CN105818964B - 操纵机构的联结方法和联结装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种操纵机构(20，50)的联结装置。至少一个力饱和器(28，58)的饱和值(SCpsat‑，SCpsat+，SCcopsat‑，SCcopsat+)适用于使得：对于这些饱和值中的每个，按照被运用在操作手柄(21，51)的力作用中心处并且在4daN与40daN之间的力反馈值施加力反馈，以使断连功能至少部分由至少一个力饱和器来执行。
Description
技术领域
本发明涉及第一操纵机构与第二操纵机构之间的联结方法和联结装置，每个操纵机构包括操作手柄和至少一个力致动器，所述操作手柄相对于底座可动，所述至少一个力致动器能够将称为力反馈的力施加在所述操纵机构的操作手柄上。本发明涉及包括这种联结装置并且实施这种联结方法的操纵装置。本发明还涉及装备有至少一个这种操纵装置的飞行器。
背景技术
在全文中，除非另作指示，术语“操纵”及其派生词表示由至少一个人类驾驶员通过操作例如驾驶杆、控制杆、脚蹬、踏板等的至少一个操纵机构来驾驶飞行器，所述操纵机构与至少一个驾驶机构(例如飞行器舵面或飞行器油门控制杆)联接。另外，术语“力”用于根据施加有该力的配置来无区别地表示力偶或力(如果涉及旋转，则为力偶，如果涉及平移，则为力)。术语“驾驶机构”表示位置或状态影响飞行器飞行的所有机构：所述驾驶机构尤其涉及舵面、发动机、旋翼桨叶等。术语“控制”及其派生词以传统方式在航空学领域表示为装置提供引起所述装置的预先确定的动作的信号。表达方式“至少基本”以习惯方式表示由于缺少非物理方向上的突然不连续而不需采用结构性特征(例如值)或功能型特征，所述不连续不仅涵盖该结构或该功能，还涵盖该结构或该功能的轻微变形，所述轻微变形在所考虑的技术背景中产生相同的性能效果，甚至相同的等级效果。
在用于操纵飞行器的小型驾驶杆的特殊情况下，操纵机构通过球形联轴节或通过围绕至少基本正交的轴线枢转的两个连接件(因此形成围绕中心点旋转的连接件)而被旋转装配和引导，这能够提供俯仰或横摇(roulis)运动。
以传统的方式，飞行器的操纵装置包括至少一个操纵机构，所述至少一个操纵机构至少部分通过传动系而与飞行器的至少一个驾驶机构(尤其是舵面、发动机等)联接，任选地至少一个称为致动器的机动致动器具有连结在传动系中的主动机构，以能够实施自动操纵以及/或者模拟操纵机构的用于回复到空挡(neutre)的特定动态行为，适当的感觉(尤其是肌力感觉)允许或方便于人类驾驶员的操纵。
可机械控制的传统操纵装置包括将操纵机构与驾驶机构完全机械联接的传动系。可电传飞行控制的操纵装置已被发展用于操纵一些飞行器，在这种操纵装置中驾驶机构未通过传动系而与操纵机构完全机械联接。这些可电传飞行控制的操纵装置具有部分传动系，该部分传动系包括至少一个装配和引导每个操纵机构的机构，每个操纵机构相对于与飞行器连成一体底座被装配和引导，并且带有位置传感器组和/或力传感器组，所述传感器与(通常用英语“fly-by-wire flight control system”或FCS表示的)飞行控制计算机联接，所述飞行控制计算机生成对于在输入端至少部分电动的伺服机构的控制信号，所述伺服机构启动一个或多个驾驶机构。
当飞行器需要由驾驶员和副驾驶员同时操控时，已知要在这两个驾驶员之间使这两个驾驶员中每个的操纵机构或驾驶杆联接，以使每个驾驶杆以随动于另一个驾驶杆的方式移动，以及使每个驾驶员能够在其驾驶杆上感受到由另一个驾驶员施加在自己的驾驶杆上的力和/或运动。使用机械控制的传统操纵装置时，通过一组用于使两个操纵机构机械联接的连杆或线缆来执行操纵机构的该联结。
还通过电控操纵装置(参见US3748749、US5291113、US2005/0080945等)已知操纵机构的这种联结。
US5291113具体描述了一种包括联结装置的操纵装置，所述联结装置实现了移动的连结与作用在驾驶员和副驾驶员的驾驶杆上的力的连结。对于每个操纵机构，该操纵装置包括与(力偶传感器形式的)力传感器和位置传感器联接的操作手柄。每个力偶传感器发送表示力偶的信号，该力偶由驾驶员施加在操作手柄上而由副驾驶员在操作手柄上感受到或由副驾驶员施加在操作手柄上而由驾驶员在操作手柄上感受到。根据由位置传感器发送的位置信号并且根据由力偶信号总和形成的力反馈值，比较器形成随后被作用在电子检验器上的力偶误差，该电子检验器发送适用于电动机的控制电流以校正该力偶误差并且改变分别由驾驶员和副驾驶员感受到的力偶。这种联结装置具有的缺点在于模拟了与驾驶员的驾驶杆和副驾驶员的驾驶杆之间的刚性连杆类似的连接件。然而，当由一个驾驶杆在另一个驾驶杆上生成的力超过预先确定的极限时，在机械系统中这种连杆通常附带有使两个驾驶杆分离的装置。
US2005/0080945也描述了一种操纵装置，所述操纵装置包括操纵机构的联结件和相反的力的估算器，所述相反的力能够在力的差值超过确定值时使所述操纵机构断联。该断连的实施尤其需要对于所作用的力的特征(signe)和差值的多次检测，因此需要大量的检测器和复杂、昂贵、体积大、笨重并且降低可靠性的构件。
