飛行器回避一個或多個障礙的方法，相關(guān)計算機程序產(chǎn)品，電子系統(tǒng)和飛行器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及飛行器10(例如直升機)回避障礙的方法和電子系統(tǒng)，當報警系統(tǒng)12識別到碰撞地勢或障礙的風險時，本發(fā)明可以特別應用在飛行管理和飛行器導引系統(tǒng)領(lǐng)域。飛行器包括能根據(jù)障礙的接近程度產(chǎn)生警報的系統(tǒng)12和執(zhí)行該方法的電子回避系統(tǒng)30。該方法包括檢測到障礙時由系統(tǒng)12產(chǎn)生警報，如果在警報發(fā)出的有效特定時間內(nèi)未檢測到手動回避操縱，并且在這段時間仍有警報，則通過確定速度設定點和/或航向設定點，并根據(jù)設定點計算回避導引律來自動啟動自動回避導引模式，以確定障礙回避導引律。如果自動駕駛儀設備16耦合至自動回避導航模式，則將所確定的回避導引律發(fā)送至自動駕駛儀設備16，用于通過對使飛行器到達設定點的飛行器主控部件20、22進行操作來自動執(zhí)行對障礙的回避操縱。
【專利說明】
飛行器回避一個或多個障礙的方法，相關(guān)計算機程序產(chǎn)品，電 子系統(tǒng)和飛行器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設及飛行器回避一個或多個障礙的方法和電子系統(tǒng)。飛行器例如為旋翼飛 行器。本發(fā)明具體應用于在未失控情況下當監(jiān)控系統(tǒng)識別出存在與地帶或障礙發(fā)生碰撞的 風險時的飛行管理W及飛行器引導系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 已知有多個引導系統(tǒng)能勝任飛行職能，W減小風險，降低機組人員工作量。
[0003] 為提高安全性，使用能預見碰撞風險W及產(chǎn)生報警信息的系統(tǒng)。例如TAWS系統(tǒng)(地 形感知報警系統(tǒng)，Terrain Awareness and Warning System)，HTAWS系統(tǒng)（直升飛行器地形 感知報警系統(tǒng)，Helicopter Terrain Awareness and Warning System)W及GPWS系統(tǒng)（地 面接近報警系統(tǒng)，Ground Proximity Warning System)或eGPWS(增強型地面接近報警系 統(tǒng)，Enhanced Ground Proximity Warning System),能向機組人員提供報警信息解釋即將 與地形或障礙碰撞。
[0004] 使用運些系統(tǒng)一般要求機組人員斷開自動駕駛系統(tǒng)并手動駕駛飛行器，W進行回 避操縱，運增大了機組人員操縱工作量。
[0005] 此外，機組人員需要接受特殊訓練W使用運些系統(tǒng)。即便通過訓練，但是機組人員 W手動方式實施也可能發(fā)生回避操作不當，例如操作過度或操作不夠。機組人員本身可能 難W感知實際情況，而且回避操作可能不及時、不恰當，甚至未能進行回避操作.
[0006] 在理解情況和進行操作時，可能發(fā)生人為錯誤，導致安全裕度減小甚至發(fā)生碰撞。
[0007] EP 1 859 428 B1公開用于客機回避障礙的方法W及系統(tǒng)。當報警系統(tǒng)檢測到碰 撞風險且報警時，立即進行自動回避操作。
[0008] 該解決方案的缺點在于機組人員不能參與決策循環(huán)。因此，不但難于捕捉與碰撞 風險相關(guān)的情況，還存在未請求的意外的自動操作。尤其對于旋翼飛行器，其經(jīng)常飛近拔高 的地形，此時不宜突然完全自動接管指揮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本發(fā)明著手解決前述問題，尤其是通過提出一種回避障礙的方法和系統(tǒng)，為 機組人員提供協(xié)助W進行回避操縱，而無需系統(tǒng)性地切換到自行執(zhí)行回避操縱的模式。
[0010] 根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供了一種飛行器回避一個或多個障礙的方法，飛行器例 如為旋翼飛行器，飛行器包括報警系統(tǒng)和電子回避系統(tǒng)，所述報警系統(tǒng)能夠尤其根據(jù)障礙 的接近程度產(chǎn)生警報，該方法由電子回避系統(tǒng)執(zhí)行，該方法包括步驟a)-旦檢測到障礙就 由報警系統(tǒng)產(chǎn)生警報。
[0011] 此外，該方法進一步包括W下步驟：
[0012] b)如果在比第一確定時間長的時間內(nèi)沒有檢測到手動回避操縱，該第一確定時間 從報警系統(tǒng)發(fā)出警報開始生效，并且如果在該第一時間段內(nèi)警報維持，則自動激活自動障 礙回避導引模式，w確定障礙回避導引律，確定導引律包括:確定速度設定點和/或航向設 定點中的至少之一，并根據(jù)所確定的設定點計算回避導引律;W及
[0013] C)如果飛行器的自動駕駛儀設備禪合至自動回避導引模式，則向自動駕駛儀設備 傳輸在步驟b)所確定的回避導引律，W通過對飛行器的兩個主控部件中的一個和/或另一 個進行操作來自動執(zhí)行回避障礙的操縱，使飛行器到達設定點，所述報警系統(tǒng)能夠產(chǎn)生至 少第一類型和第二類型的警報，步驟b)僅在報警系統(tǒng)產(chǎn)生的警報是第二類型的警報時才執(zhí) 行。
