飞行器回避一个或多个障碍的方法，相关计算机程序产品，电子系统和飞行器的制造方法

飞行器回避一个或多个障碍的方法，相关计算机程序产品，电子系统和飞行器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及飞行器10(例如直升机)回避障碍的方法和电子系统，当报警系统12识别到碰撞地势或障碍的风险时，本发明可以特别应用在飞行管理和飞行器导引系统领域。飞行器包括能根据障碍的接近程度产生警报的系统12和执行该方法的电子回避系统30。该方法包括检测到障碍时由系统12产生警报，如果在警报发出的有效特定时间内未检测到手动回避操纵，并且在这段时间仍有警报，则通过确定速度设定点和/或航向设定点，并根据设定点计算回避导引律来自动启动自动回避导引模式，以确定障碍回避导引律。如果自动驾驶仪设备16耦合至自动回避导航模式，则将所确定的回避导引律发送至自动驾驶仪设备16，用于通过对使飞行器到达设定点的飞行器主控部件20、22进行操作来自动执行对障碍的回避操纵。
【专利说明】
飞行器回避一个或多个障碍的方法，相关计算机程序产品，电 子系统和飞行器
技术领域
[0001] 本发明设及飞行器回避一个或多个障碍的方法和电子系统。飞行器例如为旋翼飞 行器。本发明具体应用于在未失控情况下当监控系统识别出存在与地带或障碍发生碰撞的 风险时的飞行管理W及飞行器引导系统。
【背景技术】
[0002] 已知有多个引导系统能胜任飞行职能，W减小风险，降低机组人员工作量。
[0003] 为提高安全性，使用能预见碰撞风险W及产生报警信息的系统。例如TAWS系统(地 形感知报警系统，Terrain Awareness and Warning System)，HTAWS系统（直升飞行器地形 感知报警系统，Helicopter Terrain Awareness and Warning System)W及GPWS系统（地 面接近报警系统，Ground Proximity Warning System)或eGPWS(增强型地面接近报警系 统，Enhanced Ground Proximity Warning System),能向机组人员提供报警信息解释即将 与地形或障碍碰撞。
[0004] 使用运些系统一般要求机组人员断开自动驾驶系统并手动驾驶飞行器，W进行回 避操纵，运增大了机组人员操纵工作量。
[0005] 此外，机组人员需要接受特殊训练W使用运些系统。即便通过训练，但是机组人员 W手动方式实施也可能发生回避操作不当，例如操作过度或操作不够。机组人员本身可能 难W感知实际情况，而且回避操作可能不及时、不恰当，甚至未能进行回避操作.
[0006] 在理解情况和进行操作时，可能发生人为错误，导致安全裕度减小甚至发生碰撞。
[0007] EP 1 859 428 B1公开用于客机回避障碍的方法W及系统。当报警系统检测到碰 撞风险且报警时，立即进行自动回避操作。
[0008] 该解决方案的缺点在于机组人员不能参与决策循环。因此，不但难于捕捉与碰撞 风险相关的情况，还存在未请求的意外的自动操作。尤其对于旋翼飞行器，其经常飞近拔高 的地形，此时不宜突然完全自动接管指挥。

【发明内容】

[0009] 因此，本发明着手解决前述问题，尤其是通过提出一种回避障碍的方法和系统，为 机组人员提供协助W进行回避操纵，而无需系统性地切换到自行执行回避操纵的模式。
[0010] 根据第一方面，本发明提供了一种飞行器回避一个或多个障碍的方法，飞行器例 如为旋翼飞行器，飞行器包括报警系统和电子回避系统，所述报警系统能够尤其根据障碍 的接近程度产生警报，该方法由电子回避系统执行，该方法包括步骤a)-旦检测到障碍就 由报警系统产生警报。
[0011] 此外，该方法进一步包括W下步骤：
[0012] b)如果在比第一确定时间长的时间内没有检测到手动回避操纵，该第一确定时间 从报警系统发出警报开始生效，并且如果在该第一时间段内警报维持，则自动激活自动障 碍回避导引模式，w确定障碍回避导引律，确定导引律包括:确定速度设定点和/或航向设 定点中的至少之一，并根据所确定的设定点计算回避导引律;W及
[0013] C)如果飞行器的自动驾驶仪设备禪合至自动回避导引模式，则向自动驾驶仪设备 传输在步骤b)所确定的回避导引律，W通过对飞行器的两个主控部件中的一个和/或另一 个进行操作来自动执行回避障碍的操纵，使飞行器到达设定点，所述报警系统能够产生至 少第一类型和第二类型的警报，步骤b)仅在报警系统产生的警报是第二类型的警报时才执 行。
[0014] 根据一些实施例，该方法进一步包括一个或多个下面的特征，运些特征可W单独 存在或者可W结合：
