DE102022130957A1 - Smart redundant lightweight actuator - Google Patents
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Abstract
Ein Aktuator (12) für ein Fahrzeug (2) mit mindestens zwei redundanten elektrischen Bordnetzen (4a,b) für elektrische Arbeitsleistung (Aa,b) sowie Powerline-Kommunikation (PLCa,b) enthält einen elektrischen Antrieb (16) mit Versorgungseingängen (24a,b) für die Arbeitsleistung (Aa,b) und redundante Versorgungseinheiten (26a,b), die einen Versorgungsausgang (28a,b) für die Arbeitsleistung (Aa,b), und einen Netzanschluss (14a, b) für die Bordnetze (4a,b) zur Aufnahme der Arbeitsleistung (Aa,b) und zur Powerline-Kommunikation (PLCa,b) mit dem Bordnetz (4a,b) aufweisen.
Ein Fahrzeug (2) mit den Bordnetzen (4a,b) enthält den Aktuator (12), der vermittels seiner Netzanschlüsse (14a,b) redundant an den Bordnetzen (4a,b) angeschlossen ist, um eine redundante Versorgung mit Arbeitsleistung (Aa,b) und eine redundante Powerline-Kommunikation (PLCa,b) zu ermöglichen.
An actuator (12) for a vehicle (2) with at least two redundant electrical on-board networks (4a,b) for electrical work output (Aa,b) and powerline communication (PLCa,b) contains an electric drive (16) with supply inputs (24a,b) for the work output (Aa,b) and redundant supply units (26a,b) which have a supply output (28a,b) for the work output (Aa,b) and a mains connection (14a, b) for the on-board networks (4a,b) for receiving the work output (Aa,b) and for powerline communication (PLCa,b) with the on-board network (4a,b).
A vehicle (2) with the on-board networks (4a,b) contains the actuator (12), which is redundantly connected to the on-board networks (4a,b) by means of its network connections (14a,b) in order to enable a redundant supply of working power (Aa,b) and a redundant powerline communication (PLCa,b).
Description
Die Erfindung betrifft einen Aktuator, der für den Einsatz in einem Fahrzeug mit Redundanzanforderungen, insbesondere einem Flugzeug, vorgesehen ist.The invention relates to an actuator intended for use in a vehicle with redundancy requirements, in particular an aircraft.
Für Aktuatoren, die in sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt werden sollen, zum Beispiel in einem Flugzeug, ist Redundanz notwendig.Redundancy is necessary for actuators that are to be used in safety-critical applications, for example in an aircraft.
Aus der Praxis ist es bekannt, dass in sicherheitskritischen Anwendungen zwei getrennte Aktuatoren zum Einsatz kommen, um eine einzige Aktuatoraufgabe zu erfüllen. Mit anderen Worten wird ein zweiter Aktuator verbaut, der die Aufgabe des ersten Aktuators vollständig übernehmen kann, sollte der erste Aktuator ausfallen.It is known from practice that in safety-critical applications two separate actuators are used to perform a single actuator task. In other words, a second actuator is installed that can completely take over the task of the first actuator should the first actuator fail.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbesserungen in Bezug auf den Einsatz von Aktuatoren in sicherheitskritischen Anwendungen in Fahrzeugen vorzuschlagen.The object of the invention is to propose improvements with regard to the use of actuators in safety-critical applications in vehicles.
Die Aufgabe wird gelöst durch einen Aktuator gemäß Patentanspruch 1. Bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie anderer Erfindungskategorien ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den beigefügten Figuren.The object is achieved by an actuator according to patent claim 1. Preferred or advantageous embodiments of the invention and other categories of invention emerge from the further claims, the following description and the attached figures.
Der Aktuator dient bzw. ist eingerichtet für ein Fahrzeug, das heißt zum Einsatz in einem Fahrzeug. Die Erfindung geht dabei von einem Fahrzeug aus, welches mindestens zwei redundante elektrische Bordnetze aufweist. Dabei ist jedes der Bordnetze jeweils für sich dazu eingerichtet, eine elektrische Arbeitsleistung für am Bordnetz angeschlossene Verbraucher bereitzustellen sowie eine Powerline-Kommunikation am bzw. über das Bordnetz bereitzustellen, vermittels der angeschlossene Verbraucher mit anderen Powerline-Kommunikations-Gegenstellen kommunizieren können. Eine solche Gegenstelle ist z.B. eine über eine Powerline-Kommunikations-Gegenstelle angeschlossene Avionik eines Flugzeuges.The actuator is used or is designed for a vehicle, i.e. for use in a vehicle. The invention is based on a vehicle that has at least two redundant electrical on-board networks. Each of the on-board networks is designed to provide electrical power for consumers connected to the on-board network and to provide powerline communication on or via the on-board network, by means of which connected consumers can communicate with other powerline communication counterparts. Such a counterpart is, for example, an aircraft's avionics connected via a powerline communication counterpart.
