三重全冗余電傳飛控架構(gòu)制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)涉及三重全冗余電傳飛控架構(gòu)。第一飛行控制系統(tǒng)配置和獲得這種第一配置的方法具有能夠直接從至少三個(gè)飛行控制計(jì)算機(jī)(FCC)接收命令的執(zhí)行器致動(dòng)的控制器。第二飛行控制系統(tǒng)配置和獲得這種第二配置的方法具有從三個(gè)FCC接收命令并且然后重傳到執(zhí)行器致動(dòng)的控制器的重傳器(RTX)。第三飛行控制系統(tǒng)配置和獲得這種第三配置的方法是混合配置。獲得這種第三配置的方法是混合配置。獲得這種第三配置的方法是混合配置。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
三重全冗余電傳飛控架構(gòu)


[0001]本文的技術(shù)涉及垂直起落飛行器。

技術(shù)介紹

[0002]城市空中交通(UAM)具有從根本上改造市內(nèi)交通和城際交通的潛力。
[0003]存在對(duì)基于諸如安全、乘客體驗(yàn)、可負(fù)擔(dān)性和在噪聲和排放方面對(duì)社區(qū)的非常低的影響等的設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)因素而在城市環(huán)境中為乘客服務(wù)的垂直起落(VTOL)飛行器的需求。
[0004]為了提高VTOL效率，一個(gè)關(guān)鍵因素是運(yùn)載工具重量。為了減輕重量，一些公司正在提出簡(jiǎn)化的飛行控制系統(tǒng)(FCS)架構(gòu)，但是它們可能不能提供這種運(yùn)載工具所必需的執(zhí)行器的可用性。
[0005]電傳飛控(Fly
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by
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Wire：FBW)是一種通常應(yīng)用于中型和大型飛機(jī)的技術(shù)，其中通常存在執(zhí)行器的高度冗余，使得丟失一組執(zhí)行器不會(huì)產(chǎn)生顯著的安全影響。例如，參見Yeh,“Design Considerations In Boeing 777Fly
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By
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Wire Computers”,Proceedings Third IEEE International High
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Assurance Systems Engineering Symposium(Cat.No.98EX231)(IEEE 1998)。
[0006]一些直升機(jī)也已經(jīng)使用FBW，但是這種使用通常限于保證液壓致動(dòng)器的傳統(tǒng)配置呈現(xiàn)高可用性。由于所涉及的線路可替換單元(LRU)的成本，小型飛行器通常不使用FBW。這樣的LRU是符合ARINC 429標(biāo)準(zhǔn)以在航空電子局域網(wǎng)上通信的設(shè)備。參見例如Balmus,“Aircraft Data Acquisition”,Incas Bulletin,Volume 8,Issue 1/2016,pp.141
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151,ISSN 2066
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8201；ARINC Specification 429,Part 1
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17,Annapolis,Maryland：Aeronautical Radio,Inc.(2004
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05
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17)。然而，由UAM引入的新類別的運(yùn)載工具需要使用FBW，以允許適當(dāng)?shù)目煽匦裕⑶疫€需要在沒有機(jī)載飛行員時(shí)允許自主飛行。因此，應(yīng)用不同的設(shè)計(jì)目標(biāo)和約束，從而開辟新方法。因此，雖然在過去已經(jīng)進(jìn)行了許多關(guān)于容錯(cuò)飛行器電傳飛控控制系統(tǒng)的工作(參見例如，USP 11,099,936)，但是進(jìn)一步的改進(jìn)是可能的和期望的。
附圖說明
[0007]圖1示出了示例VTOL。
[0008]圖2和圖2A示出了VTOL控制架構(gòu)的示例系統(tǒng)框圖。
[0009]圖3A示出了不使用重傳器(RTX)的示例三重FCC架構(gòu)。
[0010]圖3B示出了使用重傳器(RTX)的示例三重FCC架構(gòu)。
[0011]圖3C示出了示例三重FCC架構(gòu)中的功能交換。
