BR102019009428A2 - sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave - Google Patents
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Abstract
a presente invenção refere-se a um sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave, compreendendo: pelo menos uma unidade de processamento principal, a qual está projetada para processar e emitir dados, pelo menos uma primeira unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface que está projetada para interagir com uma primeira função de aeronave, e pelo menos uma segunda unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface que está projetada para interagir com uma interface de uma segunda função de aeronave, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade eletrônica remota e a segunda unidade eletrônica remota são idênticas uma à outra em sua construção de hardware.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA PARA CONTROLE, REGULAGEM E/OU MONITORAMENTO DE UMA AERONAVE.
[001] A presente invenção refere-se a um sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave, especialmente de um avião.
[002] Tipicamente, para os sistemas necessários no acionamento de voo são empregados distintos computadores e barramentos de dados locais, uma vez que cada sistema apresenta exigências de funcionamento específicas e precisam de interfaces aperfeiçoadas de modo distinto para conversão das funções. Isto faz com que uma pluralidade de distintos aparelhos e configurações de sistemas tenham que ser desenvolvidos especificamente para aplicação, o que está ligado a altos custos de desenvolvimento, altos custos na fabricação em série e a riscos técnicos. Tais sistemas compreendem, por exemplo, o sistema de controle de voo, o sistema de trem de pouso, o sistema de acionamento ou o sistema de ar condicionado de uma aeronave. Um versado na técnica sabe que a enumeração acima, dada a título de exemplo, não é conclusiva e que a invenção pode ser empregada também em outros sistemas não citados.
[003] Até agora é regra que, por exemplo, no campo de trens de pouso são desenvolvidos computadores que proporcionam as interfaces típicas e a funcionalidade associada para aplicações de trens de pouso. Para outros sistemas, como por exemplo, para sistemas de controle de voo, os computadores especificamente desenvolvidos não são adequados. Assim, para sistemas de controle de voo, são empregados computadores desenvolvidos especialmente para esta aplicação.
[004] Daí resulta o efeito desvantajoso de que aparelhos que são desenvolvidos para um determinado sistema ou partes de um sistema
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2/22 não são adequados para outros sistemas, ou não são úteis em outros sistemas. Um alto gasto com desenvolvimento e correspondentes custos elevados são a consequência quando novos sistemas ou sistemas alterados têm que ser desenvolvidos.
[005] Para o operador de avião é muito dispendioso, no serviço ou na manutenção, fazer a manutenção correta dos distintos aparelhos quando de falha ou defeitos. A obtenção de aparelhos para substituição também ou armazenamento de distintos aparelhos é correspondentemente dispendiosa e leva, em parte, a longos tempos de paralisação de aviões em terra.
[006] De acordo com o documento US 8.600.584 B2, foi previsto um sistema que se baseia em computadores empregáveis genericamente e prevê distintos sistemas de controle de voo com aparelhos iguais. A colocação dos computadores em rede ocorre através de uma rede AFDX e estão previstos os chamados switches no aparelho de voo, os quais estão instalados como aparelhos separados.
[007] Com base na filosofia IMA (IMA: integrated modular avionics) perseguida no documento, as interfaces de distintos tipos de sistema (por exemplo, emprego de trem de pouso, sistemas de controle de voo, sistemas de climatização, ...) confluem para computadores individuais. A complexidade e a suscetibilidade a erros desse sistema tratado no documento são comparativamente altas.
[008] Conceitos conhecidos do estado da técnica empregam concentradores de dados, os quais processam informações conjuntamente a partir de distintos tipos de sistema. Nesse caso é desvantajoso que, durante o desenvolvimento e a integração do sistema, os sistemas de distintas exigências sejam diretamente dependentes uns dos outros ou, no caso de erros, um isolamento de erro geralmente se torna difícil. Além disso, no caso de erros ou no caso de um componente, vários sistemas ficam prejudicados ao mesmo tempo.
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3/22 [009] Portanto, o objetivo da presente invenção é prover um sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave que exija menos recursos em relação ao gasto com desenvolvimento, assim como aos custos de operação para o fabricante de aviões. Por outro lado, a capacidade de funcionamento, a disponibilidade e a segurança, de acordo com a exigência em relação aos sistemas, podem ser projetadas de maneira otimizada quanto aos custos, através de escolha adequada e combinação dos componentes empregáveis.
[0010] Isto se consegue com um sistema que apresenta todas as características da reivindicação 1. Outras configurações vantajosas são refletidas nas reivindicações dependentes.
[0011] Portanto, o sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave compreende: pelo menos uma unidade de processamento principal, a qual está projetada para processar e entregar dados, pelo menos uma primeira unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface que está projetada para interagir com uma primeira função de aeronave, e pelo menos uma segunda unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface que está projetada para interagir com uma interface de uma segunda função de aeronave. O sistema está caracterizado pelo fato de que a primeira unidade eletrônica remota e a segunda unidade eletrônica remota são idênticas uma à outra na construção de hardware.
[0012] Através da previsão de uma construção idêntica de unidades eletrônicas remotas (também chamadas: Remote Electric Data Concentrators, REDC), que podem ser utilizadas para distintas funções de aeronave e, ao mesmo tempo, são idênticas em sua construção de hardware, os custos por peça podem ser reduzidos na produção. Além disso, através do emprego repetido do mesmo hardware, a complexidade do sistema diminui e fica mais fácil, no caso de erro, apresentar peças de substituição ou troca correspondentes.
