本发明涉及飞行器制动系统的架构领域。
背景技术：
在飞行器上提供了包括必须移动的移动部件的许多系统其。
翼元件(例如副翼、襟翼、减速板)、起落装置的元件(例如，可在展开位置和回缩位置之间移动的起落装置支柱、或者轮的制动器的相对于制动摩擦构件滑动的柱塞)、使得可以实现可变几何涡轮的元件、泵或燃料计量机构的元件、推力反向器的元件、螺旋桨桨距驱动机构的元件(例如在直升机或涡轮螺旋桨发动机)等属于这种移动部件。
在现代飞行器上，越来越多的机电致动器被用于实现这种移动部件。事实上，使用机电致动器的优点有很多：简单的配电和驱动、灵活性、简化维护操作，等等。
机电致动器通常包括移动该移动部件的移动致动构件、旨在驱动移动致动构件并因此驱动移动部件的电机、以及用于机电致动器的各种参数的一个或多个传感器。
其中集成这种机电致动器的机载电致动系统传统上实现以下功能：根据要实现的功能定义设定点(例如，速度、位置或力设定点)、测量一个或多个机电致动器伺服控制参数(例如，速度、位置或、力)、执行使机电致动器能够达到设定点的伺服控制环路、产生供应电机的电流、以及通过电机将电能转换成驱动致动构件并且因此驱动移动部件的机械能。
执行伺服控制环路和产生供电电流的功能通常在一个或多个集中式计算机中实现：这被称为集中式架构。
参考图1，已知飞行器制动器1包括四个机电致动器2，其被分组为两个不同的两个机电致动器2的阵列。一个不同阵列的机电致动器2连接到位于飞行器舱中的同一集中式计算机3。每个机电致动器2的电机接收向机电致动器2连接的集中式计算机3供电的三相电流，并且每个机电致动器2将伺服控制参数的测量值传送到集中式计算机3(例如，电机的转子的角位置的测量值)。
现在将参考图2更详细地描述在这种集中式架构中对机电致动器2供电的三相电流25的产生。“高电平”外部设定点由外部设定点生成装置14生成，并且经由数字总线15传送到每个集中式计算机3(图2中由参考符号t1表示的传输)。在制动系统架构的情况下，这种外部设定点表示由飞行器的飞行员产生的制动请求。外部设定点被传送到集中式计算机3的处理装置6。集中式计算机3的处理装置6随后控制和驱动包括一个或多个伺服控制环路的机电致动器2。机电致动器2将从传感器7获得的一个或多个伺服控制参数的测量值传送到集中式计算机3，其中所述测量值是伺服控制环路反馈信号。伺服控制环路输出信号被传送到功率模块8驱动器，然后传送到集中式计算机3的功率模块9，该功率模块9产生供应给机电致动器2的电机10的三相电流。电机随后驱动致动构件11。实施伺服控制环路需要存储在集中式计算机3的存储器12中的参数。集中式计算机3的功率模块9(它例如包括逆变器)由集中式计算机3外部的供电单元13供电。
应当注意，这种集中式架构具有一些缺点。首先，再次参考图1，可以看出，所示的架构需要每个机电致动器2使用至少九根电线：用于电机的三相的三根供电线16(在图1中由单条线表示))，用于将电机10的转子的角位置测量值发送回集中式计算机3的四条通信线17(在图1中由单条线表示)，以及用于对用于锁定机电致动器2从而使得可以实现停车制动的元件供电的两条供电线18(在图1中由单条线表示)。这种电线16、17、18集成在从舱延伸到制动器1并且麻烦且沉重的电缆组装件中。电缆组装件(其中供电线16以及因此对电机10供电的电流在其中行进)的广泛长度使得需要使用共模电流滤波电路，这增加了集中式计算机3的质量、复杂性和成本。
发明目的
本发明的目的在于减小制动系统的总尺寸、质量、复杂性和成本。
技术实现要素：
为了达到该目的，提出了一种用于飞行器的制动系统架构，其包括：
-旨在制动飞行器的轮的制动器，其中该制动器包括摩擦构件和将制动力施加到摩擦构件上并且因此将制动扭矩施加到轮上的多个机电致动器，其中每个机电致动器包括其中集成有电机、用于生成对电机供电的电流的功率模块以及数字通信模块的主体，其中制动器的机电致动器的数字通信模块互连以形成数字网络；
