远程模块化设备中心架构的制作方法_3

文档序号:9794309阅读:来源:国知局
]在图5A中,以在飞行器10的前段中存在总计四个并且在飞行器10的后段中存在另外四个这样的方式,布置主MEC 44和次MEC 46。优选地,在一对前段中的每个中存在主MEC44和次MEC 46而在一对后段中的每个中存在主MEC 44和次MEC 46。图5A还示出飞行器10的后段中的备用MEC 48。备用MEC 48的无时间限制的电源可以是冲压空气涡轮(RAT)128或诸如电池或燃料电池的其它合适的无时间相关限制的备用电源。倘若发电机34、36都具有操作不一致性,RAT 128被部署用于倘若发电机34a、34b、36a、36b都具有操作不一致性,就向备用MEC 48提供备用电力以及向MEC 44、46中的一个或更多个提供备用电力。在部署无时间限制的RAT 128的同时,电池598向备用MEC 48提供临时操作电力以及向MEC 44、46中的一个或更多个提供临时操作电力。
[0081 ] 如果发电机34a、34b、36a、36b中的一个故障,则主MEC 44的主电力开关母线96a处接收不到电力。因此,脱离未被供电的主MEC 44的主电力开关母线96b的低电力部分122的设备负载50不被提供服务,并且脱离未被供电的相邻次MEC 46的主电力开关母线96c的设备负载50不被提供服务。然后,通过接触器的组合的断开和闭合在主要级从其它剩余操作源中的一个重新路由电力,为未被供电的主MEC 44的主电力开关母线96a提供能量从而为其设备负载50供电,并且为任何未被供电的相邻次MEC 46的主电力开关母线96c提供能量从而为其设备负载50供电。
[0082]另选地,如果MEC44、46、48经历物理故障并且结果其设备负载50未被供电,则可通过另一个被供电的MEC 44、46、48重新路由电力,以为未被供电的MEC 44、46、48的设备负载50供电。根据可用于被重新路由的电力量,可为设备负载50的全部或仅仅一部分(诸如,仅仅关键负载)重新供电。另外,如果失去所有电源并且MEC 44、46、48未被供电,则带有燃料电池或RAT 128的备用MEC 48可为其它MEC 44、46的关键设备负载50供电。关键负载是飞行器10必须为其供电以保持持续安全飞行和着陆的那些设备负载50。重要负载是期望具有的诸如无线电和其它通信设备但飞行器10飞行时并不需要进行操作的那些设备负载50。非重要负载是诸如乘客舒适负载的优先级别最低的设备负载50,包括食品制作装置、装饰性照明和娱乐室系统。
[0083]举例来说,辅助电力单元发电机54可服务由于主要发电机34、36故障而失去的设备负载50。如果发电机34b随后故障,则通过组合前联络母线76、后联络母线78、中联络母线80中的接触器,从其余的主要发电机34、36直接提供主电力。另选地,可从辅助电力单元发电机54通过另一个可操作的MEC 44、46跨交叉联络102、104、106、108中的一个或更多个向未被供电的主MEC 44的主电力开关母线96a或者向未被供电的次MEC 46的主电力开关母线96c提供主电力。
[0084]倘若MEC 44、46中的一个或更多个具有物理操作不一致性,与操作不一致的各MEC44、46关联的区内的多个设备负载50中的全部或部分可与附近最接近的一个或更多个其他MEC 44、46关联。例如,如果主MEC 44物理上故障,则一度由该故障的MEC 44提供服务的设备负载50可由另一个MEC 44、46或MEC 44、46的组合提供服务。MEC 44、46可确定一度由故障的MEC 44提供服务的设备负载50的类型,然后确定MEC 44、46的组合中的一个或多个是否应该服务那些未被供电的设备负载50。如果确定最紧密邻近故障的主MEC 44的次MEC 46将为额外的设备负载50提供服务,则初始地与该次MEC 46关联的区被扩大,以涵盖之前由故障的主MEC 44提供服务的区。
[0085]另选地,额外的设备负载50可被划分在次MEC46和邻近故障的主MEC 46的另一个主MEC 46之间。在这种情况下,与最接近的可操作的主MEC 44关联的设备负载50的区被扩大以包括之前由故障的主MEC 44服务的区的一部分,与最接近的可操作的次MEC 46关联的设备负载50的区被扩大以包括之前由故障的主MEC 44服务的区的其余部分。在任一种情况下,以邻近故障的MEC 44、46的一个或更多个其它MEC 44、46为源,独立地向之前由故障的MEC 44、46服务的设备负载50提供服务。
[0086]各次MEC46和各主MEC 44的各低电力部分122包括与转换设备连接的接触器。转换设备包括:变压器整流器单元(TRU) 134,其整流230VAC并且将它转换成用于母线136的诸如28VDC的主要DC输出;以及自动变压器或自动降压变压器单元(ATU) 138,其用于将230VAC转换成用于低电力AC输出母线140的115VAC。各次MEC 44和主MEC 44的低电力部分122还包括第二 TRU 142,第二 TRU 142不是只用于冗余,而是只向为了持续安全飞行和着陆而绝对必要的关键负载提供电力。将第二 TRU 142限于仅仅关键负载确保备用电源不超载。
