用于飞行器的致动系统的制作方法

本发明涉及飞行器上的电致动系统的领域。

背景技术：

飞行器上提供许多系统，其由必须移动的移动部件组成。

机翼元件(例如副翼、襟翼、空气制动器)、起落架的元件(例如可在展开位置和缩回位置之间移动的起落架支柱或者相对于制动摩擦构件滑动的机轮的制动器的柱塞)、使得有可能实现可变几何结构涡轮机的元件、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上)等属于这样的可移动部件。

在现代飞行器上，越来越多的机电致动器用于实现这样的可移动部件。事实上，使用机电致动器的优点有很多：简单的电力分配和驱动、灵活性、简化的维护操作等。

机电致动器通常包括移动可移动部件的可移动致动元件、旨在驱动可移动致动元件并由此驱动可移动部件的电动机以及用于获得机电致动器的各种参数的一个或多个传感器。

其中集成有这样的机电致动器的空中电致动系统通常实现以下功能：根据要实现的功能定义设定点(例如速度、位置或力设定点)，测量机电致动器伺服控制参数(例如速度、位置、力)，执行使得机电致动器能够达到设定点的伺服控制回路，生成供给电动机的电流，以及通过电动机将电能转换为驱动致动元件并由此驱动可移动部件的机械能。

执行伺服控制回路和生成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，已知的飞行器制动器1包括四个机电致动器2，其被分组为两个不同的双机电致动器2阵列。不同阵列中的机电致动器2被连接到设置在飞行器舱中的同一集中式计算机3。每个机电致动器2的电动机接收向机电致动器2连接到的集中式计算机3供应的电流，并且每个机电致动器2将伺服控制参数的测量值发送到集中式计算机3(例如，电动机的转子的角位置的测量值)。

因此，存在这样的集中式架构的两种不同的配置，其可以通过定义设定点的场所来区分。

在图2所示的第一配置中，用于生成每个集中式计算机3的设定点5的装置定义设定点并将其发送到集中式计算机3的处理装置6。然后，集中式计算机3的处理装置6执行伺服控制回路。机电致动器2将从传感器7获得的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回路反馈信号。伺服控制回路输出信号被传送到功率模块8的驱动器，然后传送到集中式计算机3的功率模块9，该功率模块9生成向机电致动器2的电动机10的电流。然后，电动机10驱动致动元件11。实现伺服控制回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由集中式计算机3外部的供电单元13供电。

在图3所示的第二配置中，集中式计算机3专用于对机电致动器2进行伺服控制和生成供电电流，并且其不再定义例如由另一设备14经由数字总线15供应的设定点(该传输在图3中由参考标号T1表示)。

应当注意，这两种架构配置都具有一些缺点。因此，集中式计算机3必须根据所使用的机电致动器2的技术来确定尺寸，并且伺服控制回路的参数必须适配于所使用的机电致动器2的尺寸。因此，集中式计算机3和机电致动器2趋向于配合，这使得由于技术的改变而导致的机电致动器2的修改和伺服控制回路的参数化的修改非常复杂和昂贵。

此外，集中式计算机3和机电致动器2之间的电线承载高度变化的电流，这要求实现复杂的预防措施以控制电磁发射。

发明目的

本发明的目的在于降低电致动系统的复杂性和成本。

技术实现要素：

为了达到这个目的，提出了一种用于飞行器的致动系统，其包括：

-机电致动器，其包括电动机、功率模块、测量装置和非易失性存储器，所述功率模块旨在生成向电动机供应的电流，所述测量装置适配用于测量所述机电致动器的控制幅度并用于生成表示所述伺服控制幅度的数字测量信号，所述非易失性存储器中存储有包括专用于所述机电致动器的配置数据的存储数据；

-控制单元，该控制单元旨在通过以下方式来执行伺服控制算法：获取配置数据，并使用所述配置数据来使所述伺服控制算法适配于所述电动致动器，其中所述伺服控制算法实现伺服控制回路，该伺服控制回路的反馈信号是数字测量信号，并且该伺服控制回路的输出信号是旨在去往功率模块的控制机电致动器的电动机的数字信号；

