一種航空發動機控制器BIT測試方法與流程
2023-09-23 10:15:35
本發明屬於航空發動機控制系統開發領域技術領域，涉及一種航空發動機控制器BIT測試方法。
背景技術：
發動機控制器是發動機管理系統的控制核心，其基本功能是以發動機轉速和負荷為基礎，採集傳感器信號，經過數學模型計算處理後將控制指令發送至相關執行機構，執行預定的控制功能，從而使發動機在實時工況和外界工作條件下始終處於最佳的燃燒狀態。
隨著大規模集成電路的應用，現代電子設備越來越複雜，一旦電子設備出現故障，故障檢測、故障隔離時間長，維修工作量迅速增加，因此它的安全可靠運行和快速維修就顯得極為重要。航空發動機控制器機內測試(以下簡稱BIT)旨在依靠控制自身的電路和程序完成故障診斷、故障隔離，它能對設備/系統內部的故障進行自動檢測、診斷和隔離，大大提高控制器中的故障診斷效率和準確性，從而降低維護費用，提高可靠性。
技術實現要素：
根據以上現有技術的不足，本發明提出一種航空發動機控制器BIT測試方法，這種測試方法結合硬體冗餘設計及發動機雙控制器，根據控制器的運行狀態及駕駛員指令，實現對控制器硬體本身、外部輸入、執行器的故障診斷、故障隔離。從而保證控制器能夠快速發現故障，保證控制器在最合理狀態運行，提高發動機控制的安全性能。。
為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為：一種航空發動機控制器BIT測試方法，發動機控制器BIT測試硬體包括輸入信號處理電路、輸出信號處理電路、控制器、硬體測試電路、硬體反饋電路，所述輸入輸出信號處理電路接收傳感器、開關的信號，並對接收到的信號進行處理，將處理過後的信號輸入到控制器，控制器根據接收到的信號判斷控制器輸入控制部分的正確性，同時控制器將接收到的信號通過軟體計算處理後輸出到輸出信號處理電路，輸出信號處理電路對輸出信號進行處理後通過硬體反饋電路反饋到控制器，控制器結合輸入輸出及反饋信號判斷輸出控制部分的正確性。所述發動機控制器BIT測試硬體還包括分別和輸入信號處理電路連接的多通道模擬輸入電路、多通道數字輸入電路、多通道頻率輸入電路；多通道模擬輸入獲取發動機傳感器信號，多通道數字輸入獲取發動機外部離散輸入信號，多通道頻率輸入獲取曲軸傳感器、凸輪軸傳感器頻率輸入信號。所述發動機控制器BIT測試分為三種模式，分別為上電BIT測試、運行BIT測試、維修BIT測試；上電BIT測試旨在控制器正常運行之前發現發動機控制系統存在的故障；運行BIT測試旨在發現發動機控制系統正常運行時存在的故障；維修BIT測試旨在發現發動機控制系統售後維修時存在的故障。所述上電BIT測試由控制器自動完成或駕駛員手動觸發完成，運行BIT測試則由控制器自動循環檢測，維修BIT測試由售後維修人員手動觸發完成。所述發動機控制器BIT測試包括控制器BIT測試、輸入信號BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試、執行器BIT測試。在發動機控制器上電狀態，BIT測試系統將進行控制器完整的MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試；在發動機控制器處於正常運行狀態，BIT測試系統將進行控制器部分MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試、執行器BIT測試；在發動機控制器處於維修自檢狀態時，BIT測試系統將進行控制器完整的MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試。該方法包括上電BIT模式、運行BIT模式、維修BIT模式；當控制器上電後，控制器不斷檢測上電自檢開關狀態和維修自檢開關狀態以判斷進入何種BIT模式。