一种基于eVTOL飞机的驾驶舱显示系统的制作方法

一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统
技术领域
1.本发明属于驾驶舱显示系统技术领域，尤其涉及一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统。


背景技术：

2.目前，随着国民经济的快速发展和城市化水平的逐步提高，超大城市交通建设和环境问题越来越成为制约城市发展的重要问题之一。可是随着生活水平的提高，城市汽车保有量的增长速度愈发加快，道路建设无法满足日益增长的交通需求，常规交通萎缩，轨道交通起步较晚导致城市交通拥堵日益严重，同时导致交通事故频发，环境污染加剧恶化。为了解决城市交通问题，发展绿色交通，实现节能减排并缓解交通拥挤，采用evtol（electric vertical take-off and landing）电动垂直起降飞机构建绿色的uam（城市空中交通）/amm（先进空中交通）运行系统，已经成为下一代城市交通解决方案的最佳选择之一。城市空中交通具有空间紧凑，人员、设施密集，安全要求高等特点，要求城市空中交通工具具备短距/垂直起降功能、简化的飞行控制方式配合直观的人机交互界面，加上优良的感知避障能力、高精度的定位和导航技术、可靠的电池管理系统，从而实现合理的安全裕度以保证飞行乘组和地面人员及设施的安全。
3.基于以上的安全性和绿色环保的原因，能够进行简便的飞行操纵并轻松快速地获取飞机的关键状态信息（提升驾驶员的情景意识），是保证足够安全裕度的关键，也成为evtol飞机的设计核心。evtol飞机除了采用简化飞行操作的概念进行多冗余度电传飞行控制外，配合“简化飞行操作”概念应用而生的驾驶舱显示系统设计也是提升飞行安全水平的重要环节，基于evtol飞机的显示系统区别于传统通航飞机集成驾驶舱内种类繁多的显示信息，它目标是利用组合视景系统（combined vision system，简称cvs）技术更关注于关键飞行参数显示，简化显示系统内容，缩短驾驶员接收信息、判断信息、做出反应的链路时间。因此，设计出一种能减轻驾驶员负担并提升驾驶员情景意识的驾驶舱显示系统，是目前需要解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统，该驾驶舱显示系统的功能及布局设计、发生显示系统故障时的显示切屏方法，降低了驾驶员操作负担并提高驾驶员情景意识，提升了飞机飞行安全裕度。
5.本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统，包括一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏，所述二号显示屏左右两侧分别为三号显示屏、一号显示屏，所述二号显示屏为纵向屏，所述三号显示屏、一号显示屏均为横向屏，所述三号显示屏为一号显示屏、二号显示屏的故障备用屏；所述一号显示屏的顶部为飞行状态栏，所述一号显示屏的中部为cvs场景区域，所述一号显示屏的左侧上部为显示控制区域，所述一号显示屏的左侧下部为浮动故障信息提
示区域；所述二号显示屏的顶部为飞行状态栏，所述二号显示屏的中部为地图及导航显示区域，所述二号显示屏的下部为系统状态区域；所述三号显示屏的顶部为飞行状态栏，所述三号显示屏的中部为娱乐视频显示区域，所述三号显示屏的底部为按键功能选择区域。
6.进一步，所述一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏的飞行状态栏均从左向右依次显示日期、时间、飞行状态、电池储备状态。
