专利名称：用于管理飞机起落装置的系统的分布式体系结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于管理飞机起落装置的系统的分布式体系结构。
背景技术：
一般而言，飞机起落装置是可缩进的，而为此，飞机起落装置包括驱动执行机构(液压执行机构、电动执行机构、防脱钩……)，它们控制起落架的伸出和缩进，以及当起落架缩进时容纳起落架的舱的门。飞机携带适用于标识起落架和门的位置的各种位置传感器，从中获得的信息用于实现响应于飞行员命令启动的伸出和缩进起落装置的所确定的逻辑。
飞机的起落架，尤其是前轮，也包括适用于允许轮子被转向来使飞机能在地面上移动的活动部分。为此，飞机具有适于使可转向轮子转向的转向执行机构(液压执行机构、电动机……)。飞机也具有传递用于实现用来响应于来自飞行员的转向指令使轮子转向的转向伺服控制的信息的各种传感器(用于感知轮子的角位置、速度……)。
飞机的起落架也带有制动器，后者包括制动执行机构(液压活塞、由电动机控制的推进器……)，用于选择性地对适于减慢轮子旋转的摩擦盘施加制动力。飞机带有传递用于实现适于响应于来自飞行员的制动指令对轮子施加给定的制动力的制动伺服控制的信息的各种传感器(轮子旋转的速度、制动强度……)。伺服控制包括用于如果轮子开始打滑则放松对其的制动力的防抱死功能。
这些各种执行机构都是由起落装置管理系统控制的。
在起落装置管理系统的一种已知的体系结构中，该管理系统具有用于控制制动执行机构的制动计算机(一般包括活动通道和监视通道)、用于控制转向执行机构的转向计算机以及用于控制伸出和缩进执行机构的机动计算机。这些计算机中的每一个都经由简单的点对点链路连接至实现相关联的功能所需的传感器，计算机之一可能连接至另一计算机以便向其提供某些特定信息，诸如例如，它正在工作还是不在工作的指示。
这种类型的体系结构需要大量的电缆，且它需要管理诸如制动等关键功能的任何计算机具有副本。
已知现有技术的另一示例，例如用于A380的，被称为集成模块化航空电子设备。转向操纵和机动操纵起落装置的功能被集成在飞机的中央计算机中，后者经由ARINC 429型的单向通信总线与数据集中器通信。计算机经由允许数据在计算机之间传输的AFDX型异步双向总线彼此连接。然而，制动，尤其是防抱死伺服控制，继续由未集成在飞机的中央计算机中且位于远程以位于制动器附近以便与相关联的传感器直接通信的特定计算机执行。
该体系结构仍旧保持与位于飞机上的不安全位置中的特定计算机的不统一，并仍旧要求未集成在通信网络中的本地连接。
在汽车领域中，制动体系结构以同步通信网络形式为人所知，在此类网络中，集成防抱死伺服控制的控制单元控制连接至同步通信网络的制动执行机构，与制动器相关联的传感器也连接至该通信网络。所述的同步通信网络(例如，TTP型或FLEXRAY型)提供了与防抱死伺服控制所需的速度和稳定性兼容的传输速度和管理传输的方法。
发明内容
本发明的目的是提供管理飞机起落装置的简化的体系结构。
为了达到该目的，本发明提供一种用于管理飞机起落装置且适用于执行从以下选出的功能的至少其中之一的系统体系结构-经由缩进/伸出执行机构和从相关联的传感器传入的缩进/伸出信息来缩进/伸出可缩进起落架；-经由转向执行机构和从相关联的传感器传入的转向信息使由起落架的至少其中之一携带的可转向轮转向；该体系结构也适于经由制动执行机构和从相关联的传感器传入的制动信息对由起落架的至少其中之一携带的制动轮制动；该体系结构包括至少一个通信网络，连接至其有-缩进/伸出执行机构和/或转向执行机构的至少一部分，以及与所述执行机构的相关联传感器；以及-适于根据由相关联的传感器传递的信息控制连接至该通信网络的缩进/伸出执行机构和/或转向执行机构的一个或多个控制单元；
其中，根据本发明，制动执行机构以及与所述执行机构相关联的传感器的至少一部分连接至该通信网络，控制单元适于根据由相关联的传感器传递的信息控制连接至通信网络的制动执行机构，通信网络具有适于使得控制单元能够实现用于控制制动执行机构的防抱死伺服控制的传输特性。
因此，使用单个网络来执行制动功能，以及其它功能(伸出/缩进、转向)，制动功能通过使用允许所有三个功能在同一通信网络上实现的合适的通信网络执行。这种部署使对用于管理起落装置的体系结构进行相当的简化成为可能。
