FR3030449A1

FR3030449A1 - Procede et systeme de commande de direction pour un aeronef

Info

Publication number: FR3030449A1
Application number: FR1462913A
Authority: FR
Inventors: Patrice Brot; Sylvain Devineau
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2014-12-19
Filing date: 2014-12-19
Publication date: 2016-06-24
Anticipated expiration: 2034-12-19
Also published as: US20160179098A1; FR3030449B1; US10054955B2

Abstract

- Procédé et système de commande de direction pour un aéronef. - Le système comprend un palonnier (2) configuré pour pouvoir être actionné par un pilote de l'aéronef, une unité (3) de détection automatique d'une valeur de position correspondant à une position du palonnier (2), une unité auxiliaire (10) pour générer une valeur de compensation, une unité de calcul (4) configurée pour générer une valeur de commande en fonction de la valeur de position du palonnier (2) et de la valeur de compensation, l'unité de calcul (4) étant configurée pour générer la valeur de commande selon une cinématique non linéaire par rapport à la valeur de position du palonnier (2).

Description

DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un procédé et un système de commande de direction pour un aéronef, dépourvu de compensation mécanique de la direction. ETAT DE LA TECHN!QUE Les aéronefs modernes sont équipés de systèmes de commandes de vol, de type électrique. En particulier, le système de commande de direction est dit électrique, car l'ordre commandé par le pilote (position du palonnier) est transmis à un calculateur de commande de vol sous forme d'un signal électrique. Le calculateur utilise alors cet ordre pilote pour déterminer, à l'aide de lois de contrôle internes, l'ordre de commande qui est effectivement appliqué à la gouverne de direction. Malgré ces caractéristiques électriques, le palonnier reste un organe mécanique complexe. Il comprend, notamment, un ensemble de ressorts qui permet de recréer une sensation artificielle (car le palonnier n'est plus lié mécaniquement aux gouvernes de l'aéronef). Ces moyens de génération de sensation artificielle comportent également une fonction de compensation mécanique de direction (« mechanical rudder trim », en anglais). Cette fonction, mise en oeuvre par un compensateur mécanique, permet au pilote de régler la position palonnier d'effort nul. Le réglage est effectué par le pilote à l'aide de boutons situés dans le poste de pilotage. La présence, sur un système électrique de commande de direction tel que décrit ci-dessus, d'un compensateur mécanique de direction, qui répond aux besoins précités, présente des inconvénients, notamment en termes de masse, de coût, d'installation, d'encombrement, de maintenance,...

Pour remédier au moins en partie à ces inconvénients, il est connu du document FR2980453A1 (ou US2013075535A1) de supprimer la fonction de compensation mécanique. La compensation devient alors purement logicielle, soit manuelle, soit automatique. Il s'agit de rajouter un biais entre l'ordre du pilote (caractérisé par la position du palonnier) et l'ordre en entrée des lois de pilotage. Une position du palonnier au neutre peut donc engendrer un ordre non nul. Toutefois, l'ajout d'un tel biais logiciel constant entre la position du palonnier et l'ordre en entrée des lois, présente les inconvénients suivants : lorsque le pilote défléchit le palonnier du même côté que le biais logiciel en place, il atteint l'ordre maximum avant d'avoir atteint la butée mécanique du palonnier. Il rencontre donc une plage morte (sans effet sur l'aéronef) et il perd ainsi conscience de sa butée réelle d'autorité ; lorsque le pilote défléchit le palonnier dans le sens opposé au biais logiciel en place, il n'obtiendra jamais l'autorité maximale sur l'ordre en entrée des lois, même avec le palonnier en butée mécanique. Il apparaît donc une perte d'autorité de contrôle de l'aéronef dans cette situation. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention a pour objet de remédier à cet inconvénient.

Elle concerne un procédé de commande de direction pour un aéronef, comportant les étapes suivantes consistant à : - détecter automatiquement une valeur de position correspondant à une position d'un palonnier de l'aéronef, ledit palonnier étant configuré pour être actionné par un pilote de l'aéronef ; - générer une valeur de compensation ; - générer une valeur de commande en fonction de la valeur de position du palonnier et de la valeur de compensation, ladite valeur de commande étant destinée à être transmise à au moins un actionneur d'une gouverne de direction de l'aéronef.

