FR2992122A1 - Dispositif de conversion securise de commandes numeriques en signaux analogiques de puissance pour aeronef - Google Patents
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Abstract
L'invention porte sur un dispositif de conversion sécurisé (10) pour un aéronef muni d'un calculateur numérique (11) et d'un actionneur analogique (12), ledit dispositif étant apte à convertir des commandes numériques discrètes (14, 15) fournies par le calculateur en signaux analogiques de puissance (16) transmis à l'actionneur analogique et permettant de piloter ledit actionneur, caractérisé en ce que le dispositif comprend un module de sécurisation (23, 24), permettant d'identifier des incohérences des commandes numériques discrètes, et d'interrompre la transmission des signaux analogiques de puissance vers l'actionneur analogique, lorsqu'une incohérence des commandes numériques discrètes est identifiée. Le dispositif comprend aussi un module de détection (26), permettant de déterminer des niveaux de puissance des signaux analogiques de puissance. Le dispositif également un module de surveillance (28), permettant de détecter des anomalies de niveaux d'alimentation électrique de composants du dispositif.
Description
Dispositif de conversion sécurisé de commandes numériques en signaux analogiques de puissance pour aéronef La présente invention appartient au domaine de la sécurisation des dispositifs de conversion de commandes numériques en commande analogique de puissance. Plus précisément, elle porte sur un dispositif de conversion sécurisé pour un aéronef apte à convertir des commandes numériques discrètes émises par un calculateur en signal analogique de puissance pour le pilotage d'un actionneur analogique de l'aéronef. Les aéronefs de dernière génération sont en général équipés de commande de vol électriques pilotés par un calculateur numérique. En particulier, les gouvernes et leurs compensateurs, ou trim en anglais, sont commandés par un calculateur numérique, généralement appelé suite avionique, au moyen de commandes de vol électriques transmises aux actionneurs de ces gouvernes et compensateurs. Il est possible d'adapter pendant la durée d'exploitation commerciale d'un modèle d'aéronef le calculateur, pour s'adapter à des évolutions de législation ou simplement améliorer les performances en vol de l'aéronef. En revanche, les aéronefs de plus ancienne génération, équipés d'actionneurs analogiques pilotés par des calculateurs analogiques, sont plus difficiles à moderniser. Remplacer les commandes de vol existantes par des commandes de vol électriques, qui permettrait de mettre en oeuvre un calculateur numérique de dernière génération, est souvent difficile et très coûteux. Le problème se pose donc de l'obsolescence des calculateurs de commandes analogiques. En particulier pour les systèmes de pilotage automatique de gouverne ou de trim, on souhaite adapter les actionneurs analogiques existants à des calculateurs numériques de dernière génération. Ces calculateurs numériques ne sont en général pas conçues pour s'adapter à des actionneurs nécessitant une commande analogique de puissance. Il est donc désirable de disposer d'interface rendant compatible des calculateurs numériques de dernière génération et des actionneurs analogiques de plus ancienne génération. Les fonctions de commandes de vol étant généralement critiques, le dispositif de couplage doit permettre d'assurer l'intégrité de la commande, pour assurer un niveau de sécurisation élevée, conforme aux exigences réglementaires en vigueur. Bien sur, le dispositif doit aussi présenter un encombrement et une masse faibles pour pouvoir être facilement adapté sur des aéronefs existants. L'idée générale de la présente invention consiste à mettre en oeuvre un dispositif de conversion, simple, non programmable, assurant la conversion sécurisée de commandes discrètes standardisées en provenance d'un calculateur numérique en 5 commande de puissance analogique adaptée aux actionneurs analogiques de la suite avionique à moderniser. Cette mise en oeuvre permet d'isoler d'une part un ensemble programmable évolutif, le calculateur numérique, et d'autre part un dispositif de conversion sécurisée simple, facilement certifiable, adapté aux spécificités du modèle aéronef considéré. Ce type de 10 dispositif de conversion est particulièrement adapté pour la mise en oeuvre de fonctions de pilotage automatique de gouverne ou de trim. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de conversion sécurisé pour un aéronef muni d'un calculateur numérique et d'un actionneur 15 analogique, ledit dispositif étant apte à convertir des commandes numériques discrètes fournies par le calculateur en signaux analogiques de puissance transmis à l'actionneur analogique et permettant de piloter ledit actionneur. Le dispositif comprend un module de sécurisation, permettant d'identifier des incohérences des commandes numériques discrètes, et d'interrompre la 20 transmission des signaux analogiques de puissance vers l'actionneur analogique, lorsqu'une incohérence des commandes numériques discrètes est identifiée. L'invention porte aussi sur un aéronef comprenant au moins un calculateur, au moins un actionneur analogique, et un dispositif de 25 conversion sécurisé ayant les caractéristiques précédemment décrites, pour convertir des commandes numériques discrètes fournies par le calculateur en signaux analogiques de puissance transmis à l'actionneur analogique. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages 30 apparaîtront à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation privilégié de l'invention décrit sur la figure 1. La figure 1 représente l'architecture fonctionnelle d'un dispositif de conversion sécurisé pour un aéronef selon l'invention. Le dispositif de 35 conversion sécurisé 10 assure l'interface entre au moins un calculateur numérique 11 et au moins un actionneur analogique 12. On pense par exemple à un actionneur de trim d'une gouverne de lacet, de tangage ou de roulis, pour lequel ou souhaite ajouter un mode de pilotage automatique non disponible dans le calculateur analogique de première génération. L'aéronef comprend par ailleurs un réseau électrique de bord 13 qui alimente le dispositif de conversion 10 et permet de délivrer une puissance nécessaire au pilotage de l'actionneur analogique 12. Le calculateur numérique 11 fournit des commandes numériques discrètes 14 et 15, par exemple des consignes de commande de trim, au dispositif de conversion 10. Ces commandes numériques discrètes 14 et 15 sont converties en signaux analogiques de puissance 16 transmis à l'actionneur analogique 12. Le dispositif de conversion comprend plusieurs modules selon l'architecture représentée sur la figure 1. Comme précédemment indiqué, le dispositif de conversion 10 est réalisé au moyen de composants logiques simples et de composants de puissance standards ; il ne comprend pas de composant programmable, plus complexe à mettre en oeuvre et à certifier. Un premier module 20 assure l'acquisition des commandes numériques discrètes 14 et 15, et transmet ces commandes à un second 20 module 21 qui assure la synchronisation de changements d'état des commandes sur une horloge interne 22. Le dispositif 10 comprend aussi un module 23, dit module de sécurisation synchrone, qui vérifie la cohérence des commandes synchronisées transmises par le module 21 de synchronisation. Ce module 25 permet par conception de comparer plusieurs commandes numériques, par exemple 14 et 15, pour s'assurer de la cohérence de la requête du calculateur 11 vers l'actionneur analogique 12. A titre d'exemple pour un actionneur de trim, la commande numérique 14 est un discret pulsé de commande vers la droite, la commande numérique 15 est un discret pulsé de 30 commande vers la gauche, le module 23 s'assure alors qu'il n'y a pas émission simultanée des commande vers la droite et vers la gauche. Autrement dit, le module 23 de sécurisation synchrone permet d'identifier des incohérences entre les commandes numériques discrètes 14 et 15, synchronisées au moyen de l'horloge interne 22 du dispositif 10. Dans 35 le cas ou une incohérence est identifiée, le module 23 permet d'interrompre 2 992 122 4 la transmission des signaux analogiques de puissance 16 vers l'actionneur analogique. Dans une mise en oeuvre possible de l'invention, l'actionneur étant un moteur à courant continu, l'interruption de la transmission du signal de puissance entraine l'arrêt du moteur. 5 Le dispositif 10 comprend également un module 24, dit module de sécurisation asynchrone, dont le rôle est d'interrompre la commande de puissance vers l'actionneur analogique 12 lorsque toutes les commandes numériques provenant du calculateur 11 sont inactives. On parle alors de passivation asynchrone, l'interruption de commande de puissance 10 indépendamment de l'horloge interne 22 dont une défaillance peut mettre en défaut les commandes numériques synchronisées précedemment décrites. Ainsi, le module 24 de sécurisation asynchrone permet d'identifier une incohérence lorsque l'ensemble des commandes numériques discrètes sont inactives, et le cas échéant, d'interrompre la transmission des signaux 15 analogiques de puissance 16 vers l'actionneur analogique. Les modules 23 de sécurisation synchrone et 24 de sécurisation asynchrone forment ensemble un module de sécurisation. Ce module de sécurisation a pour but de bloquer des commandes non intègres. Autrement dit, le dispositif 10 comprend un module de sécurisation, permettant, d'identifier des incohérences des commandes numériques discrètes 14 et 15, et d'interrompre la transmission des signaux analogiques de puissance 16 vers l'actionneur analogique 12, lorsqu'une incohérence des commandes numériques discrètes 14 et 15 est identifiée. Le dispositif 10 comprend également un module de conversion 25 apte à convertir les commandes numériques discrètes 14 et 15 fournies par le calculateur 12 en signaux analogiques de puissance 16 transmis à l'actionneur analogique 12 et permettant de piloter ledit actionneur 12. Par conception, le module de conversion 25 est adapté à l'actionneur analogique 12 qu'il doit piloter. Par exemple dans le cas où l'actionneur 12 est un moteur à courant continu, le module de conversion comprend une structure électronique de type pont en H, permettant de contrôler l'alimentation en puissance électrique transmise au moteur. Un pont en H incluant un temps mort au changement de sens de commande pourra avantageusement être mis en oeuvre.