[0015] 如果自动驾驶仪设备未禪合至自动回避导引模式，在飞行器的显示设备上显示在 步骤b所确定的回避导引律，W使机组人员可见，从而给机组人员提供辅助W通过对飞行器 的两个主控部件中的一个和/或另一个进行操作来执行手动回避操纵，W使飞行器到达设 定点；
[0016] 步骤b)仅在报警系统产生第二类型警报之前报警系统先产生第一类型警报时才 执行；
[0017]步骤b)中自动回避导引模式的激活能够由机组人员手动执行；
[0018] 对于至少一个设定点，所述回避导引律包括收敛律，由此当前值必须朝向相应的 设定点收敛；
[0019] 确定导引律包括:测量作用于飞行器上的速度的当前值，并且其中，确定设定点包 括:比较一个或多个当前值与一个或多个相应的参考值，并根据比较结果确定设定点；
[0020] 所确定的设定点之一是空气速度(air speed)或地面速度（ground speed)设定 点，其包括垂直于垂直轴线的纵向分量，并且确定包括:比较飞行器的当前空气速度或地面 速度与最佳爬升率，并且如果当前空气速度或地面速度低于最佳爬升率，则选择当前空气 速度或地面速度作为空气速度或地面速度设定点；否则，选择最佳爬升率；
[0021] 所确定的设定点之一是垂直速度设定点，其包括垂直分量，并且确定包括:根据警 报类型，比较飞行器的当前垂直速度与参考垂直速度值，并且如果当前垂直速度小于参考 垂直速度，则选择参考垂直速度作为垂直速度设定点，否则，选择当前垂直速度；
[0022] 确定包括:验证所确定的垂直速度设定点与最小飞行航径角之间的相容性，所述 最小飞行航径角尤其依赖于飞行器，并且如果所确定的垂直速度设定点与最小飞行航径角 不相容，则计算与最小飞行航径角相容的新的垂直速度设定点；
[0023] 所确定的设定点之一是航向设定点，其中，确定导引律包括测量作用于飞行器上 的当前航向值，并且其中，确定设定点包括:验证当前的航向值与航向约束条件之前的相容 性，并且如果当前值与该航向约束条件不相容，则计算与航向约束条件相容的新的航向设 定点；否则，选择当前值作为航向设定点。
[0024] 根据第二方面，本发明的另一主题是一种计算机程序产品，包括软件指令，当所述 软件指令在计算机上执行时，实施根据前述的方法。
[0025] 根据第Ξ方面，本发明的另一主题是一种用于飞行器回避一个或多个障碍的电子 回避系统，飞行器例如为旋翼飞行器），飞行器包括能够尤其根据一个或多个障碍的接近程 度产生警报的报警系统，电子回避系统包括:用于确定导引律的装置，导引律用于回避报警 系统产生的警报所指示的障碍，所述用于确定导引律的装置包括用于确定速度设定点和/ 或航向设定点中的至少一个的装置W及根据所确定的设定点计算回避导引律的装置，
[0026] 该系统进一步包括激活装置，激活装置能够：
[0027] (i)如果在比第一确定时间长的时间内没有检测到手动回避操纵，第一确定时间 从报警系统发出警报(开始生效，并且如果在该第一时间段内警报维持，则自动激活自动障 碍回避导引模式，W便由确定装置确定障碍回避导引律;W及
[0028] (ii)如果飞行器的自动驾驶仪设备禪合至自动回避导引模式，则向自动驾驶仪设 备传输所计算的回避导引律，W通过对飞行器的两个主控部件中的一个和/或另一个进行 操作来自动执行回避障碍的操纵，使飞行器到达设定点，所述报警系统能够产生至少第一 类型和第二类型（的警报，仅在报警系统产生的警报是第二类型的警报时才执行自动激活。
[0029] 根据一个实施例，该系统还包括用于控制在机组人员可见的、飞行器的显示设备 上进行显示的装置，如果自动驾驶仪设备未禪合至自动回避导引模式，该装置能够在显示 设备上显示所计算的回避导引律，W给机组人员提供辅助来通过对飞行器的两个主控部件 中的一个和/或另一个进行操作来执行手动回避操纵，从而使飞行器到达设定点。
[0030] 根据第四方面，本发明的另一主题是一种旋翼飞行器，包括:能够尤其根据一个或 多个障碍的接近程度产生警报的报警系统和用于使飞行器回避一个或多个障碍的如上所 述的电子系统。
[0031] 因此，在报警系统给出了预测警报的情况下，本发明的方法和系统一开始将主动 权留给机组人员，W使对该警报有分等级的响应。
[0032] 作为最后的手段，如果机组人员不做出响应且禪合有自动驾驶仪设备，则基于所 计算的命令进行自动回避操纵，当应用到飞行器时，该自动回避操纵允许适合于该警报级 别的回避操纵。
[0033] 可选地，如果没有禪合自动驾驶仪设备，则将所计算的命令呈现给机组人员W进 行手动操纵。
[0034] 因此，本发明的方法和系统为机组人员提供了 W下可能性：
[0035] 不使用辅助并给出另一响应;或者
