基于冗余設計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

（航空工業洪都，江西 南昌 330024）

基于冗余設計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

（航空工業洪都，江西 南昌 330024）

飛行訓練模擬器座艙集成眾多電氣設備，在電氣設備發生故障時，需快速而準確地將其定位，因此，需要逐步對座艙所有電氣設備進行測試。但此過程涉及設備眾多，故障定位工作量大且緩慢。本文提出一種基于冗余設計思想的故障定位方法，以此思想構建的模擬器座艙測試系統能夠精準迅速定位電氣設備故障，從而大大節省故障排查時間，提高故障定位的效率。

模擬器座艙；冗余設計；故障定位；控制盒

0 引言

飛行訓練模擬器座艙是飛行訓練模擬器的一個重要組成部分，主要為飛行員提供一個真實的座艙環境[1]。

模擬器座艙主要由座艙結構、電氣設備、操縱機構、傳感器、飛行員座椅、座艙接口箱等組成，而電氣設備主要由眾多控制盒組成?？刂坪羞B接通路復雜且分布廣，極易出現可靠性問題。在座艙電氣設備出現故障時，需對座艙進行測試，進而實現電氣設備的故障定位。但是對眾多座艙電氣設備進行測試的工作量龐大，故障定位更是耗時頗多。

冗余設計是指系統通過多種途徑完成一種規定功能的方法[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計的故障定位方法，通過多種途徑和接口對模擬器座艙進行測試，從而能夠快速準確地定位電氣設備的故障。

1 基于冗余設計的測試系統

為了實現對模擬器座艙設備級的故障定位，本文專門設計了模擬器座艙測試系統。模擬器座艙測試系統采用一臺專門定制的筆記本電腦作為測試設備。

由于座艙電氣設備由CAN總線、控制盒、數據采集設備組成，因此本文采用3種途徑的冗余測試來定位故障。

1)通過數據采集設備進行測試；

2)通過單路CAN總線對單個控制盒進行測試；

3)通過多路CAN總線同時對座艙所有控制盒進行測試。

1.1 測試設備

本文的測試設備采用加固的一體化計算機，集成了高速網卡、PCI高速CAN卡，如圖1所示。

1)2個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個千兆以太網卡。

因此，測試系統不僅具備高速的網絡通訊能力，而且具備高速的CAN總線數據采集能力。此外，對測試設備的抗震、抗壓、抗高溫作了特殊要求。對測試設備的定制設計確保了測試設備在現場的可靠性、實用性。

1.2 測試原理

座艙測試設備不僅可以通過數據采集系統測試座艙電氣設備，而且可以通過測試設備集成的CAN卡測試座艙電氣設備。測試系統組成原理如圖2所示。

2 冗余設計

冗余設計是通過在產品中針對規定任務增加更多的功能通道，以保證在有限數量的通道失效的情況下，系統仍然能夠完成規定任務。座艙測試系統通過冗余設計的思想來達到設備級故障的定位，冗余設計采用3種測試模式，在不同模式下測試座艙電氣設備，能夠將座艙存在的電氣故障最終確定在具體總線、具體控制盒、具體部件。

座艙測試系統有3種測試模式，通過3個不同接口連接。

1)測試模式1：通過以太網連接數據采集系統進行測試；

2)測試模式2：通過CAN1總線接口連接單個控制盒進行測試；

3)測試模式3：通過CAN1～CAN4總線接口連接座艙進行測試。

2.1 測試模式1

測試模式1是通過以太網發送網絡數據到數據采集系統，從而將數據發送到座艙電氣設備，以測試座艙控制盒的顯示是否正確；同時測試系統通過以太網接收來自數據采集系統的網絡數據，讀取控制盒的開關按鈕狀態及查詢信息。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接口將數據發送到座艙電氣設備，以測試座艙控制盒的顯示是否正確；同時測試設備通過CAN1總線讀取控制盒的開關按鈕狀態及查詢信息。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接口將數據發送到座艙電氣設備，以測試座艙所有控制盒的顯示是否正確；同時測試設備通過CAN1～CAN4總線接口讀取控制盒的開關按鈕狀態及查詢信息。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計的思想，在構建的模擬器座艙測試系統中，利用數據采集設備和定制的測試設備，實現了硬件冗余的方式。模擬器座艙故障的快速精確定位的實現，不僅需要硬件架構的支持，而且需要軟件設計的支持[3]。本文開發的座艙測試軟件運行在測試設備，主要實現對測試設備及數采設備所采集數據的直觀顯示。

3.1 測試流程

為了測試座艙電氣設備，在電氣設備出現故障時準確定位，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，測試各路總線是否工作正常；

2)通過接收總線控制盒數據包，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據包，顯示各開關、按鈕等狀態；

4)通過CAN總線發送標準數據包，測試其顯示/指示是否正確。

通過在不同測試模式下，按照以上流程進行測試，模擬器座艙測試系統已經從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據采集系統。冗余設計的方法從多種接口對模擬器座艙電氣設備進行了測試，使得故障定位更加精準。

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，如圖6所示。通過測試軟件的總線狀態指示，可以判斷連接測試設備的4路總線和連接數據采集設備的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據，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控制盒的通訊狀態，如圖7所示。如果三種測試模式下的控制盒通訊都發生故障，則該控制盒通訊故障。如果三種測試模式的測試結果不一致，則可以將故障定位在模擬器座艙環境，包括電氣環境和通訊環境。

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部件中，具體到開關、旋鈕或指示燈等。

在三種測試模式下，如果控制盒某開關旋鈕狀態與測試軟件顯示的狀態一致，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，顯示控制盒的開關旋鈕狀態，如圖8所示。

定位控制盒某個部件的故障，不僅需要采集控制盒的開關旋鈕狀態，而且需要發送總線數據包，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，操作界面驅動控制盒的部件顯示，如圖9所示。

4 結語

本文首先提出將冗余設計的思想應用于模擬器座艙的故障定位，形成了基于冗余設計的故障定位方法。其次，為了實現該故障定位方法，設計了模擬器座艙測試系統，并進行了冗余設計，采用3種不同的測試模式。

最后，本文對故障定位的方法進行了詳細闡述，設計了測試流程，并結合座艙測試軟件，對模擬器座艙具體故障定位進行了詳細的分析。

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

[2]孫樂益.嵌入式系統的冗余設計研究[J].數字技術與應用,2010（10）.

[3]任獻彬.自動測試系統故障診斷功能的實現，電子測量技術,2006（6）.

>>>作者簡介

楊衍舒，男，1988年10月出生。2013年畢業于南京理工大學，工程師，現從事飛機仿真技術研究和飛行訓練模擬器設計工作。

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）