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4/22 [0013] As unidades eletrônicas remotas a serem aplicadas no sistema de acordo com a invenção baseia-se nas propriedades de um hardware genérico, o qual está projetado para controle e monitoramento de componentes de Cockpit, de um sistema de controle de voo, de um sistema de trem de pouso, de um sistema de acionamento e/ou de um sistema de climatização.
[0014] De acordo com uma modificação vantajosa da invenção, está previsto que a interface da primeira unidade eletrônica remota e a interface da segunda unidade eletrônica remota são configuráveis preferivelmente através da adaptação de software ou de um IP Core.
[0015] Por isso, fica garantido que, para as distintas funções, seja empregável a mesma construção de hardware, embora as distintas interfaces apresentem diferentes exigências.
[0016] Portanto, pode estar previsto que a primeira função de aeronave e/ou a segunda função de aeronave seja um sistema de controle de voo, um sistema de trem de pouso, um sistema de acionamento e/ou um sistema de climatização de uma aeronave.
[0017] O emprego de unidades eletrônicas remotas iguais em seus hardwares para realização das distintas funções traz uma considerável vantagem de escalação.
[0018] Pode estar previsto ainda que o sistema compreenda uma segunda unidade de processamento principal, sendo que a primeira unidade de processamento principal está ligada à primeira unidade eletrônica remota através de um primeiro barramento de dados, a segunda unidade de processamento principal está ligada à segunda unidade eletrônica remota através de um segundo barramento de dados, e o primeiro barramento de dados está separado do segundo barramento de dados, de modo que os dois barramentos de dados não apresentam componentes em comum.
[0019] Nesse caso pode estar previsto que o primeiro barramento
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5/22 de dados e o segundo barramento de dados sejam idênticos em sua tecnologia básica.
[0020] Para uma função de aeronave há, portanto, pelo menos uma respectiva unidade eletrônica de processamento principal, a qual é chamada em inglês também de Main Processing Electronic Unit (MPEU), pelo menos uma unidade eletrônica remota e pelo menos um sistema de barramento de dados, o qual liga respectivos componentes para a respectiva função de aeronave. Barramentos de dados de diversos sistemas são estão separados uns dos outros.
[0021] O sistema de barramento de dados a ser aplicado no sistema de acordo com a invenção baseia-se preferivelmente em barramento de campo determinístico e de tempo real com o emprego de um protocolo chamado Time-Triggered Protokolls [0022] De acordo com uma modificação ótima, pode estar previsto que a primeira unidade de processamento principal e a segunda unidade de processamento principal sejam idênticas entre si em sua construção de hardware.
[0023] As unidades de processamento principal utilizadas no sistema de acordo com a invenção baseiam-se nas propriedades de um hardware genérico, o qual forma principalmente a interface com o sistema ou sistemas de barramento típicos de avião. Além disso, pode estar previsto calcular e avaliar ou dados relevantes para a função de aeronave ligada, para controle, regulagem e monitoramento, ou disponibilizar informações específicas de sistema ao avião. A unidade de processamento principal serve preferivelmente, no sistema de acordo com a invenção, como central para distribuição de dados aos componentes a serem conectados.
[0024] De acordo com uma configuração vantajosa do sistema de acordo com a invenção, todas as unidades eletrônicas remotas existentes e/ou unidades de processamento principal são idênticas umas
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6/22 às outras em sua construção de hardware. Além disso, é igualmente possível que todas as unidades eletrônicas remotas existentes no sistema e/ou unidades de processamento principal consistam, em sua construção de hardware, em apenas dois tipos diferentes na construção de hardware. Portanto, pode haver dois tipos de unidades de processamento principal e/ou dois tipos de unidade eletrônica remota. Isto é de vantagem, em sistemas de segurança, pois, em virtude de um desvio da correspondência no hardware, a ocorrência de erros condicionados por estrutura é nitidamente reduzida em ambos os distintos tipos. Esta redundância de componentes dissimilar requerida, em parte, por autoridades competentes enfraquece as vantagens em relação ao efeito magnético que atua positivamente das partes construídas, mas é vantajoso para uma segurança suficiente em sistemas críticos. [0025] Preferivelmente, a unidade de processamento principal compreende um Hub integrado, o qual apresenta várias portas para conexão de uma linha de dados para unidades eletrônicas remotas e preferivelmente está projetada para enviar sincronicamente dados idênticos através de várias ou de todas as suas portas a linhas de dados conectadas às mesmas.
[0026] Como a unidade de processamento principal, no âmbito do sistema de acordo com a invenção, deve ser aplicável universalmente, a unidade de processamento principal contém preferivelmente um Hub integrado, o qual encaminha todos os dados a todos os receptores de rede através de suas portas e possibilita um tráfego de dados síncrono entre todos os participantes. Assim é possível, no sistema, transmitir os dados necessários, a grandes distâncias, a uma pluralidade de unidades eletrônicas remotas, exclusivamente através de ligações de barramento adequadas, sem aplicação de aparelhos a serem instalados adicionalmente no avião. Torna-se possível ainda ampliar a pluralidade de participantes de barramento em uma porta do Hub através de co
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7/22 nexão de outro sistema de barramento e de outros componentes, sendo que todos os participantes estão em condições de se comunicarem entre si sem demora.