WO2014009639描述了一种联结装置，所述联结装置包括校正装置，所述校正装置包括校正环路，所述校正环路适用于根据在操纵机构的操纵力绝对值和每个操纵机构的操纵力值之间的差值中选择的至少一个参数来限制力反馈值。每个致动器的控制电流还由具有预先确定的饱和电流值来限制，以保护致动器。典型地，被这种饱和器运用的饱和值对应于由致动器发送的最大力偶，即控制手柄位置处的通常大于50daN的力反馈值。然而，尽管该校正装置性能好，该校正装置昂贵、体积大并且笨重。而且，如果该校正装置适用于阻抗控制(操纵机构的位置测量和力的随动)，该校正装置不适用于导纳控制(操纵机构上的力的测量和其位置的随动，例如由FR2708112所描述)。
发明内容
因此本发明旨在提出操纵机构的一种联结方法和一种联结装置来弥补这些缺点，所述联结方法和联结装置更简单、需要较少的构件、成本较低、体积较小并且更轻。本发明还旨在提供一种与导纳控制以及与阻抗控制相容的联结方法和联结装置。
因此本发明涉及一种操纵机构的联结方法，每个操纵机构包括：
-操作手柄，所述操作手柄相对于底座可动，并且具有力作用中心，
-至少一个力致动器，所述至少一个力致动器能够将称为力反馈的力施加在所述操纵机构的操作手柄上，
在所述方法中：
-随动装置发送用于供应给每个操纵机构的每个力致动器的控制信号，力反馈被施加在每个操作手柄上，所述力反馈的值由供应给所述操纵机构的每个力致动器的控制信号来确定，该控制信号的值由所述随动装置来确定以确保所述操纵机构之间的联结关系，
-所述控制信号的值由所述随动装置的至少一个称为力饱和器的饱和器来限制，以保持在由饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+限界的值区间[SCpsat-，SCpsat+]、[SCcopsat-，SCcopsat+]之中，
-所述随动装置适用于在满足断连条件时执行使所述操纵机构断连的功能，
其特征在于，饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+适用于使得：对于这些饱和值中的每个，按照被运用在所述操作手柄的力作用中心处并且在4daN与40daN之间的力反馈值施加力反馈，以使断连功能至少部分由所述随动装置的所述至少一个力饱和器来执行。
本发明涉及一种实施根据本发明的联结方法的装置。本发明涉及一种操纵机构之间的联结装置，每个操纵机构包括：
-操作手柄，所述操作手柄相对于底座可动，并且具有力作用中心，
-至少一个力致动器，所述至少一个力致动器能够将称为力反馈的力施加在所述操纵机构的操作手柄上，
该联结装置包括随动装置，所述随动装置发送用于供应给每个操纵机构的每个力致动器的控制信号，力反馈被施加在每个操作手柄上，所述力反馈的值由供应给所述操纵机构的每个力致动器的控制信号来确定，该控制信号的值由所述随动装置来确定以确保所述操纵机构之间的联结关系，
所述随动装置包括至少一个称为力饱和器的饱和器，所述力饱和器限制了每个操纵机构的所述控制信号的值，以使所述控制信号的值保持在由饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+限界的值区间[SCpsat-，SCpsat+]、[SCcopsat-，SCcopsat+]之中，
并且在所述联结装置中，所述随动装置还适用于在满足断连条件时实施使所述操纵机构断连的功能，
其特征在于，所述随动装置适用于使饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+例如使得：对于这些饱和值中的每个，施加的力反馈具有被运用在所述操作手柄的力作用中心处并且在4daN与40daN之间的值，以使断连功能至少部分由所述随动装置的所述至少一个力饱和器来执行。
本发明涉及一种在根据本发明的装置中实施的联结方法。
因此，在根据本发明的联结方法和联结装置中，操纵装置的断连功能涉及禁止操纵机构之间的所述联结关系，该断连功能至少部分由所述饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+的特定选择而造成，所述饱和值小于现有技术的饱和值(50daN至100daN)，其中当饱和器设置用于控制致动器时，由该饱和器运用的饱和值仅被确定成保护致动器以防止控制电流过高。在根据本发明的联结方法和联结装置中，力饱和器的饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+相反被选择成对于这些饱和值，力反馈对应于在操作手柄的所述力作用中心处的力反馈值，所述力反馈值对应于使操纵机构断连的预先确定的条件。
在根据本发明的联结方法和联结装置中，不再需要设置校正环路。并且，在一些实施例中，有利地根据本发明，使操纵机构断连的功能仅由所述至少一个力饱和器来实施。在根据本发明的装置中，随动装置因此适用于使断连功能仅由所述至少一个力饱和器来实施：根据本发明的联结装置尤其免去了不同于所述至少一个力饱和器的特定回路，以限制作用在每个操纵机构上的力反馈值并且实施所述断连功能。
作为变型，例如对于操作手柄的一些自由度和/或对于一些移动方向和/或操作手柄的力的方向，同样能够设置成使所述断连功能还至少部分由联结装置的除所述至少一个力饱和器之外的其它构件来执行。
另外，根据本发明的联结方法有利地具有以下作为变型或作为组合的全部或部分特征：
-至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+为预先确定的固定值，
