DE2317754A1

DE2317754A1 - Anordnung zur ueberwachung und steuerung eines redundanten elektrohydraulischen stellantriebes

Info

Publication number: DE2317754A1
Application number: DE2317754A
Authority: DE
Inventors: Udo Linnenbecker; Eckhard Dipl Ing Renner
Original assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Current assignee: Vereinigte Flugtechnische Werke Fokker GmbH
Priority date: 1973-04-09
Filing date: 1973-04-09
Publication date: 1974-10-17
Also published as: GB1459516A; US3898916A; FR2224658A1

Description

72-B III-60 Bremen, den 23. März 1973

Vereinigte Flugtechnische Werke—Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung

Anordnung zur Überwachung und Steuerung eines redundanten elektrohydraulischen Stellantriebes

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung und Steuerung eines aus mehreren Einfachantriebeis bestehenden redundanten elektrohydraulischen Stellantri^js mit mindestens drei auf eine gemeinsame Last wirkenden Arbeitszylindern und «iner zu deren Überwachung vorgesehenen Vergleichseinrichtung, die bei Abweichungen ein Signal liefert, das bei kleinen Fehlern zur Ausregelung und bei großen Fehlern zur Abschaltung des fehlerhaften Arbeitszylinders dient.

Zur Steuerung von modernen Hochleistungsflugzeugen ist es bekannt, Stellantriebe mit großer Stellgenauigkeit zu benutzen. Hierzu gibt es Ausführungsformen einfacher und mehrfach !redundanter Stellantriebe, bei denen durch Servoventile gesteuerte Arbeitszylinder auf die jeweilige Last wirken. Pa Einfachantriebe wegea der im Flugzeugbau geforderten Ausfallsicherheit praktisch nicht verwendbar sind; ist GS üblich, eine Kombination aus mindestens zwei Einfachantrieben aufzubauen. Es sind Mehrfachantriebe bekannt, die aus zwei, drei oder auch vier Einfachantrieben aufgebaut sind und zwar sogenannte Duplex—, Triplex oder Quadraplex-Antriebe. Diese Mehrfachantriebe erfordern

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aber für jeden Einfachantrieb eine Überwachung der Stellgenauigkeit, was mit Hilfe einer Vergleichseinrichtung erfolgen kann.

Bei einer aus der Offenlegungsschrift 1 932 066 bekannten Stelleinrichtung, die als Duplex- bzw. Quadruplex-Antrieb aufgebaut ist, besteht die Vergleichseinrichtung aus Hilfszylindern, die vom Druck zweier Arbeitsräume eines Duplexantriebes beaufschlagt sind. Treten Druckunterschiede auf, so wird durch den Kolben des Hilfszylinders sowie die zugehörige Kolbenstange ein Potentiometer verstellt und ein elektrisches Signal gewonnen, das bei kleinen Unterschieden zur Ausregelung und bei großen Unterschieden zur Abschaltung des Duplex— Antriebes dient. Diese Art der Überwachung ist: sehr vorteilhaft, da' hierbei auf die sonst üblichen Analoga verzichtet werden kann. Die Stellanordnung nach dieser Offenlegungsschrift arbeitet dennoch nicht optimal, weil beim Auftreten eines Fehlers nicht nur der fehlerhafte, sondern auch ein fehlerfreier Einfachantrieb abgeschaltet wird. Das bedeutet, daß ein aus vier Einfacharttrieben aufgebauter Quadruplex—Antrieb bereits nach dem Auftreten eines zweiten Fehlers vollständig ausfällt. Dies ist aber unbefriedigend, denn dies erfordert bei einem im Einsatz befindlichen Flugzeug die Einschaltung der Notsteuerung, obwohl der abgeschaltete Quadruplex—Antrieb eigentlich noch zwei funktionsfähige Einfachantriebe enthält.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen aus mehreren Einfachantrieben aufgebauten und durch eine Veirgleichseinrichtung überwachten redundanten Stellantrieb vorzusehen, der noch bei zwei intakten Einfachantrieben voll funktionsfähig ist. Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Vergleichseinrichtung mindestens soviel druckabhängige Signalgeber wie Arbeitszylinder aufweist, die zur Erzeugung eines Ringvergleichs mit einander entsprechenden Arbeitsräumen zugeordneter Arbeitszylinder· verbunden sind.

