基于冗余設(shè)計(jì)的模擬器座艙故障定位方法

楊衍舒，孫雙雙，王 云，韓 立，張志強(qiáng)

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

基于冗余設(shè)計(jì)的模擬器座艙故障定位方法

楊衍舒，孫雙雙，王 云，韓 立，張志強(qiáng)

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌 330024）

飛行訓(xùn)練模擬器座艙集成眾多電氣設(shè)備，在電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，需快速而準(zhǔn)確地將其定位，因此，需要逐步對座艙所有電氣設(shè)備進(jìn)行測試。但此過程涉及設(shè)備眾多，故障定位工作量大且緩慢。本文提出一種基于冗余設(shè)計(jì)思想的故障定位方法，以此思想構(gòu)建的模擬器座艙測試系統(tǒng)能夠精準(zhǔn)迅速定位電氣設(shè)備故障，從而大大節(jié)省故障排查時(shí)間，提高故障定位的效率。

模擬器座艙；冗余設(shè)計(jì)；故障定位；控制盒

0 引言

飛行訓(xùn)練模擬器座艙是飛行訓(xùn)練模擬器的一個(gè)重要組成部分，主要為飛行員提供一個(gè)真實(shí)的座艙環(huán)境[1]。

模擬器座艙主要由座艙結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備、操縱機(jī)構(gòu)、傳感器、飛行員座椅、座艙接口箱等組成，而電氣設(shè)備主要由眾多控制盒組成。控制盒連接通路復(fù)雜且分布廣，極易出現(xiàn)可靠性問題。在座艙電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，需對座艙進(jìn)行測試，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的故障定位。但是對眾多座艙電氣設(shè)備進(jìn)行測試的工作量龐大，故障定位更是耗時(shí)頗多。

冗余設(shè)計(jì)是指系統(tǒng)通過多種途徑完成一種規(guī)定功能的方法[2]。為了故障定位的快速性和精確性，本文提出了基于冗余設(shè)計(jì)的故障定位方法，通過多種途徑和接口對模擬器座艙進(jìn)行測試，從而能夠快速準(zhǔn)確地定位電氣設(shè)備的故障。

1 基于冗余設(shè)計(jì)的測試系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)對模擬器座艙設(shè)備級的故障定位，本文專門設(shè)計(jì)了模擬器座艙測試系統(tǒng)。模擬器座艙測試系統(tǒng)采用一臺專門定制的筆記本電腦作為測試設(shè)備。

由于座艙電氣設(shè)備由CAN總線、控制盒、數(shù)據(jù)采集設(shè)備組成，因此本文采用3種途徑的冗余測試來定位故障。

1)通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備進(jìn)行測試；

2)通過單路CAN總線對單個(gè)控制盒進(jìn)行測試；

3)通過多路CAN總線同時(shí)對座艙所有控制盒進(jìn)行測試。

1.1 測試設(shè)備

本文的測試設(shè)備采用加固的一體化計(jì)算機(jī)，集成了高速網(wǎng)卡、PCI高速CAN卡，如圖1所示。

1)2個(gè)PCI的CAN卡，每塊卡可提供4路CAN總線；

2)2路航插：1路24V供電引出CAN1信號，1路引出四路CAN信號；

3)2個(gè)千兆以太網(wǎng)卡。

因此，測試系統(tǒng)不僅具備高速的網(wǎng)絡(luò)通訊能力，而且具備高速的CAN總線數(shù)據(jù)采集能力。此外，對測試設(shè)備的抗震、抗壓、抗高溫作了特殊要求。對測試設(shè)備的定制設(shè)計(jì)確保了測試設(shè)備在現(xiàn)場的可靠性、實(shí)用性。

1.2 測試原理

座艙測試設(shè)備不僅可以通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測試座艙電氣設(shè)備，而且可以通過測試設(shè)備集成的CAN卡測試座艙電氣設(shè)備。測試系統(tǒng)組成原理如圖2所示。

2 冗余設(shè)計(jì)