Der Aktuator enthält einen elektrischen Antrieb. Der elektrische Antrieb enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, Versorgungseingang. Der Versorgungseingang dient bzw. ist eingerichtet zur Versorgung des Antriebs mit einer elektrischen Arbeitsleistung, welche dem Antrieb - von außerhalb des Antriebs - am Versorgungseingang bereitgestellt wird.The actuator contains an electric drive. The electric drive contains at least one, in particular exactly one, supply input. The supply input serves or is designed to supply the drive with an electrical work output, which is made available to the drive - from outside the drive - at the supply input.
Der Aktuator enthält wenigstens zwei Versorgungseinheiten, die redundant zueinander ausgeführt sind. Jede der Versorgungseinheiten weist dabei folgende Eigenschaften auf:
- Die jeweilige Versorgungseinheit enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, Versorgungsausgang. Jeder der Versorgungsausgänge ist mit wenigstens einem, insbesondere genau einem der Versorgungseingänge verbunden und dient zur Versorgung dieses oder dieser Versorgungseingänge und damit des Antriebs mit der Arbeitsleistung. Mit anderen Worten wird der elektrische Antrieb über Versorgungsausgang und Versorgungseingang mit seiner elektrischen Arbeitsleistung, die er zur Ausführung seiner Aufgaben benötigt, versorgt. Insbesondere ist jeweils genau einer der Versorgungsausgänge mit genau einem der Versorgungseingänge verbunden. Deren Anzahl ist also gleich.
- The respective supply unit contains at least one, in particular exactly one, supply output. Each of the supply outputs is connected to at least one, in particular exactly one of the supply inputs and serves to supply this or these supply inputs and thus the drive with the working power. In other words, the electric drive is supplied with the electrical working power it needs to carry out its tasks via the supply output and supply input. In particular, exactly one of the supply outputs is connected to exactly one of the supply inputs. The number of these is therefore the same.
Jede der Versorgungseinheiten enthält wenigstens einen, insbesondere genau einen, insbesondere zweipoligen, Netzanschluss. Der Netzanschluss dient bzw. ist eingerichtet zum Anschluss der jeweiligen Versorgungseinheit an wenigstens einem, insbesondere genau einem der Bordnetze. Jeder der Netzanschlüsse ist wenigstens zur Aufnahme der Arbeitsleistung aus dem bestimmungsgemäß angeschlossenen Bordnetz eingerichtet. Ebenso ist der Netzanschluss zur Powerline-Kommunikation mit diesem bzw. über dieses Bordnetz eingerichtet. Der Netzanschluss erfüllt also eine Doppelfunktion: Einerseits zur Leistungsversorgung des Aktors mit der Arbeitsleistung, andererseits zur Ermöglichung / Bereitstellung einer Powerline-Kommunikation des Aktors mit einer Powerline-Kommunikations-Gegenstelle, welche sich ebenfalls am Bordnetz befindet.Each of the supply units contains at least one, in particular exactly one, in particular two-pole, mains connection. The mains connection serves or is set up to connect the respective supply unit to at least one, in particular exactly one of the on-board networks. Each of the mains connections is set up at least to receive the work output from the on-board network that is connected as intended. The mains connection is also set up for powerline communication with this or via this on-board network. The mains connection therefore fulfills a dual function: on the one hand to supply the actuator with the work output, and on the other hand to enable/provide powerline communication between the actuator and a powerline communication counterpart that is also located on the on-board network.
