驾驶辅助系统、驾驶辅助方法及飞行器与流程

本发明涉及一种用于辅助驾驶飞行器的自动方法和系统，以便在没有风速测量数据和风速测量估计器可用时至少控制飞行器的自动驾驶仪。

背景技术：

在本说明书的上下文中，自动驾驶仪对应于：

-自动驾驶系统，其自动地作用于飞行器的操纵面以导引飞行器，

-或者飞行指引仪，其在飞行器的驾驶舱的屏幕上自动地显示信息，以便为由飞行器的飞行员所执行的手动驾驶提供辅助。

已知的是，飞行器的自动驾驶仪在其任选地联接至推力调节装置时使用飞行器的前进速度信息(例如空速)，其目的是保持飞行员的选择和/或将速度范围保持在飞行器可接受的数值。如果在驾驶过程中，此速度信息丢失，即如果该速度信息变得不可用、不正确或不可靠，则自动驾驶仪和/或推力调节装置自动地解除，同时保持飞行器的当前状态(姿态和推力)，并且将控制权返还给机组人员。特别是在由于例如恶劣或差的环境条件而导致的共同失效模式的情况下，可能发生这种情况。然而，这种情况是特殊的，因为大多数飞行器配备有用于限制所述环境条件的影响的系统，以便提高速度信息的可用性。在丢失速度信息的异常情况下，解除自动驾驶仪和/或推力调节装置导致了机组人员的额外工作量，机组人员除正常任务之外还必须处理导致失效的原因。前进速度信息是自动驾驶系统或飞行指引仪用来限定飞行器的飞行包线(上限和下限)和飞行器的动力学特性的主要参数。可能未遵照这些速度限制的自动驾驶仪或推力调节装置可能导致飞行器偏离其飞行包线。出于此原因，自动驾驶仪和推力调节装置提供有多种不同的保护速度范围的常规手段。

文献fr2960659a1提出了一种并不完全令人满意的解决方案。实际上，该解决方案不能在没有添加超出姿态限制的附加机制的情况下获得在整个飞行包线上稳定的飞行。

技术实现要素：

本发明的目的是通过提出一种飞行器的驾驶辅助方法来克服这些缺点，该方法能够在没有空中数据或者来自空中数据估计器的数据不可用或不必要的情况下至少确保自动驾驶仪和/或推力调节装置的可用性。

为此目的，本发明涉及一种能够至少确保自动驾驶仪的可用性的飞行器的驾驶辅助方法，可以在没有飞行器的前进速度信息的情况下控制该自动驾驶仪。

根据本发明，所述方法包括：

-第一测量步骤，由第一测量模块执行，包括测量所述飞行器的竖直机动；

-第一计算步骤，由第一计算模块执行，包括根据所测量的竖直机动并且根据设定点竖直机动来计算第一载荷系数；

-第二测量步骤，由第二测量模块执行，包括测量所述飞行器的倾斜角、俯仰速率和俯仰加速度；

-保护步骤，由保护模块执行，包括：

o计算子步骤，由计算子模块执行，包括根据所测量的倾斜角、根据所测量的俯仰速率并且根据所测量的俯仰加速度来计算第二载荷系数，

o比较子步骤，由比较子模块执行，包括比较所述第一载荷系数与所述第二载荷系数以便确定适用载荷系数，所述适用载荷系数等于所述第一载荷系数与所述第二载荷系数间具有最小值的载荷系数；

-第二计算步骤，由第二计算模块执行，包括根据所述适用载荷系数来计算升降舵控制；

-第一发送步骤，由第一发送模块执行，包括将所述第二计算步骤中计算的升降舵控制发送至所述自动驾驶仪。

因此，由于本发明，自动驾驶仪具有增大的可用性，例如保持连续巡航飞行、以及当前进速度信息不可用时在恶化的情况下提出令人满意的自动操作水平。

根据特性特征，所述竖直机动对应于所述飞行器的竖直速度或所述飞行器的梯度。

有利地，所述保护步骤进一步包括用于减小机头上扬俯仰动力学特性的子步骤，所述子步骤由减小子模块执行，包括在所测量的倾斜角接近最大倾斜角时减小所述机头上扬俯仰动力学特性，使得所测量的倾斜角保持低于所述最大倾斜角。

