BR102019000346A2

BR102019000346A2 - sistema e método para comunicar dados e energia entre um primeiro componente e um segundo componente remoto, e, sistema de degelo de aeronave

Info

Publication number: BR102019000346A2
Application number: BR102019000346A
Authority: BR
Inventors: Bouchet Arnaud; Merdrignac Nicolas
Original assignee: Ratier Figeac Sas
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2019-01-08
Publication date: 2019-10-22
Also published as: CA3028053A1; EP3550730A1; US20190305822A1

Abstract

sistema e método para comunicar dados e energia entre um primeiro componente e um segundo componente remoto, e, sistema de degelo de aeronave. o sistema da presente divulgação fornece uma rede de barramento que permite trocas de dados digitais através da linha de energia c/a (115v) de aeronave existente e, quando presente, via o anel de deslizamento de 3 pistas que já existe para alimentar, por exemplo, o dispositivo de degelo numa parte rotativa da aeronave.

Description

SISTEMA E MÉTODO PARA COMUNICAR DADOS E ENERGIA ENTRE UM PRIMEIRO COMPONENTE E UM SEGUNDO COMPONENTE REMOTO, E, SISTEMA DE DEGELO DE AERONAVE CAMPO TÉCNICO [001] A presente divulgação se refere a um sistema para comunicação entre dispositivos eletrônicos localizados em diferentes partes de uma aeronave e, em particular, mas não exclusivamente, à comunicação entre diferentes unidades eletrônicas embutidas, tal como entre uma unidade eletrônica em uma peça rotativa, tal como um rotor ou propulsor e outras unidades eletrônicas na aeronave, por exemplo, no computador de bordo. FUNDAMENTOS [002] Aeronaves estão usando mais e mais circuitos eletrônicos.

Comunicação entre unidades eletrônicas em diferentes partes de uma aeronave está se tornando mais desejável e, em alguns casos, essencial para a operação eficiente e segura da aeronave. Em situações em que a comunicação entre partes é um requisito relativamente novo ou é visto como algo que é suscetível a se tornar desejável ou necessário, os projetistas estão olhando para maneiras de incorporar canais de comunicação usando sistemas já presentes nas aeronaves, ou sem demasiada modificação estrutural, para manter o tamanho, o peso e os custos em um mínimo, para minimizar o número de peças adicionais necessárias a serem adicionadas à aeronave, uma vez que cada nova peça será um potencial ponto de falha.

[003] Como um exemplo, dispositivos de degelo são agora frequentemente incorporados em aeronaves onde gelo é suscetível de acumular no solo ou durante voo. Em particular, sistemas de degelo são encontrados em pás de propulsor ou rotor ou em asas. A fonte de energia e os sinais de controle para os sistemas de degelo são provenientes de outras partes da aeronave, por exemplo, o computador de bordo. Atualmente, a conexão elétrica entre a energia e o controle, em uma parte da aeronave que é

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 27/45 / 9 estacionária em relação à parte rotativa, para o sistema de degelo (ou outros sistemas na parte rotativa da aeronave) é fornecida através de anéis de deslizamento de 3 pistas usando uma fonte de 3 fases, 115V CA.

[004] Tais sistemas são descritos, por exemplo, em US 6.851.929.

[005] Alguns sistemas são conhecidos pelos quais dados de sensor analógicos fornecendo informação sobre, por exemplo, temperatura, velocidade, tensão, desgaste, vibrações etc. da peça rotativa podem ser transmitidos da peça rotativa para a peça relativamente estacionária, mas estes exigem substancial modificação dos anéis de deslizamento, com os sinais analógicos de cada sensor sendo roteados via um fio respectivo e exigindo um anel de deslizamento individual para cada fio. Isto resulta em um sistema complexo, de múltiplos componentes, grande com mais potencial de falha e uma carga de manutenção mais alta e requer mudança de estruturas de anel de deslizamento existentes para adicionar a comunicação de dados necessária.

[006] US 6.851.929 e US 7.602.801 ensinam sistemas para alimentar e controlar um dispositivo, tal como um dispositivo de degelo associado com um componente rotativo em uma aeronave. US 2016/0336748 igualmente ensinam um sistema para transmitir separadamente múltiplos sinais elétricos para alimentar um componente de rotor.

[007] US 9.530.307 ensina um sistema pelo qual informação digital pode ser transmitida como um único fluxo de dados digitais do componente rotativo através de um caminho de sinal formado por um anel condutivo dedicado do conjunto anel de deslizamento.

[008] Os inventores reconheceram que existe, ou pode se tornar, uma necessidade comunicar dados ou informações tanto para quanto do sistema de degelo ou outras unidades eletrônicas embutidas em uma peça rotativa da aeronave, por exemplo, o propulsor ou rotor, mas que seria desejável fornecer essa capacidade, embora fazendo uso da conexão de anel de deslizamento já disponível ou sem ter que modificá-la substancialmente.