-至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+为可变的并且由所述至少一个力饱和器的动态检验回路发送到所述至少一个力饱和器上，
-至少其中一个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+由所述动态检验回路根据测得的被施加在操作手柄上的力与参考值之间的差值来确定，
-用于至少其中一个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+的至少一个参考值为预先确定的固定值，
-用于至少其中一个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+的至少一个参考值为可变值，所述可变值取决于操作手柄的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数的测量值，
-至少其中一个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+被存储在所述至少其中一个力的存储器中，
-操纵机构在操作手柄的同一移动方向上的饱和值SCpsat-和SCcopsat-或SCpsat+和SCcopsat+相等(固定或动态可变)，
-饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+完全相等(固定或动态可变)，
-操纵机构由第一操纵机构和第二操纵机构构成，
-随动装置适用于实施对于每个操纵机构的每个力致动器的导纳控制(施加在操纵机构的操作手柄上的力的测量和其位置的随动)，
-随动装置适用于实施对于每个操纵机构的每个力致动器的阻抗控制(操纵机构的操作手柄的位置的测量和由力致动器施加的力反馈的随动)。
同样，根据本发明的联结装置还有利地具有以下作为变型或作为组合的全部或部分特征：
-所述至少一个力饱和器适用于使至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+为预先确定的固定值，
-所述至少一个力饱和器包括存储器，在所述存储器中记载有至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat，
-所述装置包括所述至少一个力饱和器的动态检验回路，所述动态检验回路适用于将至少其中一个可变的饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+发送到所述至少一个力饱和器上；所述至少一个力饱和器的动态检验回路尤其适用于将饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+中可变的每个饱和值发送到所述至少一个力饱和器上，
-所述动态检验回路包括用于根据例如由至少一个测力传感器发送的测得的被施加在操作手柄上的力值与参考值之间的差值来调节至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+的环路，
-所述动态检验回路适用于具有用于至少其中一个、尤其是每个饱和值SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+的预先确定的至少一个固定参考值，
-所述动态检验回路包括用于至少其中一个饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+的至少一个测量传感器，所述至少一个测量传感器用于测量操作手柄的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数，并且所述动态检验回路适用于采用可变值以作为参考值，所述可变值取决于例如由所述至少一个测量传感器发送的至少一个测量值，所述至少一个测量传感器用于测量操作手柄的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数，
-随动装置适用于使操纵机构在操作手柄的同一移动方向上的饱和值SCpsat-和SCcopsat-或SCpsat+和SCcopsat+相等(固定或动态可变)，
-随动装置适用于使饱和值SCpsat-、SCpsat+、SCcopsat-、SCcopsat+完全相等(固定或动态可变)，
-操纵机构由第一操纵机构和第二操纵机构构成，
-随动装置适用于实施对于每个操纵机构的每个力致动器的导纳控制(施加在操纵机构的操作手柄上的力的测量和其位置的随动)，
-随动装置适用于实施对于每个操纵机构的每个力致动器的阻抗控制(操纵机构的操作手柄的位置的测量和由力致动器施加的力反馈的随动)，
-每个操纵机构包括固有的力饱和器。
本发明涉及一种操纵装置，其包括至少两个、尤其是两个操纵机构和这些操纵机构的根据本发明的联结装置。本发明还涉及一种操纵装置，其包括至少两个、尤其是两个操纵机构并且适用于实施这些操纵机构的根据本发明的联结方法。
本发明还涉及一种包括根据本发明的操纵装置的飞行器。
本发明还涉及组合了全部或部分上面或下面提及的特征的操纵机构联结方法、操纵机构联结装置、操纵装置(尤其飞行器操纵装置)和飞行器。