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Mit Hilfe dieser Maßnahme ist es möglich, einen redundanten Stellantrieb aufzubauen, bei dem beim Auftreten eines Fehlers nur der Arbeitszylinder des fehlerhaften Einfachantriebes abgeschaltet wird. Diese Art der Abschaltung arbeitet so lange, wie mehr als zwei Ein— fachantriebe im Betrieb sind. Erst wenn ein Mehrfachantrieb durch Abschalten fehlerhafter Einfachantriebe auf einen Duplexantrieb verringert wurde, ist es beim Auftreten eines Fehlers nicht mehr möglich festzustellen, welcher der zwei Einfachantriebe fehlerhaft arbeitet. Für einen Quadruplex-Antrieb bedeutet dies, daß dieser Antrieb in der Lage ist, das Auftreten zweier Fehler abzudecken.

Es ist zweckmäßig, bei einem aus mehr als drei aufgebauten Stellantrieben weitere druckbeaufschlagte Signalgeber vorzusehen, die derart diagonal zur Überwachung im Ring nicht benachbarter Arbeitszylinder eingesetzt sind, daß der Ringvergleich noch bis zu drei fehlerfreien Arbeitszylindern aufrecht erhalten bleibt. Für* einen Quadruplex—Antrieb bedeutet dies, daß zwei weitere Signalgeber benötigt werden, die beim Ausfall eines Einfachantriebes über einen Diagonalzweig den Überwachungsring geschlossen halten.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Quadruplex— Antriebes

Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Quadruplex-Antriebes mit Lastdruckvergleidi

Figur 3 ein drittes AusführungsbeispieX eines Quadruplex— Stellantriebes mit Druckmeßdosen, als Signalgeber

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Figur 4 ^ein viertes Ausführungsbeispiel eines

Quadruplex-Stellantriebes

Figur 5 ei*¹ Schaltbild für eine Fehlerlogik und

Figur 6 eine Prinzipdarstellung für einen Überwachungsplan

Im ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 1 sind vier Arbeitszylinder 10, 11, 12, 13 eines Quadruplex-Antriebes dargestellt, deren Kolben 14, 15» l6, 17 auf einer gemeinsamen Kolbenstange 18 angeordnet sind. Jeder der Arbeitszylinder 10, 11, 12, I3 ist über entsprechende Verbindungen mit einem zugeordneten Servoventil 19» 20, 21, 22 verbunden,

über

denen jeweils/ein Abschaltventil 23» 24, 25, 26 hydraulische Flüssigkeit von getrennten Versorgungssystemen zugeführt wird. Zur Überwachung der Arbeitszylinder 10, 11, 12, 13 sind vier Signalgeber 27, 28, 29, 30-vorgesehen, die aus je einem Hilfszylinder 31 mit davon verstellbaren Potentiometern 32 bestehen. Die Arbeitsräume der Hilfszylinder 31 sind mit jeweils gleichen Arbeitsräumen zweier zugeordneter Arbeitszylinder verbunden. Auf diese Weise findet ein Ringvergleich statt, denn neben der Anordnung der Hilfszylinder zwischen benachbarten Arbeitszylindern ist auch ein Hilfszylinder zwischen dem Arbeitszylinder 10 und dem letzten Arbeitszylinder 13 vorgesehen. Die von den Potentiometern 32 erzeugten Signale sind einer Fehlerlogik 35 zugeführt, die bei Unterschieden entsprechende Signale abgibt. Bei kleinen Fehlern sind diese Signale je einem zur Steuerung der Servoventile 19 bis 22 vorgesehenen Summierver— stärker 36, 37, 38, 39 zugeleitet, die außerdem noch gleichwertige ^ingangssignale und Rückführsignale enthalten. Die Rückführsignale werden in einem Quadruplex-Potentiometer 40 erzeugt, das von der gemeinsamen Kolbenstange l8 verstellt wird. Treten große, nicht ausregelbare Fehler in den Arbeite zylindern 10 bis 13 auf, dann gibt die Fehlerlogik 35 weitere Signale ab, die den Abschaltventilen 23 bis 26 zur Unterbrechung der hydraulischen Versorgung zugeführt sind.

