǒng)機械連接，并且所述致動器裝置構(gòu)造為與所述控制裝置協(xié)作，以便在正常運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第一正常模式下提供所述直升機的自動飛行控制并且在故障運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第二故障模式下提供所述直升機的自動飛行控制，從而在所述正常模式和所述故障模式中的每一種模式下提供所述直升機的自動飛行控制。
[0133]構(gòu)思44.根據(jù)構(gòu)思43所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述傳感器裝置構(gòu)造為在所述正常模式和所述故障模式中的一種模式下感測所述液壓輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且所述控制裝置基于響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述正常模式而檢測到的第一組正常參數(shù)以及響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述故障模式而檢測到的第二組故障參數(shù)來產(chǎn)生所述電驅(qū)動信號。
[0134]構(gòu)思45.根據(jù)構(gòu)思43或44所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述液壓輔助系統(tǒng)的故障產(chǎn)生施加機械控制輸入的死區(qū)，并且所述第二組故障參數(shù)構(gòu)造為至少補償所述死區(qū)。
[0135]構(gòu)思46.根據(jù)構(gòu)思43、44或45所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述致動器裝置以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
[0136]構(gòu)思47.根據(jù)構(gòu)思43-46中的任一構(gòu)思所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括由所述液壓輔助系統(tǒng)控制的周期變距操縱桿，并且所述致動器裝置提供機械輸入以致動所述液壓輔助系統(tǒng)。
[0137]構(gòu)思48.—種用于操縱直升機的方法，所述直升機包括構(gòu)造為至少致動所述直升機的旋翼系統(tǒng)的液壓輔助系統(tǒng)，所述方法包括:
[0138]響應(yīng)所述直升機的飛行而產(chǎn)生自動駕駛電控制信號；以及
[0139]將機電式致動器裝置構(gòu)造為接收所述自動駕駛電控制信號并且基于所述自動駕駛電控制信號將機械控制輸出與所述液壓輔助系統(tǒng)連接，并且使所述致動器裝置與控制裝置協(xié)作，以便在正常運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第一正常模式下提供所述直升機的自動飛行控制并且在故障運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第二故障模式下提供所述直升機的自動飛行控制，從而在所述正常模式和所述故障模式中的每一種模式下提供所述直升機的自動飛行控制。
[0140]構(gòu)思49.根據(jù)構(gòu)思48所述的方法，還包括在所述正常模式和所述故障模式中的一種模式下感測所述液壓輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且基于響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述正常模式而檢測到的第一組正常參數(shù)以及響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述故障模式而檢測到的第二組故障參數(shù)來產(chǎn)生所述電驅(qū)動信號。
[0141]構(gòu)思50.根據(jù)構(gòu)思49所述的方法，其中，所述液壓輔助系統(tǒng)的故障產(chǎn)生施加機械控制輸入的死區(qū)，并且所述方法包括將所述第二組故障參數(shù)構(gòu)造為至少補償所述死區(qū)。
[0142]構(gòu)思51.根據(jù)構(gòu)思48、49或50所述的方法，還包括以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述機械控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
[0143]構(gòu)思52.根據(jù)構(gòu)思48、49、51或50所述的方法，其中，所述直升機包括由所述液壓輔助系統(tǒng)控制的周期變距操縱桿，并且所述致動器裝置構(gòu)造為提供機械輸入以致動所述液壓輔助系統(tǒng)。
[0144]構(gòu)思53.—種用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括:
[0145]MEMS三軸速率傳感器，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)所述側(cè)滾定向、所述俯仰定向和所述偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號；
[0146]MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)所述向前飛行的加速度計信號；
[0147]GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述向前飛行的航線信號、高度信號和速度信號；
[0148]三軸磁強計，其用于產(chǎn)生磁強計信號；
[0149]控制器，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度計信號、所述航線信號、所述磁強計信號、所述速度信號和所述高度信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和所述選定航線上的選定高度來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向；以及