附图说明
通过阅读以下以非限制性方式给出的详细描述和附图，本发明的其它目的、特征和优点将更加清楚，在附图中：
-图1为根据符合本发明的第一实施例的联结装置的示意图，带有阻抗控制和预先确定的固定饱和值，
-图2为根据符合本发明的第二实施例的联结装置的局部示意图，该图示出了操纵机构的随动装置，带有阻抗控制和经动态检验的可变饱和值，
-图3为根据符合本发明的第三实施例的联结装置的局部示意图，该图示出了操纵机构的随动装置，带有导纳控制和预先确定的固定饱和值，
-图4为示出了符合本发明的第二实施例的与图3相似的示意图，该图示出了操纵机构的随动装置，带有导纳控制和经动态检验的可变饱和值。
具体实施方式
在图1上，示出了两个操纵机构，即用于操纵飞行器的小型驾驶杆20和50。这些小型驾驶杆分别包括操作手柄21和51，每个操作手柄适用于由驾驶员或副驾驶员操控。在所示的实施例中，这些操作手柄沿至少基本正交的两条轴线旋转可动。然而本发明适用于其它实施例(尤其是具有在球形联轴节上旋转可动的操作手柄或者具有可线性运动的操作手柄)。在所示的示例中，每个操纵机构的两条轴线中仅一条(例如俯仰轴线)被完整示出，另一条轴线(例如横摇轴线)可通过类比得到。在该示例中，所施加的力为与旋转相关的力，因此使用术语力偶来表示该力，否则可用约束来表明该力，本发明例如在具有线性运动的控制杆的情况下可完全适用，其中所施加的力为沿所述控制杆的平移轴线的力。
例如专用于驾驶员(机长)的小型驾驶杆20包括用于每条轴线的至少一个力偶传感器24，所述至少一个力偶传感器适用于提供表示力值的信号，即由驾驶员施加在操作手柄21上的力偶Fp。力偶传感器24一方面与操作手柄21联接，另一方面与适用于在操作手柄的轴线上施加力偶ΔF的电动机23联接。电动机23的转子例如可沿俯仰轴线与操作手柄的轴连结，而所述电动机的定子与操纵机构的底座40联接。位置传感器22也被装配在俯仰轴线上并且能够发送操作手柄21的位置信号θp(此处为角度位置信号)。当然，小型驾驶杆20还可包括“被动”元件(例如弹簧或缓冲器)，所述“被动”元件夹置在操作手柄的轴与底座40之间。
以对称的方式，专用于副驾驶员的小型驾驶杆50包括：操作手柄51；力偶传感器54，所述力偶传感器提供用于表示由副驾驶员施加在其操作手柄上的力偶Fcop的值的信号；电动机53；以及位置传感器52，所述位置传感器发送副驾驶员的操作手柄51的角度位置信息θcop。
在本文中并且在附图上，当参数涉及驾驶员的操纵机构时，所述参数带有下标“p”。当相同的参数涉及副驾驶员的操纵机构时，所述参数带有下标“cop”。
驾驶员的小型驾驶杆20包括计算部件，所述计算部件包括阻抗控制单元26，所述阻抗控制单元适用于接收由位置传感器22提供的位置信号θp并且提供需由驾驶员施加在操作手柄21上的理论控制力Fcmd_p。
来自位置传感器22的位置信号θp被直接传送到适用于根据位置θp来提供第一控制力值的参照表32。
信号θp还在第一微分器33中相对于时间被求导，以提供对应于操作手柄21的移动速度的信号ωp。该信号ωp被传送到适用于根据操作手柄21的移动速度来提供对应于缓冲力的力值的第二参照表34。
以相同的方式，信号ωp被供应给相对于时间的第二微分器35，以提供表示操作手柄21的加速度的信号γp。该信号γp被传送到第三参照表36的输入端，以得到对应于操作手柄21的惯性的控制力值。
注意到值ωp和γp可直接由速度传感器和加速度传感器来测量，而不是根据位置信号θp来计算。
三个控制力值随后在加法器37中彼此相加，以提供表示理论控制力的合力的值Fcmd_p。
该理论控制力Fcmd_p被传送到比较器29，在所述比较器中所述理论控制力与分别由力偶传感器24和54测量的力Fp和Fcop的总和值∑F比较。
值∑F由加法器30发送，所述加法器一方面接收由驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如由力偶传感器24发送的值Fp，另一方面接收由副驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如借助于联结开关31由力偶传感器54发送的值Fcop，所述联结开关由联结信号控制，所述联结信号由联结检验器41发送。当联结开关31断开时，两个操纵机构21、51不再联结，仅由驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的值Fp被比较器29考虑。相反，当联结开关31闭合时，两个操纵机构联结，测得的力Fp和Fcop的总和∑F被比较器29考虑。
比较器29将对应于力偶误差的信号发送到检验器27，在所述检验器中该力偶误差被转换成用于电动机23的电流信号。
检验器27的输出值被传送到称为力饱和器28的饱和器28上，在所述力饱和器中，在施加在操作手柄21上的力的第一方向上，由检验器27发送的电流信号被限制在预先确定的饱和值SCpsat+上，并且在施加在操作手柄21上的力的另一方向上，该电流信号被限制在预先确定的饱和值SCpsat-上。力饱和器28的输出端发送控制电动机23的控制信号SCp，该控制信号表示要作用在操作手柄21的俯仰轴线的轴上的力偶变化。
