异常飞机响应监视器的制造方法
【专利说明】异常飞机响应监视器
[0001 ]相关申请的交叉参考
[0002]本国际PCT专利申请在优先权方面依据于2013年8月23日提交的第61/869,089号美国临时专利申请，所述申请的整个内容以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明大体上涉及一种飞机飞行控制系统，且特定来说涉及一种飞机飞行控制系统，其使用至少两个不同飞行系统计算机通道或通路中的一者监视一个以上飞机飞行参数中的每一者的各种感测的实际输入信号值和/或导频命令输入信号值以检查异常飞行系统计算机操作，所述异常飞行系统计算机操作呈所述一个以上飞机飞行参数中的每一者的命令输出信号中的残余软件错误的形式。
[0004]发明背景
[0005]电传操纵(“FBW”)飞机飞行控制系统逐渐变为现代飞机的飞行控制系统的优选类型。FBW类型的控制系统代替相对更重且更容易发生错误的机械和流体力学类型的飞行控制系统。
[0006]FBW飞行控制系统通常包括介入于以下两者之间的计算机系统:(I)飞行控制输入，其由例如自动驾驶仪等各种飞机组件传感器和子系统自动给出以及由飞行员经由例如侧杆或摇杆控制器、开关、控制杆等等手动给出；以及(2)飞机飞行控制表面和其它装置，其最终控制飞机在飞行中的操作和方向。也就是说，来自飞行员和传感器的输入不直接连接到待控制的飞机飞行控制表面(例如，副翼、舵、升降舵、扰流器、缝翼、襟翼等等)。而是，将飞行员和传感器输入路由到计算机系统(例如，通常包括一个以上计算机或数据处理器装置以用于安全冗余目的)，所述计算机系统含有飞行控制逻辑，其解译传感器和飞行员输入且输出飞行控制表面位置命令，所述命令根据存储在计算机系统中的控制定律(“CLAWS” )移动飞机飞行控制表面以实现飞机的例如纵摇角、横摇角、航向角、高度等等的改变。在替代方案中，可以部分地或完全地用模拟电子电路代替所述计算机系统以实现相同结果。然而，明显的趋势是使用含有控制定律以及输入和输出处理逻辑且介入于与其相应飞机飞行控制表面相关联的各种输入和输出致动器之间的数字计算机。
[0007]FBW控制系统表现飞机上的与传统的机械或流体力学飞行控制系统相比的相对大的重量节省(且因此，显著减少的燃料成本)。这是由于传统系统的相对重和大的缆线和相关联机械组件被电线和相对简单的致动器代替。FBW系统的其它优点包含飞行员的工作负荷的减少、减少的维护时间和成本，以及增加的飞行安全性，因为飞行控制定律和总体飞行包线可以对飞行员侧杆或摇杆控制输入装置和传感器输入信号更精确地定制。FBW控制系统还通常允许在某些飞行情形中飞机的“自动驾驶”操作，因为飞行控制计算机通常响应于各种传感器输入且根据控制定律引导飞机飞行控制表面一一全部都不需要飞行员输入或参与。
[0008]然而，FBW飞行控制系统并非没有它们的缺陷。较老的机械和流体力学飞行控制系统趋于随着时间而逐渐出故障。这使得预先识别和校正任何此类故障变得相对容易。相比之下，基于计算机的FBW控制系统趋于“完全”故障，因为基于计算机的系统可能突然“崩溃”且使得飞行员不能控制飞机。因此，通常为了安全目的将某种类型的冗余建置到FBW系统中。举例来说，可使用三个或四个计算机，其冗余地连接(例如，成“三元组”或“四元组”配置)且可甚至为不同的硬件和/或软件设计以避免由于单一类型的问题所致的在任何一个时间的多重计算机故障。以此方式，如果这些“主要”飞行控制计算机中的一者故障，那么两个或三个其它“主要”飞行控制计算机可能仍操作，且其中至少一者可控制飞机。而且，在所有“主要”飞行计算机故障的情况下，可使用已减少计算机计算容量(与“主要”飞行计算机相比)的冗余计算机来控制飞机(但具有可能减少的控制容量-通常称为“辅助”飞行计算机)。在飞行控制计算机故障的情况下，FBW系统可甚至具有机械飞行控制系统作为备份。
[0009]每一主要和/或辅助飞行控制计算机可具有至少两个或两个以上单独的处理器“通道”或“通路”，其中每一通道或通路具有处理飞机控制定律的处理器。也就是说，每一通道处理器响应于各种飞机输入信号，且提供对应飞行控制表面位置命令输出信号到与各种飞机飞行控制表面相关联的致动器或其它机构。因此，通道处理器可视为并行地运行。如果每一通道或通路中的处理器正确操作，那么来自所有通道处理器的输出信号应当是相同的。来自两个或两个以上通道或通路的输出信号中的任何差异可被解译为所述特定飞行控制计算机的故障。
