用於管理飛機起落裝置的系統的分布式體系結構的製作方法
2023-12-01 06:04:31 2
專利名稱：用於管理飛機起落裝置的系統的分布式體系結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於管理飛機起落裝置的系統的分布式體系結構。
背景技術：
一般而言，飛機起落裝置是可縮進的，而為此，飛機起落裝置包括驅動執行機構(液壓執行機構、電動執行機構、防脫鉤……)，它們控制起落架的伸出和縮進，以及當起落架縮進時容納起落架的艙的門。飛機攜帶適用於標識起落架和門的位置的各種位置傳感器，從中獲得的信息用於實現響應於飛行員命令啟動的伸出和縮進起落裝置的所確定的邏輯。
飛機的起落架，尤其是前輪，也包括適用於允許輪子被轉向來使飛機能在地面上移動的活動部分。為此，飛機具有適於使可轉向輪子轉向的轉向執行機構(液壓執行機構、電動機……)。飛機也具有傳遞用於實現用來響應於來自飛行員的轉向指令使輪子轉向的轉向伺服控制的信息的各種傳感器(用於感知輪子的角位置、速度……)。
飛機的起落架也帶有制動器，後者包括制動執行機構(液壓活塞、由電動機控制的推進器……)，用於選擇性地對適於減慢輪子旋轉的摩擦盤施加制動力。飛機帶有傳遞用於實現適於響應於來自飛行員的制動指令對輪子施加給定的制動力的制動伺服控制的信息的各種傳感器(輪子旋轉的速度、制動強度……)。伺服控制包括用於如果輪子開始打滑則放鬆對其的制動力的防抱死功能。
這些各種執行機構都是由起落裝置管理系統控制的。
在起落裝置管理系統的一種已知的體系結構中，該管理系統具有用於控制制動執行機構的制動計算機(一般包括活動通道和監視通道)、用於控制轉向執行機構的轉向計算機以及用於控制伸出和縮進執行機構的機動計算機。這些計算機中的每一個都經由簡單的點對點鏈路連接至實現相關聯的功能所需的傳感器，計算機之一可能連接至另一計算機以便向其提供某些特定信息，諸如例如，它正在工作還是不在工作的指示。
這種類型的體系結構需要大量的電纜，且它需要管理諸如制動等關鍵功能的任何計算機具有副本。
已知現有技術的另一示例，例如用於A380的，被稱為集成模塊化航空電子設備。轉向操縱和機動操縱起落裝置的功能被集成在飛機的中央計算機中，後者經由ARINC 429型的單向通信總線與數據集中器通信。計算機經由允許數據在計算機之間傳輸的AFDX型異步雙向總線彼此連接。然而，制動，尤其是防抱死伺服控制，繼續由未集成在飛機的中央計算機中且位於遠程以位於制動器附近以便與相關聯的傳感器直接通信的特定計算機執行。
該體系結構仍舊保持與位於飛機上的不安全位置中的特定計算機的不統一，並仍舊要求未集成在通信網絡中的本地連接。
在汽車領域中，制動體系結構以同步通信網絡形式為人所知，在此類網絡中，集成防抱死伺服控制的控制單元控制連接至同步通信網絡的制動執行機構，與制動器相關聯的傳感器也連接至該通信網絡。所述的同步通信網絡(例如，TTP型或FLEXRAY型)提供了與防抱死伺服控制所需的速度和穩定性兼容的傳輸速度和管理傳輸的方法。
發明內容
本發明的目的是提供管理飛機起落裝置的簡化的體系結構。
為了達到該目的，本發明提供一種用於管理飛機起落裝置且適用於執行從以下選出的功能的至少其中之一的系統體系結構-經由縮進/伸出執行機構和從相關聯的傳感器傳入的縮進/伸出信息來縮進/伸出可縮進起落架；-經由轉向執行機構和從相關聯的傳感器傳入的轉向信息使由起落架的至少其中之一攜帶的可轉向輪轉向；該體系結構也適於經由制動執行機構和從相關聯的傳感器傳入的制動信息對由起落架的至少其中之一攜帶的制動輪制動；該體系結構包括至少一個通信網絡，連接至其有-縮進/伸出執行機構和/或轉向執行機構的至少一部分，以及與所述執行機構的相關聯傳感器；以及-適於根據由相關聯的傳感器傳遞的信息控制連接至該通信網絡的縮進/伸出執行機構和/或轉向執行機構的一個或多個控制單元；