根据优选的实施例，所述方法进一步包括：

-第三计算步骤，由第三计算模块执行，包括计算能够到达所述飞行器的平衡点的推力控制的静态项，所述静态项取决于所述飞行器的当前飞行高度层、所述飞行器的质量以及所述飞行器上运行的发动机的数量；

-第四计算步骤，由第四计算模块执行，包括根据所述倾斜角测量值来计算能够保持所述飞行器的平衡点的所述推力控制的动态项；

-第五计算步骤，由第五计算模块执行，包括将推力控制计算为所述静态项和所述动态项之和；

-第二发送步骤，由第二发送模块执行，包括将所述推力控制发送至推力调节装置。

根据特性特征，所述第四计算步骤包括以下列方式计算所述推力控制的动态项：

-当所测量的倾斜角大于所述平衡点的倾斜角时，所述推力控制的动态项具有正值；

-当所测量的倾斜角小于所述平衡点的倾斜角时，所述推力控制的动态项具有负值；

-所测量的倾斜角与所述平衡点的倾斜角相差越远，所述推力控制的动态项的绝对值就越大；

-所述推力控制的动态项处于最大阈值与最小阈值之间。

例如，所述平衡点对应于具有与进入紊流区的推荐的“紊流空气”速度或推荐的“紊流空气”马赫数相对应的速度的所述飞行器的配置。

此外，在所述第四计算步骤中使用减小的倾斜角以便计算所述推力控制的动态项。

此外，所述最大倾斜角对应于具有升/阻比大于预定值的速度的所述飞行器的配置。

此外，所述自动驾驶仪包括自动驾驶系统和飞行指引仪，

所述方法进一步包括控制步骤，所述控制步骤由控制模块执行，包括至少以下列方式控制所述推力调节装置、所述自动驾驶系统和所述飞行指引仪：

-如果所述飞行器的飞行员启用所述推力调节装置，则将启用命令发送至所述飞行指引仪以便启用所述飞行指引仪；

-如果停用所述自动驾驶系统和所述飞行指引仪，则将停用命令发送至所述推力调节装置以便停用所述推力调节装置。

本发明还涉及一种能够至少确保自动驾驶仪的可用性的飞行器的驾驶辅助系统，可以在没有所述飞行器的前进速度信息的情况下控制所述自动驾驶仪。

根据本发明，所述系统包括：

-第一测量模块，被配置用于测量所述飞行器的竖直机动；

-第一计算模块，被配置用于根据所测量的竖直机动并且根据设定点竖直机动来计算第一载荷系数；

-第二测量模块，被配置用于测量所述飞行器的倾斜角、俯仰速率和俯仰加速度；

-保护模块，包括：

o计算子模块，被配置用于根据所测量的倾斜角、根据所测量的俯仰速率并且根据所测量的俯仰加速度来计算第二载荷系数，

o比较子模块，所述比较子模块被配置用于比较所述第一载荷系数与所述第二载荷系数以便确定适用载荷系数，所述适用载荷系数等于所述第一载荷系数与所述第二载荷系数间具有最小值的载荷系数；

-第二计算模块，被配置用于根据所述适用载荷系数来计算升降舵控制；

-第一发送模块，所述第一发送模块被配置用于所述第二计算模块计算的升降舵控制发送至所述自动驾驶仪。

有利地，所述保护模块进一步包括减小子模块，所述减小子模块被配置用于在所测量的倾斜角接近最大倾斜角时减小所述机头上扬俯仰动力学特性，使得所测量的倾斜角保持低于所述最大倾斜角。

根据实施例，所述系统进一步包括：

-第三计算模块，被配置用于计算能够到达所述飞行器的平衡点的推力控制的静态项，所述静态项取决于所述飞行器的当前飞行高度层、所述飞行器的质量以及所述飞行器上运行的发动机的数量；