Insbesondere ist der Versorgungsausgang ein kommunikationsfreier Ausgang, d.h. über diesen steht eine elektrische Leistung zur Verfügung, jedoch ist hier keinerlei Verarbeitung oder Durchführung einer Kommunikation über den Versorgungsausgang möglich. Dies gilt insbesondere auch für den Versorgungseingang. Mit anderen Worten erfolgt dann die gesamte Verarbeitung und Durchführung jeglicher Kommunikation mit dem Bordnetz bzw. einer Gegenstelle in der Versorgungseinheit, nicht jedoch am oder im Antrieb.In particular, the supply output is a communication-free output, i.e. electrical power is available via it, but no processing or implementation of communication is possible via the supply output. This also applies in particular to the supply input. In other words, all processing and implementation of any communication with the on-board network or a counterpart takes place in the supply unit, but not on or in the drive.
Gemäß der Erfindung ergibt sich die Möglichkeit, eine Powerline-Kommunikation in einem Fahrzeug im Hinblick auf Aktuatoren im sicherheitskritischen Bereich zu erweitern bzw. zu optimieren. Gemäß der Erfindung wird eine redundante Kontrolleinheit in Form der Versorgungseinheit im Aktuator mit einem einzigen Antrieb integriert. Diese kommuniziert über die Stromversorgung, also das Bordnetz mit einer Gegenstelle, insbesondere mit der zentralen Flugzeugsteuerung (Avionik) in einem Flugzeug. Der Aktuator benötigt daher insbesondere jeweils nur zwei redundante Versorgungsanschlüsse in Form der Netzanschlüsse als Schnittstelle zum Fahrzeug bzw. Flugzeug. Somit ergeben sich folgende Vorteile:
- • erhebliche Einsparung im Gesamtsystem-Gewicht, da keine zwei diskreten Aktuatoren inklusive der mechanischen Anlenkung benötigt werden, z.B. um mehr als 40%.
- • Erhebliche Reduzierung der Gesamtsystem-Komplexität.
- • Es werden wenigstens zwei redundante Leistungsversorgungen (Power Rails) unterstützt.
- • Die Kommunikation und Kommandierung über die Stromversorgung (Bordnetz / Netzanschluss) reduziert den Verkabelungsaufwand im Fahrzeug erheblich (keine separaten Datenleitungen zu den Aktuatoren nötig).
- • Es können eine Vielzahl von Aktuatoren über eine Stromversorgung adressiert / angesteuert werden, zum Beispiel bis zu 255.
- • Insbesondere eine Standard-Powerline-Kommunikationsschnittstelle ist verfügbar, um mit der zentralen Avionik (avionics backbone) zu kommunizieren.
- • Ein Familienkonzept für Aktuatoren wird ermöglicht, d.h. Aktuatoren verschiedener Ausführungsformen usw. können zur Verfügung gestellt werden, um an ein und demselben Bordnetz angeschlossen zu werden. So können verschiedene Drehmoment-, Geschwindigkeits- usw. -anforderungen erfüllt werden.
- • Das Konzept ist sehr wartungsfreundlich; einzelne Aktuatoren können einfach, z.B. in Minuten, ausgetauscht (installiert, entfernt) werden, ggf. auch einfach durch alternative Aktuatoren ersetzt werden.
- • Significant savings in the overall system weight, e.g. by more than 40%, since two discrete actuators including the mechanical linkage are not required.
- • Significant reduction in overall system complexity.
- • At least two redundant power supplies (power rails) are supported.
- • Communication and commanding via the power supply (on-board network / mains connection) significantly reduces the wiring effort in the vehicle (no separate data lines to the actuators required).
- • A large number of actuators can be addressed/controlled via one power supply, for example up to 255.
- • In particular, a standard powerline communication interface is available to communicate with the central avionics backbone.
- • A family concept for actuators is enabled, ie actuators of different designs etc. can be made available to be connected to one and the same on-board network. This allows different torque, speed etc. requirements to be met.
- • The concept is very maintenance-friendly; individual actuators can be easily exchanged (installed, removed) in minutes, for example, and if necessary, simply replaced by alternative actuators.
