CN112162503A - 一种电动飞机总线系统及应用其的电动飞机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电动飞机技术领域，本发明公开了一种电动飞机总线系统及应用其的电动飞机，该电动飞机总线系统包括RS485/232总线系统、CAN总线系统、飞机控制单元和数据格式转换设备；该数据格式转换设备包括第一端口和第二端口，该数据格式转换设备用于将CAN数据信号与RS485/232数据信号进行相互转换；该第一端口与该RS485/232总线系统连接；该第二端口与该飞机控制单元连接；该CAN总线系统与该飞机控制单元连接。本发明提供的电动飞机总线系统具有成本低的特点。

Description

一种电动飞机总线系统及应用其的电动飞机

技术领域

本发明涉及电动飞机技术领域，特别涉及一种电动飞机总线系统及应用其的电动飞机。

背景技术

随着CAN总线相关技术的日趋成熟，以及车载平台与机载平台在某些方面的相似性，其在航空领域的应用逐渐得到重视，近年来国外的主要飞机制造商已经开始把CAN线应用到飞机上，使飞机产品在性能改进的同时具有更高的经济性。

相较于传统燃油汽车或纯电、混动汽车来说，电动飞机的一个重要指标是其整体重量。在零部件选型上往往会优先考虑更轻量化的设备，在满足需求的同时，许多工业级的动力零部件，譬如电机，较汽车用电机来说往往会选择更好的性能，更轻量化的工业电机作为电动飞机的动力电机，然而现有技术中的民用飞机常使用ARIN429总线进行信号传输，具有传输速率慢、单工通信、电缆数量多进而造成质量大的缺点，虽然随着民用飞机的发展，可以使用ARINC664总线，其具有传输速率高的优点，但ARINC664总线的技术难度高，且造价昂贵。

发明内容

本发明要解决的是现有技术中飞机总线成本高的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请在一方面公开了一种电动飞机总线系统，其包括RS485/232总线系统、CAN总线系统、飞机控制单元和数据格式转换设备；