-第四计算模块，被配置用于根据所述倾斜角测量值来计算能够保持所述飞行器的平衡点的所述推力控制的动态项；

-第五计算模块，被配置用于将推力控制计算为所述静态项和所述动态项之和；

-第二发送模块，被配置用于将所述推力控制发送至推力调节装置。

此外，所述自动驾驶仪包括自动驾驶系统和飞行指引仪，

所述系统进一步包括控制模块，所述控制模块被配置用于至少以下列方式控制所述推力调节装置、所述自动驾驶系统和所述飞行指引仪：

-如果所述飞行器的飞行员启用所述推力调节装置，则控制模块将启用命令发送至所述飞行指引仪，以便启用所述飞行指引仪；

-如果停用所述自动驾驶系统和所述飞行指引仪，则控制模块将停用命令发送至所述推力调节装置，以便停用所述推力调节装置。

本发明还涉及一种飞行器，尤其是运输飞机，所述飞行器包括上述驾驶辅助系统。

附图说明

在阅读了参考附图给出的说明之后，本发明及其特征和优点将更清楚地显现，在附图中：

-图1示意性地示出了驾驶辅助系统，

-图2示意性地示出了驾驶辅助方法，

-图3示出搭载了机载驾驶辅助系统的飞行器。

具体实施方式

图1示意性地示出飞行器ac(图3)机载的驾驶辅助系统1的实施例。

驾驶辅助系统1能够至少确保自动驾驶仪polit(polit为英文“automaticpilot(自动驾驶仪)”)2和/或推力调节装置thrust(thrust为英文“thrustregulationdevice(推力调节装置)”)3的可用性，可以在没有前进速度信息的情况下控制自动驾驶仪和推力调节装置，即在没有空中数据或者来自能够确定前进速度(例如空速)的空中数据估计器的数据不可用的情况下进行控制。

自动驾驶仪2包括自动驾驶系统sys(sys为英文“automaticpilotingsystem(自动驾驶系统)”)21和/或飞行指引仪dir(dir为英文“flightdirector(飞行指引仪)”)22。

驾驶辅助系统1包括测量模块meas1(meas为英文“measuringmodule(测量模块)”)4，该测量模块被配置用于测量飞行器ac的竖直机动。

根据第一替代性实施例，测量模块4包括惯性单元。

根据第二替代性实施例，测量模块4包括卫星地理导航系统，例如全球定位系统(gps为英文“globalpositioningsystem(全球定位系统)”)。

根据第三替代方案，测量模块4包括卫星地理导航系统和惯性单元。

驾驶辅助系统进一步包括计算模块comp1(comp为英文“computationalmodule(计算模块)”)5，该计算模块被配置用于根据测量模块4所测量的竖直机动并且根据设定点竖直机动来计算第一载荷系数。设定点竖直机动可以对应于飞行器ac的飞行员所选择的竖直机动。第一载荷系数对应于竖直载荷系数。

此外，驾驶辅助系统1包括测量模块meas26，该测量模块被配置用于测量飞行器ac的倾斜角、飞行器ac的俯仰速率以及飞行器ac的俯仰加速度。

驾驶辅助系统1还包括保护模块prot(prot为英文“protectionsubmodule(保护子模块)”)7，该保护模块包括：

-计算子模块comp71，被配置用于根据测量模块6所测量的倾斜角、根据所测量的俯仰速率并且根据所测量的俯仰加速度来计算第二载荷系数。第二载荷系数对应于竖直载荷系数；

-比较子模块compa(compa为英文“comparisonsubmodule(比较子模块)”)72，该比较子模块被配置用于将计算模块5计算的第一载荷系数与计算子模块7计算的第二载荷系数进行比较以便确定适用载荷系数，该适用载荷系数等于第一载荷系数与第二载荷系数间具有最小值的载荷系数。

比较子模块72因此确定了第一载荷系数与第二载荷系数之间的最小值。适用载荷系数因此对应于两个载荷系数中的最小值，或者换言之，对应于最大俯冲载荷系数。

根据优选的实施例，保护模块7包括减小子模块red(red为英文“reducingsubmodule(减小子模块)”)73，该减小子模块被配置用于在所测量的倾斜角接近最大倾斜角时减小机头上扬俯仰动力学特性，使得所测量的倾斜角保持低于该最大倾斜角。

