DE69306721T2

DE69306721T2 - Handsteuerungsystem

Info

Publication number: DE69306721T2
Application number: DE69306721T
Authority: DE
Inventors: Jeffrey W Hegg; Wayne E Lance
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1992-10-06
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2013-10-05
Also published as: DE69306721D1; US5291113A; EP0591890A1; EP0591890B1

Description

Hintergrund der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Handsteuersystem gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1, wobei manuelle Steuereinrichtungen, wie beispielsweise Steuerknüppel vorgesehen sind, welche ein elektrisch simuliertes veränderliches Geschwindigkeitsgefühl besitzen. Speziell bezieht sich die Erfindung auf ein System mit zwei Steuerknüppeln, wie sie in einem Flugzeug verwendet werden, die über eine Servoschleife in einer Weise miteinander gekoppelt sind, daß sowohl die Bewegungen als auch die angelegten Kräfle der Benutzer der zwei Steuerknüppel gekoppelt sind.
Handsteuersysteme dieser Art sind aus der EP-A-0 384 806 und der DE-A-3 543 326 bekannt, bei denen die Position von Hand-Steuerknüppeln durch Positions- Erfassungseinrichtungen erfaßt wird und die erfaßten Positionssignale Steuereinrichtungen zugeführt werden, welche den Steuerknüppeln zugeordnete Motoren steuern, um einen Steuerknüppel synchron mit dem anderen zu verschieben.
Die Technologie der Servoregelkreise ist gut entwickelt, soweit sie auf dem Gebiet der Roboter angewendet wird. Speziell sind elektrische Motor- und Servo-Regelsysteme in der Vergangenheit entwickelt und bei dem Entwurf von Roboter-Handsteuerungen verwendet worden. die in der Lage sind, Kräfte beispielsweise einer menschlichen Bedienungsperson wiederzugeben, die an dem Roboterende aufgenommen werden.
Ein Beispiel des Typs von Steuerung, auf die die vorliegende Erfindung gerichtet ist, ist in dem US-Patent 4 150 803 offenbart, welche einen Steuerknüppel lehrt, der ein elektrisch simuliertes veränderliches Geschwindigkeits-Gefühlssystem besitzt. Das simulierte Gefühlssystem der Einrichtung des US-Patentes 4 150 803 versieht die Bedienungsperson mit der richtigen Kraft- und Gefühlscharakteristik, wenn es verwendet wird, um einen Ausleger zu steuern, der bei Nachtankoperationen zwischen Flugzeugen im Flug verwendet wird.
Die Arten von Steuerungen, auf die die Erfindung gerichtet ist, beinhalten allgemein die Verwendung eines Steuerknüppels, der in wenigstens zwei zueinander senkrechten Ebenen betätigbar ist, um sowohl eine vertikale als auch seitliche Steuerung der gesteuerten Einrichtung vorzugeben. Diese Erfindung kann bei Steuerungen angewendet werden, die in drei Drehachsen bzw. drei Translationsachsen mit bis zu sechs Freiheitsgraden beweglich sind. Ein Positionswandler ist dem Steuerknüppel zugeordnet und wird verwendet, um Ausgangssignale zu erzeugen, die einen Steuerbetätiger ansteuern, um die Steuerung des gesteuerten Gerätes zu bewirken. Der Ausgang des Wandlers wird ebenfalls typischerweise wenigstens einem Servomotor zugeführt, der mechanisch mit einer Achse des Steuerknüppels gekoppelt ist. Der Servomotor legt entweder eine Widerstandskraft an den Steuerknüppel an oder steuert auf Grund eines Signales, das durch Sensoren erzeugt wird, die die an die Einrichtung oder die gesteuerte Tragfläche angelegten Kräfte detektieren, den Steuerknüppel und steuert seinerseits die gesteuerte Einrichtung, um Kräfte zu vermeiden, die durch die gesteuerte Einrichtung erzeugt werden.
Diese Arten von Steuerungen sind besonders erwünscht zur Verwendung beim Betrieb von modernen heutigen Flugzeugen, insbesondere in der Form von Steuerknüppeln oder Steuergabeln. Bei der Verwendung in einem Flugzeug durch Piloten ist es erwünscht, zwei Steuerknüppel vorzugeben, einen für die Verwendung durch den Piloten und den anderen für die Verwendung durch den Kopiloten.
