CN109561007A - 一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，包括综合显示与控制层、综合数据适配层、数据采集设备层、FlexRay总线和常用通信线路；FlexRay总线作为航电系统总线，支持多节点通信，FlexRay作为航电系统总线，通过双通道冗余通信完成综合显示控制层与综合数据适配层的信息交互，提供10Mbps的通信速率，双通道冗余通信，提高了数据传输安全性，数据集中器支持FlexRay总线接口及多种常用接口，保证系统兼容性、扩展性，两个数据集中器，可灵活配置与航电设备的连接方式，对于研制保证等级要求较高的功能，该航电设备同时与两个数据集中器连接或者采用两个相同的航电设备与两个数据集中器分别连接，提高安全性，满足适航要求。
Description
技术领域
本发明属于飞机航空电子系统技术领域，尤其涉及一种基于F lexRay总线的通航飞机航电系统设计方法。
背景技术
近年来，通用航空产业高速发展，愈来愈多的企业投入到通航飞机、航电系统研制中。目前通航飞机航电系统存在以下问题：
1)通信效率低，主要使用ARINC429、RS422等低速总线，最大传输速率约为100Kbps，数据传输效率低，已不能满足信息交互的要求；
2)安全性低，ARINC429、RS422是单通道通信，没有冗余通道,当传输通道异常失效时，会丧失部分功能，增加飞行员的工作负担，严重时会造成灾难性后果；
3)扩展性差，航电设备主要使用点对点的直连，没有通信接口冗余，如果航电总线上需要集成新的航电设备，几乎无法实现；
经济性差，在集成新的功能组件时，需要通过硬件更改来扩展接口，同时硬件变更的设备需要重新进行适航认证。认证的时间成本、经济成本较高。
发明内容
本发明提供一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，旨在解决问题。
本发明涉及一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，包括综合显示与控制层、综合数据适配层、数据采集设备层、FlexRay总线和常用通信线路；
步骤一:飞行员通过综合显示与控制层，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给综合数据适配层。
步骤二：综合数据适配层从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过常用通信线路传输给数据采集设备层。
步骤三：数据采集设备层完成控制命令，再次将输出指令通过常用通信线路传输给综合数据适配层。
步骤四：综合数据适配层通过用通信线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给综合显示与控制层。
优选的，综合显示与控制层包括主飞行显示器(PFD)、多功能显示器(MFD)，均与所述FlexRay总线连接，通过所述FlexRay总线产生的信号加以转换。
优选的，所述综合显示与控制层为人机接口层，用于飞行员感知飞行态势、操纵和监控飞机的飞行。
优选的，所述综合显示与控制层为人机接口层，用于飞行员感知飞行态势、操纵和监控飞机的飞行。
优选的，综合数据适配层是整个航电系统的通信中枢，完成各种接口向FlexRay总线接口的转换，实现航电系统数据信息和控制命令交换。
优选的，所述综合数据适配层包括第一数据集中器和第二数据集中器，所述综合数据适配层与综合数据适配层通过FlexRay总线进行信息交互。
优选的，所述综合数据适配层负责适配外围设备通信接口，并将数据提取、打包后发送至综合显示与控制层。
优选的，所述综合显示控制层将控制指令通过综合数据适配层转发给外围设备，所述第一数据集中器和所述第二数据集中器两者完全相同，且都设计支持常用通信接口。
优选的，所述数据采集设备层包括多个普遍设备，且通过所述常用通信线路与所述综合数据适配层进行信息交互。
优选的，所述普遍设备可以是各种传感器或采集设备，负责数据采集或按照人机交互指令完成预期功能。
优选的，所述常用通信线路包括ARINC429、RS422、RS485和RS232，通过所述常用通信线路连接若干个所述普遍设置，通过所述常用通信线路将信号加以转换与所述综合数据适配层进行信息相互传输。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：FlexRay总线作为航电系统总线，支持多节点通信，具备以下特征：
1.高速，FlexRay具有两个通道。每个通道具有10Mbps带宽，当FlexRay作为双通道运行时，最大传输速率可以达到20Mbps。
2.同步时基，FlexRay中使用的访问方法是基于同步时基的，该时基通过协议自动建立和同步，时基的精度在0.5us-10us之间。
3.确定性，FlexRay总线消息在通信周期中拥有固定位置，因此接收器已经提前知道了消息达到的时间，到达时间的临时偏差幅度非常小，并能得到保证。
4.容错性，FlexRay总线使用循环冗余校验CRC来检验通信中的差错，同时FlexRay总线可以通过双通道通信，能够提供更高的安全性。
在本方案中，FlexRay作为航电系统总线，通过双通道冗余通信完成综合显示控制层与综合数据适配层的信息交互，提供10Mbps的通信速率，双通道冗余通信，提高了数据传输安全性，数据集中器支持FlexRay总线接口及多种常用接口，保证系统兼容性、扩展性，两个数据集中器，可灵活配置与航电设备的连接方式，对于研制保证等级要求较高的功能，该航电设备同时与两个数据集中器连接或者采用两个相同的航电设备与两个数据集中器分别连接，提高安全性，满足适航要求。
附图说明
图1：为本发明航电系统分层拓扑结构示意图；
图2：为本发明基于FlexRay总线的航电系统架构结构示意图；
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
根据图1所示，描述了航电系统分层拓扑结构，在进行航电系统设计时，将人机接口信息显示与控制相关的设备分配到综合显示与控制层，通常包括主飞行显示器(PFD)、多功能显示器(MFD)，根据需要，还可以配置主飞行显示器2、多功能控制显示组件(MCDU)，综合数据适配层是整个航电系统的通信中枢，主要完成各种接口向FlexRay总线接口的转换，实现航电系统数据信息和控制命令交换。配置两个数据集中器进行冗余，在保证接口余量的同时，提高了系统架构的安全性。目前商用货架航电产品接口主要使用ARINC429、RS422、RS485、RS232接口，数据集中器支持多路以上接口，可以覆盖常见接口需求，且有一定余量，具备良好的扩展性。数据采集设备层，主要为飞行员提供态势感知信息源，并根据飞行员的控制指令完成预期的功能操作。数据采集设备层包括多个普遍设备，普遍设备可以是各种传感器或采集设备，负责数据采集和/或按照人机交互指令完成相应功能。数据采集设备层通过综合数据适配层完成接口数据转换，由综合数据适配层将数据打包通过FlexRay总线发送给综合显示控制层。
实施例1
步骤一:飞行员通过控制层控制，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给第一数据集中器。