-至少一个数据信道，该至少一个数据信道连接所述控制单元和机电致动器，并使能所述数字测量信号、所述存储数据和所述数字控制信号的路由。

使用设置在机电致动器中并且包括专用于机电致动器的配置数据的非易失性存储器使得有可能通过以下方式共用控制单元：在集成不同的机电致动器的各电致动系统中使用该控制单元。由于不再有必要为这些系统中的每一者完全开发控制单元，因此这种电致动系统的成本以及所述系统开发的复杂程度降低了。此外，设计控制单元不再需要知道专用于所使用的机电致动器的配置数据(且甚至不再需要知道专用于所使用的机电致动器专用的技术)。控制单元和机电致动器的开发活动之间所需的交互由此被降低了，并且这样的开发的复杂性以及因此电致动系统的成本被再次降低。

在阅读了本发明的具体非限制性实施例的以下描述后，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示出了现有技术的第一致动系统；

-图3示出了现有技术的第二致动系统；

-图4示出了根据第一实施例的系统的制动系统架构；

-图5示出了根据第二实施例的系统的制动系统架构；

-图6示出了根据本发明的第一实施例的致动系统；

-图7示出了根据本发明的第二实施例的致动系统；

-图8示出了根据本发明的第三实施例的致动系统；

-图9示出了根据本发明的第四实施例的致动系统；

具体实施方式

在本文中，本发明是在飞行器上实现的，该飞行器包括多个主起落架，每个主起落架承载多个所谓的“制动”机轮，即配备有旨在制动飞行器的制动器的多个机轮本描述涉及单个制动机轮，但是本描述当然以相同的方式应用于飞行器的制动机轮的全部或部分或应用于飞行器的任何其它设备或其实现机电致动器的机动化。

参考图4，根据第一实施例的制动系统架构由此包括旨在制动飞行器的机轮的制动器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和网络交换机23。

制动器20包括致动器保持器，该致动器保持器上安装有四个制动机电致动器25a、25b、25c、25d和摩擦元件，即碳盘堆叠。

四个机电致动器25用于将制动力施加到碳盘堆叠上，并由此将制动扭矩施加到机轮上，这减缓了机轮的旋转，并由此在飞行器接触地面时减缓了飞行器。

每一机电致动器25包括附接到致动器保持器的主体、柱塞和适配用于将柱塞锁定在适当位置的锁定元件。电动机、功率模块和数字通信模块26被集成在每一机电致动器25的主体中。

柱塞被电动机致动以滑动并将制动力施加到碳盘堆叠上。

当柱塞必须被致动以制动机轮时，功率模块使得有可能生成在电动机的三个相中循环的交变电流。出于该目的，功率模块包括逆变器，该逆变器包括多个开关，这些开关被控制为使得将直流供电电压Vc转换为用于生成向电动机供应的电流的交变电压。

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的阵列，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供应给第一阵列中的机电致动器25a和25b的功率模块，而第二供电单元21b将供电电压供应给第二阵列中的机电致动器25c和25d的功率模块。

为了接收供电电压Vc，每一机电致动器25通过两个电源线28被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被放置在飞行器机身中在起落架上方的隔舱中。

此外，每一机电致动器25的功率模块还使用数字控制信号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生成。

这时，每一控制单元22生成发送到四个机电致动器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之一的损失不影响制动性能。

第一控制单元22a和第二控制单元22b放置在飞行器机身中在起落架上方的隔舱中。

数字控制信号Sc到四个机电致动器25的功率模块的分配由四个机电致动器25的数字通信模块26来执行，其中一个机电致动器25的每一数字通信模块26将要发送的数字控制信号Sc传送到功率模块并由此传送到所述机电致动器25的功率模块的逆变器。

四个机电致动器25的数字通信模块26被互连以形成数字网络30(数字网络在本文中意指交换作为数字信号的数据的各互连的通信装置的集合)。数字网络30在本文中呈环形。

被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集成在数字网络30中。

网络交换机23因此被连接到制动器25a和25c的两个机电致动器25的数字通信模块26，以便也构建形成环形数字网络30的闭环的实体之一，其中四个机电致动器25的数字通信模块26构建其他实体。数字网络30中的每一实体(数字通信模块26或网络交换机23)通过四条通信电线32连接到两个不同的实体。