Selon l'invention, la valeur de commande est générée de manière à suivre une cinématique non linéaire par rapport à la valeur de position du palonnier, cette cinématique étant telle qu'au moins l'une des deux conditions suivantes est remplie : lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée maximum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande maximum, et lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée minimum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande minimum. De préférence, cette cinématique est telle que les deux conditions précitées sont remplies : d'une part, lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée maximum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande maximum, et d'autre part, lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée minimum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande minimum. Grâce à la génération de la valeur de commande en suivant une cinématique non linéaire, le procédé permet, malgré la présence d'une valeur de compensation, c'est-à-dire d'un biais, de faire correspondre une position de butée maximum du palonnier avec un ordre de commande maximum et de faire correspondre la position de butée minimum du palonnier avec un ordre de commande minimum. En effet, la cinématique non linéaire permet de réduire l'effet généré par 20 la valeur de compensation à l'approche des positions minimum et maximum de butée du palonnier. Ainsi, le pilote peut actionner le palonnier de manière à atteindre le maximum et le minimum d'ordre de commande sans connaître de zone de déplacement du palonnier sans effet sur l'aéronef (ou zone morte). 25 Selon différents modes de réalisation de l'invention, qui peuvent être pris ensemble ou séparément : - la valeur absolue de la différence entre la valeur de commande et une valeur de commande non compensée augmente au moins une fois entre la position minimum et une position neutre du palonnier et diminue au moins une 30 fois entre la position neutre et la position maximum du palonnier ; - la valeur absolue de la différence entre la valeur de commande et la valeur de commande non compensée augmente linéairement et diminue linéairement ; - la valeur absolue de la différence entre la valeur de commande et la valeur de commande non compensée augmente linéairement entre la position minimum et une première position du palonnier située entre la position minimum et la position neutre et/ou diminue linéairement entre une deuxième position du palonnier et la position maximum, la deuxième position étant située entre la position neutre et la position maximum ; - la valeur de commande OP, la valeur de position PP du palonnier et la valeur de compensation TL sont définies, chacune par des valeurs normalisées dans une plage allant de -100% à 100%, la cinématique non linéaire étant telle que la valeur de commande vérifie les relations suivantes : - OP = (1-TL/50%)x(PP-50%) + (TL + 50%), si la valeur de position PP du palonnier est supérieure à 50% ; - OP = (1 +TL/50%)x(PP-50%) + (TL-50%), si la valeur de position PP du palonnier est inférieure à -50% ; - OP = PP + TL, si la valeur de position PP du palonnier est comprise entre -50% et 50% ; - la cinématique non linéaire est constituée d'au moins trois segments de droite ; - entre au moins deux positions du palonnier, la cinématique non linéaire 20 est constituée d'au moins un segment en forme de courbe ; - entre la position minimum du palonnier et la position maximum du palonnier, ledit segment présente un unique point d'inflexion ; - ledit segment est de forme parabolique ; - la valeur de commande OP, la valeur de position PP du palonnier et la 25 valeur de compensation TL sont chacune définies par des valeurs normalisées dans une plage allant de -100% à 100%, la cinématique non linéaire étant telle que la valeur de commande OP vérifie la relation suivante : - OP = PP + TL - TLxPP2 ; - la valeur de commande est générée de sorte qu'elle est maximum ou 30 minimum uniquement au moment où la valeur de position du palonnier atteint son maximum ou son minimum.

L'invention concerne également un système de commande de direction pour un aéronef, de type électrique, comportant : - un palonnier configuré pour être actionné par un pilote de l'aéronef ; - une unité de détection automatique d'une valeur de position correspondant à une position du palonnier ; - une unité auxiliaire pour générer une valeur de compensation ; et - une unité de calcul configurée pour générer une valeur de commande en fonction de la valeur de position du palonnier et de la valeur de compensation, ladite valeur de commande étant destinée à être transmise à au moins un actionneur d'une gouverne de direction de l'aéronef. Selon l'invention, l'unité de calcul est configurée pour générer la valeur de commande selon une cinématique non linéaire par rapport à la valeur de position du palonnier, cette cinématique étant telle qu'au moins l'une des deux conditions suivantes est remplie : lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée maximum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande maximum, et lorsque la valeur de position du palonnier correspond à une position de butée minimum du palonnier, la valeur de commande correspond à un ordre de commande minimum.