根据参考附图给出的以下描述，可更好地理解本发明，附图中-图1示出了带有八个制动轮的商用飞机；以及-图2A与2B一起构成了本发明的体系结构的单个示意图，由于其大小它覆盖两张附图。这些附图重叠，各自包括示出前轮的示意图的中央部分。
具体实施例方式
图1中图示出的飞机是具有左舷主起落架100、右舷主起落架200和前起落架300的常规商用飞机。
左舷主起落架100带有装备制动器或制动执行机构的四个制动轮，标号分别为1、2、5和6，而右舷主起落架200带有装备制动器或制动执行机构的四个制动轮，标号分别为3、4、7和8。
以下将共同参考图2A和2B来详细描述本发明的体系结构。
左舷主起落架100为缩进和伸出与提升执行机构105和防脱钩106相关联。由执行机构108驱动的门107开启和闭合舱以便容纳左舷主起落架100。
同样地，右舷主起落架200为缩进和伸出的目的与提升执行机构205和防脱钩206相关联。由执行机构208驱动的门207开启和闭合舱以便容纳右舷主起落架200。
最后，前起落架300为缩进和伸出的目的与提升执行机构305和防脱钩306相关联。由执行机构308驱动的门307开启和闭合舱以便容纳前起落架300。前起落架300还包括用于转动由所述起落架携带的轮子的转向件309(例如，齿条执行机构)，以便使飞机在地面上转向。
制动器1、2…8中的每一个与相应的电源模块M1、M2…M8相关联，以便将与制动指令成比例的电力传输给相关联的制动器。使用液压制动器，则电源模块是适于向制动器传输与电动制动指令成比例的压力的伺服阀。使用电机制动器，则电源模块是适于向制动器传输与电动制动指令成比例的动力电流的转换器。
类似地，起落架的执行机构中的每一个与用于分配电力以响应于执行命令提对执行机构馈电的构件相关联。在该体系结构中，执行机构被象征性地一起分组在标签为“左舷起落架执行机构”、“右舷起落架执行机构”和“前起落架执行机构”的框中，它们的标号分别为A100、A200和A300。相应的配电构件被标号为D100、D200和D300。
使用液压执行机构，配电构件包括一组阀，它们在电动控制之下允许执行机构选择性地连接至飞机的压力源。使用电动执行机构，配电构元件包括允许执行机构选择性地连接至飞机的电力源的电动控制开关。
粗体箭头象征朝着制动器和朝着执行机构的电力流。
此处所示的本发明的体系结构通过对与起落架相关联的各种执行机构进行操作来用于管理与起落架相关联的所有功能制动、缩进/伸出和转向。
为此，本发明的体系结构使用第一星形通信网络A和第二星形通信网络B，其中标号A和B在以下使用来指定通信网络本身或者相关联的网络控制器，在附图中它们可在相应的通信网络的中央见到。
网络控制器A连接至-左舷主起落架100的外制动器1和5的电源模块M1和M5；-右舷主起落架200的外制动器4和8的电源模块M4和M8；-与左舷主起落架100的缩进/伸出执行机构A100相关联的配电构件D100；以及-与前起落架300的缩进/伸出和转向执行机构A300相关联的配电构件D300。
网络控制器A也连接至适用于为连接至网络控制器A的电源模块和配电构件生成指令或命令的两个控制单元A1和A2。这两个控制单元是连续活动的，控制单元之一生成指令和命令，同时被另一个控制单元监视。
控制单元A1和A2因此适用于管理-经由制动器1、5、4和8制动；-缩进/伸出左舷主起落架100和前起落架300；以及-转向前起落架300的轮子。
为此，控制单元A1和A2从同样连接至通信网络A的数据集中器中接收信息，这些数据集中器有-数据集中器CD15，它接收和形成诸如轮子1和5的轮胎中的压力、制动器1和5的温度、轮子1和5的旋转速度的电信息，该信息来自与制动器1和5相关联的传感器；-数据集中器CD48，它接收和形成诸如轮子4和8的轮胎中的压力、制动器4和8的温度、轮子4和8的旋转速度的电信息，该信息来自与制动器4和8相关联的传感器；-左舷主起落架100的数据集中器CD100，它接收和形成涉及起落架的位置(减震器的收缩、带有轮子的摇臂梁的角位置……)的信息或与缩进/伸出起落架相关联的状态信息，例如涉及门(开启/闭合)、防脱钩(锁定、未锁定)；-前起落架300的数据集中器CD300，它接收和形成涉及前起落架的位置(减震器的收缩、带有轮子的摇臂梁的角位置……)的信息或与缩进/伸出起落架相关联的状态信息，例如涉及门(开启/闭合)、防脱钩(锁定、未锁定)，以及涉及前起落架的轮子的角位置的信息；以及-飞行员数据集中器CDP，它接收和形成来自制动器踏板、转向轮上的各种开关或由飞行员或副飞行员执行的操纵杆的信号(在变量分离数据集中器中，可提供给飞行员和副飞行员)。