[0027] De acordo com outra modificação vantajosa, está previsto que a unidade de processamento apresenta três conexões, as quais estão todas projetadas para se comunicarem com a mesma tecnologia de barramento de dados, sendo que preferivelmente uma conexão é um Hub de restrição vantajosa da invenção descrita anteriormente.
[0028] Em aplicações específicas é necessário que os participantes do sistema de acordo com a invenção se comuniquem com outros conteúdos de dados através de uma rede de dados independente. Esta exigência é atendida pelo fato de que a unidade de processamento principal disponibiliza pelo menos duas outras conexões com a mesma tecnologia. Assim torna-se possível ainda que outras unidades de processamento principal ou unidades eletrônicas remotas sejam conectadas.
[0029] No sistema, dependendo da aplicação, é vantajoso que funções básicas sejam realizadas através de redes separadas. Por função básica entende-se, por exemplo, a avaliação de sensores de Cokpit, os quais transmitem os comandos dos pilotos à unidade de processamento principal, o controle de atuadores em voo, e também a reunião dos sinais de sensores de monitoramento. A vantagem consiste em que, em caso de erro dentro de uma rede, apenas uma função parcial falha. Além disso, uma separação possibilita um isolamento preciso de erro e uma simplificação da integração das funções básicas (por exemplo, no caso de modificações de uma função parcial).
[0030] De acordo com um aperfeiçoamento da invenção é vantajoso que a unidade de processamento principal seja componente de dois barramentos de dados separados um do outro.
[0031] Dependendo da aplicação, é vantajoso que funções básicas
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8/22 sejam realizadas através de redes separadas. Por função básica entende-se, por exemplo, a avaliação de sensores de Cockpit, os quais transmitem os comandos dos pilotos à unidade de processamento principal, um controle de atuadores em voo ou também a reunião dos sinais de sensores de monitoramento.
[0032] A vantagem consiste em que, em caso de erro dentro de uma rede, apenas uma função parcial falha. Além disso, uma separação possibilita um isolamento preciso de erro e uma simplificação da integração das funções básicas (por exemplo, no caso de modificações de uma função parcial).
[0033] Pode estar previsto ainda que a unidade de processamento principal e/ou a unidade eletrônica remota apresente uma interface de barramento de dados Back-up, a qual está projetada para funcionar com uma tecnologia de barramento de dados alternativa empregada na unidade de processamento principal.
[0034] Em sistemas altamente críticos, a falha simultânea de aparelhos empregados de modo redundante devida a um erro do mesmo tipo tem que ser evitada, tipicamente para atender as exigências de segurança.
[0035] Para evitar que um erro de igual natureza na rede de dados leve à falha de uma rede de dados realizada de modo redundante, na qual o barramento de dados se baseia na mesma tecnologia, pode estar previsto que a unidade de processamento principal e a unidade eletrônica remota apresentem outra interface de barramento de dados, a qual emprega uma tecnologia de barramento de dados diferente. Na medida em que as exigências de segurança preveem uma tecnologia de barramento de dados alternativa, esta exigência pode ser atendida.
[0036] De acordo com uma modificação vantajosa da invenção está previsto que um primeiro sistema parcial compreende o primeiro computador industrial principal, a primeira unidade eletrônica remota e
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9/22 um primeiro barramento de dados que liga o primeiro computador industrial principal e a primeira unidade eletrônica remota, um segundo sistema parcial compreende um segundo computador industrial principal, a segunda unidade eletrônica remota e um segundo barramento de dados que liga o segundo computador industrial principal e a segunda unidade eletrônica remota, sendo que o barramento de dados do primeiro sistema parcial está separado do barramento de dados do segundo sistema parcial, e o primeiro sistema parcial é redundante ao segundo sistema parcial.
[0037] Nesse caso, cada um dos sistemas parciais pode apresentar mais de um computador industrial principal e/ou mais de uma unidade eletrônica remota. Se isso acontecer, então pode estar previsto que os vários computadores industriais principais e/ou as várias unidades eletrônicas remotas de um sistema parcial não se distingam em sua respectiva construção de hardware. Preferivelmente pode estar previsto também que os vários computadores industriais principais e/ou as várias unidades eletrônicas remotas dos vários sistemas parciais não se distingam em sua respectiva construção de hardware.
[0038] Pode estar previsto ainda que uma ou várias unidades eletrônicas remotas ligadas ao barramento de dados do primeiro sistema parcial estejam ligadas também ao barramento de dados do segundo sistema parcial. Ao contrário, vale também que uma ou várias das unidades eletrônicas remotas ligadas ao barramento de dados do segundo sistema estejam ligadas também ao barramento de dados do primeiro sistema parcial. Isto é vantajoso para, no caso de erro de um sistema, poder assumir os dados do outro sistema parcial.
[0039] Além disso é vantajoso também que o computador industrial principal do primeiro sistema parcial esteja ligado ao computador industrial principal do segundo sistema parcial através de uma linha separada dos barramentos de dados, para possibilitar, entre si, uma
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10/22 troca de dados dos sistemas parciais relevantes ao sistema.
[0040] De acordo com um desenvolvimento ótimo, os componentes do primeiro sistema parcial são diferentes dos componentes do segundo sistema parcial em sua construção de hardware e em seu software, porém estão configurados para operar as mesmas interfaces externas e realizar as mesmas funções no que se refere ao conteúdo, sendo que, preferivelmente dentro do primeiro sistema parcial e/ou do segundo sistema parcial, as unidades de processamento principal e/ou as unidades eletrônicas remotas são do mesmo tipo.