Im Betrieb sind die Einrichtungen, wie sie in dem Cockpit eines Flugzeuges verwendet werden, typischerweise ausgelegt, um eine bestimmte Krafi/Verschiebe-Charakteristik dem Anwender vorzugeben, wobei die Größe der Steuerknüppelverschiebung der angelegten Kraft proportional ist. Die Pilot-Steuerung erzeugt als ihren Ausgang ein elektrisches Signal entsprechend der Steuerknüppelposition und das Signal wird verwendet, um das Flugzeug durch die Einwirkung verschiedener Motoren und mechanischer Einrichtungen in einer Weise zu steuern, die dem Fachmann wohlbekannt ist und die herkömmlich ist. Bei solchen Systemen ergibt sich daher ein elektronisch gesteuerter Regler mit einer Kraft/Gefühl-Charakteristik, die rein mechanisch verbundenen Systemen entspricht. Diese Anwendungen in einem Flugzeug werden typischerweise als "fly by wire"-Anwendungen bezeichnet. Beispiele von gegenwärtig vorliegenden Anwendungen dieser Technologie sind die Systeme, die in dem Transportflugzeug Airbus A320, dem Kampfflugzeug F16 der Firma General Dynamics und der NASA-Raumfähre verwendet werden.
Bei der Verwendung auf einem Flugzeug ist es efwunseht, die zwei Steuerknüppel zusammenzukoppeln, um sicherzustellen, daß sie einander nachgeführt werden und daß nur ein einziger Satz von Befehlssignalen an das Flugzeug gegeben wird, um beispielsweise die Steuerflächen und Triebwerke zu steuern. In der Vergangenheit sind die Steuerungen der Flugzeugpiloten zwischen dem Pilotensitz und dem Kopilotensitz durch mechanische Einrichtungen, wie beispielsweise Gestänge, Wellen, hydraulische Einrichtungen und andere komplizierte aufivendige und schwergewichtige Mechanismen verbunden worden. Jüngste Anstrengungen zur Einsparung von Gewicht bei diesen mechanischen Kopplungssystemen haben zu fly by wire-Entwürfen geführt, welche keine Kopplungseinrichtungen verwenden, um die Bewegungen der Steuerknüppel des Piloten und Kopiloten zu koppeln. Der Nachteil dieser Lösung liegt darin, daß einige Mittel zur Miffelwertbildung bzw. Unterscheidung zwischen unterschiedlichen Befehlssignalen in dem Fall erforderlich sind, wo der Pilot und der Kopilot zur gleichen Zeit die Steuerungen in entgegengesetzten Richtungen bewegen. Ein anderer Nachteil eines solchen Systems liegt ferner darin, daß die Kraft/Verschiebe-Charakteristiken der Steuerungen von der Belastung der Flugzeug- Steuerflächen und von den Befehlen des Autopiloten entkoppelt sind.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gekoppeltes Piloten- und Kopiloten-Steuersystem anzugeben, ohne daß schwere und aufivendige mechanische Gestänge oder andere solche Einrichtungen, die im Stand der Technik verwendet werden, erforderlich sind und das den Vorteil der Erzielung einer genaueren Nachführungs- und Kraft/Gefühlscharakteristik zwischen den Steuerknüppeln besitzt.
Diese Aufgabe wird gelöst gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Nachdem somit die Erfindung kurz beschrieben wurde, soll diese besser verständlich werden, wenn sie in Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wird, wobei:
Figur 1 ein schematisches Diagramm eines servogekoppelten Systemes grundsätzlich gemäß dem Stand der Technik ist, das zwei manuelle Steuereinrichtungen besitzt, wobei die entsprechenden Positionen der manuellen Steuereinrichtungen festgestellt werden können und eine Rückkopplung zwischen den zwei manuellen Steuereinrichtungen vorgesehen ist, um sicherzustellen, daß die zwei Steuereinrichtungen einander in der Bewegung nachgeführt werden; und
Figur 2 ein schematisches Diagramm wie in Figur 1 ist, das einen Schaltkreis zeigt, der bei dem System der vorliegenden Erfindung verwendet wird, um sowohl eine Feststellung der Position als auch des Drehmomentes vorzugeben, die zusammen verwendet werden, um ein servogekoppeltes System der zwei manuellen Steuereinrichtungen vorzugeben.