[0150]致動器裝置，其接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述向前飛行。
[0151]構(gòu)思54.根據(jù)構(gòu)思53所述的系統(tǒng)，其中，所述GPS接收機包括不多于一個的GPS天線。
[0152]構(gòu)思55.—種用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括:
[0153]MEMS三軸速率傳感器，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)所述側(cè)滾定向、所述俯仰定向和所述偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號；
[0154]MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)所述向前飛行的加速度計信號；
[0155]GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述向前飛行的航線信號和速度信號；
[0156]三軸磁強計，其用于產(chǎn)生磁強計信號；
[0157]控制器，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度計信號、所述航線信號和所述速度信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和所述選定航線上的選定高度來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向；以及
[0158]致動器裝置，其用于接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述向前飛行。
[0159]構(gòu)思56.—種用于對能夠以懸停方式飛行的直升機的飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述懸停由包括俯仰定向、側(cè)滾定向、偏航定向和地面上方位置的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括:
[0160]MEMS傳感器裝置，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述俯仰定向的變化的俯仰率信號、響應(yīng)所述側(cè)滾定向的變化的側(cè)滾率信號、響應(yīng)所述偏航定向的變化的偏航率信號和響應(yīng)所述懸停的加速度信號；
[0161]MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)向前飛行的加速度計信號；
[0162]磁強計，其用于產(chǎn)生磁航向信號；
[0163]GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述懸停的位置信號、航線信號和速度信號；
[0164]處理裝置，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度信號、所述位置信號、所述航線信號、所述速度信號和所述磁航向信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)選定懸停位置來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定懸停；以及
[0165]致動器裝置，其用于接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述懸停。
[0166]構(gòu)思57.—種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng),包括:
[0167]內(nèi)環(huán)，其構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供真實姿態(tài)，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及
[0168]自動駕駛外環(huán)，其構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，并且所述內(nèi)環(huán)和所述自動駕駛外環(huán)各自構(gòu)造有三重化處理器。
【權(quán)利要求】
1.一種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)，所述自動駕駛系統(tǒng)包括: 內(nèi)環(huán)，其構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供真實姿態(tài)估計，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及 自動駕駛外環(huán)，其構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，所述自動駕駛外環(huán)包括與所述內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)的不同冗余級別高于所述內(nèi)環(huán)的給定冗余級別。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造有用于所述內(nèi)環(huán)中的三重冗余的三重化處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)進一步構(gòu)造為使所述三重化處理器各自同時產(chǎn)生電動機控制信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造為在所述內(nèi)環(huán)每次迭代時接收來自所述外環(huán)的控制指令作為每個三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號的一部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為與所述內(nèi)環(huán)進行一對一的迭代。