[0041] Dentro de um sistema parcial é vantajoso, portanto, que as unidades eletrônicas remotas sejam idênticas em sua construção de hardware. O mesmo vale também para várias unidades de processamento principal empregadas em um sistema parcial.
[0042] Para atender a redundância, são providos dois tipos das unidades eletrônicas remotas genéricas e dois tipos da unidade de processamento principal genérica, os quais se distinguem, em grande medida, em hardware e software, ou seja, são dissimilares. Porém, eles estão em condições de operar pelo menos as mesmas interfaces e disponibilizar funções.
[0043] Estes componentes dissimilares estão em condições de realizar as mesmas funções, mas distinguem-se em hardware e software a tal ponto, que, no caso de um funcionamento redundante, erros de igual natureza possam ser evitados ou substancialmente evitados.
[0044] Nesse caso pode estar previsto que a rede de dados (tecnologia de barramento de dados) empregada para a comunicação entre os componentes de unidade de processamento principal (ambos os tipos) e unidade eletrônica remota (ambos os tipos) se baseie na mesma tecnologia, também no sistema concebido de modo redundante. Para evitar um erro que ocorre na rede de dados, o qual tem o po
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11/22 tencial de corromper os sistemas parciais realizados de modo dissimilarmente redundante, pode estar prevista uma tecnologia de barramento de dados Back-up, a qual liga os componentes com base em uma tecnologia de barramento alternativa.
[0045] De acordo com uma realização vantajosa, está previsto que, para cada uma das funções de aeronave da aeronave, esteja presente um sistema separado, compreendendo pelo menos um computador industrial principal, pelo menos uma unidade eletrônica remota e pelo menos barramento de dados ligando o computador industrial principal e a unidade eletrônica remota.
[0046] No caso de aplicação simultânea da invenção para vários tipos de sistema (por exemplo, sistemas de controle de trem de pouso, sistemas de controle de voo, sistemas de climatização...) dentro de um avião, os sistemas são realizados separadamente um do outro.
[0047] Através da separação das funções individuais e da previsão dos respectivos componentes, a complexidade é reduzida e a busca por erros é simplificada.
[0048] O barramento de dados pode ser, para a invenção, um barramento de dados determinístico e de tempo real.
[0049] O sistema baseia-se em que, com iguais componente, diferentes sistemas podem ser controlados e monitorados. Com a aplicação de distintos tipos de sistema dentro de um avião (por exemplo, Flight Control System, Trem de Pouso, Sistemas de Climatização,...) está previsto que para cada tipo de sistema emprega-se um sistema separado. Nesse caso é vantajoso que cada sistema seja desenvolvido como uma unidade, integrado e de acordo com sua funcionalidade, integrado e homologado. No caso de erro ou quando de falha de um componente, é vantajoso que apenas a funcionalidade ou disponibilidade de um sistema seja prejudicada.
[0050] Outras características, vantagens e detalhes da invenção
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12/22 são evidentes com o auxílio da seguinte descrição de figuras. Nesse caso são mostrados:
[0051] Figura 1 - o sistema de acordo com a invenção em uma representação de princípio, [0052] Figura 2 - um sistema de acordo com a invenção em uma realização redundante, e [0053] Figura 3 - o sistema de acordo com a invenção em uma realização para uma função crítica quanto à segurança.
[0054] A figura 1 mostra o sistema 1, que apresenta uma unidade de processamento principal 2 e várias unidades eletrônicas remotas 3 conectadas a ela através de uma ligação de barramento 4. A ligação de barramento 4 está separada da ligação de barramento 5, a qual parte igualmente da unidade de processamento principal 2.
[0055] O sistema de controle, regulagem ou monitoramento 1 de acordo com a invenção de um avião ou aeronave compreende pelo menos uma unidade de processamento principal 2 (também chamada de computador central ou MPEU), pelo menos uma unidade eletrônica remota 3 (também chamada de REDC) e pelo menos um sistema de barramento de dados 4, 5, o qual liga os componentes 2, 3.
[0056] As unidades de processamento principais 2 previstas no sistema de acordo com a invenção baseiam-se nas propriedades de um hardware genérico, o qual forma principalmente a interface com os sistemas de barramento típicos de voo e avalia dados relevantes para controle, regulagem e monitoramento para um sistema de controle e monitoramento ligado opcionalmente. Além disso, ele pode disponibilizar informações específicas de sistema ao avião. A unidade de processamento principal 2 serve também como central para distribuição de dados aos componentes 3 conectados.
[0057] As unidades eletrônicas remotas 3 a serem aplicadas previstas no sistema de acordo com a invenção baseiam-se igualmente
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13/22 nas propriedades de um hardware genérico, o qual está projetado para controle e monitoramento de componentes de sistema e de Cockpit, no caso de controles de voo, trens de pouso, sistemas de acionamento e sistemas de climatização.
[0058] O sistema de barramento de dados 4, 5 empregado baseiase em um barramento de campo determinístico e de tempo real com o emprego de um protocolo Time-Triggered Protokolls.