步骤二：第一数据集中器从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过RS422线路传输给第一普遍设备。
步骤三：第一普遍设备完成控制命令，再次将输出指令通过RS422线路传输给第一数据集中器。
步骤四：第一数据集中器通过RS422线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给飞行显示器(PFD)。
步骤五：飞行显示器(PFD)显示传入的信息，飞行员查看飞机飞行信息。
实施例2
步骤一:飞行员通过控制层控制，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给第二数据集中器。
步骤二：第二数据集中器从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过RS422线路传输给第二普遍设备。
步骤三：第二普遍设备完成控制命令，再次将输出指令通过RS485线路传输给第一数据集中器。
步骤四：第一数据集中器通过RS422线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给多功能显示器(MFD)。
步骤五：多功能显示器(MFD)显示传入的信息，飞行员查看飞机飞行信息。
实施例3
步骤一:飞行员通过控制层控制，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给第二数据集中器。
步骤二：第二数据集中器从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过ARINC429线路传输给普遍设备n。
步骤三：普遍设备n完成控制命令，再次将输出指令通过ARINC429线路传输给第二数据集中器。
步骤四：第二数据集中器通过ARINC429线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给多功能显示器(MFD)。
步骤五：多功能显示器(MFD)显示传入的信息，飞行员查看飞机飞行信息。
实施例4
步骤一:飞行员通过控制层控制，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给第一数据集中器。
步骤二：第一数据集中器从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过ARINC429线路传输给普遍设备n。
步骤三：普遍设备n完成控制命令，再次将输出指令通过ARINC429线路传输给第一数据集中器。
步骤四：第一数据集中器通过ARINC429线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给飞行显示器(PFD)。
步骤五：飞行显示器(PFD)显示传入的信息，飞行员查看飞机飞行信息。
根据图2所示，描述了一种基于FlexRay总线的航电系统架构示例，主飞行显示器(PFD)、多功能显示器(MFD)通过FlexRay节点，分别挂接在FlexRay总线上，每个节点支持2个FlexRay通道，为信息传输提供了安全冗余。第一数据集中器、第二数据集中器通过FlexRay节点，分别挂接在FlexRay总线上，每个节点支持2个FlexRay通道。第一数据集中器、2通过冗余的FlexRay总线与主飞行显示器、多功能显示器通信。该航电系统架构通过FlexRay具有的2个冗余通道功能以及2个数据集中器互为冗余的设计，为航电系统提供了较高的安全性、扩展性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
Claims (10)
1.一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，包括综合显示与控制层、综合数据适配层、数据采集设备层、FlexRay总线和常用通信线路；
步骤一:飞行员通过综合显示与控制层，将控制命令通过FlexRay总线将信号加以转化给综合数据适配层；
步骤二：综合数据适配层从FlexRay总线接受控制命令信息，将控制命令信息通过常用通信线路传输给数据采集设备层；
步骤三：数据采集设备层完成控制命令，再次将输出指令通过常用通信线路传输给综合数据适配层；
步骤四：综合数据适配层通过用通信线路传输的信息进行数据提取和打包，再次通过FlexRay总线传输给综合显示与控制层；
步骤五：综合显示与控制层显示传入的信息，飞行员查看飞机飞行信息。
2.根据权利要求1的所述步骤一的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述综合显示与控制层包括主飞行显示器(PFD)、多功能显示器(MFD)，均与所述FlexRay总线连接，通过所述FlexRay总线产生的信号加以转换。
3.根据权利要求2所述步骤一的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述综合显示与控制层为人机接口层，用于飞行员感知飞行态势、操纵和监控飞机的飞行。
4.根据权利要求3所述步骤二的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，综合数据适配层是整个航电系统的通信中枢，主要完成各种接口向FlexRay总线接口的转换，实现航电系统数据信息和控制命令交换。
5.根据权利要求4所述步骤二的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述综合数据适配层包括第一数据集中器和第二数据集中器，所述综合数据适配层与综合数据适配层通过FlexRay总线进行信息交互。
6.根据权利要求5所述步骤三的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述综合数据适配层负责适配外围设备通信接口，并将数据提取、打包后发送至综合显示与控制层。
7.根据权利要求6所述步骤二的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述综合显示控制层将控制指令通过综合数据适配层转发给外围设备，所述第一数据集中器和所述第二数据集中器两者完全相同，且都设计支持常用通信接口。
8.根据权利要求7所述步骤四的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述数据采集设备层包括多个普遍设备，且通过所述常用通信线路与所述综合数据适配层进行信息交互。
9.根据权利要求8所述步骤四的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述普遍设备可以是各种传感器或采集设备，负责数据采集或按照人机交互指令完成预期功能。
10.根据权利要求9所述步骤四的一种基于FlexRay总线的通航飞机航电系统设计方法，其特征在于，所述常用通信线路包括ARINC429、RS422、RS485和RS232，通过所述常用通信线路连接若干个所述普遍设置，通过所述常用通信线路将信号加以转换与所述综合数据适配层进行信息相互传输。
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