[发明专利]自动驾驶系统、部件和方法

说明书

相关申请

本申请要求均于2012年2月10日提交的美国临时专利申请No.61/597,555、No.61/597,570、No.61/597,581的优先权，上述申请的全部内容通过引用方式并入本文。本申请还要求均于2013年2月8日提交的美国临时专利申请No.13/763,574、No.13/763,582、No.13/763,590的优先权，上述申请的全部内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本申请一般涉及飞行控制系统，尤其涉及一种旋翼飞机的自动驾驶仪及相关方法。

背景技术

直升机本质上是不稳定的，通常需要驾驶员利用一只手来保持与周期变距操纵杆的持续相互作用。甚至是周期变距操纵杆的瞬间松开都会导致周期变距操纵杆或控制杆的“抖动”，伴随的是对直升机失去控制。当驾驶员需要参与双手活动时，诸如例如调节头戴式送受话器或者参照地图的硬拷贝时，这样特别不方便。此外，对周期变距操纵杆进行持续控制的需要会使驾驶员变得疲劳。

传统的自动驾驶仪能够提供多方面的益处，包括允许驾驶员释放周期变距操纵杆以参与双手任务，以及减轻驾驶员的疲劳。然而，申请人认识到，传统的直升机的自动驾驶仪的成本非常高。例如，传统的或常规的自动驾驶仪的成本与直升机本身的成本相比是如此之高以至于在轻型直升机中很难见到自动驾驶仪。

上述现有技术的实例以及与其有关的局限性意在是说明性的，而非进行穷尽。通过阅读说明书和研究附图，现有技术的其他局限性对于本领域技术人员而言将变得更加清楚。

发明内容

结合意在示例性和说明性而不是限制范围的系统、工具和方法，对下面的实施例及其方面进行说明和图示。在各个实施例中，上述问题中的一个或多个视为减轻或消除，而其他实施例涉及其他的改进。

一般而言，描述了用于直升机相关的部件和方法的自动驾驶系统。在本发明的一个方面中，致动器作为用于通过致动一个或多个飞行控制件来提供直升机的自动控制的自动驾驶仪的一部分，致动器构造为包括一对冗余的第一电机和第二电机，每个电机都包括可旋转的电机输出轴。齿轮装置包括用于与飞行控制件可操作地连接并且构造为接合第一电机和第二电机中的每一个的输出轴的致动器输出轴，以便至少在如下模式下运行：(i)第一模式，第一电机和第二电机都有助于致动器输出轴的旋转，(ii)第二模式，其中第一电机因第二电机的故障而旋转致动器输出轴，以及(iii)第三模式，其中第二电机因第一电机的故障而旋转输出轴。

在本发明的另一方面中，自动驾驶仪显示单元安装到直升机的仪表控制台中，至少用于将自动驾驶飞行数据显示给直升机的驾驶员。自动驾驶仪主单元外壳以靠近直升机的周期变距操纵杆(周期变距杆)的方式可拆卸地安装到直升机上，并且自动驾驶仪主单元外壳限定了主单元内部。一组致动器支撑在主单元内部中，该一组致动器包括具有俯仰致动器输出轴的俯仰致动器和具有侧滚致动器输出轴的侧滚致动器，使得仅仅一组致动器的俯仰致动器轴和侧滚致动器轴至少部分地从自动驾驶仪主单元外壳向外延伸，以用于将机械控制力提供给直升机的周期变距操纵杆。主单元电子设备部被支撑在主单元内部中，并且与自动驾驶仪显示单元电通信以及与一组致动器电通信，以用于将电控制信号提供给致动器，以便主单元电子设备部和一组致动器共同容纳在主单元内部中。

在本发明的另一方面中，自动驾驶系统构造为通过致动直升机的周期变距操纵杆来进行直升机的自动控制，该周期变距操纵杆响应于直升机的旋翼的旋转而受到周期振动频率影响。周期振动隔离器由致动器轴可拆卸地支撑以与致动器轴共同旋转，并且与直升机的周期变距操纵杆连接以呈现出谐振频率，该谐振频率至少与周期振动频率近似匹配，以便周期变距操纵杆相对于致动器轴的运动，使得周期振动频率在致动器轴处衰减，并且谐振频率之下的致动器轴的输出旋转与周期变距操纵杆连接。

在本发明的又一方面中，自动驾驶系统构造为通过致动直升机的周期变距操纵杆来进行直升机的自动控制，该周期变距操纵杆响应于直升机的旋翼的旋转而受到周期振动影响。周期振动隔离器包括控制臂，控制臂可拆卸地连接到致动器轴上以支撑周期振动隔离器，使得控制臂与致动器轴共同旋转。输出臂与直升机的周期变距操纵杆连接并且因此受到周期振动影响。弹性装置锁卡在控制臂与输出臂之间，使得输出臂响应于周期振动且相对于控制臂而振荡，以将致动器轴与周期振动机械地隔离，同时将致动器轴的旋转致动运动传递到输出臂，从而将旋转致动运动传递到周期变距操纵杆，以进行周期变距操纵杆的自动驾驶仪致动。