[0059] O número de aparelhos ou unidades eletrônicas remotas 3 a serem empregados é determinado principalmente através da localidade e do número das interfaces necessárias. Por localidade entende-se o local de instalação no avião, como por exemplo, no Cockpit, na asa, na cauda, na fuselagem, no trem de pouso, etc. O objetivo é minimizar o gasto de cablagem e o peso resultante e colocar isso em relação ótima com os custos resultantes. A figura 1 mostra uma configuração ampliada do sistema de acordo com a invenção, a qual apresenta várias unidades eletrônicas remotas 3 idênticas, as quais estão ligadas através do barramento de dados e comunicam com o computador principal através. As interfaces elétricas das unidades eletrônicas remotas 3 são configuráveis com especificidade de aplicação via software, de modo que, no caso de hardware igual, por exemplo, uma ou várias unidades eletrônicas remotas 3 realizam o controle de atuadores e outras unidades eletrônicas remotas 3 podem avaliar sensores no Cockpit.
[0060] Em aplicações de avião típicas é necessário comparar informações de status, por exemplo, de um lado da asa (asa esquerda ou asa direita) com o outro lado da asa ou transmitir sincronicamente sinais de controle da unidade de processamento principal 2 às unidades eletrônicas remotas 3 instaladas na asa direita e na asa esquerda. Em sistemas de controle de voo típicos, por exemplo, os sinais de status e de controle são transmitidos ainda em grandes distâncias da par
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14/22 te anterior do avião para a popa e vice-versa.
[0061] A unidade de processamento principal 2 serve, no sistema de acordo com a invenção, entre outras coisas, como central para a distribuição de dados às redes conectadas. Para troca de dados entre as unidades eletrônicas remotas 3 e as unidades de processamento principais 2 aplica-se um barramento de dados 4, 5, no qual, de acordo com a opção de aplicação, o número de participantes e os comprimentos das linhas podem ser configurados de modo flexível por meio de diferentes possibilidades de conexão na unidade de processamento principal 2.
[0062] No caso do barramento de dados 4, 5, pode tratar-se de um barramento de campo determinístico e de tempo real. Para uma aplicabilidade universal é vantajoso que o tempo de execução de sistema não seja influenciado através do número variável de participantes. Um barramento de campo tem a propriedade de que os comprimentos de linha aplicáveis e o número de aparelhos conectados sejam livremente selecionáveis, mas limitados.
[0063] Como a unidade de processamento principal 2 deve ser aplicável universalmente no âmbito do sistema 1, a unidade de processamento principal 2 contém um Hub integrado 7, o qual repassa todos os dados a todos os participantes através de suas portas 71, 72, 73 e possibilita um tráfego síncrono entre todos os participantes. Assim é possível transmitir os dados necessários, através de grandes distâncias, a uma pluralidade de unidades eletrônicas remotas 3, exclusivamente através de ligações de barramento 4 adequadas, sem aplicação de aparelhos a serem instalados no avião adicionalmente.
[0064] É possibilitado ainda ampliar o número de participantes de barramento através da conexão de outro sistema de barramento 4 e de componentes na porta 71, 72, 73 do Hub 7, sendo que todos os participantes estão em condições de comunicar um com o outro sem
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15/22 demora. Em aplicações específicas é necessário que os participantes comuniquem através de uma rede de dados 5 com outros conteúdos. Esta exigência está caracterizada pelo fato de que a unidade de processamento principal 2 disponibiliza pelo menos duas outras conexões 81, 82 com a mesma tecnológica de barramento. Assim é possibilitado ainda que outras unidades de processamento principal 2 ou outras unidades eletrônicas remotas 3 sejam conectadas.
[0065] Nesse caso, dependendo da aplicação, é vantajoso que funções básicas sejam realizadas através de redes 4, 5 separadas. Por função básica entende-se, por exemplo, a avaliação de sensores de Cockpit, os quais transmitem os comandos dos pilotos à unidade de processamento principal 2, o controle de atuadores na asa ou também a reunião de sinais dos sensores de monitoramento. A vantagem consiste em que, em caso de erro dentro de uma rede 4, 5, apenas uma função parcial falha. Uma separação possibilita ainda um isolamento de erros e uma simplificação da integração das funções básicas (por exemplo, em modificações de uma função parcial).
[0066] Na figura 1, as informações dos componentes de Cockpit são transmitidas por meio de uma rede 5 separada. As funções de sistema, as quais são controladas através do barramento de dados 4, são operadas através de uma rede 4 unida em virtude da complexidade e da distribuição das unidades eletrônicas remotas 3 no avião.
[0067] A figura 2 mostra uma realização redundante do sistema 1. Para elevação da disponibilidade de uma função (por exemplo, quando de falha de um ou de vários componentes), pode conceber um sistema, com o emprego da unidade de processamento 2 genérica e da unidade eletrônica remota 3 genérica, o qual apresenta dois sistemas parciais redundantes um ao outro, sendo que cada sistema parcial consiste em pelo menos um computador principal 21, 22, uma unidade eletrônica remota 31, 32, 33 e um sistema de barramento de dados 41,
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52.
[0068] Este chamado sistema duplex 1 tem a vantagem de que, na falha de um componente ou falha de todo um sistema parcial, o sistema redundante pode manter a funcionalidade de sistema. O sistema 1 está configurado de tal modo, que as unidades eletrônicas remotas 3 associadas para acionamento e monitoramento do sistema 1 estão independentemente em condições de descobrir um erro de um sistema parcial e, em caso de erro, assumir os dados do sistema parcial redundante para continuar controlando e monitorando. Se necessário, o sistema 1 pode ser ampliado com outros sistemas parciais. Esta arquitetura duplex pode ser tomada como base, por exemplo, para uma aplicação de trem de pouso. Nesse caso são aplicados dois sistemas idênticos, mas separados, 41, 52, com componentes conectados. Os sistemas parciais, que estão representados na figura 2, por exemplo, como Landing Gear Control Sistem (Sistema de controle de trem de pouso) e Cokpit Controls (controles de Cockpit), podem ser configurados e ampliados com especificidade de aplicação, como descrito acima.
