CN114270407A - 冗余致动电力和控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行器座椅的冗余电源系统，包括：第一电源模块，所述第一电源模块包括被配置为向第一辅助板供电的第一AC到DC电源转换器，所述第一辅助板被配置为经由多个通信总线信道向多个飞行器座椅供电；第二电源模块，所述第二电源模块包括被配置为向第二辅助板供电的第二AC到DC电源转换器，所述第二辅助板被配置为经由所述多个通信总线信道向所述多个飞行器座椅供电；以及电源链路，所述电源链路被配置为连接第一辅助板和第二辅助板，使得第一AC到DC电源转换器能够经由所述电源链路对所述第二辅助板供电。

Description

冗余致动电力和控制
技术领域
本公开的实施例的方面涉及用于飞行器座椅致动系统的电力系统。
背景技术
现代飞行器座椅设计常常需要经由电源装置对一个或多个乘客座椅供电，同时还寻求减少或最小化所需元件部分的数量，以便减轻重量和可能的故障模式的数量。因此，为乘客座椅致动器和连接到乘客座椅的其他各种装置提供冗余电源是有利的，同时还寻求减少电源系统内的部件部分的数量。此外，在可能的情况下，有利的是，创建可以以冗余方式与装置一起使用的电源设计，即，经连接的座椅致动器和外围装置，其可以为每个装置并入附加的微控制器。这种设计允许在评估设计中可以使用什么样的元件部分时具有更大的灵活性，同时降低设计的成本和复杂性。
飞行器座椅电源的设计还应当有利地提供关于供电电路的拓扑的灵活性，以允许根据设计需要利用不同的设计保证等级(Design Assurance Levels，DAL)。例如，如果航空公司要求乘客座椅的所有致动器满足特定的DAL，则如果电源设计能够支持该DAL同时还满足上述设计目标，则是有利的。
本公开的实施例的方面涉及允许多个座椅由冗余的多个(例如，一对)电源供电和控制的系统和方法。本公开的实施例的方面描述了电气架构，其中具有冗余电源的多座椅系统可被连接以支持完全冗余能力，同时还减少了系统的所需元件部分，从而减轻重量并减少了潜在的故障模式。本公开的实施例的一些方面描述了用于确定连接到包含致动器的控制局域网(CAN)总线的一对冗余电源中的哪个电源在任一时刻在电源和通信方面应该是有效电源的机制。本公开的实施例的方面描述了一种方法，其中矩阵扫描乘客控制单元可连接到一对冗余电源两者以便支持完全冗余控制。本公开的实施例的方面描述了冗余电源中的矩阵扫描电子器件的电气设计和操作，以支持完全冗余控制。本公开的实施例的其它方面描述了一种方法，通过该方法冗余电源将通过其连接到对等系统(peer system)(例如，机载娱乐系统)的方法，使得冗余能力和故障转移特性对于对等系统的操作是透明的。本公开的实施例的方面还描述了以与核心致动部件不同的设计保证等级(DAL)设计和认证的乘客控制器和套件外围装置的使用，以便增加设计的灵活性，从而以变化的DAL等级利用认证的元件部分。
在此背景技术部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可包含不形成本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
根据一个实施例，一种用于飞行器座椅的冗余电源系统，包括：第一电源模块，所述第一电源模块包括被配置为向第一辅助板供电的第一AC到DC电源转换器，所述第一辅助板被配置为经由多个通信总线信道向多个飞行器座椅供电；第二电源模块，所述第二电源模块包括被配置为向第二辅助板供电的第二AC到DC电源转换器，所述第二辅助板被配置为经由所述多个通信总线信道向所述多个飞行器座椅供电；以及电源链路，所述电源链路被配置为连接所述第一辅助板和所述第二辅助板，使得所述第一AC到DC电源转换器能够经由所述电源链路对所述第二辅助板供电。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅的冗余电源系统可以被配置为使得所述第一电源模块被配置为作为主电源模块对所述第一辅助板和所述多个飞行器座椅供电。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅的冗余电源系统可以被配置为使得第二辅助板被配置为：监测所述第一电源模块的性能；以及响应于检测到所述第一电源模块的性能下降，开始经由所述第二电源模块对所述多个飞行器座椅中的一个或多个供电。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅的冗余电源系统可以被配置为使得第二辅助板被配置为：监测所述多个通信总线信道中的每一者上的信号；以及响应于检测到所述多个通信总线信道中的一个或多个上的信号的丢失，开始对所述多个飞行器座椅中的一个或多个供电。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅的冗余电源系统还包括：第一逻辑电路，所述第一逻辑电路位于所述第一辅助板内并且被配置为监测所述冗余电源系统的性能；以及第二逻辑电路，所述第二逻辑电路位于所述第二辅助板内，其中，所述第一逻辑电路经由所述电源链路和所述通信总线信道通信地链接到所述第二逻辑电路，并且所述第二逻辑电路被配置为在经由所述电源链路或所述通信总线信道从所述第一逻辑电路接收到信号之后采取对监测来自所述第一逻辑电路的所述冗余电源系统的性能的控制。
