CN108510618A - 一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法 - Google Patents

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郭靖
袁东东
周鸿杰
汪兴
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Abstract

本发明公开了一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，所述数据记录器的实现方法为采用发动机控制器和存储器实现数据记录器，由控制器和存储器通过SPI通信协议组成内部网络，控制器采集和识别发动机的关键数据信息，在记录激活条件满足时触发SPI通讯，将关键数据信息记录至存储器中。采用存储器作为记录媒介，实时的记录发动机控制器采集的外部信号数据、故障信息、事件信息等关键数据，并设计了基于CAN网络的通信将关键数据传输至地面辅助设备中，从而保证了发动机关键数据信息的记录、读取，提高发动机运转状态的分析效率，有利于售后阶段发动机故障的排查。

Description

一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法
技术领域
本发明涉及航空发动机控制***开发技术领域，具体涉及一种数据记录器的实现方法。
背景技术
发动机控制器作为发动机管理***的核心，其功能是采集外部信号，并将经过数学模型计算得到的控制指令发送至执行机构，控制发动机的稳定运行。因此采集、记录发动机外部信号数据和关键控制指令数据，是分析发动机运行状态、了解发动机外部传感器、执行器状态的关键。
大多数发动机控制器不具备记录功能，即仅将采集的外部信号数据作为计算的一部分，并未对其进行记录。如果需要实现记录功能，一般需安装外部专业设备。专业设备一般都比较昂贵，需要额外的防护和固定措施。
航空发动机因为航空行业的特殊性，对安装设备的重量有严格要求，并且设备的固定方式、安装位置的选取都要受到飞机布局的限制。因此发动机控制器具备数据记录的功能，对于航空发动机尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种航空控制器关键数据记录器实现方法，这种实现方法采用存储器作为记录媒介，实时的记录发动机控制器采集的外部信号数据、故障信息、事件信息等关键数据，并设计了基于CAN网络关键数据传输至地面辅助设备中，从而保证了发动机关键数据信息的记录、读取，提高发动机运转状态的分析效率，有利于售后阶段发动机故障的排查。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，所述数据记录器的实现方法为采用发动机控制器和存储器实现数据记录器，由控制器和存储器通过SPI通信协议组成内部网络，控制器采集和识别发动机的关键数据信息，在记录激活条件满足时触发SPI通讯，将关键数据信息记录至存储器中。
数据记录器还包括由控制器与地面辅助设备通过CAN通信组成外部网络，当飞机处于地面且发动机未运行时，利用地面辅助设备，通过CAN通讯协议，触发控制器中的处理器将记录于存储器中的关键数据上传至地面辅助设备中，地面辅助设备将接收到的关键数据经过处理后显示在界面中或保存至指定文件中。
所述关键数据包括运行数据、历史故障数据、历史事件数据，其中，所述运行数据是控制器采集地能反映发动机运行状态的关键信息数据，所述历史故障数据是控制器根据诊断算法诊断出发动机故障发生或修复的信息数据；所述历史时间数据是控制器根据飞机或发动机的操作事件的信息数据。
关键数据激活条件为：运行数据信息已固定频率进行记录；历史故障数据在发动机故障的状态发生变化时激活数据的记录；历史事件数据在事件发生时激活数据的记录。
当需要读取关键数据时，由地面辅助设备发起读取请求，控制器在接收到请求后进入读取关键数据状态，相应地面辅助设备发起的读取请求。
地面辅助设备读取关键数据过程包括：
(1)地面辅助设备发送数据读取会话切换服务命令标识，当控制器接收到此服务时，控制器工作状态会切换至数据读取状态，并回复正响应；
(2)关键数据的读取需要有访问权限，地面辅助设备发送合法的安全访问服务，解锁后续的读取操作；
(3)根据需求的操作类型，地面辅助设备发送不同子标识的服务，控制器根据接收到的子标识进行不同的操作。
当需求操作为读取历史运行数据、历史故障数据或历史事件数据的记录时，地面辅助设备和控制器的通讯如下交互：
地面辅助设备首先发送需求数据长度请求子标识；
控制器内部处理器与存储器通讯确认实际记录的数据长度，并通知地面辅助设备；
地面辅助设备接收到通知后，向控制器请求实际长度的运行数据；
控制器按记录的顺序依次向地面辅助设备发送运行数据。
当需求操作为清除记录时，地面辅助设备向控制器发送对应子标识的清除请求服务，控制器接收到请求后，控制存储器清除对应的数据区域，处理完成后通知地面辅助设备。
地面辅助设备操作完成后，发送复位服务请求，通知控制器退出数据读取状态，控制器接收到此服务后，从数据读取状态重新切换进入正常工作状态，整个读取控制流程结束。