Detaillierte Erörterung der Erfindung

Das System von Figur 1 offenbart eine Anordnung für die elektronische Kopplung der Bewegungen sowie der angelegten Kräfte, beispielsweise der manuellen Steuereinrichtungen, d.h. der Steuerknüppel des Piloten und des Kopiloten. Figur 1 ist ein vereinfachtes Blockdiagramm einer einzigen Achse, d.h. der Nick-, Roll- oder Gierachse eines servogekoppelten aktiven Doppel-Steuersystems für Piloten wobei dieKopplung erzielt wird durch Verwendung von Positionssignalen des Handgriffes, die bei der Bewegung der Steuerknüppel erzeugt werden. In Figur 1 ebenso wie in Figur 2 ist der Handgriff eines jeden Steuerknüppels direkt über ein Kardangelenk mit einem Motor gekoppelt, wobei diese Kopplung eine herkömmliche Anordnung ist, die dem Fachmann wohlbekannt ist. In der Praxis wird bei solchen Einrichtungen eine Getriebekopf typischerweise zwischen dem Motor und dem Steuerknüppel mit dem Handgriff verwendet. Aus Gründen der Vereinfachung in der Darstellung wird somit das grundlegende System der Erfindung unter Bezugnahme auf nur 1 Achsensystem beschrieben. Es liegt dem Fachmann auf der Hand, daß die grundlegende Servoregeischleife, die hier beschrieben wird und bezüglich eines einzigen Motors gezeigt ist, vervielfacht werden kann, um die erforderliche Redundanz und Mehrachsensteuerung vorzugeben, die diese Systeme erfordern.
In Figur 1 besitzt eine erste Hand-Steuereinrichtung 11 einen Steuerknüppel 15 mit einem Handgriff und einem Wellen-Positionswandler 17, der an den Steuerknüppel 15 angeschlossen ist, um Signale zu erzeugen, die die Position des Steuerknüppels 15 anzeigen. Der Steuerknüppel 15 ebenso wie der Steuerknüppel 55 in der unteren Hälfte von Figur 1 ist über ein geeignetes Kardangelenk 19 an einen Motor 23 angeschlossen. Ein Positions-Wandler 17 wird typischerweise verwendet, um die Position des Steuerknüppels 15 festzustellen, der durch Anlegung eines manuellen Einganges 13, d.h. einer Kraft bewegt wird. Alternativen zu dem Wandler können digitale Sensoren, wie beispielsweise optische Codierer, elektromagnetische Abgriffe oder andere äquivalente Einrichtungen umfassen, die einen Ersatz bilden können, wie dies dem Fachmann leicht auf der Hand liegt.
Wenn der Steuerknüppel 15 bewegt wird, so erzeugt der Positions-Wandler 17 ein Signal, welches ein Positionssignal P1 ist, das über eine Leitung 21 teilweise zu einem Positions- Anweisungsausgang für die Steuerung von beispielsweise der Flugzeug-Steuerflächen über die Leitung 25 übertragen wird und teilweise über eine Leitung 27 zu einer ersten Leitung 29, wobei es von einem zentralen Positions-Anweisungssignal auf einer Leitung 81 in einer Signal-Summiereinrichtung 33 subtrahiert wird, wenn ein solches Signal vorliegt.
Das zentrale Positions-Anweisungssignal auf der Leitung 81 kann beispielsweise von einem Autopilotensystem kommen oder ein geliefertes Signal sein, welches Kräften entspricht, die auf die Flug-Steuerflächen einwirken, welche durch Vorgabe eines Signales auf der Leitung 81 den Steuerknüppel 15 zu einer Bewegungsnachführung in einer Weise veranlassen, die einem Autopilotensystem entspricht oder Kräften, die auf die Flug- Steuerflächen einwirken. Wenn das zentrale Positions-Anweisungssignal nicht vorliegt, d.h. wenn der Autopilot nicht aktiviert ist oder keine Kräfte auf die Flug-Steuerflächen einwirken, so ist das einzige Signal, das durch die Signal-Summiereinrichtung 33 hindurchgeführt wird, das Positionssignal P1. In jedem Fall wird dieses summierte Signal durch einen Vertärker 35 geführt, der mit KS1 veranschaulicht ist, von