根据一个实施例，一种用于飞行器座椅的冗余电源系统，包括：第一电源模块，所述第一电源模块包括第一AC到DC电源转换器和第一辅助板，所述第一辅助板被配置为经由多个通信总线信道向多个飞行器座椅供电；第二电源模块，所述第二电源模块包括第二AC到DC电源转换器和第二辅助板，所述第二辅助板被配置为经由所述多个通信总线信道向所述多个飞行器座椅供电；以及电源链路，所述电源链路被配置为连接所述第一AC到DC电源转换器和所述第二AC到DC电源转换器，使得所述第一AC到DC电源转换器能够对所述第一辅助板和所述第二辅助板中的一个或两个进行供电。
根据一个实施例，一种用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，包括：矩阵小键盘，包括多个导线和多个开关；主电源模块，包括：第一多矩阵扫描输出端，其被配置为向矩阵小键盘的多个导线提供信号；以及第一多矩阵扫描输入端，其被配置为当所述矩阵小键盘的多个开关中的一个或多个被激活时，从所述矩阵扫描输出端接收所述信号；以及副电源模块，包括：第二多矩阵扫描输出端，其被配置为监测由所述第一多矩阵扫描输出端在所述多个导线上供应的信号；以及第二多矩阵扫描输入端，其被配置为保持在不活跃状态，其中，所述副电源模块被配置为在所述第二多矩阵扫描输出端检测到来自所述主电源模块的信号缺失时：经由所述第二多矩阵扫描输出端将信号提供给所述矩阵小键盘的多个导线；以及当所述矩阵小键盘的多个开关中的一个或多个被激活时，将所述第二多矩阵扫描输入端设置成活跃状态，其允许信号经由所述多个导线通过所述第二多矩阵扫描输入端被接收。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述副电源模块还被配置成，在所述第二多矩阵扫描输出端检测到来自所述主电源模块的信号缺失时：经由电源链路控制所述主电源模块以设置所述第一多矩阵扫描输出端来监测所述信号；以及经由所述电源链路控制所述主电源模块以将所述第一多矩阵扫描输入端设置为不活跃状态。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述矩阵小键盘的多个导线和多个开关被布置以形成具有多个电路的矩阵，所述矩阵中的每个电路包括所述多个开关中的一个，并且被配置成在激活相应的开关时关闭。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第一多矩阵扫描输出端和所述第一多矩阵扫描输入端被配置以扫描所述矩阵小键盘，以在所述第二多矩阵扫描输入端保持在所述不活跃状态时检测所述开关激活。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第二多矩阵扫描输出端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置以扫描所述矩阵小键盘，以在所述第一多矩阵扫描输入端处于所述不活跃状态时检测所述开关激活。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第一多矩阵扫描输入端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置为具有与所述矩阵键盘的列数相对应的多个单独的输入端。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第二多矩阵扫描输出端通过以设定频率对由所述第一多矩阵扫描输出端提供的所述一个或多个信号进行采样来监测所述信号。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第一多矩阵扫描输入端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置以设定频率对所述信号进行采样。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置成使得所述主电源模块和所述副电源模块中的每一个包括AC至DC电源转换器和辅助板，所述辅助板经由所述电源链路耦合在一起。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述第一多矩阵扫描输出端和所述第二多矩阵扫描输出端被配置成在检测到由所述第一多矩阵扫描输入端或所述第二多矩阵扫描输入端的开关激活时循序地扫描所述矩阵小键盘的行。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述活跃状态对应于低输入阻抗状态，并且其中所述不活跃状态对应于高输入阻抗状态。
根据一个实施例，所述用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统可以被配置为使得所述不活跃状态对应于高输入阻抗状态。
根据一个实施例，一种用于向包括多个开关的矩阵小键盘提供冗余矩阵扫描功能的方法，包括：由第一电源模块向第二电源模块发送控制电压信号；由所述第一电源模块检测对矩阵小键盘的多个开关中的一个的输入；由所述第一电源模块按顺序扫描所述矩阵小键盘，使得能够经由在第一多矩阵扫描输出端和第一多矩阵扫描输入端上发送的扫描信号的顺序确定按下了多个开关中的哪个开关；由所述第二电源模块从所述第一电源模块接收所述控制电压信号；由所述第二电源模块检测所述控制电压信号的丢失；由所述第二电源模块通过监测和发送来自第二多矩阵扫描输出端的扫描信号来采取对矩阵小键盘的矩阵扫描操作的控制；通过所述副电源模块，将第二多矩阵扫描输入端设置为从不活跃状态变为活跃状态，使得所述第二多矩阵扫描输入端能够从所述第二多矩阵扫描输出端接收信号；由所述第二电源模块向所述第一电源模块发送信号以将所述第一多矩阵扫描输入端置于所述不活跃状态。