本发明的体系结构包括含有网络控制器的第二星形通信网络B，该控制器连接至-左舷主起落架100的内制动器2和6的电源模块M2和M6；-右舷主起落架200的外制动器3和7的电源模块M3和M7；-与右舷主起落架200的缩进/伸出执行机构A200相关联的配电构件D200；以及-与前起落架300的缩进/伸出执行机构A300相关联的配电构件D300。
网络控制器B也连接至适用于为连接至网络控制器B的电源模块和配电构件生成指令或命令的两个控制单元B1和B2。这两个控制单元是连续活动的，控制单元之一在另一控制单元的监视之下生成指令和命令。
控制单元B1和B2从而适用于管理-制动器2、3、6和7的制动；-缩进/伸出右舷主起落架200和前起落架300；以及-转向前起落架300的轮子。
为此，控制单元B1和B2从同样连接至通信网络B的数据集中器中接收信息，这些数据集中器有-数据集中器CD26，它接收和形成诸如轮子2和6的轮胎中的压力、制动器2和6的温度、轮子2和6的旋转速度的电信息，该信息来自与制动器2和6相关联的传感器；-数据集中器CD37，它接收和形成诸如轮子3和7的轮胎中的压力、制动器3和7的温度、轮子3和7的旋转速度的电信息，该信息来自与制动器3和7相关联的传感器；-右舷主起落架200的数据集中器CD200，它接收和形成涉及起落架的位置(减震器的收缩、带有轮子的摇臂梁的角位置…)的信息或与缩进/伸出起落架相关联的状态信息，例如涉及门(开启/闭合)、防脱钩(锁定、未锁定)；-前起落架300的数据集中器CD300；以及-飞行员数据集中器CDP。
根据本发明的基本方面，通信网络A和B是同步类型的。因此，每一通信网络的订户按照由相应的网络控制器管理的预定方案传输信息，由网络控制器使该信息对所有其它订户可用。通过消除对通信网络的访问的冲突，同步管理因此可确保信息被确定性地传输，因此保证与实现防抱死伺服控制的控制单元兼容的非常短的最大传输时间(约为几毫秒)。制动电子设备因此可置于控制单元中，且因此可遮蔽在飞机的安全区域中。这使得提供位于远程以便实现防抱死功能的特定计算机无意义。
制动功能因此在本发明中由与用于执行缩进/伸出功能和转向功能相同的单元执行。
本发明的体系结构呈现超出现有技术的体系结构的众多其它优点-控制单元A1、A2、B1和B2全是相同的它们具有相同的输入/输出、相同的电子卡，且它们均适用于执行相同的功能，从而极大地减少了它们的制造成本；-控制单元在给定的通信网络内彼此监视，因此不存在向每一控制单元提供活动通道和监视通道的意义，从而进一步减少了制造控制单元的成本；如果单元之一发生故障，则其它控制单元适于从发生故障的控制单元接管并执行由发生故障的控制单元提供的所有功能；-证明该体系结构变得非常简单，因为同步通信网络的确定性本质使得可能精确地枚举(从而测试)在通信网络的操作中可能出现的所有可能的情况；该使用同步通信网络所固有的简单性使得本发明的体系结构的安全性得以提高，并使得可能相当地减少获得证明的时间和成本；以及-对星形通信网络的使用使得可能进一步提高本发明的体系结构的安全性。网络控制器之一与该控制器的订户之一之间的一条链路的丢失不会破坏整个通信网络，而只破坏所述链路；通信网络的剩余部分可继续操作；例如，左舷主起落架100的数据集中器CD100的丢失干扰了缩进/伸出左舷主起落架100，但没有破坏诸如制动或转向前起落架轮子的其它功能。
较佳地，通信网络A和B是冗余的。在附图中，该冗余性由表示网络控制器与相应的订户之间的两个连接的一对箭头(实线箭头和虚线箭头)象征。冗余相当程度地增强了本发明的体系结构的安全性。在每一订户中，可能通过验证从控制器中接收的信息和由所述控制器与订户之间的连接的两条冗余通道传达的信息的确相同来组织安全性检查。