[0012]圖4A是示出了選擇生成三重架構(gòu)的方法的過程的流程圖。
[0013]圖4B示出了根據(jù)完全圖理論對(duì)兩個(gè)單元的排他性分組。
[0014]圖4C示出了根據(jù)二分圖理論對(duì)兩種類型的單元的排他性分組。
[0015]圖5示出了與eVTOL上的第一配置上的電機(jī)控制器的連接的示例。
[0016]圖6示出了與eVTOL上的第一配置上的FCS致動(dòng)器的連接的示例。
[0017]圖7示出了與eVTOL上的第二配置上的電機(jī)控制器的連接的示例。
[0018]圖8示出了與eVTOL上的第二配置的第二分支上的FCS致動(dòng)器的連接的示例。
[0019]圖9示出了與具有雙電機(jī)控制器的eVTOL上的第二配置的第二支路上的電機(jī)控制器的連接的示例。
[0020]圖10示出了與eVTOL上的第二配置的第二分支上的致動(dòng)器的連接的示例。
[0021]圖11示出了與eVTOL上的第二配置的第一分支上的電機(jī)控制器的連接的示例。
[0022]圖12示出了與eVTOL上的第二配置的第一分支上的FCS致動(dòng)器的連接的示例。
[0023]圖13示出了與eVTOL上的混合配置上的電機(jī)控制器和致動(dòng)器的連接的示例。
[0024]圖14示出了與eVTOL上的第二配置的第二分支上的電機(jī)控制器的連接的示例，其中RTX執(zhí)行FCC功能。
[0025]圖15示出了與eVTOL上的第二配置的第二分支上的FCS致動(dòng)器的連接的示例，其中RTX執(zhí)行FCC功能。
[0026]圖16示出了與eVTOL上的第二配置的第一分支上的電機(jī)控制器的連接的示例，其中RTX執(zhí)行FCC功能。
[0027]圖17示出了與eVTOL上的第二配置的第一分支上的FCS致動(dòng)器的連接的示例，其中RTX執(zhí)行FCC功能。
[0028]圖18示出了與eVTOL上的混合配置上的電機(jī)控制器和致動(dòng)器的連接的示例，其中RTX執(zhí)行FCC功能。
[0029]圖19示出了操縱器和FCC的直接連接的示例。
[0030]圖20示出了操縱器與FCC和SIM的連接的示例。
[0031]圖21示出了接觸器與FCC的連接的示例。
[0032]圖22示出了繼電器與FCC的連接的示例。
[0033]圖23示出了接觸器經(jīng)由RTX與FCC的連接的示例。
[0034]圖24示出了繼電器經(jīng)由RTX與FCC的連接的示例。
[0035]圖25示出了FCC輸出命令選擇/仲裁的示例。
[0036]圖26示出了FCC輸出命令選擇/仲裁的另一示例。
[0037]圖27示出了FCC輸出命令選擇/仲裁的另一示例。
[0038]圖28示出了從雙通道FCC到消費(fèi)者的命令的可靠通信的示例。
[0039]圖29示出了FCC輸出命令選擇/仲裁的另一示例。
[0040]圖30示出了FCC輸出命令投票/仲裁的示例。
具體實(shí)施方式
[0041]本文的非限制性主題提供了一種其中垂直起落(VTOL)飛行器電傳飛控(FBW)架構(gòu)具有三個(gè)飛行控制計(jì)算機(jī)(FCC)的裝置、系統(tǒng)和方法，其中每個(gè)FCC連接到用于執(zhí)行器致動(dòng)的所有控制器。意圖是實(shí)現(xiàn)所有執(zhí)行器的非常高的可用性。在一個(gè)實(shí)施例中，從FCC到執(zhí)行器致動(dòng)器或從FCC到RTX的鏈接是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)(直接)的以減少總線消息沖突的影響。
[0042]針對(duì)上下文，圖1示出了示例VTOL飛行器100，其包括八個(gè)升降旋翼102和兩個(gè)推進(jìn)推力器104。當(dāng)VTOL 100在來自推力器104的動(dòng)力下具有足夠的前進(jìn)速度時(shí)，機(jī)翼108提供升
力。通過控制諸如旋翼、推力器和控制表面的各種“執(zhí)行器”(例如，方向舵106)，該VTOL飛行器能夠在6個(gè)自由度(6DOF)中移動(dòng)，6DOF即：
[0043]俯仰
[0044]翻滾
[0045]偏航
[0046]向上/向下
[0047]向左/向右
[0048]向前/向后。
[本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種飛行控制系統(tǒng)，所述飛行控制系統(tǒng)被配置為使得即使在丟失大多數(shù)飛行控制計(jì)算機(jī)的情況下大多數(shù)執(zhí)行器仍繼續(xù)操作，所述飛行控制系統(tǒng)包括：第一飛行控制計(jì)算機(jī)(FCC)；第二飛行控制計(jì)算機(jī)(FCC)；第三飛行控制計(jì)算機(jī)(FCC)；以及通信鏈接，所述通信鏈接將所述第一飛行控制計(jì)算機(jī)、所述第二飛行控制計(jì)算機(jī)和所述第三飛行控制計(jì)算機(jī)鏈接到執(zhí)行器致動(dòng)器的控制器，以使所述控制器能夠直接或通過重傳器從所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC接收命令，其中，所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的每個(gè)鏈接到所述控制器，并且FCC和/或所述通信鏈接被配置為使得一次僅一個(gè)FCC活動(dòng)以控制所述控制器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括相應(yīng)的第二執(zhí)行器致動(dòng)器和第三執(zhí)行器致動(dòng)器的第二控制器和第三控制器，所述第二控制器和所述第三控制器能夠直接或通過重傳器從所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC接收命令。