-供电单元，旨在通过向功率模块提供供电电压来为所述功率模块供电；
-两个控制单元，适配成生成用于控制电机的旨在送给数字通信模块的数字信号，所述数字通信模块将数字信号传送到功率模块，使得每个功率模块根据供电电压和旨在送给它的数字控制信号生成供电电流；
-一个网络互连构件，其连接到两个控制单元并且合并入数字网络中以用于经由数字网络将数字控制信号分发给数字通信模块。
通过位于35个机电致动器内部的功率模块生成对电机供电的电流使得可以减少从飞行器的舱流通到制动器的电线的数量，并且因此减少其中集成这种电线的电缆组装件的质量和总体尺寸。由于电机供电电流不再在电缆组装件中流通，因此不再需要使用共模电流滤波电路。因此减少了控制单元的质量、复杂性和成本。
这里也应当注意，控制功能的公共化和将通信模块布置成数字网络使得可以容易地将一个制动器集成到该架构中/从架构中移除。因此，该架构是特别灵活的，并且可以与各种程序一起使用，这降低了其成本。
通过阅读本发明的特定非限制性实施例的以下描述，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
附图说明
参考附图，其中：
图1示出了现有技术的制动系统架构；
图2示出了包括集中式计算机和机电致动器的现有技术的致动系统，其中致动系统旨在集成到图1的架构中；
图3示出根据本发明的第一实施例的制动系统架构；
图4示出了根据本发明的第二实施例的制动系统架构；
图5示出了根据第一实施例的旨在被集成到本发明诸架构之一中的致动系统；
图6示出了根据第二实施例的旨在被集成到本发明诸架构之一中的致动系统；
图7示出了根据第三实施例的旨在被集成到本发明的诸架构之一中的致动系统；
图8示出了根据第四实施例的旨在被集成到本发明的诸架构之一中的致动系统。
具体实施方式
本发明在此实现在飞行器上，该飞行器包括多个主起落装置，每个主起落装置承载多个所谓的“制动”轮，即配备有旨在制动飞行器的制动器的多个轮。本说明书涉及单个制动轮，但是本发明当然可以类似地应用于飞行器制动轮的全部或部分。
参考图3，根据本发明的第一实施例的制动系统架构因此包括旨在制动飞行器的轮的制动器20、第一供电单元21a、第二供电单元21b，第一控制单元22a、第二控制单元22b以及网络交换机23。应当注意，也可以使用不同的网络互连构件代替网络交换机，诸如路由器或集中器(即“集线器”)。
制动器20包括致动器保持器，在其上安装了具有四个机电致动器25a、25b、25c、25d以及摩擦构件(即碳盘堆)。
四个机电致动器25用于将制动力施加到碳盘堆上并且因此将制动扭矩施加到轮上，这减慢了轮的旋转并从而在飞行器接触地面时减慢了飞行器。
每个机电致动器25包括附连到致动器保持器的主体、柱塞、以及适于将柱塞锁定就位的锁定构件。电机、功率模块以及数字通信模块26被集成到每个机电致动器25的主体中。
柱塞由电机致动以滑动并将制动力施加到碳盘堆上。
当柱塞必须被致动以对轮进行制动时，功率模块使得可以产生在电机的三相中循环的交流供电电流。为此，功率模块包括逆变器，该逆变器包括多个开关，这些开关被控制以将直流供电电压vc转换为交流三相电压，在此生成对电机供电的电流。
由制动器20的四个机电致动器25的功率模块接收的供电电压vc由第一供电单元21a和第二供电单元21b递送。
四个机电致动器25被分组为第一阵列和第二不同阵列，其中第一阵列包括机电致动器25a和25b且第二阵列包括机电致动器25c和25d。
第一供电单元21a将供电电压vc提供给第一阵列的机电致动器25a和25b的功率模块，而第二供电单元21b将供电电压提供给第二阵列的机电致动器25c和25d的功率模块。
为了接收供电电压vc，每个机电致动器25通过两条供电线28连接到第一供电单元21a或第二供电单元21b。
第一供电单元21a和第二供电单元21b被放置在舱中、在飞行器机身中、在起落装置上方。