7.进一步，所述三号显示屏为一号显示屏、二号显示屏的故障备用屏，进一步包括，当一号显示屏出现故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容；当二号显示屏出现故障时，三号显示屏显示二号显示屏内容；当一号显示屏、二号显示屏均故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容。
8.进一步，所述一号显示屏的cvs场景区域的左侧上部显示速度/爬升率，所述cvs场景区域的左侧中部显示入侵飞机，所述cvs场景区域的中间上部显示飞行路径矢量、空中高速公路、检查点，所述cvs场景区域的中间下部显示航迹圆环、飞机此时航向、目标航迹小虫，所述cvs场景区域的右侧上部显示目标高度、离地高度、平均海平面高度；所述一号显示屏的显示控制区域从上至下依次显示目的地名称、预计到达时间、一键清屏按钮、视角转换按钮、一键切屏按钮、一键同步按钮；所述一号显示屏的浮动故障信息提示区域可以显示告警消息、空中运行中心消息。
9.进一步，所述一键清屏按钮用于将cvs场景区域仅显示速度/爬升率、目标高度、离地高度、平均海平面高度、飞行路径矢量；所述视角转换按钮用于切换cvs场景区域的前飞视角、降落视角；所述一键切屏按钮用于将一号显示屏图像与二号显示屏图像相互切换显示；所述一键同步按钮功能用于将一号显示屏图像同步显示在三号显示屏上。
10.进一步，所述告警消息包括飞控计算机失效、电池电量低、全球卫星导航系统失效、驾驶舱控制故障、电池过热、交通警戒、交通警告、紧急自动着陆系统激活、推进系统部分失效；所述空中运行中心消息包括恶劣天气、起飞许可、起飞拒绝。
11.进一步，当cvs场景区域处于前飞视角时，所述空中高速公路采用矩形指示器标识；当cvs场景区域处于降落视角时，所述空中高速公路采用圆形指示器标识。
12.进一步，所述二号显示屏的地图及导航显示区域的左侧上部显示目标高度、地图页面缩放按钮，所述地图及导航显示区域的左侧中部显示入侵飞机，所述地图及导航显示区域的中间显示飞行计划路径、本机位置、限制与禁飞空域，所述地图及导航显示区域的右侧上部显示剩余里程、预计到达时间；所述二号显示屏的系统状态区域的左侧显示飞机健康安全状态，所述系统状态区域的中间显示操纵杆可用性状态指示、操纵杆切换按钮、目的地选择按钮，所述系统状态区域的右侧显示电力及动力系统状态、电池储备状态、电池温度、剩余电池时间、基于当前功率的剩余公里数。
13.进一步，所述目的地选择按钮用于显示可用目的地机场列表；当飞机处于空中时，所述飞机健康安全状态为卫星导航系统可用性状态、惯导系
统可用性状态、飞控计算机可用性状态；当飞机处于地面时，所述飞机健康安全状态为驾驶员乘客安全带状态指示、舱门开关状态、客舱乘客座位布局及飞机重心、飞机总体重量。
14.进一步，所述按键功能选择区域包括音频按钮、视频按钮、一键同步按钮，所述一键同步按钮功能用于将一号显示屏图像同步显示在三号显示屏上。
15.本发明的有益效果为：本驾驶舱显示系统采用二号显示屏左右两侧对称设计三号显示屏、一号显示屏的整体布局，一号显示屏主要基于cvs场景区域提供关键飞行参数信息，二号显示屏提供地图信息和飞机各系统状态，三号显示屏提供机内娱乐显示和一号显示屏、二号显示屏的冗余备份，采用三块显示屏的整体布局以及各个显示屏的关键功能设计，并采用三号显示屏为一号显示屏、二号显示屏的故障备用屏，使得发生显示系统故障时能及时显示切屏显示，所以，本驾驶舱显示系统的功能及布局设计、发生显示系统故障时的显示切屏方法，降低了驾驶员操作负担并提高驾驶员情景意识，提升了飞机飞行安全裕度。
附图说明
16.图1为本发明一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统的整体布局图。
17.图2为本发明的cvs场景区域处于前飞视角时一号显示屏界面图。
18.图3为本发明的cvs场景区域处于降落视角时一号显示屏界面图。
19.图4为本发明的飞机处于空中时二号显示屏界面图。
20.图5为本发明的飞机处于地面时二号显示屏界面图。