[0036] 使用辅助的手动驾驶W进行适合于该警报级别的回避操纵;或者
[0037] 使用适合于该警报级别的回避操纵的自动导引，
[0038] 同时也保证了，在机组人员没有做出决定的情况下，自动执行所计算的回避操纵。
[0039] 因此，改善了安全性，并且减少了机组人员的工作量并增强了驾驶舒适性。
【附图说明】
[0040] 在阅读下面的参考附图的描述后，本发明的特性和优点将变得明显，运些描述仅 作为非限制性的示例，在附图中：
[0041] 图1示例性地示出了本发明的飞行器，该飞行器包括报警系统、速度和加速度测量 传感器、飞行控制部件、自动驾驶仪设备、数据显示设备和障碍回避电子系统，其中报警系 统尤其能够根据地面或一个或多个障碍的接近程度来生成警报；
[0042] 图2是表示不同的飞行器动力W及飞行器所需的飞行总动力的一组曲线；
[0043] 图3是根据本发明的用于回避一个或多个障碍的方法的流程图，该方法由图1中的 回避系统实施。
【具体实施方式】
[0044] 图1示意性地示出了诸如旋转翼飞行器之类的飞行器10,其包含报警系统12,该报 警系统12能够尤其根据一个或多个障碍的接近程度(proximity)产生警报，所述一个或多 个障碍可W是地形障碍，例如与该地形的突起部分(relief)有关的部分。
[0045] 飞行器10还包括一组传感器14,所述传感器14能够测量与飞行器10有关的数据， 例如飞行器10的速度和加速度。
[0046] 飞行器10还包括自动驾驶仪设备16和数据显示设备18,所述数据显示设备18例如 是监测屏18。
[0047] 另外，飞行器10包括第一杆（stick)20和第二杆22,每个杆形成主控部件，所述主 控部件能够由飞行器10的机组人员24操作而进行驾驶。
[004引根据本发明，飞行器10还包括用于飞行器10回避一个或多个障碍的电子系统30。
[0049] 报警系统12(例如TAWS型的报警系统)本身是公知的，其适用于在飞行器靠近地形 突起部分的情形下产生警报。
[0050] 当报警系统12发出警报时，该报警系统12将关于警报类型的数据提供给电子回避 系统30。该数据可能由关于飞行限制(fli曲t constraint)的数据、关于当前飞行器状态的 数据、W及引擎数据来形成，运些数据可W来源于报警系统12本身或者来自于另一个适应 性的系统，即传感器14。
[0051] 然后，电子回避系统30能够通过确定一个或多个速度设定点和/或航向设定点来 确定障碍回避引导律、W及根据运些设定点来计算所述引导律。
[0052] 所述传感器组14适于测量飞行器10的速度和加速度，尤其是在垂直方向Z上的垂 直速度VZ和垂直加速度AZ，所述垂直方向Z即与地球表面正交的方向或者基本上穿过地球 球状物中屯、的方向。分别对应于飞行器10的当前垂直速度和飞行器10的当前垂直加速度的 所测量的垂直速度和所测量的垂直加速度分别被标示为VZ_mes和AZ_mes。
[0053] 本领域技术人员显然明白的是，本发明类似地应用于飞行航径角被使用（其被标 示为FPA)而不是垂直速度VZ被使用的情形，在运种情形下，记住从一个量级到另一个量级 的转变使用如下公式：
[0化4] -- (1)
[0055] 其中，VX代表在垂直于垂直方向Z的纵向方向X上的纵向速度。
[0056] 该组传感器14还适用于测量指示的空气速度或者地面速度，所测量的飞行器10的 空气速度或者地面速度对应于飞行器10的当前空气或者地面速度。
[0057] 所指示的空气速度通常标示为IAS。按照惯例和为了简化起见，在说明书的其余部 分，首字母缩写词IAS也将被用于地面速度。
[0058] 类似地，所测量的空气速度被标示为IAS_mes，该标示也将被用于指代所测量的地 面速度。
[0059] 因此，在说明书的其余部分，所述空气或地面速度将按照惯例对应于所指示的空 气速度IAS。
[0060]本领域的技术人员显然明白，本发明类似地应用于所测量的空气速度是通常的空 气速度或者真实的空气速度的情形，或者应用于MACH。
[0061 ]空气或地面速度IAS包括在垂直方向Z上的垂直分量W及在垂直于垂直方向Z的纵 向方向X上的纵向分量。
[0062] 该组传感器14还适用于测量飞行器10在纵向方向X上的纵向加速度AX，所测量的 纵向加速度被标示为AX_measured。
[0063] 自动驾驶仪设备16本身是公知的，且在其被激活时，如果主控部件20、22的任何一 个都没有被飞行器机组人员24操作，自动驾驶仪设备16允许飞行器10在飞行器10的路径上 自动动作。
[0064] 通常，在旋翼飞行器10上，自动驾驶仪设备16总是启动的W确保基本的稳定。