根据一个实施例，一种用于多个无源飞行器座椅外围装置的冗余电源系统包括：第一电源模块，所述第一电源模块具有第一AC到DC电源转换器和第一辅助板，所述第一辅助板被配置成经由多个通信总线信道向多个无源飞行器座椅外围装置供电；第二电源模块，所述第二电源模块具有第二AC到DC电源转换器和第二辅助板，所述第二辅助板被配置成经由所述多个通信总线信道向所述多个无源飞行器座椅外围装置供电；以及电源链路，其被配置为连接第一AC到DC电源转换器和第二AC到DC电源转换器，使得第一AC到DC电源转换器能够对第一和第二辅助板中的一个或两个供电。
根据一个实施例，所述用于多个无源飞行器座椅外围装置的冗余电源系统可以被配置成使得所述第二电源模块被配置为，响应于经由多个通信总线信道接收第一电源模块已经经历故障的信号，采取对使用第二辅助板向多个无源飞行器座椅外围装置供电的控制。
根据一个实施例，所述用于多个无源飞行器座椅外围装置的冗余电源系统可以被配置为使得所述第二电源模块被配置为，响应于经由所述电源链路接收所述第一电源模块已经经历故障的信号，采取对使用所述第二辅助板向所述多个无源飞行器座椅外围装置供电的控制。
附图说明
附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。
图1是连接到一系列乘客座椅(PAX)的电源模块的表示，其不具有冗余特征。
图2是根据本公开的实施例的连接到多个乘客座椅(PAX)的一对电源模块的表示，其具有部分冗余特征。
图3A是根据本公开的实施例的连接到多个乘客座椅(PAX)的一对电源模块的表示，其具有完全冗余特征。
图3B是根据本公开的实施例描述的由副电源模块在监测主电源模块的操作并在检测到故障的情况下采取控制时执行的操作的流程图。
图3C是冗余电源系统的表示，该冗余电源系统包括在电源系统的两个电源模块和对等系统之间的冗余通信链路。
图4A是根据本公开的实施例的连接到多个乘客座椅(PAX)的一对电源模块的表示，其具有在致动器的DAL-D配置和诸如乘客控制单元(PCU)和灯的外围装置的DAL-E配置中的完全冗余的特征。
图4B是根据本公开的实施例的用于无源外围装置的冗余电源配置的表示。
图4C是根据本公开的实施例的在故障转移事件期间用于无源外围装置的冗余电源配置的表示，其中副电源模块已经采取对无源外围装置供电的控制。
图5是根据本公开的实施例的冗余矩阵扫描控制的图示。
图6A是根据本公开的实施例的在故障转移模式期间的冗余矩阵扫描控制的图示。
图6B提供了描述根据本公开的一个实施例的在失去从主电源模块发送的控制电压信号的情况下将矩阵监测和扫描操作的控制切换到副电源模块的方法的流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，通过说明的方式，仅示出和描述了本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例。每个示例性实施例内的特征或方面的描述通常应当被认为可用于其它示例性实施例中的其它类似特征或方面。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
现代飞行器座椅设计通常涉及具有电动致动器和其它连接的外围装置的座椅，所述外围装置例如为灯、加热器和其它提高乘客舒适性的装置，其需要DC电流源。通常，这涉及电源装置，该电源装置被配置为将由飞行器供应的AC电流(例如，来自连接到发动机的交流发电机或发电机)转换为可供应到乘客座椅的DC电流。根据对设计的约束，例如满足指定的设计保证等级(DAL)或制造商可能对他们的飞行器座椅的其它要求，电源单元可一次向一个或多个乘客座椅提供电力。
然而，随着飞行器座椅的电力需求变得越来越重要，对电源电路设计中增加可靠性的需要也变得越来越重要。特别地，重要的是减少由于电源系统内的单个部件的故障而将没有电力的乘客座椅的数量。为了提供冗余，设计通常增加电源装置的数量以便每个电源为较少乘客座椅供电，其由于增加的部件数量，增加了系统的重量并且增加了额外的故障模式，或者设计将冗余包含在电源设计中。通常，将冗余包含在电源设计中而不是增加电源的数量减少了部件的数量，并且因此减轻了重量并且减少了可能的故障模式，这两者都是飞行器座椅设计的重要设计目标。
本公开的实施例的方面涉及用于电源电路拓扑的冗余设计。具体地，本公开的实施例的方面涉及包含部分冗余的设计，即，在大部分电源电路内的单个部件故障的情况下能继续操作连接到电源的所有乘客座椅的设计，或者能承受电源电路内的任何部件的单个部件故障的完全冗余电源设计。因为电源系统的各个部件的故障率相对较低，所以预计在单个电源电路内一次往往不会有多于一个的故障。因此，部分或完全冗余的设计可以有利地提供增加的可靠性，具有降低总体系统重量和复杂性的附加益处。
本公开的实施例的方面涉及包含多个连接的电源装置的设计，以便允许主电源和副电源存在于系统内，并且允许副电源在检测到主电源中的系统性能的故障或倾斜时采取来自主电源的控制。另外，电源系统可被配置为通信地连接到对等系统，诸如机载娱乐系统(IFE)，以向飞行器的维护人员指示主电源已经故障。本领域技术人员将理解，电源系统可经由任何适当的方式连接到对等系统。这可包括使主电源模块和副电源模块都连接到对等系统，从而创建冗余通信信道，该冗余通信信道可允许副电源模块在主电源模块发生故障的情况下采取与对等系统的通信的控制。电源之间的连接是使用电源链路产生的，该电源链路连接一对电源模块内的辅助板，每个模块在其中具有电源和辅助板。