在该第一实施例中，被力饱和器28使用的饱和值SCpsat+、SCpsat-为记载在存储器39中的预先确定的固定值。有利地，这些值是可调节的，存储器39可写入，以能够在制造时和/或通过使用者的需求根据操纵装置所要求的特征来配置联结装置。
操作手柄具有用于接收驾驶员的手的抓握区域，在操作手柄与驾驶员的手之间传送的力的合力的作用中心可被限定在该抓握区域的中心部分上并且在驾驶员手掌的中心位置处，而无论由驾驶员在操作手柄上施加或感受到的力的方向如何。
饱和值SCpsat+、SCpsat-根据本发明来选择和调节，以实施使两个小型驾驶杆21、51断连的功能。而且，饱和值SCpsat+、SCpsat-被选择成当控制信号SCp等于这些饱和值SCpsat+、SCpsat-中的一个或另一个时由电动机23作用在操作手柄上21的力反馈引起操作手柄21上的力，在操作手柄21的力作用中心处测得的该力的绝对值在4daN与40daN之间。事实上，对于给定传动系的给定力对应于给定电流。实际上，在4daN与40daN之间选择了在操作手柄21的力作用中心处的力反馈值之后，可通过在力作用中心处安放测力计并且通过使控制信号SCp的不同值改变直到得到所选择的值而使饱和值SCpsat+、SCpsat-通过试验确定。注意到该方法实际上能够考虑传动系中的所有力、传动比、摩擦和损耗，该传动系使电动机23与操作手柄21的力作用中心联接。
还注意到，考虑由驾驶员作用在操作手柄上的力的不对称性，不需要采用施加在操作手柄21上的力的方向上的饱和值SCpsat+，该饱和值等于施加在操作手柄21上的力的另一方向上的饱和值SCpsat-。不管如何，为了得到使小型驾驶杆断连的功能，两个饱和值SCpsat+、SCpsat-为被选择成可引起在操作手柄21的所述力作用中心处的在4daN与40daN之间的力的两个饱和值。
事实上，在操作手柄21的所述力作用中心处的该力值范围完全小于与由饱和器在现有技术(50daN至100daN)中规定的饱和极限对应的力值，该力值范围能够使该简单现象引起使两个小型驾驶杆21、51之间自动断连的功能。事实上，当存在由驾驶员和副驾驶员施加的相反的力时，无论是处于阻抗控制或是导纳控制，每个操作手柄的发动机的控制电流增加以使这种相反被感受到，并且当该控制电流达到饱和器28的饱和值时，该控制电流如同所需的那样不再增加，这导致了在驾驶员的操作手柄与副驾驶员的操作手柄之间的相对运动。
饱和器28可有利地以实施比较的软件形式来实施。作为变型，饱和器还可以电子装置的形式来实施，尤其具有简单的模拟比较器。
饱和检测器42与力饱和器28相连，以检测力饱和器28的输出端具有的值等于饱和值SCpsat+、SCpsat-中的一个或另一个的现象。由该饱和检测器42发送的信号借助于过滤器43而被提供至逻辑模块44，所述逻辑模块尤其能够触发对于驾驶员和/或对于副驾驶员的警报信号和/或警报动作。
控制信号SCp被提供到为电动机23供应电流的功率回路38的输入端，该电流对应于控制信号SCp的值。更具体地，在三相电动机的情况下，功率回路38可通过在控制信号SCp的值上对iq积分而将电流值的随动环路并入，直流值id通过随动环路被保持为零。
副驾驶员的小型驾驶杆50与驾驶员的小型驾驶杆20相似，并且包括计算部件，所述计算部件包括阻抗控制单元56，所述阻抗控制单元适用于接收由位置传感器52提供的位置信号θcop并且提供需由副驾驶员施加在操作手柄51上的理论控制力Fcmd_cop。
来自位置传感器52的位置信号θcop被直接传送到适用于根据位置θcop来提供第一控制力值的参照表62。
信号θcop还在第一微分器63中相对于时间被求导，以提供对应于操作手柄51的移动速度的信号ωcop。该信号ωcop被传送到适用于根据操作手柄51的移动速度来提供对应于缓冲力的力值的第二参照表64。
以相同的方式，信号ωcop被供应给相对于时间的第二微分器65，以提供表示操作手柄51的加速度的信号γcop。该信号γcop被传送到第三参照表66的输入端，以得到对应于操作手柄51的惯性的控制力值。
作为变型，值ωp和γp可直接由速度传感器和加速度传感器来测量，而不是根据位置信号θp来计算。
三个控制力值随后在加法器67中彼此相加，以提供表示理论控制力的合力的值Fcmd_cop。
该理论控制力Fcmd_cop被传送到比较器59，在所述比较器中所述理论控制力与分别由力偶传感器24和54测量的力Fp和Fcop的总和值∑F比较。
值∑F由加法器60发送，所述加法器一方面接收由副驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如由力偶传感器54发送的值Fcop，另一方面接收由驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如借助于联结开关61由力偶传感器24发送的值Fp，所述联结开关由联结信号控制，所述联结信号由联结检验器41发送。当联结开关61断开时，两个操纵机构21、51不再联结，仅由副驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的值Fcop被比较器59考虑。相反，当联结开关61闭合时，两个操纵机构联结，测得的力Fp和Fcop的总和∑F被比较器59考虑。
比较器59将对应于力偶误差的信号发送到检验器57，在所述检验器中该力偶误差被转换成用于电动机53的电流信号。