Die Kommunikation der redundanten integrierten Elektronik in Form der Versorgungseinheit über die Stromversorgung (Bordnetz) ermöglicht eine sehr effiziente Systemauslegung und eine sehr einfache Erweiterbarkeit. Gemäß der Erfindung ergibt sich ein „Smart Redundant Lightweight Actuator (SRLA)“. Es ergibt sich also ein smarter redundanter leichtgewichtiger Aktuator. Dieser wird inklusive der notwendigen redundanten Elektronik (Versorgungseinheit) integriert ausgeführt, insbesondere innerhalb eines Aktuatorgehäuses. Gesteuert wird der Aktuator mit Hilfe einer Daten- / Signalübertragung über die Versorgungsleitung, also Powerline-Kommunikation.The communication of the redundant integrated electronics in the form of the supply unit via the power supply (on-board network) enables a very efficient system design and very easy expandability. According to the invention, a "Smart Redundant Lightweight Actuator (SRLA)" is created. This results in a smart redundant lightweight actuator. This is implemented in an integrated manner including the necessary redundant electronics (supply unit), in particular within an actuator housing. The actuator is controlled using data/signal transmission via the supply line, i.e. powerline communication.
Anwendungen für Aktuatoren sind z.B. Klappen und Ruder-Steuerung, Türbedienung, Pumpensteuerung, Rotorkopf-Steuerung. Die Kommunikation im Fahrzeug kann standardisiert werden. Die Wartung ist vereinfacht. Die Lösung ist nicht von einem bestimmten Avionik-System abhängig, kann also mit verschiedenen Avionik-Generationen (allg. Fahrzeugsteuerung) arbeiten. Die Lösung kann im Bereich Retrofit eingesetzt werden.Applications for actuators include flap and rudder control, door operation, pump control, rotor head control. Communication in the vehicle can be standardized. Maintenance is simplified. The solution is not dependent on a specific avionics system, so it can work with different avionics generations (general vehicle control). The solution can be used in the retrofit area.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Antrieb - wie oben schon angedeutet - genau einen Versorgungseingang pro Versorgungseinheit auf. Somit entsteht eine Redundanz im Aktuator vom Netzanschluss bis zum jeweiligen Versorgungseingang des Antriebs, sodass lediglich ein Ausfall des Antriebs selbst zum Ausfall des Aktuators führt. Sämtliche sonstige Versorgung des / Ansteuerung des / Kommunikation mit dem Antrieb im Aktuator ist dann redundant ausgeführt.In a preferred embodiment, the drive has - as already indicated above - exactly one supply input per supply unit. This creates redundancy in the actuator from the mains connection to the respective supply input of the drive, so that only a failure of the drive itself leads to failure of the actuator. All other supply of / control of / communication with the drive in the actuator is then implemented redundantly.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist auch der Antrieb selbst zumindest teilweise redundant im Hinblick auf die Versorgungseinheiten aufgebaut. Somit kann die Redundanz der Versorgungseinheiten auch „in den Antrieb hinein“ erweitert bzw. ausgedehnt werden. Selbst ein Teilausfall bzw. Teildefekt im redundanten Teil des Antriebs selbst muss dann nicht zum Ausfall des Aktuators führen.In a preferred embodiment, the drive itself is also constructed at least partially redundantly with regard to the supply units. The redundancy of the supply units can thus also be expanded or extended "into the drive". Even a partial failure or partial defect in the redundant part of the drive itself does not then have to lead to failure of the actuator.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält der Antrieb wenigstens ein, insbesondere genau ein, bewegliches Abtriebsteil. Dieses ist zum Beispiel ein Rotor eines Rotationsmotors oder ein Schlitten eines Linearmotors usw. Der Antrieb enthält dann wenigstens zwei Statorteile. Jedes der Statorteile ist zur Einwirkung auf das selbe oder die selben Antriebsteile eingerichtet bzw. ausgeführt. Je ein Statorteil mit dem / den so zugeordneten Antriebsteilen zusammen ist dabei dazu eingerichtet, eigenständig als zumindest Teil des, insbesondere als vollständiger, Antrieb zu arbeiten, d.h. die Antriebsfunktionalität vollständig zu erfüllen, also eigenständig die volle Antriebsfunktionalität zu erfüllen. Mit anderen Worten arbeitet der Antrieb vollständig bestimmungsgemäß, solange die Abtriebsteile und eines der Statorteile bestimmungsgemäß zusammenarbeiten. Somit ist eine besonders hohe Redundanz auch im Antrieb geschaffen.In a preferred variant of this embodiment, the drive contains at least one, in particular exactly one, movable output part. This is, for example, a rotor of a rotary motor or a carriage of a linear motor, etc. The drive then contains at least two stator parts. Each of the stator parts is designed or configured to act on the same drive part or parts. Each stator part together with the drive part(s) assigned in this way is designed to work independently as at least part of the drive, in particular as a complete drive, i.e. to fully fulfill the drive functionality, i.e. to independently fulfill the full drive functionality. In other words, the drive works completely as intended as long as the output parts and one of the stator parts work together as intended. This creates a particularly high level of redundancy in the drive as well.