[0014] 根據(jù)一些實施例，該方法進一步包括一個或多個下面的特征，運些特征可W單獨 存在或者可W結(jié)合：
[0015] 如果自動駕駛儀設備未禪合至自動回避導引模式，在飛行器的顯示設備上顯示在 步驟b所確定的回避導引律，W使機組人員可見，從而給機組人員提供輔助W通過對飛行器 的兩個主控部件中的一個和/或另一個進行操作來執(zhí)行手動回避操縱，W使飛行器到達設 定點；
[0016] 步驟b)僅在報警系統(tǒng)產(chǎn)生第二類型警報之前報警系統(tǒng)先產(chǎn)生第一類型警報時才 執(zhí)行；
[0017]步驟b)中自動回避導引模式的激活能夠由機組人員手動執(zhí)行；
[0018] 對于至少一個設定點，所述回避導引律包括收斂律，由此當前值必須朝向相應的 設定點收斂；
[0019] 確定導引律包括:測量作用于飛行器上的速度的當前值，并且其中，確定設定點包 括:比較一個或多個當前值與一個或多個相應的參考值，并根據(jù)比較結(jié)果確定設定點；
[0020] 所確定的設定點之一是空氣速度(air speed)或地面速度（ground speed)設定 點，其包括垂直于垂直軸線的縱向分量，并且確定包括:比較飛行器的當前空氣速度或地面 速度與最佳爬升率，并且如果當前空氣速度或地面速度低于最佳爬升率，則選擇當前空氣 速度或地面速度作為空氣速度或地面速度設定點；否則，選擇最佳爬升率；
[0021] 所確定的設定點之一是垂直速度設定點，其包括垂直分量，并且確定包括:根據(jù)警 報類型，比較飛行器的當前垂直速度與參考垂直速度值，并且如果當前垂直速度小于參考 垂直速度，則選擇參考垂直速度作為垂直速度設定點，否則，選擇當前垂直速度；
[0022] 確定包括:驗證所確定的垂直速度設定點與最小飛行航徑角之間的相容性，所述 最小飛行航徑角尤其依賴于飛行器，并且如果所確定的垂直速度設定點與最小飛行航徑角 不相容，則計算與最小飛行航徑角相容的新的垂直速度設定點；
[0023] 所確定的設定點之一是航向設定點，其中，確定導引律包括測量作用于飛行器上 的當前航向值，并且其中，確定設定點包括:驗證當前的航向值與航向約束條件之前的相容 性，并且如果當前值與該航向約束條件不相容，則計算與航向約束條件相容的新的航向設 定點；否則，選擇當前值作為航向設定點。
[0024] 根據(jù)第二方面，本發(fā)明的另一主題是一種計算機程序產(chǎn)品，包括軟件指令，當所述 軟件指令在計算機上執(zhí)行時，實施根據(jù)前述的方法。
[0025] 根據(jù)第Ξ方面，本發(fā)明的另一主題是一種用于飛行器回避一個或多個障礙的電子 回避系統(tǒng)，飛行器例如為旋翼飛行器），飛行器包括能夠尤其根據(jù)一個或多個障礙的接近程 度產(chǎn)生警報的報警系統(tǒng)，電子回避系統(tǒng)包括:用于確定導引律的裝置，導引律用于回避報警 系統(tǒng)產(chǎn)生的警報所指示的障礙，所述用于確定導引律的裝置包括用于確定速度設定點和/ 或航向設定點中的至少一個的裝置W及根據(jù)所確定的設定點計算回避導引律的裝置，
[0026] 該系統(tǒng)進一步包括激活裝置，激活裝置能夠：
[0027] (i)如果在比第一確定時間長的時間內(nèi)沒有檢測到手動回避操縱，第一確定時間 從報警系統(tǒng)發(fā)出警報(開始生效，并且如果在該第一時間段內(nèi)警報維持，則自動激活自動障 礙回避導引模式，W便由確定裝置確定障礙回避導引律;W及
[0028] (ii)如果飛行器的自動駕駛儀設備禪合至自動回避導引模式，則向自動駕駛儀設 備傳輸所計算的回避導引律，W通過對飛行器的兩個主控部件中的一個和/或另一個進行 操作來自動執(zhí)行回避障礙的操縱，使飛行器到達設定點，所述報警系統(tǒng)能夠產(chǎn)生至少第一 類型和第二類型（的警報，僅在報警系統(tǒng)產(chǎn)生的警報是第二類型的警報時才執(zhí)行自動激活。
[0029] 根據(jù)一個實施例，該系統(tǒng)還包括用于控制在機組人員可見的、飛行器的顯示設備 上進行顯示的裝置，如果自動駕駛儀設備未禪合至自動回避導引模式，該裝置能夠在顯示 設備上顯示所計算的回避導引律，W給機組人員提供輔助來通過對飛行器的兩個主控部件 中的一個和/或另一個進行操作來執(zhí)行手動回避操縱，從而使飛行器到達設定點。
[0030] 根據(jù)第四方面，本發(fā)明的另一主題是一種旋翼飛行器，包括:能夠尤其根據(jù)一個或 多個障礙的接近程度產(chǎn)生警報的報警系統(tǒng)和用于使飛行器回避一個或多個障礙的如上所 述的電子系統(tǒng)。
[0031] 因此，在報警系統(tǒng)給出了預測警報的情況下，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)一開始將主動 權(quán)留給機組人員，W使對該警報有分等級的響應。
[0032] 作為最后的手段，如果機組人員不做出響應且禪合有自動駕駛儀設備，則基于所 計算的命令進行自動回避操縱，當應用到飛行器時，該自動回避操縱允許適合于該警報級 別的回避操縱。
[0033] 可選地，如果沒有禪合自動駕駛儀設備，則將所計算的命令呈現(xiàn)給機組人員W進 行手動操縱。
[0034] 因此，本發(fā)明的方法和系統(tǒng)為機組人員提供了 W下可能性：