其中，根據本發明，制動執行機構以及與所述執行機構相關聯的傳感器的至少一部分連接至該通信網絡，控制單元適於根據由相關聯的傳感器傳遞的信息控制連接至通信網絡的制動執行機構，通信網絡具有適於使得控制單元能夠實現用於控制制動執行機構的防抱死伺服控制的傳輸特性。
因此，使用單個網絡來執行制動功能，以及其它功能(伸出/縮進、轉向)，制動功能通過使用允許所有三個功能在同一通信網絡上實現的合適的通信網絡執行。這種部署使對用於管理起落裝置的體系結構進行相當的簡化成為可能。
根據參考附圖給出的以下描述，可更好地理解本發明，附圖中-圖1示出了帶有八個制動輪的商用飛機；以及-圖2A與2B一起構成了本發明的體系結構的單個示意圖，由於其大小它覆蓋兩張附圖。這些附圖重疊，各自包括示出前輪的示意圖的中央部分。
具體實施例方式
圖1中圖示出的飛機是具有左舷主起落架100、右舷主起落架200和前起落架300的常規商用飛機。
左舷主起落架100帶有裝備制動器或制動執行機構的四個制動輪，標號分別為1、2、5和6，而右舷主起落架200帶有裝備制動器或制動執行機構的四個制動輪，標號分別為3、4、7和8。
以下將共同參考圖2A和2B來詳細描述本發明的體系結構。
左舷主起落架100為縮進和伸出與提升執行機構105和防脫鉤106相關聯。由執行機構108驅動的門107開啟和閉合艙以便容納左舷主起落架100。
同樣地，右舷主起落架200為縮進和伸出的目的與提升執行機構205和防脫鉤206相關聯。由執行機構208驅動的門207開啟和閉合艙以便容納右舷主起落架200。
最後，前起落架300為縮進和伸出的目的與提升執行機構305和防脫鉤306相關聯。由執行機構308驅動的門307開啟和閉合艙以便容納前起落架300。前起落架300還包括用於轉動由所述起落架攜帶的輪子的轉向件309(例如，齒條執行機構)，以便使飛機在地面上轉向。
制動器1、2…8中的每一個與相應的電源模塊M1、M2…M8相關聯，以便將與制動指令成比例的電力傳輸給相關聯的制動器。使用液壓制動器，則電源模塊是適於向制動器傳輸與電動制動指令成比例的壓力的伺服閥。使用電機制動器，則電源模塊是適於向制動器傳輸與電動制動指令成比例的動力電流的轉換器。
類似地，起落架的執行機構中的每一個與用於分配電力以響應於執行命令提對執行機構饋電的構件相關聯。在該體系結構中，執行機構被象徵性地一起分組在標籤為「左舷起落架執行機構」、「右舷起落架執行機構」和「前起落架執行機構」的框中，它們的標號分別為A100、A200和A300。相應的配電構件被標號為D100、D200和D300。
使用液壓執行機構，配電構件包括一組閥，它們在電動控制之下允許執行機構選擇性地連接至飛機的壓力源。使用電動執行機構，配電構元件包括允許執行機構選擇性地連接至飛機的電力源的電動控制開關。
粗體箭頭象徵朝著制動器和朝著執行機構的電力流。
此處所示的本發明的體系結構通過對與起落架相關聯的各種執行機構進行操作來用於管理與起落架相關聯的所有功能制動、縮進/伸出和轉向。
為此，本發明的體系結構使用第一星形通信網絡A和第二星形通信網絡B，其中標號A和B在以下使用來指定通信網絡本身或者相關聯的網絡控制器，在附圖中它們可在相應的通信網絡的中央見到。