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform weist jedes der Statorteile genau einen der Versorgungseingänge auf. So entsteht ein besonders einfacher, jedoch vollständig jeweils pro Statorteil redundanter Aktuator.In a preferred variant of this embodiment, each of the stator parts has exactly one of the supply inputs. This creates a particularly simple actuator that is, however, completely redundant for each stator part.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält, insbesondere ist, der Antrieb ein elektrischer Motor und jedes der Statorteile enthält eine eigene Statorwicklung des Motors. Dies bedeutet, dass die Statorwicklung für sich abgeschlossen und von anderen Statorwicklungen unabhängig bzw. separat ausgeführt ist. Die entsprechende Statorwicklung zusammen mit dem Abtriebsteil erfüllt also die gesamte Antriebsfunktionalität. Das Antriebsteil ist insbesondere ein Rotor oder ein Linearschlitten mit Permanentmagnet oder (Rotor-)wicklung.In a preferred variant of this embodiment, the drive contains, in particular is, an electric motor and each of the stator parts contains its own stator winding of the motor. This means that the stator winding is self-contained and independent of other stator windings or is designed separately. The corresponding stator winding together with the output part therefore fulfills the entire drive functionality. The drive part is in particular a rotor or a linear slide with a permanent magnet or (rotor) winding.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Versorgungseinheiten wie folgt ausgeführt: Sie enthält ein am Netzanschluss angeschlossenes und von diesem im Betrieb mit der Arbeitsleistung versorgtes Leistungsmodul. Dieses ist zur Aufnahme der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz eingerichtet. Es weist aber keine Fähigkeit zur Powerline-Kommunikation auf, weist jedoch den Versorgungsausgang auf. Mit anderen Worten ist das Leistungsmodul alleine zur Leistungsversorgung des Antriebs aus dem Bordnetz, jedoch nicht zur Powerline-Kommunikation mit dem Bordnetz eingerichtet. Die Versorgungseinheit enthält außerdem ein am Netzanschluss angeschlossenes Kommunikationsmodul. Dieses ist zur Powerline-Kommunikation mit dem Bordnetz eingerichtet, jedoch nicht zur Aufnahme der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz. Mit anderen Worten erfüllt das Kommunikationsmodul ausschließlich eine Kommunikationsaufgabe, dient jedoch nicht zur Durchleitung der Arbeitsleistung aus dem Bordnetz an den Antrieb. Somit kann jedes Modul für seine Aufgabe optimiert ausgeführt werden. Auch kann z.B. Sensorinformation über das Kommunikationsmodul nach außen geliefert werden, siehe unten.In a preferred embodiment, at least one of the supply units is designed as follows: It contains a power module connected to the mains connection and supplied with the working power during operation by this. This is set up to receive the working power from the on-board network. However, it does not have the ability for powerline communication, but does have the supply output. In other words, the power module is only set up to supply the drive with power from the on-board network, but not for powerline communication with the on-board network. The supply unit also contains a communication module connected to the mains connection. This is set up for powerline communication with the on-board network, but not for receiving the working power from the on-board network. In other words, the communication module only fulfills a communication task, but is not used to pass the working power from the on-board network to the drive. Each module can therefore be designed to be optimized for its task. Sensor information, for example, can also be supplied externally via the communication module, see below.
In einer bevorzugten Variante dieser Ausführungsform enthält wenigstens eine derjenigen Versorgungseinheiten, die ein Leistungsmodul enthalten, auch ein Steuermodul. Das Steuermodul ist dazu eingerichtet, den Antrieb hinsichtlich seines Betriebs durch Ansteuerung des Leistungsmoduls auf Basis der Powerline-Kommunikation anzusteuern. Mit anderen Worten steuert das Steuermodul die eigentliche Antriebsfunktionalität des Antriebs, schaltet diesen zum Beispiel an oder ab, je nachdem, welche Befehle / Signale / Werte über die Powerline-Kommunikation geliefert werden. Außerdem wird zum Beispiel Sensorinformation in dem Steuermodul verarbeitet, siehe unten.In a preferred variant of this embodiment, at least one of the supply units that contain a power module also contains a control module. The control module is designed to control the drive in terms of its operation by controlling the power module based on the powerline communication. In other words, the control module controls the actual drive functionality of the drive, for example switching it on or off depending on which commands/signals/values are delivered via the powerline communication. In addition, sensor information, for example, is processed in the control module, see below.
