JP6216183B2 - 航空機に搭載される制御システム、および航空機 - Google Patents

航空機に搭載される制御システム、および航空機 Download PDF

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Description

本発明は、航空機の例えばエンジンを制御する制御システム、およびコンピュータプログラムに関する。
航空機のエンジンは、FADEC(Full Authority Digital Engine Control)と呼ばれる制御コンピュータにより制御される。
FADECは、エンジンを安全、燃費の観点から最適な性能が得られるように制御する。
FADECは、内蔵するプログラムに基づいて、各種センサから受け取った検出信号を用いて演算を行い、エンジンや周辺装置を動作させるための指令を出す。一方で、FADECは、制御システムが備えるセンサに異常が生じると、異常を検知する。異常の検知方法は、例えば特許文献1に記載されている。
特表2012−510585号公報
FADECは、センサの異常を検知すると、当該センサに異常が検知されたことを示す異常検知フラグをメモリに書き込む。このフラグを参照すれば、異常が検知されたセンサからの検出信号を制御に用いることを避けられる。
しかしながら、エンジンが停止されると、従来のFADECは、プログラムを除いて、メモリ内容を全て消去する。このときに異常検知フラグも消去されてしまう。また、FADECの電源が切られることによってメモリへの通電が断たれた場合も、異常検知情報が消去されてしまう。
そのため、異常フラグを制御の信頼性向上のために活用することができない。
本発明は、航空機が備えるエンジン等の装置の制御システムにおいて、制御の信頼性を向上させることを目的とする。
航空機のエンジンを制御する本発明の制御システムは、制御演算を行う演算処理部、および、制御に用いられる機器に発生した異常が演算処理部により検知されたことを示す異常検知情報を記憶する記憶装置を有する制御コンピュータを備える。この制御コンピュータはFADEC(Full Authority Digital Engine Control)であり、異常検知情報は、エンジンが停止されても消去されずに継続して記憶装置に記憶される。そして、FADECは、記憶装置に記憶される異常検知情報を参照することにより、制御に用いられる機器のうち、異常が検知されていない機器のみを使用してエンジンを制御するように構成されることを特徴とする。
異常検知情報は、制御システムが備えるFADECで実行されるプログラムにより、記憶装置に継続して記憶させることができる。
本発明では、エンジンが停止されても異常検知情報が記憶装置に継続的に記憶されるので、異常検知情報を参照することにより、異常が検知された信頼性の低い機器を制御に用いることを避けられる。そして、異常が検知されていない機器のみを使用してエンジンを制御することができるので、エンジン制御の信頼性を向上させることができる。
本発明の制御システムにおいて、記憶装置は、揮発性を有し、異常検知情報は、エンジンが停止されても、FADECの電源がオンである限り、消去されずに記憶装置に保存されることが好ましい。
本発明では、記憶装置が不揮発性でなくても、エンジン停止時にFADECの電源がオンである限り、記憶内容をクリアせず異常検知情報を記憶装置に保存する。
そうすると、前回のエンジン稼動終了時までに異常が検知された機器について、次回のエンジン始動時以降に、再度、異常が検知されるのを待つことなく、異常検知情報に基づいて、異常が検知された機器を把握することができる。そして、異常が検知されていない機器のみを使用してエンジンを制御することができる。
本発明の制御システムでは、記憶装置は、不揮発性を有し、異常検知情報は、FADECの電源オフに伴って記憶装置への通電が断たれても消去されずに継続して記憶されることが好ましい。
そうすると、FADECの電源を投入して起動させてから、前回のFADEC稼動終了時までに異常が検知された機器について、次回のFADEC始動時以降に、再度、異常が検知されるのを待つことなく、異常検知情報に基づいて、異常が検知された機器を把握することができる。そして、異常が検知されていない機器のみを使用してエンジンを制御することができる。