網絡控制器A連接至-左舷主起落架100的外製動器1和5的電源模塊M1和M5；-右舷主起落架200的外製動器4和8的電源模塊M4和M8；-與左舷主起落架100的縮進/伸出執行機構A100相關聯的配電構件D100；以及-與前起落架300的縮進/伸出和轉向執行機構A300相關聯的配電構件D300。
網絡控制器A也連接至適用於為連接至網絡控制器A的電源模塊和配電構件生成指令或命令的兩個控制單元A1和A2。這兩個控制單元是連續活動的，控制單元之一生成指令和命令，同時被另一個控制單元監視。
控制單元A1和A2因此適用於管理-經由制動器1、5、4和8制動；-縮進/伸出左舷主起落架100和前起落架300；以及-轉向前起落架300的輪子。
為此，控制單元A1和A2從同樣連接至通信網絡A的數據集中器中接收信息，這些數據集中器有-數據集中器CD15，它接收和形成諸如輪子1和5的輪胎中的壓力、制動器1和5的溫度、輪子1和5的旋轉速度的電信息，該信息來自與制動器1和5相關聯的傳感器；-數據集中器CD48，它接收和形成諸如輪子4和8的輪胎中的壓力、制動器4和8的溫度、輪子4和8的旋轉速度的電信息，該信息來自與制動器4和8相關聯的傳感器；-左舷主起落架100的數據集中器CD100，它接收和形成涉及起落架的位置(減震器的收縮、帶有輪子的搖臂梁的角位置……)的信息或與縮進/伸出起落架相關聯的狀態信息，例如涉及門(開啟/閉合)、防脫鉤(鎖定、未鎖定)；-前起落架300的數據集中器CD300，它接收和形成涉及前起落架的位置(減震器的收縮、帶有輪子的搖臂梁的角位置……)的信息或與縮進/伸出起落架相關聯的狀態信息，例如涉及門(開啟/閉合)、防脫鉤(鎖定、未鎖定)，以及涉及前起落架的輪子的角位置的信息；以及-飛行員數據集中器CDP，它接收和形成來自製動器踏板、轉向輪上的各種開關或由飛行員或副飛行員執行的操縱杆的信號(在變量分離數據集中器中，可提供給飛行員和副飛行員)。
本發明的體系結構包括含有網絡控制器的第二星形通信網絡B，該控制器連接至-左舷主起落架100的內製動器2和6的電源模塊M2和M6；-右舷主起落架200的外製動器3和7的電源模塊M3和M7；-與右舷主起落架200的縮進/伸出執行機構A200相關聯的配電構件D200；以及-與前起落架300的縮進/伸出執行機構A300相關聯的配電構件D300。
網絡控制器B也連接至適用於為連接至網絡控制器B的電源模塊和配電構件生成指令或命令的兩個控制單元B1和B2。這兩個控制單元是連續活動的，控制單元之一在另一控制單元的監視之下生成指令和命令。
控制單元B1和B2從而適用於管理-制動器2、3、6和7的制動；-縮進/伸出右舷主起落架200和前起落架300；以及-轉向前起落架300的輪子。
為此，控制單元B1和B2從同樣連接至通信網絡B的數據集中器中接收信息，這些數據集中器有-數據集中器CD26，它接收和形成諸如輪子2和6的輪胎中的壓力、制動器2和6的溫度、輪子2和6的旋轉速度的電信息，該信息來自與制動器2和6相關聯的傳感器；-數據集中器CD37，它接收和形成諸如輪子3和7的輪胎中的壓力、制動器3和7的溫度、輪子3和7的旋轉速度的電信息，該信息來自與制動器3和7相關聯的傳感器；-右舷主起落架200的數據集中器CD200，它接收和形成涉及起落架的位置(減震器的收縮、帶有輪子的搖臂梁的角位置…)的信息或與縮進/伸出起落架相關聯的狀態信息，例如涉及門(開啟/閉合)、防脫鉤(鎖定、未鎖定)；-前起落架300的數據集中器CD300；以及-飛行員數據集中器CDP。