L'invention concerne en outre un aéronef, en particulier un avion de transport, comprenant un système de commande de direction tel que décrit précédemment. BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES Les figures annexées feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 est le schéma synoptique d'un système électrique de 30 commande de direction conforme à un mode de réalisation particulier de l'invention. Les figures 2 et 3 sont des graphiques illustrant des cinématiques non linéaires de génération d'une valeur de commande de direction.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE Le système 1 permettant d'illustrer l'invention et représenté schématiquement sur la figure 1 est un système de commande de direction de type électrique pour un aéronef (non représenté), en particulier un avion, et notamment un avion de transport. Ce système 1 est dépourvu de compensateur mécanique de direction. Le système de commande de direction 1 (ci-après système 1), de type électrique, comporte : - un palonnier 2 (réalisé sous forme de pédales) qui est susceptible d'être actionné par le pilote (pédales 2A) ou le copilote (pédales 2B) entre une butée minimum et une butée maximum ; - une unité 3 de détection automatique, associée audit palonnier 2, qui détermine sa position. L'unité 3 génère une valeur de position PP représentative de cette position, sous forme de signal électrique. La valeur de position PP est minimum lorsque le palonnier 2 est en position de butée minimum et la valeur de position PP est maximum lorsque le palonnier est en position de butée maximum ; - une unité auxiliaire 10 configurée pour générer une valeur de compensation TL, sous forme d'un signal électrique ; et - une unité de calcul 4 configurée pour générer une valeur de commande OP en fonction de la valeur de position PP du palonnier 2, reçue de l'unité 3 par l'intermédiaire d'une liaison 5, et de la valeur de compensation TL, reçue de l'unité auxiliaire 10 par l'intermédiaire d'une liaison 11.

Le système 1 comprend notamment au moins un actionneur 6 d'une gouverne de direction 7 de l'aéronef, auquel sont transmises les valeurs de commande OP via une liaison électrique 8. Cet actionneur 6 braque la gouverne de direction 7 (comme illustré par une liaison 9 en traits mixtes) d'une valeur de braquage représentative des valeurs de commande OP ainsi reçues. Ce système 1 est dit électrique, car l'ordre commandé par le pilote (par un actionnement du palonnier 2) est transmis à l'unité de calcul 4 sous forme d'un signal électrique.

Selon l'invention, l'unité de calcul 4 utilise la valeur de position PP du palonnier 2 pour déterminer, à l'aide d'une cinématique non linéaire précisée ci-dessous et dont deux exemples sont donnés aux figures 2 et 3, la valeur de commande OP qui est effectivement appliquée à la gouverne de direction 7.

La valeur de commande OP est, par conséquent, calculée en tenant compte de la valeur de compensation TL et de la valeur de position PP par rapport à laquelle elle varie de manière non linéaire. Deux exemples de cinématique non linéaire permettant de calculer la valeur de commande OP à partir de la valeur de position PP sont illustrés respectivement sur les figures 2 et 3. On entend par cinématique non linéaire, une cinématique qui ne suit pas une droite de coefficient directeur constant. Chacun des graphiques des figures 2 et 3 représente des exemples de cinématique non linaire que suit la valeur de commande OP (en ordonnée) en fonction de la valeur de position PP (en abscisse). Sur chacun des graphiques, sont représentées plusieurs courbes Cl à C8 et C9 à C16, qui illustrent des exemples de cinématique non linéaire pour des valeurs de compensation TL différentes. La courbe CO représente une valeur de commande non compensée, c'est-à-dire pour une valeur de compensation TL nulle. Sur ces graphiques, la valeur de commande OP, la valeur de position PP du palonnier et la valeur de compensation TL sont, chacune, définies par des valeurs normalisées dans une plage allant de -100% à 100%. Sur ces exemples, la valeur absolue M, A2 de la différence entre la valeur de commande OP et une valeur de commande non compensée (sur la courbe CO), augmente au moins une fois entre une position minimum PMin du palonnier 2 (située à l'extrémité gauche de l'axe des abscisses) dont la valeur normalisée correspondante est -100% et une position neutre PN du palonnier 2 (situé au centre de l'axe des abscisses) dont la valeur normalisé est 0%. Elle diminue au moins une fois entre la position neutre PN du palonnier et une position maximum PMax du palonnier (située à l'extrémité droite de l'axe des abscisses) dont la valeur normalisée est 100%. Cette valeur absolue M, A2 est illustrée sur les figures 2 et 3 en prenant l'exemple d'une différence lorsque la valeur de commande OP suit la cinématique non linéaire C4 et C12. La valeur absolue Ai, A2 de la différence entre la valeur de commande OP et une valeur de commande non compensée pour une position PO du palonnier, est égale à : - OP1 - OPO sur l'exemple de la figure 2 pour la courbe C4 ; et - 0P2 - OPO sur l'exemple de la figure 3 pour la courbe C12.