[0065] 另外，自动引导模式也可W被展现，使飞行器10按照确定的引导律被引导。
[0066] 如果运样的自动引导模式存在，据说，当所述自动引导模式被启动、或被激活，并 传输其命令至自动驾驶仪设备16时，该自动引导模式被禪合到自动驾驶仪设备16(或者自 动驾驶仪设备16被禪合到自动引导模式）。
[0067] 相反，据说，当所述自动引导模式被启动、或被激活，但没有传输其命令至自动驾 驶仪设备16时，该自动引导模式不被禪合到自动驾驶仪设备16(或者自动驾驶仪设备16不 被禪合到自动引导模式）。
[0068] 显示屏18能够显示数据，尤其是来自于电子回避系统30的数据，W提供辅助驾驶 给飞行器机组人员24。
[0069] 在图1所示的实施方式的例子中，显示屏18与电子回避系统30是分开的。作为变 型，但没有示出，显示屏18集成在电子回避系统30中。
[0070] 第一和第二杆20、22本身是公知的，且形成飞行器10的主控部件，所述主控部件由 机组人员24操纵W驾驶飞行器。
[0071] 第一杆20也称为总距杆Collective pitch lever),其适用于控制旋翼飞行器10 在包括垂直方向Z和纵向方向X的垂直平面内的爬升和下降。
[0072] 第二操作杆22,也称为循环杆(cyclic stick)或者循环的，其适用于控制旋翼飞 行器10的斜度(pitch)变化。
[0073] 电子回避系统30包括形成例如存储器34的数据处理单元32和与存储器34有关联 的处理器36。
[0074] 在图1所示的实施方式的例子中，电子回避系统30独立于报警系统12和自动驾驶 仪设备16。
[0075] 作为图中未示出的一个变化情形，电子回避系统30被集成在自动驾驶仪设备16 中。然后，显示屏18对应于例如自动驾驶仪设备16的显示屏，运在图中未示出，数据处理单 元32对应于自动驾驶仪设备16的数据处理单元，运在图中未示出。
[0076] 存储器34能够存储采集软件38,存储由传感器14组提供的数据中的数据、来自于 报警系统12的数据、W及由自动驾驶仪设备16提供的任何设定点。
[0077] 存储器34还能够存储用于确定速度设定点IAS_cons、VZ_cons、和/或航向设定点 CAP_cons中的一个或多个的软件40。
[0078] 存储器34还能够存储用于计算障碍回避引导律的软件42,引导律是根据所确定的 速度设定点和/或航向设定点IAS_cons、VZ_cons、CAP_cons来计算的。
[0079] 另外，存储器34能够存储用于控制与所计算的回避引导律有关的数据的在显示屏 18上的显示的软件44。
[0080] 在显示屏18上显示的运样的数据，对机组人员24是可见的，其提供辅助作用，W使 机组人员24能够通过在飞行器10的两个主控部件20、22的一个和/或另一个上动作而进行 手动回避操控。运样的行为的目的是使飞行器10达到到所确定的设定点IAS_cons、VZ_ cons、CAP_cons〇
[0081] 还有，存储器34能够存储软件46W通过传输与所计算的回避引导律有关的数据给 自动驾驶仪设备16来激活自动回避引导模式，W使得自动驾驶仪设备16自动进行所述回避 操控。
[0082] 在运种情形下，自动驾驶仪设备16自动地在飞行器10的两个主控部件20、22的一 个和/或另一个上动作，运样的动作意图是使飞行器10达到所确定的设定点IAS_cons、VZ_ cons、CAP_cons〇
[008引例如，被传输至自动驾驶仪设备16的数据包括姿态变化命令（attitude variation command)D_T肥TA_com，总距杆变化命令0_〔0化_(30111，滚转姿态变化命令或偏航 角速率命令D_PSL_com。
[0084] 处理器36能加载并执行每个软件程序38、40、42、44、和46。
[0085] 采集软件38、确定一个或多个速度设定点和/或航向设定点的软件40、和计算障碍 回避引导律的软件42分别形成数据采集装置42、确定一个或多个速度设定点和/或航向设 定点的装置40, W及计算障碍回避引导律的装置42。
[0086] 确定一个或多个速度设定点和/或航向设定点的装置40和计算障碍回避引导律的 装置42更通常地形成确定障碍回避引导律的装置40、42。
[0087] 作为一种变化情形，采集装置、确定装置40、W及计算装置42采用可编程逻辑部件 的形式或者专用集成电路的形式。
[0088] 显示控制软件44和激活软件46分别形成控制显示屏18上的数据显示的装置44和 激活自动回避引导模式W确定回避引导律且传输关于所确定的引导律的数据至自动驾驶 仪设备16的装置46.