當控制器進入上電BIT模式後，控制器首先對MCU進行檢測，包括MCU存儲、輸入輸出接口；當MCU BIT測試結束後，控制器根據測試結果返回相應的故障代碼；MCU BIT測試完成後，控制器使能BIT測試硬體功能，接著進行自身輸入輸出接口進行BIT測試，當控制器輸入輸出接口測試結束後，控制器根據測試結果返回相應的故障代碼，控制器輸入輸出接口測試完成後，控制器進入運行BIT模式。當控制器進入運行BIT模式後，控制器實時檢測自檢開關狀態，當自檢開關狀態有效時，控制器立即退出運行BIT模式，進入上電BIT模式；當自檢開關無效時，控制器繼續保持運行BIT模式。
本發明有益效果是:本發明根據控制器的運行狀態及駕駛員指令，實現對控制器硬體本身、外部輸入、執行器的故障診斷、故障隔離。從而保證控制器能夠快速發現故障，保證控制器在最合理狀態運行，提高發動機控制的安全性能。
附圖說明
下面對本說明書附圖所表達的內容及圖中的標記作簡要說明：
圖1是本發明的具體實施方式的BIT測試系統硬體結構框圖。
圖2是本發明的具體實施方式的發動機控制器結構圖。
圖3是本發明的具體實施方式的運行BIT測試控制器系統信號流向圖。
圖4是本發明的具體實施方式的上電/維修BIT測試控制器系統信號流向圖。
圖5是本發明的具體實施方式的控制器軟體流程框圖。
圖6是本發明的具體實施方式的控制器BIT模式切換過程。
具體實施方式
下面對照附圖，通過對實施例的描述，本發明的具體實施方式如所涉及的各構件的形狀、構造、各部分之間的相互位置及連接關係、各部分的作用及工作原理、製造工藝及操作使用方法等，作進一步詳細的說明，以幫助本領域技術人員對本發明的發明構思、技術方案有更完整、準確和深入的理解。
特徵1：BIT測試系統硬體設計
發動機控制器BIT測試硬體由三部分組成：輸入/輸出信號處理電路、硬體測試電路、硬體反饋電路。輸入輸出信號處理電路接收來自控制器(以下簡稱MCU)或者傳感器、開關信號，並對接收到的信號進行處理，之後將處理過後的信號輸入到MCU，MCU根據接收到的信號判斷控制器輸入控制部分的正確性，同時MCU將接收到的信號通過軟體計算處理後輸出到輸出控制硬體電路，輸出控制電路對輸出信號進行處理後通過硬體反饋電路反饋到MCU，MCU結合輸入輸出及反饋信號判斷輸出控制部分的正確性，從而實現控制器故障判斷，故障定位。特徵2：發動機控制器BIT測試三種工作模式
發動機控制器BIT測試分為三種模式，分別為上電BIT測試、運行BIT測試、維修BIT測試。上電BIT測試旨在控制器正常運行之前發現發動機控制系統存在的故障；運行BIT測試旨在發現發動機控制系統正常運行時存在的故障；維修BIT測試旨在發現發動機控制系統售後維修時存在的故障。上電BIT測試可以由控制器自動完成，也可以由駕駛員手動觸發完成，運行BIT測試則由控制器自動循環檢測，維修BIT測試必須由售後維修人員觸發完成。特徵3：軟硬體全覆蓋的控制器BIT測試
發動機控制器BIT測試包括控制器MCU BIT測試、輸入信號BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試、執行器BIT測試。它們根據控制器不同運行狀態選擇性執行，在發動機控制器上電狀態，BIT測試系統將進行控制器完整的MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試；在發動機控制器處於正常運行狀態，BIT測試系統將進行控制器部分MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試、執行器BIT測試；在發動機控制器處於維修自檢狀態時，BIT測試系統將進行控制器完整的MCU BIT測試、輸入信號硬體調理電路BIT測試、輸出信號硬體調理電路BIT測試。
