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SYSTEME DE COMMANDE DE VOL ET AÉRONEF LE COMPORTANT
La présente invention concerne les systèmes de commande de vol
(Flight Control Systems) présents dans les aéronefs.
Ces systèmes de commande de vol sont à l'interface entre les
organes de pilotage (manche, palonnier, etc.) et les diverses surfaces de vol
mobiles de l'aéronef (tels que les gouvernes de direction, de profondeur, les
ailerons, les stabilisateurs, etc.).
Les avions de ligne modernes possèdent des systèmes de
commande de vol de type fly by wire dans lesquels les actions mécaniques
sur les organes de pilotage sont converties en des signaux transmis à des
actionneurs commandant le déplacement des surfaces de vol, ces ordres étant
transmis aux actionneurs par des calculateurs évolués.
Ces ordres sont calculés selon plusieurs types de lois. L'une de ces
lois, appelée loi normale, est une loi de pilotage assistée qui retraite les
consignes de pilotage fournies par les organes de pilotage pour optimiser les
conditions de pilotage (confort des passagers, stabilisation de l'avion,
protection
du domaine de vol, etc.). Une autre loi, dite loi directe, est une loi qui ne
fait que
retranscrire les instructions de déplacement de l'avion transmises par les
commandes de vol électriques sans retraitement de ces signaux visant à
améliorer les performances de pilotage.
On connaît déjà, comme illustré sur la figure 1, un système de
commande de vol 1 comportant un module de commande 2 présentant deux
ensembles de calculateurs 4 et 5 afin de déterminer les ordres de commande à
transmettre à des actionneurs 3.
L'ensemble 4 comporte deux calculateurs 4-1 et 4-2 en mesure de
calculer la commande des actionneurs 3 établie selon les lois de commande
normale et directe (ces calculateurs sont appelés calculateurs primaires) et
un
calculateur 4-3 uniquement en mesure de calculer cette commande établie
selon la loi directe (ce calculateur est appelé calculateur secondaire).
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L'ensemble 5 comporte un calculateur primaire 5-1 et deux
calculateurs secondaires 5-2 et 5-3.
Tous ces calculateurs sont installés en baie avionique et
communiquent avec les actionneurs via des liaisons directes point à point
analogiques.
Les actionneurs sont reliés à un ou deux calculateurs, avec dans le
cas de deux calculateurs une architecture maître/attente , le calculateur
maître s'assure de la validité du signal de commande transmis à l'actionneur
ce
qui assure l'intégrité du dispositif. Lorsque le calculateur maître tombe en
panne, le calculateur en attente prend le relais ce qui assure qu'un
calculateur est toujours disponible.
Pour s'assurer de la validité de son ordre, chaque calculateur
présente une structure à double unité de calculs (il s'agit de calculateurs
double-voie encore appelés calculateurs duplex ), non illustrée sur la
figure 1.
La première unité est une unité de commande (COM) qui met en
oeuvre les traitements nécessaires à la réalisation des fonctions du
calculateur,
à savoir déterminer un signal de commande vers un actionneur.
La seconde unité est une unité de surveillance ou de monitorage
(MON) qui effectue de son côté les mêmes types d'opérations, les valeurs
obtenues par chaque unité étant ensuite comparées et, s'il y a un écart qui
dépasse le seuil de tolérance autorisé, le calculateur est automatiquement
désactivé. Il devient alors inopérant et est déclaré en panne pour qu'un autre
calculateur puisse s'y substituer pour mettre en oeuvre les fonctions
délaissées
par ce calculateur en panne.
Chaque calculateur est ainsi prévu pour détecter ses propres pannes
et inhiber les sorties correspondantes tout en signalant son état.
Le matériel des calculateurs primaires et secondaires est différent de
façon à minimiser les risques de défaillance simultanée de l'ensemble des
calculateurs (dissimilarité matérielle).
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De plus, le matériel des deux voies (COM et MON) de chaque
calculateur est identique mais pour des raisons de sécurité, les logiciels de
ces
deux voies sont différents de façon à assurer une dissimilarité logicielle.