网络交换机23通过经由数字网络30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分配给数字通信模块26来管理数字网络30的操作。

在本文中，网络交换机23与第一控制单元22a和第二控制单元22b被定位在同一箱中(其因此被放置在飞行器机身中在起落架上方的隔舱中)。

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并由此到功率模块的传输以及来自供电单元21的供电电压Vc对功率模块的供应需要从起落架的顶部行进到制动器20的十六根电线，而不是图1的架构的二十八根电线。

应当注意，刚刚公开的数字网络30不仅仅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也经由数字网络30并由此经由网络交换机23从制动器20被传送到控制单元22。

上行链路数字信号Sm首先包括由数字通信模块26发射以及由集成在机电致动器25中的传感器发射的数字测量信号。在本文中，测量数字信号是用于测量电动机的转子的角位置的信号、用于测量向电动机供应的电流的信号以及用于测量由机电致动器25致动元件产生的力的信号。

对于每一机电致动器25，角位置测量信号是从集成在所述机电致动器25中的角位置传感器发射的。

对于每一机电致动器25，角位置测量信号是从集成在所述机电致动器25中的电流传感器发射的。

对于每一机电致动器25，力测量信号是从集成在所述机电致动器25中的力传感器发射的。

角度位置、电流和力测量信号被通信模块26数字化，被发射在数字网络30上，并被控制单元22用于生成数字控制信号Sc并用于控制四个机电致动器25的电动机。

上行链路数字信号Sm因此包括由数字通信模块26发射的机电致动器25监视信号。

机电致动器25监视信号预期供应机电致动器25的状态，控制单元22可根据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的判定。

最终，上行链路数字信号Sm包括由设置在机轮30上的外部传感器(图4中未示出)向机电致动器传送的测量信号。在本文中，外部传感器是设置在制动器20上的制动扭矩传感器。外部传感器被集成在数字网络30中(它也形成环形数字网络的一个实体)。它包括数字接口，该数字接口像以上提到的数字通信模块26一样使得外部传感器能够经由数字网30将扭矩测量值传送到控制单元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也通过数字网络30被从控制单元22传送到制动器20。

附加的下行链路数字信号Sd首先包括机电致动器25功能测试信号和制裁信号。

功能测试信号触发机电致动器25对功能测试的执行，以便作出与机电致动器25的操作相关(并且可选地，与来往于机电致动器的通信的效率有关)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或通过从数字网络30中排除机电致动器25的数字通信模块26来“惩处”机电致动器25。

附加下行链路数字信号Sd还包括用于控制安装在机轮上的另一设备即在本文中为制动风扇20(图4中未示出)的信号。制动风扇20被集成在数字网络30中(它也形成环形数字网络的一个实体)。它包括数字接口，该数字接口像以上提到的数字通信模块26一样使得制动风扇20能够经由数字网络30从控制单元22接收控制信号。

在图5所示的根据第二实施例的制动系统架构中，此时数字网络是星形数字网络40。

网络交换机23形成制动器20的所有机电致动器25均被连接到的数字星形网络40的节点。

应当注意，根据第二实施例的制动系统架构除了四个机电致动器25之外还包括电源单元21、两个控制单元22和网络开关23、安装在制动器致动器保持器20上的连接盒41。

四个机电致动器25、两个电源单元21、两个控制单元22和网络开关23被连接到连接盒41。

连接盒41接收以上提到的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，并分发给制动扭矩传感器和制动风扇。连接盒41还接收以上提到的上行链路数字信号，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，无论制动系统架构的实施例如何，每一机电致动器25的锁定元件也被集成在数字网络30或40中。锁定元件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中局部地供应。锁定元件经由数字网络30、40接收控制命令并且在数字网络30、40上发出状态。

现在将更详细地描述每一控制单元22控制四个机电致动器25之一并由此生成要向这样的机电致动器25发送的数字控制信号Sc的方式。

参考图6，考虑两个控制单元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的数字传输信道50。以下也适用于上述控制单元22和四个机电致动器25两者。

