【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种控制转换型飞机的方法，尤其是控制电动垂直起降飞机(electrically powered vertical take-off and landing aircraft，evtol)的方法，该飞机包括多个致动器，该飞机能够在针对起降的第一状态(regime)和针对水平飞行的第二状态之间转换。本公开还涉及一种转换型飞机，特别是电动垂直起降飞机，该飞机包括多个致动器，该飞机能够在针对垂直起降的第一状态和针对水平飞行的第二状态之间转换。由于它们的垂直起降能力和长距离飞行能力，具有转换能力(从垂直起降飞机到固定翼飞机(aeroplane/fixed wing)，反之亦然)的垂直起降飞机将在未来几年里主导我们的交通。处理这两种状态(以下称为“vtol”和“固定翼飞机”)之间的转换对安全舒适的飞行起着重要作用。本公开提出了一种简单有效的方法来实现这一目标。在本公开说明书的上下文中，针对垂直起降的第一状态指的是vtol状态或者模式，该模式由升降器和推动器主导，并且当某些条件满足时发生。这些条件可以结合图4以示例性方式描述。针对水平飞行的第二状态指的是固定翼飞机状态(aeroplane state)或者模式，该模式由控制面和推动器主导，并且当某些条件满足时发生。这些条件也可以结合图4以示例性方式描述。应当注意，飞机能够在没有处于固定翼飞机状态或者模式的情况下进行水平飞行。因此，原则上，水平飞行可以在两种状态下发生，尽管在本公开的上下文中，所述第二状态更适合长距离水平飞行。
技术介绍
1、es2 259 325 a1公开了一种直升机
技术实现思路
1、本公开的目的是分别提供一种方法和一种飞机，具有上述的类型，能够以一种同时安全、简单和有效的方式来处理不同的状态(本公开中也称为状态(state)或者模式(mode))之间的转换。
2、该目的由具有方案1的特征的方法和具有方案15的特征的飞机来实现。
3、本公开进一步的更优实施例在从属方案中进行限定。
4、根据本公开的第一方面，提供一种控制转换型飞机的方法，尤其是控制电动垂直起降飞机(evtol)的方法，该飞机包括多个致动器，该飞机能够在针对起降的第一状态(“vtol”)和针对水平飞行的第二状态(“固定翼飞机”)之间进行转换，该方法包括在所述第一状态下控制来自所述多个致动器的第一致动器子集以及在所述第二状态下控制来自所述多个致动器的第二致动器子集，该方法使用通过至少一个飞控计算机(flight controlcomputer)实现的状态机，该方法至少包括以下步骤：
5、a)向所述飞控计算机提供多个飞行参数的测量或者评估，该飞行参数优选地包括飞机的当前空速和当前姿态；
6、b)依据来自所述第一状态和所述第二状态的当前状态，通过所述状态机检查与所述当前状态关联的各自的预定义条件集是否已经满足，所述条件基于所述飞行参数与各自的预定义阈值的比较，优选基于所述飞机的当前空速和当前姿态的测量或评估分别与各自的预定义阈值的比较；
7、c)若所述预定义条件集中的所有条件都得到满足，则向高级决策者发送所述飞机的对应状态的信号，并且等待来自高级决策者的、从所述状态向所述第一状态和所述第二状态中的另一状态转换的确认；
8、d)如果高级决策者已经批准了所述转换，则指示所述飞控计算机执行从所述当前状态向所述第一状态和所述第二状态中另一状态的转换；
9、e)在在步骤d)中执行所述转换后，根据在所述飞控计算机上实施的依赖于状态的控制法则，根据所述第一状态和所述第二状态中的所述另一状态指挥所述飞机；
10、f)返回步骤a)；
11、其中，所述步骤e)包括随着时间的推移逐渐地混入(blend in)针对所述第一状态和所述第二状态中的所述另一状态的控制法则，同时随着时间的推移逐渐地混出(blendout)针对所述当前状态的控制法则。
12、优选地，混入的时间和混出的时间可以不同，其中，混入的时间通常快一些，也即比混出需要的时间少。这在下面会详细解释。
13、分别逐渐地混入和混出所述控制法则是重要的特征，因为混入意味着下一模式的致动器/控制变得有效，而混出意味着当前模式的致动器/控制逐渐地淡出。如果混入时间比混出时间长(也即混入更慢)，则会存在着死区时间，在该死区时间内什么控制也没有(如果所述当前模式在新的模式生效之前失效的话)，这是不利的。
14、如果混入时间等于混出时间(也即两者完全相同)，那么如果存在着计算问题就会发生未定义情况。
15、然而，如果混入时间比混出时间短(也即混入更快)，那么就能够确保所述时间和对应的控制状态至少有点儿重叠，以使得没有死区时间，并且总是有足够的控制。
