基于飛行模擬機(jī)CANbus的I/O系統(tǒng)故障診斷

趙國(guó)柱

摘 要：根據(jù)CANbus通道的架構(gòu)分析可知，引起一個(gè)或多個(gè)通道失效的可能的原因有：電源問(wèn)題、主干線故障、主干線的終端問(wèn)題和SimHost的問(wèn)題。每個(gè)基于母線的CANbus通道包含一組聯(lián)網(wǎng)的智能控制器，每個(gè)控制器位于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”上。通常，每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器都位于它所服務(wù)的I/O設(shè)備附近。典型的情況是，一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器管理模擬駕駛艙里的一個(gè)面板上的I/O設(shè)備的通信，并直接安裝在該面板上，故障診斷主要依靠經(jīng)驗(yàn)積累的故障樹推理。

關(guān)鍵詞：CANbus；SimHost；I/O系統(tǒng)；故障診斷

1概述

CJ1飛行模擬器座艙中的許多I/O設(shè)備是獨(dú)立的接口，如開關(guān)、信號(hào)牌、燈泡和電位計(jì)等。CJ1飛行模擬器使用基于控制器局域網(wǎng)絡(luò)總線（Controller Area Network bus，簡(jiǎn)稱CANbus）的I/O系統(tǒng)為它們提供與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的連接[1-3]。

基于CANbus的I/O系統(tǒng)通常使用以下兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：基于母線的CANbus通道和/或基于“卡籠”的CANbus通道。在CJ1飛行模擬器上有4個(gè)CANbus通道，名為CANbus通道0 （CC0）至CANbus通道3 （CC3） ，它們都是基于母線的。所有CANbus通道都通過(guò)Sim Host連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并以每秒500千比特的數(shù)據(jù)速率進(jìn)行異步操作[4-7]。

2 基于母線的CANbus通道的架構(gòu)

所有基于母線的CANbus通道都具有相同的架構(gòu)，每個(gè)基于母線的CANbus通道是一個(gè)由一個(gè)菊鏈?zhǔn)竭B接的主干線（Trunk Line）構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，它在Sim Host和座艙上的一個(gè)或多個(gè)母線（Busbar）之間傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)母線可以連接多達(dá)4條分接線（Drop Lines），每根分接線都承載著數(shù)據(jù)和電源，并連接到一個(gè)CANbus節(jié)點(diǎn)。

所有CANbus節(jié)點(diǎn)都具有相同的架構(gòu)，CANbus節(jié)點(diǎn)的形式較為單一。每個(gè)CANbus節(jié)點(diǎn)包含一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器，它管理多個(gè)輸入和輸出。通常，單個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器可為模擬器座艙中的一個(gè)面板上的所有設(shè)備提供連接。因?yàn)槊織l分接線同時(shí)承載數(shù)據(jù)和電源，所以一個(gè)面板通常只需要一根電纜。

3 基于CANbus的I/O系統(tǒng)的故障診斷

3.1 故障隔離程序

圖1是I/O系統(tǒng)的故障隔離流程圖，沿著這個(gè)流程圖逐步向下，將引導(dǎo)到下文更為詳細(xì)的部分。

圖1 I/O系統(tǒng)的故障隔離流程圖

3.2 一個(gè)或多個(gè)通道失效

圖2 一個(gè)或多個(gè)通道失效

根據(jù)CANbus通道的架構(gòu)分析可知，引起一個(gè)或多個(gè)通道失效的可能的原因有：電源問(wèn)題、主干線故障、主干線的終端問(wèn)題和SimHost的問(wèn)題。導(dǎo)致主干線故障的因素有：主干線的與SimHost的連接松動(dòng)、主干線中斷。主干線的終端問(wèn)題由座艙上的主干線終端或SimHost端的主干線終端未連接引起。依據(jù)這些故障事件之間的邏輯關(guān)系可以建立起相應(yīng)的故障樹如圖2所示。

沿著故障樹逐步向下，可以制定出以下排故流程：檢查MegaPAC 24V電源；檢查發(fā)生故障的CANbus通道的主干線與SimHost的連接；檢查主干線的兩個(gè)終端是否都已連接正確；通過(guò)測(cè)量CANbus通道主干線的電阻來(lái)檢查SimHost和座艙之間的主干線的連續(xù)性。如果兩個(gè)終端都連接正確，電阻應(yīng)該在60歐姆。嘗試使用備用的CANbus連接板替換SimHost中的正在使用的CANbus連接板。

3.3 單個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)響應(yīng)

只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)響應(yīng)，說(shuō)明從SimHost到該該節(jié)點(diǎn)的母線都是正常的。那么導(dǎo)致這個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)響應(yīng)的可能的因素就包括該節(jié)點(diǎn)控制器和母線之間的連接中斷、節(jié)點(diǎn)控制器自身故障。導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)控制器和母線之間的連接中斷的原因有：分接線兩端連接存在問(wèn)題、母線上的連接器故障和分接線自身故障。依據(jù)這些故障事件建立起單個(gè)節(jié)點(diǎn)無(wú)響應(yīng)的故障樹。

3.4 所有的節(jié)點(diǎn)都有響應(yīng)

如果在故障隔離過(guò)程中所有的節(jié)點(diǎn)都響應(yīng)CAN sniffer的查詢，但是某一I/O設(shè)備依舊無(wú)法實(shí)現(xiàn)其功能，這說(shuō)明故障可能發(fā)生在該I/O設(shè)備的節(jié)點(diǎn)控制器上、節(jié)點(diǎn)控制器與該I/O設(shè)備的連接上或I/O設(shè)備本身。這些因素進(jìn)一步分析后，可以為這些事件建立基本的故障樹，而所有的節(jié)點(diǎn)都有相應(yīng)的故障樹。

4 CANbus排故總結(jié)

每個(gè)基于母線的CANbus通道包含一組聯(lián)網(wǎng)的智能控制器，每個(gè)控制器位于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)“節(jié)點(diǎn)”上。通常，每個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器都位于它所服務(wù)的I/O設(shè)備附近。典型的情況是，一個(gè)節(jié)點(diǎn)控制器管理模擬駕駛艙里的一個(gè)面板上的I/O設(shè)備的通信，并直接安裝在該面板上，故障診斷主要依靠經(jīng)驗(yàn)積累的故障樹推理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 米祖強(qiáng)， 廖峰. 基于FTA的飛行模擬機(jī)故障診斷專家系統(tǒng)[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程. 2012，12（19）： 4852-4856

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[7] 翟大鵬. 基于故障樹的數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)研究[D]. 太原： 太原科技大學(xué)，2008.

（作者單位：中國(guó)民用航空飛行學(xué)院 模擬機(jī)訓(xùn)練中心）