L'invention vise à fournir un système de commande de vol qui
présente une architecture modifiée par rapport à celle de l'art antérieure
décrite
ci-dessus, à la fois moins coûteuse en ressources matérielles et logicielles
tout
en répondant aux mêmes exigences de sécurité et de disponibilité que le
système de l'art antérieur.
A cet effet, l'invention propose un système de commande de vol pour
aéronef, dans lequel des ordres de commande sont transmis entre un module
de commande de vol et au moins un actionneur d'une surface de vol mobile, le
module de commande de vol comportant au moins un premier et un deuxième
calculateur, chaque calculateur étant adapté à calculer, pour chaque
actionneur, un ordre de commande établi selon au moins une loi de commande
prédéterminée de la surface de vol commandée par l'actionneur.
Conformément à l'invention, le système proposé est remarquable en
ce que chaque actionneur comporte au moins deux unités logiques adaptées à
recevoir des ordres en provenance de tous les calculateurs, chaque unité
logique étant adaptée à :
- comparer entre eux les ordres reçus, et choisir en fonction du
résultat de la comparaison, selon une logique de choix prédéterminée
commune à tous les actionneurs, un calculateur, dit calculateur maître, dont
l'ordre de commande est validé pour exécution par l'actionneur considéré ; et
- transmettre, à destination de l'ensemble des calculateurs, une
information de choix de calculateur maître ;
et en ce que chaque calculateur est adapté à s'autodéterminer
comme étant un calculateur maître ou sinon comme étant un calculateur dit
esclave, à partir des informations de choix de calculateur maître reçues de
l'ensemble des actionneurs, un seul calculateur maître parmi l'ensemble des
calculateurs étant finalement déterminé.
La mise en oeuvre, dans chacune des unités logiques de chaque
actionneur, de la même logique de choix d'un calculateur maître, associée à
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l'utilisation de calculateurs capables de s'autodéterminer comme calculateur
maître ou esclave à partir des informations de choix transmises par les
actionneurs, permet d'aboutir au choix d'un calculateur maître unique pour
l'ensemble des actionneurs.
Par ailleurs, dans le système selon l'invention, la comparaison des
ordres des calculateurs ne s'effectuant plus au niveau de ces calculateurs
mais
au niveau de chaque actionneur, chaque actionneur est ainsi en mesure de
déterminer par lui-même, à partir des ordres calculateurs qui lui sont
transmis,
l'action à exécuter sur la surface mobile de vol (en pratique, l'amplitude de
déplacement de cette surface), c'est-à-dire celle correspondant à l'ordre de
commande du calculateur choisi comme maître.
Chaque actionneur est ainsi également en mesure, grâce aux unités
logiques qu'il comporte, de déterminer sur quels ordres se baser pour définir
l'action à exécuter et de rejeter les ordres dont la comparaison avec les
autres
ordres montrent qu'ils présentent une anomalie.
Selon une caractéristique particulière de l'invention, chaque
calculateur comporte des moyens de vérification adaptés à vérifier, pour
chaque actionneur, la cohérence des informations de choix de calculateur
maître obtenues respectivement de chacune des unités logiques de l'actionneur
considéré, et si lesdites informations ne sont pas cohérentes, à ignorer ces
informations.
Ainsi, si les unités logiques associées à un actionneur choisissent
des calculateurs maîtres différents - ce qui indique un dysfonctionnement
probable de l'actionneur - les informations de choix transmises par cet
actionneur ne sont pas prises en compte par les calculateurs pour
s'autodéterminer comme maître ou esclave.
Selon une autre caractéristique de l'invention, si le choix du
calculateur maître effectué par chaque unité logique d'un actionneur donné est
le même, l'ordre de commande du calculateur maître choisi est exécuté par
l'actionneur, sinon l'actionneur est désactivé.
La détermination de l'action à exécuter étant ainsi déportée au
niveau de l'actionneur, ceci permet également de réaliser des calculateurs
plus
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simples et moins coûteux tout en offrant une plus grande flexibilité pour
l'agencement du système. Ceci permet en particulier de s'affranchir des
architectures COM/MON et maître/attente de l'art antérieur, ce qui
minimise significativement le nombre total de calculateurs, tout en conservant
5 un haut niveau de sécurité.
Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque calculateur
comporte une chaîne de contrôle comprenant au moins un intégrateur, chaque
calculateur étant adapté, lorsqu'il s'est autodéterminé comme étant un
calculateur esclave, à synchroniser l'intégrateur de sa chaine de contrôle sur
celui du calculateur maître finalement déterminé.
En synchronisant automatiquement, selon l'invention, les
intégrateurs des calculateurs esclaves sur ceux du calculateur maître unique,
on remédie ainsi à la divergence possible des intégrateurs des calculateurs
esclaves. En effet, les boucles d'asservissement, incluant les intégrateurs,
du
calculateur maître sont stables puisque les ordres sont appliqués par les
actionneurs et l'avion répond physiquement à l'asservissement ; en revanche,
les ordres générés par les calculateurs esclaves n'étant pas appliqués leurs
intégrateurs peuvent diverger.
Par ailleurs, la caractéristique selon laquelle un seul calculateur
maître est finalement choisi associée à la caractéristique selon laquelle les
autres calculateurs (esclaves) se synchronisent automatiquement sur l'unique
calculateur maître, confère davantage de simplicité à l'invention par rapport
à
l'art antérieur, tout en préservant un haut niveau de sécurité.
Selon des caractéristiques optionnelles de l'invention
- les unités logiques de chaque actionneur sont également adaptées,
pour chaque calculateur, à renvoyer ou non un message de défaillance du
calculateur, en fonction du résultat de la comparaison des ordres.
- le système comporte une pluralité d'actionneurs et chaque
calculateur est adapté à se désactiver lorsqu'il reçoit des messages de
défaillance en provenance d'un nombre d'actionneurs supérieur à un nombre
prédéterminé.
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Les actionneurs étant en mesure de comparer les ordres des
calculateurs entre eux, ils sont capables de détecter quels calculateurs sont
défaillants et de leur renvoyer un message pour les en informer.
Dans le système selon l'invention, les fonctions remplies par l'unité
MON des calculateurs à structure duplex de l'art antérieur sont ainsi mises en
oeuvre par les actionneurs conjointement avec les autres calculateurs grâce à
quoi il est rendu possible d'utiliser des calculateurs qui ne présentent
qu'une
seule voie (calculateurs dits simplex , c'est-à-dire dépourvus de
processeurs
redondants) au lieu de deux (calculateurs duplex ).
Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention :
- chaque comparaison d'ordres effectuée par une unité logique
d'actionneur porte sur des ordres provenant de calculateurs calculant leur
ordre
de commande selon un programme différent ;
- d'autre part, les unités logiques de chaque actionneur sont
également adaptées, lorsque tous les calculateurs encore opérationnels
calculent l'ordre de commande selon un même programme, à envoyer une
requête en reconfiguration logicielle vers l'un des calculateurs encore
opérationnels pour qu'il fonctionne selon un programme différent de celui des
autres calculateurs encore opérationnels.
Ainsi, d'une part, la prise en compte de la dissimilarité logicielle des
calculateurs pour la comparaison des ordres permet d'augmenter la fiabilité du
système, et d'autre part, la reconfiguration logicielle permet de maximiser
l'utilisation de chaque calculateur, ce qui contribue à minimiser le nombre
total
de calculateurs tout en conservant, pour une même loi de commande une
dissimilarité logicielle entre calculateurs.
Selon encore d'autres caractéristiques de réalisation de l'invention
- chaque actionneur comporte une unité de commande et une unité
de surveillance de l'unité de commande ;
- chaque unité est reliée au premier calculateur et au deuxième
calculateur ; et/ou
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l'une des unités est uniquement reliée au premier calculateur et
l'autre unité est uniquement reliée au deuxième calculateur, les unités de
commande et de surveillance étant également reliées entre elles.
La mise en relation des unités de commande et de surveillance des
actionneurs avec les ensembles de calculateurs peut ainsi s'opérer directement
ou indirectement (par l'intermédiaire de l'autre unité).