In einer bevorzugten Ausführungsform enthält wenigstens eine der Versorgungseinheiten wenigstens ein Sensormodul. Dieses dient bzw. ist eingerichtet zur Ermittlung einer Sensorinformation am Aktuator. „Am Aktuator“ schließt Information innerhalb und/oder außerhalb des Aktuators, z.B. in dessen Umgebung, ein. Zum Beispiel kann eine Motorposition eines Rotors / Linearschlittens oder eine Umgebungstemperatur außerhalb des Aktuators ermittelt werden und innerhalb des Aktuator verarbeitet oder nach außerhalb des Aktuators kommuniziert werden. Weitere Sensormodule können zum Beispiel Temperaturen, Erschütterungen, Verschleiß, mechanische Belastung usw. erfassen. So kann Sensorinformation insbesondere intern im Aktuator genutzt werden, zum Beispiel für eine Drehzahlsteuerung / Regelung des Antriebs usw. Auch hier kann das Steuermodul für seine Aufgabe optimiert ausgeführt werden. Der Aktor ist dann zur internen Verarbeitung und / oder Weiterleitung der Sensorinformation an die Powerline-Kommunikation eingerichtet.In a preferred embodiment, at least one of the supply units contains at least one sensor module. This serves or is set up to determine sensor information on the actuator. “On the actuator” includes information inside and/or outside the actuator, e.g. in its surroundings. For example, a motor position of a rotor/linear slide or an ambient temperature outside the actuator can be determined and processed inside the actuator or communicated outside the actuator. Other sensor modules can, for example, record temperatures, vibrations, wear, mechanical load, etc. Sensor information can thus be used internally in the actuator, for example for speed control/regulation of the drive, etc. Here, too, the control module can be designed to be optimized for its task. The actuator is then set up for internal processing and/or forwarding of the sensor information to the powerline communication.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Aktuator als elektrische Anschlüsse ausschließlich je einen einzigen Steckverbinder pro Netzanschluss auf. Insbesondere weist der Aktuator keine sonstigen drahtgebundenen oder drahtlosen elektrischen Schnittstellen auf, einschließend auch Kommunikations- und Leistungsschnittstellen. Die einzige elektrische Leistungsversorgung und Kommunikation erfolgt also über den Steckverbinder. Der Steckverbinder ist insbesondere ein einziger Steckkontakt / Stecker / Buchse. Alternativ kann der Steckverbinder auch als Stecker- / Buchsengruppe ausgeführt sein.In a preferred embodiment, the actuator has only one single plug connector per mains connection as electrical connections. In particular, the actuator has no other wired or wireless electrical interfaces, including communication and power interfaces. The only electrical power supply and communication therefore takes place via the plug connector. The plug connector is in particular a single plug contact/plug/socket. Alternatively, the plug connector can also be designed as a plug/socket group.
Die Aufgabe wird auch gelöst durch ein Fahrzeug gemäß Patentanspruch 11. Das Fahrzeug weist die oben genannten mindestens zwei redundanten elektrischen Bordnetze auf. Das Fahrzeug enthält wenigstens einen erfindungsgemäßen Aktuator. Dieser ist vermittels wenigstens zweier seiner Netzanschlüsse derart an wenigstens zwei der Bordnetze angeschlossen, dass jeweils eine redundante Versorgung mit Arbeitsleistung und eine redundante Powerline-Kommunikation über die wenigstens zwei der Netzanschlüsse aus den wenigstens zweien der Bordnetze ermöglicht ist. Mit anderen Worten wird der Aktuator also vollständig redundant an die wenigstens zwei Bordnetze angeschlossen, wobei über jedes der beiden Bordnetze jeweils eine eigenständige Versorgung mit Arbeitsleistung und eine eigenständige Powerline-Kommunikation ermöglicht ist. Insbesondere sind an dem Bordnetz mehrere Aktuatoren angeschlossen. Insbesondere ist hier bei jeder der Aktuatoren hinsichtlich seiner Powerline-Kommunikation eindeutig adressiert, sodass jeder Aktuator individuell kommunizieren kann und somit auch individuell betrieben, angesteuert usw. werden kann.The object is also achieved by a vehicle according to claim 11. The vehicle has the above-mentioned at least two redundant electrical on-board networks. The vehicle contains at least one actuator according to the invention. This is connected to at least two of the on-board networks by means of at least two of its network connections in such a way that a redundant supply of working power and redundant powerline communication is possible via the at least two of the network connections from the at least two of the on-board networks. In other words, the actuator is connected to the at least two on-board networks in a completely redundant manner, with an independent supply of working power and independent powerline communication being possible via each of the two on-board networks. In particular, several actuators are connected to the on-board network. In particular, each of the actuators is uniquely addressed with regard to its powerline communication, so that each actuator can communicate individually and can therefore also be operated, controlled, etc. individually.