[0069] Os componentes de Cockpit 31,32 consistem, por exemplo, em sensores redundantes, cujos sinais estão associados separadamente às unidades eletrônicas remotas 3 de dois sistemas de barramento 41, 52.
[0070] As unidades eletrônicas remotas 3 associadas ao sistema, a título de exemplo, estão conectadas para, em caso de erro de um sistema parcial, assumir os dados do outro sistema parcial, em ambos os sistemas de barramento 41, 52. A troca de dados de ambos os sistemas relevantes ao sistema ocorre entre as unidades de processamento principal 2, sendo que se emprega uma interface de barramento de dados livremente verificável, no sentido da unidade de processamento principal 2, para criar uma ligação transversal 6 entre as duas
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17/22 unidades de processamento principais 21, 22. Existe a possibilidade de conectar outros sistemas parciais à unidade de processamento principal 2, por meio de barramento de dados (vide seta na figura 2 scalable (escalável).
[0071] A figura 3 mostra um sistema 1 de acordo com a invenção para o emprego em sistemas altamente críticos. Para atender as exigências de segurança, tipicamente tem que ser evitada a falha simultânea de aparelhos empregados de maneira redundante devido a um erro de igual natureza. Para isto, são providos dois tipos de unidade eletrônica remota 3 (REDC) genérica e dois tipos de unidade de processamento principal (MPEU) genérica, sendo que os dois tipos se distinguem (são dissimilares) consideravelmente em hardware e software. Porém, eles estão em condições de disponibilizar pelo menos as mesmas interfaces externas e funções. A rede de dados empregada para a comunicação entre os componentes de unidade de processamento principal 2 (ambos os tipos) e unidade eletrônica remota 3 (amos os tipos) baseia-se também, no sistema concebido de modo redundante, na mesma tecnologia.
[0072] Para evitar que um erro de igual natureza na rede de dados leve à falha de toda a rede de dados, a unidade de processamento principal 2 e a unidade eletrônica remota 3 contêm pelo menos mais uma interface de barramento de dados 9 de tecnologia diferente, a qual, dependendo da exigência, pode ser empregada como barramento de dados Back-up.
[0073] O mesmo conceito representado a título de exemplo é apropriado para a aplicação em um Flight Control System (FCS) (sistema de controle de voo) com especificidade de segurança. A disponibilidade requerida é alcançada pelo fato de que o sistema está construído de modo redundante a partir de dois sistemas parciais. Podem ser aplicadas unidades eletrônicas remotas 3 iguais de um tipo e uni
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18/22 dades de processamento principal 2 iguais de um tipo dentro de um dos dois sistemas parciais.
[0074] Nesse caso, o número de aparelhos é selecionável de modo variável. No sistema parcial redundante ao primeiro sistema parcial empregam-se as unidades eletrônicas remotas 3 genéricas e unidades de processamento principal 2 do segundo tipo, quando uma falha comum ou um erro de igual natureza dos componentes redundantes está classificado como relevante para a segurança. Neste exemplo, os sinais de Cockpit de unidades eletrônicas remotas 3 relevantes para o acionamento das faces de controle são avaliados e disponibilizados às unidades de processamento principal 2 para continuação do processamento através de uma rede de dados separada. Nesse caso, as unidades eletrônicas remotas 31, 32 das interfaces de Cockpit estão configuradas de modo idêntico às unidades eletrônicas remotas 3 dos componentes de sistema (por exemplo, atuadores ou sensores de monitoramento), uma vez que elas podem ser configuradas com especificidade de aplicação.
[0075] As unidades de processamento principal 2 servem, como descrito acima, como unidade de computador central. As unidades eletrônicas remotas 3 associadas às faces de controle a serem acionadas e monitoradas estão conectadas, por exemplo, a ambos os sistemas parciais. Assim, no caso de erro de um sistema parcial, os dados do outro sistema parcial podem ser assumidos.
[0076] Para evitar uma perda do controle e da função de monitoramento das faces de controle devido a uma falha comum de ambas as redes de dados parciais, componentes relevantes são ligados através de um sistema Back-up, através do qual uma função de controle mínima pode ser mantida.
[0077] As unidades eletrônicas remotas 3 a serem empregadas baseiam-se nas propriedades de um hardware genérico, cujas interfa
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19/22 ces estão projetadas principalmente para aplicações em controles de voo, trens de pouso, sistemas de acionamento e sistemas de climatização. As interfaces necessárias são configuradas com especificidade de aplicação através do software ou IP Core. Assim, com o emprego dos mesmos componentes de hardware, diferentes configurações específicas de sistema podem ser produzidas (por exemplo, emprego no setor de Cockpit para leitura e avaliação de sensores de Cockpit, controle e regulagem de sistemas de controle de voo e de acionamento, avaliação de componentes de trem de pouso, como por exemplo, interruptor de aproximação). As interfaces configuráveis estão realizadas de tal maneira que elas podem ser empregadas para a maioria das tarefas de controle, regulagem e monitoramento dentro de diferentes sistemas. A eletrônica remota (Remote Elektronik) a ser empregada no sistema 1 tem, além disso, a possibilidade de ser conectada a dois sistemas de barramento separados, mas de igual natureza. Nesse caso, a unidade eletrônica remota 3 está em condições de verificar os dados associados quanto à validade e selecionar a fonte de dados, em cuja base as funções devem ser realizadas. As unidades eletrônicas remotas 3 contêm pelo menos mais uma interface de barramento de dados 9 de diferente tecnologia, a qual, dependendo da realização, pode ser empregada como barramento de dados Back-up.