地面辅助设备与内部网络的控制器之间通过CAN网络，以客户机-服务器的方式进行通讯。
本发明的优点在于：采用存储器作为记录媒介，实时的记录发动机控制器采集的外部信号数据、故障信息、事件信息等关键数据，并设计了基于CAN网络的采用ISO14229扩展服务协议将关键数据传输至地面辅助设备中，从而保证了发动机关键数据信息的记录、读取，提高发动机运转状态的分析效率，有利于售后阶段发动机故障的排查。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明关键数据记录器结构原理图；
图2为本发明关键数据记录器工作流程图；
图3为本发明关键数据读取控制流程图。
具体实施方式
下面对照附图，通过对最优实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
特征1：关键数据记录器的结构设计
本发明中关键数据记录器由两个网络组成：一个是控制器内部由处理器与存储器通过SPI通信协议组成内部网络，一个是由控制器与地面辅助设备通过CAN通信协议组成外部网络。在内部网络中，处理器采集和识别外部信号信息、诊断发动机及控制器故障、识别发动机发生的关键事件等关键数据信息，在记录激活条件满足时触发SPI通讯，将关键数据信息记录至存储器中。当飞机处于地面且发动机未运行时，地面人员可利用地面辅助设备，通过CAN通讯协议，触发控制器中的处理器将记录于存储器中的关键数据上传至地面辅助设备中，地面辅助设备将接收到的关键数据经过处理后显示在界面中或保存至指定文件中。
特征2：关键数据记录器工作策略
根据控制器采集数据的特性，将关键数据分为三个种类：种类1为“运行数据”，种类2为“历史故障”，种类3为“历史事件”。种类1“运行数据”是控制器采集地能反映发动机运行状态的关键信息，比如发动机转速、进气歧管压力、冷却液温度等信息，此类信息需以固定频率进行记录，具体的记录频率可与客户协调讨论。种类2“历史故障”是控制器根据诊断算法诊断出发动机故障发生或修复的信息，此类信息在发动机故障的状态发生变化时激活数据的记录。种类3“历史事件”是控制器根据飞机或发动机的操作事件的信息，比如飞机开始巡航、飞机着陆、发动机停机等，此类信息在事件发生时激活数据的记录。
特征3：关键数据读取控制流程
关键数据读取控制是地面辅助设备与控制器之间进行交互的过程和步骤。当需要读取出记录器中的关键数据时，由地面辅助设备发起读取请求，控制器在接收到请求后进入读取关键数据状态。为了控制流程的通用化、标准化和可扩展性，本发明在对IS014229协议中定义的服务进行了扩展，以实现整个读取控制流程，具体服务如表1所示。这种控制流程能够保证整个读取控制流程的稳定性，并通过校验手段保证关键数据的完整性。关键数据读取控制流程中服务作用描述如下：
√通过切换会话服务进入读取控制流程。
√通过安全访问服务提高***的安全性。
√通过不同子标识符实现读取不同类型关键数据的功能。
√通过请求服务控制可选择清除不同类型关键数据。
√通过复位服务结束读取控制流程。
表1关键数据读取服务列表
如图1所示，关键数据记录器主要由处理器、存储器和地面辅助设备组成。处理器和存储器存在于控制器内部，通过SPI通讯协议组成内部网络，用于记录关键数据信息。地面辅助设备存在于控制器外部，通过CAN通讯协议与控制器组成外部网络，用于读取关键数据信息，以便于专业人员分析飞机和发动机运行状态。
为了专业人员便于分析，根据控制器处理数据的特性，关键数据分为三类：运行数据、历史故障、历史事件。
运行数据以固定频率进行记录，频率和运行数据的选择根据客户需求进行配置。运行数据在发动机起动后激活记录，在发动机停止运行且飞机处于地面时停止记录。运行数据的存储格式如下表所示。
控制器实现了对发动机传感器、执行器的实时诊断。为了专业人员查阅发动机运行期间曾经发生的故障、快速解决故障，控制器记录检测到的故障状态。当控制器检测到故障发生或修复时，历史故障记录被激活。历史故障的存储格式如下表所示。
为了专业人员了解飞机和发动机运行期间曾经发生的操作、分析飞机和发动机出现的异常工况，控制器记录飞机和发动机发生的操作。操作类型的选择根据客户需求进行配置。当需求的操作发生时，历史事件记录被激活。历史事件的存储格式如下表所示。
存储器中按数据的种类，划分为六块，每两块对应一类数据，每类数据对应的两块功能分别为实时地址信息和记录的数据。为了加快访问数据记录，实时地址信息存储最新的数据记录位置。
控制器针对关键数据记录的工作流程如图2所示，控制器上电初始化之后进入运行状态，根据上述的数据种类对数据进行记录。当控制器接收到读取关键数据会话切换服务时，控制器进入读取关键数据状态，此时停止关键数据的记录，并且通过特定的服务与辅助设备交互数据记录。数据记录操作完成之后，控制器重新进入正常工作状态。
地面辅助设备和控制器间通讯媒介采用CAN网络，以客户机-服务器的方式进行通讯，即地面辅助设备发出需要动作的请求，控制器做出相应的响应。但地面辅助设备必须按照图3所示的读取控制流程向控制器发出请求命令，控制器才会响应地面辅助设备的请求命令。关键数据读取控制流程的步骤如下：
1.地面辅助设备发送命令标识为0x10 0x04的数据读取会话切换服务。当控制器接收到此服务时，控制器工作状态会切换至数据读取状态，并回复正响应。