Das Fahrzeug und zumindest ein Teil dessen möglicher Ausführungsformen sowie die jeweiligen Vorteile wurden sinngemäß bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aktuator erläutert.The vehicle and at least some of its possible embodiments as well as the respective advantages have already been explained in connection with the actuator according to the invention.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug ein Flugzeug. Insbesondere für Flugzeuge wirken sich die oben genannten Vorteile der Erfindung besonders gravierend aus.In a preferred embodiment, the vehicle is an aircraft. The above-mentioned advantages of the invention have a particularly significant impact on aircraft.
Weitere Merkmale, Wirkungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie der beigefügten Figuren. Dabei zeigen, jeweils in einer schematischen Prinzipskizze:
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1 ein Fahrzeug mit zwei Bordnetzen und Aktuatoren in einem Blockdiagramm, -
2 einen der Aktuatoren aus1 in einem Blockdiagramm.
-
1 a vehicle with two on-board networks and actuators in a block diagram, -
2 one of the actuators1 in a block diagram.
An den Bordnetzen 4a,b sind im Beispiel insgesamt 255 Aktuatoren 12 angeschlossen, von denen in
Der Aktor 12 enthält weiterhin zwei Versorgungseinheiten 26a,b welche ebenfalls redundant zueinander ausgeführt sind. Jede der Versorgungseinheiten 26a,b weist je einen Versorgungsausgang 28a,b an. Diese sind 1 zu 1 zur Versorgung der Versorgungseingänge 24a,b mit diesen verbunden. Außerdem weisen die Versorgungseinheiten 26a,b die jeweiligen oben erläuterten Netzanschlüsse 14a,b auf. Die Netzanschlüsse 14a,b sind also jeweils zur Aufnahme von Arbeitsleistung Aa,b aus den Bordnetzen 4a,b sowie zur Powerline-Kommunikation PLCa,b mit den Bordnetzen 4a,b eingerichtet. Somit weist der Antrieb 16 genau einen Versorgungseingang 24a,b pro Versorgungseinheit 26a,b auf.The
Der Antrieb 16 selbst ist außerdem zumindest teilweise redundant im Hinblick auf die Versorgungseinheiten 26a,b aufgebaut. Dies ist dadurch bewerkstelligt, dass der Antrieb 16 ein einziges nicht redundantes bewegliches Antriebsteil 20, jedoch zwei redundante Statorteile 22a,b aufweist. Jedes der Statorteile 2a,b zusammen mit dem Abtriebsteil 20 ist dazu eingerichtet, die volle Antriebsfunktionalität des Antriebs 16 zu erfüllen. Mit anderen Worten reicht ein einziges Statorteil 22a oder 22b zusammen mit dem Abtriebsteil 20 aus, um die volle Antriebsleistung des Antriebs 16, hier des Motors, zu entfalten. D.h., auch bei Ausfall des Starturteils 22a oder des Startorteils 22b kann der Antrieb 16 vollständig bestimmungsgemäß seine Antriebsfunktionalität (Antrieb der Drehachse 18) erfüllen. Jedes der Statorteile 22a,b weist genau einen der Versorgungseingänge 24a,b auf. Der Antrieb 16 ist hier der Motor 30, das Abtriebsteil 20 ein Rotor 32 und jedes der Statorteile 22a,b enthält eine Statorwicklung 34a,b.The drive 16 itself is also constructed at least partially redundantly with regard to the
Jede der Versorgungseinheiten 26a,b enthält ein vom jeweiligen Netzanschluss 14a,b versorgtes bzw. an diesem angeschlossenes Leistungsmodul 36a,b. Dieses ist dazu eingerichtet, die jeweilige Arbeitsleistung Aa,b aus dem Bordnetz 4a,b aufzunehmen, besitzt jedoch keinerlei Fähigkeit zur Powerline-Kommunikation PLCa,b und weist den jeweiligen Versorgungsausgang 28a,b auf.Each of the