[0089] 作为一种变化情形，显示控制装置44和激活装置46采用可编程逻辑部件的形式或 者专用集成电路的形式。
[0090] 采集软件38适用于例如采集所测量的垂直速度值和空气值VZ_mes，IAS_mes、和所 测量的垂直的加速度值和纵向的加速度值AZ_mes、AX_mes。
[0091] 确定软件40适于例如计算垂直速度设定点VZ_cons，空气速度设定点IAS_cons和 航向化eading)设定点CAP_cons。垂直速度设定点VZ_cons仅包括垂直方向Z上的垂直分量， 空气速度设定点IAS_cons包括垂直方向Z上的垂直分量W及纵向方向X上的纵向分量。
[0092] 在实施例的期望示例中，每个速度设定点￥2_(3〇113、^5_(3〇113^及航向设定点〔八口_ cons均包括目标值，根据当前值和目标值来计算回避导引律(avoidance guidance law)， W便所述当前值按照收敛律(convergence law)朝目标值收敛。
[0093] 如果在比第一确定时间T(该第一确定时间T从报警系统12发出警报开始生效)长 的时间内没有检测到机组人员24的手动回避操纵，而且如果在第一确定时间T期间内警报 一直在持续，则激活软件46能够将飞行器10改变成自动障碍回避导引模式。
[0094]在一个变型中，报警系统12生成的警报可W是不同类型的。例如，他们可W是第一 类型的预测警报：CAUTION,第二类型的预测警报:WARNING，甚至是第Ξ类型的预测警报： AVOID〇
[00M]在该变型中，如果在比第一确定时间T(该第一确定时间T从报警系统12发出警报 开始生效)长的时间内没有检测到机组人员24的手动回避操纵，而且如果在时间T期间内警 报一直在持续，并且只有考虑中的警报是第二类型的警报:WARNING的情况下，则激活软件 46使飞行器10改变成自动障碍回避导引模式。
[0096] 可选地，也许需要额外的条件，即：在考虑中的警报是第二类型的警报:WARNING之 前，报警系统12必须先生成第一类型的警报:CAUTI0N。
[0097] 自动导引模式的激活可W由如上所述的激活软件46来获得，也可W通过机组人员 24的手动激活动作来获得。
[0098] 计算软件42适于根据所确定的速度和/或航向设定点（例如根据垂直速度设定点 VZ_cons，空气速度设定点IAS_cons和航向设定点CA^cons)来计算用于回避一个或多个障 碍的导引律。
[0099] 计算软件42所计算的导引律包括例如Ξ种命令，即，依赖于空气速度设定点IAS_ cons和所测量的空气速度IAS_mes的第一命令，依赖于垂直速度设定点VZ_cons和所测量的 垂直速度VZ_mes的第二命令，W及依赖于航向设定点CAP_cons和所测量的航向CAP_mes(对 应于飞行器10的当前航向）的第Ξ命令。
[0100] 此外，所计算的导引律首先也依赖于垂直加速度AZ，其次也依赖于纵向加速度AX。 于是，第一命令依赖于空气速度设定点IAS_cons、所测量的空气速度IAS_mes和纵向加速度 AX。类似地，第二命令依赖于垂直速度设定点VZ_cons、所测量的垂直速度VZ_mes和垂直加 速度AZ。
[0101] 在实施例的该所描述的示例中，其中，飞行器10是旋翼飞行器，第一命令是姿态变 化命令（attitude variation command)D_T肥TA_com，第二命令是总距杆变化命令 (collective pitch lever variation command)D_C0LL_com，第Ξ命令是滚转姿态变化命 令或偏航角速率命令（roll attitude variation command or angular rate of yaw command)D_PSI_com。
[0102] 姿态变化命令D_raETA_com验证例如W下等式：
[0103] D_?ETA_com = -KlX(IAS_cons-IAS_mes)+K2XAX_mes (2)
[0104] 其中，IAS_cons是空气速度设定点，
[01化]IAS_mes是所测量的空气速度，
[0106] AX_mes是所测量的纵向加速度，W及
[0107] K1和K2是至少取决于高度和速度的增益。
[010引增益KlW度/m.s-i(degrees per m.s-1)表示，且例如在 1 度/m.s-1 和6度/m.s-1 之 间，典型地为3度/m.s^
[0109] 增益K2 W度/m. 表示，且例如在0度/m. S气日12度/m. 之间，典型地为6度/m. S 一 9 乙I 〇
[0110] 总距杆变化命令0_〇)化_(3〇111验证例如W下等式：
[0111] D_C0LL_com=K3X (VZ_cons-VZ_mes)-K4XAZ_mes (3)
[0112] 其中，VZ_cons是垂直速度设定点，
[0113] VZ_mes是所测量的垂直速度，
[0114] AZ_mes是所测量的垂直加速度，W及
[0115] K3和K4是至少取决于高度和速度的增益。
[0116] 增益K3 W %/m. s-i( %per m. S-1)表示，且例如在 1 %/m. S-1和4%/m. S-1之间，典型 地为 2%/m.s-i。