2.关键数据的读取需要有访问权限，非法的读取请求不符合安全标准的要求，是不被允许的。因此地面辅助设备发送合法的安全访问服务，解锁后续的读取操作。
3.根据需求的操作类型，地面辅助设备发送不同子标识的0x31服务，控制器根据接收到的子标识进行不同的操作。
●当需求操作为读取历史运行数据的记录时，地面辅助设备和控制器的通讯如下交互：
地面辅助设备首先发送子标识0x0205需求数据长度请求。
控制器内部处理器与存储器通讯确认实际记录的数据长度，并通知地面辅助设备。
地面辅助设备接收到通知后，向控制器请求实际长度的运行数据。
控制器按记录的顺序依次向地面辅助设备发送运行数据。
●当需求操作为读取历史故障或历史事件的记录时，地面辅助设备和控制器的通讯交互顺序与读取历史运行数据类似。
●当需求操作为清除记录时，地面辅助设备向控制器发送对应子标识的清除请求服务。控制器接收到请求后，控制存储器清除对应的数据区域，处理完成后通知地面辅助设备。
4.地面辅助设备操作完成后，发送0x11复位服务，通知控制器退出数据读取状态。控制器接收到此服务后，从数据读取状态重新切换进入正常工作状态，整个读取控制流程结束。
显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：所述数据记录器的实现方法为采用嵌入在发动机控制器中的存储器实现数据记录器，由控制器和存储器通过SPI通信协议组成内部网络，控制器采集和识别发动机的关键数据信息，在记录激活条件满足时触发SPI通讯，将关键数据信息记录至存储器中。
2.如权利要求1所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：数据记录器还包括由控制器与地面辅助设备通过CAN通信组成外部网络，当飞机处于地面且发动机未运行时，利用地面辅助设备，通过CAN通讯协议，触发控制器中的处理器将记录于存储器中的关键数据上传至地面辅助设备中，地面辅助设备将接收到的关键数据经过处理后显示在界面中或保存至指定文件中。
3.如权利要求1所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：所述关键数据包括运行数据、历史故障数据、历史事件数据，其中，所述运行数据是控制器采集地能反映发动机运行状态的关键信息数据，所述历史故障数据是控制器根据诊断算法诊断出发动机故障发生或修复的信息数据；所述历史时间数据是控制器根据飞机或发动机的操作事件的信息数据。
4.如权利要求3所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：关键数据激活条件为：运行数据信息以固定频率进行记录；历史故障数据在发动机故障的状态发生变化时激活数据的记录；历史事件数据在事件发生时激活数据的记录。
5.如权利要求1-4任一所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：当需要读取关键数据时，由地面辅助设备发起读取请求，控制器在接收到请求后进入读取关键数据状态，相应地面辅助设备发起的读取请求。
6.如权利要求5所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：地面辅助设备读取关键数据过程包括：
(1)地面辅助设备发送数据读取会话切换服务命令标识，当控制器接收到此服务时，控制器工作状态会切换至数据读取状态，并回复正响应；
(2)关键数据的读取需要有访问权限，地面辅助设备发送合法的安全访问服务，解锁后续的读取操作；
(3)根据需求的操作类型，地面辅助设备发送不同子标识的服务，控制器根据接收到的子标识进行不同的操作。
7.如权利要求6所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：当需求操作为读取历史运行数据、历史故障数据或历史事件数据的记录时，地面辅助设备和控制器的通讯如下交互：
地面辅助设备首先发送需求数据长度请求子标识；
控制器内部处理器与存储器通讯确认实际记录的数据长度，并通知地面辅助设备；
地面辅助设备接收到通知后，向控制器请求实际长度的运行数据；
控制器按记录的顺序依次向地面辅助设备发送运行数据。
8.如权利要求6所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：当需求操作为清除记录时，地面辅助设备向控制器发送对应子标识的清除请求服务，控制器接收到请求后，控制存储器清除对应的数据区域，处理完成后通知地面辅助设备。
9.如权利要求5所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：地面辅助设备操作完成后，发送复位服务请求，通知控制器退出数据读取状态，控制器接收到此服务后，从数据读取状态重新切换进入正常工作状态，整个读取控制流程结束。
10.如权利要求2所述的一种用于航空控制器的数据记录器的实现方法，其特征在于：地面辅助设备与内部网络的控制器之间通过CAN网络，以客户机-服务器的方式进行通讯。
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