根據本發明的基本方面，通信網絡A和B是同步類型的。因此，每一通信網絡的訂戶按照由相應的網絡控制器管理的預定方案傳輸信息，由網絡控制器使該信息對所有其它訂戶可用。通過消除對通信網絡的訪問的衝突，同步管理因此可確保信息被確定性地傳輸，因此保證與實現防抱死伺服控制的控制單元兼容的非常短的最大傳輸時間(約為幾毫秒)。制動電子設備因此可置於控制單元中，且因此可遮蔽在飛機的安全區域中。這使得提供位於遠程以便實現防抱死功能的特定計算機無意義。
制動功能因此在本發明中由與用於執行縮進/伸出功能和轉向功能相同的單元執行。
本發明的體系結構呈現超出現有技術的體系結構的眾多其它優點-控制單元A1、A2、B1和B2全是相同的它們具有相同的輸入/輸出、相同的電子卡，且它們均適用於執行相同的功能，從而極大地減少了它們的製造成本；-控制單元在給定的通信網絡內彼此監視，因此不存在向每一控制單元提供活動通道和監視通道的意義，從而進一步減少了製造控制單元的成本；如果單元之一發生故障，則其它控制單元適於從發生故障的控制單元接管並執行由發生故障的控制單元提供的所有功能；-證明該體系結構變得非常簡單，因為同步通信網絡的確定性本質使得可能精確地枚舉(從而測試)在通信網絡的操作中可能出現的所有可能的情況；該使用同步通信網絡所固有的簡單性使得本發明的體系結構的安全性得以提高，並使得可能相當地減少獲得證明的時間和成本；以及-對星形通信網絡的使用使得可能進一步提高本發明的體系結構的安全性。網絡控制器之一與該控制器的訂戶之一之間的一條鏈路的丟失不會破壞整個通信網絡，而只破壞所述鏈路；通信網絡的剩餘部分可繼續操作；例如，左舷主起落架100的數據集中器CD100的丟失幹擾了縮進/伸出左舷主起落架100，但沒有破壞諸如制動或轉向前起落架輪子的其它功能。
較佳地，通信網絡A和B是冗餘的。在附圖中，該冗餘性由表示網絡控制器與相應的訂戶之間的兩個連接的一對箭頭(實線箭頭和虛線箭頭)象徵。冗餘相當程度地增強了本發明的體系結構的安全性。在每一訂戶中，可能通過驗證從控制器中接收的信息和由所述控制器與訂戶之間的連接的兩條冗餘通道傳達的信息的確相同來組織安全性檢查。
同樣較佳地，通信控制器A和B實現安全通信協議，該協議執行例如通過系統地發送數據三次並驗證所有三個版本是相同的以便驗證經由通信網絡傳輸的數據的相干性的任務。經由網絡控制器驗證數據相干性用於將驗證的這些方面從控制單元中卸載，從而進一步簡化它們的設計。控制單元從而免除了驗證由通信網絡傳輸的數據的相干性的任務，從而簡化了控制單元。
星形通信網絡較佳地是時間觸發協議(TTP)類型的，即它們是同步、確定性、多路復用和冗餘的通信網絡。
應該看到，如果星形通信網絡之一發生故障，則仍舊可能使用其它的通信網絡，以便-獲得對由仍舊工作的通信網絡控制的四個制動輪的部分制動(或者是外輪1、5、4和8，或者是內輪2、6、3和7，該分配是有意選擇的，使得部分制動繼續保持對稱)；-伸出與仍舊工作的通信網絡相關聯的主起落架；以及-伸出前起落架並控制前起落架的輪子的轉向。
然後使用常規應急手段(例如，在重力下使用自動彈簧鎖定)使受發生故障的通信網絡控制的主起落架伸出。
本發明的體系結構因此呈現非常高度的安全性，同時相比現有體系結構，其構造和證明總體上要簡便得多。
根據本發明的一個特定方面，控制單元A1、A2、B1和B2也連接至飛機的通信網絡BC，例如AFDX異步雙向類型的網絡，飛機的其它系統也連接至該網絡，諸如飛行數據集中器CDV(能夠提供諸如外部溫度、空速等信息)和各種計算機，包括飛行控制計算機CCV。總線BC允許四個控制單元A1、A2、B1和B2彼此對話，交換數據並相互彼此監視，從而進一步提高了本發明的體系結構的安全性。