welchem das vertärkte Positionssignal sodann durch eine weitere Summiereinrichtung 37 geführt wird, um ein Drehmoment-Fehlersignal zu erzeugen, welches der Steuerelektronik 45 zugeführt wird. Die Steuerelektronik 45 ist herkömmlicher Art und dem Fachmann auf dem Gebiet der Steuersysteme wohlbekannt und sie dient dazu, Eingänge zu verarbeiten, einschließlich von Rückkopplungssignalen, um Anregungen für die Motorwicklung zu erzeugen, die proportional zu der Position des Steuerknüppels 15 sind. Die Motor-Wicklungsanregungen werden dem Motor 23 zugeführt, um den Motor zu veranlassen, ein Widerstands- Drehmoment an dem Handgriff 15 zu erzeugen, welches ähnlich der Wirkung einer federbelasteten mechanischen Einrichtung ist, die im Stand der Technik verwendet worden ist und die mechanisch zentrierte Steuerknüppel beinhaltet. Die simulierte und erzeugte Fehlerkonstante hängt von der Verstärkung des Verstärkers 35 ab, der in einer Weise ausgewählt werden kann, die dem Fachmann wohlbekannt ist, um mechanisch federbelastete Systeme nachzubilden.
Das Wellen-Positionssignal P1 wird ebenfalls über Leitungen 31 und 39 einer Summiereinrichtung 41 zugeführt, in welcher es mit dem Wellen-Positionssignal P2 von dem zweiten Steuerknüppel 55 summiert wird, welches in diesem Fall in einer gleichen Weise wie das des Steuerknüppels 15 erzeugt wird.
Wie im unteren Teil von Figur 1 veranschaulicht, arbeitet der Steuerknüppel 55 in Kombination mit einem Positions-Wandler 57, einem Kardangelenk 59 und einem Motor 63 in einer gleichen Weise wie der erste Steuerknüppel 15, um ein Positionssignal P2 auf der Leitung 61 zu erzeugen, das zu einer zweiten Positions-Anweisungsleitung 65 ähnlich wie das erste Positions-Anweisungssignal übertragen wird.
Das zweite Positionssignal P2 wird ebenfalls über die Leitungen 67 und 71 zu der Summiereinrichtung 41 übertragen. In der Summiereinrichtung 41 wird das Positionssignal P1 von dem Steuerknüppel 15, das zu dieser über die Leitungen 31 und 39 übertragen wird, mit dem Positionssignal von dem Steuerknüppel 55 summiert. Dies führt zu einem Fehlersignal, welches durch den Verstärker 43 verstärkt wird, der durch den Verstärkungsblock KC1 angezeigt ist und der eine sehr viel größere Verstärkung aufweist, um ein stärkeres Rückführ-Drehmomentsignal gegenüber dem Signal zu erzeugen, das durch den Verstärker 35, d.h. durch den Verstärkungsblock KS1 erzeugt wird. Die zwei durch die Verstärker 35 und 43 verstärkten Signale werden sodann miteinander durch die Summiereinrichtung 37 addiert und zu der Steuerelektronik 45 zur Verarbeitung übertragen, um zu einer Motor-Drehmomentanweisung für den Motor 23 zu führen. Wie zuvor erwähnt, wird die Verarbeitung in einer Weise ausgeführt, die herkömmlich ist und dem Fachmann wohlbekannt ist. Insbesondere dient das Fehlersignal von dem Verstärker 43 nach der Verarbeitung dazu, ein Signal vorzugeben, welches den Motor 23 ansteuert, um ein Drehmoment über das Kardangelenk 19 zu erzeugen, das eine Bewegung des Steuerknüppels 15 erzwingt, so daß dieser auf die Position des Steuerknüppels 55 ausgerichtet wird, wenn auf den Steuerknüppel 55 eine Kraft 53 ausgeübt wird, beispielsweise durch einen Kopiloten. Die Verstärkung des Verstärkers 43 wird somit in Bezug auf den Verstärker 35 so gewählt, daß irgendwelche Kräfte, die auf den Steuerknüppel 55 ausgeübt werden, in einer simulierten Weise dem Benutzer des Steuerknüppels 15 wiedergegeben werden.