異常検知された機器の修理や交換などの整備は、異常検知情報に基づいて行うことができるが、機器の整備をFADECの電源がオンの状態で行うことが難しい場合がある。
その場合は、記憶装置を不揮発性のものとし、FADECの電源を投入した際に前回のFADEC稼動終了時までに異常が検知された機器の異常検知情報を引き継ぐことが、制御の信頼性を向上させる上で有効である。
本発明の制御システムは、制御演算に検出信号が用いられる機器としてのセンサと、制御演算の結果に基づいて動作される機器としてのアクチュエータと、を備えるように構成することができる。この場合、センサおよびアクチュエータの少なくとも一方についての異常検知情報を記憶装置に記憶させることができる。
本発明によれば、航空機に搭載される制御システムの信頼性を向上させることができる。
本発明の第1実施形態に係る航空機に搭載されるFADECの概略構成を示すブロック図である。 FADECが備えるセンサおよびアクチュエータを示す模式図である。 本発明の第2実施形態に係る航空機に搭載されるFADECの概略構成を示すブロック図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明に係る実施形態について説明する。
〔第1実施形態〕
図1に示すエンジン制御システム10は、航空機のエンジン11の制御に用いられる。
エンジン制御システム10は、電気系統12および油圧系統13と、これら電気系統12および油圧系統13を介してエンジン11を電子的に制御する制御コンピュータであるFADEC30とを備える。
FADEC30は、エンジン11に関して始動、加速、定常、減速、停止といった動作モードを有しており、パイロットがエンジン11のスロットルレバー17を操作して動作モードを選択すると、安全や燃費の観点で最適な性能が得られるようにエンジン11を制御する。
FADEC30は、航空機が備える複数のエンジン11の各々を制御するように構成される。
FADEC30は、フライトに際して電源が投入されることで起動される。電源投入は、電源スイッチ15の操作などにより行える。FADEC30の電源投入に伴ってエンジン制御システム10の各部が起動される。
エンジン11は、FADEC30に接続される始動スイッチ16を操作することで始動される。FADEC30は、エンジン11を制御しながら、フライト終了まで稼働される。FADEC30の電源をオフとすると、エンジン制御システム10の全体が稼働停止する。
FADEC30は、エンジン11の周辺装置として、図示しない点火装置および燃料制御装置制御する。これらの装置とエンジン11が、電気系統12および油圧系統13により動作される。
電気系統12は、各種のセンサおよび各種のアクチュエータを備える。
油圧系統13も、各種のアクチュエータおよび各種のセンサを備える。
これらのセンサおよびアクチュエータは、エンジン11の運転状況に応じて選択的に用いられる。
電気系統12または油圧系統13に属する各種のセンサ20およびアクチュエータ21を図2に示す。電気系統12および油圧系統13の各々は、冗長性を持たせるために、第1系統25および第2系統26という二つの同じ系統を二重に備えており、センサ20およびアクチュエータ21は、第1系統25および第2系統26の各々に設けられる。
エンジン11の回転数を検出するセンサ20、エンジン11の各部の温度を検出するセンサ20、燃料計量弁の開度を検出するセンサ20、などが、第1系統25および第2系統26の各々に設けられる。
また、エンジン11の燃料計量弁を開閉させるアクチュエータ21、エンジン11の静翼を駆動するアクチュエータ21なども、第1系統25および第2系統26の各々に設けられる。
上記に挙げたセンサ20およびアクチュエータ21は一例であり、多数のセンサ20およびアクチュエータ21が存在する。
第1系統25および第2系統26の各々に設けられるセンサ20は、構造および機能が同じであり、両者が正常な場合は、相互に代替可能とされる。これらの2つのセンサ20には、異なるID(Identifier)が与えられる。
2つのセンサ20のうちの一方あるいは両方の検出信号が、FADEC30により取得され、制御演算に用いられる。