冗余設(shè)計(jì)是通過在產(chǎn)品中針對規(guī)定任務(wù)增加更多的功能通道，以保證在有限數(shù)量的通道失效的情況下，系統(tǒng)仍然能夠完成規(guī)定任務(wù)。座艙測試系統(tǒng)通過冗余設(shè)計(jì)的思想來達(dá)到設(shè)備級故障的定位，冗余設(shè)計(jì)采用3種測試模式，在不同模式下測試座艙電氣設(shè)備，能夠?qū)⒆摯嬖诘碾姎夤收献罱K確定在具體總線、具體控制盒、具體部件。

座艙測試系統(tǒng)有3種測試模式，通過3個(gè)不同接口連接。

1)測試模式1：通過以太網(wǎng)連接數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行測試；

2)測試模式2：通過CAN1總線接口連接單個(gè)控制盒進(jìn)行測試；

3)測試模式3：通過CAN1～CAN4總線接口連接座艙進(jìn)行測試。

2.1 測試模式1

測試模式1是通過以太網(wǎng)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而將數(shù)據(jù)發(fā)送到座艙電氣設(shè)備，以測試座艙控制盒的顯示是否正確；同時(shí)測試系統(tǒng)通過以太網(wǎng)接收來自數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，讀取控制盒的開關(guān)按鈕狀態(tài)及查詢信息。測試模式1連接示意如圖3所示。

2.2 測試模式2

測試模式2是通過CAN1接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到座艙電氣設(shè)備，以測試座艙控制盒的顯示是否正確；同時(shí)測試設(shè)備通過CAN1總線讀取控制盒的開關(guān)按鈕狀態(tài)及查詢信息。測試模式2連接示意如圖4所示。

2.3 測試模式3

測試模式3是通過CAN1～CAN4接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到座艙電氣設(shè)備，以測試座艙所有控制盒的顯示是否正確；同時(shí)測試設(shè)備通過CAN1～CAN4總線接口讀取控制盒的開關(guān)按鈕狀態(tài)及查詢信息。測試模式3連接示意如圖5所示。

3 故障定位方法

本文故障定位方法是基于冗余設(shè)計(jì)的思想，在構(gòu)建的模擬器座艙測試系統(tǒng)中，利用數(shù)據(jù)采集設(shè)備和定制的測試設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了硬件冗余的方式。模擬器座艙故障的快速精確定位的實(shí)現(xiàn)，不僅需要硬件架構(gòu)的支持，而且需要軟件設(shè)計(jì)的支持[3]。本文開發(fā)的座艙測試軟件運(yùn)行在測試設(shè)備，主要實(shí)現(xiàn)對測試設(shè)備及數(shù)采設(shè)備所采集數(shù)據(jù)的直觀顯示。

3.1 測試流程

為了測試座艙電氣設(shè)備，在電氣設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)準(zhǔn)確定位，在每種測試模式下，可以將測試流程分為如下過程。

1)通過判斷總線工作狀態(tài)，測試各路總線是否工作正常；

2)通過接收總線控制盒數(shù)據(jù)包，測試各控制盒是否工作正常；

3)通過CAN總線接收各控制盒數(shù)據(jù)包，顯示各開關(guān)、按鈕等狀態(tài)；

4)通過CAN總線發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包，測試其顯示/指示是否正確。

通過在不同測試模式下，按照以上流程進(jìn)行測試，模擬器座艙測試系統(tǒng)已經(jīng)從3種不同的接口和途徑測試了模擬器座艙所有控制盒、所有的總線通訊以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。冗余設(shè)計(jì)的方法從多種接口對模擬器座艙電氣設(shè)備進(jìn)行了測試，使得故障定位更加精準(zhǔn)。

3.2 定位總線故障

在飛行模擬器座艙中，分布4條總線，每條總線掛載控制盒，定位模擬器座艙故障首先從定位總線故障進(jìn)行基本定位。

在測試軟件中，采用指示燈的顯示方式指示各路總線的工作狀態(tài)，如圖6所示。通過測試軟件的總線狀態(tài)指示，可以判斷連接測試設(shè)備的4路總線和連接數(shù)據(jù)采集設(shè)備的4路總線是否存在故障。