同样较佳地，通信控制器A和B实现安全通信协议，该协议执行例如通过系统地发送数据三次并验证所有三个版本是相同的以便验证经由通信网络传输的数据的相干性的任务。经由网络控制器验证数据相干性用于将验证的这些方面从控制单元中卸载，从而进一步简化它们的设计。控制单元从而免除了验证由通信网络传输的数据的相干性的任务，从而简化了控制单元。
星形通信网络较佳地是时间触发协议(TTP)类型的，即它们是同步、确定性、多路复用和冗余的通信网络。
应该看到，如果星形通信网络之一发生故障，则仍旧可能使用其它的通信网络，以便-获得对由仍旧工作的通信网络控制的四个制动轮的部分制动(或者是外轮1、5、4和8，或者是内轮2、6、3和7，该分配是有意选择的，使得部分制动继续保持对称)；-伸出与仍旧工作的通信网络相关联的主起落架；以及-伸出前起落架并控制前起落架的轮子的转向。
然后使用常规应急手段(例如，在重力下使用自动弹簧锁定)使受发生故障的通信网络控制的主起落架伸出。
本发明的体系结构因此呈现非常高度的安全性，同时相比现有体系结构，其构造和证明总体上要简便得多。
根据本发明的一个特定方面，控制单元A1、A2、B1和B2也连接至飞机的通信网络BC，例如AFDX异步双向类型的网络，飞机的其它系统也连接至该网络，诸如飞行数据集中器CDV(能够提供诸如外部温度、空速等信息)和各种计算机，包括飞行控制计算机CCV。总线BC允许四个控制单元A1、A2、B1和B2彼此对话，交换数据并相互彼此监视，从而进一步提高了本发明的体系结构的安全性。
在本发明的另一特定方面中，对本发明的体系结构的供电使用三条供电总线PW1、PW2和PW3。总线PW1和PW2适于传达从由飞机引擎驱动的电独立(electrically independent)交流发电机传入的电力。供电总线PW3适用于例如传输从辅助电源单元或从直流电源(诸如电池)传入的电力。
控制单元A1较佳地由供电总线PW1供电，控制单元B2由供电总线PW2供电，而控制单元A2和B1由供电总线PW3供电。在附图中，对控制单元的供电由不对称箭头表示。
因此，如果供电总线任何之一发生故障，则在每一通信网络A、B中存在可执行制动的至少一个控制单元。一条供电总线的故障从而不会阻止制动受到控制。
较佳地，网络控制器A、B的至少其中之一由供电总线PW3供电，使得如果飞机引擎发生故障，则仍旧可能使用由供电总线PW3供电的通信网络控制的制动器提供部分制动。
类似地，对通信网络A和B中的每一个，连接至相应的通信网络的集中器的部分较佳地由供电总线PW1或PW2之一供电，而剩余部分由供电总线PW3供电。因此，供电总线之一的故障不会导致丢失从集中器传入的所有信息。
较佳地，对向连接至通信网络A和B的电源模块供电应用类似的分离。
以这种方式实现的对通信网络A和B的所有订户在供电层的分离进一步提高了本发明的体系结构的安全性。
本发明不限于以上描述，而是相反，覆盖由权利要求书定义的范围之内的任何变化。
具体地，尽管声称通信网络A和B是TTP型同步通信网络，但可能使用其它类型的(可任选是同步的)通信网络，只要它们具有与执行防抱死伺服控制(即，具有非常短的采样时间(约为几毫秒)的快速伺服控制)兼容的传输特性(访问冲突管理、传输时间…)。
此外，可使用除星形拓扑以外的通信网络拓扑。
尽管声称制动数据集中器拾取和形成诸如温度、压力和速度等的信息，但集中器可拾取诸如制动器磨损或由制动器施加的力等其它信息。较佳地，对实现制动功能关键的信息(尤其是速度信息)被复制，并使之经由两个不同的集中器对相关联的通信网络可用，使得如果一个失败了，则另一个可继续提供信息。
尽管本发明是在对具有带有四个制动轮的两个主起落架和前起落架的飞机的应用中描述的，但本发明不限于这种类型的飞机，且可容易地推广到具有其它起落架结构的飞机，如A320或B737(带有两个制动轮的两个主起落架、带有可转向轮的一个前起落架)、B777(带有六个制动轮和可转向后轴的两个起落架、带有可转向轮的一个前起落架)，或A380(具有四个制动轮的两个主翼起落架、具有六个制动轮的两个主机身起落架、具有可转向轮的一个前起落架)上的那些的种种。
权利要求
