[发明专利]自动驾驶仪及其方法

说明书

本申请是基于2013年2月8日提交的、申请号为201380008002.9、发明创造名称为“自动驾驶仪及其方法”的中国专利申请的分案申请。

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和No.61/597,581的优先权，这些临时专利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日提交的美国专利申请No.13/763,574、No.13/763,582和No.13/763,590的优先权，这些专利申请的全部内容通过引用方式并入本文。

技术领域

本申请一般地涉及飞行控制系统，更具体地涉及旋翼飞机自动驾驶仪及相关方法。

背景技术

直升机在本质上是不稳定的，通常需要驾驶员用一只手保持与周期变距操纵杆的持续相互作用。即使是瞬间松开周期变距操纵杆也会导致周期变距操纵杆或周期变距操纵杆的“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，例如调节头戴式送受话器或者查阅地图的硬拷贝时，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导致驾驶员疲劳。

传统的自动驾驶仪能够提供多方面的益处，包括允许驾驶员松开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昂。例如，其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，而非进行穷举。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

结合作为示例性和说明性而非在范围上限制性的系统、工具和方法对下面的实施例及其各方面进行描述和说明。在各个实施例中，上述问题中的一个或多个问题视为减轻和消除，而其他实施例涉及其他改进。

一般而言，本发明描述了用于直升机的自动驾驶系统、相关部件和方法。在本发明的一个方面中，内环构造为至少对直升机的飞行提供真实姿态，该内环包括应用于内环的给定级别的冗余。自动驾驶外环构造为对直升机的飞行提供至少一种导航功能，该自动驾驶外环包括与所述内环不同的冗余级别。

在本发明的另一方面中，致动器装置形成通过致动直升机的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。至少一个电动机包括输出轴和用于接收使输出轴旋转的驱动电流的电动机线圈装置。致动器连杆有效地连接在电动机的输出轴与飞行控制件之间，以便输出轴的旋转引起致动器连杆和飞行控制件的相应运动。电动机驱动装置用于在自动驾驶仪的正常操作期间从电源提供驱动电流，并且至少用于响应电源的故障使电动机线圈装置短路，以便电动机提供作用在致动器连杆上的用于在电源故障期间稳定直升机的飞行的制动力。

在本发明的又一方面中，描述了用于直升机的自动驾驶系统和相关方法的实施例，直升机包括提供GPS输出的GPS单元。传感器装置专用于自动驾驶系统并且产生表征直升机的飞行的一组传感器输出。控制装置接收GPS输出和传感器输出，并且响应这些输出而产生电驱动信号。致动器为机电式并且接收电驱动信号并产生响应电驱动信号的机械控制输出，机械控制输出与直升机机械连接，以便在不需要直升机中的液压辅助系统的情况下提供直升机的自动飞行控制。

在本发明的还一方面中，描述了用于直升机的自动驾驶系统和相关方法，直升机包括液压辅助系统，液压辅助系统接收来自驾驶员的飞行控制输入并且转而产生与直升机机械连接的机械输出以提供直升机的驾驶员控制。传感器装置产生表征直升机的飞行的一组传感器输出。控制装置接收传感器输出并且产生电驱动信号。致动器装置为机电式并且接收电驱动信号并产生响应电驱动信号的控制输出，控制输出与液压辅助系统机械连接，并且致动器装置构造为与控制装置协作，以便在正常运行状态下用液压辅助系统在第一正常模式下提供直升机的自动飞行控制并且在故障运行状态下用液压辅助系统在第二故障模式下提供直升机的自动飞行控制，从而在正常模式和故障模式中的每一种模式下提供直升机的自动飞行控制。