该数据格式转换设备包括第一端口和第二端口，该数据格式转换设备用于将CAN数据信号与RS485/232数据信号进行相互转换；

该第一端口与该RS485/232总线系统连接；

该第二端口与该飞机控制单元连接；

该CAN总线系统与该飞机控制单元连接。

可选地，该RS485/232总线系统包括RS485/232总线和第一电机控制器；

该RS485/232总线与该第一电机控制器连接；

该数据格式转换设备与该RS485/232总线连接。

可选地，包括两个数据格式转换设备；

该RS485/232总线包括互为冗余的第一RS485/232总线和第二RS485/232总线；

该飞机控制单元通过一个该数据格式转换设备与该第一RS485/232总线连接；

该飞机控制单元通过另一个该数据格式转换设备与该第二RS485/232总线连接；

该第一电机控制器分别与该第一RS485/232总线、该第二RS485/232总线连接。

可选地，该CAN总线系统包括CAN总线、电池控制系统和变压器；

该CAN总线与该电池控制系统、该变压器连接；

该飞机控制单元与该CAN总线连接。

可选地，该CAN总线系统还包括整机控制器和第二电机控制器；

该整机控制器与该CAN总线连接，用于接收CAN总线上的整机状态信号；

该第二电机控制器与该CAN总线连接。

可选地，该CAN总线包括第一CAN总线组和第二CAN总线组；

该第一CAN总线组分别与该飞机控制单元、该整机控制器、第二电机控制器连接；

该第二CAN总线组分别与该整机控制器、该电池控制系统、变压器连接。

可选地，该第一CAN总线组包括互为冗余的第一CAN总线和第二CAN总线；

该第一CAN总线分别与该飞机控制单元、该整机控制器、第二电机控制器连接；

该第二CAN总线分别与该飞机控制单元、该整机控制器、第二电机控制器连接。

可选地，该第二CAN总线组包括互为冗余的第三CAN总线和第四CAN总线；

该第三CAN总线分别与该整机控制器、该电池控制系统、变压器连接；

该第四CAN总线分别与该整机控制器、该电池控制系统、变压器连接。

可选地，该数据格式转换设备还包括第三端口；

该第三端口与该飞机控制单元连接；

该数据格式转换设备包括CAN扩展板。

本申请在另一方面还公开了一种电动飞机，其包括上述电动飞机总线系统。

采用上述技术方案，本申请提供的电动飞机总线系统具有如下有益效果：

本申请提供的电动飞机总线系统包括RS485/232总线系统、CAN总线系统、飞机控制单元和数据格式转换设备；该数据格式转换设备包括第一端口和第二端口，该数据格式转换设备用于将CAN数据信号与RS485/232数据信号进行相互转换；该第一端口与该RS485/232总线系统连接；该第二端口与该飞机控制单元连接；该CAN总线系统与该飞机控制单元连接，也就是说，本申请提供的电动飞机总线系统是一种CAN总线与RS485/232总线结合的网络架构，且CAN总线适用于连接电池系统，而RS485/232总线适用于连接RS485/232通信的设备，例如工业级电机，工业级电机具有质量轻的优点，能够有效降低总线系统质量，从而降低能源消耗，二者配合构成的网络结构能够实现电动飞机稳定、高效和低成本的通信。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请电动飞机总线系统的连接结构示意图；

图2为本申请第一种电动飞机总线系统的结构图；

图3为本申请第二种电动飞机总线系统的结构图；

图4为本申请第三种电动飞机总线系统的结构图；

图5为本申请第四种电动飞机总线系统的结构图；

图6为本申请第五种电动飞机总线系统的结构图。

以下对附图作补充说明：

1-RS485/232总线系统；11-RS485/232总线；111-第一RS485/232总线；112-第二RS485/232总线；12-第一电机控制器；2-CAN总线系统；21-CAN总线；211-第一CAN总线组；2111-第一CAN总线；2112-第二CAN总线；212-第二CAN总线组；2121-第三CAN总线；2122-第四CAN总线；22-变压器；23-电池控制系统；24-整机控制器；25-第二电机控制器；3-数据格式转换设备；31-第一端口；32-第二端口；33-第三端口；4-飞机控制单元。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

通常，民用飞机使用ARIN429总线进行信号传输，但ARIN429总线传输速率慢，单工通信，电缆数量多，带来重量负担，而ARINC664总线虽然传输速率高，但费用高昂，技术难度高。故而研究出一种可靠性高、成本低且传输速率高的总线系统成为当务之急。

本申请公开了一种电动飞机总线系统，如图1所示，图1为本申请电动飞机总线系统的连接结构示意图；其包括RS485/232总线系统1、CAN总线系统2、飞机控制单元4和数据格式转换设备3；该数据格式转换设备3包括第一端口31和第二端口32，该数据格式转换设备3用于将CAN数据信号与RS485/232数据信号进行相互转换；该第一端口31与该RS485/232总线系统1连接；该第二端口32与该飞机控制单元4连接；该CAN总线系统2与该飞机控制单元4连接。由此得到的电动飞机总线系统为以飞机控制单元4为主导的CAN、RS485/232总线系统1，且具有可靠性高、传输效率高和成本低的优点，具体地，CAN通信为汽车主流通信方式，其可靠性高，已经经过多年的市场验证，故而，将CAN通信运用到飞机中能有效的提高飞机智能化程度，实现分布式多控制器网络架构，在不使用网关的情况下最多可以达到110个控制器的信息交互，而且RS485/232总线系统能够用于控制工业级电机，工业级电机具有质量轻和功率大的优点，能够有效降低总线系统质量，从而降低能源消耗。

在一种可选地实施方式中，该飞机控制单元4也称为飞控计算机，作为飞机的大脑，用于监控和控制飞机状态。

在一种可选地实施方式中，该数据格式转换设备3为CAN扩展板，根据实际需求也可以是其他能够转换CAN和RS485/232信号的设备。

在一种可选地实施方式中，如图2所示，图2为本申请第一种电动飞机总线系统的结构图；该RS485/232总线系统1包括RS485/232总线11和第一电机控制器12；该RS485/232总线11与该第一电机控制器12连接；该数据格式转换设备3与该RS485/232总线11连接，第一电机控制器12用于控制多个电机，进而控制飞机的状态，例如控制飞机的升力，具体地，第一电机控制器12为大功率工业电机，使用RS485/232通信，从而具有可靠性高和成本低的优点，需要说明的是，该RS485/232总线11还可以连接雷达或者舵机等RS485/232通信的设备。

