专利名称：一种用于检测航空发动机ecu信号接口的多故障注入装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测航空发动机E⑶信号接口故障的装置，尤其涉及一种用于航空发动机HILS系统E⑶信号接口的多故障注入装置。
背景技术：
航空发动机全权限数字电子式控制(FADEC)系统是飞机上功能最复杂、设备集中度最高的关键部件之一，其可靠性直接关系到整机的飞行安全。电子控制单元(ECU)是 FADEC的核心，其实质是一个高可靠的数字容错控制计算机，包含大量的输入输出信号接口和高性能的计算部件。其中ECU的传感器和执行机构信号线缆接口易发生信号线之间短路、信号线开路、信号线之间搭电阻、信号线上串电阻，信号线与地线短路等5种故障。为了保证发动机的安全运行，E⑶必须对这些故障具有实时的检测和隔离能力。为了确保E⑶ 满足各项技术指标，在其开发过程中一般要依次经过全数字仿真、硬件在环仿真、半物理仿真、台架试车、高空台试车及飞行验证等多个环节的反复验证。其中硬件在环仿真(HILS) 的一项测试内容就是检验ECU对信号接口故障的容错能力，这时需要一种能够有效模拟上述5种信号接口故障的故障模拟装置。
公开号为CN102508452A的中国专利公开了一种能模拟多种故障的故障注入面板，该专利自述为能够模拟上述5种故障，但其继电器阵列过于复杂，而且只能同时对2根信号线进行故障注入，不能满足航空发动机ECU多种线制信号的故障注入需求；公开号为 CN102566567A的中国专利公开了一种用于汽车发动机HILS系统的ECU传感器信号故障注入装置，该专利自述为能够模拟上述4种故障，并采用电子开关实现故障模拟具有结构简单的优点，但电子开关经过大电流时容易发生信号失真，而且发动机转速等高电压信号必然会导致电子开关失效；公开号为CN102608990A的中国专利开了一种用于发动机HILS系统的ECU执行器控制信号故障入装置，该专利采用继电器阵列模拟了 3种故障，但无法实现对信号线串电阻和信号线间搭电阻的故障模拟；公开号为CN102520629A的中国专利公开了一种能同时对两路信号线进行故障注入的故障注入方法，该专利自述为可以采用4个欧姆龙公司的G6AU系列继电器同时实现对两路信号线的故障注入，但其模拟的故障数目较少，而且不能实现2线制以上信号线的故障注入。然而，也是非常关键的一点，作为一种故障注入设备必须具备自检测功能，以确保其自身工作正常，才能确保对ECU信号接口故障注入的准确无误，但上述四个发明都不具备自检测功能。发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种用于航空发动机HILS系统ECU信号接口的多故障注入装置，该装置不仅可以模拟实际工作情况向发动机ECU信号接口注入故障信号，而且具有自检测功能，保证故障注入的可靠性。
技术方案
为了解决上述的技术问题，本发明的用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置包括故障配置计算机、通信模块、继电器阵列控制器和故障注入阵列，所述的故障注入阵列包括一组由具备自检测功能继电器组成的继电器阵列、2个自检测定值电阻、I个故障注入可变电阻、继电器控制信号驱动模块、5个故障注入信号线输入接口和5个故障注入信号线输出接口，所述各继电器受继电器控制信号驱动模块驱动，并按照特定拓扑结构安装；所述的继电器阵列控制器的AD采集端口和故障注入阵列的自检测信号接口相连，继电器阵列控制器离散量输出端口与故障注入阵列中的继电器控制信号线接口相连；所述的故障配置计算机通过通信模块向继电器阵列控制器发送自定义报文信号；继电器阵列控制器对接收到的报文完成校验和应答后根据报文内容控制所述继电器的接通方向实现故障注入及自检测功能。
更进一步地，本发明的装置中采用15个继电器即可实现E⑶中信号线之间短路、 信号线开路、信号线之间搭电阻、信号线上串电阻，信号线与地线短路5种故障模拟。
更进一步地，所述的故障注入信号线输入接口与故障注入信号线输出接口之间可以根据实际测试的信号类型接入2-5根信号线，从而满足不同线制信号的测试需求。
更进一步地，所述的通信模块为RS485模块。