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Die von der Kolbenstange 18 ausgeführte Bewegung kann bei einem VTOL-Flugzeug direkt zur Steuerung von Steuerdüsen 41 benutzt werden. Zur Verstellung von Steuerflächen 44 ist im Ausführungsbeispiel zusätzlich ein Leistungsstellglied 43 benutzt worden, auf das die Kolbenstange 18 einwirkt, entsprechend gesteuert.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel nach Figur 2 sind jeweils zwei Arbeitszylinder 10, 11; 12, 13 hintereinander angeordnet und dann parallel geschaltet. Die Steuerung erfolgt wieder über ServoventiIe 19 bis 22, aber die Überwachung wird im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach Figur 1 mit anders aufgebauten Signalgebern 23 bis 26 durchgeführt. Diese Signalgeber bestehen aus jeweils einem Doppel— hilfszylinder 50, die ebenfalls auf ein verstellbares Potentiometer 32 einwirken. Die Arbeitsräume jedes getrennten Einzelsystems der Doppelhilfszylinder 50 sind mit den entsprechenden Arbeitsräumen der Arbeitszylinder 10 bis 13 verbunden, so daß bei der Überwachung ein echter Lastdruckvergleich zwischen jeweils zwei Arbeitszylindern stattfindet. Das Ausführungsbeispiel nach Figur 2 unterscheidet sich hinsichtlich von Ansteuerung und Versorgung nicht von dem nach Figur 1, so daß hierbei auf die Darstellung dieser Einzelheiten verzichtet wurde. Die Erzeugung der Rückführsignale erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel aber mit getrennten Potentiometern 51» 52, 53» 54» die an den jeweiligen Arbeitszylindern angebracht sind und von deren Kolbenstangen verstellt werden.

Auch beim dritten Ausführungsbeispiel nach Figur 3 sind jeweils zwei in Reihe liegende Arbeitszylinder 10, 11$ 12, 13 parallel geschaltet und auf die gleiche Weise wie bei den Ausführungsbeispilen nach Figur 1 und 2 gesteuert. Zur überwachung sind aber Druckmeßdosen 56» 57» 58» 59 vorgesehen, welche jeweils vom Lastdruck eines zugeordneten Arbeitszylinders 10 bis 13 beaufschlagt werden. Diese Druckneßdosen erzeugen ein dem jeweiligen Lastdruck entsprechendes Signal,

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das zum Vergleich mit den Signalen der anderen Druckmeßdosen der Fehlerlogik 35 zugeführt ist. Der Vergleich erfolgt hier im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen nach Figur 1 und 2 im elektrischen Teil der Anordnung. Die bei großen Fehlern von der Fehlerlogik 35 erzeugten Signale sind hierbei durch Pfeile angedeutet, welche zu den hier nicht näher dargestellten Abschaltventilen 23 bis 26 geleitet werden.

Beim vierten Ausführungsbeispiel nach Figur 4» das hinsichtlich der Steuerung dem nach Figur 2 gleicht, sind zur Überwachung zwei weitere Signalgeber 60, 61 vorgesehen. Mit diesen zwei zusätzlichen Signalgebern wird - wie in Figur 6 symbolisch dargestellt - der Ringvergleich durch zwei diagonale Überwachungswege ergänzt. Wenn zum Beispiel - wie schraffiert angedeutet - der* Arbeitszylinder 10 ausfallen sollte, dann fallen auch die gestrichelt dargestellte— Vergleichswege aus. Für die verbleibenden Arbeitszylinder 11, 12 13 wird aber der Ringvergleich durch einen Diagonalzweig aufrecht erhalten, so daß die Überwachung dieses Stellantriebes bis zum Auftreten eines zweiten Fehlers weiterhin optimal bleibt. An sich sind die Signalgeber 23, 24» 25, 2.6 auch zur Erkennung eines weiteren Fehlers hinreichend. Die logische Verschaltung für den zweiten Fehler ist dann derart, daß beim Ansprechen der Signalgeber 24 und 25 der Arbeitszylinder 12 als fehlerhaft erkannt wird. Spricht nur Signalgeber 24 an, so ist der Arbeitszylinder 11 fehlerhaft; spricht dagegen nur der Signalgeber 25 an, so ist der Arbeitszylinder 13 fehlerhaft (siehe Fehlerlogik). Der Diagonal vergleich mit den zusätzlichen Signalgebern 60 und 61 deckt somit einen Signalgeberausfall ab und hält den Ringvergleich für den Fall aufrecht, wo der Sollzustand immer einen konkreten Wert hat, wenn — wie gemäß Figur 1, und 4 - immer gleiche Kolbenseiten der Arbeitszylinder verglichen werden.