Dans l'exemple illustré sur la figure 2, la valeur absolue Al de la différence entre la valeur de commande OP et la valeur de commande compensée augmente linéairement et diminue linéairement. En particulier, la valeur absolue Al augmente linéairement entre la position minimum PMin et une première position P1 du palonnier 2 située entre la position minimum PMin et la position neutre PN, et dont la valeur normalisée est -50%. De plus, elle diminue linéairement entre une deuxième position P2 du palonnier et la position maximum PMax, la deuxième position P2 étant située entre la position neutre PN et la position maximum PMax, et dont la valeur normalisée est 50%.

La cinématique non linéaire illustrée à la figure 2 est telle que la valeur de commande OP vérifie les relations suivantes : OP = (1-TL/50%)x(PP-50%)+ (TL+ 50%), si la valeur de position PP du palonnier 2 est supérieure à 50% ; OP = (1 +TL/50%)x(PP-50%)+ (TL-50%), si la valeur de position PP du palonnier (2) est inférieure à -50% ; OP = PP + TL, si la valeur de position PP du palonnier 2 est comprise entre -50% et 50%. Les courbes Cl à C8 vérifient ces relations à chaque fois pour une valeur de compensation TL différente.

Ainsi, la cinématique non linéaire illustrée à la figure 2 est constituée de trois segments de droite. En effet, un premier segment de droite des courbes Cl à C8 s'étend entre PMin et Pi, un deuxième segment de droite des courbes Cl à C8 s'étend entre P1 et P2 et un troisième segment de droite des courbes Cl à C8 s'étend entre P2 et PMax.

Sur l'exemple illustré à la figure 3, la cinématique non linéaire représentée par les courbes C9 à C16 est constituée d'au moins un segment en forme de courbe.

En particulier, entre la position minimum PMin du palonnier 2 et une position maximum PMax du palonnier 2, le segment présente un unique point d'inflexion. Le segment est ici une courbe parabolique. La cinématique non linéaire illustrée à la figure 3 est telle que la valeur de commande OP vérifie la relation suivante : OP = PP + TL - TLxPP2. Les courbes C9 à C16 vérifient ces relations à chaque fois pour une valeur de compensation TL différente. Comme visible sur les figures 2 et 3, la valeur de commande OP est 10 générée de sorte qu'elle arrive au moins à son maximum ou à son minimum de manière simultanée au moment où la valeur de position PP du palonnier 2 atteint son maximum ou son minimum respectivement, c'est-à-dire lorsque le palonnier 2 est en butée maximum PMax ou minimum Pmin respectivement. En effet : 15 - lorsque la valeur de commande OP suit une des cinématiques non linéaire Cl à C5 ou C9 à C14, la valeur de commande OP est générée de sorte qu'elle arrive à son minimum de manière simultanée au moment où la valeur de position PP du palonnier 2 atteint -100%, c'est-à-dire au moment où la position du palonnier 2 atteint son minimum PMin ; et 20 - lorsque la valeur de commande OP suit une des cinématiques non linéaire C4 à C8 ou Cil à C16, la valeur de commande OP est générée de sorte qu'elle arrive à son maximum de manière simultanée au moment où la valeur de position PP du palonnier 2 atteint 100%, c'est-à-dire au moment où la position du palonnier 2 atteint son maximum PMax.

25 En particulier, lorsque la valeur de commande OP suit une des cinématiques non linéaire C4, C5 ou Cil à C14, la valeur de commande OP atteint son maximum et son minimum de manière simultanée au moment où la valeur de position PP du palonnier 2 atteint 100% et -100% respectivement, c'est-à-dire au moment où la position du palonnier 2 atteint son maximum 30 PMax et son minimum PMin respectivement. Le pilote peut ainsi atteindre le minimum et le maximum de la valeur de commande OP sans rencontrer de plage morte dans laquelle une action sur le palonnier n'entraîne aucun changement dans la valeur de commande.