辅助板包括多个通信总线信道，例如CAN总线信道，以及用于监测所连接的电源的性能的电路。为了简单起见，所有通信总线信道在此将被称为CAN总线信道，尽管在本公开的范围内可使用其他类型的通信总线信道。如下面更详细描述的，附加电路允许使用矩阵扫描技术对来自输入端的控制进行冗余监测。通过使用电源链路在它们各自的辅助板处连接电源模块，可产生至少部分冗余的配置。下面将结合图2更详细地描述这种配置。通过不仅经由电源链路连接辅助板，而且将乘客座椅连接到用于每个辅助板的相应CAN总线信道，可产生能够容许任何一个部件的故障并且仍然能够向乘客座椅提供电力的冗余配置。下面将参照图3A更详细地描述这种配置。另外，图3C中描述了包括将电源模块连接到对等系统的冗余通信信道的配置。
图1是不具有冗余配置的乘客座椅电源系统10的表示。系统10仅包含单个电源模块100A，其包含AC/DC电源110和辅助板120。多个乘客座椅130A-D经由CAN总线信道140连接到辅助板120。如图所示，每个乘客座椅130可具有其自己的CAN总线信道140，然而，这种配置不是必需的，并且多个乘客座椅130可共享CAN总线信道140。这种配置缺乏冗余，因为电源110或辅助板120中的AC电源的故障将使所有连接的乘客座椅130A-D离线。如所描绘的，在该配置内的那些部件中的任何一个的故障将使所有四个连接的乘客座椅130A-D都没有电力。
图2是部分冗余电源系统20的表示，其包括两个电源模块(主电源模块100A和副电源模块100B)，该两个电源模块经由电源链路150在它们各自的辅助板120A和120B处连接。在此，为了简单起见，将假定电源模块100A及其组成部分是“主”电源，并且电源模块100B及其组成部分是“副”电源。然而，该指定仅是为了简单起见，并且电源的功能可在本公开的范围内被反转。此外，应当注意，指定“主”和“副”仅指部件在作为冗余电源系统30的部分内操作的相应角色。术语“备用”类似于本公开内的“副”的使用。同样，术语“第一”和“第二”在这里用于指包含在链接的主电源模块100A和副电源模块100B内的成对的部件组。主电源模块100A和副电源模块100B中的每一个内的部件部分旨在是可互换的。
在这种配置中，主电源110A或副电源110B中的任何一个的故障或进入任一电源模块的AC电力可经由没有部件故障的剩余电源电路通过将电力引导到乘客座椅130A-H来减缓。例如，如果主电源110A发生故障，则电力可以从副电源模块100B经由电源链路150被引导到主电源模块100A的主辅助板120A，然后经由CAN总线信道140被分配到乘客座椅130A-D。此配置提供了优于图1的电源系统10的改进可靠性的益处，但是它不提供“完全”冗余，因为主辅助板120A或副辅助板120B中的一个的故障将使连接到发生故障的辅助板的那些乘客座椅130没有电力。因此，设计一种电源电路拓扑，其增加主电源模块100A和副电源模块100B之间的连接性以改善系统冗余，是有利的。
图3A是根据本公开的一个实施例的冗余电源系统30的表示。与图2所示的布置类似，主辅助板120A和副辅助板120B经由电源链路150连接。然而，在图3A所示的布置中，每个乘客座椅130沿着多个CAN总线信道140中的相应一个连接，该多个CAN总线信道形成主辅助板120A和副辅助板120B之间的通信信道或链路。这种配置提供了每个乘客座椅130同时连接到主辅助板120A和副辅助板120B两者，这可以实现对乘客座椅130供电降低到辅助板级的冗余。通过使用主辅助板120A和副辅助板120B之间的共享CAN总线信道140来增加冗余。这种配置还支持每个CAN总线信道140连接多个乘客座椅130，尽管为了简单起见，这在图3A中没有示出。同样未示出的是电源系统30和诸如IFE的对等系统之间的通信连接，然而，稍后在图3C中提供这样的描述。
一旦电源系统30的电路被连接，则仍然需要监测主部件的性能，并且如果在主电源模块100A内检测到故障或性能下降，则需要将对乘客座椅130供电的控制转移到副部件。控制和监测功能可由逻辑电路来执行，所述逻辑电路被描绘为主逻辑电路160A和副逻辑电路160B，其可被包括在对应的主辅助板120A或副辅助板120B内。主逻辑电路160A和副逻辑电路160B可使用例如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等来实现，如本领域技术人员所知的。
主逻辑电路160A还可负责监测和扫描矩阵小键盘，这将在下面更详细地描述，并且如果检测到故障，则此功能可以由副逻辑电路160B监测和接管。在向乘客座椅130供电的情况下，主逻辑电路160A可负责监测主电源110A的性能，并且还向副辅助板120B发送关于主电源模块100A的性能的信号。副逻辑电路160监测从主辅助板120A接收的信号，并且一旦检测到故障信号，就可被设置为采取对电源系统30的控制。
在以下意义上，这种配置可被称为“完全”冗余：对于电源模块的每个部件而言，存在可用于为乘客座椅130供电的主部件和副部件。此配置还通过减少在系统30内建立连接所需的连接器的数量，减少了在飞行器内实现系统30所需的控制量。例如，通过使每个乘客座椅130经由多个CAN总线信道140之一的分接而连接，座椅130上只需要一个连接器，以便使其具有从主电源模块100A或副电源模块100B可获得的电力。这种控制的减少降低了复杂性、通信总线信道长度和整体设计的重量。在空间有限并且重量减轻是系统设计的重要目标的飞行器内使用的系统的背景下，这种减少是有利的。
