自動駕駛儀的控制裝置和方法
【專利說明】自動駕駛儀的控制裝置和方法
[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(shí)專利申請N0.61/597，555、N0.61/597，570、N0.61/597, 581和均于2013年2月8日提交的美國非臨時(shí)專利申請N0.13/763，574、N0.13/763，582、N0.13/763，590的優(yōu)先權(quán)，上述所有申請的全部內(nèi)容通過引用方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本申請一般涉及飛行控制系統(tǒng)，尤其涉及一種旋翼飛機(jī)的自動駕駛儀及相關(guān)方法。
【背景技術(shù)】
[0004]直升機(jī)本質(zhì)上是不穩(wěn)定的，通常需要駕駛員利用一只手來保持與周期變距操縱桿的持續(xù)相互作用。甚至是周期變距操縱桿的瞬間松開都會導(dǎo)致周期變距操縱桿或控制桿的“抖動”，伴隨的是對直升機(jī)失去控制。當(dāng)駕駛員需要參與雙手活動時(shí)，諸如例如調(diào)節(jié)頭戴式送受話器或者參照地圖的硬拷貝時(shí)，這樣特別不方便。此外，對周期變距操縱桿進(jìn)行持續(xù)控制的需要會使駕駛員變得疲勞。
[0005]傳統(tǒng)的自動駕駛儀能夠提供多方面的益處，包括允許駕駛員釋放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(jī)的自動駕駛儀的成本非常高。例如，傳統(tǒng)的或常規(guī)的自動駕駛儀的成本與直升機(jī)本身的成本相比是如此之高以至于在輕型直升機(jī)中很難見到自動駕駛儀。
[0006]上述現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)例以及與其有關(guān)的局限性意在是說明性的，而非進(jìn)行窮盡。通過閱讀說明書和研宄附圖，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
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]結(jié)合作為示例性和說明性而在范圍上非限制性的系統(tǒng)、工具和方法對下面的實(shí)施例及其方面進(jìn)行描述和說明。在各個(gè)實(shí)施例中，上述問題中的一個(gè)或多個(gè)視為減輕或消除，而其他實(shí)施例涉及其他的改進(jìn)。
[0008]—般而言，描述了用于直升機(jī)相關(guān)的部件和方法的自動駕駛系統(tǒng)。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，自動駕駛系統(tǒng)構(gòu)造為控制直升機(jī)的飛行，直升機(jī)具有控制桿，控制桿能夠由駕駛員操作，以通過位于控制桿上的接合位置的駕駛員的手來手動地控制直升機(jī)的飛行。自動駕駛系統(tǒng)包括處理部，處理部用于監(jiān)控直升機(jī)的飛行且產(chǎn)生響應(yīng)監(jiān)控的控制信號。致動器裝置接收控制信號，從而以多種不同飛行模式中的所選一種飛行模式來控制直升機(jī)的飛行。輸入裝置定位在控制桿上，使得在控制直升機(jī)的飛行的同時(shí)，僅僅用駕駛員的處于桿上的接合位置的特定一只手便能夠選擇和控制每種飛行模式，而無需使該特定一只手從接合位置移開。
[0009]在本發(fā)明的另一方面中，描述了用于控制直升機(jī)的飛行的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法，直升機(jī)具有控制桿，控制桿能夠由駕駛員操作，以通過位于控制桿上的接合位置的駕駛員的手來手動地控制直升機(jī)的飛行。自動駕駛系統(tǒng)包括處理部，處理部用于監(jiān)控直升機(jī)的飛行且產(chǎn)生響應(yīng)監(jiān)控的控制信號。致動器裝置接收控制信號，從而以多種不同飛行模式中的所選一種飛行模式來控制直升機(jī)的飛行。輸入裝置位于控制桿上，使得僅通過接合控制桿上的輸入裝置便能夠選擇和控制每種模式。
[0010]在本發(fā)明的另一方面中，描述了用于控制直升機(jī)的飛行的自動駕駛系統(tǒng)和相關(guān)方法。自動駕駛系統(tǒng)包括傳感器裝置，傳感器裝置產(chǎn)生表征直升機(jī)飛行的一組傳感器輸出。處理裝置構(gòu)造為基于一組傳感器輸出而產(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(jī)的飛行，并且僅僅基于一組傳感器輸出進(jìn)一步產(chǎn)生從屬陀螺儀的輸出信號。自動駕駛儀顯示器構(gòu)造為在基于從屬陀螺儀的輸出信號而向駕駛員顯示從屬陀螺儀的輸出的同時(shí)將自動駕駛儀飛行模式信息顯示給駕駛員。