[0078] As unidades de processamento principal 2 a serem empregadas baseiam-se igualmente nas propriedades de um hardware genérico, o qual forma as interfaces com os sistemas de barramento típicos de avião. Além disso, a unidade de processamento principal 2 avalia dados relevantes para o sistema de controle e monitoramento ligado a ela ou disponibiliza informações específicas de sistema. Se necessário, sinais que partem do Cockpit, os quais são disponibilizados como sinais analógicos por elementos sensores ou disjuntores, são digitalizados por meio de unidades eletrônicas remotas 3 instalados
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20/22 localmente no sistema de acordo com a invenção e providos para mais processamento, via barramento de dados de pelo menos uma unidade de processamento principal 2 central. Isto acontece principalmente quando essas informações já não estão disponíveis nos barramentos de dados típicos de avião.
[0079] A unidade de processamento principal 2 forma a unidade de cálculos central, a qual, a partir das informações de Cockpit das informações específicas de voo, gera os sinais necessários, com o auxílio de algoritmos predefinidos, os quais são necessários para o controle de componentes de sistema. Dependendo da complexidade do sistema a ser operado, a realização das leis de controle e do cálculo dos algoritmos de regulagem é realizada por pelo menos uma unidade de processamento principal 2 ou distribuída a várias unidades de processamento principal 2, as quais de distinguem apenas em seu software de acordo com uma realização vantajosa. Os sinais de controle são disponibilizados na rede de barramento de dados pela unidade de processamento principal 2, de modo que unidades eletrônicas remotas 3 genéricas podem operar localmente os elementos de controle elétricos dependendo da exigência.
[0080] O sistema de acordo com a invenção deve ser considerado como plataforma, a qual já é adequada para a maioria das aplicações típicas de avião e pode ser adaptada apenas em alguns poucos casos com pequeno gasto em relação a software, desenvolvimento de hardware e qualificação.
[0081] Uma arquitetura representada na figura 3, a título de exemplo, ou para um sistema de trem de pouso, compreende dois sistemas redundantes, que funcionam independentemente um do outro. Cada sistema parcial emprega um sistema de barramento independente para a comunicação entre os componentes de sistema.
[0082] No sistema dado a título de exemplo, uma unidade de pro
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21/22 cessamento principal 2 (MPEU) por sistema parcial é a unidade de cálculos central para a função de trem de pouco. Nesse caso podem ser aplicadas duas unidades de processamento principal 2 do mesmo tipo, as quais processam dados de avião relevantes, sinais de controle do Cockpit e informações de sistema. A unidade de processamento principal 2 determina também os comandos para acionamento e controle dos sistemas parciais de trem de pouso, como por exemplo, Landing Gear Extension and Retraction or Sterring (Extensão e retração de trem de pouso ou direção). Além disso, a unidade de processamento principal 2 realiza um monitoramento independente das funções críticas. A unidade de processamento principal 2 serve ainda como interface de comunicação com o avião, isto é, a unidade de processamento principal 2 disponibiliza os dados da instalação de trem de pouso necessários no avião para outras aplicações.
[0083] As unidades de processamento principal 2 estão ligadas às unidades eletrônicas remotas 3 (REDC) através do barramento de dados 4, as quais estão instaladas tão próximas quanto possível do trem de pouso e do Cockpit. Isto tem a vantagem de que o dispêndio para a instalação da cablagem, bem como o peso de cabos e os comprimentos de linhas podem ser muito reduzidos em relação a um sistema convencional.
[0084] As unidades eletrônicas remotas 3 formam a interface descentralizada com sinais analógicos e discretos dos componentes de trem de pouso e de Cockpit. No presente exemplo de realização aplicam-se unidades eletrônicas remotas 3 do mesmo tipo. Para as unidades eletrônicas remotas 3 instaladas na região de trem de pouso, empregam-se as suas entradas e saídas para a avaliação de interruptores de aproximação ou controle de válvulas, enquanto que as unidades eletrônicas remotas 3 associadas ao Cockpit, por exemplo, avaliam os comandos dos pilotos empregando o Landing Gear Control Pa
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22/22 nels e Tiller (Painéis de controle de trem de pouso e leme).
[0085] Os dados relevantes para o sistema são disponibilizados à unidade de processamento principal 2 através do barramento de dados 4. De acordo com o sistema da invenção, as unidades eletrônicas remotas 3 a serem empregadas também no trem de pouso são idênticas em seu hardware, mas estão configuradas com especificidade de aplicação por meio de diferentes softwares de aplicação, para operar diferentes interfaces.