由逻辑电路160B执行的副辅助板120B的监测功能通过图3B的流程图来描述。该过程在310处开始于副辅助板120B，通过监测与所连接的乘客座椅130相关联的CAN总线信道140和沿电源链路150发送的信号。副辅助板120B还可被配置成经由链接的CAN总线信道140或电源链路150从主辅助板120A接收关于主电源110A的性能信息，并且如果必要，在故障发生之前抢先采取控制。例如，如果副辅助板120B接收到主电源110A过热并且将经历故障的信号，则控制可抢先地被移至副辅助板120B。在320处，副辅助板120B确定是否存在对CAN总线信道140之一供电的故障，或者是否存在来自有源电源模块100A的电源110A的性能下降。如果在320处没有检测到性能下降的故障，则过程返回到310。如果在320处检测到故障或性能下降，则过程移动到330，其中副辅助板120B可采取经由CAN总线信道140对所有座椅供电的控制，或者采取仅对检测到故障的单个CAN总线信道140供电的控制。在330之后，副辅助板120B(现在已经采取对乘客座椅130供电的控制)移动到340，其中信号被发送到主辅助板120A以禁用主电源110A。此信号可经由CAN总线信道140之一或经由电源链路150发送。最后，在350处，报告由副辅助板120B采取控制的信号可被发送到连接的对等系统，例如机载娱乐系统(IFE)，以警告飞行器维护人员该故障。
图3C是如图3A中所描绘的“完全”冗余配置的表示，但是包括分别将主电源模块100A和副电源模块100B连接到对等系统180的通信链路170A和通信链路170B。根据本公开的一些实施例，通信链路170A可连接到主电源模块100A的辅助板120A。同样地，根据本公开的一些实施例，通信链路170B可连接到副电源模块100B的辅助板120B。本领域技术人员将理解，对等系统可以是被配置为结合电源系统30操作的任何系统，诸如但不限于机载娱乐系统(IFE)。
图4A是“完全”冗余电源系统30的表示，其具有一对乘客座椅和致动器130，它们沿着CAN总线信道140连接在两个连接的电源模块之间，即主电源模块100A和副电源模块100B之间，该系统配置为包括外围装置，其以乘客座椅和致动器130以及所述外围装置满足不同DAL等级的方式连接。本领域技术人员将理解，根据本公开的方面，可利用具有不同DAL等级的各种部件。在图4A中，乘客座椅和致动器130以DAL-D配置示出，其中DAL-D指的是部件的安全临界等级，使得部件的故障将仅引起安全系数的轻微减小或机组人员工作量的轻微增加。另外，诸如乘客控制单元(PCU)和灯的外围装置被示出为以DAL-E配置连接，其中DAL-E是指部件的安全临界等级，使得故障将对飞行器或机组人员工作量没有不利影响。此配置被提供作为根据本公开的方面的一个实施例的示例。在本公开的范围内，可利用其它配置，诸如以配置成具有DAL-C等级的乘客座椅和致动器130为特征的配置。关于DAL等级的更多信息，一般参见航空无线电委员会(Radio Technical Commission for Aeronautics，RTCA)，DO-178C。本领域技术人员还将理解，无源外围装置不限于PCU和灯，而是也可包括可提高乘客舒适性的其他类型的外围装置，诸如加热垫和气动系统。
在图4A中，如图3A所示，乘客座椅和致动器130经由分接头连接到多个CAN总线信道140，从而通过减少电源系统30中的连接器的数量来减少系统所需的控制量。通过在主电源模块100A和副电源模块100B之间建立更多的通信链路，在试图减少重量和复杂性的同时实现了冗余。系统30的监测和控制由相应的主辅助板120A和副辅助板120B的主逻辑电路160A和副逻辑电路160B来维持。系统内还存在电源链路150，其将主辅助板120A连接到副辅助板120B，并提供主电源模块100A和副电源模块100B之间的附加通信链路。电源系统30的操作类似于图3A中所示的，但是乘客座椅和致动器130被描述为以DAL-D配置沿着多个CAN总线信道140单独连接，而外围装置以DAL-E配置连接。如本领域技术人员将理解的，可以以不同的DAL等级开发外围装置，其中较低的DAL等级通常制造起来较便宜。本公开的一些实施例可以提供灵活性以提供具有连接到电源系统30的不同部件的配置，其中所述不同部件具有变化的DAL等级。这是有利的，因为它允许设计适应在单个系统内要求变化的DAL级别的设计，以试图降低总体系统成本和复杂性。
图4B是用于为多个无源外围装置410供电的冗余电源配置的表示。主电源模块100A经由通信总线信道140连接到多个无源装置410。通信总线信道还连接到副电源模块100B。在正常操作期间，如本文所描绘，主电源模块100A对多个无源外围装置410供电，且电力的供应由副电源模块100B监测。为了简单起见，在图4B中未示出主电源模块100A和副电源模块100B的内部部件。此外，未示出电源链路150。
图4C是图4B的系统在故障转移事件期间的表示，其中副电源模块100B已采取对多个无源装置410供电的控制。如所描绘的，在已经由副电源模块100B采取控制之后，主电源模块100A可以采取监测功能。然而，此操作不是必需的，且主电源模块100A与多个无源外围装置410之间的连接可停止运作。为了简单起见，在图4C中未示出主电源模块100A和副电源模块100B的内部部件。此外，未示出电源链路150。