[0117] 增益K4W %/m. s-2( %per m. S-2)表示，且例如在0%/m. S-2和4%/m. S-2之间，典型 地为 1%/m.s-2。
[0118] 滚转姿态变化命令或偏航角速率命令0_?51_(3〇111例如W下等式：
[0119] D_PSI_com=K5X(CAP_cons-CAP_mes) (4)
[0120] 其中，CAP_cons是航向设定点，
[0121] CAP_mes是当前航向或所测量的航向，
[0122] K5是至少取决于高度和速度的增益，（针对旋转姿态变化命令滚转姿态度/航 向度（degrees of roll atti1:ude per heading degree)表示，且例如在0.1 和3之间，典型 地为1.5。
[0123] 现在将参考图3来描述本发明的电子回避系统30的功能，图3给出了本发明的回避 方法的流程图。
[0124] 在初始步骤100,垂直速度VZ_mes和空气速度IAS_mes的值由该组传感器14测得， 然后被采集软件38获得。采集软件38也获得当前航向数据CAP_mes，W及报警系统12发送的 关于警报的数据。
[0125] 此外，垂直加速度AZ_mes和纵向加速度AX_mes的值由该组传感器14测得，然后被 采集软件38获得。
[0126] 优选得，在一个相同时刻测量运些不同的速度值和加速度值。然后在步骤110确定 软件40尤其是利用先前获取的所测得的垂直速度值、空气速度值和航向值VZ_mes、IAS_ mes、CAP_mes来确定垂直速度设定点VZ_cons、空气速度设定点IAS_cons和航向设定点CAP_ conso
[0127] 为此，将当前速度值IAS_mes和VZ_mes与对应的参考速度值IAS_ref和VZ_ref进行 比较，基于比较的结果来确定对应的设定点IAS_cons和VZ_cons。
[01 %]例如，为了确定空气速度设定点IAS_cons，参考空气速度IAS_ref可W是最佳爬升 率(best rate of climb)Vy的空气速度。
[0129] 该最佳爬升空气速度Vy(其可W在图2中看见)是对应于飞行器10飞行所需的总动 力（total power)的最小值的空气速度，该所需的总动力对应于图2中的粗曲线60。在图2 中，曲线62代表用于抬升飞行器10的诱导动力（induced power),曲线64代表由飞行器10上 的相对风（relative wind)的空气动力学效应所引起的寄生动力，曲线66代表旋翼奖叶 (rotor blade)上的曳力所引起的轮廓动力（profile power)，所需的总动力是诱导动力、 寄生动力和轮廓动力之和。
[0130] 如果空气速度设定点IAS_cons小于最佳爬升率Vy，则所测得的空气速度IAS_mes 的值被选择为新的空气速度设定点IAS_cons。否则，最佳爬升率Vy的值被选择为新的空气 速度设定点IAS_cons。
[0131] 在确定垂直速度设定点VZ_cons时，参考垂直速度VZ_ref可W依赖于W下类型的 警报:CAUTI ON，WARNING等。例如，当警报的级别很合理时，参考垂直速度VZ_r ef可W对应于 最大动力垂直爬升速度(maximum power vedical climb speed),因此对应于在总距杆20 的最大允许位置处获得的速度。
[0132] 如果所测得的垂直速度VZ_mes大于参考垂直速度VZ_ref，则参考垂直速度的值被 选择为新的垂直速度设定点VZ_cons。如果不是，则所测得的垂直速度VZ_mes被选择为新的 垂直速度设定点VZ_cons。
[0133] 也能够验证所确定的垂直速度设定点VZ_cons与最小飞行航径角（minimum flight path angle)FPA_min的相容性，该最小飞行航径角FPA_min尤其依赖于飞行器10的 特性。
[0134] 因此，如果所确定的垂直速度设定点VZ_cons与最小飞行航径角FPA_min不相容 (compatible)，则计算与最小飞行航径角FPA_min-致的新的垂直速度设定点VZ_cons。
[0135] 如果不存在最小飞行航径角，则认为垂直速度设定点是默认相容的。
[0136] 计算与最小飞行航径角FPA_min相容的新的垂直速度设定点VZ_cons可能导致将 与垂直速度VZ_mes的当前值或测得值(其与FPA_min是相容的）最接近的垂直速度选择为新 的垂直速度设定点VZ_cons。
[0137] 在确定航向设定点CAP_cons时，测量飞行器10的当前航向值CAP_mes，并验证其与 航向约束条件化eading constraint)的相容性。
[0138] 如果当前航向值CAP_mes与该航向约束条件不相容，则计算与该约束条件相容的 新的航向设定点CA t con S。否则，将当前航向值CAP_me S用来作为新的航向设定点CA t conso
[0139] 该计算软件42,如图3所示，然后在步骤160根据所确定的速度设定点和航向设定 点计算障碍回避引导律。在实施例的该描述的示例中，计算软件42根据空气速度设定点 IAS_cons的值、所测得的空气速度IAS_mes的值和所测得的纵向加速度AX_mes的值按照公 式(2)计算姿态变化命令D_raETA_com。计算软件42还根据垂直速度设定点VZ_cons的值、所 测得的垂直速度VZ_mes和所测得的垂直加速度AZ_mes的值按照公式(4)计算总距杆变化命 令0_(1)化_(3〇111。最后，计算软件42根据航向设定点值CAP_cons和所测得的航向值CAP_mes按 照公式(5)计算滚转姿态变化命令或偏航角速率命令D_PSI_com。