Jede der Versorgungseinheiten 26a,b enthält außerdem ein am Netzanschluss 14a,b kommunikativ angeschlossenes Kommunikationsmodul 38a,b. Dieses ist zur Powerline-Kommunikation PLCa,b mit dem jeweiligen Bordnetz 4a,b eingerichtet, jedoch nicht zur Aufnahme / Durchleitung der jeweiligen Arbeitsleistung Aa,b. Jede der Versorgungseinheiten 26a,b enthält außerdem ein Steuermodul 40a,b. Dieses ist mit den Leistungsmodulen 36a,b und Kommunikationsmodulen 38a,b jeweils verbunden und dazu eingerichtet, den Antrieb 16 durch Ansteuern des jeweiligen Leistungsmoduls 36a,b hinsichtlich seines Betriebs auf Basis der Powerline-Kommunikation PLCa,b anzusteuern. Die Versorgungseinheiten 26a,b enthalten außerdem jeweils ein Sensormodul 42a,b, hier einen jeweiligen redundant ausgeführten Motorpositions-Sensor, der mit der Drehachse 18 bzw. Welle des Rotors 32 gekoppelt ist. Jedes der Sensormodule 42a,b ist ebenfalls mit dem Steuermodul 40a,b verbunden und dient zur Ermittlung einer jeweiligen Sensorinformation am Aktuator 12. Hier wird ein aktueller Drehwinkel der Drehachse 18 ermittelt. Außerdem dienen die Sensormodule 42a,b zur Weiterleitung der betreffenden Sensor-Information an die Powerline-Kommunikation PLCa,b, hier durch Anschluss an die Steuermodule 40a,b. In den Steuermodulen 40a,b kann die Motorposition intern zum Betrieb des Antrieb 16 genutzt werden, zum Beispiel zu einer Drehzahlregelung oder der Ermittlung einer bestimmten aktuellen Drehposition. Jedoch kann die Sensorinformation auch zur Powerline-Kommunikation PLCa,b über die Bordnetze 4a,b an die jeweilige Avionik 10a,b übermittelt werden, so dass diese auch außerhalb des Aktuators 12 zur Verfügung steht.Each of the
Die Netzanschlüsse 14a,b sind hier jeweils als einzige Steckkontakte 44a,b ausgeführt. Die Steckkontakte 44a,b stellen die einzigen elektrischen Anschlüsse des Aktuators 12 dar. Der Aktuator 12 weist also keine sonstigen drahtgebundenen oder drahtlosen elektrischen Schnittstellen auf.The
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- Fahrzeugvehicle
- 4a,b4a,b
- BordnetzOn-board network
- 6a,b6a,b
- LeistungsversorgungPower supply
- 8a,b8a,b
- Powerline-KommunikationseinheitPowerline communication unit
- 10a,b10a,b
- AvionikAvionics
- 1212
- AktuatorActuator
- 14a,b14a,b
- NetzanschlussMains connection
- 1616
- Antriebdrive
- 1717
- Getriebetransmission
- 1818
- DrehachseRotation axis
- 2020
- AbtriebsteilOutput section
- 22a,b22a,b
- StatorteilStator part
- 24a,b24a,b
- VersorgungseingangSupply input
- 26a,b26a,b
- VersorgungseinheitSupply unit
- 28a,b28a,b
- VersorgungsausgangSupply output
- 3030
- Motorengine
- 3232
- Rotorrotor
- 34a,b34a,b
- StatorwicklungStator winding
- 36a,b36a,b
- LeistungsmodulPower module
- 38a,b38a,b
- KommunikationsmodulCommunication module
- 40a,b40a,b
- SteuermodulControl module
- 42a,b42a,b
- SensormodulSensor module
- 44a,b44a,b
- Steckkontakt Plug contact
- Aa,bAa,b
- ArbeitsleistungWork performance
- PLCa,bPLCa,b
- Powerline-KommunikationPowerline communication
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