用于确定飞行器的回避导引律的方法、电子系统和飞行器 |
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申请号 | CN201510095600.5 | 申请日 | 2015-03-03 | 公开(公告)号 | CN104900092B | 公开(公告)日 | 2019-08-09 |
申请人 | 泰雷兹公司; | 发明人 | 马蒂厄·克莱布拉夫; 弗朗西斯·科隆纳; 马克·里丁格; | ||||
摘要 | 本 申请 涉及用于确定 飞行器 的回避导引律的方法、 电子 系统和飞行器。本申请的用于确定飞行器的障碍回避导引律的方法由用于确定所述导引律的系统来实现。飞行器包括适于检测与障碍的碰撞 风 险的碰撞回避系统以及所述确定系统。该方法包括:在检测与障碍的碰撞风险之后,从飞行航道倾 角 和速度设定点中确定(110)一个或更多个设定点,至少一个设定点取决于至少一个垂直速度限制值,至少一个设定点包括垂直方向上的垂直分量,各个限制值由碰撞回避系统提供;以及,依据所确定的设定点来计算(160)回避导引律。在确定步骤中,至少一个确定的设定点包括在垂直于所述垂直方向的纵向方向上的纵向分量。 | ||||||
权利要求 | 1.一种用于确定飞行器(10)回避一个或更多障碍的回避导引律的方法,所述飞行器(10)包括适于检测与障碍的碰撞风险的碰撞回避系统(12)以及用于确定所述回避导引律的电子确定系统(30), |
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说明书全文 | 用于确定飞行器的回避导引律的方法、电子系统和飞行器技术领域[0002] 该方法由用于确定回避导引律的系统来实现,并且包括以下步骤: [0003] a)在检测与障碍的碰撞风险之后,从飞行航道倾角和速度设定点中确定一个或更多个设定点,至少一个设定点取决于至少一个垂直速度限制值,至少一个设定点包括垂直方向上的垂直分量,每个垂直速度限制值由所述碰撞回避系统设置;以及[0004] b)依据所确定的设定点来计算所述回避导引律。 [0005] 本发明还涉及一种适用于实现这样的确定方法的计算机程序产品。 [0006] 本发明还涉及一种用于确定回避导引律的电子系统。 [0007] 本发明还涉及一种飞行器,诸如旋翼式飞行器,该飞行器包括适于检测与一个或更多障碍的碰撞风险的碰撞回避系统以及用于确定回避导引律的此类电子系统。 背景技术[0008] 前述类型的确定方法和系统从文件EP 1797488 B1中已知。 [0009] 飞行器是运输机,并且当碰撞回避系统检测到碰撞风险时,飞行器发出告警。碰撞回避系统还使用垂直速度限制以确定垂直速度设定点。回避导引律,尤其是负荷因子设定点,随后依据所确定的垂直速度设定点来计算。 [0010] 所计算的负荷因子设定点取决于当前垂直速度的值和所确定的垂直速度设定点之间的差,该差与取决于飞行器当前速度的变量相乘。 [0011] 所计算的负荷因子设定点随后被自动发送到飞行指引仪,该飞行指引仪实现所述计算的设定点的显示模式以向飞行器的机组人员提供驾驶辅助。 [0012] 然而,使用这样的方法所计算的回避导引律不是最优的,在该导引律并不适合预见到完全躲避的情况下,保持飞行器的飞行平衡所需的功率会超过可用功率。 [0013] 因此,本发明的目的是提出一种方法和系统,以使得可以通过减少保持飞行器的飞行平衡所需的功率来计算更好的回避导引律。通常情况下,新的导引律使得可以将飞行器的性能约束限制在内并且对飞行器的能量进行更好地管理。 发明内容[0014] 为此,本发明设计一种上述类型的确定方法,其中,在步骤a)中,至少一个确定的设定点包括在与垂直方向垂直的纵向方向上的纵向分量。 [0015] 根据本发明的确定方法,速度设定点包括纵向分量,诸如空速设定点包括垂直分量和纵向分量,这使得可以计算更好的回避导引律,尤其是当飞行器是旋翼式飞行器时。 [0016] 事实上,在旋翼式飞行器上,当速度从零速度开始增大时,飞行所必需的总功率开始减小,这是因为用于使飞行器悬浮的诱导功率减小。当空速继续增大时,与飞行器上的相对气流有关的气动结果所导致的寄生功率增大,并且总需求功率也增大。因而,存在需求功率为最小值的空速。最优空速也被称为最佳爬升空速。 [0017] 速度设定点包括纵向分量,诸如空速设定点包括垂直分量和纵向分量,这样的使用使得可以确定提供对飞行器的能量和功率进行更好管理的导引律。该导引律例如使得可以通过使速度的所述纵向分量变化而使回避障碍所必需的功率达到最小。由于可用功率与所需功率之间存在更大的功率储备,回避机动飞行则更加持久且更加安全。 [0018] 根据本发明的其它有利方面,单独考虑或者根据任何技术上可能的组合,该确定方法包括以下特征中的一个或者多个: [0019] 在步骤a)中,第一设定点和第二设定点被确定,第一设定点为垂直速度设定点和飞行航道倾角设定点中的设定点,第二设定点为空速设定点,第一设定点包括垂直分量,并且第二设定点包括纵向分量; [0020] 至少一个设定点包括目标值和当前值,回避导引律依据当前值来计算,并且所述当前值根据收敛律收敛到目标值; [0021] 垂直速度值的授权范围根据碰撞回避系统提供的垂直速度限制值来确定,并且垂直速度设定值的目标值介于所述授权范围内; [0022] 该方法在步骤b)之前进一步包括以下步骤: [0023] a')测量所述飞行器在垂直方向和纵向方向中的至少一个方向上的一个或更多速度,以及 [0024] 在步骤b)中,回避导引律进一步依据测量的速度来计算; [0025] 垂直速度和空速在步骤a')中被测量,以及 [0026] 当所测量的垂直速度和自动驾驶设备所提供的垂直速度设定点中的第一变量介于垂直速度值的授权范围内时,垂直速度设定点的目标值等于第一变量并且空速设定点的目标值等于第二变量,第二变量来自所测量的空速以及所述自动驾驶设备所提供的空速设定点, [0027] 