Gemäß der unteren Hälfte von Figur 1 wird ein Positionssignal P2, das durch den Steuerknüppel 55 auf Grund eines manuellen Einganges 53, d.h. auf Grund einer ausgeübten Kraft, erzeugt wird, über den Positions-Wandler 57 in einer ähnlichen Weise wie das Positionssignal P1 übertragen. Insbesondere wird das Positionssignal P2 über die Leitung 67 und 69 übertragen, um in der Summiereinrichtung 73 von dem Positionssignal P1 subtrahiert zu werden, das zu der Summiereinrichtung 73 über die Leitung 77 übertragen worden ist. Diese Operation führt zu einem Fehlersignal, welches zu dem Verstärker 75, d.h. zu dem Verstärkungsblock KS2 übertragen wird, in welchem es verstärkt wird und sodann zu der Steuerung 79 für die Verarbeitung übertragen wird. Das Signal von dem Verstärker 75 wird durch die Steuerung 79 verarbeitet, um ein Signal zu erzeugen das den Motor 63 veranlaßt, ein Drehmoment über das Kardangelenk 59 zu erzeugen. welches den Steuerknüppel 55 in Ausrichtung zu dem Steuerknüppel 15 bewegt, wenn der Steuerknüppel 15 durch Anlegung einer Kraft 13 auf ihn bewegt worden ist. Das System von Figur 1 gibt somit eine Servokopplung zwischen den zwei Pilotensteuerungen über die Verwendung von Positionssignalen vor.
Wie der obigen Beschreibung des Ausführungsbeispieles von Figur 1 entnommen werden kann, kann jeder Steuerknüppel 15 und 55 der entsprechenden Steuerung manuell aus einer zentralen Ruheposition durch die Anwendung einer Kraft auf seinen Handgriff bewegt werden. Der für die Bewegung durch ein Besatzungsmitglied ausgewählte Steuerknüppel wird somit zum führenden Steuerknüppel.
Wie ebenfalls in Figur 1 dargestellt und zuvor erläutert, kann ein zentrales Positions- Anweisungssignal auf einer Leitung 81 einer Summiereinrichtung 33 eingegeben werden und mit dem Positions-Rückkopplungssignal P1 summiert und durch den Verstärker 35, d.h. mit KS1 verstärkt werden. Ein solches zentrales Positions-Anweisungssignal kann beispielsweise von einem Autopilotenmechanismus stammen oder aus Kräften resultieren, die auf die Flug-Steuerflächen ausgeübt werden. Wenn das zentrale Anweisungssignal auf der Leitung 81 vorliegt, wird es summiert, d.h. das Positionssignal P1 wird davon in der Summiereinrichtung 33 subtrahiert und das summierte und verstärkte Signal wird der Steuerelektronik 45 zugeführt, die den Steuerknüppel 15 veranlaßt, sich in einer Weise zu bewegen, die der Größe und der Polarität des Ausganges entspricht. Diese Bewegung ruft die Erzeugung einer Veränderung in dem Signal P1 hervor. Die Positionskopplung des ersten Steuerknüppels 15 mit dem zentralen Positions-Anweisungssignal auf der Leitung 81 wird über die Summierverbindung 73 und über das Positionssignal P1 und die Leitung 77 zugeführt, um den zweiten Steuerknüppel 55 zu veranlassen, sich ebenfalls gemäß der Größe und Polarität des zentralen Positions-Anweisungssignales auf der Leitung 81 zu bewegen. Das Frequenzverhalten der Steuerelektronik 45 und 79 und die Dynamik der Motoren 23 und 63 und der Kardangelenke 19 und 59 ist vorzugsweise groß genug, um eine merkliche Verzögerung zwischen der Bewegung des ersten Steuerknüppels 15 und des zweiten Steuerknüppels 55 zu verhindern.
Ein Ausführungsbeispiel des Systems gemäß der Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme auf Figur 2 offenbart und erläutert. Wie im Falle des Systems von Figur 1 werden bei dem System von Figur 2 die Wellen-Positionssignale P1 und P2 durch die entsprechenden Steuerknüppel 15 und 55 erzeugt, um ein ähnliches simuliertes zentriertes Fehlerverhalten wie im Falle von Figur 1 vorzugeben. Speziell wird im Fall der oberen Hälfte des Systems das Positionssignal P1 über die Leitungen 21 und 27 der Summiereinrichtung 33 zugeführt, worin es von einem zentralen