Un module 26 de détection comprend des moyens pour déterminer des niveaux de puissance des signaux analogiques de puissance 16, et pour transmettre ces niveaux de puissance au calculateur 11. Comme représenté sur la figure 1, ce module fournit au calculateur 11 une relecture des signaux 5 de puissance indépendante des commandes numériques discrètes. Ces niveaux de puissance sont transmis au calculateur 11 pour permettre d'établir un diagnostique de fonctionnement du dispositif 10. Avantageusement, le calculateur 11 comprend des moyens de diagnostique qui permettent d'analyser ces niveaux de puissance en regard des 10 commandes numériques qu'il a émis. Lorsqu'une défaillance est détectée, le calculateur 11 peut directement commander l'arrêt de l'actionneur analogique 12 par l'intermédiaire d'un dispositif de sécurité indépendant 27. Le dispositif 10 comprend enfin un module de surveillance 28 comprenant des moyens pour d'une part surveiller des niveaux 15 d'alimentation, interne et externe, par le réseau électrique 13, et d'autre part surveiller la régularité de l'horloge interne 22. Les éventuelles anomalies sont transmises par le module de surveillance 28 au calculateur 11 pour permettre d'établir un diagnostique de fonctionnement du dispositif. Ainsi, le module de surveillance 28 comprend des moyens pour détecter des anomalies de 20 niveaux d'alimentation électrique de composants du dispositif 10. Avantageusement, il permet aussi de détecter une anomalie de régularité de l'horloge interne 22. Les moyens de diagnostique du calculateur 11 permettent d'analyser ces anomalies et le cas échéant, de commander l'arrêt de l'actionneur analogique 12 indépendamment du dispositif 10 par 25 l'intermédiaire du dispositif de sécurité indépendant 27. Le dispositif 10 ainsi configurés dispose de trois niveaux de sécurité, réalisé par trois modules indépendants : le module de sécurisation 23 et 24, le module de détection 26 et le module de surveillance 28. Cette mise en oeuvre du dispositif de conversion sécurisé 10 est particulièrement bénéfique 30 car elle permet de garantir un niveau de sécurité élevé, au moyen d'un dispositif simple, peu encombrant et peu coûteux, constitué de composants logiques simples et de composants de puissance standards. Par ce dispositif, il devient possible d'utiliser un calculateur numérique de dernière génération, disposant de système de pilotage performant et certifié, sur un aéronef de plus ancienne génération, pour le pilotage d'actionneurs analogiques. L'invention porte aussi sur un aéronef comprenant au moins un calculateur numérique 11, au moins un actionneur analogique 12 et un dispositif de conversion sécurisée 10 ayant les caractéristiques précédemment décrites ; le dispositif de conversion 10 permettant de convertir des commandes numériques 14 et 15 fournies par le calculateur 11 en signaux analogiques de puissance 16 transmis à l'actionneur analogique 12. Avantageusement, le calculateur numérique 11 comprend un module de diagnostique du dispositif de conversion sécurisé 10, basé sur les niveaux de puissance des signaux analogiques de puissance 16 transmis par le module de détection 26 du dispositif de conversion 10, et sur les anomalies transmises par le module de surveillance 28 du dispositif de conversion 10. Ce module logiciel de diagnostique est spécifique à l'actionneur analogique 12 et au dispositif de conversion 10. Dans le cas où le module de diagnostique du calculateur détecte une défaillance du dispositif de conversion 11, il peut commander l'arrêt de l'actionneur par l'intermédiaire du dispositif de sécurité indépendant 27. Le calculateur numérique 11, le dispositif de conversion sécurisé 10 et le dispositif de sécurité indépendant 27 ainsi configurés forme un système sécurisé passif après panne, généralement appelé par l'expression anglo-saxonne fail/passive. Selon cette terminologie bien connue de l'homme du métier, une sécurisation de type fail/passive permet, lorsqu'une erreur est détectée, d'interrompre l'action du système avant que celle-ci ne produise son effet. Par exemple dans le cas d'un système de pilotage automatique d'un aéronef, une sécurisation fail/passive ne génère en cas de panne aucune action sur les gouvernes de l'aéronef, le pilote reprend le contrôle de l'aéronef lorsqu'une panne est détectée. Avantageusement, l'actionneur analogique 12 est un actionneur de trim, et plus particulièrement un actionneur de trim de l'axe de lacet. Le calculateur numérique 11 comprend un système de pilotage automatique de l'axe de lacet, intégrant un pilotage automatique simultané de l'actionneur de la gouverne de lacet et de l'actionneur de trim de l'axe de lacet.