[0087]图6示出例如前段12中的二次电力汇流构造的构造,其中,主MEC44的低电力部分122中的主电力开关母线96b和次MEC 46的主电力开关母线96c联在一起。如上所述,受损的MEC 44、46的未被供电的设备负载50的全部或仅仅一部分是否由另一个MEC 44、46服务取决于可用的电力。倘若飞行器分段内的MEC 44、46中的一个中的TRU 134之一故障,来自可操作的不一致TRU 134的最关键的设备负载50可由该同一飞行器分段中的另一个MEC 44、46服务,从而跨各个接触器和后备母线148提供二次电力。
[0088]优选地,后段16中的MEC44、46由于它们相互邻近而具有来自辅助电力单元发电机54的二次电力连接,这使馈电布线的重量最小化。另外,飞行器10的前段12中的MEC 44、46在较低电压电平(诸如来自诸如图2和图6中所示的外部电力单元56的外部电力接地服务设备的115VAC)处联结。然而,可通过双向ATU 138将从地到前段12中的MEC 48中的低电力AC输出母线140的115VAC转换成诸如230VAC的较高电压,该电压随后可被分配到飞行器10的其它分段中的其它MEC 44、46。另外,通常用于如上说明的更关键负载的第二TRU 142允许来自电池母线294的电池电力经由后备母线148为失去的那些关键负载供电。
[0089]如图7中所示,位于各MEC 44、46、48内部的计算(软件和硬件)和网络接口(CNI)模块162提供双向数据的分布计算功能和网关路由。各CNI模块162包含变成故障容忍计算系统的两个故障保险计算系统。各故障保险计算系统对于其它系统而言是冗余的。这个故障容忍计算系统适当地回应意外的硬件和/或软件故障,以允许不失去针对飞行器10内的系统功能的服务。CNI模块162经由内部系统通信总线(诸如FlexRay、控制器区域网(CAN)、ARINC 664、TTP或其它总线技术)向/从内部MEC计算功能和外部MEC计算功能发送/接收数据。飞行器10上的其它MEC 44、46、48将借助数据联网规范(诸如ARINC 664)跨如图7中所示分别带有参考标号188和190的外部数据通信通道A和外部数据通信通道B与CNI模块162通
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[0090]CNI模块162是分布式计算元件,托管飞行器10的该本地化区内使用的特定软件应用。可托管于CNI模块162上的系统应用的一些示例是AC和DC电力系统、货物舱门系统、乘客登机门系统、起落架系统和乘客舱系统。与CNI模块162通信的计算功能是TRU 134,TRU142, ATU 138、断路器模块166的固态开关、与发电机34、36中的一个关联的发电机控制单元G⑶168、固态电力分配模块170和远程数据集中器。CNI模块162在MEC 44、46、48内跨内部数据通道A 202和内部数据通道B 204在内部与TRU 134,142,ATU 138、断路器模块166、GCU168和电力分配模块170通信,如以下更详细描述的。
[0091]CNI模块162将向/从这些计算功能发送/接收数据。CNI模块162还将发送和接收来自其它MEC 44、46、48和飞行器计算系统的状态和健康状况。各CNI模块162用其它MEC 44、46、48中正在进行什么的知识来管理个体MEC 44、46、48的工作负载。一旦MEC 44、46、48的CNI模块162已接收到信息,其计算功能就将确定哪个系统需要数据,翻译数据的健康状况,回应任何电力系统异常,向需要时间敏感信息的计算功能供应该时间敏感信息,执行系统级逻辑算法,报告飞机级系统故障,并且控制针对该区的AC和DC电力分配。
[0092]图8示出被分段隔断18、20、22分开的空间分布的MEC44、46、48之间具有通信总线接口的数据网络结构。这种构造允许各个体MEC 44、46、48与其它MEC 44、46、48通信以及提供跨过故障确保持续通信所需的冗余。分段隔断20限定了飞行器的前段和后段。通过MEC44、46、48的数量和期望的故障容差来确定所需的网络通信开关的数量。图8示出带有三对网络开关182&-13、184&-13、186&-13(下文中可被一齐称为和/或被统称为“网络开关182、184、186”)的九个MEC 44、46、48。各网络开关182、184、186可以是诸如层-3网络开关的多层网络开关,可从相互接合的MEC 44、46、48中的每个的CNI模块162接收二次电力。如果有更多的MEC 44、46、48,则将需要用更多的网络开关来实现相同的故障容差水平。
[0093]各MEC 44、46、48具有A通信通道和B通信通道。各主MEC 44的通道A和B连接到另一个主MEC 44上或备用MEC 48上的两个对应A开关或B开关。各主MEC 44包括通道A或通道B上的一个开关182、184、186,而飞行器后段中的备用MEC 48包括A通道和B通道二者上的一对开关182、184、186中的两个开关。开关182a、184a、186a对应于通道A并且开关182b、184b、186b对应于通道B。外部通信数据线192指示开关-开关数据线。