[0086] Arquiteturas de sistema conhecidas para sistemas de trem de pouso empregam tipicamente computadores independentes, sendo que cada computador está ligado a um conjunto associado de sensores e atuadores e a uma rede de cabos própria. Isso tem a desvantagem de que, quando de falha de um componente do sistema parcial, tipicamente todo o sistema parcial falha, e apenas o sistema redundante mantém a funcionalidade. De acordo com a invenção, no presente exemplo de realização, a disponibilidade do sistema, quando de falha de um componente ou de uma rede de dados, é consideravelmente elevada pelo fato de que a unidade eletrônica remota 3 empregável universalmente está em condições de assumir dados da rede redundante do outro sistema parcial e, com isso, continuar o controle e a função de monitoramento dos componentes de trem de pouso sem restrições.
Claims (15)
- REIVINDICAÇÕES1. Sistema para controle, regulagem e/ou monitoramento de uma aeronave, compreendendo:- pelo menos uma unidade de processamento principal, a qual está projetada para processar e emitir dados,- pelo menos uma primeira unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface que está projetada para interagir com uma primeira função de aeronave, e- pelo menos uma segunda unidade eletrônica remota, a qual apresenta uma interface para interagir com uma interface de uma segunda função de aeronave, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade eletrônica remota e a segunda unidade eletrônica remota são idênticas uma à outra em sua construção de hardware.
- 2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a interface da primeira unidade eletrônica remota e a interface da segunda unidade eletrônica remota são configuráveis, preferivelmente através da adaptação de software ou de um IP Core.
- 3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a primeira função de aeronave e/ou a segunda função de aeronave é um sistema de controle de voo, um sistema de trem de pouso, um sistema de acionamento e/ou um sistema de climatização de uma aeronave.
- 4. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma segunda unidade de processamento principal, sendo que a primeira unidade de processamento principal está ligada à primeira unidade eletrônica remota através de um primeiro barramento de dados,Petição 870190043440, de 08/05/2019, pág. 35/692/4 a segunda unidade de processamento principal está ligada à segunda unidade eletrônica remota através de um segundo barramento de dados e o primeiro barramento de dados está separado do segundo barramento de dados, de modo que os dois barramentos de dados não apresentam componentes em comum.
- 5. Sistema de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a primeira unidade de processamento principal e a segunda unidade de processamento principal são idênticas uma à outra em sua construção de hardware.
- 6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que todas as unidades eletrônicas remotas existentes no sistema e/ou as unidades de processamento principal são idênticas uma à outra em sua construção de hardware ou consistem em apenas dois tipos diferentes na construção de hardware.
- 7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento principal compreende um Hub integrado, o qual apresenta várias portas para conexão de uma linha de dados para unidades eletrônicas remotas e está projetado para enviar sincronicamente dados idênticos, através de várias ou de todas as suas portas, às linhas de dados conectadas a ele.
- 8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento principal apresenta três conexões, as quais estão todas projetadas para comunicar com a mesma tecnologia de barramento de dados, sendo que preferivelmente uma conexão é o Hub integrado, como definido na reivindicação 7.
- 9. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de proPetição 870190043440, de 08/05/2019, pág. 36/693/4 cessamento principal é componente de dois barramentos de dados separados um do outro.
- 10. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que a unidade de processamento principal apresenta ainda uma interface de barramento de dados Back-up, a qual está projetada para funcionar com uma tecnologia de barramento de dados alternativa empregada para a unidade de processamento principal.
- 11. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um primeiro sistema parcial compreende o primeiro computador de processamento principal, a primeira unidade eletrônica remota e um primeiro barramento de dados que liga o primeiro computador de processamento principal e a primeira unidade eletrônica remota, um segundo sistema parcial compreende um segundo computador de processamento principal, a segunda unidade eletrônica remota e um segundo barramento de dados que liga o segundo computador de processamento principal e a segunda unidade eletrônica remota, o barramento de dados do primeiro sistema parcial está separado do barramento de dados do segundo sistema parcial, e o primeiro sistema parcial é redundante ao segundo sistema parcial.
- 12. Sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma ou várias das unidades eletrônicas remotas ligadas ao barramento de dados do primeiro sistema parcial estão ligadas também ao barramento de dados do segundo sistema parcial.
- 13. Sistema de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que o computador de processamento principal do primeiro sistema parcial está ligado ao computador de procesPetição 870190043440, de 08/05/2019, pág. 37/694/4 samento principal do segundo sistema parcial através de uma linha separada dos barramentos de dados, para possibilitar uma troca de dados relevantes para sistema dos sistemas parciais entre si.
- 14. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 13, caracterizado pelo fato de que os componentes do primeiro sistema parcial são diferentes dos componentes do segundo sistema parcial em sua construção de hardware e de seu software, mas estão configurados para operar as mesmas interfaces externas e realizar as mesmas funções no que se refere ao conteúdo, e sendo que, preferivelmente dentro do primeiro sistema parcial e/ou do segundo sistema parcial, as unidades de processamento principal e/ou as unidades eletrônicas remotas são do mesmo tipo.
- 15. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que, para cada uma das várias funções de aeronave da aeronave, está previsto prever um sistema parcial separado, compreendendo pelo menos um computador de processamento principal, pelo menos uma unidade eletrônica remota e pelo menos um barramento de dados que liga o computador de processamento principal e a unidade eletrônica remota.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B03A | Publication of a patent application or of a certificate of addition of invention [chapter 3.1 patent gazette] | ||
| B06W | Patent application suspended after preliminary examination (for patents with searches from other patent authorities) chapter 6.23 patent gazette] |