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SUMÁRIO [009] O sistema da presente divulgação fornece uma rede de barramento que permite trocas de dados digitais através da linha de energia (115 V) C/A da aeronave existente e, assim, quando presente, via o anel de deslizamento de 3 pistas que já existe para alimentar, por exemplo, o dispositivo de degelo numa peça rotativa da aeronave.

[0010] O princípio da comunicação é baseado na chamada comunicação “tudo ou nada”, na qual um 1 digital ou um sinal de alto nível é representado por um sinal senoidal, por exemplo, um sinal de seno de 1 MHz de quatro períodos, e um 0 digital, ou sinal de baixo nível, é representado por nenhum sinal. O número dos períodos para o sinal senoidal pode ser personalizado de acordo com a necessidade.

[0011] O acoplamento da interface é executado usando indução de voltagem. Isto evita a necessidade de dispositivos extras, por exemplo, um enlace de capacitor, no barramento de fonte de energia. Em tal caso, o nível de voltagem é dependente da impedância de barramento global que pode variar dinamicamente. Para evitar problemas associados a tais variações, uma função de ganho automática é usada para adaptar o nível de voltagem interna sem impactar o nível de voltagem no barramento de fonte de energia.

[0012] O protocolo de comunicação é baseado em comunicação entre um mestre de tempo e diversos escravos de tempo de acordo com um mecanismo de comunicação de disparo de tempo. Por segurança, o barramento serial de detecção de falha usa mecanismos de verificação de redundância de paridade e cíclicos (CRC). UM árbitro local pode ser implementado em cada assinante, como uma característica de detecção de falha de barramento opcional. Isto pode detectar falha (por exemplo, ondulação infinita) e isolar o assinante defeituoso do barramento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0013] A Figura 1 é uma vista esquemática de um sistema usando um

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 29/45 / 9 processo de comunicação desta divulgação.

[0014] As Figs. 2A e 2B mostram como dados podem ser transmitidos através de uma fase ou de três fases de uma linha de energia, respectivamente. [0015] A Fig. 3 mostra o princípio de um protocolo de gatilho de tempo.

[0016] A Fig. 4 mostra um exemplo de gerenciamento de barramento de dados.

[0017] As Figs. 5A e 5B mostram exemplos adicionais de gerenciamento de barramento de dados.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0018] A Fig. 1 é uma vista esquemática de um sistema usando o processo de comunicação desta divulgação.

[0019] O processo permite comunicação para e dos eletrônicos embutidos em um propulsor ou outra peça rotativa 1. Como descrito acima, a peça rotativa 1 é convencionalmente conectada à fonte de energia de aeronave e recebe comandos de controle via um anel de deslizamento de três pistas 2 com cada pista associada a uma fase respectiva da fonte de três fases (geralmente, por exemplo, 115 V C/A).

[0020] Os dados podem ser comunicados em formato digital dos eletrônicos embutidos no propulsor via as três pistas existentes do anel de deslizamento 2 a outras peças da aeronave, por exemplo, a eletrônicos embutidos em outros sistemas ou computadores de aeronave 4, 4', 4”, 4”’.

[0021] Como com sistemas convencionais, o barramento de energia da aeronave (AP) pode ser usado diretamente no barramento de fonte de energia conectado a um disjuntor 3 fornecido na linha C/A.

[0022] Na modalidade mostrada na Fig. 1, dados são comunicados a várias outras peças 4’, 4’’, 4’’’ através de um barramento de campo de dados. Os dados são enviados através de uma ou mais fases da linha C/A, via um concentrador de dados 5 para o barramento de campo de dados pelo que eles

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 30/45 / 9 são distribuídos para a outra peça apropriada, usando um barramento de aviônicos tradicional, por exemplo, AFDX ou CAN ARINC429.

[0023] Os dados são transmitidos usando um sinal senoidal através de estruturas de tempo, onde a presença do sinal senoidal representa um 1 digital e a ausência do sinal representa um 0 digital - isto é, ‘tudo-ou-nada’. Isto será descrito mais detalhadamente mais tarde.

[0024] A Figura 2A mostra como os dados podem ser comunicados através de uma fase (aqui fase A) da linha de energia C/A da fonte de energia de aeronave 6. Um sistema de temporização 7 controla a transmissão do sinal senoidal contendo os dados de acordo com um princípio disparado por tempo para os vários outros eletrônicos embutidos ou similar. As resistências mostradas na figura modelam a impedância equivalente no barramento.

[0025] Cada interface de barramento de energia é acoplada à transmissão de dados via um transformador de desacoplamento 8. Aqui, um transformador é fornecido no lado emissor e um no lado receptor.