Positions- Anweisungssignal auf den Leitungen 81 und 83 - sofern vorliegend - subtrahiert wird, was zu einem Signal führt, welches sodann durch den Verstärker 35 verstärkt wird. Eine ähnliche Anordnung ist in Bezug auf das Positionssignal P2 erkennbar, welches über die Leitungen 61 und 67 der Summiereinrichtung 73 zugeführt wird, in welcher es von dem zentralen Positions-Anweisungssignal - sofern vorliegend - subtrahiert wird, das über die Leitung 85 übertragen wird. Das sich ergebende Signal wird sodann durch den Verstärker 75 verstärkt, um auf seinen Steuerknüppel rückgekoppelt zu werden.
Wenn ein zentrales Positions-Anweisungssignal, das seinen Ursprung auf der Leitung 81 hat, an die Summiereinrichtungen 33 und 73 angelegt wird, so wird es zu der Steuerelektronik 45 und 79 weitergereicht, um hierdurch die Motoren 23 und 63 anzusteuern und die entsprechenden Steuerknüppel 15 und 55 gemäß dem zentralen Positions-Anweisungssignal, z.B. auf Grund der Steuerung durch den Autopiloten zu positionieren. Auf diese Weise werden beide Steuerknüppel 15 und 55 gleichzeitig auf Grund des zentralen Positions-Anweisungssignales bewegt.
In dem System von Figur 2 wird mit oder ohne ein zentrales Positions-Anweisungssignal die Kopplung zwischen den zwei Steuerknüppeln 15 und 55 durch die zusätzliche Summierung von Drehmomentsignalen erzeugt, die an jedem Steuerknüppel 15 und 55 detektiert werden. Die Drehmomentsignale für jeden der Steuerknüppel 15 und 55 werden durch die Kraft- bzw. Drehmomentsensoren 101 und 121 erzeugt, denen jeweils Leitungen 103 und 123 entsprechend zugeordnet sind. Für den Steuerknüppel 15 wird das Drehmomentsignal, das das gemessene Drehmoment an dem Steuerknüppel 15 anzeigt, in einer Summiereinrichtung 37 mit dem verstärkten Positionssignal P1 summiert, nachdem es - sofern anwendbar - mit einem Drehmomentsignal von dem Steuerknüppel 55 zuvor in einer Summiereinrichtung 109 summiert worden ist. Das Signal entsprechend dem Drehmoment an dem Steuerknüppel 15 wird der Summiereinrichtung 109 über die Leitung 103 und über die Leitung 105 zugeführt, um mit dem Drehmomentsignal summiert zu werden, das für den Steuerknüppel 55 gemessen wird und das über die Leitungen 123 und 127 der Summiereinrichtung 109 zugeführt wird. Das summierte Signal wird sodann der Summiereinrichtung 37 zugeführt, um mit dem Positionssignal des Verstärkers 35 summiert zu werden, um zu einem Drehmoment-Fehlersignal zu führen, welches sodann durch die Steuerelektronik 45 verarbeitet wird.
In der Steuerelektronik 45 wird das summierte Signal, welches ein Drehmoment- Fehlersignal ist, verarbeitet, um ein Motor-Anweisungssignal für den Motor 23 zu erzeugen welches über das Kardangelenk 19 zu dem Steuerknüppel 15 übertragen wird, um entweder den Eingang von einem zentralen Anweisungssignal oder von dem Steuerknüppel 55 oder von keinem der beiden wiederzugeben, in welchem Fall eine Positions- und Drehmomentrückkopplung von dem Steuerknüppel 15 vorgegeben wird, um ein durch eine Feder zentriertes Verhalten zu erzeugen.
Wie erkennbar, wird bei dem Ausführungsbeispiel von Figur 2 das Drehmomentsignal verwendet, um die Steuerknüppel 15 und 55 zu koppeln, was zu einer genaueren Nachführung und Kraft-Gefühlscharakteristik zwischen den Steuerknüppeln 15 und 55 führt. Es ist somit ebenfalls erkennbar, daß während beispielsweise der Bewegung des Steuerknüppels 15 durch die Bedienungsperson ein Positionssignal P1 des Steuerknüppels 15 verwendet wird, um eine gewünschte Kraft/Verschiebecharakteristik in Abhängigkeit von der Verstärkung des Verstärkers 35, d.h. von