CN102493875B - 用于上载和下载发动机控制数据的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

用于上载和下载发动机控制数据的方法和系统，一种方法和系统(10)，用于向发动机(12)的发动机控制单元(14)发送发动机控制数据或从其接收发动机控制数据。系统(10)包括本地通信单元(36)，它能够与远程通信单元(34)建立无线通信链路(38)以及用于在本地通信单元(36)和发动机控制单元(14)之间传送数据的链路。在工作中，在本地通信单元(36)和远程通信单元(34)之间建立无线通信链路(38)。发动机控制数据在本地通信单元(36)和发动机控制单元(14)之间传送，并通过无线通信链路(38)在本地通信单元(36)和远程通信单元(34)之间传输。

Description

用于上载和下载发动机控制数据的方法和系统
本发明申请是本发明申请人于2003年9月23日提交的、申请号为03125492.6、发明名称为“用于上载和下载发动机控制数据的方法和系统”的发明申请的分案申请。
技术领域
本发明总体上涉及发动机控制，更具体地说，涉及传输发动机控制数据。
背景技术
燃气轮机用于各种航空、海事和工业应用。一般而言，燃气轮机包括为燃烧器提供压缩空气的压缩机，在其中将空气与燃料混合，并点燃混合物以产生热的燃烧气体。这些气体向下流到涡轮部分，由其从中提取能量以驱动压缩机并提供有用功。
有人还建议将脉冲爆发式发动机(pulse detonation engine)用于许多这种应用。脉冲爆发式发动机通过引爆易燃混合物使用间歇式燃烧过程来造成温度和压力升高。脉冲爆发式发动机一般为规定长度的管道，其后端开口，而前端包括某种类型的阀门装置以防止爆炸过程向前传播。空气和燃料充量通过阀门馈入管道中，然后阀门关闭。燃料-空气混合物的爆炸是由位于管道内的点火器引爆的，所得到的爆炸冲击波沿管道传播，使得产物的压力和温度都升高。燃烧产物从后端开口处排出去，造成一个前推脉冲。当冲击波已经在管道内反射到达适当状态时，就通过阀门向管道内馈入新的充量，重复这种循环。一般希望生成高频脉冲，以产生平滑的、接近稳定状态的推动力。
这些和其它类型的发动机，尤其是当用于驱动海船或航空器时，一般包括发动机控制单元(ECU)，它包含用于控制发动机并监控其性能的软件。需要定期将软件更新上载到ECU的程序存储器中。当前的ECU还包含检测发动机和航空器故障的维护逻辑。当发生事件时，将发动机和航空器数据收集到存储到ECU存储器中的报告中。随后下载这些报告以供地面人员使用。
上载和下载发动机控制数据存在两种现有方法。第一种方法涉及将便携式软件加载器连接到ECU上。便携式软件加载器是常规的硬件装置，它包括磁盘驱动器。为了上载软件更新，将包含将要装入的软件的磁盘插入磁盘驱动器中，通过到ECU的连接将软件传送到ECU的程序存储器中。为了下载故障报告，向ECU发送某些命令信号，使故障报告从ECU传输到插入便携式软件加载器中的磁盘中。
第二种方法涉及在ECU和航空器软件加载器之间建立链路。航空器软件加载器是一种安装在某些较新飞机上的装置。尽管主要用于更新导航数据库，航空器软件加载器还可用于更新ECU软件。在那种情况下，把包含将要装入的软件的磁盘插入到航空器软件加载器的磁盘驱动器中，并且通过航空器软件加载器、航空器数据处理单元和ECU之间的数据总线将软件传送给ECU的程序存储器。还可以通过同样的数据总线将故障报告从ECU传送给航空器软件加载器中的磁盘。
存在若干与这两种方法相关的逻辑问题。第一种方法要求打开发动机罩以便可以访问安装在发动机上的ECU。这种方法还要求使用电源和其它设备以支持便携式软件加载器的操作。因为经常需要活梯来将电缆连接到ECU，故这种方法可能费时。而第二种方法虽然不要求打开发动机罩，但航空器上的某些设备必须获得动力且可用于在ECU和所安装的航空器软件加载器之间传送数据。而且，并非所有的航空器都安装了航空器软件加载器，并且在那些已经安装了航空器软件加载器的航空器中，并非所有的航空器软件加载器都链接到ECU。这两种方法都因为以下这一事实而不佳：软件加载器可能因磁盘驱动器的局限性在极端温度条件下无法工作。
因此，希望有一种克服当前方法的缺点，从ECU下载数据以及向ECU上载数据的方法。
发明内容