本发明的用于航空发动机HILS系统E⑶信号接口的多故障注入装置中，故障配置计算机采用图形化的配置界面配置不同的故障模式，并通过RS485通信模块向继电器阵列控制器发送自定义的报文，继电器阵列控制器对接收的报文进行校验和应答后，根据报文信息实现要求的故障注入和自检测功能。故障配置计算机的配置界面可以采用MFC或 LabView等工具开发，RS485通信模块的软硬件实现也有多种技术途径，这些都属于本领域专业人员熟知的技术领域。
继电器阵列控制器根据故障配置计算机的报文内容控制各个继电器的接通方向， 从而实现不同类型的故障注入或自检测功能。本发明的技术方案中，由15个继电器组成的故障注入阵列可以实现对I路5线制信号的故障注入，而实际上每个继电器阵列控制器可以同时控制多个上述的故障注入单元，具体的数目则取决于继电器阵列控制器能够输出的离散信号数量。
有益效果
本发明的有益效果如下
(I)相对于现有的故障注入装置，本发明技术方案的故障注入装置以新颖的拓扑结构只采用15个继电器和I个可变电阻器实现了 5种类型的故障注入；
(2)相对于现有的故障注入装置，本发明技术方案的故障注入装置可以同时满足不同线制的信号线接口故障注入需求，例如2线制的转速信号、3线制的热电阻信号、4线制的压阻信号、5线制的LVDT信号；
(3)相对于现有的故障注入装置，本发明技术方案的故障注入装置具备对继电器阵列的自检测功能，确保了故障注入的准确无误，提高了故障注入设备的使用和维护效率。
图I为本发明各个部件的外形布局图2为本发明继电器阵列控制器硬件功能框图3为基于DSP的继电器阵列控制器硬件功能框图4为本发明继电器阵列的连接图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图I所示，本实施例的用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置， 包括故障配置计算机、RS485通信模块、继电器阵列控制器和故障注入阵列，所述的故障注入阵列由15个继电器组成，还所括2个自检测定值电阻、I个故障注入可变电阻、继电器控制信号驱动模块、故障注入信号线输入接口和故障注入信号线输出接口、4条分别被继电器分割为2段的信号线、I条信号地线、需要故障注入的5条信号线输入接口、故障注入后的 5条信号线输出接口、15条继电器控制信号线接口、继电器电源接口、I条自检测信号线接口，所述各继电器受继电器控制信号驱动模块驱动；所述的继电器阵列控制器的AD采集端口和故障注入阵列的自检测信号接口相连，继电器阵列控制器离散量输出端口与故障注入阵列中的继电器控制信号线接口相连；所述的故障配置计算机通过通信模块向继电器阵列控制器发送自定义报文信号；继电器阵列控制器对接收到的报文完成校验和应答后根据报文内容控制所述继电器的接通方向实现故障注入及自检测功能。
如图2所示，本实施例中的继电器阵列控制器中的嵌入式计算机可以采用普通的单片机实现，也可以采用FPGA实现。FPGA包含大量的可以由用户自定义的离散信号端口， 这些端口可以作为继电器的控制信号。自检测时的AD采集端口可以采用处理器内置或外扩的AD采集芯片实现。嵌入式计算机输出的离散信号驱动能力较差，一般需要经过电平变换提高其驱动能力。本实施例采用MFC编程实现故障配置计算机的配置界面，选用TI公司的TMS320F28335微控制器作为继电器阵列控制器的核心处理单元，该微控制器的主要特性如下150Mhz的内核主频、包含256KB的片内flash和34KB的片内RAM、包含16路12位精度的AD转换器、最多可以实现88个用户自定义的通用I/O端口、最多可配置3路用于串行通信的SCI接口。基于该处理器本实施例构建了如图3所示的继电器阵列控制器，主要包括以下几个步骤
步骤I :构建包含时钟、电源等外围电路的TMS320F28335处理器最小系统。这些属于本领域专业人员熟知的技术领域，参考相关技术手册即可完成，这里不再详细介绍。
步骤2 :将该处理器88个通用I/O端口中的2个配置为SCI通信端口，并通过 MAX3485芯片转变为RS485的电平信号。端口配置和MAX3485的使用属于本领域专业人员熟知的技术领域，参考相关技术手册即可完成，这里不再详细介绍。。
步骤3 :将该处理器剩余的86个通用I/O端口中的75个配置为离散量输出功能， 然后通过电平变换芯片74HCT245芯片将这些信号由3. 3V转变为5V输出。端口配置和 74HCT245芯片的使用属于本领域专业人员熟知的技术领域，参考相关技术手册即可完成， 这里不再详细介绍。
