1.本公开涉及用于允许飞行器表面的飞行员控制的驾驶舱感受器系统。
背景技术：2.已知各种类型的驾驶舱感受器可以使飞行员或机组人员从驾驶舱控制飞行控制表面（诸如机翼襟翼、缝翼、升降舵、方向舵等）的运动以控制飞行。感受器呈操纵杆、踏板、杠杆、手柄、轮子等形式，它们由飞行员或机组人员操作，并响应于机组人员的操作，使相关的一个或多个飞行控制表面产生期望的运动。
3.传统的机械控制系统包括将感受器连接到飞行表面的机械连杆或线缆，以将感受器的运动传递为表面的对应运动。这种系统仍用于某些飞行器，尤其是较小的飞机和直升机。
4.近来，已经开发了飞行感受器系统，其中使用者通过传感器来检测感受器的运动，或者更精确地，通过位置传感器来检测感受器的位置。这向飞行控制计算机fcc提供位置信号，所述计算机进而将电信号发送给致动器以移动飞行控制表面。fcc为致动器获取控制信号所使用的算法可以使用增益因子，以改变位置信号和控制信号之间的增益，这是优于机械系统的优势。
5.移动飞行控制表面所需的感受器的运动设计为尽可能感觉直观，因此，例如，操纵杆向前运动一定量可能引起升降舵升高一定量，进一步向前运动引起升降舵运动升高更多，向后运动引起升降舵降低。
6.即使实际的控制是通过电信号进行的，使用者也应该能够“感觉”到他们的感受器的运动正在引起飞行控制表面的运动，因此，感受器通常设计为带有弹簧和可选的阻尼器，以向使用者提供适当的力反馈以向他们确认他们实际上在控制运动。弹簧和阻尼器可以被配置为使得，例如，当使构件移动的力增加时，运动程度和/或位置变化率更大，力传感器可以被结合在一些系统中，通常是主动感受器，用于向fcc、飞行数据记录仪或任何其他系统提供力水平信号/信息。
7.力传感器可以具有响应于使用者的动作而变形的传感器元件。力传感器可以例如执行试飞并提供信号，这些信号在与这种感受器相关的自动动作中很有用。这种具有力传感器的感受器在例如us 2013/0256463中描述。
8.由于感受器是由轴承或衬套引导的机械零件制成的，因此不能完全认为感受器会粘住或卡住是不可能的，并且在这种情况下，使用者施加力不会引起感受器期望的运动，所述运动将提供适当的位置信号以控制飞行控制表面。然后，在最坏的情况下，使用者将失去对表面的控制，这可能具有灾难性的后果。减少机组人员或单飞行员操作的趋势（其中，如果发生故障，第二位飞行员将没有后援）变得越来越成为问题。
9.需要一种驾驶舱感受器系统，所述系统能够通过适应故障来减轻这种卡住的影响并允许对飞行器的持续控制。
技术实现要素：10.根据本公开的第一方面，提供了一种飞行器感受器系统，其包括：感受器构件，其被布置为由使用者操作以引起可移动的飞行器表面的对应运动；器件，其用于检测使用者对感受器构件的操作并用于将与所检测到的操作相关联的运动信号提供给控制装置，所述控制装置将控制信号提供给致动器以根据运动信号使飞行器表面运动，其中用于检测使用者对感受器构件的操作的器件包括力传感器，所述力传感器被配置为感测由使用者施加到感受器构件的力，基于所感测到的力导出运动信号。
11.优选地，控制装置基于算法来提供控制信号，所述算法将指示飞行员施加在感受器上的感测到的力的力信号转换为感受器位置信号。所述算法可以在控制装置本身中执行，或者替代地在一些外部装置或电子设备中执行，或者替代地在感受器的电子设备中执行。
12.优选地，所述算法基于静态感觉定律将力信号转换为位置信号。
13.优选地，所述算法包括停止函数，所述停止函数定义力的增加引起位置信号的改变的程度的极限。
14.优选地，所述算法考虑将力信号转换为位置信号以便获得无论抓握部上命令的速度和加速度如何都准确表示实际感受器的位置信号时感受器系统惯性和/或感受器系统阻尼和/或感受器系统阻尼和/或感受器系统摩擦。
15.根据第二方面，提供了一种控制飞行器飞行控制表面的运动的方法，其包括：测量使用者施加到飞行感受器构件的力，并从所测量的力导出控制信号；以及根据控制信号控制飞行控制表面的运动。
附图说明