本发明满足上述要求，本发明提供一种方法和系统，用于向发动机的发动机控制单元发送发动机控制数据或从其接收发动机控制数据。该系统包括能够与远程通信单元建立无线通信链路的本地通信单元和用于在本地通信单元和发动机控制单元之间传送数据的装置。在工作时于本地通信单元和远程通信单元之间建立无线通信链路。发动机控制数据在本地通信单元和发动机控制单元之间传送，并通过无线通信链路在本地通信单元和远程通信单元之间传输。
在参照附图阅读以下详细说明和所附权利要求之后，本发明及其超过现有技术的优点将变得更为容易理解。
附图说明
视为本发明的主题在本说明书的结束部分特别指出并明白地提出权利要求。然而，本发明最好通过结合附图参照以下说明加以理解，附图中：
图1是用于传输发动机控制数据的系统的第一实施例的示意框图。
图2是用于传输发动机控制数据的系统的第二实施例的示意框图。
具体实施方式
附图中相同的标号表示各视图中相同的部件，参照附图，图1显示用于传输(即，下载和/或上载)与发动机12的操作有关的发动机控制数据的系统10。发动机12可以是任何类型的发动机，例如燃气轮机、脉冲爆发式发动机等。在本说明书中，术语“发动机控制数据”指可以存储在电子控制单元中且可从该电子控制单元收发的任何数据。一般而言，航空操作人员(airline operator)或数据服务提供者将会利用系统10来控制地面服务中心的数据传输。发动机12用于驱动动力构件(craft)，例如航空器或海船。所述的发动机12与航空器有关仅是为了说明。然而，应注意，系统10适用于发动机的其它应用，包括海事和工业应用。
系统10包括例如全权数字发动机控制(FADEC)的电子控制单元(ECU)14，虽然也可以使用其它控制器。在本说明书中，ECU可以是驻留在发动机上或者在其周围的任何电子装置，且包含用于控制和/或监控发动机的软件。设置常规的发动机和航空器数据传感器(未示出)来检测与发动机12和航空器的操作有关的选定的数据参数。这种数据参数可包括航空器参数，例如高度、环境温度、环境压力和空气速度以及发动机参数，例如废气温度、油温度、例如高压涡轮壳体温度的部件温度、发动机燃料流量、核心速度、压缩机排出压力、涡轮排气压力、风扇速度等等。如本领域所公知的那样，ECU 14接收来自发动机和航空器数据传感器的信号。ECU 14还接收由航空器飞行员控制的节流阀16的推进请求信号。为了响应这些输入，ECU 14生成命令信号，用于控制为发动机12定量供应燃料流量的发动机执行机构。ECU 14还包含维护逻辑，它监控由发动机和航空器数据传感器检测的参数，以发现发动机和航空器故障。当事件发生时，在故障报告中收集发动机和航空器数据，该报告保存到ECU的存储器中。
系统10包括其它航空电子设备，包括航空器数据处理单元18、航空器数据采集单元20和航空器飞行管理计算机22。航空器数据处理单元18用作通信协调器，它通过第一数据总线24连接到ECU 14，通过第二数据总线26连接到航空器数据采集单元20，通过第三数据总线28连接到航空器飞行管理计算机22。航空器数据处理单元18通过第一数据总线24从ECU 14接收发动机数据信号(例如，废气温度、油温度、发动机燃料流量)和航空器数据信号(例如，高度、环境温度和环境压力)。航空器数据处理单元18还通过第一数据总线24从ECU 14接收故障数据。该数据由航空器处理单元18处理，然后通过第二数据总线26发送给航空器数据采集单元20。航空器数据采集单元20收集发动机、航空器和故障的数据。利用故障数据查出事件何时发生，航空器数据采集单元20将发动机和航空器数据组成报告格式。然后通过第四数据总线32将这些故障报告馈送给例如飞行数据记录器30的高密度记录媒体。
航空器飞行管理计算机22处理导航数据库，导航数据库与由飞行员程式化了的飞行计划相集成，以便于自动飞行操作。提供无线通信装置，用于将导航数据上载到航空器飞行管理计算机22上，以便定期更新导航数据库。无线通信装置包括通过无线通信链路38相连的远程通信单元34和本地通信单元36。远程通信单元34位于地面(一般作为与航空操作人员服务中心或数据服务提供者相连的通信网的一部分)，因此还可以称为地面通信单元，而本地通信单元36位于航空器上，因此也可称为航空器通信单元。本地通信单元36通过第五数据总线40连接到航空器数据采集单元20。远程通信单元34和本地通信单元36都可以是包括本领域周知的发射机、天线和功率放大器的标准无线通信单元。无线通信链路38可利用甚高频(VHF)和卫星通信频率设备。
