飞行控制系统的制作方法
本发明涉及用于操作飞行器的操纵面的飞行控制系统。
背景技术：
飞行控制系统用于将来自飞行员或者飞行控制计算机的输入转换成飞行器的各个操纵面的相应运动。飞行器的操纵面的运动在飞行器飞行期间对飞行控制有直接的影响，因为由此直接实现了飞行器的飞行运动。
在目前常见的电传操纵系统中，来自驾驶舱或飞行控制计算机的控制命令不再像以前常见的借助电缆传输到相应的操纵面上，而是利用数字数据传输传送到分布在飞机机身上的操纵面上，或操作操纵面的执行器上。因此，在电传操纵技术中，飞行员例如利用操纵杆进行的手动输入被转换成电子数据，并且通过数据总线发送到飞行器操纵面的相应执行器(操作单元)上。
但是，通常需要的是，必须检验飞行员输入的数据的真实性、可靠性和其他要求，或者还要进行关于控制执行器适用性的转换/转换(umrechnung/umrechnung)。因此，这些数据在到达操纵面的执行器之前，首先传送到所谓的执行器-控制电子装置上。这种执行器-控制电子装置(专业术语也称为：ace，即执行器控制电子装置)将接收到的、例如来自飞行员操纵杆输入的目标-控制信号转变为执行器单元可读的形式，并且可以检查目标-控制信号是否在最大的允许的限制范围内。
为了飞行安全将控制信号传输到操纵面的执行器上是至关重要的。如果飞机控制系统完全失灵，则不再能控制飞行器的操纵面，将导致飞行器不能被操纵
由de102011115318a1已知一种飞行控制系统，其被设计为借助于本地布置的电子装置评估飞行员的输入(＝用于飞行器的操纵面的目标-控制信号)，并且通过第一数据网络将飞行员的输入传送到执行器-控制电子装置的至少一个主计算机上。在此，计算相应的设置命令，并且通过第二数据网络将其发送到要移动的操纵面的相应的冗余执行器上。在此过程中第一数据网络和第二数据网络都是冗余的，并且具有不同的类型。这种不同的冗余的优点是，系统误差，即所谓的“共模失效(common-mode-fehler)”基本上出现的非常少，或者甚至可以排除。
该公开的缺点是，在导致两个数据网络中的一个出现故障的一般性误差之后，另一个冗余的数据网络的误差可能导致一个或更多个操纵面的操作故障。另外的缺点是，数据网络或具有不同数据网络类型的整个总线系统的实施不论是在硬件方面还是软件方面都要求非常高的开发和成本支出，因为必须对与飞机的各种可控制组件连接的两个完全独立的总线系统进行编程和安装。对不同数据网络类型的集成也非常具有挑战性。
技术实现要素：
基于前面描述的现有技术，本发明的目的是在不增加系统重量或系统的成本的条件下，改进传统已知系统的系统可用性。
所述目的根据本发明通过具有权利要求1的全部技术特征的用于飞行器的飞行控制系统来实现。
由此可以为飞行器提供飞行控制系统，在改善系统可用性的同时降低了开发成本和与其相关的费用，或者至少是保持在相同的水平。系统可用性在此应理解为，极低的飞行控制系统故障可能性。
这通过用于操作飞行器的操纵面的飞行控制系统来实现，其包括：用于飞行器的操纵面冗余致动的多个执行器；用于接收、计算和转发控制信号的执行器-控制电子装置，所述控制信号用于通过多个执行器操作的操纵面；用于分别驱动和监控对应的执行器的多个远程电子单元，优选还用于接收由执行器-控制电子装置发出的信号；用于在执行器-控制电子装置和多个远程电子单元之间传送数据的第一数据总线系统。在此设置，第一数据总数系统包括：用于在执行器-控制电子装置和多个远程电子单元的第一个单元之间传送数据的第一数据总线；用于在执行器-控制电子装置和多个远程电子单元的第二个单元之间传送数据的第二数据总线，其中第一数据总线和第二数据总线基于相同的总线技术。所述飞行控制系统的特征在于，第一数据总线系统另外具有用于在执行器-控制电子装置和第一远程电子单元之间传送数据的备份-数据总线，其中该备份-数据总线的总线技术与第一数据总线和第二数据总线不同。
因此，如果出现不利的情况，第一数据总线系统的基于相同总线技术的第一和第二数据总线例如由于“共模失效”故障，仍有备份-数据总线可用于飞行控制系统。因此，不会出现飞行器不能被操纵的状况。由于第一和第二数据总线只使用一种总线技术，并且它们配置成互相冗余执行，因此节省了成本和开发费用。