L'invention vise également selon un deuxième aspect un aéronef
équipé d'un système de commande de vol tel qu'exposé ci-dessus.
L'exposé de l'invention sera maintenant poursuivi par la description
détaillée d'un exemple de réalisation, donnée ci-après à titre illustratif
mais non
limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un système de
commande de vol selon l'art antérieur décrit précédemment ;
- la figure 2 est une vue schématique d'un système de commande
de vol selon l'invention ;
- la figure 3 est une vue détaillant le réseau de communication
permettant le transfert d'information des ensembles de calculateurs que
comportent le système selon l'invention vers les actionneurs de ce système ;
- la figure 4 est une vue similaire à la figure 3 mais pour une
variante du réseau de communication ; et
- la figure 5 illustre de manière schématique le principe de la
synchronisation de la voie MON sur la voie COM dans un calculateur selon une
architecture COM/MON de l'art antérieur.
Un système de commande de vol 11, selon un mode de réalisation
de l'invention illustré sur la figure 2, présente un module de commande 12
pour transmettre des ordres à une pluralité d'actionneurs 13.
Le module de commande 12 comporte six calculateurs simplex
(ils ne présentent qu'une seule voie et un seul processeur de calcul) répartis
en
deux ensembles 14 et 15 de trois calculateurs (FCC, Flight Control Computer),
chaque ensemble étant relié à chacun des actionneurs 13 (FCRM, Flight
Control Remote Module).
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L'ensemble de calculateurs 14 (respectivement 15) communique
avec les actionneurs 13 par un organe numérique d'échange de données 16
(respectivement 17) dont on exposera ci-après la structure en détail à l'aide
des
figures 3 et 4.
L'ensemble de calculateurs 14 (respectivement 15) comporte deux
calculateurs primaires (PRIM pour PRIMary flight control and guidance
computer) 14-1 et 14-2 (respectivement 15-1 et 15-2) permettant de calculer
les
ordres de commande selon la loi normale et selon la loi directe ainsi qu'un
calculateur secondaire (SEC pour SECondary flight control computer) 14-3
(respectivement 15-3) pour calculer les ordres de commande à partir de la loi
directe uniquement.
Les calculateurs primaires et secondaires sont de conception
matérielle différente afin de répondre aux exigences de sécurité
(dissimilarité
matérielle).
Les calculateurs primaires 14-1 et 14-2 (respectivement 15-1 et 15-2)
fonctionnent avec deux variantes de programmes A et B pour le calcul selon les
lois normale et directe qui sont différentes l'une de l'autre tandis que le
calculateur 14-3 (respectivement 15-3) fonctionne pour le calcul selon la loi
directe avec une variante de programme C différente des variantes A et B.
Ainsi le calcul selon la loi normale est obtenu par deux programmes
différents (A et B) tandis que le calcul selon la loi directe est également
obtenu
par deux programmes différents (B et C ou A et C ou A et B). La dissimilarité
logicielle est donc bien assurée pour la détermination des signaux de
commande ce qui assure un haut niveau de sécurité.
Comme on le verra ci-après, chaque calculateur est reconfigurable à
chaud en fonction des défaillances.
Ces ensembles de calculateurs sont localisés en baie avionique (la
baie avionique est l'espace dans lequel sont regroupés la majeure partie des
équipements électroniques d'un avion, en général situé sous l'espace utile de
l'avion) et sont alimentés par deux systèmes électriques séparés.
Chaque actionneur 13 comporte deux voies 18 et 19 (voie COM et
voie MON) connectées aux deux ensembles de calculateurs 14 et 15 de sorte
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que chaque actionneur communique par ses voies 18 et 19 avec tous les
calculateurs.
La voie 18 (unité de commande COM) réalise les fonctions de vote et
de sélection et la voie 19 (unité de surveillance MON) de son côté effectue
les
mêmes types d'opérations pour que, à la sortie, les valeurs obtenues par
chaque unité soient comparées et, en cas de désaccord, l'actionneur soit
désactivé.