[0011]在本發(fā)明的另一方面中，描述了用于控制直升機(jī)的飛行的自動駕駛系統(tǒng)及相關(guān)方法。自動駕駛系統(tǒng)包括處理裝置，處理裝置構(gòu)造為基于多個(gè)傳感器輸入來確定直升機(jī)的飛行狀況，以按多種飛行模式中的所選一種飛行模式來操作直升機(jī)，并且為駕駛員提供飛行模式的子集中的一種飛行模式的選擇，所述子集包括多種飛行模式中的一種以上且少于全部的飛行模式，并且該子集是基于直升機(jī)的當(dāng)前飛行狀況而為駕駛員選擇而定制的。
[0012]在本發(fā)明的再一方面中，描述了用于與直升機(jī)一起使用的自動駕駛儀，直升機(jī)包括旋翼系統(tǒng)，旋翼系統(tǒng)具有控制直升機(jī)的飛行的周期變距操縱桿(周期變距桿)，并且直升機(jī)至少產(chǎn)生指示旋翼的閾值低轉(zhuǎn)速的低RPM信號。自動駕駛儀包括:傳感器裝置，其產(chǎn)生表征直升機(jī)的飛行的一組傳感器輸出。致動器裝置構(gòu)造為響應(yīng)于一個(gè)或多個(gè)周期變距操縱桿信號而移動周期變距操縱桿?？刂蒲b置構(gòu)造為用于接收至少部分地基于低RPM信號和傳感器輸出的啟動信號，并且構(gòu)造為通過如下方式響應(yīng)啟動信號:響應(yīng)于傳感器輸出自動啟動應(yīng)急降落模式而產(chǎn)生周期變距操縱桿信號以管理周期變距操縱桿，至少在降落的初始部分期間無需來自駕駛員的控制輸入，至少使直升機(jī)以初始地確立預(yù)定速度范圍內(nèi)的直升機(jī)的向前速度的方式俯仰，而不考慮在啟動信號產(chǎn)生時(shí)的既定向前速度。
【附圖說明】
[0013]在所參考的附圖中示出了各實(shí)施例。本文所披露的實(shí)施例和附圖旨在是說明性的而非限制性的。
[0014]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(jī)的示意性局部透視圖。
[0015]圖2是圖1的直升機(jī)的示意性局部俯視透視圖，示出了關(guān)于自動駕駛系統(tǒng)的各部件的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
[0016]圖3是示出本發(fā)明的自動駕駛儀的實(shí)施例的框圖。
[0017]圖4是根據(jù)本發(fā)明的周期變距握柄的實(shí)施例的進(jìn)一步的示意性放大透視圖，該周期變距握柄包括可以用正在控制握柄的手進(jìn)行先導(dǎo)控制的開關(guān)模塊組件。
[0018]圖5是示出用于多種自動駕駛控制模式的自動駕駛速度帶的示意性圖表。
[0019]圖6a和圖6b是示出在GPS編程模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0020]圖7a和圖7b是示出在高度保持模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0021]圖8a和圖8b是示出在速度保持模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0022]圖9是示出在懸停飛行模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0023]圖1Oa和圖1Ob是示出在位置保持模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0024]圖1la-1lc是示出在模式選擇模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0025]圖1ld是示出在自動旋轉(zhuǎn)模式下顯示屏的外觀的實(shí)施例的屏幕截圖。
[0026]圖12是示出基于例如當(dāng)前飛行的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來提供定制化的自動駕駛儀菜單選擇的方法的實(shí)施例的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]提供下面的說明是為了使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)和使用本發(fā)明，并且在專利應(yīng)用及其要求的背景下提供以下描述。所描述的實(shí)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)用于其它實(shí)施例。因此，本發(fā)明不意在局限于所顯示的實(shí)施例，而是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相符合。值得注意的是，附圖可能不是按比例繪制并且本質(zhì)上是以視為最佳示出所關(guān)心特征的方式進(jìn)行圖解說明的。對于在圖中提供的各種視圖，出于增強(qiáng)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(jìn)行限制。