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為將由該三重化處理器產(chǎn)生的所述電動機控制信號與由其他兩個三重化處理器中的每一個三重化處理器產(chǎn)生的所述電動機控制信號進行比較，并且基于所述比較來作出贊成或反對所述其他兩個三重化處理器中的第一個三重化處理器的第一表決以及贊成或反對所述其他兩個三重化處理器中的第二個三重化處理器的第二表決。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述三重化處理器中的第一給定三重化處理器和第二給定三重化處理器各自與至少一個致動器電動機進行控制通信，并且第三三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號并作出所述表決，但所述第三三重化處理器不與致動器電動機進行控制通信。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括表決管理器，當(dāng)所述其他兩個三重化處理器這兩者的表決均反對特定三重化處理器以指示所述特定三重化處理器的故障時，所述表決管理器使電動機控制信號對所述三重化處理器中的所述特定三重化處理器不產(chǎn)生影響。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)和所述外環(huán)響應(yīng)所述三重化處理器中的單個三重化處理器的故障仍能完全地運行。
11.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括用于分別將俯仰致動和側(cè)滾致動施加至所述直升機的控制連桿上的俯仰致動器和側(cè)滾致動器，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器包括至少具有第一電動機和第二電動機的冗余電動機組，并且第一三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第一電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第一電動機的第一處理器電動機控制信號，而第二三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第二電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第二電動機的第二處理器電動機控制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器各自包括輸出軸，并且各自構(gòu)造為使得所述致動器中的給定致動器的所述第一電動機和所述第二電動機中的任一者或者所述第一電動機和所述第二電動機這兩者能夠旋轉(zhuǎn)所述給定致動器的給定輸出軸以提供控制連桿致動。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造有用于所述內(nèi)環(huán)中的三重冗余的三重化處理器，并且還包括一組三重化傳感器套件，以便每個三重化處理器讀取所述傳感器套件中的專用于該三重化處理器的一個傳感器套件以產(chǎn)生傳感器數(shù)據(jù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為與其他兩個三重化處理器共享來自所述傳感器套件中的專用傳感器套件的所述傳感器數(shù)據(jù)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為基于來自所有所述三重化處理器的所述傳感器數(shù)據(jù)來確定傳感器數(shù)據(jù)中值組，并且構(gòu)造為基于所述傳感器數(shù)據(jù)中值組來確定所述電動機控制信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為拒收任何錯誤的傳感器數(shù)據(jù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，每個三重化處理器構(gòu)造為至少部分地基于三個傳感器輸出與由所述傳感器套件中的每一個傳感器套件的給定傳感器產(chǎn)生的每個傳感器輸出的比較來識別所述錯誤傳感器數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為基于用于特定直升機的一組控制律來運行。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括周期變距操縱桿，并且所述系統(tǒng)還包括用于致動所述周期變距操縱桿的致動器裝置以提供所述姿態(tài)保持和所述導(dǎo)航功能。
20.一種在用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)中采用的方法，包括: 將內(nèi)環(huán)構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供姿態(tài)保持，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及 將自動駕駛外環(huán)構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，所述自動駕駛外環(huán)包括與所述內(nèi)環(huán)不同的冗余級別。