圖1清晰的描述了發動機控制器BIT測試系統完整結構圖，其中多通道模擬輸入獲取發動機傳感器信號，多通道數字輸入獲取發動機外部離散輸入信號，多通道頻率輸入獲取曲軸傳感器、凸輪軸傳感器、其他頻率輸入信號；輸入信號處理電路對所有輸入信號進行調理，並將調理後的信號輸入到處理器；處理器根據輸入信號通過軟體控制算法得出輸出信號，輸出信號經過輸出信號處理電路、驅動電路驅動執行器輸出，同時將經過輸出信號處理電路的輸出信號反饋到處理器進行下一步計算和處理。
圖2描述了發動機控制器結構，按圖所示，進行發動機控制器各部分的連接：
1)處理器與信號處理與驅動通過高速總線連接，信號調理與驅動
2)包括開關輸入處理、模擬輸入處理、頻率輸入處理、高邊驅動、低邊驅動、全橋驅動、點火驅動、噴油驅動；
3)製作信號調理與驅動到控制器接插件的連接線束，並實現連接；
4)控制器接插件連接發動機線束接插件；
5)發動機線束接插件連接如圖所示的各種傳感器與執行器。
連接完成後，控制器硬體系統完成，控制器通過硬體與控制軟體實現圖3/圖4所示的系統信號流向圖，信號從傳感器依次經過發動機線束接插件、控制器接插件、信號調理與驅動到處理器，在處理器中通過控制軟體計算需要的信號輸出，信號輸出依次經過信號調理與驅動、控制器接插件、發動機線束接插件，最終達到執行器實現需要的操作，實現發動機控制器功能。
圖5為控制器BIT測試軟體流程框圖，描述了控制器BIT測試各個模式的完整運行流程。當控制器上電後，控制器不斷檢測上電自檢開關狀態和維修自檢開關狀態以判斷進入何種BIT模式。
當控制器進入上電BIT模式後，控制器首先對MCU進行檢測，包括MCU存儲、輸入輸出接口；當MCU BIT測試結束後，控制器根據測試結果返回相應的故障代碼；MCU BIT測試完成後，控制器使能BIT測試硬體功能，接著進行自身輸入輸出接口進行BIT測試，當控制器輸入輸出接口測試結束後，控制器根據測試結果返回相應的故障代碼，控制器輸入輸出接口測試完成後，控制器進入運行BIT模式。
當控制器進入運行BIT模式後，控制器實時檢測自檢開關狀態，當自檢開關狀態有效時，控制器立即退出運行BIT模式，進入上電BIT模式；當自檢開關無效時，控制器繼續保持運行BIT模式。
圖6為控制BIT模式切換過程，包括上電BIT模式、運行BIT模式、維修BIT模式之間的切換。
1.上電BIT模式切換
控制器上電後，控制器檢測自檢開關狀態，當自檢開關有效時，控制器進入上電BIT模式；當自檢開關無效時，控制器進入等待狀態，在等待時間超過預先設定等待時間時，控制器直接進入上電BIT模式；控制器在運行過程中實時檢測自檢開關狀態，當檢測到自檢開關有效時，控制器退出運行BIT模式，進入上電自檢模式，當檢測到自檢開關無效時，控制保持在運行BIT模式。
控制器進入上電BIT模式後，首先進行MCU BIT測試；MCU BIT測試完成後進行控制器輸入/輸出BIT測試。
1)MCU BIT測試
MCU BIT測試是完成對控制器MCU功能的檢查，包括MCU Flash、隨機存儲區域(以下簡稱RAM)、非易失性存儲區域(以下簡稱NvRam)、輸入/輸出接口。Flash BIT測試讀取完整的Flash空間數據並進行數據校驗和計算，之後與預先寫入Flash的數據校驗和進行比較，以判斷Flash數據完整性；RAM BIT測試是檢查RAM空間的讀寫功能，對RAM空間循環進行讀寫操作，比較讀取數據與預先寫入數據進行比較以判斷RAM讀寫性；NvRam BIT測試是檢查NvRAM空間的讀寫功能，在對NvRAM空間進行寫數據操作時，在寫數據完成後同時將本次所寫數據校驗和寫入NvRam，之後讀取該片NvRam空間數據並計算讀取數據的校驗和，並與預先寫入的校驗和進行比較判斷NvRam讀寫性能；MCU輸入輸出接口BIT測試在控制器輸入輸出測試時同時進行。