此外，每个机电致动器25的功率模块使用数字控制信号sc来控制逆变器开关。
四个机电致动器25的数字控制信号sc由第一控制单元22a和第二控制单元22b产生。
这时，每个控制单元22产生要发送到两个或四个机电致动器25的数字控制信号sc。因此，第一控制单元22a和第二控制单元22b是冗余的，使得两个控制单元22之一的损失不会完全丧失制动性能。
第一控制单元22a和第二控制单元22b被放置在舱中、在飞行器机身中、在起落装置上方。
数字控制信号sc到四个机电致动器25的功率模块的分发通过四个机电致动器25的数字通信模块26执行，其中一个机电致动器25的每个数字通信模块26向功率模块并因此向所述机电致动器25的功率模块的逆变器传送要发送给它的数字控制信号sc。
四个机电致动器25的数字通信模块26互连以形成数字网络30(数字网络装置，在此，是作为数字信号交换数据的经互连通信装置的组装件)。数字网络30在此是环形的。
连接到第一控制单元22a和第二控制单元22b的网络交换机23被集成在数字网络30中。
网络交换机23因此连接到制动器25a和25c的两个机电致动器25的数字通信模块26，以便也建立形成环形数字网络30的闭环的实体之一，其中与四个机电致动器25的数字通信模块26建立其他实体。数字网络30的每个实体(数字通信模块26或网络交换机23)通过四条通信电线32连接到两个不同实体。
网络交换机23通过将来自第一控制单元22a和第二控制单元22b的数字控制信号sc经由数字网络30分发给数字通信模块26来管理数字网络30的操作。
网络交换机23在此与第一控制单元22a和第二控制单元22b一起被置于同一个箱中(其因此放置在舱中、、在飞行器机身中、在起落装置上方)。
因此，来自控制单元22的数字控制信号sc到数字通信模块26并且因此到功率模块的传输以及来自供电单元21的供电电压vc对功率模块的供电需要从起落装置的顶部到制动器20的十六条电线，而不是图1的架构的三十六条电线(或者当制动器包括其他构件、其他传感器等时时甚至更多电线)。
应当注意，刚刚公开的数字网络30不仅仅被用于将数字控制信号sc传送到机电致动器25的功率模块。
上行链路数字信号sm也从制动器20经由数字网络30并且因此经由网络交换机23被传输到控制单元22。
上行链路数字信号sm首先包括由数字通信模块26发出并且由集成在机电致动器25中的传感器发出的数字测量信号。数字测量信号在此是用于测量电机的转子的角位置的信号、用于测量对电机供电的电流的信号、以及用于测量由机电致动器25致动构件产生的力的信号。
对于每个机电致动器25，从集成在所述机电致动器25中的角位置传感器发出角位置测量信号。
对于每个机电致动器25，从集成在所述机电致动器25中的电流传感器发出角位置测量信号。
对于每个机电致动器25，从集成在所述机电致动器25中的力传感器发出力测量信号。
角位置、电流以及力测量信号由通信模块26数字化、在数字网络30上发出、并且由控制单元22使用来生成数字控制信号sc并控制四个机电致动器25的电机。
上行链路数字信号sm随后包括监视由数字通信模块26发出的信号的机电致动器25。
监视信号的机电致动器25旨在提供机电致动器25的状态，控制单元22可以从该状态作出命令维护操作或者完全或部分地停用一个或多个机电致动器25的决定。
最终，上行链路数字信号sm包括通过定位在轮上或制动器上的外部传感器(图3中未示出)传送到机电致动器的测量信号。外部传感器在此是旨在测量轮的转速的转速计。外部传感器集成在数字网络30中(其也形成环形数字网络的一个实体)。它包括数字接口，该数字接口与上述数字通信模块26一样使外部传感器能够将转速测量值经由数字网络30传送到控制单元22。
此外，除了数字控制信号sc之外，附加的下行链路数字信号sd从控制单元22经由数字网络30被传送到制动器20。