16.将参考附图仅以示例的方式描述优选实施方案。
17.图1是使用位置感测的已知感受器的示意性视图。
18.图2a和图2b分别示出了具有力传感器的感受器的前视图和侧视图。
19.图3是如本文所述的系统的简单算法的框图。
20.图4是用于本文所述系统的更复杂算法的框图。
具体实施方式
21.根据本公开，在飞行器的驾驶舱中，在飞行员可及的范围内提供了一个或多个飞行感受器，诸如操纵杆、踏板、手柄、轮子等。感受器分别与飞行器的控制飞行器飞行的一个或多个飞行控制表面（例如机翼襟翼、缝翼等）相关联。对飞行员进行训练，通过他们的手和脚沿适当的方向将感受器移动适当的程度，以使飞行器表面进行期望的运动。飞行员将形成感觉到要施加到感受器构件上的力和位移，以引起对应表面的任何给定运动，并且飞行员将期望在他们移动感受器时感到阻力，从而感觉到他们正在控制运动。
22.在诸如图1所示的常规系统中，位置传感器3将在感受器移动时检测侧操纵杆单元2中的感受器（这里是操纵杆1）的位置并将生成对应的位置信号。位置信号被传输到飞行控制计算机fcc（未示出），所述计算机对位置信号执行算法，或使用例如查询表来获取用于致动器的控制信号，以引起对应飞行器表面在期望方向运动期望的量。
23.当使用者移动感受器构件1时，弹簧和阻尼器（图1中未示出）产生力感，从而使使用者“知道”他正在控制表面（即，使用者收到力反馈，如同控制是传统机械系统）。力传感器4可以检测力并提供力信号/信息。
24.对于给定的偏转速率，由于一个或多个弹簧，移动操纵杆所需的力的量随偏转量增加。当在感受器中使用阻尼器时，它也随偏转速率而增加，通常，它随偏转速率或偏转速率的平方（r
²
）线性变化。由于感受器的可移动部件的质量和惯性，操纵杆上的力也将随着施加到操纵杆的加速度（偏转变化率的变化率）而变化。
25.然后可以看出，机组人员施加在操纵杆上的给定力可能对应于静止条件位置周围无限数量的操纵杆位置。
26.在本公开的系统中，控制装置，例如外部控制计算机，诸如fcc或其他飞行器电子设备，基于来自一个或多个力传感器19而不是来自一个或多个位置传感器的信号获得控制信号。力传感器检测使用者施加在感受器构件（这里是操纵杆11）上的力，并产生对应的力信号。fcc（未示出）使用力信号来获取移动飞行器表面（未示出）的对应控制信号。在一个实施方案中，所述算法可以由感受器自身中的电子设备执行。
27.在稳态飞行操作中（例如，对于操纵杆），抓握部相对于其支撑件12保持静止
–
使用者在构件上施加的力将与其偏转成比例，因此力信号将与使用位置传感器的系统中的位置信号相同（或具有乘法因子k）。飞行员在给定方向上在构件11上施加特定的力，并且这引起构件位置的对应改变。力传感器19基本上以与在这种情况下位置传感器将执行的方式相同的方式产生控制信号。
28.力传感器19可以是例如应变仪的形式，其包括膜片20，所述膜片根据飞行员施加在操纵杆11上的扭矩的量而挠曲变形。也可以使用其他力传感器，例如磁致伸缩传感器。
29.根据本公开，提供了算法以将感测到的力转换为期望的位置，如图3中简单表示的。来自力传感器19的检测到的力信号被提供为算法的输入30。该算法将静态感觉定律100应用于输入，由此，通常，力的增加将对应于在给定方向上位置的比例变化。应用饱和函数以设置停止位置，超过该停止位置，位置将不会随着施加的力的增加而改变。算法输出是指示表面期望位置或位置变化的信号。
30.然而，为了完美地复制常规的操纵杆操作和感觉，由于提供反馈力的阻尼器/弹簧，fcc将需要基于力信号将校正因子应用于控制信号的产生。同样，感受器构件本身将具有固有的质量惯性，所述惯性提供附加力，而g力可能在感受器构件上产生附加载荷。为了考虑到这些因素并复制当前位置传感器的控制，应将校正因子应用于fcc用来生成控制信号的载荷。
31.为了补偿这种瞬时力和载荷，可以在感受器构件以及加速度计中设置位置或速度传感器。惯性载荷是感受器加速度的函数，并且可以根据质量惯性和相关载荷以及转速的变化率来计算。