1.一种用于管理飞机起落装置的系统体系结构，所述体系结构适用于执行以下选出的功能的至少其中之一-经由缩进/伸出执行机构(105、106、108；205、206、208；305、306、308)和从相关联的传感器传入的缩进/伸出信息(CD100；CD200；CD300)来缩进/伸出可缩进起落架；-经由转向执行机构(309)和从相关联的传感器传入的转向信息(CD300)使由所述起落架的至少其中之一携带的可转向轮转向；所述体系结构也适于经由制动执行机构(1，……，8)和从相关联的传感器传入的制动信息(CD15、CD48；CD26、CD37)对由所述起落架的至少其中之一携带的制动轮制动；所述体系结构包括至少一个通信网络(A；B)，连接至其有-所述缩进/伸出执行机构和/或转向执行机构的至少一部分，以及与所述执行机构的相关联传感器；以及-适于根据由所述相关联传感器传递的信息控制连接至所述通信网络的所述缩进/伸出执行机构和/或转向执行机构的一个或多个控制单元(A1、A2；B1、B2)；所述体系结构特征在于，所述制动执行机构以及与所述执行机构相关联的传感器的至少一部分连接至所述通信网络，所述控制单元适于根据由所述相关联传感器传递的信息控制连接至所述通信网络的制动执行机构，所述通信网络具有适于使得所述控制单元能够为控制所述制动执行机构而实现防抱死伺服控制的传输特性。
2.如权利要求1所述的体系结构，其特征在于，包括-第一通信网络(A)，所述制动执行机构的第一部分(1、5、4、8)连接至该通信网络；以及-第二通信网络(B)，所述制动执行机构的第二部分(2、6、3、7)连接至该通信网络；所述第一和第二部分以这样的一种方式选择，使得如果所述两个通信网络之一发生故障，则可由连接至另一通信网络的所述制动器的部分对称地执行部分制动。
3.如权利要求2所述的体系结构，其特征在于，对具有前起落架(300)和主起落架(100、200)的飞机，其中-所述第一通信网络(A)连接至-所述主起落架的第一部分(100)的缩进/伸出执行机构(105、106、108)以及相关联的传感器(CD100)；以及-所述前起落架(300)的缩进/伸出执行机构(305、306、308)以及相关联的传感器(CD300)；且-所述第二通信网络(B)连接至-所述主起落架与所述第一部分互补的第二部分(200)的缩进/伸出执行机构(205、206、208)以及相关联的传感器(CD200)；以及-所述前起落架的缩进/伸出执行机构(305、306、308)以及相关联的传感器(CD300)。
4.如权利要求2所述的体系结构，其特征在于，连接至所述第一通信网络(A)的控制单元(A1、A2)和连接至所述第二通信网络(B)的控制单元(B1、B2)由独立于前两个网络的第三通信网络(BC)互连。
5.如权利要求2所述的体系结构，其特征在于，所述通信网络(A、B)中的每一个连接至至少两个控制单元(A1、A2；B1、B2)，所述第一通信网络(A)的控制单元之一(A1)由第一供电总线(PW1)供电，所述第二通信网络(B)的控制单元之一(B2)由第二供电总线(PW2)供电，而另两个控制单元由第三供电总线(PW3)供电。
6.如权利要求1所述的体系结构，其特征在于，所述通信网络(A、B)是同步类型的。
7.如权利要求1所述的体系结构，其特征在于，所述通信网络(A、B)是复制的。
8.如权利要求1所述的体系结构，其特征在于，所述通信网络(A、B)是星形网络。
9.如权利要求1所述的体系结构，其特征在于，所述通信网络(A、B)具有适用于实现验证经由所述通信网络传输的数据的相干性的任务的控制器。
全文摘要
本发明涉及用于管理飞机起落装置且适用于伸出/缩进可缩进起落架、使可转向轮转向并对制动轮制动的系统体系结构。根据本发明，该体系结构包括通信网络(A；B)，连接至该通信网络的有伸出/缩进执行机构、转向执行机构和制动执行机构，以及适于控制连接至该网络的所有执行机构的一个或多个控制单元，该通信网络具有适于允许控制单元为控制制动执行机构而实现防抱死伺服控制的传输特性。
文档编号B64C25/32GK1891544SQ20061009469
公开日2007年1月10日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年6月27日
发明者J·-P·加西亚 申请人:梅西耶-布加蒂公司