Für die Lastdruckabfrage gemäß Figur 3 ist der Ringvergleich durch Lastdruckgeber in gleicher Zahl wie Arbeitszylinder ausreichend.

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Die zur Erzeugung der Abschaltsignale notwendige Fehlerlogik 35 kann mit Hilfe bekannter Bausteine aufgebaut werden. Eine Fehler— logik, wie sie für das entsprechende Ausführungsbeispiel nach Figur Anwendung finden würde, ist zum Beispiel in Figur 5 dargestellt. Die Und-Gatter 62 bis 65 geben dann ein Abschaltsignal ab, wenn die Signale von den Signalgebern 27 bis 30 bzw. 60, 61 einen entsprechenden Schwellwert überschritten haben. Dieser Schwellwert kann zum Beispiel mit Hilfe schwellwertabhängiger Glieder 66, 67, 68, 69, 70, 71 voreingestellt werden. Mit Hilfe dieser Fehlerlogik läßt sich somit ein fehlerhafter Arbeitszylinder einwandfrei identifizieren und durch Ansteuerung des zugeordaeten Abschaltventils somit auch abschalten.

— Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

1.) J Anordnung zur überwachung und Steuerung eines aus mehreren V / Einfachantrieben bestehenden elektrohydrsulischen Stellantriebs mit mindestens drei auf eine gemeinsame Last wirkenden Arbeitszylindern und einer zu deren ÜberRnachung vorgesehenen Vergleichseinrichtung, die bei Abweichungen Signale liefert, welche bei kleinen Fehlern zur Ausregeluiag und bei großen Fehlern zur Abschaltung des fehlerhaften Arbeitszylinders dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver— gleichseinrichtung mindestens so viel drackabhängige Signalgeber (27, 28, 29, 30) wie Arbeitszylinder (lO, 11, 12, 13) aufweist, die zur Erzeugung eines Ringvez*,gleichs mit einander entsprechenden Arbeitsräumen zugeordneter* Arbeitszylinder verbunden sind.

2.) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem aus mehr als drei Einfachantrieben aufgebauten Stellantrieb weitere druckbeaufscshlagte Signalgeber (60, 61) vorgesehen sind, die derart diagonal zur überwachung im Ring nicht benachbarter Arbeitszylinder eingesetzt sind, daß der Ringvergleich noch bis zu drei f eSilerf reien Arbeitszylindern aufrecht erhalten bleibt.

3«) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch, gekennzeichnet, daß als Signalgeber (ZJ₉ 28, 29, 30) Hilfszylinder (31) mit von deren Kojben verstellbaren Potentiometern (32) vorgesehen sind und daß die zwei Arbeitsräume der Hilfszylinder (31) mit jeweils gleichen Arbeitsräumen zweier Arbeitszylinder verbunden sind.

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4.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber (27, 28, 29, 30) Doppelhilf szylinder (50) mit von deren gemeinsamer Kolbenstange verstellbaren Potentiometer (32) vorgesehen sind und daß jeweils die zu einem Kolben des Doppelhilfszylinders (50) gehörenden Arbeitsräume zur Erzielung eines Lastdruckver— gleiche mit den Arbeitsräumen eines Arbeitszylinders verbunden sind.

5·) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Signalgeber (27» 28, 29, 30) vom Druck der zwei Arbeitsräume eines Arbeitszylinders (10, 11, 12, 13) beaufschlagte Druckmeßdosen (56, 57 _f 58, 59) mit elektrischen Signalwandlern vorgesehen sind und daß die erzeugten elektrischen Signale zur Überwachung der Arbeitszylinder (10, 11, 12, 13) einer Fehlerlogik 35 zugeführt sind.

6.) Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Arbeitszylinder (lO, 11, 12, 13) der Einfaehantriebe eines vermehrfachten Stellantriebes durch getrennte hydraulische Systeme versorgt werden und daß bei einem Mehrfachantrieb, der mehr Einfachantriebe aufweist als im Flugzeug hydraulische Systeme vorgesehen sind, fehlende hydraulische Systeme durch elektromotorisch angetriebene Pumpen entsprechender Leistung ersetzt sind*

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