[0035] 不使用輔助并給出另一響應;或者
[0036] 使用輔助的手動駕駛W進行適合于該警報級別的回避操縱;或者
[0037] 使用適合于該警報級別的回避操縱的自動導引，
[0038] 同時也保證了，在機組人員沒有做出決定的情況下，自動執(zhí)行所計算的回避操縱。
[0039] 因此，改善了安全性，并且減少了機組人員的工作量并增強了駕駛舒適性。
【附圖說明】
[0040] 在閱讀下面的參考附圖的描述后，本發(fā)明的特性和優(yōu)點將變得明顯，運些描述僅 作為非限制性的示例，在附圖中：
[0041] 圖1示例性地示出了本發(fā)明的飛行器，該飛行器包括報警系統(tǒng)、速度和加速度測量 傳感器、飛行控制部件、自動駕駛儀設備、數(shù)據(jù)顯示設備和障礙回避電子系統(tǒng)，其中報警系 統(tǒng)尤其能夠根據(jù)地面或一個或多個障礙的接近程度來生成警報；
[0042] 圖2是表示不同的飛行器動力W及飛行器所需的飛行總動力的一組曲線；
[0043] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的用于回避一個或多個障礙的方法的流程圖，該方法由圖1中的 回避系統(tǒng)實施。
【具體實施方式】
[0044] 圖1示意性地示出了諸如旋轉(zhuǎn)翼飛行器之類的飛行器10,其包含報警系統(tǒng)12,該報 警系統(tǒng)12能夠尤其根據(jù)一個或多個障礙的接近程度(proximity)產(chǎn)生警報，所述一個或多 個障礙可W是地形障礙，例如與該地形的突起部分(relief)有關(guān)的部分。
[0045] 飛行器10還包括一組傳感器14,所述傳感器14能夠測量與飛行器10有關(guān)的數(shù)據(jù)， 例如飛行器10的速度和加速度。
[0046] 飛行器10還包括自動駕駛儀設備16和數(shù)據(jù)顯示設備18,所述數(shù)據(jù)顯示設備18例如 是監(jiān)測屏18。
[0047] 另外，飛行器10包括第一桿（stick)20和第二桿22,每個桿形成主控部件，所述主 控部件能夠由飛行器10的機組人員24操作而進行駕駛。
[004引根據(jù)本發(fā)明，飛行器10還包括用于飛行器10回避一個或多個障礙的電子系統(tǒng)30。
[0049] 報警系統(tǒng)12(例如TAWS型的報警系統(tǒng))本身是公知的，其適用于在飛行器靠近地形 突起部分的情形下產(chǎn)生警報。
[0050] 當報警系統(tǒng)12發(fā)出警報時，該報警系統(tǒng)12將關(guān)于警報類型的數(shù)據(jù)提供給電子回避 系統(tǒng)30。該數(shù)據(jù)可能由關(guān)于飛行限制(fli曲t constraint)的數(shù)據(jù)、關(guān)于當前飛行器狀態(tài)的 數(shù)據(jù)、W及引擎數(shù)據(jù)來形成，運些數(shù)據(jù)可W來源于報警系統(tǒng)12本身或者來自于另一個適應 性的系統(tǒng)，即傳感器14。
[0051] 然后，電子回避系統(tǒng)30能夠通過確定一個或多個速度設定點和/或航向設定點來 確定障礙回避引導律、W及根據(jù)運些設定點來計算所述引導律。
[0052] 所述傳感器組14適于測量飛行器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即與地球表面正交的方向或者基本上穿過地球 球狀物中屯、的方向。分別對應于飛行器10的當前垂直速度和飛行器10的當前垂直加速度的 所測量的垂直速度和所測量的垂直加速度分別被標示為VZ_mes和AZ_mes。
[0053] 本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然明白的是，本發(fā)明類似地應用于飛行航徑角被使用（其被標 示為FPA)而不是垂直速度VZ被使用的情形，在運種情形下，記住從一個量級到另一個量級 的轉(zhuǎn)變使用如下公式：
[0化4] -- (1)
[0055] 其中，VX代表在垂直于垂直方向Z的縱向方向X上的縱向速度。
[0056] 該組傳感器14還適用于測量指示的空氣速度或者地面速度，所測量的飛行器10的 空氣速度或者地面速度對應于飛行器10的當前空氣或者地面速度。
[0057] 所指示的空氣速度通常標示為IAS。按照慣例和為了簡化起見，在說明書的其余部 分，首字母縮寫詞IAS也將被用于地面速度。
[0058] 類似地，所測量的空氣速度被標示為IAS_mes，該標示也將被用于指代所測量的地 面速度。
[0059] 因此，在說明書的其余部分，所述空氣或地面速度將按照慣例對應于所指示的空 氣速度IAS。
[0060]本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯然明白，本發(fā)明類似地應用于所測量的空氣速度是通常的空 氣速度或者真實的空氣速度的情形，或者應用于MACH。
[0061 ]空氣或地面速度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的縱 向方向X上的縱向分量。
[0062] 該組傳感器14還適用于測量飛行器10在縱向方向X上的縱向加速度AX，所測量的 縱向加速度被標示為AX_measured。