步骤4 :将该处理器16路AD转换器中的5路激活，并为每路AD转换器配置对应的信号调理电路将采集信号电压调节到0-3V的范围。这些属于本领域专业人员熟知的技术领域，参考相关技术手册即可完成，本实施例不做详细介绍。
经过上述步骤可以完成继电器控制器的实现，可以看出本实施例的继电器阵列控制器包含75个路离散量输出信号和5路AD采集通道，这些使得该控制器可以同时控制5 个故障注入阵列。
故障注入阵列是本实施例的核心部分，是实现故障注入的关键环节，下面结合图4 给出其内部各个部件的组建步骤
步骤I :15个继电器的电源管脚分别与故障注入阵列的电源接口相连；
步骤2 :继电器控制信号驱动模块的输入引脚与继电器控制信号线接口 1-15相连，继电器控制信号驱动模块的15路输出信号分别与15个继电器的控制管脚相连。
步骤3 4根内部信号线A、B、C、D被分割为两段用于连接15个继电器，即A1、A2、 B1、B2、C1、C2、D2、D2 ；
步骤4 =Relayl的共用端口通过信号线Al与信号线输入接口相连，Relayl的常闭端口通过信号线A2与信号线输出接口相连，Relayl的其余端口悬空；
步骤5 :Relay2的共用端口与Relayl的共用端口相连，Relay2的常开端口与可变电阻R3的端口 I相连，Relay2的其余端口悬空；
步骤6 :Relay3的共用端口通过信号线BI与信号线输入接口相连，Relay3的常闭端口通过信号线B2与信号线输出接口相连，Relay3的其余端口悬空；
步骤7 :Relay4的共用端口与Relay3的共用端口相连，Relay4的常开端口与可变电阻R3的端口 I相连，Re I ay 4的其余端口悬空；
步骤8 :Relay5的共用端口通过信号线Cl与信号线输入接口相连，Relay5的常闭端口通过信号线C2与信号输出接口相连，Relay5的其余端口悬空；
步骤9 :Relay6的共用端口与Relay5的共用端口相连，Relay6的常开端口与可变电阻R3的端口 I相连，Re I ay 6的其余端口悬空；
步骤10 Relay7的共用端口通过信号线Dl与信号线输入接口相连，Relay7的常闭端口通过信号线D2与信号线输出接口相连，Relay7的常开端口 4悬空；
步骤11 Rel ay 8的共用端口与Relay7的共用端口相连，Re I ay 8的常开端口与可变电阻R3的端口 I相连，Re I ay 8的其余端口悬空；
步骤12 Re I ay 9的共用端口与继电器电源接口相连，Relay9的常开端口与可变电阻R3的端口 I相连，Re I ay 9的其余端口悬空；
步骤13 =RelaylO的共用端口与电阻R2的端口 2相连，RelaylO的常开端口与可变电阻R3的端口 2相连，RelaylO的其余端口悬空；
步骤14 =Relayll的共用端口与信号地线相连，Relayll的常开端口与可变电阻R3 的端口 2相连，Relayll的其余端口悬空；
步骤15 Relayl2的共用端口与可变电阻R3的端口 2相连，Relay 12的常开端口与信号线A2相连，Relay 12的其余端口悬空；
步骤16 Relayl3的共用端口与可变电阻R3的端口 2相连，Relay 13的常开端口与信号线B2相连，Relay 13的其余端口悬空；
步骤17 Relayl4的共用端口与可变电阻R3的端口 2相连，Relay 14的常开端口与信号线C2相连，Relay 14的其余端口悬空；
步骤18 Relayl5的共用端口与可变电阻R3的端口 2相连，Relay 15的常开端口与信号线D2相连，Relay 15的其余端口悬空；
步骤19 电阻R2的端口 I与电阻Rl的端口 2相连，电阻Rl的端口 I与电源地相 连，电阻R2的端口 I与自检测信号接口相连。
本实施例选用欧姆龙公司的G5V-1继电器，该继电器包含6个管脚，即内部互联的 共用管脚I和3、常闭管脚2、常开管脚4、电源管脚5、控制管脚6。该继电器采用24V供电， 将控制管脚拉低后继电器线圈导通，这时继电器动作将共用管脚3和常开管脚4连接。由 于继电器的线圈导通电流较大，本实施例采用ULN2803A达林顿晶体管矩阵驱动来自继电 器阵列控制器的控制信号，每个ULN2803A可同时驱动8路信号，因此本实施例中的每块故 障注入阵列需要2个ULN2803A。ULN2803A的连接方式属于本领域专业人员熟知的技术领 域，参考相关技术手册即可完成，这里不再详细介绍。本实施例中电阻R3的取值可在0-10K 欧姆范围内调节，Rl的取值为7K欧姆，R2的取值为IK欧姆，这样配置后继电器阵列控制器 检测到的正常自测试电压应为3V。