在本發明的另一特定方面中，對本發明的體系結構的供電使用三條供電總線PW1、PW2和PW3。總線PW1和PW2適於傳達從由飛機引擎驅動的電獨立(electrically independent)交流發電機傳入的電力。供電總線PW3適用於例如傳輸從輔助電源單元或從直流電源(諸如電池)傳入的電力。
控制單元A1較佳地由供電總線PW1供電，控制單元B2由供電總線PW2供電，而控制單元A2和B1由供電總線PW3供電。在附圖中，對控制單元的供電由不對稱箭頭表示。
因此，如果供電總線任何之一發生故障，則在每一通信網絡A、B中存在可執行制動的至少一個控制單元。一條供電總線的故障從而不會阻止制動受到控制。
較佳地，網絡控制器A、B的至少其中之一由供電總線PW3供電，使得如果飛機引擎發生故障，則仍舊可能使用由供電總線PW3供電的通信網絡控制的制動器提供部分制動。
類似地，對通信網絡A和B中的每一個，連接至相應的通信網絡的集中器的部分較佳地由供電總線PW1或PW2之一供電，而剩餘部分由供電總線PW3供電。因此，供電總線之一的故障不會導致丟失從集中器傳入的所有信息。
較佳地，對向連接至通信網絡A和B的電源模塊供電應用類似的分離。
以這種方式實現的對通信網絡A和B的所有訂戶在供電層的分離進一步提高了本發明的體系結構的安全性。
本發明不限於以上描述，而是相反，覆蓋由權利要求書定義的範圍之內的任何變化。
具體地，儘管聲稱通信網絡A和B是TTP型同步通信網絡，但可能使用其它類型的(可任選是同步的)通信網絡，只要它們具有與執行防抱死伺服控制(即，具有非常短的採樣時間(約為幾毫秒)的快速伺服控制)兼容的傳輸特性(訪問衝突管理、傳輸時間…)。
此外，可使用除星形拓撲以外的通信網絡拓撲。
儘管聲稱制動數據集中器拾取和形成諸如溫度、壓力和速度等的信息，但集中器可拾取諸如制動器磨損或由制動器施加的力等其它信息。較佳地，對實現制動功能關鍵的信息(尤其是速度信息)被複製，並使之經由兩個不同的集中器對相關聯的通信網絡可用，使得如果一個失敗了，則另一個可繼續提供信息。
儘管本發明是在對具有帶有四個制動輪的兩個主起落架和前起落架的飛機的應用中描述的，但本發明不限於這種類型的飛機，且可容易地推廣到具有其它起落架結構的飛機，如A320或B737(帶有兩個制動輪的兩個主起落架、帶有可轉向輪的一個前起落架)、B777(帶有六個制動輪和可轉向後軸的兩個起落架、帶有可轉向輪的一個前起落架)，或A380(具有四個制動輪的兩個主翼起落架、具有六個制動輪的兩個主機身起落架、具有可轉向輪的一個前起落架)上的那些的種種。
權利要求
1.一種用於管理飛機起落裝置的系統體系結構，所述體系結構適用於執行以下選出的功能的至少其中之一-經由縮進/伸出執行機構(105、106、108；205、206、208；305、306、308)和從相關聯的傳感器傳入的縮進/伸出信息(CD100；CD200；CD300)來縮進/伸出可縮進起落架；-經由轉向執行機構(309)和從相關聯的傳感器傳入的轉向信息(CD300)使由所述起落架的至少其中之一攜帶的可轉向輪轉向；所述體系結構也適於經由制動執行機構(1，……，8)和從相關聯的傳感器傳入的制動信息(CD15、CD48；CD26、CD37)對由所述起落架的至少其中之一攜帶的制動輪制動；所述體系結構包括至少一個通信網絡(A；B)，連接