[0026] Se dados diferentes forem transmitidos simultaneamente para diferentes eletrônicos receptores, todas as três fases da linha de energia C/A podem ser usadas para transmitir o sinal digital como mostrado na Fig. 2B quando é solicitada redundância no barramento. As duas linhas mostradas para a fase A serão, na prática, a mesma linha. Alternativamente, dois sistemas de comunicação idênticos poderiam ser dispostos em paralelo nas mesmas duas fases, mas com duas frequências de trabalho diferentes.

[0027] Os dados também poderiam ser comunicados através de uma linha de energia CC (não mostrada).

[0028] O barramento de linha de energia desta divulgação usa, na modalidade preferida, um receptor-transmissor assíncrono universal (UART) que usa duas frequências - aqui 0HZ e 1MHz (o princípio ‘tudo-ou-nada’ acima mencionado). As frequências podem, naturalmente, ser selecionadas de acordo com exigências/aplicação. O sinal de alto nível (isto é, um 1 digital) é

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6/9 um sinal senoidal tendo as características:

XO = S_amp 5βη(2π/_οί + <p) +S_off [0029] O sinal de baixo nível é um sinal CC: S(t) = S_Off onde S_Off é o desvio induzido no barramento C/A.

[0030] Como mencionado acima, o protocolo de comunicação para os dados é baseado em um protocolo disparado por tempo tendo um mestre de tempo para cada barramento principal. A interface serial é fornecida pela porta UART de um componente de controle (por exemplo, MCU, PLD).

[0031 ] A comunicação de dados serial, quando transmitida na linha de energia, incluirá um bit de partida e um bit de parada e pode ser configurada com paridade par ou ímpar para verificação de erro.

[0032] Os dados seriais são transmitidos em quadros como é conhecido, e cada quadro pode incluir um identificador, uma palavra de controle, os dados e, se necessário, um campo CRC para verificação de erro.

[0033] O campo CRC pode ser CRC-16 com polinômio considerado 0xAC9A. A computação CRC é realizada no identificador, no campo de controle e nos dados, mas pode ser deixada para ser configurada pelo usuário final, se necessário.

[0034] O sistema é, então, baseado em um mecanismo de “masterização de tempo”, pelo que o mestre de tempo fornece sincronização para todos os assinantes para evitar qualquer retardo de tempo entre eles. O quadro mestre de tempo contém informações sobre agendamento e gerenciamento de barramento. Cada assinante é, então, sincronizado devido ao quadro mestre de tempo e cada um tem sua própria alocação de tempo definida. Assim, cada assinante sabe quando emitir seu quadro de acordo com seu programador de tempo interno. A fim de evitar deslocamento do tempo devido a, por exemplo, variações em precisão entre os relógios internos de cada assinante, ou variações em temperatura ambiente, o quadro mestre de

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 32/45 / 9 tempo é enviado no início de cada ciclo de comunicação principal. Isto reduz o impacto de tais variações.

[0035] O monitoramento de barramento constante é executado pelo mestre de tempo e pelos assinantes para monitorar quanto a qualquer atividade incomun e impedir a contenção de barramento resultante e para monitorar quanto a qualquer rompimento na programação de tempo.

[0036] Como mencionado acima, a transmissão dos dados na linha de energia C/A é baseada num protocolo disparado por tempo, um ciclo de exemplo do qual é mostrado na Fig. 3. O ciclo de transmissão começa com um ciclo inicial de tempo (Tic) seguido por um preâmbulo que inicia o ciclo de troca de dados e inclui a sincronização de mestre de tempo e uma mensagem de informação para todos os assinantes (outros eletrônicos embutidos, etc.) e/ou informações de ordem global. Isto também fornece o início do primeiro ciclo. Os dados são, então, comunicados em quadros de dados como mencionado acima até o fim da transmissão, controlados pelo mestre de tempo. Um intervalo de tempo, o ‘ciclo de aquisição de tempo' Tac - é fornecido após o ciclo de troca para permitir que outros assinantes solicitem registro na rede e/ou permitam retransmissão de quadros, se necessário.

[0037] Fig. 4 mostra como o barramento é gerenciado para vários ciclos de troca de dados, tal como aquele mostrado na Fig. 3.

[0038] Após o Tic, o primeiro ciclo começa com o preâmbulo (como descrito acima) seguido por quadros de dados para o primeiro ciclo. O início de um segundo ciclo é determinado pelo mestre de tempo e isto começa onde indicado na Fig. 4, novamente com um preâmbulo seguido por quadros de dados. Isto continua para ciclos subsequentes e, então, termina com um Tac, como descrito acima.