当第一变量不在授权范围内时,垂直速度设定点的目标值是从授权范围内选择的值,并且空速设定点的目标值等于最佳爬升空速或者第二变量; [0028] 该方法在步骤b)之前进一步包括以下步骤: [0029] a″)测量飞行器在垂直方向和纵向方向中的一个方向上的一个或更多加速度,以及 [0030] 在步骤b)中,回避导引律进一步依据所测量的加速度来计算; [0031] 在步骤a″)中,垂直加速度和纵向加速度被测量;并且在步骤b)中,所述回避导引律的计算一方面是依据垂直速度设定值、飞行航道倾角和垂直加速度设定点中的设定点,另一方面是依据空速设定点和纵向加速度设定点; [0032] 飞行器为旋翼式飞行器,并且步骤b)包括根据姿势变化和总距操纵杆变化计算至少一个命令; [0033] 在步骤b)中,姿势变化命令使用以下等式来计算: [0034] D_THETA_com=-K1×(IAS_consigne-IAS_mesurée)+K2×AX_mesurée[0035] 其中,IAS_consigne为空速设定点, [0036] IAS_mesurée为测量的空速, [0037] AX_mesurée为测量的纵向加速度,以及 [0038] K1和K2为至少取决于姿势和速度的增益; [0039] 在步骤b)中,总距操纵杆变化命令使用以下等式来计算: [0040] D_COLL_com=K3×(VZ_consigne-VZ_mesurée)-K4×AZ_mesurée [0041] 其中,VZ_consigne为垂直速度设定点, [0042] VZ_mesurée为测量的垂直速度, [0043] AZ_mesurée为测量的纵向加速度,以及 [0044] K3和K4为至少取决于姿势和速度的增益;以及 [0045] 飞行器进一步包括自动驾驶设备,并且该方法进一步在步骤b)之后包括下述后续步骤中的至少一个后续步骤: [0046] c)将在步骤b)中计算得到的回避导引律显示在飞行器的机组人员可见的屏幕上,从而辅助机组人员执行回避机动飞行;以及 [0047] c')将在步骤b)中计算得到的回避导引律发送到所述自动驾驶设备,从而自动执行机动飞行以回避障碍。 [0049] 本发明还涉及一种用于确定诸如旋翼式飞行器之类的飞行器的回避导引律的电子系统,飞行器包括适于检测与障碍的碰撞风险的碰撞回避系统, [0050] 该系统包括用于在检测与障碍的碰撞风险之后,从飞行航道倾角和速度设定点中确定一个或更多个设定点的装置,至少一个设定点取决于至少一个垂直速度限制值,至少一个设定点包括垂直方向上的垂直分量,各个垂直速度限制值由碰撞回避系统提供;还包括用于依据所确定的速度设定点来计算回避导引律的装置, [0051] 其中,至少一个确定的设定点包括在垂直于垂直方向的纵向方向上的纵向分量。 [0053] 通过阅读以下仅以非限定性示例方式并且参照附图进行的说明将更加清楚地了解本发明的特征和优点,附图中: [0054] 图1为根据本发明的飞行器的概括视图,该飞行器包括碰撞回避系统、速度和加速度测量传感器、飞行控制构件、自动驾驶设备、数据显示屏以及电子系统,所述碰撞回避系统适于检测与一个或更多障碍的碰撞风险,所述电子系统用于确定回避导引律; [0055] 图2为示出了与飞行器相关的各个功率以及飞行器飞行所需的总功率的一组曲线; [0056] 图3为根据本发明的用于确定回避导引律的方法的流程图,该方法由图1中的确定系统实现;以及 [0057] 图4为针对确定图3中的流程图的速度设定点的步骤的更加详细的流程图。 具体实施方式[0058] 在图1中,诸如旋翼式飞行器之类的飞行器10包括适于检测与一个或更多障碍碰撞风险的碰撞回避系统12、一组适于测量飞行器10的速度和加速的传感器14、飞行器的自动驾驶设备16以及数据显示屏18。 [0059] 飞行器10还包括第一控制杆20和第二控制杆22,其中每个控制杆形成的主要控制构件能够由飞行器的机组人员24操纵以驾驶飞行器。 [0060] 根据本发明,飞行器10进一步包括用于确定飞行器的回避导引律以回避障碍的电子系统30。 [0061] 碰撞回避系统12,也被称为TCAS(Traffic Collision Avoidance System,交通碰撞回避系统),是众所周知的,并且适用于监视飞行器10周围的领空,尤其是检测配备有对应的主动应答器的其他飞行器。该检测不依赖于空中交通控制器所进行的空中交通控制。 [0062] 如果识别到与一个或更多障碍的碰撞风险,则碰撞回避系统12适于向确定系统30提供一个或更多垂直速度限制值。确定系统30随后适于根据从碰撞回避系统12接收到的垂直速度限制值来确定垂直速度值的授权范围。 [0063] 当碰撞回避系统12仅提供最小的垂直速度值时,垂直速度值的授权范围对应于大于该最小值的值。当碰撞回避系统12仅提供最大的垂直速度值时,垂直速度值的授权范围对应于小于该最大值的值。最后,当碰撞回避系统12提供最小和最大的垂直速度值时,垂直速度值的授权范围为介于这些最小值和最大值之间的一组值。 [0064] 该组传感器14适用于测量飞行器10的速度和加速度,尤其是测量垂直方向Z上的垂直速度VZ和垂直加速度AZ,垂直方向Z即为与地面垂直的方向或者基本穿过地心的方向。此后,所测量的垂直速度和所测量的垂直加速度分别被标为VZ_mesurée和AZ_mesurée。 [0065] 本领域的技术人员理当懂得的是,本发明同样适用于被标为FPA(Flight Path Angle)的飞行航道倾角的情况,飞行航道倾角被用于代替垂直速度VZ,从一个变量到另一个变量的转换已知使用了以下等式: [0066] [0067] 其中,VX表示在与垂直方向Z垂直的纵向方向X上的纵向速度。 [0068] 该组传感器14适用于测量指示空速(IAS,indicated airspeed),所测量的飞行器10的指示空速被标为IAS_mesurée。指示空速IAS包括垂直方向Z上的垂直分量以及与垂直方向Z垂直的纵向方向X上的纵向分量。 [0069] 在说明书的后续部分,按照惯例,空速对应于指示空速IAS。本领域的技术人员理当懂得的是,本发明同样适用于指示空速为校准空速(CAS,calibrated airspeed)或真实空速(TAS,true airspeed)、又或者是MACH(马赫数)的情况。 [0070] 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为AX_mesurée。 [0071] 自动驾驶设备16是众所周知的,并且自动驾驶设备16在被激活时可以自动操作飞行器10的轨道,而不需要飞行器的机组人员24对主要控制构件20、22之一进行操作。 [0072] 显示屏18适于显示数据,尤其是来自确定系统30的数据,从而例如向飞行器的机组人员24提供驾驶辅助。在图1中的示例实施例中,显示屏18独立于确定系统30。在未示出的替代方式中,显示屏18被包含在确定系统30中。 [0073] 第一和第二控制杆20、22是众所周知的并且形成机组人员24驾驶飞行器所操纵的飞行器10的主要控制构件。 [0074] 第一控制杆20,也被称为总距操纵杆,适用于对旋翼式飞行器10在包含垂直方向Z和纵向方向X的垂直平面内的爬升或降低进行控制。 [0075] 第二控制杆22,也被称为周期边距控制杆或微控杆,适用于命令旋翼式飞行器10的姿势变化。 [0076] 确定系统30包括例如由存储器34以及与存储器34关联的处理器36所形成的信息处理单元32。 [0077] 在图1的示例实施例中,确定系统30独立于碰撞回避系统12和自动驾驶设备16。 [0078] 在未示出的替代方式中,确定系统30被包含在自动驾驶设备16中。则显示屏18例如对应于自动驾驶设备16的未示出的显示屏,并且信息处理单元32对应于自动驾驶设备16的未示出的信息处理单元。 [0079] 存储器34适于存储软件38,软件38被用于从该组传感器14所提供的值中采集测量的速度值VZ_mesurée、IAS_mesurée和/或加速度值AZ_mesurée、AX_mesurée,从碰撞回避系统12获得垂直速度限制值,以及自动驾驶设备16所提供的任何垂直速度设定点VZ_PA和空速设定点IAS_PA。 [0080] 存储器34还适于存储软件40,软件40被用于确定一个或更多速度设定点VZ_consigne、IAS_consigne,至少一个速度设定点VZ_consigne取决于至少一个垂直速度限制值,至少一个速度设定点VZ_consigne、IAS_consigne包括垂直方向Z上的垂直分量。根据本发明,确定软件40所确定的至少一个速度设定点IAS_consigne包括纵向方向X上的纵向分量。 [0081] 存储器34还适于存储软件42,软件42被用于计算针对碰撞回避系统12所检测到的障碍的回避导引律,该导引律的计算依据所确定的速度设定点VZ_consigne、IAS_consigne来完成。 [0082] 作为可选的附加,存储器34适于存储软件44,软件44被用于将与计算的回避导引律相关的数据显示在屏幕18上。 [0083] 作为可选的附加,存储器34适于存储软件46,软件46被用于向自动驾驶设备16发送与计算的回避导引律相关的数据,以使得自动驾驶设备16自动完成回避机动飞行。发送到自动驾驶设备16的数据例如包括姿态变化命令D_THETA_com以及总距操纵杆命令D_COLL_com。 [0084] 处理器36适于加载并执行软件程序38、40、42、44和46之一。 [0085] 采集软件38、确定软件40和计算软件42分别形成用于对测量的速度和/或加速度进行采集的装置、用于确定一个或更多速度设定点的装置以及用于计算回避导引律的装置。 [0087] 作为可选的附加,显示软件44和传输软件46分别形成用于在屏幕18上显示数据的装置以及用于将数据发送到自动驾驶设备16的装置。 [0088] 作为该附加的替代方式,显示装置44和传输装置46采用可编程逻辑器件或专用集成电路的形式制作。 [0089] 采集软件38例如适用于采集所测量的垂直速度和空速值VZ_mesurée、IAS_mesurée以及所测量的垂直和纵向加速度值AZ_mesurée、AX_mesurée。采集软件38还适用于采集来自碰撞回避系统12的垂直速度限制值以及自动驾驶设备16所提供的任何垂直速度VZ_PA与空速IAS_PA。 [0090] 确定软件40例如适用于计算垂直速度设定点VZ_consigne和空速设定点IAS_consigne。垂直速度设定点VZ_consigne仅包括垂直方向Z上的垂直分量,并且空速设定点IAS_consigne包括垂直方向Z上的垂直分量以及纵向方向X上的纵向分量。 [0091] 在所述示例实施例中,各速度设定点VZ_consigne、IAS_consigne包括目标值和当前值,回避导引律依据当前值来计算,并且所述当前值根据收敛法则收敛到目标值。 [0092] 在说明书的后续部分中,垂直速度设定点VZ_consigne的目标值和当前值分别被标为VZ_cons_cible和VZ_cons_courante。空速设定点IAS_consigne的目标值和当前值分别被标为IAS_cons_cible和IAS_cons_courante。垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible介于垂直速度值VZ的授权范围内,该授权范围由碰撞回避系统12提供的垂直速度限制值确定。 [0093] 在所述示例中,垂直速度设定点VZ_consigne随后依据碰撞回避系统12所提供的至少一个垂直速度限制值来确定。 [0094] 当从测量到的垂直速度VZ_mesurée和自动驾驶设备16所提供的任何垂直速度设定点VZ_PA中选择的第一变量VZ_référence介于垂直速度值的授权范围内时,如上所述,垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible例如等于第一变量VZ_référence并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible例如等于第二变量IAS_référence,第二变量IAS_référence从所测量的空速IAS_mesurée以及自动驾驶设备16所提供的任何空速设定点IAS_PA中选择。 [0095] 否则,当第一变量VZ_référence不在所述授权范围内时,垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible是从所述授权范围内选择的值,并且空速的目标值IAS_cons_cible例如等于最佳爬升空速IASMM或者第二变量IAS_référence,以下将参照图4进行更加详细的说明。 [0096] 当垂直速度设定点VZ_PA由自动驾驶设备16提供时,第一变量VZ_référence则较优地等于从自动驾驶设备16接收到的该设定点VZ_PA。如果自动驾驶设备16并未向确定系统30提供任何垂直速度设定点,则第一变量VZ_référence等于所测量的垂直速度VZ_mesurée。 [0097] 同样,当空速设定点IAS_PA由自动驾驶设备16提供时,第二变量IAS_référence则较优地等于从自动驾驶设备16接收到的该设定点IAS_PA。如果自动驾驶设备16并未向确定系统30提供任何空速设定点,则第二变量IAS_référence等于所测量的空速IAS_mesurée。 [0098] 本领域的技术人员应当注意到的是,该逻辑是独立的,也就是说,该逻辑在第一变量VZ_référence和第二变量IAS_référence之间是独立的,自动驾驶设备16适于仅提供垂直速度设定点VZ_PA,或者仅提供空速设定点IAS_PA,或者提供垂直速度设定点VZ_PA和空速设定点IAS_PA,或者不提供垂直速度设定点VZ_PA且不提供空速设定点IAS_PA。 [0099] 图2中示出的最佳爬升空速IASMM是与飞行器10飞行所需的总功率的最小值对应的空速,总需求功率对应于图2中以粗线表示的曲线60。在图2中,曲线62表示用于支持飞行器10的诱导功率,曲线64示出了由飞行器10上的相对气流的气动效应导致的寄生功率,并且曲线66示出了作用在叶片上的拖拽力导致的叶形功率,总需求功率为诱导功率、寄生功率和叶形功率的总和。 [0100] 计算软件42适用于依据确定的速度设定点来计算针对障碍的回避导引律,例如,一方面依据垂直速度设定点VZ_consigne且尤其是该速度设定点的当前值VZ_cons_courante,并且另一方面,依据空速设定点IAS_consigne且尤其是该速度设定点的当前值IAS_cons_courante。 [0101] 计算软件42所计算的导引律例如包括两个命令,即取决于垂直速度设定点VZ_consigne和测量的垂直速度VZ_mesurée的第一命令,以及取决于空速设定点IAS_consigne和测量的空速IAS_mesurée的第二命令。 [0102] 另外,计算的导引律还一方面取决于垂直加速度AZ,另一方面取决于纵向加速度AX。第一命令则取决于垂直速度设定点VZ_consigne,尤其是该垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante,测量的垂直速度VZ_mesurée以及垂直加速度AZ。同样,第二命令则取决于空速设定点IAS_consigne,尤其是该空速设定点的当前值IAS_cons_courante,测量的空速IAS_mesurée以及纵向加速度AX。 [0103] 在所述的飞行器10为旋翼式飞行器的示例实施例中,第一命令为总距操纵杆变化命令D_COLL_com并且第二命令为姿势变化命令D_THETA_com。 [0104] 姿势变化命令D_THETA_com例如符合以下等式: [0105] D_THETA_com=-K1×(IAS_consigne-IAS_mesurée)+K2×AX_mesurée (2)[0106] 其中,IAS_consigne为空速设定点, [0107] IAS_mesurée为测量的空速, [0108] AX_mesurée为测量的纵向加速度,以及 [0109] K1和K2为至少取决于姿势和速度的增益。 [0110] 增益K1以°/(m.s-1)表示,并且例如介于1°/(m.s-1)和6°/(m.s-1)之间,通常等于3°/(m.s-1)。 [0111] 增益K2以°/(m.s-2)表示,并且例如介于0°/(m.s-2)和12°/(m.s-2)之间,通常等于6°/(m.s-2)。 [0112] 此外,当空速设定点IAS_consigne包括目标值IAS_cons_cible和当前值IAS_cons_courante,姿势变化命令D_THETA_com较优地符合以下等式: [0113] D_THETA_com=-K1×(IAS_cons_courante-IAS_mesurée)+K2×AX_mesurée (3)[0114] 总距操纵杆变化命令D_COLL_com例如符合以下等式: [0115] D_COLL_com=K3×(VZ_consigne-VZ_mesurée)-K4×AZ_mesurée (4)[0116] 其中,VZ_consigne为垂直速度设定点, [0117] VZ_mesurée为测量的垂直速度, [0118] AZ_mesurée为测量的纵向加速度,以及 [0119] K3和K4为至少取决于姿势和速度的增益。 [0120] 增益K3以%/(m.s-1)表示,并且例如介于1%/(m.s-1)和4%/(m.s-1)之间,通常等于2%/(m.s-1)。 [0121] 增益K4以%/(m.s-2)表示,并且例如介于0%/(m.s-2)和4%/(m.s-2)之间,通常等于1%/(m.s-2)。 [0122] 此外同样地,当垂直速度设定点VZ_consigne包括目标值VZ_cons_cible和当前值VZ_cons_courante时,总距操纵杆变化命令D_COLL_com较优地符合以下等式: [0123] D_COLL_com=K3×(VZ_cons_courante-VZ_mesurée)-K4×AZ_mesurée (5)[0124] 在此使用图3和图4对根据本发明的确定系统30的操作进行说明,图3和图4分别示出了根据本发明所述的用于确定回避导引律的方法的流程图以及用于确定速度设定点的目标值VZ_cons_cible、IAS_cons_cible的步骤的详细流程图。 [0125] 在初始步骤100中,垂直速度值VZ_mesurée和空速值IAS_mesurée使用该组传感器14进行测量,随后使用采集软件38进行采集。此外,垂直加速度值AZ_mesurée和纵向加速度值AX_mesurée使用该组传感器14进行测量,随后使用采集软件38进行采集。这些不同的速度值和加速度值较优地在相同时刻进行测量。采集软件38还采集来自碰撞回避系统12的垂直速度限制值以及自动驾驶设备16所提供的任何垂直速度VZ_PA与空速IAS_PA。 [0126] 在步骤110中,确定软件40接下来确定垂直速度设定点VZ_consigne和空速设定点IAS_consigne,尤其是使用之前采集到的测量的垂直速度值VZ_mesurée和空速值IAS_mesurée。该确定步骤110被划分为图4中所示的子步骤。 [0127] 在图4中,在子步骤115中,确定软件40始于确定第一变量VZ_référence是否在垂直速度值的授权范围内。如之前所述,垂直速度值的授权范围根据从碰撞回避系统12接收到的垂直速度限制值来限定。 [0128] 如果第一变量VZ_référence在垂直速度值的授权范围内,则在子步骤120中,确定软件40确定垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible等于第一变量VZ_référence。 [0129] 否则,在子步骤125中,确定软件40通过选择垂直速度值的授权范围内的值来计算垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible。所选的值例如为所述授权范围内最接近第一变量VZ_référence的值。替代性地,所选的值为所述授权范围内最接近第一变量VZ_référence的值,在第一变量VZ_référence上增加或者减少一余量使得所选择的目标值VZ_cons_cible与所述垂直速度限制值相距至少该余量。 [0130] 在子步骤130中,确定软件40接下来确定之前在子步骤125中所计算的垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible是否大于第一变量VZ_référence。 [0131] 如果计算的垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible大于第一变量VZ_référence,则确定软件40接下来在子步骤135中验证第二变量IAS_référence是否小于最佳爬升空速IASMM。 [0132] 相反地,如果计算的垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible小于第一变量VZ_référence,则确定软件40在子步骤140中验证第二变量IAS_référence是否小于最佳爬升空速IASMM。 [0133] 在子步骤135中,如果第二变量IAS_référence小于最佳爬升空速IASMM,则确定软件40在子步骤145中确定空速设定点的目标值IAS_cons_cible等于第二变量IAS_référence。 [0134] 然而,在子步骤135中,如果第二变量IAS_référence大于或等于最佳爬升空速IASMM,则确定软件40在子步骤150中确定空速设定点的目标值IAS_cons_cible等于最佳爬升空速IASMM。 [0135] 在子步骤140中,如果第二变量IAS_référence小于最佳爬升空速IASMM,则确定软件40继续子步骤150并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible等于最佳爬升空速IASMM。 [0136] 然而,在子步骤140中,如果第二变量IAS_référence大于或等于最佳爬升空速IASMM,则确定软件40继续子步骤145并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible等于第二变量IAS_référence。 [0137] 在子步骤120之后,确定软件40继续子步骤145,并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible则等于第二变量IAS_référence。 [0138] 换言之,用于确定空速设定点的目标值IAS_cons_cible的策略如下: [0139] 如果垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible相对于第一变量VZ_référence未改变(子步骤120),那么空速设定点的目标值IAS_cons_cible也未改变并且等于第二变量IAS_référence; [0140] 如果垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible大于第一变量VZ_référence(正响应于子步骤130中的测试),即,如果垂直速度必须增大,并且如果第二变量IAS_référence大于最佳爬升空速IASMM(负响应于子步骤135中的测试),则最佳爬升空速IASMM被用作空速设定点的目标值IAS_cons_cible。这使得可以使用动能来促进爬升,如图2中的空速IAS1和箭头F1所示,并且减小了长期所需的总功率,也就是当飞行器接近于最佳爬升空速时所需的总功率。 [0141] 如果垂直速度设定点的目标值VZ_cons_cible小于或等于第一变量VZ_référence(负响应于子步骤130中的测试),即,如果垂直速度必须减小,并且如果第二变量IAS_référence小于最佳爬升空速IASMM(正响应于子步骤140中的测试),则最佳爬升空速IASMM也被用作空速设定点的目标值IAS_cons_cible。这使得可以转移能量以便于下降,如图2中的空速IAS2和箭头F2所示,并且使飞行器10处于良好配置中以执行其他机动飞行,同时通过减小总需求功率来增加可用功率余量。 [0142] 在其他情况下(正响应于子步骤135中的测试或者负响应与子步骤140中的测试),空速设定点的目标值IAS_cons_cible未改变,并且等于第二变量IAS_référence。 [0143] 在步骤110的最后,在子步骤145或子步骤150之后,确定软件40还使用之前依据当前值朝向对应目标值的收敛率所确定的目标值IAS_cons_cible、VZ_cons_cible来确定空速设定点的当前值IAS_cons_courante以及垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante。 [0144] 垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante朝着对应的目标值VZ_cons_cible的收敛例如遵循仿射率。换言之,只要未达到目标值VZ_cons_cible,当前值VZ_cons_courante朝向目标值VZ_cons_cible的动态变化,即相对于当前值VZ_cons_courante的时刻的偏移就是不变的。相对于当前值VZ_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如等于400每秒每分钟英尺。收敛率的选择则可以保证垂直加速度,从而可以在保持一定的功率余量的情况下保证快速响应以回避障碍。 [0145] 空速设定点的当前值IAS_cons_courante朝向目标值IAS_cons_cible的动态变化,即相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移,例如取决于测量的空速IAS_mesurée以及空速设定点的目标值IAS_cons_cible和当前值IAS_cons_courante之间的差。相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如符合以下等式: [0146] [0147] 这是针对K*|VZ_cons_cible-VZ_cons_courante|介于最小纵向加速度AXmin和最大纵向加速度AXmax之间的值;其中,K是由每分钟每英尺每秒的节数所表示的增益。 [0148] 相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移的符号是空速设定点的目标值和当前值之差(标为IAS_cons_cible-IAS_cons_courante)的符号。空速设定点的当前值IAS_cons_courante则朝着目标值IAS_cons_cible收敛。 [0149] 换言之,相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如符合以下等式: [0150] [0151] 其中,sgn为符号函数,该函数在差(IAS_cons_cible-IAS_cons_courante)为正时等于+1,在该差为零时等于0,并且在该差为负时等于-1; [0152] med为中间函数,该函数等于(K*|VZ_cons_cible-VZ_cons_courante|)、AXmin和AXmax三个值中的中间值。这使得可以将函数自身限制为纵向加速度AX的值内,该值介于最小纵向加速度AXmin和最大纵向加速度AXmax之间。 [0153] 作为一个示例,增益K的值等于每英尺每分钟1/500节,纵向加速度的最小值AXmin和最大值AXmax分别等于每秒1节和每秒2节。 [0154] 对于该示例值,如果垂直速度偏差大于1000英尺,则空速设定点IAS_cons_courante的当前值以每秒2节朝着目标值IAS_cons_cible收敛。如果垂直速度偏差介于500和1000英尺之间,则空速设定点IAS_cons_courante的当前值以K倍于所计算的垂直速度偏差朝着目标值IAS_cons_cible收敛。最后,如果垂直速度偏差小于500英尺,则空速设定点IAS_cons_courante的当前值以每秒1节朝着目标值IAS_cons_cible收敛。 [0155] 这使得可以在执行需要或者暂时需要空速的联接动力时对其进行加速,或者相反地,在回避机动飞行不需要过大的动力的情况下提供更慢的联接动力。