[0063] 自動駕駛儀設備16本身是公知的，且在其被激活時，如果主控部件20、22的任何一 個都沒有被飛行器機組人員24操作，自動駕駛儀設備16允許飛行器10在飛行器10的路徑上 自動動作。
[0064] 通常，在旋翼飛行器10上，自動駕駛儀設備16總是啟動的W確?；镜姆€(wěn)定。
[0065] 另外，自動引導模式也可W被展現(xiàn)，使飛行器10按照確定的引導律被引導。
[0066] 如果運樣的自動引導模式存在，據(jù)說，當所述自動引導模式被啟動、或被激活，并 傳輸其命令至自動駕駛儀設備16時，該自動引導模式被禪合到自動駕駛儀設備16(或者自 動駕駛儀設備16被禪合到自動引導模式）。
[0067] 相反，據(jù)說，當所述自動引導模式被啟動、或被激活，但沒有傳輸其命令至自動駕 駛儀設備16時，該自動引導模式不被禪合到自動駕駛儀設備16(或者自動駕駛儀設備16不 被禪合到自動引導模式）。
[0068] 顯示屏18能夠顯示數(shù)據(jù)，尤其是來自于電子回避系統(tǒng)30的數(shù)據(jù)，W提供輔助駕駛 給飛行器機組人員24。
[0069] 在圖1所示的實施方式的例子中，顯示屏18與電子回避系統(tǒng)30是分開的。作為變 型，但沒有示出，顯示屏18集成在電子回避系統(tǒng)30中。
[0070] 第一和第二桿20、22本身是公知的，且形成飛行器10的主控部件，所述主控部件由 機組人員24操縱W駕駛飛行器。
[0071] 第一桿20也稱為總距桿Collective pitch lever),其適用于控制旋翼飛行器10 在包括垂直方向Z和縱向方向X的垂直平面內(nèi)的爬升和下降。
[0072] 第二操作桿22,也稱為循環(huán)桿(cyclic stick)或者循環(huán)的，其適用于控制旋翼飛 行器10的斜度(pitch)變化。
[0073] 電子回避系統(tǒng)30包括形成例如存儲器34的數(shù)據(jù)處理單元32和與存儲器34有關(guān)聯(lián) 的處理器36。
[0074] 在圖1所示的實施方式的例子中，電子回避系統(tǒng)30獨立于報警系統(tǒng)12和自動駕駛 儀設備16。
[0075] 作為圖中未示出的一個變化情形，電子回避系統(tǒng)30被集成在自動駕駛儀設備16 中。然后，顯示屏18對應于例如自動駕駛儀設備16的顯示屏，運在圖中未示出，數(shù)據(jù)處理單 元32對應于自動駕駛儀設備16的數(shù)據(jù)處理單元，運在圖中未示出。
[0076] 存儲器34能夠存儲采集軟件38,存儲由傳感器14組提供的數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)、來自于 報警系統(tǒng)12的數(shù)據(jù)、W及由自動駕駛儀設備16提供的任何設定點。
[0077] 存儲器34還能夠存儲用于確定速度設定點IAS_cons、VZ_cons、和/或航向設定點 CAP_cons中的一個或多個的軟件40。
[0078] 存儲器34還能夠存儲用于計算障礙回避引導律的軟件42,引導律是根據(jù)所確定的 速度設定點和/或航向設定點IAS_cons、VZ_cons、CAP_cons來計算的。
[0079] 另外，存儲器34能夠存儲用于控制與所計算的回避引導律有關(guān)的數(shù)據(jù)的在顯示屏 18上的顯示的軟件44。
[0080] 在顯示屏18上顯示的運樣的數(shù)據(jù)，對機組人員24是可見的，其提供輔助作用，W使 機組人員24能夠通過在飛行器10的兩個主控部件20、22的一個和/或另一個上動作而進行 手動回避操控。運樣的行為的目的是使飛行器10達到到所確定的設定點IAS_cons、VZ_ cons、CAP_cons〇
[0081] 還有，存儲器34能夠存儲軟件46W通過傳輸與所計算的回避引導律有關(guān)的數(shù)據(jù)給 自動駕駛儀設備16來激活自動回避引導模式，W使得自動駕駛儀設備16自動進行所述回避 操控。
[0082] 在運種情形下，自動駕駛儀設備16自動地在飛行器10的兩個主控部件20、22的一 個和/或另一個上動作，運樣的動作意圖是使飛行器10達到所確定的設定點IAS_cons、VZ_ cons、CAP_cons〇
[008引例如，被傳輸至自動駕駛儀設備16的數(shù)據(jù)包括姿態(tài)變化命令（attitude variation command)D_T肥TA_com，總距桿變化命令0_〔0化_(30111，滾轉(zhuǎn)姿態(tài)變化命令或偏航 角速率命令D_PSL_com。
[0084] 處理器36能加載并執(zhí)行每個軟件程序38、40、42、44、和46。
[0085] 采集軟件38、確定一個或多個速度設定點和/或航向設定點的軟件40、和計算障礙 回避引導律的軟件42分別形成數(shù)據(jù)采集裝置42、確定一個或多個速度設定點和/或航向設 定點的裝置40, W及計算障礙回避引導律的裝置42。
[0086] 確定一個或多個速度設定點和/或航向設定點的裝置40和計算障礙回避引導律的 裝置42更通常地形成確定障礙回避引導律的裝置40、42。
[0087] 作為一種變化情形，采集裝置、確定裝置40、W及計算裝置42采用可編程邏輯部件 的形式或者專用集成電路的形式。
[0088] 顯示控制軟件44和激活軟件46分別形成控制顯示屏18上的數(shù)據(jù)顯示的裝置44和 激活自動回避引導模式W確定回避引導律且傳輸關(guān)于所確定的引導律的數(shù)據(jù)至自動駕駛 儀設備16的裝置46.