[0140] 步骤160之后，并且如果自动驾驶仪设备16与自动回避引导模式禪合，则在步骤 180电子回避系统30经由传输软件46将与所计算的回避引导律相关的数据传输给自动驾驶 仪设备16, W便自动驾驶仪设备16能够自动进行回避操纵。尤其是，传输软件46传输之前在 步骤160计算的姿态变AD_raETA_com、总距杆D_C0LL_com和滚转姿态变化或偏航角速率0_ PSI_com的命令值。
[0141] 可选地，如果自动驾驶仪设备16不与自动回避引导模式禪合，则电子回避系统30 移动至步骤170,在此步骤，自动驾驶仪设备16的显示软件44管理显示在显示屏18上的与所 计算的回避引导律相关的数据，W允许机组人员24手动执行所计算的回避操纵。
[0142] 并且，步骤160之后，电子回避系统30返回至步骤100W经由其采集软件38获取新 的数据。
[0143] 返回至步骤100之后，电子回避系统30移动至步骤now确定新的设定点。
[0144] 优选地，只有在所获取的数据发生改变的情况下，才修改各个目标值VZ_cons、 IAS_cons和CAP_cons。换句话说，只有在回避操纵必须改变的情况(例如有新的障碍或者在 一障碍结束之后)下，才修改各个目标值。
【主权项】
1. 一种飞行器（10)回避一个或多个障碍的方法，飞行器（10)例如为旋翼飞行器，飞行 器(10)包括报警系统（12)和电子回避系统(30)，所述报警系统（12)能够尤其根据障碍的接 近程度产生警报(CAUTION，WARNING )，该方法由电子回避系统(30)执行，该方法包括以下步 骤： a) -旦检测到障碍就由报警系统（12)产生警报(CAUTION, WARNING)， 其特征在于，该方法进一步包括以下步骤： b) 如果在比第一确定时间（T)长的时间内没有检测到手动回避操纵，该第一确定时间 (T)从报警系统（12)发出警报(CAUTION，WARNING)开始生效，并且如果在该第一时间段(T) 内警报维持，则自动激活自动障碍回避导引模式，以确定障碍回避导引律，确定导引律包 括:确定（110)速度设定点和/或航向设定点（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)的至少之一，并 根据所确定的设定点（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)计算(160)回避导引律;以及 c) 如果飞行器（10)的自动驾驶仪设备（16)耦合至自动回避导引模式，则向自动驾驶仪 设备（16)传输（180)在步骤b)所确定的回避导引律，以通过对飞行器（10)的两个主控部件 (20、22)中的一个和/或另一个进行操作来自动执行回避障碍的操纵，使飞行器(10)到达设 定点（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)，所述报警系统（12)能够产生至少第一类型(CAUTION) 和第二类型(WARNING)的警报，步骤b)仅在报警系统（12)产生的警报是第二类型(WARNING) 的警报时才执行。2. 如权利要求1所述的方法，其中，如果自动驾驶仪设备（16)未耦合至自动回避导引模 式，该方法包括在飞行器的显示设备（18)上显示（170)在步骤b)所确定的回避导引律，以使 机组人员（24)可见，从而给机组人员（24)提供辅助以通过对飞行器（10)的两个主控部件 (20、22)中的一个和/或另一个进行操作来执行手动回避操纵，以使飞行器(10)到达设定点 (IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)〇3. 如权利要求1或2所述的方法，其中，步骤b)仅在报警系统（12)产生第二类型 (WARNING)警报之前报警系统（12)先产生第一类型(CAUTION)警报时才执行。4. 如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，步骤b)中自动回避导引模式的激活能够 由机组人员（24)手动执行。5. 如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，对于至少一个设定点（IAS_cons，VZ_ cons，CAP_cons)，所述回避导引律包括收敛律，由此当前值（IAS_mes，VZ_mes，CAP_mes)必 须朝向相应的设定点（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)收敛。6. 如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，确定导引律包括:测量(100)作用于飞行 器（10)上的速度的当前值（IAS_m es，VZ_meS)，并且其中，确定（110)设定点（IAS_c〇ns，VZ_ cons)包括：比较一个或多个当前值（IAS_mes，VZ_mes)与一个或多个相应的参考值（IAS_ ref，VZ_ref)，并根据比较结果确定设定点（IAS_cons，VZ_cons)。