附加下行链路数字信号sd首先包括机电致动器25功能测试10信号和制裁信号。
功能测试信号触发由机电致动器25执行功能测试，以便进行与机电致动器25的操作相关(以及可任选地与来自和去往机电致动器25的通信的效率相关)的诊断。
制裁信号使得控制单元22能够通过完全或部分地停用机电致动器25或通过将其数字通信模块26从数字网络30排除来“惩罚”机电致动器25。
附加的下行链路数字信号sd还包括用于控制安装在轮上的另一装备(即在此是制动扇20(图3中未示出))的信号。制动扇20被集成在数字网络30中(其也形成环形数字网络的一个实体)。它包括数字接口，该数字接口与上述数字通信模块26一样使得制动扇20能够经由数字网络30从控制单元22接收控制信号。
在如图4中所示的根据本发明的第二实施例的制动系统架构中，数字网络此次是星型数字网络40。
网络交换机23形成数字星型网络40的节点，制动器20的所有机电致动器25都连接到数字星形网络40。
应当注意，根据本发明的第二实施例的制动系统架构除了四个机电致动器25之外还包括两个供电单元21、两个控制单元22以及网络交换机23、安装在制动致动器保持器20上的接线箱41。
四个机电致动器25、两个供电单元21、两个控制单元22以及网络交换机23连接到接线箱41。
接线箱41接收上述连续供电电压和下行数字信号，并将其分发给机电致动器25、转速计以及制动扇。接线箱41还接收上述上行链路数字信号，并将其分发给网络交换机23，网络交换机23将其传送到两个控制单元22。
有利地是，无论制动系统架构的实施例如何，每个机电致动器25的锁定构件也集成在数字网络30或40中。然后，从由机电致动器25接收并由供电单元21之一发出的供电电压在本地对锁定构件供电。锁定构件经由数字网络30、40接收控制命令，并在数字网络30、40上发出状态。
现在将更详细地描述每个控制单元22控制四个机电致动器25之一并且因此生成要发送到这样的机电致动器25的数字控制信号sc的方式。
参考图5，认为两个控制单元22之一和四个机电致动器25之一形成根据本发明的第一实施例的致动系统，该致动系统除了控制单元22和机电致动器25之外还包括连接控制单元22和机电致动器25的数字传输通道50。以下也适用于上述两个控制单元22和四个机电致动器25。
在图3和图4的制动系统架构中，数字传输通道50包括将控制单元22与网络交换机23相连接的电线、穿过网络交换机23的电线、穿过关于图4的接线箱41的电线、以及穿过数字网络的将所涉及的机电致动器25的数字通信模块26与网络交换机23分开的各元件(电线、其他机电致动器25的通信模块26)的电线。
控制单元22包括处理装置52和数字通信接口53。
如上所述，机电致动器25包括通信模块26、功率模块54、电机55、柱塞56以及包括各传感器(电流传感器、角位置传感器以及力传感器)的测量装置59。功率模块54包括逆变器控制57和逆变器58。
另外，机电致动器25包括非易失性存储器60，其中存储包括专用于机电致动器的配置数据62的所存储数据61。
配置数据62包括专用于机电致动器25的伺服控制参数63，其功能将在下文解释。
在机电致动器25的制造期间编程的安装在制动致动器保持器上的非易失性存储器60与机电致动器25暴露到的环境条件(温度、振动、冲击、电磁干扰，等等)兼容，。非易失性存储器60有利地集成在数字通信模块26的半导体组件中。
由机电致动器25的角位置传感器测量的角位置和由机电致动器25的电流传感器测量的电流是机电致动器25伺服控制5量值。
测量装置59将测得的伺服控制量值转换成表示伺服控制量值的数字测量信号。
为了控制机电致动器25，控制单元22的处理装置52执行伺服控制算法67，其本机代码65被存储在处理装置52的存储器66中。
伺服控制算法67实现旨在经由数字通道50控制机电致动器25的功率模块54的三个伺服控制环路：电流/扭矩伺服控制环路、速度伺服控制环路以及位置伺服控制环路。