[0089] 作為一種變化情形，顯示控制裝置44和激活裝置46采用可編程邏輯部件的形式或 者專用集成電路的形式。
[0090] 采集軟件38適用于例如采集所測量的垂直速度值和空氣值VZ_mes，IAS_mes、和所 測量的垂直的加速度值和縱向的加速度值AZ_mes、AX_mes。
[0091] 確定軟件40適于例如計算垂直速度設定點VZ_cons，空氣速度設定點IAS_cons和 航向化eading)設定點CAP_cons。垂直速度設定點VZ_cons僅包括垂直方向Z上的垂直分量， 空氣速度設定點IAS_cons包括垂直方向Z上的垂直分量W及縱向方向X上的縱向分量。
[0092] 在實施例的期望示例中，每個速度設定點￥2_(3〇113、^5_(3〇113^及航向設定點〔八口_ cons均包括目標值，根據(jù)當前值和目標值來計算回避導引律(avoidance guidance law)， W便所述當前值按照收斂律(convergence law)朝目標值收斂。
[0093] 如果在比第一確定時間T(該第一確定時間T從報警系統(tǒng)12發(fā)出警報開始生效)長 的時間內(nèi)沒有檢測到機組人員24的手動回避操縱，而且如果在第一確定時間T期間內(nèi)警報 一直在持續(xù)，則激活軟件46能夠?qū)w行器10改變成自動障礙回避導引模式。
[0094]在一個變型中，報警系統(tǒng)12生成的警報可W是不同類型的。例如，他們可W是第一 類型的預測警報：CAUTION,第二類型的預測警報:WARNING，甚至是第Ξ類型的預測警報： AVOID〇
[00M]在該變型中，如果在比第一確定時間T(該第一確定時間T從報警系統(tǒng)12發(fā)出警報 開始生效)長的時間內(nèi)沒有檢測到機組人員24的手動回避操縱，而且如果在時間T期間內(nèi)警 報一直在持續(xù)，并且只有考慮中的警報是第二類型的警報:WARNING的情況下，則激活軟件 46使飛行器10改變成自動障礙回避導引模式。
[0096] 可選地，也許需要額外的條件，即：在考慮中的警報是第二類型的警報:WARNING之 前，報警系統(tǒng)12必須先生成第一類型的警報:CAUTI0N。
[0097] 自動導引模式的激活可W由如上所述的激活軟件46來獲得，也可W通過機組人員 24的手動激活動作來獲得。
[0098] 計算軟件42適于根據(jù)所確定的速度和/或航向設定點（例如根據(jù)垂直速度設定點 VZ_cons，空氣速度設定點IAS_cons和航向設定點CA^cons)來計算用于回避一個或多個障 礙的導引律。
[0099] 計算軟件42所計算的導引律包括例如Ξ種命令，即，依賴于空氣速度設定點IAS_ cons和所測量的空氣速度IAS_mes的第一命令，依賴于垂直速度設定點VZ_cons和所測量的 垂直速度VZ_mes的第二命令，W及依賴于航向設定點CAP_cons和所測量的航向CAP_mes(對 應于飛行器10的當前航向）的第Ξ命令。
[0100] 此外，所計算的導引律首先也依賴于垂直加速度AZ，其次也依賴于縱向加速度AX。 于是，第一命令依賴于空氣速度設定點IAS_cons、所測量的空氣速度IAS_mes和縱向加速度 AX。類似地，第二命令依賴于垂直速度設定點VZ_cons、所測量的垂直速度VZ_mes和垂直加 速度AZ。
[0101] 在實施例的該所描述的示例中，其中，飛行器10是旋翼飛行器，第一命令是姿態(tài)變 化命令（attitude variation command)D_T肥TA_com，第二命令是總距桿變化命令 (collective pitch lever variation command)D_C0LL_com，第Ξ命令是滾轉(zhuǎn)姿態(tài)變化命 令或偏航角速率命令（roll attitude variation command or angular rate of yaw command)D_PSI_com。
[0102] 姿態(tài)變化命令D_raETA_com驗證例如W下等式：
[0103] D_?ETA_com = -KlX(IAS_cons-IAS_mes)+K2XAX_mes (2)
[0104] 其中，IAS_cons是空氣速度設定點，
[01化]IAS_mes是所測量的空氣速度，
[0106] AX_mes是所測量的縱向加速度，W及
[0107] K1和K2是至少取決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 間，典型地為3度/m.s^
[0109] 增益K2 W度/m. 表示，且例如在0度/m. S氣日12度/m. 之間，典型地為6度/m. S 一 9 乙I 〇
[0110] 總距桿變化命令0_〇)化_(3〇111驗證例如W下等式：
[0111] D_C0LL_com=K3X (VZ_cons-VZ_mes)-K4XAZ_mes (3)
[0112] 其中，VZ_cons是垂直速度設定點，
[0113] VZ_mes是所測量的垂直速度，
[0114] AZ_mes是所測量的垂直加速度，W及
[0115] K3和K4是至少取決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之間，典型 地為 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之間，典型 地為 1%/m.s-2。
[0118] 滾轉(zhuǎn)姿態(tài)變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是航向設定點，
[0121] CAP_mes是當前航向或所測量的航向，