在一种可选地实施方式中，如图3所示，图3为本申请第二种电动飞机总线系统的结构图；该电动飞机总线系统包括两个数据格式转换设备3；该RS485/232总线11包括互为冗余的第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112；该飞机控制单元4通过一个该数据格式转换设备3与该第一RS485/232总线111连接；该飞机控制单元4通过另一个该数据格式转换设备3与该第二RS485/232总线112连接；该第一电机控制器12分别与该第一RS485/232总线111、该第二RS485/232总线112连接，在一种可选地实施方式总，第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112的功能一样，每个第一电机控制器12均与第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112连接，当第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112中任一个出现故障时，将启用另一路，提高了总线系统的可靠性，提高了飞机的安全性；在另一种可选地实施方式中，第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112上都会进行信号传输，两个数据格式转换设备3分别控制该RS485/232总线11部分设备，从而降低了每个RS485/232总线11上的负载，当第一RS485/232总线111和第二RS485/232总线112中任一个出现故障时，将让另一路负责全部设备的通信。

需要说明的是，当RS485/232总线11还连接有其他设备控制器时，该RS485/232总线11还可以包括其他子RS485/232总线11，其他子RS485/232总线11也可以是具有互为冗余的总线。当RS485/232总线11上连接了多个设备时，飞机控制单元4使用逐个轮巡的方式对这些设备进行控制，即飞机控制单元4发送控制指令后，RS485/232总线11上的设备需要回复响应信息，这一循环结束后，飞机控制单元4才能控制下一个设备。

在一种可选地实施方式中，如图2所示，该CAN总线系统2包括CAN总线21、电池控制系统23和变压器22；该CAN总线21与该电池控制系统23、该变压器22连接；该飞机控制单元4与该CAN总线21连接，具体的，变压器22可以是直流变压器。

在一种可选地实施方式中，如图4所示，图4为本申请第三种电动飞机总线系统的结构图；该CAN总线系统2还包括整机控制器24和第二电机控制器25；该整机控制器24与该CAN总线21连接，用于接收CAN总线21上的整机状态信号，即该整机控制器24包括控制上述电池控控制系统和变压器22的信号；该第二电机控制器25与该CAN总线21连接，具体的，第二电机控制器25用于控制为飞机提供推力的电机，当然，整机控制器24还可以和飞机控制单元1集成为一个功能强大的控制器，兼具上述控制功能。

需要说明的是，本申请第一电机控制器也可以控制推力电机，第二电机控制器也可以控制升力电机，但第一电机控制器与第二电机控制器不可同时控制升力或者推力电机。

由于第一电机控制器与第二电机控制器与不同总线连接，故而当任一电机控制器所控制的系统或其所在总线系统失效的情况下，飞机依然可以通过未失效电机控制器所控制的系统实现安全降落，从而保证飞机行驶的安全性。

且第一电机控制器、第二电机控制器、电池控制系统、变压器的数量可以根据载荷等需求进行变更，其中，电池控制系统和变压器的数量一致。

在一种可选地实施方式中，如图5所示，图5为本申请第四种电动飞机总线系统的结构图；该CAN总线21包括第一CAN总线组211和第二CAN总线组212；该第一CAN总线组211分别与该飞机控制单元4、该整机控制器24、第二电机控制器25连接；该第二CAN总线组212分别与该整机控制器24、该电池控制系统23、变压器22连接，这样形成了以飞控计算机为主导的动力输出CAN总线21，和整机其他CAN总线21区分，可以有效降低各CAN总线21的负载，提高信号稳定性，进而提高在动力输出方面控制的稳定性，有利调整整机飞行姿态。

在一种可选地实施方式中，如图6所示，图6为本申请第五种电动飞机总线系统的结构图。该第一CAN总线组211包括互为冗余的第一CAN总线2111和第二CAN总线2112；该第一CAN总线2111分别与该飞机控制单元4、该整机控制器24、第二电机控制器25连接；该第二CAN总线2112分别与该飞机控制单元4、该整机控制器24、第二电机控制器25连接，当第一CAN总线2111和第二CAN总线2112中任一个出现故障时，启用另一路，提高了CAN总线系统2的可靠性。

同理，在一种可选地实施方式中，从图3可以看出，该第二CAN总线组212包括互为冗余的第三CAN总线2121和第四CAN总线2122；该第三CAN总线2121分别与该整机控制器24、该电池控制系统23、变压器22连接；该第四CAN总线2122分别与该整机控制器24、该电池控制系统23、变压器22连接，当第三CAN总线2121和第四CAN总线2122中任一个出现故障时，启用另一路，提高了CAN总线系统2的可靠性。

