KR20100061946A - 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 비행제어(FBW: Fly-by-wire) 시스템에서 매우 중요한 조종입력장치의 변위센서 신뢰도를 높이기 위하여, 조종입력장치에 장착된 3개의 변위센서 중에 2개의 변위센서가 비행 중에 고장이 발생한 경우 정상적으로 작동하는 변위센서를 탐지하는 시스템에 관한 것이다.

보다 상세하게는 상기와 같이 변위센서가 고장시 자동비행모드로 전환되고 조종사가 적절히 조종입력을 하면 정상센서 탐지모듈에 의해 최대값과 최소값 및 중립값을 각각 비교하여 정상센서를 탐지하여 비행제어모듈을 자동비행모드에서 수동비행모드로 전환하여 안전한 비행을 가능하게 제안한 것이다.

이에 따라 전자식 비행제어 시스템에서 매우 중요한 조종입력장치의 신뢰도를 향상시켜 항공기의 비행 안전성을 향상시킬 수 있으며 상기와 같이 고장여부에 대한 대비가 가능함에따라 종전과 같이 RVDT 또는 LVDT 변위센서 대신 저가의 변위센서를 사용가능하여 비용절감의 효과가 기대된다.

전자식 비행제어(FBW:Fly-by-wire), 조종입력장치, 변위측정센서, 고장진단

Description

전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템{Fault Diagnosis Method for Healthy Sensor of Fly-By-Wire Control Input System}

도 1 은 본 발명의 조종간 및 변위 측정 시스템 예

도 2 는 본 발명의 조종간 입력 형태

도 3 은 본 발명의 순서도

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

1 : 조종간(륜) 2 : 조종입력장치 변위 측정 센서

3 : 비행조종컴퓨터 4 : 작동기

본 발명은 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치의 정상변위센서 탐지시스템에 관한 것으로서 보다 상세하게는 Voting 모듈을 통하여 3개의 변위센서값이 서로 달라 오류상황이 탐지되면 비상등으로 조종사에게 이상여부를 인지한 후 비행조종컴퓨터에 의해 자동비행모드로 전환되고 조종사가 적절히 조종입력을 가하면 정 상센서 탐지모듈을 통해 정상센서를 찾아 조종사가 안전하게 수동비행을 계속 할 수 있도록 하는 것이다.

즉 상기와 같이 비행 중에 정상비행여부를 지속적으로 판단하는 3개의 변위센서 중 2개의 변위센서에 고장이 발생하여 3개의 변위센서 신호 값이 모두 서로 다른 경우, 비행조종컴퓨터가 정상센서를 반 자동 방식으로 찾아내는 방법에 대한 것이다.

상기와 같이 실시되는 전자식 비행제어(FBW: Fly-by-wire) 시스템으로 설계된 항공기는 조종간과 러더페달과 같은 조종입력장치가 에일러론, 엘리베이터와 러더와 같은 조종면과 기계적 링키지를 통하여 직접 연결되어 있지 않고, 조종입력장치에 부착된 변위센서에서 출력되는 전기적 신호가 전선을 거쳐 비행조종컴퓨터로 전달된다.

이에 따라 비행조종컴퓨터는 상기 변위센서 신호를 이용하여 조종면에 연결된 작동기를 작동시켜 조종면을 조작한다.

일반적으로 FBW 항공기의 경우 조종입력장치 변위센서에 오류가 발생하면 항공기 조종이 불가능하기 때문에 안전사고에 대한 치명적 위험요소가 제기된다.

따라서 상기 FBW 항공기는 각 조종입력장치에 신뢰도가 높은 RVDT(rotary variable differential transformer)나 LVDT(The linear variable differential transformer)와 같은 고가의 변위센서를 3개씩 장착함으로써 변위센서 오류 문제의 발생할 확률을 크게 저감하는 것이다.

그러나 상기 변위센서는 자가진단 기능이 없기 때문에 3개의 센서 중 2개의 센서가 고장나는 경우 상기 3개의 센서 중 어느 센서가 정상센서인지 확인이 불가능하기 때문에 실질적인 조종이 불가능한 위험요소가 노출된다.