[0122] K5是至少取決于高度和速度的增益，（針對旋轉(zhuǎn)姿態(tài)變化命令滾轉(zhuǎn)姿態(tài)度/航 向度（degrees of roll atti1:ude per heading degree)表示，且例如在0.1 和3之間，典型 地為1.5。
[0123] 現(xiàn)在將參考圖3來描述本發(fā)明的電子回避系統(tǒng)30的功能，圖3給出了本發(fā)明的回避 方法的流程圖。
[0124] 在初始步驟100,垂直速度VZ_mes和空氣速度IAS_mes的值由該組傳感器14測得， 然后被采集軟件38獲得。采集軟件38也獲得當前航向數(shù)據(jù)CAP_mes，W及報警系統(tǒng)12發(fā)送的 關(guān)于警報的數(shù)據(jù)。
[0125] 此外，垂直加速度AZ_mes和縱向加速度AX_mes的值由該組傳感器14測得，然后被 采集軟件38獲得。
[0126] 優(yōu)選得，在一個相同時刻測量運些不同的速度值和加速度值。然后在步驟110確定 軟件40尤其是利用先前獲取的所測得的垂直速度值、空氣速度值和航向值VZ_mes、IAS_ mes、CAP_mes來確定垂直速度設定點VZ_cons、空氣速度設定點IAS_cons和航向設定點CAP_ conso
[0127] 為此，將當前速度值IAS_mes和VZ_mes與對應的參考速度值IAS_ref和VZ_ref進行 比較，基于比較的結(jié)果來確定對應的設定點IAS_cons和VZ_cons。
[01 %]例如，為了確定空氣速度設定點IAS_cons，參考空氣速度IAS_ref可W是最佳爬升 率(best rate of climb)Vy的空氣速度。
[0129] 該最佳爬升空氣速度Vy(其可W在圖2中看見)是對應于飛行器10飛行所需的總動 力（total power)的最小值的空氣速度，該所需的總動力對應于圖2中的粗曲線60。在圖2 中，曲線62代表用于抬升飛行器10的誘導動力（induced power),曲線64代表由飛行器10上 的相對風（relative wind)的空氣動力學效應所引起的寄生動力，曲線66代表旋翼獎葉 (rotor blade)上的曳力所引起的輪廓動力（profile power)，所需的總動力是誘導動力、 寄生動力和輪廓動力之和。
[0130] 如果空氣速度設定點IAS_cons小于最佳爬升率Vy，則所測得的空氣速度IAS_mes 的值被選擇為新的空氣速度設定點IAS_cons。否則，最佳爬升率Vy的值被選擇為新的空氣 速度設定點IAS_cons。
[0131] 在確定垂直速度設定點VZ_cons時，參考垂直速度VZ_ref可W依賴于W下類型的 警報:CAUTI ON，WARNING等。例如，當警報的級別很合理時，參考垂直速度VZ_r ef可W對應于 最大動力垂直爬升速度(maximum power vedical climb speed),因此對應于在總距桿20 的最大允許位置處獲得的速度。
[0132] 如果所測得的垂直速度VZ_mes大于參考垂直速度VZ_ref，則參考垂直速度的值被 選擇為新的垂直速度設定點VZ_cons。如果不是，則所測得的垂直速度VZ_mes被選擇為新的 垂直速度設定點VZ_cons。
[0133] 也能夠驗證所確定的垂直速度設定點VZ_cons與最小飛行航徑角（minimum flight path angle)FPA_min的相容性，該最小飛行航徑角FPA_min尤其依賴于飛行器10的 特性。
[0134] 因此，如果所確定的垂直速度設定點VZ_cons與最小飛行航徑角FPA_min不相容 (compatible)，則計算與最小飛行航徑角FPA_min-致的新的垂直速度設定點VZ_cons。
[0135] 如果不存在最小飛行航徑角，則認為垂直速度設定點是默認相容的。
[0136] 計算與最小飛行航徑角FPA_min相容的新的垂直速度設定點VZ_cons可能導致將 與垂直速度VZ_mes的當前值或測得值(其與FPA_min是相容的）最接近的垂直速度選擇為新 的垂直速度設定點VZ_cons。
[0137] 在確定航向設定點CAP_cons時，測量飛行器10的當前航向值CAP_mes，并驗證其與 航向約束條件化eading constraint)的相容性。
[0138] 如果當前航向值CAP_mes與該航向約束條件不相容，則計算與該約束條件相容的 新的航向設定點CA t con S。否則，將當前航向值CAP_me S用來作為新的航向設定點CA t conso
[0139] 該計算軟件42,如圖3所示，然后在步驟160根據(jù)所確定的速度設定點和航向設定 點計算障礙回避引導律。在實施例的該描述的示例中，計算軟件42根據(jù)空氣速度設定點 IAS_cons的值、所測得的空氣速度IAS_mes的值和所測得的縱向加速度AX_mes的值按照公 式(2)計算姿態(tài)變化命令D_raETA_com。計算軟件42還根據(jù)垂直速度設定點VZ_cons的值、所 測得的垂直速度VZ_mes和所測得的垂直加速度AZ_mes的值按照公式(4)計算總距桿變化命 令0_(1)化_(3〇111。最后，計算軟件42根據(jù)航向設定點值CAP_cons和所測得的航向值CAP_mes按 照公式(5)計算滾轉(zhuǎn)姿態(tài)變化命令或偏航角速率命令D_PSI_com。
[0140] 步驟160之后，并且如果自動駕駛儀設備16與自動回避引導模式禪合，則在步驟 180電子回避系統(tǒng)30經(jīng)由傳輸軟件46將與所計算的回避引導律相關(guān)的數(shù)據(jù)傳輸給自動駕駛 儀設備16, W便自動駕駛儀設備16能夠自動進行回避操縱。尤其是，傳輸軟件46傳輸之前在 步驟160計算的姿態(tài)變AD_raETA_com、總距桿D_C0LL_com和滾轉(zhuǎn)姿態(tài)變化或偏航角速率0_ PSI_com的命令值。