在图4和图5的制动系统架构中，数字传输信道50由将控制单元22与网络交换机23连接、通过网络交换机23、通过关于图5的连接盒41以及通过数字网络的各元件(其他机电致动器25的电线、通信模块26)的电线组成，其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分离。

控制单元22包括设定点生成装置51、处理装置52和数字通信接口53。

如上所示，机电致动器25包括通信模块26、功率模块54、电动机55、柱塞56和测量装置59，测量装置59包括传感器(例如电流传感器、角度或线性位置传感器、力或扭矩传感器)。功率模块54包括逆变器控件57和逆变器58。

附加地，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该机电致动器的配置数据62的存储数据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，其功能在下面解释。

在机电致动器25的制造期间编程的非易失性存储器60与被安装在制动器致动器保持器上的机电致动器25被暴露于的各环境条件(温度、振动、冲击、电磁干扰等)兼容。非易失性存储器60有利地被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均是机电致动器25的伺服控制量值。

测量装置59将测量的伺服控制量值转换成表示这些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实现旨在经由数字信道50来控制机电致动器25的功率模块54的三个交错的伺服控制回路：电流伺服控制回路、速度伺服控制回路和位置伺服控制回路。

每一伺服控制回路的设定点是由控制单元22的设定点生成装置51或飞行器的另一控制单元生成的设定点。

电流伺服控制回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回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经由数字传输信道50传送到控制单元22(图6中的传输T2)。

伺服控制算法的输出信号是要向功率模块54发送的的电动机控制数字信号55(图6中的传输T3)。

数字控制信号经由控制单元22的数字接口53、机电致动器25的数字传输信道50和数字通信模块26被传送到机电致动器25的功率模块54(图6中的传输T3)。功率模块54的逆变器控件57然后控制逆变器58，逆变器58生成向电动机55供应的电流以根据设定点驱动机电致动器25的柱塞56。

实现伺服控制回路会使用专用于机电致动器25的伺服控制参数63，在本文中这些伺服控制参数63包括比例系数、积分系数和导出系数以及机电致动器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之际，控制单元22的处理装置52由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，并将这些伺服控制参数63集成到伺服控制回路(图6中的传输T4)。处理装置52然后具有执行伺服控制算法67和伺服控制回路所需的所有数据。

因此，需要专用于机电致动器25的伺服控制参数63的修改的机电致动器25的设计中的任何修改可通过将新的伺服控制参数63仅存储在机电致动器25的非易失性存储器60中来实现，而无需修改控制单元22。因此，机电致动器25的设计中的修改方面所需要的成本降低了。

参考图7，根据本发明的第二实施例的致动系统再次包括控制单元22、机电致动器25和数字传输信道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，存储在非易失性存储器60中的存储数据61中的配置数据62还包括故障检测算法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、趋势遵循算法72和循环计数算法73被存储在控制单元22的处理装置52的存储器66中。当这些算法71、72、73中的一个必须被执行时，控制单元22获取相应的参数70(图7中的传输T5)。

参考图8，根据本发明的第三实施例的致动系统再次包括控制单元22、机电致动器25和数字传输信道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还用于存储将用于机电致动器25的伺服控制算法的标识符80。

存储在非易失性存储器60中的存储数据61中的配置数据62包括标识符80，标识符80使得控制单元22的处理装置52能够在存储在处理装置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动机的机电致动器的伺服控制算法81、用于具有直流电动机的机电致动器的伺服控制算法82、用于具有扭矩马达的机电致动器的伺服控制算法83、用于具有步进马达的机电致动器的伺服控制算法84。

在本文中，机电致动器25的电动机55是交流电动机。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之际，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8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动机的机电致动器的伺服控制算法81。

因此，改变机电致动器25的电动机55的技术(其需要使用先前存储在处理装置52的存储器66中的不同的伺服控制算法)可以通过将新的标识符仅存储在机电致动器25的非易失性存储器60中来实现，而无需修改控制单元22。