따라서 본 발명의 목적은 전자식 비행제어 시스템에서 매우 중요한 조종입력장치의 변위센서 신뢰도를 높이기 위하여, 조종입력장치에 장착된 3개의 변위센서 중에 2개의 변위센서가 비행 중에 고장이 발생한 경우 정상적으로 작동하는 변위센서를 탐지하는 시스템을 본 발명의 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은 상기 전자식 비행제어 시스템을 이용한 항공기의 조종입력장치에 장착된 3개의 변위센서 중에 2개의 센서가 고장시 조종사가 적절히 조종입력장치를 조작하여 비행조종컴퓨터가 정상센서를 찾아냄으로써 조종사가 조종입력장치를 이용하여 비행을 계속할 수 있도록 하는 것을 본 발명의 다른 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 변위센서 고장에 따라 자동비행모드로 전환하여 컴퓨터에 의해 비행을 유지하는 한편, 신속하게 조종사가 대응할 수 있도록 고장시 비상등이 점등되고 이에 따라 상기 조종사가 비상상황을 용이하게 감지할 수 있도록 구성된 것을 본 발명의 또 다른 목적으로 한다.

이하 본 발명의 구성요소를 설명하면 다음과 같다.

3개의 변위센서를 갖는 조종입력장치와, 상기 조종입력장치로부터 수신된 신호를 이용하여 작동기를 구동하는 비행제어모듈을 갖는 제어부가 포함된 비행제어 컴퓨터의 정상변위센서 탐지시스템에 있어서, 상기 제어부는 3개의 변위센서 신호로부터 가장 정확한 신호를 추출하는 voting모듈과; 상기 voting모듈이 2개 이상의 센서고장을 선언하는 경우 정상센서를 탐지하는 정상센서 탐지모듈과; 상기 조종입력장치 변위센서신호 또는 자동비행제어 알고리즘에 의해 작동기를 구동시키는 비행제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조종입력장치의 변위센서 고장시에 비행조종컴퓨터로 하여금 자동비행으로 수평비행을 유지하도록하고, 조종사가 미리 정한대로 조종입력장치를 조작하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 조종입력장치의 변위센서 출력신호와 미리 정해 놓은 조종입력신호를 비교하여 정상적으로 작동하는 센서를 찾는 것을 특징으로 한다.

이에 더하여 상기 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템을 실시하기 위하여 변위센서로부터 출력되는 3개의 데이터값을 산출하여 상기 데이터값이 모두 상이하되, 설정된 오차범위를 지속적으로 이탈하는 경우 상기 변위센서의 고장여부를 인식하여 조종입력장치에 비상등이 점등되는 고장여부 인식단계와; 상기 고장여부 인식에 따른 조종사의 조종간 또는 러더 페달 작동단계와; 상기 조종사의 기기조작에 의하여 센서 출력을 최대값으로 설정하여 일정시간동안 오차범위를 검색하되, 상기 오차범위보다 작으면 정상으로 판단하여 다음단계로 진행되는 최대값 비교단계와; 상기 조종사의 기기조작에 의하여 센서 출력을 최소값으로 설정하여 일정시간동안 오차범위를 검색하되, 상기 오차범위보다 작으면 정상으로 판단하여 다음단계로 진행되는 최소값 비교단계와; 상기 조종사의 기기조작에 의하여 센서 출력을 중립값으로 설정하여 일정시간동안 오차범위를 검색하되, 상기 오차범위보다 작으면 정상으로 판단하는 중립값 비교단계로 진행되어져 정상센서가 탐지시 비행제어모듈은 자동비행모드에서 다시 수동비행모드로 전환되어 조종사가 비행기를 조종하는 조종사의 비행기 조종단계가 순차적으로 실시되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면에 의하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 최종 시스템은 도 1에서 도시된 바와 같이 다중 변위센서가 장착된 조종입력장치와 비행조종컴퓨터, 작동기와 항공기 조종면으로 구성되며, 본 발명은 비행조종컴퓨터에서 수행하는 정상센서탐지 모듈을 구현하는 알고리즘으로 구성된다.

본 발명은 비행 중에 3개의 변위센서 중에 2개의 변위센서가 고장나서 3개의 변위센서 신호 값이 모두 서로 다른 경우, 정상센서를 반 자동 방식으로 찾아내는 방법에 대한 것이다.

즉 도 1에서와 같이 비행제어컴퓨터로 입력되는 조종입력장치의 변위센서 신호는 먼저 Voting 모듈을 거친다.

상기 Voting 모듈에서는 3개의 신호로부터 가장 정확하다고 판단되는 신호를 추출하여 비행제어모듈로 보내고 비행제어모듈은 필요한 조종면 변위값을 계산하여 작동기제어 모듈로 보낸다.