32.阻尼器产生的“粘性”载荷也可以根据操纵杆速度来计算。
33.可以考虑所有这些力和载荷来计算校正后的力输入信号，例如，使用力传感器信号、惯性载荷和粘性载荷的矢量和，以在fcc中生成作为感受器期望位置的真实准确表示的控制信号。
34.为了考虑这些因素并提供更精确的位置控制，在优选实施例中，可以使用诸如图4
所示的更完整的算法。此算法包括惯性、阻尼、摩擦和停止特性。这些特征在算法中也设置为标称值或理论值。
35.为了在软件中实施，算法以离散时间（即采样时间）示出；替代地，它也可以使用类比硬件部件在连续时间内完成。
36.在算法中，用多个力减去（由力传感器测量的）力输出。
37.这些力是摩擦力（取决于位移方向、抓握速度的符号的力）、阻尼力（取决于抓握速度的力）、静态弹簧力（取决于抓握位置的力）、停止力（感受器强制硬停止时的力特征）。
38.这些力的任何组合都是可能的。
39.这些力中的一些可能是可选的，例如，在一些情况下可能不考虑摩擦力。
40.减法的输出表示力，此力转换为考虑感受器的杠杆臂/杠杆半径时的扭矩（全局扭矩）。
41.替代地，力传感器可以由扭矩传感器代替；在这种情况下，在所提出的算法中所有力都可以用扭矩代替。在这种情况下，当然不必考虑杠杆臂的半径。
42.然后，将全局扭矩除以感受器的惯性来获得感受器的加速度。
43.然后，此加速度是第一积分器的输入，该积分器输出感受器的速度。此速度输出用于计算摩擦力和阻尼力。在示例附图中，摩擦取决于速度的符号，而阻尼与速度成比例。在其他算法实施方式中，取决于感受器，阻尼可以随速度的平方或若干斜率而变化。
44.然后此速度是第二积分器的输入，该第二积分器输出感受器的位置。此位置输出用于计算静态弹簧力。此静态力特征可以存储在查找表中，并表示感受器的弹簧感。
45.该位置还用作停止死带的输入，该死区是相对于感受器的硬停止位置设置的。死带的输出是由停止刚度引起的偏转角，将其乘以刚度得到静态停止力，还可以确定导数来获得停止结构阻尼（当乘以阻尼系数时）。将静态停止力和阻尼力求和以获得停止力。
46.因此，基于感受器的机械特性（惯性、摩擦、阻尼、弹簧、硬停止特性），使用力（或扭矩）的测量值来计算抓握位置。
47.此估计位置也可以减去测量位置以获得位置误差。
48.此位置误差可以用于检测任何异常事件，诸如弹簧断裂、阻尼器丢失、感受器卡住。使用图4中所示的一些但不是全部特征的算法也可以被使用。
49.所述算法可以在控制表面的运动的控制装置中执行。替代地，所述算法可以在外部装置中执行或者可以在感受器的电路中执行。
50.在卡住的情况下（故障模式），当使用者施加相同的力或甚至更大的力时，所述构件将没有或只有较小的挠曲或位置变化。如果使用常规的位置传感器，则将不会产生与感受器构件的期望运动相对应的位置信号，因此将不会产生根据使用者的意图移动飞行器表面的控制信号。
51.然而，利用本公开的力传感器，即使在卡住的情况下，即使位置不变或变化小于期望，系统也将检测由使用者施加的力。如果力传感器位于感受器中以便其在发生任何卡住的情况下仍能测量力，则所产生的力信号将用于生成控制信号。对于感受器的任何卡住状况，力信号将始终是有效输入，以生成用于控制表面运动的信号。
52.力传感器需要位于感受器的抓握部/杠杆等（即使用者向感受器构件施加力的位置）与可能引起卡住状况的任何感受器部件（例如轴承、阻尼器、摩擦装置等）之间。它与抓
握部或杠杆越近越好。理想情况下，力传感器位于感受器的抓握部/杠杆的抓握部中，使用者的“感觉”将受到影响，但他仍然能够安全地控制飞行器。
53.本公开的布置不需要重新配置现有硬件。fcc可以设计为具有单个逻辑或算法，以根据感受器构件提供的力信号控制飞行控制表面，即使在感受器卡住的情况下，此逻辑也将保持控制。替代地，算法/逻辑还可以被内置到专用于感受器的电子单元中或者与上述两者中的一个或另一个通信的任何电子单元中。
54.所描述的实施例仅作为示例。本公开的范围仅由权利要求限制。