在一种可选地实施方式中，该数据格式转换设备3还包括第三端口33；该第三端口33与该飞机控制单元4连接，第二端口32与飞机控制单元4连接的连接线为第一连接线，第三端口33与飞机控制单元4连接的连接线为第二连接线，第一连接线与第二连接线互为冗余，但其中任一根连接线故障，将启用另一根，提高了飞机控制单元4与RS485/232总线11通信的可靠性。

本申请在另一方面还公开了一种电动飞机，其包括上述电动飞机总线系统，使得该电动飞机具有成本低和可靠性高的优点。

以上所述仅为本申请可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动飞机总线系统，其特征在于，包括RS485/232总线系统(1)、CAN总线系统(2)、飞机控制单元(4)和数据格式转换设备(3)；

所述数据格式转换设备(3)包括第一端口(31)和第二端口(32)，所述数据格式转换设备(3)用于将CAN数据信号与RS485/232数据信号进行相互转换；

所述第一端口(31)与所述RS485/232总线系统(1)连接；

所述第二端口(32)与所述飞机控制单元(4)连接；

所述CAN总线系统(2)与所述飞机控制单元(4)连接。

2.根据权利要求1所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述RS485/232总线系统(1)包括RS485/232总线(11)和第一电机控制器(12)；

所述RS485/232总线(11)与所述第一电机控制器(12)连接；

所述数据格式转换设备(3)与所述RS485/232总线(11)连接。

3.根据权利要求2所述的电动飞机总线系统，其特征在于，包括两个数据格式转换设备(3)；

所述RS485/232总线(11)包括互为冗余的第一RS485/232总线(111)和第二RS485/232总线(112)；

所述飞机控制单元(4)通过一个所述数据格式转换设备(3)与所述第一RS485/232总线(111)连接；

所述飞机控制单元(4)通过另一个所述数据格式转换设备(3)与所述第二RS485/232总线(112)连接；

所述第一电机控制器(12)分别与所述第一RS485/232总线(111)、所述第二RS485/232总线(112)连接。

4.根据权利要求1所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述CAN总线系统(2)包括CAN总线(21)、电池控制系统(23)和变压器(22)；

所述CAN总线(21)与所述电池控制系统(23)、所述变压器(22)连接；

所述飞机控制单元(4)与所述CAN总线(21)连接。

5.根据权利要求4所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述CAN总线系统(2)还包括整机控制器(24)和第二电机控制器(25)；

所述整机控制器(24)与所述CAN总线(21)连接，用于接收所述CAN总线(21)上的整机状态信号；

所述第二电机控制器(25)与所述CAN总线(21)连接。

6.根据权利要求5所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述CAN总线(21)包括第一CAN总线组(211)和第二CAN总线组(212)；

所述第一CAN总线组(211)分别与所述飞机控制单元(4)、所述整机控制器(24)、所述第二电机控制器(25)连接；

所述第二CAN总线组(212)分别与所述整机控制器(24)、所述电池控制系统(23)、所述变压器(22)连接。

7.根据权利要求6所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述第一CAN总线组(211)包括互为冗余的第一CAN总线(2111)和第二CAN总线(2112)；

所述第一CAN总线(2111)分别与所述飞机控制单元(4)、所述整机控制器(24)、所述第二电机控制器(25)连接；

所述第二CAN总线(2112)分别与所述飞机控制单元(4)、所述整机控制器(24)、所述第二电机控制器(25)连接。

8.根据权利要求7所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述第二CAN总线组(212)包括互为冗余的第三CAN总线(2121)和第四CAN总线(2122)；

所述第三CAN总线(2121)分别与所述整机控制器(24)、所述电池控制系统(23)、所述变压器(22)连接；

所述第四CAN总线(2122)分别与所述整机控制器(24)、所述电池控制系统(23)、所述变压器(22)连接。

9.根据权利要求4所述的电动飞机总线系统，其特征在于，所述数据格式转换设备(3)还包括第三端口(33)；

所述第三端口(33)与所述飞机控制单元(4)连接；

所述数据格式转换设备(3)包括CAN扩展板。

10.一种电动飞机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电动飞机总线系统。

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