dem Verstärkungsblock KS1 zu bilden. Dem Drehmornentsignal, das von dem Steuerknüppel 15 über die Leitungen 103 und 107 und über die Summierverbindungen 111 und 113 zu der Steuerung des Steuerknüppels 55 übertragen wird, steht anfänglich keinerlei gemessenes Drehmoment gegenüber, das durch die Leitung 123 übertragen wird. Dieses Drehmomentsignal von dem Steuerknüppel 15 wird sodann der Steuerelektronik 79 des Steuerknüppels 55 zugeführt, um ein Motor- Anweisungssignal zu erzeugen, welches den Motor 63 veranlaßt, den Steuerknüppel 55 durch das Kardangelenk 59 in einer Weise zu bewegen, die der Position des führenden Steuerknüppels 15 folgt. Dies geschieht durch Verarbeitung des Drehmomentsignales, das der Steuerelektronik 79 zugeführt wird in einer herkömmlichen Weise, um zu einer Motoranweisung zu führen, die das Drehmoment und die Positionsrückkupplung von dem Steuerknüppel 55 ausgleicht, um einen Drehmomentfehler von Null zu erzielen.
Wenn eine zweite Bedienungsperson ein Drehmoment an den Steuerknüppel 55 anlegt, so werden sowohl die Position als auch das Drehmoment an den Steuerknüppeln 15 und 55 gemessen und ensprechende Signale erzeugt. Das Positionssignal P2 wird über die Leitungen 61 und 67 der Summiereinrichtung 73 zugeführt, in welcher es von einem zentralen Positions-Anweisungssignal subtrahiert wird, falls dies auf den Leitungen 81 und 85 vorhanden ist und das Ergebnis wird sodann durch den Verstärker 75 verstärkt. Das durch den Drehmomentsensor 121 erzeugte Drehmomentsignal wird über die Leitungen 123 und 125 der Summiereinrichtung 111 zugeführt, um mit dem Drehmomentsignal von dem Drehmomentsensor 101 addiert zu werden. Das Ergebnis dieser Addition wird danach dem verstärkten Ausgang des Verstärkers 75 hinzuaddiert und die Summe wird sodann zu der Steuerelektronik 79 weitergegeben.
Das gemessene Drehmomentsignal von dem Steuerknüppel 55 wird ebenfalls über die Leitung 123 uiid 127 der Steuerelektronik 45 zugeführt, um mit den anderen detektierten Signalen kombiniert zu werden und den Steuerknüppel 15 zu steuern, wie zuvor beschrieben. Es sei somit vermerkt, daß in dem Fall, wo ein Widerstands-Drehmoment durch eine zweite Bedienungsperson an den Handgriff des Steuerknüppels 55 angelegt wird, das sich ergebende Drehmomentsignal den Drehmomentfehler beeinflußt, der in die Steuerelektronik 45 des Steuerknüppels 15 eingegeben wird. Die Steuerelektronik 45 des Steuerknüppels 15 wird die Motoranweisung an den Motor 23 einstellen, um die Kraft an den Handgriff des Steuerknüppels 15 anzulegen und der Bedienungsperson des Steuerknüppels 15 das Drehmomentgefühl zu vermitteln, das durch die Bedienungsperson des Steuerknüppels 55 ausgeübt wird. Die Steuerelektronik 45 und 79 ist so entworfen, daß die Steuerknüppel 15 und 55 immer unter allen Fällen des gegenseitig angelegten Drehmomentes bis zu einem maximalen Drehmoment der Motoren in der Position gekoppelt bleiben. Das Frequenzverhalten der Steuerelektronik 45 und 79 und die Dynamik der Motoren 23 und 63 und der Kardangelenke 19 und 59 ist hoch genug gewählt, um eine merkbare Verzögerung zwischen der Position der ersten und zweiten Steuerknüppel 15 und 55 zu verhindern.
Bezüglich eines zentralen Steuersignales, das beispielsweise von einem Autopiloten über die Leitung 81 geliefert wird, wird in diesem Ausführungsbeispiel das Signal direkt über die Leitungen 83 und 85 an die entsprechenden Summiereinrichtungen 33 und 111 angelegt. Der Einfluß eines solchen Signales liegt somit darin, die Steuerknüppel 15 und 55 z.B. gemäß dem Betrieb eines Autopiloten einander nachzuführen.