信号线B和D搭电阻动作Relay4和15，其它继电器保持初始状态；
信号线C和D搭电阻动作Relay6和15，其它继电器保持初始状态。
如图4所示，本实施例的自测试通过以下6个步骤完成
步骤I :自测试前断开故障注入装置和信号接口面板的连线，并将故障配置计算机配置为自检测模式；
步骤2 :动作继电器Relay9、2、12和10，其它继电器保持初始状态，若此时继电器阵列控制器的AD采集端口块采集到电压为3V则证明该测试通道正常，否则证明继电器 Relay9、2、12、10和I中有I个或多个发生了故障，详细的故障情况需要人工排查。
步骤3 :动作继电器Relay9、4、13和10，其它继电器保持初始状态，若此时继电器阵列控制器的AD采集端口块采集到电压为3V则证明该测试通道正常，否则证明继电器 Relay9、4、13、10和3中有I个或多个发生了故障，详细的故障情况需要人工排查。
步骤4 :动作继电器Relay9、6、14和10，其它继电器保持初始状态，若此时继电器阵列控制器的AD采集端口块采集到电压为3V则证明该测试通道正常，否则证明继电器 Relay9、6、14、10和5中有I个或多个发生了故障，详细的故障情况需要人工排查。
步骤5 :动作继电器Relay9、8、15和10，其它继电器保持初始状态，若此时继电器阵列控制器的AD采集端口块采集到电压为3V则证明该测试通道正常，否则证明继电器 Relay9、8、15、10和7中有I个或多个发生了故障，详细的故障情况需要人工排查。
步骤6 :动作继电器RelaylO和11，其它继电器保持初始状态，若此时继电器阵列控制器的AD采集端口块采集到电压为3V则证明该测试通道正常，否则证明继电器RelaylO 和11中有I个或多个发生了故障，详细的故障情况需要人工排查。
通过这6个步骤，本实施例完成了对故障注入阵列包含的15个继电器的故障检测。
权利要求
1.一种用于检测航空发动机E⑶信号接口的多故障注入装置，包括故障配置计算机、通信模块、继电器阵列控制器和故障注入阵列，其特征在于 所述的故障注入阵列包括一组由具备自检测功能继电器组成的继电器阵列、2个自检测定值电阻、I个故障注入可变电阻、继电器控制信号驱动模块、5个故障注入信号线输入接口和5个故障注入信号线输出接口，所述各继电器受继电器控制信号驱动模块驱动； 所述的继电器阵列控制器的AD采集端口和故障注入阵列的自检测信号接口相连，继电器阵列控制器离散量输出端口与故障注入阵列中的继电器控制信号线接口相连； 所述的故障配置计算机通过通信模块向继电器阵列控制器发送自定义报文信号； 继电器阵列控制器对接收到的报文完成校验和应答后根据报文内容控制所述继电器的接通方向实现故障注入及自检测功能。
2.如权利要求I所述的用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置，其特征在于，所述的一组继电器中，继电器的数量为15个。
3.如权利要求I所述的用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置，其特征在于，所述的5个故障注入信号线输入接口与故障注入信号线输出接口可以根据实际测试的信号类型接入2根、3根、4根或5根信号线。
4.如权利要求I所述的用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置，其特征在于，所述的通信模块为RS485通信模块。
全文摘要
本发明提供了一种用于检测航空发动机ECU信号接口的多故障注入装置，包括故障配置计算机、通信模块、以及15个按照新颖拓扑结构安装的继电器阵列、2个用于自检测的定值电阻、1个用于故障注入的可变电阻、继电器控制信号驱动模块等，其具有自检测功能，其以新颖的继电器拓扑结构实现了对航空发动机ECU中使用的n(2≤n≤5)线制输入输出信号接口可能发生的信号线之间短路、信号线开路、信号线之间搭电阻、信号线上串电阻、信号线与地线短路等5种常见类型的故障注入，并具备故障注入装置的自检测功能。
文档编号G05B23/02GK102981495SQ20121045361
公开日2013年3月20日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者张天宏, 刘冬冬, 黄向华, 马熙远 申请人:南京航空航天大学