[0141] 可選地，如果自動駕駛儀設備16不與自動回避引導模式禪合，則電子回避系統(tǒng)30 移動至步驟170,在此步驟，自動駕駛儀設備16的顯示軟件44管理顯示在顯示屏18上的與所 計算的回避引導律相關(guān)的數(shù)據(jù)，W允許機組人員24手動執(zhí)行所計算的回避操縱。
[0142] 并且，步驟160之后，電子回避系統(tǒng)30返回至步驟100W經(jīng)由其采集軟件38獲取新 的數(shù)據(jù)。
[0143] 返回至步驟100之后，電子回避系統(tǒng)30移動至步驟now確定新的設定點。
[0144] 優(yōu)選地，只有在所獲取的數(shù)據(jù)發(fā)生改變的情況下，才修改各個目標值VZ_cons、 IAS_cons和CAP_cons。換句話說，只有在回避操縱必須改變的情況(例如有新的障礙或者在 一障礙結(jié)束之后)下，才修改各個目標值。
【主權(quán)項】
1. 一種飛行器（10)回避一個或多個障礙的方法，飛行器（10)例如為旋翼飛行器，飛行 器(10)包括報警系統(tǒng)（12)和電子回避系統(tǒng)(30)，所述報警系統(tǒng)（12)能夠尤其根據(jù)障礙的接 近程度產(chǎn)生警報(CAUTION，WARNING )，該方法由電子回避系統(tǒng)(30)執(zhí)行，該方法包括以下步 驟： a) -旦檢測到障礙就由報警系統(tǒng)（12)產(chǎn)生警報(CAUTION, WARNING)， 其特征在于，該方法進一步包括以下步驟： b) 如果在比第一確定時間（T)長的時間內(nèi)沒有檢測到手動回避操縱，該第一確定時間 (T)從報警系統(tǒng)（12)發(fā)出警報(CAUTION，WARNING)開始生效，并且如果在該第一時間段(T) 內(nèi)警報維持，則自動激活自動障礙回避導引模式，以確定障礙回避導引律，確定導引律包 括:確定（110)速度設定點和/或航向設定點（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)的至少之一，并 根據(jù)所確定的設定點（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)計算(160)回避導引律;以及 c) 如果飛行器（10)的自動駕駛儀設備（16)耦合至自動回避導引模式，則向自動駕駛儀 設備（16)傳輸（180)在步驟b)所確定的回避導引律，以通過對飛行器（10)的兩個主控部件 (20、22)中的一個和/或另一個進行操作來自動執(zhí)行回避障礙的操縱，使飛行器(10)到達設 定點（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)，所述報警系統(tǒng)（12)能夠產(chǎn)生至少第一類型(CAUTION) 和第二類型(WARNING)的警報，步驟b)僅在報警系統(tǒng)（12)產(chǎn)生的警報是第二類型(WARNING) 的警報時才執(zhí)行。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，如果自動駕駛儀設備（16)未耦合至自動回避導引模 式，該方法包括在飛行器的顯示設備（18)上顯示（170)在步驟b)所確定的回避導引律，以使 機組人員（24)可見，從而給機組人員（24)提供輔助以通過對飛行器（10)的兩個主控部件 (20、22)中的一個和/或另一個進行操作來執(zhí)行手動回避操縱，以使飛行器(10)到達設定點 (IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)〇3. 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，步驟b)僅在報警系統(tǒng)（12)產(chǎn)生第二類型 (WARNING)警報之前報警系統(tǒng)（12)先產(chǎn)生第一類型(CAUTION)警報時才執(zhí)行。4. 如權(quán)利要求1-3中任一項所述的方法，其中，步驟b)中自動回避導引模式的激活能夠 由機組人員（24)手動執(zhí)行。5. 如權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其中，對于至少一個設定點（IAS_cons，VZ_ cons，CAP_cons)，所述回避導引律包括收斂律，由此當前值（IAS_mes，VZ_mes，CAP_mes)必 須朝向相應的設定點（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)收斂。6. 如權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其中，確定導引律包括:測量(100)作用于飛行 器（10)上的速度的當前值（IAS_m es，VZ_meS)，并且其中，確定（110)設定點（IAS_c〇ns，VZ_ cons)包括：比較一個或多個當前值（IAS_mes，VZ_mes)與一個或多個相應的參考值（IAS_ ref，VZ_ref)，并根據(jù)比較結(jié)果確定設定點（IAS_cons，VZ_cons)。