21.图6为本发明的飞机处于地面时三号显示屏界面图。
具体实施方式
22.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.如图1至图6所示，本发明提供的一种基于evtol飞机的驾驶舱显示系统，包括一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏，二号显示屏左右两侧分别为三号显示屏、一号显示屏，二号显示屏为纵向屏，三号显示屏、一号显示屏均为横向屏，三号显示屏为一号显示屏、二号显示屏的故障备用屏；
一号显示屏的顶部为飞行状态栏，一号显示屏的中部为cvs场景区域，一号显示屏的左侧上部为显示控制区域，一号显示屏的左侧下部为浮动故障信息提示区域；二号显示屏的顶部为飞行状态栏，二号显示屏的中部为地图及导航显示区域，二号显示屏的下部为系统状态区域；三号显示屏的顶部为飞行状态栏，三号显示屏的中部为娱乐视频显示区域，三号显示屏的底部为按键功能选择区域。
26.其中，组合视景系统（cvs）聚集了合成视景系统（svs）和视景增强系统（evs）各自的优势,并通过有效的图像融合进一步提高了图像的信息质量，大大提高驾驶员对飞机周围环境的情景意识（即使在低能见度天气下），驾驶员可通过一号显示屏不依赖天气情况看到飞机正前方的外部视景从而进一步提高飞行的安全性。一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏的显示页面都保留双语（英文和中文）显示功能。
27.进一步，一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏的飞行状态栏均从左向右依次显示日期、时间、飞行状态、电池储备状态。
28.进一步，三号显示屏为一号显示屏、二号显示屏的故障备用屏，进一步包括，当一号显示屏出现故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容；当二号显示屏出现故障时，三号显示屏显示二号显示屏内容；当一号显示屏、二号显示屏均故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容。
29.进一步，所述一号显示屏的cvs场景区域的左侧上部显示速度/爬升率，所述cvs场景区域的左侧中部显示入侵飞机，所述cvs场景区域的中间上部显示飞行路径矢量、空中高速公路、检查点，所述cvs场景区域的中间下部显示航迹圆环、飞机此时航向、目标航迹小虫，所述cvs场景区域的右侧上部显示目标高度、离地高度(agl高度)、平均海平面高度(msl高度)；其中，cvs场景区域通过速度/爬升率对空速的解释（显示）将以直观的方式提供态势感知。例如，在巡航飞行阶段，其速度格式为km/h。在垂直起飞和着陆飞行阶段，将提供高度变化率ft/s，因为纵向和横向速度可忽略不计，此时高度变化率反映飞行员态势感知的最关键“空速”信息。
30.如果evtol飞机飞行计划不可用，目标高度窗口将显示一条洋红色虚线来提醒驾驶员注意。同时至少应在起飞和着陆阶段提供agl高度指示，一般定义evtol飞机在起降场地面时的agl高度为零。
31.一号显示屏的显示控制区域从上至下依次显示目的地名称、预计到达时间、一键清屏按钮、视角转换按钮、一键切屏按钮、一键同步按钮；一号显示屏的浮动故障信息提示区域可以显示告警消息、空中运行中心消息。
32.其中，显示屏的浮动故障信息提示区域可以显示crew alerting system告警消息(cas信息)、air operations center空中运行中心消息(aoc消息)。
33.若无任何故障提示信息，则浮动故障信息提示区域不显示。在浮动故障信息提示区域会根据交通冲突的严重程度，提供不同的cas消息（交通警告/交通警戒）。根据系统故障/失效或环境影响的严重程度，浮动故障信息提示区域提供不同程度的cas消息，包括咨询（白色）、警戒（琥珀色）和警告（红色）。