2)控制器輸入輸出BIT測試
控制器輸入輸出BIT測試是完成對控制器輸入輸出及MCU輸入輸出功能的檢查，包括模擬輸入、數字輸入、頻率輸入、數字輸出、頻率輸出。模擬輸入BIT測試過程是：控制器獲取模擬信號，通過模擬輸入信號處理電路輸入到MCU，MCU模擬信號採集模塊對輸入模擬信號進行採樣，並通過直接內存存取模塊將採樣結果存放到內存指定區域，MCU根據採樣結果通過軟體控制算法判斷控制器模擬輸入信號處理電路和MCU模擬輸入接口功能的正確性。數字輸入BIT測試過程是：控制器輸出確定的數位訊號，該信號通過數字輸出信號處理電路反饋到MCU數字輸入引腳和控制器數字輸入信號處理電路，MCU通過比較從數字輸出信號處理電路反饋到MCU信號和經數字輸入信號處理電路反饋到MCU信號判斷控制器數字輸入信號處理電路、MCU數字輸入接口、控制器數字輸出信號處理電路功能的正確性。頻率輸入BIT測試過程是：控制器輸出確定頻率和佔空比的頻率信號，該信號通過頻率輸出信號處理電路反饋到MCU輸入引腳和控制器頻率輸入信號處理電路，MCU通過比較從頻率輸出信號處理電路反饋到MCU信號和經頻率輸入信號處理電路反饋到MCU信號判斷控制器頻率輸入信號處理電路、MCU頻率輸入接口、控制器頻率輸出信號處理電路功能的正確性。數字輸出BIT測試過程是：控制器輸出確定電平的數位訊號，該信號通過數字輸出信號處理電路反饋到MCU輸入引腳，MCU檢測輸入數位訊號的電平狀態，並與指定電平進行比較判斷MCU數字輸出和控制器數字輸出信號處理電路功能的正確性。頻率輸出BIT測試過程是：控制器輸出確定頻率和佔空比的頻率信號，該信號通過頻率輸出信號處理電路反饋到MCU輸入引腳，MCU捕獲輸入頻率信號的頻率和佔空比，並與指定頻率和佔空比進行比較判斷MCU頻率輸出和控制器頻率輸出信號處理電路功能的正確性。
2.運行BIT模式切換
當控制器上電BIT完成後，控制器進入運行BIT模式，在運行BIT模式，完成MCU指令集、MCU時鐘、傳感器輸入、執行器輸出BIT測試。傳感器輸入BIT測試對水溫傳感器、進氣壓力傳感器、進氣溫度傳感器、操縱杆位置傳感器、節氣門位置傳感器進行測試。執行器輸出BIT測試對噴油器、點火線圈、電子節氣門進行測試。MCU指令集BIT測試過程為：通過軟體算法實時得出以系統時間為基準的隨機數，將此隨機數作為加、減、乘、除、位操作運算的輸入，以固定時間為周期的進行以上各種運算，並判斷運算結果的正確性以判斷MCU指令集的完整性。MCU時鐘BIT測試過程為：以固定時間為周期的進行MCU時鐘與控制器外部硬體時鐘比較，通過比較結果判斷MCU時鐘的準確性。傳感器BIT測試過程為：MCU獲取傳感器信號，並通過軟體算法將該信號轉換為具有實際意義的物理值，將得到的物理值與控制器根據當前狀態結合軟體算法計算得到的物理值進行比較以判斷傳感器信號的正確性。執行器輸出BIT測試過程為：在執行器輸出有效時，控制器的執行器輸出驅動硬體會實時檢測執行器狀態，MCU通過讀取執行器狀態判斷執行器的正確性。
3.維修BIT測試切換
當控制器上電後，控制器檢測到維修自檢開關狀態有效時，控制器進入維修BIT模式；當控制器檢測到維修開關狀態無效時，控制器進入超時等待，當等待時間超過預先設定值後，控制器進入上電BIT狀態。控制器進入維修BIT模式後，控制器進行上電BIT測試和運行BIT測試的全部內容。
上面結合附圖對本發明進行了示例性描述，顯然本發明具體實現並不受上述方式的限制，只要採用了本發明的方法構思和技術方案進行的各種非實質性的改進，或未經改進將本發明的構思和技術方案直接應用於其它場合的，均在本發明的保護範圍之內。本發明的保護範圍應該以權利要求書所限定的保護範圍為準。