また、第1系統25および第2系統26の各々に設けられるアクチュエータ21も、構造および機能が同じであり、両者が正常な場合は、相互に代替可能とされる。これらの2つのアクチュエータ21にも、異なるID(Identifier)が与えられる。
2つのアクチュエータ21のうちの一方が、FADEC30による演算結果に基づいて動作する。
FADEC30は、入出力部31と、データを記憶する記憶部(Memory)32と、CPU(Central Processing Unit)などで構成された演算処理部33とを備えており、ECU(Engine Control Unit)とも呼ばれる。
FADEC30は、さらに、エンジン11の制御状況、動作モード、操作コマンドなどを表示するための信号を出力する出力装置と、操作コマンドを選択するための入力装置とを備える。これら出力装置および入力装置の図示は省略する。
入出力部31は、航空機の操縦や運行を制御する図示しない基幹システムとの間で通信を行う。また、センサ20による検出信号や、スロットルレバー17の位置信号を受け付け、また、アクチュエータ21用の駆動回路へと制御信号を出力する。
記憶部32は、RAM(Random Access Memory)等の揮発性の記憶装置である第1記憶部321と、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性の記憶装置であるROM320とを備える。
第1記憶部321は、ROM320から読み込まれるエンジン制御用ソフトウェアとしてのコンピュータプログラム(以下、プログラムという)およびそのプログラムで用いるデータ、演算に用いるセンサ20の値などを記憶する。
第1記憶部321は通電される間のみデータを記憶するのが一般的である。ここにはFADEC30の起動時にROM320から読み込んだプログラムや、プログラム作動の結果演算される計算値のほか、センサ20またはアクチュエータ21に異常が検知されたことを示す異常検知情報、その他のデータが記憶される。
これに対して、ROM320は、不揮発性であるため、FADEC30の電源オフに伴って通電が断たれても、データを記憶し続ける。
ROM320は、FADEC30の起動時の初期化に必要なデータや、プログラム等を出荷前から記憶する。
演算処理部33は、プログラムに基づいて動作する。
演算処理部33は、基幹システムから通知されるエンジン動作状況、電気系統12のセンサ20からの検出信号、電気系統12を通じて得られる油圧系統13のセンサ20からの検出信号、およびスロットルレバー17の位置信号などに基づいて演算を行う。そして、演算結果に基づいて電気系統12および油圧系統13の各種のアクチュエータ21を動作させるための制御信号を出す。制御信号は、アクチュエータ用駆動回路に送られ、その駆動回路によってアクチュエータ21が駆動される。アクチュエータ用駆動回路は電気系統12またはFADEC30に設けられる。
演算処理部33は、センサ20からの検出信号を用いて演算を行い、演算結果に基づいて、アクチュエータ21を動作させるための制御信号を出す。
演算処理部33は、プログラムに基づいて、故障などに起因するセンサ20やアクチュエータ21の異常を検知する。
演算処理部33は、センサ20またはアクチュエータ21の異常を検知すると、必要に応じて、メッセージを表示するための信号を出力する。
そして、演算処理部33は、異常が検知されたセンサ20またはアクチュエータ21についての異常検知情報を第1記憶部321に記憶させる。
異常検知情報は、異常が検知されたセンサ20またはアクチュエータ21を特定できるように、センサ20やアクチュエータ21に対応付けて構成される。本実施形態の異常検知情報には、異常が検知されたセンサ20またはアクチュエータ21のIDが含まれる。IDの他に、異常が検知された日時等が含まれていてもよい。異常検知情報は任意に構成することができる。
演算処理部33がセンサ20やアクチュエータ21の異常を検知する方法は任意である。例えば、外気温データに関し、機体に設けた複数の外気温センサにより検出された値の平均値を演算しているとする。このような場合に、複数の外気温センサのうちのあるセンサの検出値が他のセンサの検出値に対して閾値を超えていれば、閾値を超える値が検出されたセンサに異常が生じたものと扱うことができる。