이에 따라 상기 작동기제어모듈 출력은 작동기를 구동시켜 조종면을 움직인다.

만약에 조종입력장치 3개의 변위센서 신호가 모두 서로 주어진 문턱값(Threshold)이상 일정시간동안 지속적으로 차이가 나면, Voting 모듈은 작동을 하지 못하고 3개 신호가 모두 다르다는 비상상태 신호를 비행제어모듈과 "정상센서 탐지 모듈"로 보내고 계기판에 조종입력장치 변위센서 고장을 나타내는 비상등을 점등시켜 조종사로 하여금 고장상황을 인지하도록 신호한다.

이와 동시에 비행제어모듈에 의해 자동비행(Autopilot) 모드로 전환되어 수평비행을 유지시키며, 고장 상황을 인지한 조종사가 컴퓨터에 입력된 형태로 조종간을 움직이면, 정상센서 탐지 모듈이 조종간의 움직임을 분석하여 정상센서를 탐지한다.

상기 정상센서 탐지 모듈이 정상센서를 탐지하는 과정은 아래와 같다.

1) 조종사는 조종입력장치에 비상등이 켜지면 해당되는 조종입력장치를 도 2와 같은 형태의 사전에 약속된 형태로 조종입력을 가한다.

이 때 조종사는 조종간 또는 러더 페달을 좌우 또는 앞뒤로 끝까지 움직여야 한다.

2) 정상센서 탐지모듈은 조종입력 구간을 최대 값, 최소 값, 중립 값의 3구역으로 나누어 각 센서출력과 비교하게 된다.

3) 각 센서 출력을 최대 변위 값과 비교하여 그 차이가 정해진 시간 이상 동안 미리 정한 문턱값(오차범위) 보다 작으면 다음 단계로 넘어간다.

4) 센서 출력을 최소 변위 값과 비교하여 그 차이가 정해진 시간 이상 동안 미리 정한 문턱값(오차범위) 보다 작으면 다음 단계로 넘어간다.

5) 센서 출력을 중립 값과 비교하여 이 차이가 정해진 시간 이상 동안 문턱값(오차범위)보다 작으면 이 센서를 정상센서로 인식한다.

이때 조종사가 조종입력장치를 정확히 중립위치에 놓기가 어렵기 때문에 오차범위인 문턱값을 크게 설정하는 것이 바람직하다.

6) 상기와 같이 주어진 기간 동안 정상센서가 선언되지 않으면 정상센서 탐지가 실패하며, 조종입력변위 측정 센서가 모두 고장으로 판단한다.

7) 그러나 이때 정상센서가 탐지되면, 비행제어모듈은 자동비행모드에서 수동모드로 전환되어 조종사가 비행기를 조종할 수 있도록 한다.

상기와 같은 스텝으로 구성되는 본 발명은 전자식 비행제어시스템 구성품 중에서 조종입력장치의 신뢰도 향상을 위한 다중화 관리 관련 기술로서, 기존 전자식 비행제어시스템의 경우 조종입력장치에 3개의 변위센서를 장착하여 Voting 알고리즘으로 처리한 신호를 사용함으로써 조종입력장치의 신뢰도를 높인다. Voting 알고리즘은 1개의 센서가 고장이 발생하는 경우에 효과적이지만 2개의 변위센서 고장이 발생하는 경우에는 신호처리가 불가능하기 때문에 더 이상 조종이 불가능해진다.

따라서 조종입력장치에 장착되는 변위센서로 신뢰도가 높은 고가의 RVDT 또는 LVDT 등을 사용한다.

RVDT(rotary variable differential transformer)는 각도 변위를 측정하는데 사용되는 전기적 변환장치 형태의 하나이다.

좀 더 상세히 설명하면 RVDT는 전자기적 트랜듀서가 있는데 이것은 교류(AC, alternating current) 출력 전압이 유입되고 입력 샤프트의 각도 변위에 따라 선형 적으로 변한다. 고정된 교류 전원을 가진 에너지인 경우 출력 신호는 선형적이 되는데 이 때 특정한 각도 변위 안에서 일어난다.

상기 RVDT는 브러쉬가 없고, 비접촉 방식기술로 장치를 오래 견디고 신뢰성을 갖는 무한 반복 센서 계통에 유용하다.