[0094]通常,分段隔断20—侧的各主MEC 44上的网络开关连接到其它主MEC 44或备用MEC 48的两个其它网络开关,其中,这些MEC 44、48中的至少一个处于分段隔断20的另一侦U,一个处于飞行器10的相反侧。例如,在分段隔断20前方的右前方主MEC 44的网络开关182a在分段隔断20的另一侧既连接到左后方主MEC 44上的网络开关184a又连接到备用MEC48上的网络开关186a。在分段隔断20前方的左前方主MEC 44的网络开关182b在分段隔断20的另一侧既连接到右后方主MEC 44上的网络开关184b又连接到备用MEC 48上的网络开关186b。备用MEC 48上的网络开关186b还连接到飞行器10相反侧的网络开关184b。网络开关184a还连接到备用MEC 48的网络开关186a。
[0095]次MEC 46中的每个还与两个其它主MEC 44或备用MEC 48具有两个数据通道。外部通信数据线196指示主MEC 44的网络开关与次MEC 46的直接数据连接。各次MEC 46的通道中的一个连接到分段隔断20另一侧的主MEC 44的同一通道上的网络开关并且另一个通道连接到另一个次MEC 46。因此,图8示出跨分段隔断20的八个数据总线连接和跨分段隔断
18、22中的每个的四个数据总线连接。这种构造使跨分段隔断的通信布线的量以及飞行器中的布线的整体重量最小。通过利用飞行器10的顶部和地板中的空间,保持各数据总线之间的分离。健康的CNI模块162可通过利用来自其它健康的CNI模块162的本地环境信息和通信,以协调方式最佳地回应电力系统的改变的构造。
[0096]如果任何两个MEC44、46、48被供电,则通信网络将启动并且将存在数据,使得这两个MEC 44、46、48可充分彼此通信。这个通信网络是故障容忍网络,因为可失去一对MEC之间的任一个连接,而不会减少任何MEC 44、46、48的功能。此外,MEC 44、46、48之间同时失去任何两个通信连接至多导致与MEC 44、46、48中的仅仅一个的数据通信的丢失。
[0097]例如,失去右前方主MEC 44的通道A上的网络开关182a没有导致进出右前方主MEC44的通信的完全失去,因为进出右前方主MEC 44的通信可继续通过通道B。经由通道A与右前方主MEC 44通信的任何其它MEC 44、46、48可直接通过通道B或借助经由通道B与右前方主MEC 44连接的其它MEC 44、46、48进行通信。另外,如果除了与右前方次MEC 44的通道B连接之外还失去右前方主MEC 44的通道A上的网络开关182a,则进出右前方主MEC 44的通信将经由通道B继续进行,但随后将只失去与右前方次MEC 44的通信,因为通道A和B都失去。
[0098]本公开的一个方面是分布式电力控制架构。电力控制被分配到各MEC44、46、48以及电力自身。基于各个体MEC 44、46、48收集的本地数据,各MEC 44、46、48执行其关联区的其自身电力控制,以在不必依赖于任何其它MEC 44、46、48的情况下构造其自身的设备负载50。只有实际上必需(诸如重新路由电力的需要)的数据被发送到其它MEC 44、46、48的CNI模块162。
[0099]地面上的飞行器10的正常上电优选地是MEC 44、46、48的顺序上电。借助电池598和后备母线148进行正常上电,电池598借助静变流器290为MEC 44、46中的所有备用母线160供电。若电池598不可用,则发送来自外部电力单元56的有限量的外部电力,以使备用MEC 48上电。一旦备用MEC 48被上电,接着将电力从备用MEC 48分配到其它主MEC 44和次MEC 46中的每个,以使它们的CNI模块162上电并且酌情为各MEC 44、46内的接触器配备可用的电源。另一方面,如果在正常飞行操作期间MEC 44、46变得不被供电,则不利用顺序上电。如果MEC 44、46中的一个中的CNI模块162没有主电力,则两个MEC 44、46(诸如带有配电馈线100的主MEC 44和次MEC 46)之间的低电力互连提供了仍为未被供电的MEC 44、46供电的手段,如以上说明的。
[0100]CNI模块162从其它系统或LRU读取输入/输出通信以及从其它MEC 44、46、48读取配置数据。广播各MEC 44、46、48的配置数据允许其它MEC 44、46、48中的每个确定在飞行器10中的别处正在进行什么。CNI模块162接着使用这个数据来配置其MEC 44、46、48内的断路器和接触器,然后将配置数据写在关于其区内的设备负载50的通道A或B上,以广播到其它MEC 44、46、48,使得其它MEC 44、46、48能做同样的事情。各CNI模块162检查它接收的通信输入/输出和环境数据的有效性,并且如有必要,则提炼它,以确定其自身的环境数据和其断路器的状态。一旦CNI模块162弄清它想要如何命令其区内的其断路器和接触器,它就接着将其配置数据向外发送到其它MEC 44、46、48。
[0101]各MEC 44、46、48的CNI模块162只控制分派到该MEC 44、46、4
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