通过举例的方式，最大倾斜角对应于具有升/阻比大于预定值的速度或被称为“绿点”速度的飞行器ac的配置。该预定值可以被选择为使得此升/阻比具有最大值。

驾驶辅助系统进一步包括计算模块comp28，该计算模块被配置用于根据比较子模块72所确定的适用载荷系数来计算升降舵控制(或计算俯仰控制以便对升降舵进行自动控制)。

计算模块8计算的升降舵控制随后由发送模块send1(send为英文“sendingmodule(发送模块)”)9发送至自动驾驶仪2，该发送模块包括在驾驶辅助系统1中。

此升降舵控制能够执行飞行器ac的竖直机动的自动控制。

竖直机动可以对应于竖直速度或梯度。

如果自动驾驶仪2例如以对应于被称为“航向”的hdg侧向导引模式的飞行器ac的导引模式进行操作，则竖直机动对应于竖直速度。自动控制对应于自动竖直速度控制。

如果自动驾驶仪2例如以对应于被称为“跟踪”的trk导引模式的飞行器ac的导引模式操作，则竖直机动对应于梯度。自动控制因此是自动梯度控制。

trk侧向导引模式与被称为“飞行航迹角”的fpa竖直导引模式相关联，能够使用飞行器ac的主飞行显示器(pfd为英文“primaryflightdisplay(主飞行显示器)”)上显示的速度矢量(或称为“惯性鸟(inertialbird)”)。

有利地，驾驶辅助系统1还能够执行自动推力控制。

因此，驾驶辅助系统1可以包括计算模块comp310，该计算模块被配置用于计算能够到达飞行器ac的平衡点的推力控制的静态项。该静态项取决于飞行器ac的当前飞行高度层、飞行器ac的质量以及飞行器ac上运行的发动机的数量。

通过举例的方式，该静态项对应于飞行器ac的发动机叶片的受控旋转速度。根据其他实例，该静态项可以是压力比或动力。

此外，驾驶辅助系统1可以包括计算模块comp411，该计算模块被配置用于根据倾斜角测量值来计算能够保持飞行器ac的平衡点的推力控制的动态项。

由保护模块7所确定的所测量的倾斜角可以用于计算推力控制的动态项。

有利地，计算模块11被配置用于以下列方式计算推力控制的动态项：

-当所测量的倾斜角大于平衡点的倾斜角时，推力控制的动态项具有正值；

-当所测量的倾斜角小于平衡点的倾斜角时，推力控制的动态项具有负值；

-所测量的倾斜角与平衡点的倾斜角相差越远，推力控制的动态项的绝对值就越大；

-推力控制的动态项处于最大阈值与最小阈值之间。

当所测量的倾斜角与平衡点的姿态大致相等时，推力控制的动态项大致为零。

然后，可以由包含在驾驶辅助系统1中的计算模块comp512来计算推力控制。计算模块12将推力控制计算为计算模块10计算的静态项和计算模块11计算的动态项之和。

计算模块12以此方式计算的推力控制然后可以通过包括在驾驶辅助系统1中的发送模块send213发送至推力调节装置3。

通过举例的方式，平衡点对应于具有与进入紊流区(vra/mra)的推荐的“紊流空气”速度或推荐的“紊流空气”马赫数相对应的速度的飞行器ac的配置。

根据优选的实施例，驾驶辅助系统1还包括控制模块control(control为英文“controllingmodule(控制模块)”)14，该控制模块被配置用于控制推力调节装置3。自动驾驶系统21和飞行指引仪22由控制模块14至少以下列方式控制：