21.—種致動器裝置，其作為通過致動直升機的一個或多個飛行控制件來提供所述直升機的自動控制的自動駕駛儀的一部分，所述致動器裝置包括: 至少一個電動機，其包括輸出軸和用于接收使所述輸出軸旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動電流的電動機線圈裝置； 致動器連桿，其有效地連接在所述電動機的所述輸出軸與所述飛行控制件之間，以便所述輸出軸的旋轉(zhuǎn)引起所述致動器連桿和所述飛行控制件的相應(yīng)運動；以及 電動機驅(qū)動裝置，其用于在所述自動駕駛儀的正常操作期間從電源提供所述驅(qū)動電流，并且至少用于響應(yīng)所述電源的故障而使所述電動機線圈裝置短路，以便所述電動機提供作用在所述致動器連桿上的用于在所述電源故障期間穩(wěn)定所述直升機的飛行的制動力。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為使所述電動機線圈裝置電氣短路。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而將所述電動機線圈裝置至少瞬間電連接至直升機地面的至少一個MOSFET。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的致動器裝置，還包括蓄電電容器，所述蓄電電容器響應(yīng)所述電源的正常運行而充電，并且所述電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為響應(yīng)所述電源的故障而通過將所述MOSFET偏置到導(dǎo)通狀態(tài)以使所述電動機線圈裝置至少瞬間短路的方式來使所述蓄電電容器放電。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的致動器裝置，其中，所述電動機包括具有三個分支線圈的Y形連接的定子線圈，并且所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源的故障而協(xié)同地使所述分支線圈瞬間短路的一組M0SFET。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的致動器裝置，其中，所述一組MOSFET設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而將每個分支線圈至少瞬間電連接至直升機地面。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的致動器裝置，還包括蓄電電容器，所述蓄電電容器響應(yīng)所述電源的正常運行而充電，并且所述致動器裝置構(gòu)造為響應(yīng)所述電源的故障而通過將所述一組MOSFET中的每個MOSFET偏置到導(dǎo)通狀態(tài)以使所述分支線圈至少瞬間短路的方式來使所述蓄電電容器放電。
28.根據(jù)權(quán)利要求22所述的致動器裝置，其中，所述電動機驅(qū)動裝置包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源故障而使所述電動機線圈裝置短路的至少一個機電式繼電器。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的致動器裝置，其中，所述機電式繼電器包括設(shè)置為響應(yīng)所述電源的故障而將所述電動機線圈電連接至直升機地面的至少一個常閉觸點。
30.一種用于控制致動器電動機的方法，所述致動器電動機形成提供直升機的自動控制的直升機自動駕駛系統(tǒng)的一部分，所述致動器電動機包括與所述直升機的飛行控制件有效地連接的輸出軸以及用于接收使所述輸出軸旋轉(zhuǎn)以致動所述飛行控制件的驅(qū)動電流的電動機線圈裝置，所述方法包括: 將電動機驅(qū)動裝置構(gòu)造為在所述自動駕駛系統(tǒng)的正常操作期間從電源提供所述驅(qū)動電流，并且使所述電動機驅(qū)動裝置至少用于響應(yīng)所述電源的故障而使所述電動機線圈裝置短路，以便所述電動機提供作用在致動器連桿上的用于在所述電源故障期間穩(wěn)定所述直升機的飛行的制動力。
31.一種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)，所述直升機包括提供GPS輸出的GPS單元，所述自動駕駛系統(tǒng)包括: 傳感器裝置，其專用于所述自動駕駛系統(tǒng)并且產(chǎn)生表征所述直升機的飛行的一組傳感器輸出； 控制裝置，其接收所述GPS輸出和所述傳感器輸出，并且響應(yīng)這些輸出而產(chǎn)生電驅(qū)動信號；以及 致動器，其為機電式并且接收所述電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)所述電驅(qū)動信號的機械控制輸出，所述機械控制輸出與所述直升機機械連接，以便在不需要所述直升機中的液壓系統(tǒng)的情況下提供所述直升機的自動飛行控制。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述致動器以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述機械控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述控制裝置包括構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能的外控制環(huán)以及構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供姿態(tài)保持的內(nèi)控制環(huán)。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)包括一組三個三重化處理器以在所述電驅(qū)動信號的產(chǎn)生過程中提供三重冗余，每個三重化處理器產(chǎn)生側(cè)滾控制信號和俯仰控制信號。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述三重化處理器中的第一三重化處理器和第二三重化處理器向側(cè)滾致動器發(fā)出側(cè)滾控制信號并且向俯仰致動器發(fā)出俯仰控制信號，而第三三重化處理器不向致動器提供側(cè)滾控制信號和俯仰控制信號。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)進一步構(gòu)造為使所述三重化處理器各自同時產(chǎn)生至少一個電動機控制信號。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述內(nèi)環(huán)構(gòu)造為在所述內(nèi)環(huán)每次迭代時接收來自所述外環(huán)的控制指令作為每個三重化處理器產(chǎn)生所述電動機控制信號的一部分。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述外環(huán)構(gòu)造為與所述內(nèi)環(huán)進行一對一的迭代。