根据本发明的改进方案，所述飞行控制系统还包括多个用于冗余记录和评估操纵面的目标-控制信号的多个处理单元，和第二数据总线系统，其在概念上的结构对应于第一数据总线系统，其中第二数据总线系统中：多个处理单元中的第一个通过第一数据总线连接在执行器-控制电子装置上，以便传送目标-控制信号；多个处理单元中的第二个通过第二数据总线连接在执行器-控制电子装置上，以便传送目标-控制信号；以及，备份-数据总线与第一个处理单元和执行器-控制电子装置连接，以便实现目标-控制信号到执行器-控制电子装置上的传送。
所述处理单元最终的作用在于，评估飞行员输入到输入设备(例如操纵杆、推进杆(schubhebel)等)的输入信号并由此生成目标-控制信号，所述目标-控制信号通过第二数据总线系统被发送到包括多个主计算机的执行器-控制电子设备(也称为ace)上。执行器-控制电子装置随后通过第一数据总线系统连接到在本地布置的远程电子单元(也称为远程电子单元，reu)，其用于驱动和监控执行器或接近相关执行器的飞行器中的其他系统部件。
被称为执行器的操作装置在此表示可以移动飞机内操纵面等的任何类型的执行机构。这还包括例如，用于驱动飞机的拉升系统、方向舵、副翼、阻流板、前缘襟翼、着陆襟翼或水平稳定器的执行机构。
因此，根据本发明的飞行控制系统包括：主数据网络，其借助不同数据总线系统的第一数据总线和第二数据总线冗余地配置；以及备用-数据网络，其包括第一数据总线系统的备份-数据总线和第二数据总线系统的备份-数据总线。如果主数据网络故障，例如在共模失效情况下可能发生的两个互相冗余构成的数据总线中没有一个可以使用，则由于备份-数据总线使得飞机控制系统还能保持功能。作为第一和/或第二数据总线系统的备份-数据总线的备份-数据网络也不会受到出现的共模失效的影响，因为其基于的主总线技术与主数据网络的不同。
根据本发明的任选的变体，第一数据总线和第二数据总线利用相同的总线技术，其中优选地使用相同的传输协议，例如时间触发协议(ttp)。
由此显著降低了第一数据总线系统和第二数据总线系统中的第一数据总线和第二数据总线的冗余设置的开发成本。基于使用同一总线技术下的两个总线系统同时出现故障的几率是很低的，但是也不能完全确保排除这种可能性。
为了避免由于主数据网络中同类型的失效(共模失效)导致例如主数据网络(第一和/或第二数据总线系统的第一和第二数据总线)的失灵或故障，而使得飞行控制系统失灵，设置在技术上与第一数据总线和第二数据总线不同的备份-数据总线。如果主数据网络中两个互相冗余设置的网络出现故障，多个或一个远程电子单元(也称为远程电子单元，reu)从备用-总线接收必要的数据，并且继续确保多个或一个操纵面的安全操作。
优选地，所述飞行控制系统配置成，在第一数据总线和第二数据总线失效状态或者出现故障时，使用备份-数据总线在执行器-控制电子装置和第一远程电子单元之间和/或在第一处理单元和执行器-控制电子装置之间传送数据。由此保证了飞行控制系统相对于目前已知的现有技术来说确保系统安全性的提升。
根据本发明的任选的变体，在此还可以设置备份-数据总线进一步地仅与用于驱动安全飞行操作所必需的操纵面的远程电子单元连接。
因此，可以设置备份-数据总线只与一部分的部件保持连接，这些部件通过第一和/或第二数据总线系统的第一和/或第二数据总线有规则地连接。换言之，在冗余配置的主数据网络出现故障时可以接受的情况是，只有确保飞行安全所必不可少的操纵面继续保持可操作，而可以不再驱动其他较不关键的执行器。备份-数据总线因此不代表整个冗余的系统，而是仅用于维持通过第一和第二数据总线可操作的部件的子集的可操作性。所述子集在此仅考虑负责飞行安全的部件。
在此，优势还在于备用-数据总线的更简单的集成，因为备用-数据总线在极小范围内并且与飞机内多个可驱动的执行器或操纵面具有有限的连接。所谓的“最小控制”操作需要与备份-数据总线保持连接的那些部件，从而实现飞行器的安全操作，这包括飞行器上很少的选定的操纵面。
在此可以设置，对“最小控制”操作所需的操纵面的驱动与飞行员的要求直接相关联。因此，即使在与飞行控制计算机的通信失效或失去的情况下，或者在所有飞行控制计算机故障时，也可以确保安全的飞行运行。
根据本发明的改进方案，所述执行器-控制电子装置包括多个主计算机，所述多个主计算机分别冗余地执行执行器-控制电子装置的预期功能。因此，可以设置例如至少四个主计算机，它们分别用于接收、计算和转发控制信号。多个主计算机冗余的设置是提高飞行控制系统系统可用性的必要组成部分。在例如四个主计算机中，两个主计算机与第一数据总线系统的第一数据总线合作，另外两个主计算机与第一数据总线系统的第二数据总线合作。