7. 如权利要求6所述的方法，其中，所确定的设定点之一是空气速度或地面速度设定点 (IAS_C〇ns)，其包括垂直于垂直轴线的纵向分量，并且确定（110)包括：比较飞行器（10)的 当前空气速度或地面速度（IASjnes)与最佳爬升率(Vy)，并且如果当前空气速度或地面速 度（IASjnes)低于最佳爬升率(Vy)，则选择当前空气速度或地面速度（IASjnes)作为空气速 度或地面速度设定点（IAS_c 〇ns);否则，选择最佳爬升率(Vy)。8. 如权利要求6或7所述的方法，其中，所确定的设定点之一是垂直速度设定点（VZ_ cons)，其包括垂直分量，并且确定（110)包括:根据警报类型(CAUTION，WARNING)，比较飞行 器（10)的当前垂直速度(VZ_mes)与参考垂直速度值(VZ_ref)，并且如果当前垂直速度(VZ_ mes)小于参考垂直速度(VZ_ref)，则选择参考垂直速度(VZ_ref)作为垂直速度设定点(VZ_ cons)，否则，选择当前垂直速度(VZ_mes)。9. 如权利要求8所述的方法，其中，确定（110)包括:验证所确定的垂直速度设定点(VZ_ cons)与最小飞行航径角(FPA_min)之间的相容性，所述最小飞行航径角尤其依赖于飞行器 (10)，并且如果所确定的垂直速度设定点(VZ_cons)与最小飞行航径角(FPA_min)不相容， 则计算与最小飞行航径角(FPA_min)相容的新的垂直速度设定点(VZ_cons)。10. 如权利要求1 -9中任一项所述的方法，其中，所确定的设定点之一是航向设定点 (CAP_cons)，其中，确定导引律包括测量（100)作用于飞行器（10)上的当前航向值(CAP_ mes)，并且其中，确定（110)设定点（CAP_cons)包括:验证当前的航向值(CAP_mes)与航向约 束条件之前的相容性，并且如果当前值(CAP_mes)与该航向约束条件不相容，则计算与航向 约束条件相容的新的航向设定点(CAP_con s);否则，选择当前值(CAP_me s)作为航向设定点 (CAP_cons)〇11. 一种计算机程序产品，包括软件指令，当所述软件指令在计算机上执行时，实施根 据前述权利要求中的任一项所述的方法。12. -种用于使飞行器（10)回避一个或多个障碍的电子回避系统（30)，飞行器（10)例 如为旋翼飞行器（10)，飞行器(10)包括能够尤其根据一个或多个障碍的接近程度产生警报 (CAUTION, WARNING)的报警系统（12)，电子回避系统(30)包括：用于确定导引律的装置(40、 42)，导引律用于回避报警系统（12)产生的警报(CAUTION，WARNING)所指示的障碍，所述用 于确定导引律的装置(40、42)包括用于确定速度设定点和/或航向设定点（IAS_c 〇ns，VZ_ cons，CAP_cons)中的至少一个的装置(40)以及根据所确定的设定点（IAS_cons，VZ_cons, CAP_cons)计算回避导引律的装置(42)， 其特征在于，该系统进一步包括激活装置(46)，激活装置(46)能够： (i) 如果在比第一确定时间（T)长的时间内没有检测到手动回避操纵，第一确定时间 (T)从报警系统（12)发出警报(CAUTION，WARNING)开始生效，并且如果在该第一时间段(T) 内警报维持，则自动激活自动障碍回避导引模式，以便由确定装置(40、42)确定障碍回避导 引律；以及 (ii) 如果飞行器（10)的自动驾驶仪设备（16)耦合至自动回避导引模式，则向自动驾驶 仪设备（16)传输所计算的回避导引律，以通过对飞行器（10)的两个主控部件(20、22)中的 一个和/或另一个进行操作来自动执行回避障碍的操纵，使飞行器（10)到达设定点（IAS_ cons,VZ_cons,CAP_cons), 所述报警系统（12)能够产生至少第一类型(CAUTION)和第二类型(WARNING)的警报，仅 在报警系统（12)产生的警报是第二类型(WARNING)的警报时才执行自动激活。13. 如权利要求12所述的系统，包括用于控制在机组人员（24)可见的、飞行器（10)的显 示设备（18)上进行显示的装置(44)，如果自动驾驶仪设备（16)未耦合至自动回避导引模 式，该装置(44)能够在显示设备（18)上显示所计算的回避导引律，以给机组人员（24)提供 辅助来通过对飞行器（10)的两个主控部件(20、22)中的一个和/或另一个进行操作来执行 手动回避操纵，从而使飞行器(10)到达设定点（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)。14. 一种飞行器（10)，例如旋翼飞行器，包括:能够尤其根据一个或多个障碍的接近程 度产生警报(CAUTION，WARNING)的报警系统（12)和用于使飞行器（10)回避一个或多个障碍 的电子系统(30)，其特征在于，回避系统(30)符合权利要求12和13之一。
【文档编号】G05D1/10GK105824319SQ201610053229
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】丹尼尔·胡贝尔, 弗朗索瓦·科隆纳, 泽维尔·鲁夫
【申请人】泰雷兹公司