图3A、图3B、图4A、图4B和图4C都示出了冗余，通过增加连接系统30的主部件和副部件的通信链路的数量，可以实现该冗余以便为乘客座椅130供电。然而，在这种类型的配置中也可实现系统的冗余控制，如以下将在用于矩阵小键盘的冗余矩阵扫描功能的上下文中所讨论的，该矩阵小键盘可被包括在作为乘客座椅130的外围装置。
图5是在正常操作期间分别连接在主电源模块100A和副电源模块100B之间的具有各种开关210的矩阵小键盘200的冗余配置的图示。各种开关210被放置在交叉的行和列内，从而创建开关矩阵，其中每个开关210具有对应的行和列位置。当正常工作时，主电源模块100A经由其辅助板120A将扫描通过第一多矩阵扫描输出端230A的有源信号，以便当按下矩阵小键盘200的开关210时，在第一多矩阵扫描输入端240A提供可检测信号。该扫描信号也由副电源模块100B的第二多矩阵扫描输出端230B监控。第二多矩阵扫描输出端230B可以是包括在副电源模块100B内的类似的或“成对的”矩阵扫描输出端组。
扫描信号可以以根据系统的设计要求而设置的频率提供给矩阵小键盘200电路。本领域技术人员将理解，在本公开的范围内可以利用任何合适的扫描频率。
通过除了第二多矩阵扫描输入端240B之外还提供副电源模块100B的第二多矩阵扫描输出端230B，冗余被内置到矩阵扫描功能中。如图3A所示，存在一组“成对的”矩阵扫描输出端(第一多矩阵扫描输出端230A和第二多矩阵扫描输出端240A)，其连接到矩阵小键盘200。类似地，存在一组“成对的”矩阵扫描输入端(第一多矩阵扫描输入端240A和第二多矩阵扫描输入端240B)，其可接收矩阵扫描信号。
当主电源模块100A正在操作时，矩阵扫描信号由第一多矩阵扫描输出端230A提供，并由第一多矩阵扫描输入端240A接收。当第一多矩阵扫描输入端240A接收矩阵扫描信号时，它们处于“活跃(active)”状态。如果第一多矩阵扫描输入端240A被设置为不接收矩阵扫描信号，那么它们在这里将被称为处于“不活跃(inactive)”状态。根据本公开的实施例的各方面，活跃状态可对应于第一多矩阵扫描输入端240A的降低的输入阻抗。同样，不活跃状态可对应于比活跃状态的输入阻抗更高的输入阻抗。然而，在本公开的范围内，活跃状态和不活跃状态两者都可对应于高输入阻抗状态，并且“活跃”和“不活跃”描述符仅指被配置为接收或不接收矩阵扫描信号的矩阵扫描输入端。
副电源模块100B的第二多矩阵扫描输出端230B可执行与主电源模块100A的第一多矩阵扫描输出端230A相同的功能，并且通过将第二多矩阵扫描输入端240B从不活跃状态设置为活跃状态，并且相应地将主电源模块100A的第一多矩阵扫描输入端240A的状态从活跃状态反转为不活跃状态，第二电源模块100B可采取对矩阵扫描功能的控制。
在副电源模块100B检测到来自主电源模块100A的信号缺失(控制电压信号的丢失，或检测到的扫描信号的缺乏)的情况下，副电源模块100B经由第二多矩阵扫描输出端230B采取对矩阵小键盘200的监测和扫描功能的控制，并且对第二多矩阵扫描输入端240B发送信号以进入活跃状态。副电源模块100B还可同时向主电源模块100A发送信号以将第一多矩阵扫描输入端240A置于不活跃状态。图6A中描述了这种控制的反转。
图6A是在故障转移事件期间在主电源模块100A和副电源模块100B之间连接的具有各种开关210的矩阵小键盘200的冗余配置的描述，其中副电源模块100B已经采取了对矩阵扫描功能的控制。如上所述，副电源模块100B已经采取了向矩阵小键盘200以及主电源模块100A提供信号的控制，该主电源模块100A被描述为采取监测的角色。这种由故障电源模块采取监测是可选的，并且不需要存在以用于矩阵小键盘200的冗余进行操作。第一多矩阵扫描输入端240A和第二多矩阵扫描输入端240B的输入阻抗状态已经反转，使得来自第二多矩阵扫描输出端230B的信号被第二多矩阵扫描输入端240B接收。这样，主电源模块100A内的故障不会导致矩阵小键盘200的功能丧失，因为矩阵扫描功能可由副电源模块100B的第二多矩阵扫描输出端230A和第二多矩阵扫描输入端240B执行。
图6B提供了描述在从主电源模块100A发送的控制电压信号丢失的情况下，对副电源模块100B的矩阵监测和扫描操作的切换控制的方法的流程图。该方法开始于610，其中主电源模块100A经由电源链路150向副电源模块100B发送控制电压信号。然后，在620处，第一电源模块100A经由第一多矩阵扫描输出端230A和第一多矩阵扫描输入端240A向矩阵小键盘200提供监测和扫描操作。这是矩阵小键盘的正常操作模式。在630处，副电源模块100B检测到矩阵扫描信号丢失。然后，在640处，副电源模块100B经由第二多矩阵扫描输出端230B和第二多矩阵扫描输入端240B采取对矩阵小键盘200的监测和扫描的控制。与640同时地，该方法在650处使副电源模块100B将第二多矩阵扫描输入端240B设置为活跃状态。这允许信号被第二多矩阵扫描输入端240B接收。最后，在660处，副电源模块100B发送信号给主电源模块100A将第一多矩阵扫描输入端230A设置为不活跃状态(例如，禁用状态或高输入阻抗状态)。本领域技术人员将理解，在主电源模块100A由于故障而不工作的情况下，可以省略660处包括的操作。因此，根据图6B的方法，副电源模块100B已经检测到矩阵扫描信号的丢失，并且已经将矩阵小键盘200监测和扫描操作的控制切换到副电源模块100B部件。这在主电源模块100A发生故障的情况下为矩阵小键盘200提供了冗余。