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，F(xiàn)CC各自包括向所述控制器發(fā)送命令的命令通道和檢查命令完整性的監(jiān)視器通道。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的每個(gè)連接到位于表面、螺旋槳和/或執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)上的傳感器；或者所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的每個(gè)被配置為從至少一個(gè)傳感器接口模塊(SIM)接收傳感器信息；或者所述系統(tǒng)包括至少一個(gè)單通道傳感器接口，所述至少一個(gè)單通道傳感器接口被配置為讀取位于表面、螺旋槳和/或執(zhí)行器的機(jī)構(gòu)上的至少一個(gè)獨(dú)立傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，還包括至少一個(gè)航空電子計(jì)算機(jī)，所述至少一個(gè)航空電子計(jì)算機(jī)被配置為向FCC發(fā)送上級(jí)指令，所述上級(jí)指令包括導(dǎo)航命令、自主命令、來自遠(yuǎn)程控制器的命令、以及來自觸摸屏顯示器的命令。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的每個(gè)連接到至少一個(gè)飛行甲板操縱器的每個(gè)控制軸線的至少一個(gè)傳感器。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個(gè)FCC被配置為與其它FCC交換處理的信息和/或從飛行甲板操縱器和/或執(zhí)行器傳感器接收到的信息、包括模式和狀態(tài)信息的部分或全部，以使得能夠進(jìn)行所述FCC之間的數(shù)據(jù)投票和模式協(xié)調(diào)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器包括單通道，所述單通道從所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC接收命令，并且如果來自所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的活動(dòng)FCC的命令被認(rèn)為是新鮮且有效的，則執(zhí)行該命令，并且否則，如果由所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的具有最高優(yōu)先級(jí)的不同F(xiàn)CC發(fā)送的命令被認(rèn)為是新鮮且有效的，則切換到執(zhí)行從所述不同F(xiàn)CC發(fā)送的命令，并且否則，切換到執(zhí)行來自所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC中的又一個(gè)不同F(xiàn)CC的命令。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為從所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC接收鏈接，所述鏈接基于在所述第一FCC、所述第二FCC和所述第三FCC處實(shí)現(xiàn)的高完整性標(biāo)準(zhǔn)來選擇性地啟用致動(dòng)器。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器被配置為通過由FCC命令的繼電器通電/斷電。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述控制器控制推進(jìn)器電機(jī)；或者所述控制器控制表面致動(dòng)器；或者所述控制器控制傾斜機(jī)構(gòu)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，針對(duì)使用重傳器的實(shí)施方式，所述重傳器的數(shù)量使用完全圖或二分圖來確定，其中，如果E是具有更大數(shù)量的元件的類別的控制器的最大數(shù)量，如果n是重傳器的最小數(shù)量，則通過找到使得K大于或等于E的K的最小...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魯茲，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：埃姆普里薩有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：