至其有-所述縮進/伸出執行機構和/或轉向執行機構的至少一部分，以及與所述執行機構的相關聯傳感器；以及-適於根據由所述相關聯傳感器傳遞的信息控制連接至所述通信網絡的所述縮進/伸出執行機構和/或轉向執行機構的一個或多個控制單元(A1、A2；B1、B2)；所述體系結構特徵在於，所述制動執行機構以及與所述執行機構相關聯的傳感器的至少一部分連接至所述通信網絡，所述控制單元適於根據由所述相關聯傳感器傳遞的信息控制連接至所述通信網絡的制動執行機構，所述通信網絡具有適於使得所述控制單元能夠為控制所述制動執行機構而實現防抱死伺服控制的傳輸特性。
2.如權利要求1所述的體系結構，其特徵在於，包括-第一通信網絡(A)，所述制動執行機構的第一部分(1、5、4、8)連接至該通信網絡；以及-第二通信網絡(B)，所述制動執行機構的第二部分(2、6、3、7)連接至該通信網絡；所述第一和第二部分以這樣的一種方式選擇，使得如果所述兩個通信網絡之一發生故障，則可由連接至另一通信網絡的所述制動器的部分對稱地執行部分制動。
3.如權利要求2所述的體系結構，其特徵在於，對具有前起落架(300)和主起落架(100、200)的飛機，其中-所述第一通信網絡(A)連接至-所述主起落架的第一部分(100)的縮進/伸出執行機構(105、106、108)以及相關聯的傳感器(CD100)；以及-所述前起落架(300)的縮進/伸出執行機構(305、306、308)以及相關聯的傳感器(CD300)；且-所述第二通信網絡(B)連接至-所述主起落架與所述第一部分互補的第二部分(200)的縮進/伸出執行機構(205、206、208)以及相關聯的傳感器(CD200)；以及-所述前起落架的縮進/伸出執行機構(305、306、308)以及相關聯的傳感器(CD300)。
4.如權利要求2所述的體系結構，其特徵在於，連接至所述第一通信網絡(A)的控制單元(A1、A2)和連接至所述第二通信網絡(B)的控制單元(B1、B2)由獨立於前兩個網絡的第三通信網絡(BC)互連。
5.如權利要求2所述的體系結構，其特徵在於，所述通信網絡(A、B)中的每一個連接至至少兩個控制單元(A1、A2；B1、B2)，所述第一通信網絡(A)的控制單元之一(A1)由第一供電總線(PW1)供電，所述第二通信網絡(B)的控制單元之一(B2)由第二供電總線(PW2)供電，而另兩個控制單元由第三供電總線(PW3)供電。
6.如權利要求1所述的體系結構，其特徵在於，所述通信網絡(A、B)是同步類型的。
7.如權利要求1所述的體系結構，其特徵在於，所述通信網絡(A、B)是複製的。
8.如權利要求1所述的體系結構，其特徵在於，所述通信網絡(A、B)是星形網絡。
9.如權利要求1所述的體系結構，其特徵在於，所述通信網絡(A、B)具有適用於實現驗證經由所述通信網絡傳輸的數據的相干性的任務的控制器。
全文摘要
本發明涉及用於管理飛機起落裝置且適用於伸出/縮進可縮進起落架、使可轉向輪轉向並對制動輪制動的系統體系結構。根據本發明，該體系結構包括通信網絡(A；B)，連接至該通信網絡的有伸出/縮進執行機構、轉向執行機構和制動執行機構，以及適於控制連接至該網絡的所有執行機構的一個或多個控制單元，該通信網絡具有適於允許控制單元為控制制動執行機構而實現防抱死伺服控制的傳輸特性。
文檔編號B64C25/32GK1891544SQ20061009469
公開日2007年1月10日 申請日期2006年6月26日 優先權日2005年6月27日
發明者J·-P·加西亞 申請人:梅西耶-布加蒂公司