[0039] Um novo assinante pode solicitar acesso ao barramento usando um mecanismo chamado ‘bater na porta', pelo qual um assinante pode,

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 33/45 / 9 durante a transmissão de dados de outros assinantes ‘bater à porta' com um pedido de um novo quadro a ser inserido em um dos ciclos. O mestre do tempo reconhecerá/concordará/recusará. Se acordado, o quadro de dados pode ser inserido, quando solicitado pelo assinante, que altera a temporização de outros ciclos e o comprimento do TAC de acordo. Um exemplo pode ser visto nas Figs. 5A e 5B, pelo que, no Tac, após o terceiro ciclo, um assinante solicita que um novo quadro seja inserido no segundo ciclo. Na Fig. 5A, o mestre de tempo concorda e o quadro é inserido. O terceiro ciclo é, então, retardado de acordo e o Tac é encurtado também de acordo. Na Fig. 5B, o mestre de tempo recusa o pedido - talvez porque o Tac é curto demais.

[0040] Em modalidades preferidas, várias medidas de segurança ou de proteção são fornecidas no sistema. Como mencionado acima, o identificador de quadro e os dados transmitidos são controlados, por exemplo, usando CRC.

[0041] O mecanismo disparado por tempo também fornece proteção contra falha e contenção de barramento.

[0042] O sistema também pode ser configurado para monitorar quanto a um emissor com falha - por exemplo, se nenhum sinal for recebido por um dado período de tempo.

[0043] A proteção pode ser fornecida contra o chamado o princípio ‘babbling Idiot'. Aqui, um mecanismo específico detecta se o emissor entrou em modo falhado com ondulação infinita - isto é se o emissor tinha ganhado o acesso ao barramento, mas viola, então, as regras de temporização ou de tempo limite. O mecanismo pode fazer com que o emissor rearme.

[0044] O sistema de comunicação permite, assim, a troca de dados em tempo real de eletrônicos embutidos em um componente de aeronave, por exemplo, um propulsor ou outra peça rotativa via a linha de energia C/A e, quando presente, através de um anel de deslizamento de três pistas para permitir que o propulsor ou ambiente de propulsor seja monitorado - por

Petição 870190002203, de 08/01/2019, pág. 34/45 / 9 exemplo, para a transmissão de dados de monitoramento de saúde, comandos de degelo, comandos de identificação e assim por diante.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para comunicar dados e energia entre um primeiro componente e um segundo componente remoto, caracterizado pelo fato de que compreende uma linha de energia para fornecer energia ao primeiro componente, pelo que a linha de energia fornece também um barramento de dados para a transmissão digital de dados do primeiro componente para o segundo componente, os referidos dados representados pela presença e ausência de um sinal senoidal no barramento de dados; em que a transmissão de dados compreende representar um alto nível digital pela presença de um sinal senoidal e um baixo nível digital pela ausência de um sinal senoidal e é executada de acordo com um mecanismo de disparo de tempo, e em que a detecção de falha é fornecida em um barramento serial usando mecanismos de verificação de paridade e redundância cíclica, CRC.
2. Sistema de degelo de aeronave, caracterizado pelo fato de que compreende um dispositivo de degelo localizado numa primeira parte de uma aeronave e uma linha de energia do dispositivo de degelo para uma fonte de energia remota localizada numa segunda parte da aeronave para fornecer energia para o dispositivo de degelo, pelo que a linha de energia também fornece um barramento de dados para transmissão digital de dados da primeira parte para a segunda parte, os referidos dados representados pela presença e ausência de um sinal senoidal no barramento de dados; em que a transmissão de dados compreende representar um alto nível digital pela presença de um sinal senoidal e um baixo nível digital pela ausência de um sinal senoidal e é executada de acordo com um mecanismo de disparo de tempo e em que detecção de falha é fornecida em um barramento serial usando mecanismos de verificação de paridade e redundância cíclica, CRC.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a linha de energia é uma linha de energia C/A.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 ou 2,

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2 / 2 caracterizado pelo fato de que a linha de energia é uma linha de energia CC.
5. Sistema, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de que o primeiro componente é um componente rotativo e o segundo componente é um componente relativamente estacionário conectado ao primeiro componente.
6. Sistema, de acordo com qualquer reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que o primeiro e o segundo componentes são conectados via um anel de deslizamento de 3 pistas e pelo que os dados e a energia são comunicados via anel de deslizamento de 3 pistas.
7. Método para comunicar dados e energia entre um primeiro componente e um segundo componente remoto, caracterizado pelo fato de que compreende uma linha de energia para fornecer energia ao primeiro componente, pelo que a linha de energia fornece também um barramento de dados para transmissão digital de dados do primeiro componente para o segundo componente, os referidos dados representados pela presença e ausência de um sinal senoidal no barramento de dados; em que a transmissão de dados compreende representar um alto nível digital pela presença de um sinal senoidal e um baixo nível digital pela ausência de um sinal senoidal e é executada de acordo com um mecanismo de disparo de tempo, e em que a detecção de falha é fornecida em um barramento serial usando mecanismos de verificação de paridade e redundância cíclica, CRC.