16、根据本公开的第二方面，提供一种转换型飞机，尤其是一种电动垂直起降飞机(evtol)，该飞机包括多个致动器，该飞机能够在针对起降的第一状态和针对水平飞行的第二状态之间进行转换，该转换型飞机包括至少一个飞控计算机，该飞控计算机用于执行根据本公开第一方面所述的方法。
17、因此，为了克服现有技术的缺点，建议通过使高级决策者处于环路中并做出执行转换的最终决定，来在所述至少一个飞控计算机中、尤其是针对evtol飞机、但是也适用于针对具有不同能量类型的其他飞机来处理从“vtol”到“固定翼飞机”以及从“固定翼飞机”到“vtol”的转换。所述飞控计算机监控和检测转换的条件，这对应于通过状态机建立所述飞机的当前状态，然后将所述当前状态通知(后文也称为拉取(pull))给所述高级决策者。高级决策者(可以是人或者自动驾驶仪或者人工智能)然后评估该信息，并允许或者拒绝所述转换(后文也称为推送(push))。
18、优选地，所述至少一个飞控计算机可以使用与飞行相关的多种信息，尤其是空速和姿态。通过将该信息与控制命令(该控制命令通常已经在飞控计算机中进行计算)相结合，就能够有效检测转换的条件。
19、通过例如改变基础控制分配问题中已分配的致动器的“权重”来尤其在实际控制分配期间随着时间的推移逐渐地混入针对所述第一状态和所述第二状态中的所述另一状态的控制法则并同时混出针对所述当前状态的控制法则，能够安全地处理状态之间的转换本身。这样可以避免潜在的有害的和不舒服的突然转换。
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1.一种控制转换型飞机(1)、尤其是电动垂直起降飞机的方法，所述飞机(1)包括多个致动器(2，3，4a-4c)，所述飞机(1)能够在针对起降的第一状态与针对水平飞行的第二状态之间进行转换，所述方法包括在所述第一状态下控制来自所述多个致动器(2，3，4a-4c)的第一致动器子集和在所述第二状态下控制来自所述多个致动器(2，3，4a-4c)的第二致动器子集，所述方法使用通过至少一个飞控计算机(5)实施的状态机(5a)，所述方法包括至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述飞行参数包括以下至少一者：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述致动器(2，3，4a-4c)包括升降单元(2)、前向推进单元(3)和控制面(4a-4c)，例如襟翼、升降舵、方向舵和副翼。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)是以下至少之一：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述条件集包括以下至少一者：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述转换在飞行中的某一时刻下执行，在该
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)能够指挥所述转换，即使所述预定义条件集中的所有条件(C1-C8)都得到满足的情况是不存在的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)在所述预定义条件集中的所有条件(C1-C8)都得到满足的情况不存在的情况下被禁止指挥所述转换。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述飞控计算机(5)经由和通过考虑每个致动器(2，3，4a-4c)的权重矩阵和物理限制(例如，分别是上限和下限)来为所述飞机(1)计算链接到实际致动器命令的期望伪控制命令其中，矩阵是控制有效性矩阵并包含给定致动器(2，3，4a-4c)在νdes的元素的方向上如何有效的信息，其中，其中，所述逐渐混入和混出控制法则包括修改所述权重矩阵。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，通过使用数学滤波函数f来在0与1之间动态地转换所述权重，所述函数优选地是以下之一：单极点低通滤波器、双极点低通滤波器、二阶低通巴特沃斯滤波器、代数函数、S型函数(例如，双曲正切函数、反正切函数或逻辑函数)；