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的自動駕駛系統(tǒng)，還包括用于分別將俯仰致動和側(cè)滾致動施加至所述直升機的控制連桿上的俯仰致動器和側(cè)滾致動器，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器包括具有第一電動機和第二電動機的冗余電動機組，并且所述第一三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第一電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第一電動機的第一處理器電動機控制信號，而所述第二三重化處理器產(chǎn)生控制所述俯仰致動器的所述第二電動機和所述側(cè)滾致動器的所述第二電動機的第二處理器電動機控制信號。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器各自包括輸出軸，并且各自構(gòu)造為使得所述致動器中的給定致動器的所述第一電動機和所述第二電動機中的任一者或者所述第一電動機和所述第二電動機這兩者能夠旋轉(zhuǎn)所述給定致動器的給定輸出軸以提供控制連桿致動。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述俯仰致動器和所述側(cè)滾致動器中的每一個致動器的所述輸出軸能夠向所述直升機的所述控制連桿提供至少300磅的力。
42.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括周期變距操縱桿，并且所述致動器提供機械輸入以致動所述周期變距操縱桿。
43.一種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng)，所述直升機包括液壓輔助系統(tǒng)，所述液壓輔助系統(tǒng)接收來自駕駛員的飛行輸入控制并且轉(zhuǎn)而產(chǎn)生與所述直升機機械連接的機械輸出以提供所述直升機的駕駛員控制，所述自動駕駛系統(tǒng)包括: 傳感器裝置，其產(chǎn)生表征所述直升機的飛行的一組傳感器輸出； 控制裝置，其接收所述傳感器輸出并且產(chǎn)生電驅(qū)動信號；以及 致動器裝置，其為機電式并且接收所述電驅(qū)動信號并產(chǎn)生響應(yīng)所述電驅(qū)動信號的控制輸出，所述控制輸出與所述液壓輔助系統(tǒng)機械連接，并且所述致動器裝置構(gòu)造為與所述控制裝置協(xié)作，以便在正常運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第一正常模式下提供所述直升機的自動飛行控制并且在故障運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第二故障模式下提供所述直升機的自動飛行控制，從而在所述正常模式和所述故障模式中的每一種模式下提供所述直升機的自動飛行控制。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述傳感器裝置構(gòu)造為在所述正常模式和所述故障模式中的一種模式下感測所述液壓輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且所述控制裝置基于響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述正常模式而檢測到的第一組正常參數(shù)以及響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述故障模式而檢測到的第二組故障參數(shù)來產(chǎn)生所述電驅(qū)動信號。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述液壓輔助系統(tǒng)的故障產(chǎn)生施加機械控制輸入的死區(qū)，并且所述第二組故障參數(shù)構(gòu)造為至少補償所述死區(qū)。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述致動器裝置以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
47.根據(jù)權(quán)利要求43所述的自動駕駛系統(tǒng)，其中，所述直升機包括由所述液壓輔助系統(tǒng)控制的周期變距操縱桿，并且所述致動器裝置提供機械輸入以致動所述液壓輔助系統(tǒng)。
48.一種用于操縱直升機的方法，所述直升機包括構(gòu)造為至少致動所述直升機的旋翼系統(tǒng)的液壓輔助系統(tǒng)，所述方法包括: 響應(yīng)所述直升機的飛行而產(chǎn)生自動駕駛電控制信號；以及 將機電式致動器裝置構(gòu)造為接收所述自動駕駛電控制信號并且基于所述自動駕駛電控制信號將機械控制輸出與所述液壓輔助系統(tǒng)連接，并且使所述致動器裝置與控制裝置協(xié)作，以便在正常運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第一正常模式下提供所述直升機的自動飛行控制并且在故障運行狀態(tài)下用所述液壓輔助系統(tǒng)在第二故障模式下提供所述直升機的自動飛行控制，從而在所述正常模式和所述故障模式中的每一種模式下提供所述直升機的自動飛行控制。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括在所述正常模式和所述故障模式中的一種模式下感測所述液壓輔助系統(tǒng)的運行狀態(tài)，并且基于響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述正常模式而檢測到的第一組正常參數(shù)以及響應(yīng)所述液壓輔助系統(tǒng)的所述故障模式而檢測到的第二組故障參數(shù)來產(chǎn)生所述電驅(qū)動信號。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的方法，其中，所述液壓輔助系統(tǒng)的故障產(chǎn)生施加機械控制輸入的死區(qū)，并且所述方法包括將所述第二組故障參數(shù)構(gòu)造為至少補償所述死區(qū)。