3.3 定位控制盒通訊故障

在確定模擬器座艙總線無故障的情況下，需要將故障定位在模擬器座艙中數(shù)量眾多的控制盒中。

在三種測試模式下，如果能夠采集到控制盒的數(shù)據(jù)，則控制盒通訊正常，反之，控制盒通訊故障。

在測試軟件中，采用指示燈的顯示方式指示每個(gè)控制盒的通訊狀態(tài)，如圖7所示。如果三種測試模式下的控制盒通訊都發(fā)生故障，則該控制盒通訊故障。如果三種測試模式的測試結(jié)果不一致，則可以將故障定位在模擬器座艙環(huán)境，包括電氣環(huán)境和通訊環(huán)境。

3.4 定位控制盒部件故障

在確定模擬器座艙各路總線和所有控制盒通訊均無故障的情況下，需要將故障定位在模擬器座艙控制盒的某個(gè)部件中，具體到開關(guān)、旋鈕或指示燈等。

在三種測試模式下，如果控制盒某開關(guān)旋鈕狀態(tài)與測試軟件顯示的狀態(tài)一致，則控制盒該部件無故障，反之，控制盒該部件故障。在測試軟件中，采用可視化界面的顯示方式，顯示控制盒的開關(guān)旋鈕狀態(tài)，如圖8所示。

定位控制盒某個(gè)部件的故障，不僅需要采集控制盒的開關(guān)旋鈕狀態(tài)，而且需要發(fā)送總線數(shù)據(jù)包，測試控制盒的顯示部件是否故障，顯示部件包括指示燈、字符點(diǎn)陣、儀表指示等。

在三種測試模式下，如果座艙控制盒某部件的顯示與測試軟件中顯示的一致，則控制盒該部件無故障，反之，控制盒該部件故障。在測試軟件中，采用可視化的界面操作方式，操作界面驅(qū)動(dòng)控制盒的部件顯示，如圖9所示。

4 結(jié)語

本文首先提出將冗余設(shè)計(jì)的思想應(yīng)用于模擬器座艙的故障定位，形成了基于冗余設(shè)計(jì)的故障定位方法。其次，為了實(shí)現(xiàn)該故障定位方法，設(shè)計(jì)了模擬器座艙測試系統(tǒng)，并進(jìn)行了冗余設(shè)計(jì)，采用3種不同的測試模式。

最后，本文對故障定位的方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述，設(shè)計(jì)了測試流程，并結(jié)合座艙測試軟件，對模擬器座艙具體故障定位進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

[1]田涌，邵山，張雷.飛行品質(zhì)模擬器設(shè)計(jì)[J].電光與控制，2010，17(6)：89-91.

[2]孫樂益.嵌入式系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2010（10）.

[3]任獻(xiàn)彬.自動(dòng)測試系統(tǒng)故障診斷功能的實(shí)現(xiàn)，電子測量技術(shù),2006（6）.

>>>作者簡介

楊衍舒，男，1988年10月出生。2013年畢業(yè)于南京理工大學(xué)，工程師，現(xiàn)從事飛機(jī)仿真技術(shù)研究和飛行訓(xùn)練模擬器設(shè)計(jì)工作。

Fault-locating Method for Simulator Cockpit Based on Redundancy Design

Yang Yanshu,Sun Shuangshuang,Wang Yun,Han Li,Zhang Zhiqiang
(AVIC-HONGDU,Nanchang,Jiangxi,330024)

The flight training simulator cockpit integrates numerous electric devices which once fail,a quick and accurate location is needed.Therefore,all the electric devices should be tested step by step.However,it involves numerous devices,fault-locating is huge and slow work.This article proposes a fault-locating method based on redundancy design principle.Simulator cockpit testing system built on the basis of the principle could give a quick and accurate location for electric device failure.Thus it saves much time for troubleshooting and improves faultlocating efficiency.

Simulator cockpit;Redundancy design;Fault-locating;Control box

2017-03-30）