34.当飞机遭受系统故障/失效或环境影响时，浮动故障信息提示区域提供如下的cas
信息通知，至少包括：飞控计算机（fcc）失效（咨询）、飞控计算机（fcc）失效（所有通道）（警告）、电池电量低（警戒）、全球卫星导航系统失效（惯导精度高）（咨询）、全球卫星导航系统失效（惯导精度低）（警告）、驾驶舱控制（1）故障（警告）、驾驶舱控制（2）故障（警告）、驾驶舱控制（1）+（2）故障（警告）、电池过热（警告）、交通警戒（警戒）、交通警告（警告）、紧急自动着陆系统激活（警戒）、推进系统部分失效（警戒）。
35.当evtol飞机接收到来自aoc的数据链消息时，会在浮动故障信息提示区域提供如下的aoc信息，包括：恶劣天气（琥珀色）、起飞许可（绿色）、起飞拒绝（红色）。这里使用绿色/红色标签识别所有起飞许可，并结合aoc命令和性能验证，绿色代表允许，红色代表不允许飞机起飞。
36.进一步，一键清屏按钮用于将cvs场景区域仅显示速度/爬升率、目标高度、离地高度(agl高度)、平均海平面高度(msl高度)、飞行路径矢量；其中，如果之前evtol飞机存在故障，生成的cas信息不会因为进入“整理”模式被刻意清除掉。
37.视角转换按钮用于切换cvs场景区域的前飞视角、降落视角；一键切屏按钮用于将一号显示屏图像与二号显示屏图像相互切换显示；一键同步按钮功能用于将一号显示屏图像同步显示在三号显示屏上。其中，从显示内容对飞行安全的影响来看，一号显示屏的图像将具有最高的显示优先级，这意味着如果只有一个显示屏功能可用，一号显示屏图像将显示在该屏幕上。
38.进一步，告警消息包括飞控计算机失效、电池电量低、全球卫星导航系统失效、驾驶舱控制故障、电池过热、交通警戒、交通警告、紧急自动着陆系统激活、推进系统部分失效；空中运行中心消息包括恶劣天气、起飞许可、起飞拒绝。
39.进一步，当cvs场景区域处于前飞视角时，空中高速公路采用矩形指示器标识；当cvs场景区域处于降落视角时，空中高速公路采用圆形指示器标识。
40.其中，空中高速公路指引大大降低了驾驶员控制evtol飞机轨迹的难度，但如果evtol飞机发生全球卫星导航系统失效（且惯导精度低）故障，则cvs视角中的空中高速公路指示将会消失，因为激活该故障后，原始的飞行计划将不可用，驾驶员此刻可选择“自动紧急着陆程序”进行安全着陆。
41.进一步，二号显示屏的地图及导航显示区域的左侧上部显示目标高度、地图页面缩放按钮，地图及导航显示区域的左侧中部显示入侵飞机，地图及导航显示区域的中间显示飞行计划路径、本机位置、限制与禁飞空域，地图及导航显示区域的右侧上部显示剩余里程、预计到达时间；其中，限制空域显示琥珀色，禁飞空域显示红色。如果evtol飞机发生全球卫星导航系统失效（且惯导精度低）故障，则相应的飞行计划将被清除。另外，当飞机计划不可用时，目标高度将显示一条洋红色虚线。
42.二号显示屏的系统状态区域的左侧显示飞机健康安全状态，系统状态区域的中间显示操纵杆可用性状态指示、操纵杆切换按钮、目的地选择按钮，系统状态区域的右侧显示电力及动力系统状态、电池储备状态、电池温度、剩余电池时间、基于当前功率的剩余公里数。
43.其中，电池储备状态中，红色代表电量低于10%，琥珀色代表电量在10%和20%范围内，绿色代表电量高于20%。操纵杆切换按钮设计目的可适应不同驾驶员操作习惯，具有很
好的通用性，只有当飞机在地面上时，操纵杆切换按钮才会起作用。
44.进一步，目的地选择按钮用于显示可用目的地机场列表；其中，目的地选择按钮被触发后显示弹出可用的目的地机场列表，选择完毕后，点击该弹出页面下方的“确认”按钮后，evtol飞机中的飞行计划模块会自动生成相应的飞行计划。
45.当飞机处于空中时，飞机健康安全状态为卫星导航系统可用性状态、惯导系统可用性状态、飞控计算机可用性状态；当飞机处于地面时，飞机健康安全状态为驾驶员乘客安全带状态指示、舱门开关状态、客舱乘客座位布局及飞机重心，飞机总体重量。