在此还可以设置，多个主计算机和/或多个远程电子单元和/或多个处理单元可分别区分成不同类型，它们在硬件和软件上彼此都不同，从而避免互相冗余的电子设备同时出现故障。再次重申，“共模”失效的原因通常在于所用的硬件和/或软件有缺陷，使得实施冗余的物理复制通常不能带来期望的系统安全性上的提升。因此提出，利用不同的硬件和/或各种经编程的软件来体现彼此在功能上冗余的零件或电子设备。
根据本发明的优选实施方案，至少一个第一类型的主计算机与第一类型的远程电子单元通过第一数据总线系统的第一数据总线连接，并且至少一个另一类型的主计算机与另一类型的远程电子单元通过第一数据总线系统的第二数据总线连接。在特定类型的部件的连接中以及另一类型的部件的连接中使用相同的总线技术时是有优势的，因为开发和实现两种独立的和不同的数据总线网络是非常复杂且高成本的。在现有情况下可以两次都使用相同的总线技术。这使得飞行控制系统再次具有非常高的系统可用性。类型a的部件两个数据总线中的一种连接，另一方面，类型b的部件与两个数据总线中的另一种连接。两种数据总线在适用的技术上是相同的。
根据本发明的改进方案，至少一个第一类型的主计算机与至少一个第一类型的处理单元通过第二数据总线系统的第一数据总线连接，并且至少一个另一类型的主计算机与至少一个另一类型的处理单元通过第二数据总线系统的第二数据总线连接。如前面根据第一数据总线系统所示的，此处也提供了系统可用性方面类似的优势。
优选地可以设置，至少一个第一类型的主计算机与第一数据总线系统的第一数据总线和备份-总线和第二数据总线系统的备份-总线连接，至少一个第二类型的主计算机与第一数据总线系统的第二数据总线和第二数据总线系统的第二数据总线连接。
通过备份-数据总线依托两个主计算机并与所述两个主计算机连接，在两个主计算机之一出现故障的情况下当应用备份-数据总线时，备份-数据总线还可以安全地执行飞行控制系统。由此即使在备份情况下，仍然得到飞行控制系统特别高的可用性，因为出现失效的主计算机的输入或行为通过没有失效的主计算机、通过没有失效的工作的其他主计算机替代。
因此，还可以设置备份-数据总线，特别是第一数据总线系统中的备份-数据总线，其与多个主计算机连接，优选地与多个不同类型的主计算机连接。
另外可以设置，所述飞行控制系统包括飞行控制计算机，所述飞行控制计算机在第二数据总线系统中通过单独的数据总线线路与执行器-控制电子装置连接，其中单独的数据总线线路基于与第二数据总线系统的备份-数据总线相同的总线技术。所述单独的数据总线线路优选使用与备份-数据总线相同的总线技术以及相同的协议。
此外，所述飞行控制系统可以包括与执行器-控制电子装置连接的至少一个飞行控制计算机。在此可以设置，至少一个飞行控制计算机仅与执行器-控制电子装置的主计算机连接，所述主计算机还与备份-数据总线连接。根据本发明的变体，用于操作操纵面的目标-控制信号还可以来自飞行控制计算机。
此外，在最小操作(飞行控制系统在备份情况下利用备份-数据总线的状况)期间有利的是，即使没有可用的主数据总线(第一和/或第二数据总线系统的第一和第二数据总线)，也会想飞行器驾驶员显示例如在驾驶舱内的或数据记录单元提供的主要的系统配置显示。因此，借助单独的数据总线线路确保飞行控制计算机和执行器-控制电子装置之间的数据交换。飞行控制计算机在此只是作为数据集中器，以便将数据转发到其他的航空计算机上。因此即使在主数据网络(第一数据总线系统的第一和第二数据总线和/或第二数据总线系统的第一和第二数据总线)出现故障的情况下，飞行器驾驶员也会看到由备份-数据总线覆盖的操纵面相关的位置，驾驶员可以照常读取驾驶舱内的显示和可以信任备份-情况下显示的正确性。可替代地，可以例如通过黑匣子等继续记录当前的系统配置。
根据本发明的有利实施方案，至少一个飞行控制计算器与多个主计算机连接。优选地，多种类型中的一种类型的多个主计算机还与第一数据总线系统的备份-数据总线和第二数据总线系统的备份-数据总线连接。
根据本发明的任选的变体，飞行控制系统配置成，在没有失效的状态下利用第一主数据总线和/或第二主数据总线来传送数据，所述第一主数据总线包括第一数据总线系统的第一数据总线和第二数据总线系统的第一数据总线；所述第二主数据总线包括第一数据总线系统的第二数据总线和第二数据总线系统的第二数据总线；在出现失效的状态下，第一主数据总线和第二主数据总线都出现故障或失灵时，利用第一数据总线系统的备份-数据总线和第二数据总线系统的备份-数据总线来传送数据。