为了更新导航数据库，航空操作人员或数据服务提供者通过无线通信链路38利用远程通信单元34来将导航数据上载到本地通信单元36中。所上载的导航数据通过第六数据总线42从本地通信单元36传送给航空器飞行管理计算机22。航空器飞行管理计算机22还可以利用无线通信链路38将飞行计划信息下载到远程通信单元34中。然后可以将该飞行计划传送给空中交通控制系统。此外，通过第五数据总线40将航空器数据采集单元20生成的故障报告传送给本地通信单元36，以便可以通过无线通信链路38下载这些报告。
系统10还能够利用所述无线通信装置在航空操作人员或数据服务提供者与ECU 14之间传输(即，上载和/或下载)发动机控制数据。例如，当在远程通信单元34和本地通信单元36之间建立了无线通信链路38时，包含ECU数据(例如ECU软件更新)的数据消息就可以由航空操作人员或者数据服务提供者发送给本地通信单元36。利用由本地通信单元36处理的目的地编码，这些消息通过第五数据总线40、航空器数据采集单元20、第二数据总线26、航空器数据处理单元18和第一数据总线24从本地通信单元36传送给ECU 14。作为利用中间航空电子设备(即，航空器数据处理单元18和航空器数据采集单元20)的替代方式，ECU数据消息可以通过直接连接在ECU 14和本地通信单元36之间的可选的第七数据总线44从本地通信单元36传送给ECU 14。在数据传送和在ECU存储器中的存储成功完成之后，通过无线通信链路38将确认数据传送成功的消息从ECU 14发送给航空操作人员或数据服务提供者。新ECU存储器内容的校验和值或者其它的验证方法可以是确认消息的一部分。这种过程不仅可用于上载ECU软件更新，还可用于上载发动机控制逻辑的调整值以及未来下载报告的信息。
无线通信链路38还可用于将ECU故障报告下载到航空操作人员或数据服务提供者。在特定飞行条件(例如下降或着陆)下一有事件发生，或者在一收到航空操作人员或数据服务提供者上传的请求时，ECU逻辑就准备好发送故障数据。故障报告通过第七数据总线44或者通过第一数据总线24、航空器数据处理单元18、第二数据总线26、航空器数据采集单元20和第五数据总线40从ECU 14传送给本地通信单元36。然后通过无线通信链路38将故障报告从本地通信单元36发送给远程通信单元34。
图2显示数据传输系统110的第二实施例。系统110传输(即，下载和/或上载)与发动机112的操作有关的发动机控制数据。与第一实施例的情况相同，把发动机112描述成用于驱动航空器仅仅是出于说明目的。然而，应注意，系统110还适用于其它发动机的应用，包括海事和工业应用。
系统110包括例如全权数字发动机控制(FADEC)的电子控制单元(ECU)114，虽然也可以使用其它控制器。在本说明书中，ECU可以是驻留在发动机上或者在其周围的任何电子装置，且包含用于控制和/或监控发动机的软件。设置常规的发动机和航空器数据传感器(未示出)来检测与发动机112和航空器的操作有关的选定的数据参数。这种数据参数可包括航空器参数，例如高度、环境温度、环境压力和空气速度以及发动机参数，例如废气温度、油温度、例如高压涡轮壳体温度的部件温度、发动机燃料流量、核心速度、压缩机排出压力、涡轮排气压力、风扇速度等等。如本领域所公知的那样，ECU 114接收来自发动机发动机和航空器数据传感器的信号。ECU 114还接收由航空器飞行员控制的节流阀116的推进请求信号。为了响应这些输入，ECU 114生成命令信号，用于控制为发动机112定量供应燃料流量的发动机执行机构。ECU 114还包含维护逻辑，它监控由发动机和航空器数据传感器检测的参数，以发现发动机和航空器故障。当事件发生时，在故障报告中收集发动机和航空器数据，该报告保存到ECU的存储器中。
系统110包括其它航空电子设备，包括航空器数据处理单元118、航空器数据采集单元120和航空器飞行管理计算机122。航空器数据处理单元118用作通信协调器，它通过第一数据总线124连接到ECU114，通过第二数据总线126连接到航空器数据采集单元120，通过第三数据总线128连接到航空器飞行管理计算机122。航空器数据处理单元118通过第一数据总线124从ECU 114接收发动机数据信号(例如，废气温度、油温度、发动机燃料流量)和航空器数据信号(例如，高度、环境温度和环境压力)。航空器数据处理单元118还通过第一数据总线124从ECU 114接收故障数据。该数据由航空器处理单元118处理，然后通过第二数据总线126发送给航空器数据采集单元120。航空器数据采集单元120收集发动机、航空器和故障的数据。利用故障数据查出事件何时发生，航空器数据采集单元120将发动机和航空器数据组成报告格式。然后通过第四数据总线132将这些故障报告馈送给例如飞行数据记录器130的高密度记录媒体。