检验器57的输出值被传送到称为力饱和器58的饱和器58上，在所述力饱和器中，在施加在操作手柄51上的力的第一方向上，由检验器57发送的电流信号被限制在预先确定的饱和值SCcopsat+上，并且在施加在操作手柄51上的力的另一方向上，该电流信号被限制在预先确定的饱和值SCcopsat-上。力饱和器58的输出端发送控制电动机53的控制信号SCcop，该控制信号表示要作用在操作手柄51的俯仰轴线的轴上的力偶变化。
与驾驶员的小型驾驶杆20相同，在该第一实施例中，对于副驾驶员的小型驾驶杆50，被力饱和器58使用的饱和值SCcopsat+、SCcopsat-为记载在存储器69中的预先确定的固定值。因此，这些值也是可调节的，存储器69可写入，以能够在制造时和/或通过使用者的需求根据操纵装置所要求的特征来配置联结装置。
饱和值SCcopsat+、SCcopsat-同样根据本发明来选择和调节，以实施使两个小型驾驶杆21、51断连的功能。而且，饱和值SCcopsat+、SCpsat-被选择成当控制信号SCcop等于这些饱和值SCcopsat+、SCcopsat-中的一个或另一个时由电动机53作用在操作手柄51上的力反馈引起在操作手柄51上的力，在操作手柄51的力作用中心处测得的该力的绝对值在4daN与40daN之间。实际上，在4daN与40daN之间选择了在操作手柄51的力作用中心处的力反馈值之后，可通过在力作用中心处安放测力计并且通过使控制信号SCcop的不同值改变直到得到所选择的值而使饱和值SCcopsat+、SCcopsat-通过试验确定。
然而，不需要采用施加在操作手柄51上的力的方向上的饱和值SCcopsat+，该饱和值等于施加在操作手柄51上的力的另一方向上的饱和值SCcopsat-。不管如何，为了得到使小型驾驶杆断连的功能，两个饱和值SCcopsat+、SCcopsat-为被选择成可引起在操作手柄51的所述力作用中心处的在4daN与40daN之间的力的两个饱和值。
饱和检测器72与力饱和器58相连，以检测力饱和器58的输出端具有的值等于饱和值SCcopsat+、SCcopsat-中的一个或另一个的现象。由该饱和检测器72发送的信号借助于过滤器73而被提供至逻辑模块74，所述逻辑模块尤其能够触发对于驾驶员和/或对于副驾驶员的警报信号和/或警报动作。
驾驶员的小型驾驶杆20所使用的饱和值SCpsat+、SCpsat-等于或不等于副驾驶员的小型驾驶杆50所使用的饱和值SCcopsat+、SCcopsat-。
控制信号SCcop被提供到为电动机53供应电流的功率回路68的输入端，该电流对应于控制信号SCcop的值。更具体地，在三相电动机的情况下，功率回路68可通过在控制信号SCp的值上对iq积分而将电流值的随动环路并入，直流值id通过随动环路保持为零。
在图2上，考虑到副驾驶员的小型驾驶杆50的随动装置是相同的，仅驾驶员的小型驾驶杆20的随动装置被示出。图2示出的第二实施例与图1的第一实施例的不同之处在于饱和值SCpsat+、SCpsat-、SCcopsat+、SCcopsat-不是预先确定的固定值而相反是动态可变的。
为此，检验器45动态确定饱和值SCpsat+、SCpsat-并且将这些饱和值传送到力饱和器28。该检验器45可由调节器形成，该调节器例如为了随动于饱和值的功能根据力的差值在(比例积分)调节器PI和(比例积分微分)调节器PID中选择。
在图2所示的示例中，检验器45根据由驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如由力偶传感器24发送的绝对值|Fp|与参考值Fref之间的差值来确定饱和值SCpsat+、SCpsat-。参考值Fref本身为根据来自位置传感器22的位置信号θp(借助于根据测得的该位置来确定所述参考值Fref的规则)而动态确定的值。为此，由驾驶员施加在其操作手柄上的力偶的例如由力偶传感器24发送的值Fp被提供至回路46的输入端，该回路的输出端发送其输入值的绝对值|Fp|，该回路46的输出端与比较器47的负极输入端联接。另外，来自位置传感器22的位置信号θp被传送到适用于提供参考值Fref的参照表48，该参考值被传送到比较器47的正极输入端。
作为变型，同样能够设置成使参考值Fref为存储在存储器中并且任选可由使用者调节的预先确定的固定值，或相反地，该参考值根据位置信号θp和/或根据速度信号ωp和/或根据加速度信号γp(参照表48例如可由与上面提及的单元26相似的单元来代替)而被动态确定。作为变型或作为组合，同样能够根据测得的位置和/或测得的速度和/或测得的加速度和/或在副驾驶员的另一驾驶杆50上测得的力来确定对于驾驶员的小型驾驶杆20的参考值Fref。