用于冗余电源系统30的电路拓扑结构和用于矩阵扫描小键盘200的冗余操作的以上描述都依赖于向乘客座椅130和矩阵小键盘200提供链接的部件对的相同设计参数。这使得分别内置在主电源模块100A和副电源模块100B的主辅助板120A和副辅助板120B中的逻辑电路能够在检测到主部件之一中的故障或性能下降时将操作转移到副单元。此外，在辅助板级处经由电源链路150链接主电源110A和副电源110B，同时还使用链接的通信总线信道140在主辅助板120A和副辅助板120B之间连接乘客座椅130，提供了“完全”冗余电源系统30。同样，通过向主辅助板120A和副辅助板120B提供矩阵扫描功能，连接在辅助板之间的矩阵小键盘200可通过切换控制到第二矩阵扫描输出端230B并反转第一多矩阵扫描输入端240A和第二多矩阵扫描输入端240B的输入阻抗状态而具有冗余操作。
本文所用的术语是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在限制本发明的概念。如本文所用，单数形式“一”和“一个”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。当在元件列表之前时，诸如“至少一个”的表达修改整个元件列表，而不修改列表的各个元件。此外，当描述本发明构思的实施例时使用“可以”是指“本发明构思的一个或多个实施例”。此外，术语“示例性”旨在指代示例或说明。
如本文所用，术语“使用”、和“已用”可认为分别与术语“利用”和“已利用”同义。
尽管已经具体参考本发明的说明性实施例详细描述了本发明，但是本文描述的实施例不是穷举的，也不是要将本发明的范围限制为所公开的确切形式。例如，虽然在飞行器座椅和套间控制的背景下描述了各种实施例，但是实施例可以扩展到座椅和套间控制的类型，诸如，例如，汽车、火车或移动车辆中的座椅和套间控制，如本领域技术人员将理解的。因此，本发明所属领域和技术的技术人员将理解，在不有意背离如所附权利要求及其等同物中阐述的本发明的原理、精神和范围的情况下，可以对所描述的结构以及组装和操作的方法进行改变和变化。

Claims (22)

1.一种用于飞行器座椅的冗余电源系统，包括：
第一电源模块，所述第一电源模块包括被配置为向第一辅助板供电的第一AC到DC电源转换器，所述第一辅助板被配置为经由多个通信总线信道向多个飞行器座椅供电；
第二电源模块，所述第二电源模块包括被配置为向第二辅助板供电的第二AC到DC电源转换器，所述第二辅助板被配置为经由所述多个通信总线信道向所述多个飞行器座椅供电；以及
电源链路，所述电源链路被配置为连接所述第一辅助板和所述第二辅助板，使得所述第一AC到DC电源转换器能够经由所述电源链路对所述第二辅助板供电。
2.根据权利要求1所述的用于飞行器座椅的冗余电源系统，其中所述第一电源模块被配置为作为主电源模块对所述第一辅助板和所述多个飞行器座椅供电。
3.根据权利要求2所述的用于飞行器座椅的冗余电源系统，其中所述第二辅助板被配置为：
监测所述第一电源模块的性能；以及
响应于检测到所述第一电源模块的性能下降，开始经由所述第二电源模块对所述多个飞行器座椅中的一个或多个供电。
4.根据权利要求2所述的用于飞行器座椅的冗余电源系统，其中所述第二辅助板被配置为：
监测所述多个通信总线信道中的每一个上的信号；以及
响应于检测到所述多个通信总线信道中的一个或多个上的信号的丢失，开始对所述多个飞行器座椅中的一个或多个供电。
5.根据权利要求1所述的用于飞行器座椅的冗余电源系统，还包括：
第一逻辑电路，所述第一逻辑电路位于所述第一辅助板内并且被配置为监测所述冗余电源系统的性能；以及
第二逻辑电路，所述第二逻辑电路位于所述第二辅助板内，其中，所述第一逻辑电路经由所述电源链路和所述通信总线信道通信地链接到所述第二逻辑电路，并且所述第二逻辑电路被配置为在经由所述电源链路或所述通信总线信道从所述第一逻辑电路接收到信号之后采取对监测来自所述第一逻辑电路的所述冗余电源系统的性能的控制。
6.一种用于飞行器座椅的冗余电源系统，包括：
第一电源模块，所述第一电源模块包括第一AC到DC电源转换器和第一辅助板，所述第一辅助板被配置为经由多个通信总线信道向多个飞行器座椅供电；
第二电源模块，所述第二电源模块包括第二AC到DC电源转换器和第二辅助板，所述第二辅助板被配置为经由所述多个通信总线信道向所述多个飞行器座椅供电；以及
电源链路，所述电源链路被配置为连接所述第一AC到DC电源转换器和所述第二AC到DC电源转换器，使得所述第一AC到DC电源转换器能够对所述第一辅助板和所述第二辅助板中的一个或两个进行供电。
7.一种用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，包括：
矩阵小键盘，包括多个导线和多个开关；
主电源模块，包括：
第一多矩阵扫描输出端，其被配置为向矩阵小键盘的多个导线提供信号；以及
第一多矩阵扫描输入端，其被配置为当所述矩阵小键盘的多个开关中的一个或多个被激活时，从所述矩阵扫描输出端接收所述信号；以及
副电源模块，包括：
第二多矩阵扫描输出端，其被配置为监测由所述第一多矩阵扫描输出端在所述多个导线上供应的信号；以及
第二多矩阵扫描输入端，其被配置为保持在不活跃状态，
其中，所述副电源模块被配置为在所述第二多矩阵扫描输出端检测到来自所述主电源模块的信号缺失时：
经由所述第二多矩阵扫描输出端将信号提供给所述矩阵小键盘的多个导线；以及
当所述矩阵小键盘的多个开关中的一个或多个被激活时，将所述第二多矩阵扫描输入端设置成活跃状态，其允许信号经由所述多个导线通过所述第二多矩阵扫描输入端被接收。