La mise en oeuvre d'un dispositif de conversion et d'un aéronef selon l'invention est particulièrement avantageuse car elle ne nécessite pas de modification des actionneurs existants. Elle permet d'ajouter des fonctionnalités récentes, présentes sur un calculateur numérique de dernière génération, à un aéronef de génération précédente. L'invention permet de standardiser le calculateur numérique en isolant les spécificités matérielles dans un composant séparé. Le composant présente en outre l'avantage, par sa conception, d'être de dimension et de masse limitée ; il est donc facilement adaptable sur différents types d'aéronefs. La consommation électrique de la partie signal est relativement faible, le coût d'un tel composant est aussi relativement contenu. Surtout, la certification est fortement facilitée par la conception d'un composant non programmable intégrant plusieurs niveaux de sécurisation. Cette invention est particulièrement adaptée pour la commande d'actionneur de trim, par exemple pour des aéronefs de transport régional.
Claims (10)
- REVENDICATIONS1. Dispositif de conversion sécurisé (10) pour un aéronef muni d'un calculateur numérique (11) et d'un actionneur analogique (12), ledit dispositif (10) étant apte à convertir des commandes numériques discrètes (14, 15) fournies par le calculateur (11) en signaux analogiques de puissance (16) transmis à l'actionneur analogique (12) et permettant de piloter ledit actionneur (12), caractérisé en ce que le dispositif (10) comprend un module de sécurisation (23, 24), permettant : - d'identifier des incohérences des commandes numériques discrètes (14, 15), - d'interrompre la transmission des signaux analogiques de puissance (16) vers l'actionneur analogique (12), lorsqu'une incohérence des commandes numériques discrètes (14, 15) est identifiée.
- 2. Dispositif de conversion sécurisé selon la revendication 1, 15 caractérisé en ce que le module de sécurisation comprend : - un premier module (23) de sécurisation synchrone, comprenant des moyens pour identifier des incohérences entre les commandes numériques discrètes (14, 15), synchronisées au moyen d'une horloge interne (22) du dispositif de conversion sécurisé (10), 20 - un second module (24) de sécurisation asynchrone, comprenant des moyens pour identifier une incohérence lorsque l'ensemble des commandes numériques discrètes (14, 15) sont inactives ; les incohérences identifiées par chacun des deux modules, synchrone (23) et asynchrone (24) entrainant l'interruption de la transmission des signaux 25 analogiques de puissance (16) vers l'actionneur analogique (12).
- 3. Dispositif de conversion sécurisé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un module de détection (26), permettant de déterminer des niveaux de puissance des signaux 30 analogiques de puissance (16); lesdits niveaux de puissance étant transmis au calculateur (11) pour permettre d'établir un diagnostique de fonctionnement du dispositif de conversion sécurisé (10).
- 4. Dispositif de conversion sécurisé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un module de surveillance (28), permettant de détecter des anomalies de niveaux d'alimentation électrique de composants du dispositif de conversion sécurisé (10); ledites anomalies étant transmises au calculateur (11) pour permettre d'établir un diagnostique du fonctionnement du dispositif de conversion sécurisé (10).
- 5. Dispositif de conversion sécurisé selon les revendications 2 et 4, caractérisé en ce que le module de surveillance (28) comprend des moyens 10 pour détecter une anomalie de régularité de l'horloge interne (22).
- 6. Aéronef comprenant au moins un calculateur (11) et au moins un actionneur analogique (12) caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de conversion sécurisé (10) selon l'une des revendications précédentes, pour 15 convertir des commandes numériques discrètes (14, 15) fournies par le calculateur (11) en signaux analogiques de puissance (16) transmis à l'actionneur analogique (12).
- 7. Aéronef selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend 20 un dispositif de conversion sécurisé (10) selon les revendications 3 et 4, ou, 3 et 5, et en ce que le calculateur (11) comprend un module de diagnostique du dispositif de conversion sécurisé (10), basé sur les niveaux de puissance des signaux analogiques de puissance (16) transmis par le module de détection (26) du dispositif de conversion sécurisé (10), et sur les anomalies 25 transmises par le module de surveillance (28) du dispositif de conversion sécurisé (10), permettant de détecter un fonctionnement défaillant du dispositif de conversion sécurisé (10).
- 8. Aéronef selon la revendication 7, caractérisé en ce que le 30 calculateur (11) commande l'arrêt de l'actionneur analogique (12) par l'intermédiaire d'un dispositif de sécurité indépendant (27), lorsqu'il détecte un fonctionnement défaillant du dispositif de conversion sécurisé (10).
- 9. Aéronef selon l'une des revendications 6 à 8, dans lequel 35 l'actionneur analogique (12) est un actionneur de trim.
- 10. Aéronef selon la revendication 9, dans lequel le calculateur (11) héberge un système de pilotage automatique de l'actionneur de trim.5
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