[0010]通道内的处理器可为不同的硬件和/或软件设计(例如，不相似的控制定律算法)，以减少特定类型的处理器硬件或软件故障将同时影响所有通道或通路中的处理器从而使得由于故障在通道或通路中都相同而不可能通过输出信号的比较进行故障检测的风险。
[0011]虽然通道处理器通常在操作期间的某些时间(例如，在启动时、周期性地、飞行员起始等等)在其上执行某种类型的测试以检查它们是否恰当地起作用，但存在一类不知道的错误，且如果所述错误发生且保持未包含，则会引起飞机的危险状况。此类不知道的错误通常称为软件“残余”错误，且大体上是实施飞机飞行控制系统控制定律的软件中的一类不知道的错误。而且，此类型的错误在通道处理器在飞机上投入操作之前的测试中自身并不表现出来。而是，残余错误通常仅在实际飞机操作期间自身表现出来。因此，最重要的是辨识此错误的发生且尽可能快地将其包含。
[0012]在过去已经知道使通道或通路处理器在每一处理器之间运行不相似的软件以尝试感测残余软件错误。举例来说，已知使用两个不同组的软件程序员来编写实施通道处理器的所需功能性的软件代码一一每一处理器一组程序员。这固有地导致开发可执行软件代码的两个不同集合，其中所得的两个不同的代码集合由两个通道处理器执行。
[0013]还已知针对两个通道或通路处理器编写一个软件代码。然而，如果代码由两个不同的编译员编译，那么结果再次是两个不同的代码集合，其可由两个通道处理器执行。
[0014]在上述不同软件代码的任一情况下，两个通道或通路处理器将其飞行控制表面位置命令输出信号进行比较，看其间是否有任何差别或差异，且因此是否有呈“残余”误差的形式的异常性。如果此异常性存在，那么可例如采取步骤以移除由具有异常性的飞行控制计算机对飞行控制逻辑的控制的实行，且用总体FBW飞行控制系统内的其余操作冗余飞行控制计算机中的一者将其代替。大体上，由于在飞行控制软件中嵌入的残余错误的性质，在现在有缺陷的飞行控制计算机仍关于飞行中的飞机操作时并不尝试“在运行中”除错或修正残余软件错误。
[0015]所需要的是一种改进的飞机飞行控制系统，其使用至少两个不同飞行系统计算机通道或通路中的一者监视一个以上飞机飞行参数中的每一者的各种感测的实际输入信号值和/或导频命令输入信号值以检查异常飞行系统计算机操作，所述异常飞行系统计算机操作呈所述一个以上飞机飞行参数中的每一者的命令输出信号中的残余软件错误的形式。
发明概要
[0016]根据本发明的实施方案，用于飞机的飞行控制系统包含至少两个飞行控制计算机，其中至少一者在任何一个时间用以控制飞机的飞行，所述至少两个飞行控制计算机中的每一者具有至少两个处理器，所述至少两个处理器中的每一者响应于指示多个飞机飞行参数中的至少一者的飞机输入信号且响应于控制定律以提供指示飞机的飞行控制表面的所需控制的控制输出命令信号。而且，其中用于所述至少两个飞行控制计算机中的每一者的至少两个处理器中的至少一者包括异常响应监视器，其响应于指示多个飞机飞行参数中的至少一者的飞机输入信号以确定所述控制输出命令信号是否在可接受的值内。
[0017]在本发明的有利实施方案中，如果确定所述控制输出命令信号不在可接受的值内，那么所述至少两个飞行控制计算机中的其中确定所述控制输出命令信号不在可接受的值内的所述一者被停用而不被允许控制所述飞机的飞行。
[0018]在本发明的有利实施方案中，所述飞机输入信号指示所述飞机的纵摇角。
[0019]在本发明的有利实施方案中，所述飞机输入信号包含来自包括纵摇角、所述飞机上的升降舵的偏转量以及所述飞机的法向加速度的组中的至少一者。
[0020]在本发明的有利实施方案中，所述飞机输入信号指示所述飞机的横摇角。
[0021]在本发明的有利实施方案中，所述飞机输入信号包含来自包括横摇角、所述飞机上的副翼的偏转量以及所述飞机的法向加速度的组中的至少一者
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