每个伺服控制环路的设定点信号是由外部设定点产生装置产生的设定点。
三个伺服控制环路是交错的：一个伺服控制环路的输出是另一个环路的输入。
位置伺服控制环路接收由外部设定点产生装置51产生的设定点25。位置伺服控制环路发送设定点到速度伺服控制环路，速度伺服控制环路将设定点发送到电流/扭矩伺服控制环路。
电流/扭矩伺服控制环路的反馈信号是表示电流的数字测量信号，并且速度和位置伺服控制环路的反馈信号是表示角位置的数字测量信号。反馈信号由机电致动器25的通信模块26经由数字传输通道50传送到控制单元22(图5中的传输t2)。
电流/扭矩伺服控制环路产生要发送到功率模块54的电机数字控制信号55(图5中的传输t3)。因此，数字控制信号包括使得可以控制逆变器58开关的占空比。
数字控制信号经由控制单元22的数字接口53、数字传输通道50和机电致动器25的数字通信模块26传送到机电致动器25的功率模块54(图5中的传输t3)。然后，功率模块54的逆变器控制57控制逆变器58，逆变器58生成提供给电机55以根据设定点驱动机电致动器25的柱塞56的电流。
实现伺服控制环路使用专用于机电致动器25的伺服控制参数63，其在此包括比例系数、积分系数和导出系数、以及机械致动器25的位置限制、速度限制和功率限制。
在使用机电致动器25之前，例如在启动控制单元22和机电致动器25时，控制单元22的处理装置52因此获取存储在机电致动器25的非易失性存储器60中的伺服控制参数63并将其集成到伺服控制环路中(图5中的传输t4)。然后，处理装置52具有用于执行伺服控制算法67和伺服控制环路所需的所有数据。
机电致动器25的设计中需要修改专用于机电致动器25的伺服控制参数63的任何修改可以通过仅将新伺服控制参数63存储在机电致动器25的非易失性存储器60中来实现，并且因此没有修改控制单元22。因此减少了机电致动器25的设计中的修改所需的成本。
参考图6，根据本发明的第二实施例的致动系统同样包括控制单元22、机电致动器25以及数字传输通道50。
根据本发明的第二实施例的系统的机电致动器25的非易失性存储器60还用于参数化其他算法。
除了伺服控制算法67的伺服控制参数63之外，在非易失性存储器60中存储的所存储数据61中的数据配置62包括故障检测算法71和/或趋势跟随算法72和/或循环计数算法73的参数70。
故障检测算法71、趋势跟随算法72以及循环计数算法73被存储在控制单元22的处理装置52的存储器66中。当必须执行这些算法71、72、73之一时，控制单元22获取对应参数70(图6中的传输t5)。
参考图7，根据本发明的第三实施例的致动系统同样包括控制单元22、机电致动器25和数字传输通道50。
根据本发明的第三实施例的致动系统的机电致动器25的非易失性存储器60还用于存储要被用于机电致动器25的伺服控制算法的标识符80。
存储在非易失性存储器60中的所存储数据61的配置数据62包括标识符80，其使得控制单元22的处理装置52能够从存储在处理装置52的存储器66中的伺服控制算法列表中选择要使用的伺服控制算法。
伺服控制算法列表包括用于具有交流电机的机电致动器的伺服控制算法81、用于具有直流电机的机电致动器的伺服控制算法82、用于具有扭矩电机的机电致动器的伺服控制算法83、用于具有步进电机的机电致动器的伺服控制算法84。
机电致动器25的电机55在此是交流电机。在使用机电致动器25之前，例如在启动控制单元22和机电致动器25时，控制单元22的处理装置52因此获取存储在机电致动器25的非易失性存储器60中的标识符80(图7中的传输t6和t6”)。处理装置52选择并随后执行用于具有交流电机的机电致动器的伺服控制算法81。
因此，可以通过仅将新标识符存储在非易失性存储器60中来实现改变需要使用先前存储在处理装置52的存储器66中的不同伺服控制算法的机电致动器25的电机55的技术，而无需修改控制单元22。