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，分别使用不同的混合模式来实现从所述第一状态向所述第二状态的转换以及从所述第二状态向所述第一状态的转换，所述混合模式优选地涉及使用根据权利要求11所述的不同的滤波函数，其中，更优选地，来自所述第一致动器子集的致动器随着第一时间的推移而被混入、并随着第二时间的推移而被混出，所述第一时间短于所述第二时间，其中，更优选地，所述混合模式基于所述状态机(5a)提供的输入参数而进行修改。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，混合模式(例如，根据权利要求11所述的滤波函数类型和/或滤波函数参数)能够针对不同的飞行场景进行预定义、并基于所述状态机(5a)向所述飞控计算机(5)的飞控算法提供的状态进行选择，或者基于各种检测到的或者可检测的条件(例如，环境条件、飞机健康状况、飞行员请求等)使用各个不同的参数化(例如，不同的增益和/或常量)在飞行期间动态地进行改变。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，混合模式(例如，根据权利要求11所述的滤波函数类型和/或滤波函数参数)被进一步调整以实现至少一个二级目标，例如，转换期间的最小功耗、转换所需的最小时间、转换期间的最小物理负载等等。
15.一种转换型飞机(1)，尤其是电动垂直起降飞机，所述飞机(1)包括多个致动器(2，3，4a-4c)，并且所述飞机(1)能够在针对起降的第一状态和针对水平飞行的第二状态之间进行转换，所述飞机(1)包括至少一个飞控计算机(5)，所述飞控计算机(5)用于执行根据上述任一权利要求所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种控制转换型飞机(1)、尤其是电动垂直起降飞机的方法，所述飞机(1)包括多个致动器(2，3，4a-4c)，所述飞机(1)能够在针对起降的第一状态与针对水平飞行的第二状态之间进行转换，所述方法包括在所述第一状态下控制来自所述多个致动器(2，3，4a-4c)的第一致动器子集和在所述第二状态下控制来自所述多个致动器(2，3，4a-4c)的第二致动器子集，所述方法使用通过至少一个飞控计算机(5)实施的状态机(5a)，所述方法包括至少以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述飞行参数包括以下至少一者：
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述致动器(2，3，4a-4c)包括升降单元(2)、前向推进单元(3)和控制面(4a-4c)，例如襟翼、升降舵、方向舵和副翼。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)是以下至少之一：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述条件集包括以下至少一者：
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述转换在飞行中的某一时刻下执行，在该时刻下，所述飞机(1)能够在所述第一状态和所述第二状态下均实现稳定飞行。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)能够指挥所述转换，即使所述预定义条件集中的所有条件(c1-c8)都得到满足的情况是不存在的。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述高级决策者(5b)在所述预定义条件集中的所有条件(c1-c8)都得到满足的情况不存在的情况下被禁止指挥所述转换。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其中，所述飞控计算机(5)经由和通过考虑每个致动器(2，3，4a-4c)的权重矩阵和物理限制(例如，分别是上限和下限)来为所述飞机(1)计算链接到实际致动器命令的期望伪控制命令其中，矩阵是控制有效性矩阵并包含给定致动器(2，3，4a-4c)在νdes的元素的方向上如何有效的信息，其中，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·尤克塞尔，A·拉梅什，L·杜阿尔特，
申请(专利权)人：沃科波特有限公司，
类型：发明
国别省市：
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