Claims

1.Handsteuersystem, aufweisend:

a) eine gekoppelte erste Handsteuereinrichtung (15) und zweite Handsteuereinrichtung (55) zur Erzeugung von Steuersignalen auf Grund von entsprechenden manuellen Eingängen (13,53), wobei die erste Handsteuereinrichtung (15) eine führende Steuereinrichtung und die zweite Handsteuereinrichtung (55) eine Folge-Steuereinrichtung ist;

b) eine erste Positions-Detektoreinrichtung (17) zur Feststellung der Position der ersten Handsteuereinrichtung (15) und zur Erzeugung eines ersten Positionssignales auf Grund dessen;

c) eine zweite Positions-Detektoreinrichtung (57) zur Feststellung der Position der zweiten manuellen Handsteuereinrichtung (55) und zur Erzeugung eines zweiten Positionssignales auf Grund dessen;

d) eine erste Steuer-Elektronikeinrichtung (45) zur Verarbeitung des Positionssignales, um ein Befehlsignal für die erste Handsteuereinrichtung (15) und eine vorbestimmte Kraft/Verschiebecharakteristik für die erste Handsteuereinrichtung zu erzeugen; und

e) eine zweite Steuer-Elektronikeinrichtung (79) zur Erzeugung eines Befehlsignales, um die zweite Handsteuereinrichtung (55) zu veranlassen, der Position der ersten Handsteuereinrichtung (15) zu folgen;

gekennzeichnet durch

f) eine erste Drehmoment-Detektoreinrichtung (101) zur Feststellung des auf die erste Handsteuereinrichtung (15) ausgeübten Drehmomentes und zur Erzeugung eines ersten Drehmomentsignales auf Grund dessen, welches erste Drehmomentsignal durch die zweite Steuer-Elektronikeinrichtung (79) empfangen und verarbeitet wird;

g) eine zweite Drehmoment-Detektoreinrichtung (121) zur Feststellung des auf die zweite Handsteuereinrichtung (55) ausgeübten Drehmomentes und zur Erzeugung eines zweiten Drehmomentsignales auf Grund dessen;

h) eine erste Summiereinrichtung (33,37,109) zur Summierung des ersten Positionssignales und des ersten Drehmomentsignales, um ein erstes Drehmoment-Fehlersignal zu erzeugen und das erste Drehmoment-Fehlersignal an die erste Steuer-Elektronikeinrichtung (45) zu liefern.

i) eine zweite Summiereinrichtung (73,111,113) zur Summierung des zweiten Positionssignales und des zweiten Drehmomentsignales, um ein zweites Drehmoment-Fehlersignal zu erzeugen und das zweite Drehmoment- Fehlersignal an die zweite Steuer-Elektronikeinrichtung (79) zu liefern; wobei

j) die zweite Steuer-Elektronikeinrichtung (79) dem Empfang und der Verarbeitung des Drehmoment-Fehlersignales von der zweiten Summiereinrichtung (73,111,113) dient, um ein Befehisignal für die zweite Handsteuereinrichtung (55) und eine vorbestimmte Kraft/Verschiebecharakteristik für die zweite Handsteuereinrichtung (55) zu erzeugen; und

k) die erste Steuer-Elektronikeinrichtung (45) dem Empfang und der Verarbeitung des ersten Drehmoment-Fehlersignales von der ersten Summiereinrichtung (33,37,109) dient, um ein Befehisignal zu erzeugen und die erste Handsteuereinrichtung (15) zu veranlassen, der Position der zweiten Handsteuereinrichtung (55) zu folgen.

2. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die erste Drehmoment-Detektoreinrichtung (101) mit der zweiten Summiereinrichtung (73,111,113) und die zweite Drehmoment-Detektoreinrichtung (121) mit der ersten Summiereinrichtung (33,37,109) verbunden ist, so daß die entsprechenden ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtungen (45,79) ein Befehlsignal an eine der ersten und zweiten Handsteuereinrichtungen (15,55) entsprechend dem Drehmoment erzeugen, das auf die andere der ersten und zweiten Handsteuereinrichtungen (45,79) ausgeübt wird.

3. System nach Anspruch 1, ferner gekennzeichnet durch eine zentrale Befehls-Eingabeeinrichtung (81), die an die erste Summiereinrichtung (33,37,109) und an die zweite Summiereinrichtung (73,111,113) angeschlossen ist, um ein nicht-manuell erzeugtes Signal an die erste Summiereinrichtung (33,37,109) und an die zweite Summiereinrichtung (73,111,113) weiterzureichen, das entsprechend mit den manuell erzeugten Signalen summiert wird, um den Einfluß des nicht-manuell erzeugten Signales in der Positionsverfolgung der ersten Handsteuereinrichtung (15) und der zweiten Handsteuereinrichtung (55) entsprechend wiederzugeben.

4. System nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die ersten und zweiten Handsteuereinrichtungen (15,55) einen entsprechenden Steuerknüppel (15,55) umfassen, der über ein Kardangelenk (19,59) mit einem Motor (23,63) verbunden ist.