51.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，還包括以與施加在所述直升機的周期變距操縱桿上的任何駕駛員致動并行的方式將所述機械控制輸出與所述周期變距操縱桿連接。
52.根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中，所述直升機包括由所述液壓輔助系統(tǒng)控制的周期變距操縱桿，并且所述致動器裝置構(gòu)造為提供機械輸入以致動所述液壓輔助系統(tǒng)。
53.一種用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括: MEMS三軸速率傳感器，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)所述側(cè)滾定向、所述俯仰定向和所述偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號； MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)所述向前飛行的加速度計信號； GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述向前飛行的航線信號、高度信號和速度信號； 三軸磁強計，其用于產(chǎn)生磁強計信號； 控制器，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度計信號、所述航線信號、所述磁強計信號、所述速度信號和所述高度信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和所述選定航線上的選定高度來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向；以及 致動器裝置，其接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述向前飛行。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的系統(tǒng)，其中，所述GPS接收機包括不多于一個的GPS天線。
55.一種用于對直升機的向前飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述向前飛行由包括俯仰定向、側(cè)滾定向和偏航定向的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括: MEMS三軸速率傳感器，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生分別響應(yīng)所述側(cè)滾定向、所述俯仰定向和所述偏航定向的變化的側(cè)滾率信號、俯仰率信號和偏航率信號； MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)所述向前飛行的加速度計信號； GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述向前飛行的航線信號和速度信號； 三軸磁強計，其用于產(chǎn)生磁強計信號； 控制器，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度計信號、所述航線信號和所述速度信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)在地面上限定的選定航線和所述選定航線上的選定速度來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定的向前飛行定向；以及 致動器裝置，其用于接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述向前飛行。
56.一種用于對能夠以懸停方式飛行的直升機的飛行進行選擇性自動控制的飛行控制系統(tǒng)，所述懸停由包括俯仰定向、側(cè)滾定向、偏航定向和地面上方位置的一組定向參數(shù)表征，所述系統(tǒng)包括: MEMS傳感器裝置，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述俯仰定向的變化的俯仰率信號、響應(yīng)所述側(cè)滾定向的變化的側(cè)滾率信號、響應(yīng)所述偏航定向的變化的偏航率信號和響應(yīng)所述懸停的加速度信號； MEMS三軸加速度計，其用于產(chǎn)生響應(yīng)向前飛行的加速度計信號； 磁強計，其用于產(chǎn)生磁航向信號； GPS接收機，其由所述直升機支撐以產(chǎn)生響應(yīng)所述直升機的所述懸停的位置信號、航線信號和速度信號； 處理裝置，其由所述直升機支撐以接收由所述俯仰率信號、所述側(cè)滾率信號、所述偏航率信號、所述加速度信號、所述位置信號、所述航線信號、所述速度信號和所述磁航向信號組成的一組輸入以確定所述直升機的真實姿態(tài)，并且根據(jù)選定懸停位置來產(chǎn)生一組控制信號以保持所述直升機的穩(wěn)定懸停；以及 致動器裝置，其用于接收所述一組控制信號以基于所述一組控制信號來調(diào)整所述直升機的所述懸停。
57.—種用于直升機的自動駕駛系統(tǒng),所述自動駕駛系統(tǒng)包括: 內(nèi)環(huán)，其構(gòu)造為至少對所述直升機的飛行提供真實姿態(tài)，所述內(nèi)環(huán)包括應(yīng)用于所述內(nèi)環(huán)的給定級別的冗余；以及 自動駕駛外環(huán)，其構(gòu)造為對所述直升機的飛行提供至少一種導(dǎo)航功能，并且所述內(nèi)環(huán)和所述自動駕駛外環(huán)各自構(gòu)造有三重化處理器。
【文檔編號】B64C13/18GK104204983SQ201380008002
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2013年2月8日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月10日
【發(fā)明者】尼古拉斯·阿爾比恩, 馬克·巴特爾, 馬克·法伊費爾, 馬克·馬爾文, 約翰·默瑟 申請人:默林科技股份有限公司