-如果飞行器ac的飞行员启用推力调节装置3，则将启用命令发送至飞行指引仪22以便启用飞行指引仪22；

-如果停用自动驾驶系统21和飞行指引仪22，则将停用命令发送至推力调节装置3以便停用推力调节装置3。

自动推力控制不是强制性的。驾驶辅助系统1保留了在没有推力调节装置3的情况下启用竖直机动自动控制的能力，无论该推力调节装置由飞行员停用还是已经失效。在这种情况下，飞行员手动调整节流阀控制杆的位置以便限定推力水平。如果推力水平不足，则低速保护和相关联的警告通知机组人员偏离竖直机动(或梯度)设定点。

可以对受控推力进行调整以便应对发动机失效的影响。

驾驶辅助系统1基于由飞行员教导和实践的基本导引模式，即hdg和trk侧向导引模式、vs(“verticalspeedhold(竖直速度保持)”模式)和fpa竖直导引模式、以及thr推力调节模式。这样可以简化其使用并减少机组人员的工作量。

在驾驶辅助装置被限制为零梯度或竖直速度设定点保持的情况下，惯性鸟(inertialbird)的有用性增强以提供随后通过手动驾驶执行的水平改变。可能需要一种用于使自动驾驶装置21、飞行指引仪22和推力调节装置3自动断开的装置，以覆盖在以下操作的同时出现导致驾驶辅助装置1启用的故障的情况：

-正在进行防碰撞自动机动；

-飞行器ac具有爬升姿态。在这种情况下，在解除的情况中，优选的是断开自动操作以便保持飞行器ac的当前爬升姿态。可以有利地满足确认为飞行器ac高于最高着陆地理点的特定条件，以防止在巡航飞行高度层的这种类型的断开。

设置一组竖直速度或梯度设定点的可用性使得可以处理以上的情况而不必使自动驾驶装置21、飞行指引仪22和推力调节装置3解除接合。

此外，可以将驾驶辅助装置1限制为回缩的缝翼和襟翼以及回缩的起落架配置，以便在保持爬升、下降和巡航可用性的同时限制设置的复杂度。

本发明还涉及一种驾驶辅助方法(图2)。

该驾驶辅助方法包括：

-测量方法e1，由测量模块4执行，包括测量飞行器ac的竖直机动；

-计算步骤e2，由计算模块5执行，包括根据所测量的竖直机动并且根据设定点竖直机动来计算第一载荷系数；

-测量步骤e3，由测量模块6执行，包括测量倾斜角、俯仰速率和俯仰加速度；

-保护步骤e4，由保护模块7执行，包括：

o计算子步骤e41，由计算子模块71执行，包括根据所测量的倾斜角、根据所测量的俯仰速率并且根据所测量的俯仰加速度来计算第二载荷系数，

o比较子步骤e42，由比较子模块72执行，包括比较第一载荷系数与第二载荷系数以便确定适用载荷系数，该适用载荷系数等于第一载荷系数与第二载荷系数间具有最小值的载荷系数；

-计算步骤e5，由计算模块8执行，包括根据该适用载荷系数来计算升降舵控制；

-发送步骤e6，由发送模块9执行，包括将计算步骤e5中计算的升降舵控制发送至自动驾驶仪2。

该方法可以进一步包括：

-计算步骤e7，该计算步骤由计算模块10执行，包括计算能够到达飞行器ac的平衡点的推力控制的静态项，该静态项取决于飞行器ac的当前飞行高度层、飞行器ac的质量以及飞行器ac上运行的发动机的数量；

-计算步骤e8，由计算模块11执行，包括根据倾斜角测量值来计算能够保持飞行器ac的平衡点的推力控制的动态项；

-计算步骤e9，由计算模块12执行，包括将推力控制计算为静态项和动态项之和；

-发送步骤e10，由发送模块13执行，包括将推力控制发送至推力调节装置3。

该方法可以进一步包括控制步骤e11，该控制步骤由控制模块14执行，包括至少以下列方式控制推力调节装置3、自动驾驶系统21和飞行指引仪22：

-如果飞行器ac的飞行员启用推力调节装置3，则将启用命令发送至飞行指引仪22以便启用飞行指引仪22；

-如果停用自动驾驶系统21和飞行指引仪22，则将停用命令发送至推力调节装置3以便停用推力调节装置3。