由于通过上述的组成主总线的双重结构带来的高系统可用性和设备可用性，备份-数据总线仅限于仅用于安全飞行所需的最低配置的计算机之间的数据交换。最低配置(最小控制)所不必需的系统部件和相关的电子设备也不接入备份-网络。这降低了复杂性、布线工作量、缆线重量和安装成本。
另外可以设置，执行器-控制电子装置的多个主计算机之间的数据交换通过主数据总线完成，所述数据交换例如用于计算有源并联驱动(aktivparallelangesteuerten)的运行单元之间的功率冲突，或者例如用于调整控制命令。由此出于交叉通信的目的，可以放弃主计算机之间的独立数据总线连接。
总的来说，由此还可以通过对数据总线网络的一致的转化并避免模拟信号连接来改善emc行为。
本发明还涉及一种飞行器，特别是具有根据上文所述的变体的飞行控制系统的飞机。
附图说明
本发明的其他技术特征、细节和优势根据唯一的附图的说明获得。
附图示出根据本发明的飞行控制系统的实施方式的示意图。
具体实施方式
在示意图的左侧可以看到飞行控制系统1的多个处理单元6，它们配置成借助传感器记录飞行员输入并通过数据网络传递。本发明在此还包括以下情况，即飞行器没有人类飞行员，而是由计算机承担飞行员的角色来控制。
从处理单元6出发，用于驱动飞行器的操纵面2的目标-控制信号通过第二数据总线系统20传送到执行器-控制电子装置4上。目标-控制信号由此被转换成执行器5可读的形式，并且通过第一数据总线系统10发送。在来自执行器-控制电子装置4的相应发送信号到达之后，远程电子单元5相应地操作执行器5，使得操纵面2执行动作。
由于上文说明的从处理单元6到远程电子单元5和/或执行器3的信息连接在飞行器飞行期间在任何情况下都不应中断，否则将造成飞行器不能被操纵，特别地还获得从执行器-控制电子装置4到远程电子单元5和/或执行器的通信连接，冗余地配置相应的连接装置，此处为数据总线系统10或20。
由此存在多个彼此冗余的处理单元6、第二数据总线系统20中的多个数据总线21、22、分别执行执行器-控制电子装置4的任务的多个主计算机41、42、43、44、第一数据总线系统10中的多个数据总线11、12，以及彼此冗余的多个远程电子单元5。
如果第二数据总线系统20中的第一数据总线21或第二数据总线22，或第一数据总线系统10中的第一数据总线11或第二数据总线12故障，则由还没有出现故障的数据总线接管信息传输。反之如果两个数据总线(主总线a和主总线b)都出现故障，则如下保证飞行器的操纵性，即在总线技术上与多个数据总线(主总线a和主总线b)都不同的备份-数据总线23、13确保信息的传递。主总线a的输出包括第二数据总线系统20的第二数据总线22和第一数据总线系统10的第二数据总线12，以及任选地与它们连接的主计算机43、44。另一方面，主总线b的输出包括第二数据总线系统20的第一数据总线21和第一数据总线系统10的第一数据总线11，以及任选地与它们连接的主计算机41、42。
根据本发明的飞行控制系统1在此的结构是，设置主计算机41、42、43、44用于确定操纵面2的待驱动的位置并用于监控飞行控制-系统部件，所述的主计算机彼此分别是冗余的并且承担执行器-控制电子装置4的任务。配置用类型标记a表示的主计算机44、43，它们主要成对地冗余执行相同的控制和监控功能。同样用类型标记b表示的主计算机41、42也是成对地冗余执行相同的控制和监控功能。用类型标记a或b表示的主计算机41、42、43、44与远程电子单元5连接，主计算机41、42、43、44中的一个与远程电子单元5之间的总线连接出现故障，远程电子单元5自身可以识别出这些故障并且接管相同类型的冗余的主计算机41、42、43、44的数据。
另外，主数据网络(包括主总线a和主总线b的主总线)内部以类型标记a指出的电子设备布置在总线系统(例如主总线a)中，以类型标记b设定的设备在另一个总线系统(例如主总线b)中连接。在一类的电子部件(例如类型a)故障时，通过互相连接另一类型b的设备的另一个总线系统(主总线b)来执行通信。
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