46.其中，二号显示屏的系统状态区域的飞机健康安全状态设计为根据空地信号变化而自动切换，以针对不同飞行需求显示地面和空中的不同内容信息。
47.进一步，按键功能选择区域包括音频按钮、视频按钮、一键同步按钮，一键同步按钮用于将一号显示屏图像同步显示在三号显示屏上。
48.其中，一键同步按钮被触发后，将一号显示屏图像复制到三号显示屏上，即此时一号显示屏和三号显示屏显示相同的画面。当无论在一号显示屏还是三号显示屏上再次点击一号显示屏画面中的一见同步按钮后，三号显示屏将退回到之前的默认显示内容。
实施例
49.如图1-图6所示，本装置启动后，一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏同时显示内容，一号显示屏主要基于cvs场景区域提供关键飞行参数信息，二号显示屏提供地图信息和飞机各系统状态，三号显示屏提供机内娱乐显示和一号显示屏、二号显示屏的冗余备份。
50.一号显示屏的cvs场景区域主要显示速度/爬升率、入侵飞机、飞行路径矢量、空中高速公路、检查点、目标高度、agl高度、msl高度等飞行参数。显示控制区域的一键清屏按钮被触发时，cvs场景区域仅显示速度/爬升率、目标高度、agl高度、msl高度、飞行路径矢量；视角转换按钮被触发时，切换cvs场景区域的前飞视角、降落视角，如图2所示，当cvs场景区域处于前飞视角时，空中高速公路采用矩形指示器标识，如图3所示，当cvs场景区域处于降落视角时，空中高速公路采用圆形指示器标识；一键切屏按钮被触发时，将一号显示屏图像与二号显示屏图像相互切换显示；一键同步按钮被触发时，一号显示屏图像将同步显示在三号显示屏上。当飞机遭受系统故障/失效或环境影响时，浮动故障信息提示区域可以显示cas消息、aoc消息。
51.二号显示屏的地图及导航显示区域主要显示目标高度、地图页面缩放按钮、飞行计划路径、本机位置、限制与禁飞空域、显示剩余里程、预计到达时间等信息。系统状态区域主要显示飞机健康安全状态、电力及动力系统状态、操纵杆切换按钮、目的地选择按钮等信息，操纵杆切换按钮被触发时切换左右操纵杆应用，目的地选择按钮被触发时显示可用目的地机场列表供选择。如图4所示，当飞机处于空中时，飞机健康安全状态为卫星导航系统可用性状态、惯导系统可用性状态、飞控计算机可用性状态；如图5所示，当飞机处于地面时，飞机健康安全状态为驾驶员乘客安全带状态指示、舱门开关状态、客舱乘客座位布局及飞机重心，飞机总体重量。
52.三号显示屏的按键功能选择区域的音频按钮被触发时，会加载音频娱乐列表，乘客或驾驶员可通过机载耳机享受音频新闻和歌曲；视频按钮被触发时，会加载机内视频娱乐列表和云端在线视频，乘客可通过娱乐视频显示区域观看相应的娱乐短视频；一键同步
按钮被触发时，将一号显示屏图像同步显示到三号显示屏上，即此时一号显示屏和三号显示屏显示相同的画面。
53.显示屏出现故障时，显示画面切换功能将在失效故障触发时自动切换完成，驾驶员无需采取额外任何行为去保证飞行安全。显示自动切换运行方法如下：当一号显示屏出现故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容；当二号显示屏出现故障时，三号显示屏显示二号显示屏内容；当三号显示屏出现故障时，一号显示屏、二号显示屏内容不变；当一号显示屏、二号显示屏均故障时，三号显示屏显示一号显示屏内容；当一号显示屏、二号显示屏、三号显示屏均故障时，则相应的显示人机交互界面均丢失，驾驶员需要按压驾驶杆上的“紧急自动着陆”按钮执行紧急自动着陆程序，即可将飞机降落于最适合的着陆点，最大限度地保证飞行乘组和地面人员的安全。
54.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。