参考图9，根据本发明的第四实施例的致动系统再次包括控制单元22、机电致动器25和数字传输信道50。

根据本发明的第四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之际，控制单元22的处理装置52因此获取非易失性存储器中的伺服控制算法的本机代码90(图9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。

应当注意，在本文中，任何类型的算法的本机代码都可被存储在非易失性存储器60中，而不仅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，无论以上公开的致动系统的实施例为何，机电致动器25的非易失性存储器60都可用于存储包括机电致动器25校准数据的配置数据。校准数据可以被控制单元22用来校正伺服控制回路的一个或多个设定点或者数字测量信号。校准数据是例如使得能够进行梯度校正、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中使得有可能在机电致动器25的设计和制造期间简化机电致动器25的开发，并由此降低机电致动器25的设计和生产成本。此外，系统性能在使用校准数据来校准机电致动器25时被增强。

无论上述致动系统的实施例为何，非易失性存储器60可以有利地包含由控制单元22供应的数据。非易失性存储器60然后可由控制单元22读访问和/或写访问。存储数据在传输信道50上在机电致动器25和控制单元22之间路由，而不管路由方向为何。

在本文中，由控制单元22供应的数据包括关于对机电致动器25的利用的信息，该信息从存储在机电致动器25的非易失性存储器60中的其他数据中产生，或者在控制单元22执行任何算法时被获得。

将与机电致动器25有关的利用信息存储在其非易失性存储器60中促成将来的维护操作。维护操作器将具有对关于机电致动器25的利用的信息的访问权，而不必根据特定的维护配置来配置控制单元22或机电致动器25。附加地，将来的修理操作被促成。修理操作器将具体对关于机电致动器25的利用的信息的访问权，而不必转移来自控制单元22的数据。

无论上述致动系统的实施例为何，非易失性存储器60可以有利地包含被伺服控制算法使用的用于机电致动器25的监视、维护、生产和递送的其他信息。在这样的信息中，机电致动器25的参考或序列标号可以被引用。

这样的信息可以特别地在机电致动器25的初始化阶段期间被使用。

无论上述致动系统的实施例为何，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检查工具来保护，这确保存储的数据61的完整性和对这样的存储的数据的损坏的检测。

无论以上公开的致动系统的实施例为何，传输信道50有利地由快速信道和慢速信道组成。

需要快速传输的数字数据(如实时传输)在快速信道上路由。这更具体地涉及在伺服控制回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速信道上的路由。在写或读存储数据61之际，这更具体地涉及非易失性存储器60的这样的存储数据61。

存储数据61还可以由使用RIFD型技术的无线质询设备读访问和/或写访问。当在机电致动器25上执行维护操作时，这样的无线访问尤其有意思。

通信模块和/或功率模块有利地被集成在可针对若干类型的机电致动器开发的同一ASIC中，这降低了这样的机电致动器的所谓的“非重复性”开发成本。

当然，本发明不限于上述具体实施例，而是相反，涵盖在权利要求中限定的本发明的范围内的任何替代解决方案。

虽然外部传感器被提及为设置在制动器上的制动扭矩传感器，但是可以考虑提供一个或多个不同的外部传感器，例如盘堆叠温度传感器(通常为热电偶)或机轮轮胎压力传感器或者仍然为转速表。

虽然本发明的致动系统已被描述为在制动系统的架构内，但是本发明的致动系统可以被集成在另一种类型的系统的架构中，另一种类型的系统为：推进系统、飞行控制系统、起落架系统、推力反向器控制系统、机翼元件控制系统等。

尽管本文中公开的机电致动器具有特定架构，但是后者当然可以不同。本发明可例如被应用于一种致动系统，该致动系统包括具有两个不同的冗余信道的机电致动器，其中每一信道均具有其自己的通信模块、其自己的功率模块，并且在需要的情况下为其自身的发动机及其其自身的致动元件。每一信道还与不同的配置数据相关联，以便实现不同的伺服控制算法。

本文中公开的数字传输信道由于机电致动器的阵列布置相对复杂。本发明当然可应用于包括不同的数字传输信道(例如简单数字总线)的致动系统。