航空器飞行管理计算机122处理导航数据库，导航数据库与由飞行员程式化了的飞行计划相集成，以便于自动飞行操作。提供无线通信装置，用于将导航数据上载到航空器飞行管理计算机122上，以便定期更新导航数据库。无线通信装置包括通过第一无线通信链路138相连的远程通信单元134和第一本地通信单元136。无线通信装置还包括通过第二无线通信链路139连接到远程通信单元134的第二本地通信单元137。远程通信单元134位于地面(一般作为与航空操作人员服务中心或数据服务提供者相连的通信网的一部分)，因此还可以称为地面通信单元，而第一本地通信单元136和第二本地通信单元137位于航空器上。也可称为航空器通信单元的第一本地通信单元136通过第五数据总线140连接到航空器数据采集单元120，且通过第六数据总线142连接到航空器飞行管理计算机122。也可称为发动机通信单元的第二本地通信单元137通过第七数据总线144直接连接到ECU儿4。远程通信单元134和本地通信单元136、137都可以是包括本领域周知的发射机、天线和功率放大器的标准无线通信单元。无线通信链路138、139可利用甚高频(VHF)和卫星通信频率设备。
为了更新导航数据库，航空操作人员或数据服务提供者通过第一无线通信链路138利用远程通信单元134来将导航数据上载到第一本地通信单元136中。所上载的导航数据通过第六数据总线142从本地通信单元136传送给航空器飞行管理计算机122。航空器飞行管理计算机122还可以利用第一无线通信链路138将飞行计划信息下载到远程通信单元134中。然后可以将该飞行计划数据传送给空中交通控制系统。此外，通过第五数据总线140将航空器数据采集单元120生成的故障报告传送给第一本地通信单元136，以便可以通过第一无线通信链路138下载这些报告。
系统110还能够利用第二本地通信单元137在航空操作人员或数据服务提供者与ECU 114之间传输(即，上载和/或下载)发动机控制数据。例如，当在远程通信单元134和第二本地通信单元137之间建立了第二无线通信链路139时，包含ECU数据(例如ECU软件更新)的数据消息就可以由航空操作人员或者数据服务提供者发送给第二本地通信单元137。通过专用的第七数据总线144，这些消息从第二本地通信单元137传送给ECU 114。在数据传送和在ECU存储器中的存储成功完成之后，通过第二无线通信链路139将确认数据传送成功的消息从ECU 114发送给航空操作人员或数据服务提供者。新存储器内容的校验和值或者其它的验证方法可以是确认消息的一部分。这种过程不仅可用于上载ECU软件更新，还可用于上载发动机控制逻辑的调整值以及未来下载报告的信息。
第二无线通信链路139还可用于将ECU故障报告下载到航空操作人员或数据服务提供者。在特定飞行条件(例如下降或着陆)下一有事件发生，或者在一收到航空操作人员或数据服务提供者上传的请求时，ECU逻辑就准备好发送故障数据。故障报告通过第七数据总线144从ECU 114传送给第二本地通信单元137。然后通过第二无线通信链路139将故障报告从第二本地通信单元137发送给远程通信单元134。
第二实施例的系统110与第一实施例的不同之处在于，专用的第二本地通信单元137使得无需使用目的地编码或其它方案来使ECU数据消息通过航空器数据处理单元和航空器数据采集单元。通过第二本地通信单元137和ECU 114之间的直接连接，系统110提高了向航空器发送数据和从航空器接收数据的灵活性。这种直接的通信链路允许航空操作人员或数据服务提供者无需要使用其它航空设备来上载数据。这种直接通信链路还允许ECU 114不仅下载故障报告还下载“几乎实时”的发动机和航空器数据。
创建这些“几乎实时”的数据下载可以有两种方法。首先，如果第二本地通信单元137采用要求将数据格式化成结构化报告的无线系统，则ECU 114将创建一系列发动机和航空器数据的时间历史报告。将这些报告发送给远程通信单元134，以便航空操作人员或数据服务提供者可重建连续的数据流。其次，如果第二本地通信单元137使用可用于传输未经格式化的数据流的无线系统，那么ECU 114将生成发动机和航空器数据输出，以便传输。要传输的航空器和发动机参数以及它们的更新可使用同一无线链路通过上行消息来加以定义。可以采用另一上行消息来启用或停用这些“几乎实时”的数据传输。
虽然已经描述了本发明的具体实施例，但对于本领域的技术人员来说，在不背离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，显然可以对所述实施例作各种修改。