[0028]圖1是直升機(jī)10的各個(gè)部件的局部透視圖，示出了與直升機(jī)相關(guān)的自動駕駛系統(tǒng)12的實(shí)施例的各個(gè)部件。應(yīng)認(rèn)識到，出于清楚示出的目的，使得直升機(jī)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，該結(jié)構(gòu)是存在的。本發(fā)明的自動駕駛儀是機(jī)電式的并且能夠提供直升機(jī)的飛行控制，而無需液壓飛行控制系統(tǒng)。通過非限制實(shí)例的方式，直升機(jī)可以是Robinson R22直升機(jī)。然而，在本文披露的教導(dǎo)能夠很容易地適用于與任何適合的直升機(jī)一起使用，無論是現(xiàn)有的直升機(jī)或者是尚待開發(fā)的直升機(jī)。例如，本發(fā)明的自動駕駛儀能夠與具有液壓周期變距輔助裝置的直升機(jī)一起使用，這將在下面進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029]直升機(jī)10包括具有控制握柄或手柄18的控制桿或周期變距操縱桿14，控制握柄或手柄構(gòu)造為與駕駛員的手接合。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的，控制桿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(jī)的俯仰，并且能夠橫向地移動以用于按產(chǎn)生受控飛行的協(xié)調(diào)方式控制直升機(jī)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(jī)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。此外，駕駛員同樣能夠?qū)χ鄙龣C(jī)的總距操縱桿以及節(jié)流閥調(diào)定進(jìn)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控制桿而對控制桿14施加全權(quán)控制，從而限制其在適當(dāng)情形下的行進(jìn)。控制桿14在直升機(jī)的艙面24下方穿過并且以本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟悉的方式來接合直升機(jī)的俯仰和側(cè)滾聯(lián)接件，從而控制直升機(jī)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(jī)的旋翼葉片的俯仰角的變化。在這點(diǎn)上，周期變距控制可指控制桿的操縱，或者控制桿本身能夠稱為周期變距操縱桿。在嵌入視圖中最佳顯示的自動駕駛儀顯示處理器單元(ADPU) 28能夠安裝到儀器控制臺20上，以向駕駛員提供指示以及提供處理能力和其它能力，這將進(jìn)一步描述。
[0030]仍參考圖1，自動駕駛儀12通過適當(dāng)?shù)匚挥谥鄙龣C(jī)上的多個(gè)部件組件來實(shí)現(xiàn)周期變距控制。自動駕駛儀主單元30位于直升機(jī)的主艙面的下方。在本實(shí)施例中，主單元30包括L型外殼31，外殼31支撐電子器件以及俯仰控制聯(lián)接件32a和側(cè)滾控制致動器聯(lián)接件32b，它們可一般地或統(tǒng)一地由附圖標(biāo)記32指代。這些聯(lián)接件中的每一個(gè)都包括位于主單元外殼內(nèi)的致動器，這將進(jìn)一步描述。每個(gè)聯(lián)接件的遠(yuǎn)側(cè)端接合控制桿14的最下端以實(shí)現(xiàn)所謂的并行控制系統(tǒng)。在這點(diǎn)上，應(yīng)認(rèn)識到，直升機(jī)10的在控制桿14與旋翼之間的原有周期變距控制聯(lián)接件保持原樣。即，來自直升機(jī)駕駛員以及自動駕駛儀的輸入直接輸入到控制桿。將要針對俯仰和側(cè)滾控制聯(lián)接件描述的細(xì)節(jié)提供了并行控制輸入裝置。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(jī)的在控制桿與旋翼之間的原有周期變距控制聯(lián)接件，使得自動駕駛儀致動器能夠插入到斷開處。應(yīng)當(dāng)理解的是，本文的教導(dǎo)能夠很容易地適用于串行控制輸入實(shí)施例。自動駕駛儀12還包括在后續(xù)進(jìn)一步的放大視圖中示出并且將在下文進(jìn)行詳細(xì)說明的開關(guān)模塊組件26。
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