在后一种情况下,这使得可以保留更多的功率余量以保证飞行器10更加安全。 [0156] 替代性地,相对于当前值IAS_cons_courante朝着目标值IAS_cons_cible的收敛率的偏移是不变的,并且例如绝对值等于每秒1节。 [0157] 在图3中所示的步骤160中,计算软件42接下来基于确定的速度设定点来计算针对障碍的回避导引律。在所述示例中,计算软件42根据等式(2)依据空速设定点的当前值IAS_cons_courante、测量的空速IAS_mesurée以及测量的纵向加速度AX_mesurée来计算姿势变化命令D_THETA_com。计算软件42还根据等式(4)依据垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante、测量的垂直速度VZ_mesurée和测量的垂直加速度AZ_mesurée来计算总距操纵杆变化命令D_COLL_com。 [0158] 在步骤160之后,确定系统30继续步骤170;在步骤170中,确定系统30的显示软件44对与计算的回避导引律相关的数据显示在屏幕18上的显示进行管理。 [0159] 替代性地或者额外地,在步骤160之后,确定系统30继续步骤180;在步骤180中,确定系统30的传输软件46将与计算的回避导引律有关的数据发送到自动驾驶设备16,以使得回避机动飞行由自动驾驶设备16自动完成。传输软件46尤其对之前在步骤160中所计算的姿势变化命令D_THETA_com的值和总距操纵杆变化命令D_COLL_com的值进行发送。 [0160] 在步骤160的最后,确定系统30返回步骤100,以经由采集软件38采集测量的垂直速度VZ_mesurée和测量的空速IAS_mesurée、以及测量的垂直加速度AZ_mesurée和测量的纵向加速度AX_mesurée的新值。 [0161] 在返回到步骤100之后,确定步骤30继续步骤110以确定新的速度设定点。这一新的确定较优地通过仅使垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante和空速设定点的当前值IAS_cons_courante依据相关的收敛率朝着各自的目标值VZ_cons_cible和IAS_cons_cible变化,并且同时保持步骤110第一次通过时所确定的目标值VZ_cons_cible和IAS_cons_cible来完成。 [0162] 各自的目标值VZ_cons_cible和IAS_cons_cible较优地仅当来自碰撞回避系统12的数据或者来自自动驾驶设备16的数据有所修改时才被修改。换言之,各自的目标值VZ_cons_cible和IAS_cons_cible仅当需要改变回避飞行机动时(例如,出现新的障碍之后、或者障碍结束之后、或者障碍轨道的修改之后)才被修改。 [0163] 根据本发明的确定系统30和确定方法使得可以通过不仅将包括垂直方向Z上的垂直分量的速度设定点考虑在内(正如在本领域的现有技术中仅将垂直速度设定点考虑在内那样)并且也将与垂直方向Z垂直的纵向方向X上的纵向分量考虑在内的速度设定点考虑在内来计算更好的回避导引律。包括纵向分量的速度设定点例如为空速设定点,该空速设定点包括垂直分量和纵向分量。 [0164] 因此,根据本发明所确定的回避导引律使得可以提供对飞行器10的能量的更好管理,尤其是通过将执行回避机动飞行所需的功率最小化来完成管理。回避机动飞行则更加持久和安全,尤其是通过使飞行器10位于对应于最佳爬升空速IASMM的平衡飞行点。 [0165] 能量管理还使得可以进行更快的回避机动飞行,尤其是在更快地将前进速度的动能转换为爬升的势能的情况下,如图2中的箭头F1所示。 [0166] 当各速度设定点VZ_consigne、IAS_consigne进一步具有目标值VZ_cons_cible、IAS_cons_cible和当前值VZ_cons_courante、IAS_cons_courante,同时当前值向对应的目标值收敛时,收敛率的选择使得可以执行更加自然的回避机动飞行,即更加接近于飞行员进行的机动飞行。 [0167] 根据第二实施例,确定系统30适用于确定飞行航道倾角设定点FPA_consigne以代替垂直速度设定点VZ_consigne。事实上,鉴于之前使用垂直速度VZ和飞行航道倾角FPA之间的等式(1)所述的关系,本领域的技术人员懂得的是,确定系统30还适用于依据确定的飞行航道倾角设定点FPA_consigne和空速设定点IAS_consigne来计算回避导引律。 [0168] 类似于之前针对第一实施例所述的内容,飞行航道倾角FPA_consigne和空速设定点IAS_consigne中的每个例如都包括目标值FPA_cons_cible、IAS_cons_cible以及当前值FPA_cons_courante、IAS_cons_courante,回避导引律依据当前值进行计算,并且所述当前值则根据收敛率向目标值收敛。 [0169] 姿势变化命令D_THETA_com例如符合等式(2),或者另外可选地符合之前针对第一接收模式所述的且具有未改变的增益值K1、K2的等式(3)。 [0170] 根据该第二实施例,总距操纵杆变化命令D_COLL_com则例如符合以下等式: [0171] D_COLL_com=K5×(FPA_consigne-FPA_mesurée)-K6×AZ_mesurée (8)[0172] 其中,FPA_consigne为飞行航道倾角设定点, [0173] FPA_mesurée为测量的飞行航道倾角, [0174] AZ_mesurée为测量的纵向加速度,以及 [0175] K5和K6为至少取决于姿势和速度的增益。 [0176] 增益K5以%/°表示,并且例如介于0.2%/°和8%/°之间,通常等于1%/°。 [0177] 增益K6以%/(°.s-1)表示,并且例如介于0%/(°.s-1)和8%/(°.s-1)之间,通常等于0.5%/(°.s-1)。 [0178] 同样地,作为可选的附加,飞行航道倾角设定点FPA_consigne包括目标值FPA_cons_cible和当前值FPA_cons_courante,总距操纵杆变化命令D_COLL_com较优地符合以下等式: [0179] D_COLL_com=K5×(FPA_cons_courante-FPA_mesurée)-K6×AZ_mesurée (9)[0180] 根据该第二实施例,飞行航路倾角设定点VZ_consigne则例如依据由碰撞回避系统12提供的至少一个垂直速度限制值、更具体的是依据等式(1)所计算的飞行航道倾角值的授权范围以及之前在第一实施例中所述的垂直速度值的授权范围来确定。 [0181] 当从测量的飞行航道倾角FPA_mesurée和自动驾驶设备16所提供的任何飞行航道倾角设定点FPA_PA中选择的第三变量FPA_référence介于飞行航道倾角值的授权范围内时,飞行航道倾角设定点的目标值FPA_cons_cible例如等于第三变量FPA_référence并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible例如等于第二变量IAS_référence,第二变量IAS_référence从测量的空速IAS_mesurée以及自动驾驶设备16所提供的任何空速设定点IAS_PA中选择。 [0182] 否则,当第三变量FPA_référence并不在飞行航道倾角的授权范围内时,飞行航道倾角的目标值FPA_cons_cible是从飞行航道倾角值的所述授权范围内选择的值,并且空速设定点的目标值IAS_cons_cible例如等于最佳爬升空速IASMM或第二变量IAS_référence。 [0183] 根据该第二实施例的确定系统30的操作与之前针对第一实施例所述的内容相类似,每次使用飞行航道倾角设定点FPA_consigne代替垂直速度设定点VZ_consigne,或者额外分别使用飞行航道倾角设定点的当前值FPA_cons_courante和目标值FPA_cons_cible代替垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante和目标值VZ_cons_courante,以及使用可用的第三变量FPA_référence代替第一变量VZ_référence,如上所述。 [0184] 根据该第二实施例,因此在步骤110中,确定软件40使用之前在步骤100中采集到的测量的飞行航道倾角值FPA_mesurée和空速值IAS_mesurée来确定飞行航道倾角设定点FPA_consigne和空速设定点IAS_consigne。 [0185] 该确定步骤110被分为多个子步骤,这与之前参照图4说明的第一实施例相似,使用第三变量FPA_référence代替第一变量VZ_référence,以及分别使用飞行航道倾角设定的当前值FPA_cons_courante和目标值FPA_cons_cible代替垂直速度设定点的当前值VZ_cons_courante和目标值VZ_cons_cible。 [0186] 飞行航道倾角设定点的当前值FPA_cons_courante朝着对应的目标值FPA_cons_cible的收敛例如遵循仿射率。相对于当前值FPA_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如等于4度每秒。 [0187] 空速设定点的当前值IAS_cons_courante朝向目标值IAS_cons_cible的动态变化,即相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移,例如取决于测量的空速IAS_mesurée以及空速设定点的目标值IAS_cons_cible和当前值IAS_cons_courante之间的差。 [0188] 根据该第二实施例,相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如符合以下等式: [0189] [0190] 这是针对纵向加速度AX介于最小纵向加速度AXmin和最大纵向加速度AXmax的值; [0191] 其中,K'是由每秒每度的节数所表示的增益。 [0192] 相对于当前值IAS_cons_courante的时刻的偏移的绝对值例如符合以下等式: [0193] [0194] 其中,sgn为符号函数,该函数在差(IAS_cons_cible-IAS_cons_courante)为正时等于+1,在该差为零时等于0,并且在该差为负时等于-1; [0195] med为中间函数,该函数等于(K*|FPA_cons_cible-FPA_cons_courante|)、AXmin和AXmax三个值中的中间值。这使得可以将函数自身限制为纵向加速度AX的值内,该值介于最小纵向加速度AXmin和最大纵向加速度AXmax之间。 [0196] 作为一个示例,增益K'的值等于每英尺每分钟1/0.25节,纵向加速度的最小值AXmin和最大值AXmax分别等于每秒1节和每秒2节。 [0197] 第二实施例的优点与之前在第一实施例中所述相同,并且不再赘述。 [0198] 本领域的技术人员应当理解的是,回避导引律为用于回避障碍所计算的导引律,该导引律包括飞行器10的一个或更多导引命令。如之前所述,计算的导引律例如包括两个命令,即取决于垂直速度设定点VZ_consigne和测量的垂直速度VZ_mesurée的第一命令,以及取决于空速设定点IAS_consigne和测量的空速IAS_mesurée的第二命令。 |