Claims

REVENDICATIONS1. Procédé de commande de direction pour un aéronef, ledit procédé comportant les étapes suivantes consistant à : - détecter automatiquement une valeur de position (PP) correspondant à une position d'un palonnier (2) de l'aéronef, ledit palonnier (2) étant configuré pour pouvoir être actionné par un pilote de l'aéronef ; - générer une valeur de compensation (TL) ; - générer une valeur de commande (OP) en fonction de la valeur de position (PP) du palonnier (2) et de la valeur de compensation (TL), ladite valeur de commande (OP) étant destinée à être transmise à au moins un actionneur (6) d'une gouverne de direction (7) de l'aéronef, caractérisé en ce que la valeur de commande (OP) est générée de manière à suivre une cinématique non linéaire (Cl à C16) par rapport à la valeur de position (PP) du palonnier (2), cette cinématique étant telle qu'au moins l'une des deux conditions suivantes est remplie : lorsque la valeur de position du palonnier (2) correspond à une position de butée maximum (PMax) du palonnier (2), la valeur de commande correspond à un ordre de commande maximum, et lorsque la valeur de position du palonnier (2) correspond à une position de butée minimum (PMin) du palonnier (2), la valeur de commande correspond à un ordre de commande minimum.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la valeur absolue de la différence (M, A.2) entre la valeur de commande (OP) et une valeur de commande non compensée augmente au moins une fois entre la position minimum (PMin) et une position neutre (PN) du palonnier (2) et diminue au moins une fois entre la position neutre (PN) et la position maximum (PMax) du palonnier (2).
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la valeur absolue (11) de la différence entre la valeur de commande (OP) et la valeur de commande 30 non compensée augmente linéairement et diminue linéairement.
4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la valeur absolue (A1) de la différence entre la valeur de commande (OP) et la valeur de commande non compensée augmente linéairement entre la position minimum (PMin) etune première position (P1) du palonnier (2) située entre la position minimum (PMin) et la position neutre (PN) et/ou diminue linéairement entre une deuxième position (P2) du palonnier et la position maximum (PMax), la deuxième position (P2) étant située entre la position neutre (PN) et la position maximum (PMax).
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de commande OP, la valeur de position du palonnier PP et la valeur de compensation TL sont définies, chacune, par des valeurs normalisées dans une plage allant de -100% à 100%, la cinématique non linéaire étant telle que la valeur de commande OP vérifie les relations suivantes : OP = (1-TL/50%)x(PP-50%)+ (TL + 50%), si la valeur de position PP du palonnier (2) est supérieure à 50% ; OP = (1 +TL/50%)x(PP-50%) + (TL-50%), si la valeur de position PP du palonnier (2) est inférieure à -50% ; OP = PP + TL, si la valeur de position PP du palonnier (2) est comprise entre -50% et 50%.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la cinématique non linéaire (C1 à C8) est constituée d'au moins trois segments de droite.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel entre au moins deux positions du palonnier (2), la cinématique non linéaire (C9 à C16) est constituée d'au moins un segment en forme de courbe.
8. Procédé selon la revendication 7, dans lequel entre la position minimum (PMin) du palonnier (2) et la position maximum (PMax) du palonnier (2), ledit segment présente un unique point d'inflexion.
9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le segment est de forme parabolique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, dans lequel la valeur de commande (OP), la valeur de position du palonnier (PP) et la valeur de compensation (TL) sont définies, chacune, par des valeurs normalisées dans une plage allant de -100% à 100%, la cinématique non linéaire étant telle que la valeur de commande (OP) vérifie la relation suivante :OP =-- PP + TL - TLxPP2.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la valeur de commande (OP) est générée de sorte qu'elle est maximum ou minimum uniquement au moment où la valeur de position (PP) 5 du palonnier (2) atteint son maximum ou son minimum. 1 2. Système de commande de direction pour un aéronef, de type électrique, comportant : - un palonnier (2) configuré pour être actionné par un pilote de l'aéronef ; 10 - une unité (3) de détection automatique d'une valeur de position (PP) correspondant à une position du palonnier (2) ; - une unité auxiliaire (10) pour générer une valeur de compensation (TL) ; et - une unité de calcul (4) configurée pour générer une valeur de 15 commande (OP) en fonction de la valeur de position (PP) du palonnier (2) et de la valeur de compensation (TL), ladite valeur de commande (OP) étant destinée à être transmise à au moins un actionneur (6) d'une gouverne de direction (7) de l'aéronef, caractérisé en ce que l'unité de calcul (4) est configurée pour générer la 20 valeur de commande (OP) selon une cinématique non linéaire par rapport à la valeur de position (PP) du palonnier (2), cette cinématique étant telle qu'au moins l'une des deux conditions suivantes est remplie : lorsque la valeur de position du palonnier (2) correspond à une position de butée maximum (PMax) du palonnier (2), la valeur de commande correspond à un ordre de commande 25 maximum, et lorsque la valeur de position du palonnier (2) correspond à une position de butée minimum (PMin) du palonnier (2), la valeur de commande correspond à un ordre de commande minimum.