演算処理部33は、センサ20またはアクチュエータ21の異常が検知される度に、異常検知情報を第1記憶部321に記憶させる。異常検知情報は、第1記憶部321に蓄積される。
演算処理部33は、センサ20の検出信号を制御に用いようとするとき、プログラムに基づいて、第1記憶部321の異常検知情報を参照する。そして、当該センサ20に与えられたIDを含む異常検知情報が存在するかどうかを確認する。IDは、二重化されたセンサ20,20に別個に与えられるので、それらのセンサ20,20の両方のIDについて確認する。
第1記憶部321に、確認対象のIDの異常検知情報が存在すれば、そのIDが与えられたセンサ20の検出信号を制御演算には用いずに、正常なもう一方のセンサ20の検出信号を制御演算に用いる。
両方のセンサ20,20について異常が検知され、それぞれのIDを含む異常検知情報が存在する場合は、それら両方のセンサ20,20のいずれの検出信号も制御に用いない。
もし、多数のセンサ20において、二重化されたものの両方に異常が検知された場合は、デフォルトの設定値を使ってエンジン11の運転を継続させることができる。それでもエンジン11の運転を継続させることが難しい状況となれば、メッセージ表示や警告音などを通じてパイロットにエンジン11の停止を促す。エンジン11を停止しても、残りのエンジン11により飛行を継続できる。
アクチュエータ21の異常が検知された場合も、センサ20の場合と同様に処理する。
演算処理部33は、演算結果に基づいてアクチュエータ21を動作させようとするとき、プログラムに基づいて、第1記憶部321の異常検知情報を参照する。そして、当該アクチュエータ21に与えられたIDを含む異常検知情報が存在するかどうか、二重化されたアクチュエータ21,21の両方のIDについて確認する。
第1記憶部321に、確認対象のIDの異常検知情報が存在すれば、そのIDが与えられたアクチュエータ21を動作させずに、正常なもう一方のアクチュエータ21を動作させ、両方のアクチュエータ21,21について異常が検知され、それぞれのIDを含む異常検知情報が存在する場合は、それら両方のアクチュエータ21,21のいずれも動作させない。
多数のアクチュエータ21において、二重化されたものの両方に異常が検知された場合も、センサ20の場合と同様に処理することができる。
また、異常検知情報は、一般にROM320よりも読み出し速度が速い第1記憶部321に記憶される。これにより、演算処理を高速化し、制御の応答性を向上させることができる。
異常検知情報は、エンジン11の運転、停止とは関係なく、第1記憶部321に継続的に記憶される、始動スイッチ16をオフした際も第1記憶部321から消去(リセット)されない。異常検知情報と同様、第1記憶部321に読み込まれたプログラム、各種計算値も始動スイッチ16をオフした際に第1記憶部321から消去されない。
したがって、始動スイッチ16をオフにしてパイロットが能動的にエンジン11を停止させたり、例えば、エンジン11内に暴風雨が吹き込んだためにエンジン11が停止したとしても、異常検知情報が第1記憶部321から消去されることはない。
すなわち、エンジン11の停止時にFADEC30の電源がオンである限り、記憶内容をクリアせず異常検知情報を第1記憶部321に保存する。
そうすると、前回のエンジン運転終了時までに異常が検知されたセンサ20やアクチュエータ21を、次回のエンジン始動時以降に、再度、異常が検知されるのを待つことなく、第1記憶部321の異常検知情報に基づいて演算処理部33が知ることとなる。
本実施形態によれば、センサ20またはアクチュエータ21に異常が検知されると、以後は、異常検知情報に基づいて、異常が検知されたセンサ20またはアクチュエータ21を使うことなく、信頼性を有するセンサ20およびアクチュエータ21のみを使用してエンジン11を制御することができる。
これにより、エンジン11の制御が暴走したり、エンジンが故障した場合に故障の検出が遅れたり、エンジン11の突然の機能喪失を起こすおそれがない、安定した確実なエンジン制御を行うことができる。
上述のように、第1記憶部に記憶された異常検知情報が、エンジン11の停止時に消去されなければ、FADEC30が通電する間は、異常検知情報に基づいて、信頼性が低いセンサやアクチュエータを使用することを避けられるので、制御の信頼性を向上させる本発明の目的を遂げられる。