在图3上，考虑到副驾驶员的小型驾驶杆50的随动装置是相同的，仅驾驶员的小型驾驶杆20的随动装置被示出。图3示出的第三实施例与图1的实施例的不同之处在于电动机23的随动装置为导纳控制装置而不是阻抗控制装置。为此，给出由驾驶员施加在操作手柄21上的力偶的例如由力偶传感器24发送的测量值Fp的信号以及给出由副驾驶员施加在操作手柄51上的力偶的例如由力偶传感器54发送的测量值Fcop的信号被传送到加法器80的输入端，该加法器的输出端发送测得的力Fp和Fcop的总和∑F。该总和∑F被传送到发送参考位置信号θref的参照表81的输入端，所述参考位置信号通过比较器82而与来自位置传感器22的位置信号θp比较。参照表81为确定由电动机23作用在操作手柄21上的力反馈感觉(sensation)的静态规则。比较器82的输出端发送被提供到位置检验器83输入端的位置误差信号Δθ＝θref-θp，所述位置检验器的输出端发送速度参考信号ωref，该速度参考信号通过比较器84而与操作手柄21的移动速度信号ωp的值比较，该移动速度信号值可根据位置信号θp来计算或直接在操作手柄的轴上测量。比较器84的输出端发送被传送到速度检验器85输入端的速度误差信号Δω＝ωref-ωp，所述速度检验器的输出端发送用于电动机23的电流信号。
位置检验器83和速度检验器85形成系统90，该系统确定由电动机23作用在操作手柄21上的力反馈感觉的动态特征。注意到，作为未示出的变型，确定力反馈感觉的动态特征的该系统90可被简化成不包括位置检验器83(没有速度检验器85)，或者可被改变成由加速度检验器代替速度检验器85，又或补充有这种加速度检验器。
系统90的最后一个检验器的输出值(即在图3的实施例中的速度检验器85的输出值)被传送到饱和器28，该饱和器与图1的第一实施例一样提供了控制电动机23的控制信号。
图4的实施例与图3的实施例的不同之处在于饱和值SCpsat+、SCpsat-与图2的第二实施例一样为动态可变的并且由检验器45来发送。然而在图4的变型中，参考值Fref为存储在与比较器47的正极输入端联接的存储器49中的预先确定的固定值。
因此在本发明的所有实施例中，力饱和器28、58将控制电动机23、53的控制信号值限制在饱和值上，对于这些饱和值，作用在操作手柄上的力反馈满足使小型驾驶杆20、50之间的联结断连的条件。
本发明可涉及相对于仅在上面描述并且在附图上所示的实施例的大量实施变型。例如，单一随动装置可设置用于控制两个小型驾驶杆(而不是专用于这两个小型驾驶杆中的每个的两个随动装置)；单一并且相同的(满足机载安全性多余度的)公用饱和器可设置用于发送控制两个小型驾驶杆的电动机的控制信号；更复杂的逻辑模块可设置用于确定能够实施断连的饱和值SCpsat+、SCpsat-、SCcopsat+、SCcopsat-；在操纵机构的保养操作中(甚至在利用时)例如在每次使用之前，可设置借助于上面指出的测力计来调节这些饱和值的可能性；通过适当选择符合本发明的饱和值SCpsat+、SCpsat-、SCcopsat+、SCcopsat-而引起的断连可被应用在操纵机构的所有自由度上，或仅在一部分自由度上，甚至在操纵机构的自由度的唯一移动(和力)方向上；不同饱和器可被用于实施对于操纵机构的不同自由度的断连功能，或相反地，同一饱和器可被用于实施对于操纵机构的不同自由度的断连功能；位置和/或速度和/或加速度和/或力的特定传感器可被加设在装配每个操纵机构的传动系上，以实施根据本发明的联结装置和联结方法，或相反地，所使用的传感器可为已经初始设置在用于电传飞行控制的操纵机构上的传感器；本发明还可应用于除小型驾驶杆之外的其它操纵机构，例如脚蹬、气体控制杆等。
Claims (17)
1.一种操纵机构(20，50)的联结方法，每个操纵机构包括：
-操作手柄(21，51)，所述操作手柄相对于底座(40)可动，并且具有力作用中心，
-至少一个力致动器(23，53)，所述至少一个力致动器能够将称为力反馈的力施加在所述操纵机构的操作手柄上，
在所述方法中：
-随动装置发送用于供应给每个操纵机构的每个力致动器(23，53)的控制信号，力反馈被施加在每个操作手柄上，所述力反馈的值由供应给所述操纵机构的每个力致动器的控制信号来确定，所述控制信号的值(SCp，SCop)由所述随动装置来确定以确保所述操纵机构之间的联结关系，
-所述控制信号的值(SCp，SCop)由所述随动装置的至少一个称为力饱和器(28，58)的饱和器来限制，以保持在由饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)限界的值区间[SCpsat-，SCpsat+]、[SCcopsat-，SCcopsat+]之中，
-所述随动装置适用于在满足断连条件时执行使操纵机构(20，50)断连的功能，
其特征在于，饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)适用于使得：对于所述饱和值中的每个，按照被运用在操作手柄(21，51)的力作用中心处并且在4daN与40daN之间的力反馈值施加力反馈，以使断连功能至少部分由所述随动装置的所述至少一个力饱和器(28，58)来执行。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制信号的值由所述至少一个力饱和器(28，58)限制来实施使所述操纵机构断连的功能。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)是可变的并且由所述至少一个力饱和器的动态检验回路(45)发送到所述至少一个力饱和器(28，58)上。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)由所述动态检验回路(45)根据测得的被施加在操作手柄上的力与参考值(FreF)之间的差值来确定。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的至少一个参考值(FreF)为预先确定的固定值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，用于至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的至少一个参考值(FreF)为可变值，所述可变值取决于操作手柄(21，51)的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数的测量值。