8.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述副电源模块还被配置成，在所述第二多矩阵扫描输出端检测到来自所述主电源模块的信号缺失时：
经由电源链路控制所述主电源模块以设置所述第一多矩阵扫描输出端来监测所述信号；以及
经由所述电源链路控制所述主电源模块以将所述第一多矩阵扫描输入端设置为不活跃状态。
9.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述矩阵小键盘的多个导线和多个开关被布置以形成具有多个电路的矩阵，所述矩阵中的每个电路包括所述多个开关中的一个，并且被配置成在激活相应的开关时关闭。
10.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第一多矩阵扫描输出端和所述第一多矩阵扫描输入端被配置以扫描所述矩阵小键盘，以在所述第二多矩阵扫描输入端保持在所述不活跃状态时检测所述开关激活。
11.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第二多矩阵扫描输出端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置以扫描所述矩阵小键盘，以在所述第一多矩阵扫描输入端处于所述不活跃状态时检测所述开关激活。
12.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第一多矩阵扫描输入端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置为具有与所述矩阵键盘的列数相对应的多个单独的输入端。
13.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第二多矩阵扫描输出端通过以设定频率对由所述第一多矩阵扫描输出端提供的所述一个或多个信号进行采样来监测所述信号。
14.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第一多矩阵扫描输入端和所述第二多矩阵扫描输入端被配置以设定频率对所述信号进行采样。
15.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述主电源模块和所述副电源模块中的每一个包括AC至DC电源转换器和辅助板，所述辅助板经由所述电源链路耦合在一起。
16.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述第一多矩阵扫描输出端和所述第二多矩阵扫描输出端被配置成在检测到由所述第一多矩阵扫描输入端或所述第二多矩阵扫描输入端的开关激活时循序地扫描所述矩阵小键盘的行。
17.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中所述活跃状态对应于低输入阻抗状态，并且其中所述不活跃状态对应于高输入阻抗状态。
18.根据权利要求7所述的用于飞行器座椅和附件输入的冗余电源系统，其中，所述不活跃状态对应于高输入阻抗状态。
19.一种用于向包括多个开关的矩阵小键盘提供冗余矩阵扫描功能的方法，包括：
由第一电源模块向第二电源模块发送控制电压信号；
由所述第一电源模块检测对矩阵小键盘的多个开关中的一个的输入；
由所述第一电源模块按顺序扫描所述矩阵小键盘，使得能够经由在第一多矩阵扫描输出端和第一多矩阵扫描输入端上发送的扫描信号的顺序确定按下了多个开关中的哪个开关；
由所述第二电源模块从所述第一电源模块接收所述控制电压信号；
由所述第二电源模块检测所述控制电压信号的丢失；
由所述第二电源模块通过监测和发送来自第二多矩阵扫描输出端的扫描信号来采取对矩阵小键盘的矩阵扫描操作的控制；
通过所述副电源模块，将第二多矩阵扫描输入端设置为从不活跃状态变为活跃状态，使得所述第二多矩阵扫描输入端能够从所述第二多矩阵扫描输出端接收信号；
由所述第二电源模块向所述第一电源模块发送信号以将所述第一多矩阵扫描输入端置于所述不活跃状态。
20.一种用于多个无源飞行器座椅外围装置的冗余电源系统，包括：
第一电源模块，所述第一电源模块包括第一AC到DC电源转换器和第一辅助板，所述第一辅助板被配置成经由多个通信总线信道向多个无源飞行器座椅外围装置供电；
第二电源模块，所述第二电源模块包括第二AC到DC电源转换器和第二辅助板，所述第二辅助板被配置成经由所述多个通信总线信道向所述多个无源飞行器座椅外围装置供电；以及
电源链路，所述电源链路被配置成连接所述第一AC到DC电源转换器和所述第二AC到DC电源转换器，使得所述第一AC到DC电源转换器能够对所述第一辅助板和所述第二辅助板中的一个或两个进行供电。
21.根据权利要求20所述的用于多个无源飞行器座椅外围装置的冗余电源系统，其中，所述第二电源模块被配置为，响应于经由多个通信总线信道接收第一电源模块已经经历故障的信号，采取对使用第二辅助板向多个无源飞行器座椅外围装置供电的控制。
22.根据权利要求20所述的用于多个飞行器座椅外围装置的冗余电源系统，其中，所述第二电源模块被配置为，响应于经由所述电源链路接收所述第一电源模块已经经历故障的信号，采取对使用所述第二辅助板向所述多个无源飞行器座椅外围装置供电的控制。
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