センサ20やアクチュエータ21の整備は、FADEC30の電源を切らずに、異常検知情報を記憶する第1記憶部321を通電状態としたまま、異常検知情報に基づいて行うことができる。
本実施形態によれば、エンジン11が停止されたときに第1記憶部321のデータが消去されないために、エンジン11を迅速に再始動させることができるので、安定飛行に寄与できる。
ところで、第1記憶部321に異常検知情報が記憶されていると、エンジン11の始動時に、プログラムに基づいて異常検知情報を参照し、異常検知情報に基づいて始動可能か否かが判断される場合には、エンジン11を再始動できない可能性がある。しかし、複数あるエンジン11のうち、一部のエンジン11を欠いても、残りのエンジン11により飛行を継続可能であるため、本実施形態では、エンジン11を確実に再始動するために異常検知情報を消去することを推奨しない。本実施形態は、エンジン11を不確実に再始動することよりも、異常が検知されていないセンサ20およびアクチュエータ21のみを用いて信頼性の高い制御を行うことを重視する。
〔第2実施形態〕
次に、図3を参照し、本発明の第2実施形態について説明する。
第2実施形態は、異常検知情報を揮発性の第1記憶部321に記憶させるのではなく、不揮発性の第2記憶部322に記憶させる点が第1実施形態とは相違し、その他の点は第1実施形態と同様である。第1実施形態と同じ構成には同じ符号を付している。
FADEC30は、ROM320と、揮発性の第1記憶部321と、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性の記憶装置である第2記憶部322とを備える。
第2記憶部322としては、フラッシュメモリ、FeRAM(強誘電体メモリ)、PRAM(登録商標)(相変化メモリ)、RRAM(登録商標)(抵抗メモリ)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の半導体メモリや、ハードディスク等の磁気記憶装置、および光ディスクなど、記憶方式を問わず、通電が断たれてもデータを保持する記憶装置を広く用いることができる。
第2記憶部322は不揮発性であるため、ここに記憶される異常検知情報は、FADEC30の電源オフに伴って第2記憶部322への通電が断たれても消去されることなく、第2記憶部322に継続的に記憶される。
異常検知情報は、プログラムに用意された異常検知情報の消去コマンドを実行しない限り、消去されない。
したがって、次のフライトの際にFADEC30を起動すると、第2記憶部322の異常検知情報に基づいて起動当初から、異常が検知されたセンサ20やアクチュエータ21を演算処理部33が知ることとなる。
つまり、FADEC30の電源を投入して起動させてから、以前のフライトまでに異常が検知されたセンサ20やアクチュエータ21について再度、異常が検知されるのを待つことなく、第2記憶部322の異常検知情報に基づいて、異常が検知されたセンサ20やアクチュエータ21を把握することができる。
そのため、異常検知情報を参照することにより、異常が検知された信頼性の低いセンサ20やアクチュエータ21を制御に用いることを避けられる。そして、異常が検知されていないセンサ20およびアクチュエータ21のみを使用してエンジン11を制御することができるので、エンジン制御の信頼性を向上させることができる。
異常検知情報は、異常が検知されたセンサ20またはアクチュエータ21を異常検知情報に基づいて整備した後、FADEC30の入力装置を操作することにより、あるいは、FADEC30に接続した整備用のコンピュータを操作することによって消去することができる。
異常検知情報を第2記憶部322から消去する前に、整備用のコンピュータによって異常検知情報を読み出し、整備用コンピュータの不揮発性のメモリに異常検知情報の履歴として保存することもできる。
上記各実施形態において、センサ20およびアクチュエータ21のいずれか一方のみについて、異常検知情報を記憶することもできる。
また、異常検知情報を記憶する機器として、センサ20およびアクチュエータ21以外の機器も対象とすることができる。