参考图8，根据本发明的第四实施例的致动系统同样包括控制单元22、机电致动器25和数字传输通道50。
根据本发明的第四实施例的致动系统的机电致动器25的非易失性存储器60还用于存储机电致动器25的已经参数化的伺服控制算法的本机代码90。
在使用机电致动器25之前，例如在启动控制单元22和机电致动器25时，控制单元22的处理装置52因此获取在非易失性存储器中的伺服控制算法的本机代码90(图8中的传输t7)。
因此，设计控制单元22不需要伺服控制算法的先前定义。
在此应当注意，任何类型的算法的本机代码可以存储在非易失性存储器60中，而不仅是伺服控制算法的本机代码(例如，故障检测算法和/或趋势跟随算法和/或循环计数算法的本机代码)。
有利地，并且无论上面公开的致动系统的实施例如何，机电致动器25的非易失性存储器60可以用于存储包括机电致动器25校准数据的配置数据。校准数据可以由控制单元22使用来校正伺服控制环路或数字测量信号的一个或多个设定点。校准数据例如是启用梯度校正、偏移校正或根据由机电致动器的传感器测量的参数的校正的数据。
将校准数据存储在机电致动器25的非易失性存储器60中使得可以在其设计和制造期间简化机电致动器25的开发，并从而减少机电致动器25的设计和生产成本。此外，当使用校准数据来校准机电致动器25时，系统性能被增强。
无论上述致动系统的实施例如何，非易失性存储器60可以有利地包含由控制单元22提供的数据。非易失性存储器60然后可由控制单元读访问和/或写访问。所存储的数据在传输通道50上在机电致动器25和控制单元22之间路由，而不管路由方向如何。
由控制单元22提供的数据在此包括与机电致动器25的利用有关的信息，其从存储在机电致动器25的非易失性存储器60中的其他数据产生或者在控制单元22执行任何算法时获得。
将相对于机电致动器25的利用信息存储在其非易失性存储器60中促进了将来的维护操作。维护操作者将能够访问与机电致动器25的利用有关的信息，而不必根据特定维护配置来配置控制单元22或机电致动器25。此外，促进了将来的修理操作。修理操作员25将能够访问与机电致动器25的利用有关的信息，而不必从控制单元22传送数据。
无论上述致动系统的实施例如何，非易失性存储器60可有利地包含由伺服控制算法使用的用于机电致动器25的监视、维护、生产以及递送的其它信息。在这些信息中，机电致动器25的参考或序列号可被引用。
这种信息可以特别地在机电致动器25的初始化阶段期间使用。
无论上述致动系统的实施例如何，存储在非易失性存储器60中的数据61有利地由循环冗余校验类型的校验工具来保护，该校验工具确保所存储的数据61的完整性和检测这样所存储的数据的损坏。
不管上面公开的致动系统的实施例如何，传输通道50有利地包括快通道和慢通道。
需要快速传输的数字数据(如实时传输)在快通道上路由。这更具体地涉及在伺服控制环路中使用的数字控制信号和数字测量信号。
不需要快速传输的数字数据在慢通道上路由。这更具体地涉及在写或读非易失性存储器60的所存储数据61时这样的所存储数据61。
所存储数据61还可以由使用rfid型技术的无线询问设备读取访问和/或可写访问。当在机电致动器25上执行维护操作时，这种无线访问是尤其令人感兴趣的。
通信模块有利地包括asic类型的组件，其可以被开发用于若干类型的机电致动器，这减少了这样的机电致动器的所谓的“非复现”开发成本。
当然，本发明不限于上述具体实施例，而是相反，涵盖在权利要求书中限定的本发明的范围内的任何替代解决方案。
尽管外部传感器被提及为转速计，但是也可以提供一个或多个不同的外部传感器，例如磁盘堆温度传感器(通常是热电偶)或轮胎压力传感器或仍然是制动扭矩传感器。
虽然上面的描述提到每个机电致动器包括其中存储配置数据和伺服控制参数的非易失性存储器，但是非易失性存储器也可以集成在控制单元中。