7.一种操纵机构(20，50)之间的联结装置，每个操纵机构包括：
-操作手柄(21，51)，所述操作手柄相对于底座(40)可动，并且具有力作用中心，
-至少一个力致动器(23，53)，所述至少一个力致动器能够将称为力反馈的力施加在所述操纵机构的操作手柄上，
所述联结装置包括随动装置，所述随动装置发送用于供应给每个操纵机构的每个力致动器的控制信号，力反馈被施加在每个操作手柄上，所述力反馈的值由供应给所述操纵机构的每个力致动器的控制信号来确定，所述控制信号的值(SCp，SCop)由所述随动装置来确定以确保所述操纵机构之间的联结关系，
所述随动装置包括至少一个称为力饱和器(28，58)的饱和器，所述力饱和器限制了每个操纵机构的所述控制信号的值(SCp，SCop)，以使所述控制信号的值保持在由饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)限界的值区间[SCpsat-，SCpsat+]、[SCcopsat-，SCcopsat+]之中，
并且在所述联结装置中，所述随动装置还适用于在满足断连条件时执行使操纵机构(20，50)断连的功能，
其特征在于，所述随动装置适用于使饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)使得：对于所述饱和值中的每个，施加的力反馈具有被运用在操作手柄(21，51)的力作用中心处并且在4daN与40daN之间的值，以使断连功能至少部分由所述随动装置的所述至少一个力饱和器(28，58)来执行。
8.根据权利要求7所述的联结装置，其特征在于，所述随动装置适用于使所述控制信号的值由所述至少一个力饱和器(28，58)限制来实施使所述操纵机构断连的功能。
9.根据权利要求7或8所述的联结装置，其特征在于，所述至少一个力饱和器(28，58)包括存储器，在所述存储器中记载有至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)。
10.根据权利要求7或8所述的联结装置，其特征在于，所述联结装置包括所述至少一个力饱和器(28，58)的动态检验回路(45)，所述动态检验回路适用于将至少其中一个可变的饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)发送到所述至少一个力饱和器上。
11.根据权利要求10所述的联结装置，其特征在于，所述动态检验回路(45)包括用于根据由至少一个测力传感器发送的测得的被施加在操作手柄(21，51)上的力值与参考值(FreF)之间的差值来调节至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的环路。
12.根据权利要求11所述的联结装置，其特征在于，所述动态检验回路(45)包括用于根据由至少一个测力传感器发送的测得的被施加在操作手柄(21，51)上的力值与参考值(FreF)之间的差值来调节每个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的环路。
13.根据权利要求11所述的联结装置，其特征在于，所述动态检验回路(45)适用于具有用于至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的预先确定的至少一个固定参考值(FreF)。
14.根据权利要求13所述的联结装置，其特征在于，所述动态检验回路(45)适用于具有用于每个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的预先确定的至少一个固定参考值(FreF)。
15.根据权利要求11或12所述的联结装置，其特征在于，所述动态检验回路(45)包括用于至少其中一个饱和值(SCpsat-，SCpsat+，SCcopsat-，SCcopsat+)的至少一个测量传感器，所述至少一个测量传感器用于测量操作手柄的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数，并且所述动态检验回路适用于采用可变值以作为参考值(FreF)，所述可变值取决于由所述至少一个测量传感器发送的至少一个测量值，所述至少一个测量传感器用于测量操作手柄的在位置、速度和加速度中选择的至少一个动态参数。
16.一种操纵联结装置，其包括至少两个操纵机构(20，50)和所述操纵机构的根据权利要求7至15中任一项所述的联结装置。
17.一种包括根据权利要求16所述的操纵联结装置的飞行器。
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