記憶装置には、センサ20やアクチュエータ21の異常検知情報に加えて、エンジン11の制御や制御品質の向上のために利用したい他の情報を継続的に記憶させることもできる。
例えば、実行されたFADEC30の制御コマンドを記憶装置に蓄積しておけば、記憶装置のデータ内容を解析することにより、制御品質向上に役立てることができる。
上記実施形態に示したエンジン制御システム10の構成は、一例に過ぎず、種々の改変が許容される。
また、本発明は、FADEC30を備えるエンジン制御システム10の他にも、航空機が備える装置(制御対象)を制御しながら、制御に用いるセンサ等の機器について異常検知情報を記憶する制御システムに適用することができる。
その制御システムは、制御対象に応じて種々の形態に構成することができ、油圧系統の一部または全部がない場合もありうる。
その制御システムにおいて、異常検知情報を記憶する記憶装置に不揮発性のものを使用することにより、記憶装置への通電が断たれたときに異常検知情報が消去されない。そのため、異常検知情報を参照することにより、異常が検知されたセンサ等の機器を制御に用いることを避けることができる。
また、不揮発性の記憶装置を使用しない場合でも、制御対象が作動停止時に制御コンピュータの電源がオンで、かつメモリをリセットしていなければ、次回の制御対象の作動時に、異常が検知されたセンサ等の機器を制御に用いることを避けることができる。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。
10 エンジン制御システム
11 エンジン
12 電気系統
13 油圧系統
15 電源スイッチ
16 始動スイッチ
17 スロットルレバー
20 センサ(機器)
21 アクチュエータ(機器)
25 第1系統
26 第2系統
30 FADEC(制御コンピュータ)
31 入出力部
32 記憶部
33 演算処理部
320 ROM
321 第1記憶部
322 第2記憶部

Claims (6)

  1. 航空機のエンジンを制御する制御システムであって、
    制御演算を行う演算処理部、および、制御に用いられる機器に発生した異常が前記演算処理部により検知されたことを示す異常検知情報を記憶する記憶装置を有する制御コンピュータを備え、
    前記制御コンピュータはFADEC(Full Authority Digital Engine Control)であり、
    前記異常検知情報は、前記エンジンが停止されても消去されずに継続して前記記憶装置に記憶されるとともに
    前記FADECは、前記記憶装置に記憶される前記異常検知情報を参照することにより、前記機器のうち、異常が検知されていない機器のみを使用して前記エンジンを制御するように構成される、
    ことを特徴とする制御システム。
  2. 前記記憶装置は、揮発性を有し、
    前記異常検知情報は、前記エンジンが停止されても、前記FADECの電源がオンである限り、消去されずに前記記憶装置に保存される、
    請求項1に記載の制御システム。
  3. 前記記憶装置は、不揮発性を有し、
    前記異常検知情報は、前記FADECの電源オフに伴って前記記憶装置への通電が断たれても消去されずに継続して記憶される、
    ことを特徴とする請求項1に記載の制御システム。
  4. 前記制御演算に検出信号が用いられる前記機器としてのセンサと、
    前記制御演算の結果に基づいて動作される前記機器としてのアクチュエータと、を備え、
    前記センサおよび前記アクチュエータの少なくとも一方についての前記異常検知情報が前記記憶装置に記憶される、
    ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の制御システム。
  5. 前記FADECは入出力部をさらに備え、
    前記入出力部は、前記航空機の操縦や運行を制御する基幹システムとの間で通信を行うように構成される、
    ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の制御システム。
  6. 請求項1から5のいずれか一項に記載の制御システムを備える、
    ことを特徴とする航空機。
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