상기와 같은 성능을 위해서 확실한 위치를 얻는 성능이 있어야 하는 것으로서 대부분의 RVDT는 두개의 폴 로터로 감겨져있고 코팅으로 구성되며, 고정자는 네개의 슬롯으로 되어있는데 대칭으로 주회전자와 부회전자로 구성되는 것이다.

LVDT(The linear variable differential transformer)는 선형 거리 차이를 측정하는 전기적 변환기 형태를 말하는데 3개의 솔레노이드 코일이 튜브 주변에 위치하고 있다.

상기와 같이 위치한 코일 중 가운데 코일이 주된 것이고 나머지 두 개가 바깥에 위치하고 있다.

또한 실린더 형태의 자석 코어가 튜브 중심을 따라 이동하여 측정 대상의 위치값을 알려준다.

그러나 상기와 같이 성능이 우수한 고가의 변위센서를 사용함에도 불구하고 고장이 발생시 즉 상기 변위센서 고장에 따라 상기 변위센서로부터 고장신호를 비상등의 점등으로 신호받은 조종사는 상기 서술된 바와 같은 조종사의 조종기법을 통하여 위험상황을 대처할 수 있도록 실시되는 것이다.

즉 조종사가 조종입력구간을 최대값으로 설정하여 고장여부를 판단하는 최대값 검색단계와, 상기 조종입력구간을 최소값으로 설정하여 고장여부를 판단하는 최 소값 검색단계와, 상기 조종입력구간을 중립값으로 설정하여 고장여부를 판단하는 중립값 검색단계로 구성되어지되, 상기 중립값 검색단계에서는 조종사가 조종입력장치를 정확히 중립위치에 놓기 어렵기 때문에 상기 문턱값(오차범위)을 가능한 크게 설정하여 고장진단을 보다 용이하게 실시가능한 것이다.

도 3은 본 발명의 순서도를 도시한 것으로서 상기 도시된 것과 같은 순서에 의하여 변위센서로부터 voting모듈을 통하여 2개 이상의 센서고장 감지에 따른 대응작업이 진행되는 것이다.

상기와 같은 프로세서를 거쳐 정상센서로 인식하여 조종사가 안전하게 비행기를 조종할 수 있도록 구성되는 것이다.

이하 본 발명의 효과를 설명하면 다음과 같다.

비행중에 상기 제안된 변위센서 3개 중에 2개의 변위센서 고장에 따라 정상값을 찾지 못하는 경우에도 안전하게 비행을 유지가능한 효과가 제공된다.

이에 더하여 전자식 비행제어 시스템에서 매우 중요한 조종입력장치의 신뢰도를 향상시킴으로써 항공기의 비행 안전성을 향상시킬 뿐 아니라, 상기 제안된 고가의 RVDT 또는 LVDT 변위센서 대신 저가의 변위센서를 사용가능하여 개발단가의 절감효과가 기대된다.

또한, 조종입력장치의 센서 점검을 위한 별도의 장비가 필요하지 않아 또 다른 비용절감의 효과가 제공된다.

한편 본 발명은 그에 관한 최선의 구성상태를 열거하였으나 이에 국한되는 것은 아니며 이하 첨부되는 청구범위의 범주를 벗어나지 않고 실시될 수 있다면 이전까지 서술된 구성예의 변경을 고려해 볼 수 있음은 물론이다.

Claims (3)

1. 3개의 변위센서를 갖는 조종입력장치와, 상기 조종입력장치로부터 수신된 신호를 이용하여 작동기를 구동하는 비행제어모듈을 갖는 제어부가 포함된 비행제어컴퓨터의 정상변위센서 탐지시스템에 있어서,

   상기 제어부는 3개의 변위센서 신호로부터 가장 정확한 신호를 추출하는 voting모듈과;

   상기 voting모듈이 2개 이상의 센서고장을 선언하는 경우 정상센서를 탐지하는 정상센서 탐지모듈과;

   상기 조종입력장치 변위센서신호 또는 자동비행제어 알고리즘에 의해 작동기를 구동시키는 비행제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 조종입력장치의 변위센서 고장시에 비행조종컴퓨터로 하여금 자동비행으로 수평비행을 유지하도록하고, 조종사가 미리 정한대로 조종입력장치를 조작하는 것을 특징으로 하는 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 조종입력장치의 변위센서 출력신호와 미리 정해 놓은 조종입력신호를 비교하여 정상적으로 작동하는 센서를 찾는 것을 특징으로 하는 전자식 비행제어시스템용 조종입력장치 정상변위센서 탐지시스템.

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