部件列表
GE档案号No.13DV13634
  部件编号   部件
  10   系统
  12   发动机
  14   ECV
  16   节流阀
  18   数据处理单元
  20   数据采集单元
  22   飞行管理计算机
  24   第一数据总线
  26   第二数据总线
  28   第三数据总线
  30   飞行数据记录仪
  32   第四数据总线
  34   远程/地面通信单元
  36   本地/航空器通信单元
  38   无线通信链路
  40   第五数据总线
  42   第六数据总线
  44   第七数据总线
  137   第二本地通信单元
  139   第二无线通信链路

Claims (5)

1.一种用于在发动机(12)的发动机控制单元(14)和远程通信单元(34)之间传输数据的系统(10)，所述系统包括：
第一本地通信单元(36)，该单元能够独立于航空器通信单元、与所述远程通信单元(34)建立无线通信链路(38)；
用于从所述第一本地通信单元向所述发动机控制单元传送发动机控制数据的装置，该装置包括多条数据总线(24、26、32、40)和连接在所述本地通信单元(36)和所述发动机控制单元之间的中间设备，以及所述第一本地通信单元(36)和所述发动机控制单元(14)之间的直接数据总线(44)，
其中，所述中间设备包括：数据处理单元、数据采集单元、飞行管理计算机、和飞行数据记录仪。
2.如权利要求1所述的系统(10)，其特征在于，所述本地通信单元(36)设置在由所述发动机(12)提供动力的飞行器上，且所述远程通信单元(34)未设置在所述飞行器上。
3.一种用于在发动机(112)的发动机控制单元(114)、航空器飞行管理计算机(122)、和远程通信单元(134)之间传输数据的系统(10)，所述系统包括：
第一本地通信单元(136)，该单元能够与所述远程通信单元(134)建立无线通信链路(138)；
在所述第一本地通信单元(136)和所述航空器飞行管理计算机(122)之间传送数据的装置，该装置包括直接连接所述第一本地通信单元(136)和所述航空器飞行管理计算机(122)的第一数据总线(142)；以及
第二本地通信单元(137)，该单元能够与所述远程通信单元(134)建立无线通信链路(139)并经由第二数据总线(144)直接连接到所述发动机控制单元(114)，
其中，中间设备包括：数据处理单元、数据采集单元、飞行管理计算机、和飞行数据记录仪。
4.一种用于在发动机(12)的发动机控制单元(14)和远程通信单元(34)之间传送数据的方法，所述方法包括：
提供独立于航空器通信单元的第一本地通信单元(36)；
在所述第一本地通信单元(36)和所述远程通信单元(34)之间建立无线通信链路(38)；
经由所述无线通信链路(38)传送数据；
从所述第一本地通信单元向所述发动机控制单元传送发动机控制数据，并且使用连接在所述第一本地通信单元和所述发动机控制单元(14)之间的多条数据总线(24、26、32、40)和中间设备以及用于在所述第一本地通信单元(36)和所述发动机控制单元(14)之间传送数据直接数据总线(44)，来将发动机参数数据从所述发动机控制单元传送到所述第一本地通信单元，
其中，所述中间设备包括：数据处理单元、数据采集单元、飞行管理计算机、和飞行数据记录仪。
5.一种用于在发动机(112)的发动机控制单元(114)、航空器飞行管理计算机(122)、和远程通信单元(134)之间传送数据的方法，所述方法包括：
提供第一本地通信单元(136)；
在所述第一本地通信单元(136)和所述远程通信单元(134)之间建立无线通信链路(138)；
经由所述无线通信链路(138)传送数据；
经由直接连接所述第一本地通信单元(136)和所述航空器飞行管理计算机(122)的第一数据总线(142)、在所述第一本地通信单元(136)和所述航空器飞行管理计算机(122)之间传送数据；
在经由第二数据总线(144)直接连接到所述发动机控制单元(114)的第二本地通信单元(137)和所述发动机控制单元(114)之间传送数据，并且所述第二本地通信单元(137)能够建立同所述远程通信单元(134)的无线通信链路(139)，
其中，中间设备包括：数据处理单元、数据采集单元、飞行管理计算机、和飞行数据记录仪。
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