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，所確定的設定點之一是空氣速度或地面速度設定點 (IAS_C〇ns)，其包括垂直于垂直軸線的縱向分量，并且確定（110)包括：比較飛行器（10)的 當前空氣速度或地面速度（IASjnes)與最佳爬升率(Vy)，并且如果當前空氣速度或地面速 度（IASjnes)低于最佳爬升率(Vy)，則選擇當前空氣速度或地面速度（IASjnes)作為空氣速 度或地面速度設定點（IAS_c 〇ns);否則，選擇最佳爬升率(Vy)。8. 如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所確定的設定點之一是垂直速度設定點（VZ_ cons)，其包括垂直分量，并且確定（110)包括:根據(jù)警報類型(CAUTION，WARNING)，比較飛行 器（10)的當前垂直速度(VZ_mes)與參考垂直速度值(VZ_ref)，并且如果當前垂直速度(VZ_ mes)小于參考垂直速度(VZ_ref)，則選擇參考垂直速度(VZ_ref)作為垂直速度設定點(VZ_ cons)，否則，選擇當前垂直速度(VZ_mes)。9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，確定（110)包括:驗證所確定的垂直速度設定點(VZ_ cons)與最小飛行航徑角(FPA_min)之間的相容性，所述最小飛行航徑角尤其依賴于飛行器 (10)，并且如果所確定的垂直速度設定點(VZ_cons)與最小飛行航徑角(FPA_min)不相容， 則計算與最小飛行航徑角(FPA_min)相容的新的垂直速度設定點(VZ_cons)。10. 如權(quán)利要求1 -9中任一項所述的方法，其中，所確定的設定點之一是航向設定點 (CAP_cons)，其中，確定導引律包括測量（100)作用于飛行器（10)上的當前航向值(CAP_ mes)，并且其中，確定（110)設定點（CAP_cons)包括:驗證當前的航向值(CAP_mes)與航向約 束條件之前的相容性，并且如果當前值(CAP_mes)與該航向約束條件不相容，則計算與航向 約束條件相容的新的航向設定點(CAP_con s);否則，選擇當前值(CAP_me s)作為航向設定點 (CAP_cons)〇11. 一種計算機程序產(chǎn)品，包括軟件指令，當所述軟件指令在計算機上執(zhí)行時，實施根 據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的方法。12. -種用于使飛行器（10)回避一個或多個障礙的電子回避系統(tǒng)（30)，飛行器（10)例 如為旋翼飛行器（10)，飛行器(10)包括能夠尤其根據(jù)一個或多個障礙的接近程度產(chǎn)生警報 (CAUTION, WARNING)的報警系統(tǒng)（12)，電子回避系統(tǒng)(30)包括：用于確定導引律的裝置(40、 42)，導引律用于回避報警系統(tǒng)（12)產(chǎn)生的警報(CAUTION，WARNING)所指示的障礙，所述用 于確定導引律的裝置(40、42)包括用于確定速度設定點和/或航向設定點（IAS_c 〇ns，VZ_ cons，CAP_cons)中的至少一個的裝置(40)以及根據(jù)所確定的設定點（IAS_cons，VZ_cons, CAP_cons)計算回避導引律的裝置(42)， 其特征在于，該系統(tǒng)進一步包括激活裝置(46)，激活裝置(46)能夠： (i) 如果在比第一確定時間（T)長的時間內(nèi)沒有檢測到手動回避操縱，第一確定時間 (T)從報警系統(tǒng)（12)發(fā)出警報(CAUTION，WARNING)開始生效，并且如果在該第一時間段(T) 內(nèi)警報維持，則自動激活自動障礙回避導引模式，以便由確定裝置(40、42)確定障礙回避導 引律；以及 (ii) 如果飛行器（10)的自動駕駛儀設備（16)耦合至自動回避導引模式，則向自動駕駛 儀設備（16)傳輸所計算的回避導引律，以通過對飛行器（10)的兩個主控部件(20、22)中的 一個和/或另一個進行操作來自動執(zhí)行回避障礙的操縱，使飛行器（10)到達設定點（IAS_ cons,VZ_cons,CAP_cons), 所述報警系統(tǒng)（12)能夠產(chǎn)生至少第一類型(CAUTION)和第二類型(WARNING)的警報，僅 在報警系統(tǒng)（12)產(chǎn)生的警報是第二類型(WARNING)的警報時才執(zhí)行自動激活。13. 如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，包括用于控制在機組人員（24)可見的、飛行器（10)的顯 示設備（18)上進行顯示的裝置(44)，如果自動駕駛儀設備（16)未耦合至自動回避導引模 式，該裝置(44)能夠在顯示設備（18)上顯示所計算的回避導引律，以給機組人員（24)提供 輔助來通過對飛行器（10)的兩個主控部件(20、22)中的一個和/或另一個進行操作來執(zhí)行 手動回避操縱，從而使飛行器(10)到達設定點（IAS_cons，VZ_cons，CAP_cons)。14. 一種飛行器（10)，例如旋翼飛行器，包括:能夠尤其根據(jù)一個或多個障礙的接近程 度產(chǎn)生警報(CAUTION，WARNING)的報警系統(tǒng)（12)和用于使飛行器（10)回避一個或多個障礙 的電子系統(tǒng)(30)，其特征在于，回避系統(tǒng)(30)符合權(quán)利要求12和13之一。
【文檔編號】G05D1/10GK105824319SQ201610053229
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年1月26日
【發(fā)明人】丹尼爾·胡貝爾, 弗朗索瓦·科隆納, 澤維爾·魯夫
【申請人】泰雷茲公司