Selon l'architecture logique des actionneurs 13, dite "architecture à
calculateur maître voté par les actionneurs", tous les calculateurs (primaires
et
secondaires) des deux ensembles de calculateurs 14 et 15 calculent les lois de
pilotage pour générer les ordres de commande des surfaces de vol mobiles. A
chaque cycle, chaque calculateur calcule les consignes pour tous les
actionneurs valides, et transmet les ordres via les organes 16 et 17 vers
toutes
les unités 18 et 19 de tous les actionneurs et ceci indépendamment de la
validité des ordres calculés par chaque calculateur.
Dans l'exemple illustré, chaque actionneur 13 reçoit donc par
ensemble de calculateurs deux ordres pour la loi normale (provenant des
calculateurs 14-1 et 14-2 pour l'ensemble 14 et des calculateurs 15-1 et 15-2
pour l'ensemble 15) et trois ordres pour la loi directe (provenant des
calculateurs 14-1 à 14-3 pour l'ensemble 14 et des calculateurs 15-1 à 15-3
pour l'ensemble 15), de sorte que, avant la première panne, chaque actionneur
13 dispose de quatre consignes pour la loi normale et de six consignes pour la
loi directe.
A partir de l'ensemble de ces consignes, chacune des deux unités
logiques 18 et 19 de chaque actionneur 13 effectuent des opérations de vote.
L'algorithme de vote est basé sur les ordres des calculateurs et est
implémenté dans chaque unité 18 et 19 (COM ou MON) de chacun des
actionneurs (FCRM).
Chacune des unités logiques 18 et 19 (COM et MON) de chaque
actionneur 13 (FCRM) compare deux à deux les ordres reçus de la part de
l'ensemble des calculateurs (FCC) 14-i, 15-i (i = 1, 2, 3).
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Selon l'exemple de réalisation décrit, deux ordres destinés à la
même surface mobile à actionner et provenant de deux calculateurs (FCC)
distincts, sont considérés comme cohérents ou incohérents selon que leur
différence (en valeur absolue) reste supérieure ou inférieure à un seuil de
5 surveillance prédéfini (noté Delta), pendant une durée prédéfinie, dite de
confirmation.
Selon l'invention, afin de garantir la prise en considération de la
dissimilarité logicielle des calculateurs, chaque comparaison d'ordres porte
sur
des ordres provenant de calculateurs équipés d'un logiciel différent.
10 Selon l'invention, on définit deux fonctions de comparaison d'ordres,
notées CL-Normale(FCCx, FCCy) et CL-Directe(FCCx, FCCy) définies
comme suit.
La fonction CL-Normale(FCCx, FCCy) est destinée à déterminer la
cohérence pour la loi normale des ordres provenant des calculateurs FCCx et
FCCy, tandis que la fonction CL-Directe(FCCx, FCCy) est destinée à
déterminer la cohérence pour la loi directe des ordres provenant des
calculateurs FCCx et FCCy. En pratique, les fonctions précitées retournent les
valeurs 'VRAI' ou 'FAUX' selon que les deux ordres comparés sont cohérents
ou non.
Selon le mode de réalisation exposé :
La fonction CL-Normale(FCCx, FCCy) retourne la valeur 'FAUX' si :
- L'ordre pour la loi normale du calculateur FCCx n'est pas
disponible, OU
- L'ordre pour la loi normale du calculateur FCCy n'est pas
disponible, OU
- La différence (en valeur absolue) entre les deux ordres pour la loi
normale des calculateurs FCCx et FCCy est supérieure au seuil de surveillance
Delta, confirmé pendant un certain temps T, et verrouillé au delà du temps T'
supérieur à T. Les paramètres Delta, T et T' sont ajustés au préalable.
La fonction CL-Normale(FCCx, FCCy) retourne la valeur 'VRAI'
sinon.
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De manière similaire, la fonction CL-Directe(FCCx, FCCy) retourne la
valeur 'FAUX' si :
- L'ordre pour la loi directe du calculateur FCCx n'est pas
disponible, OU
- L'ordre pour la loi directe du calculateur FCCy n'est pas
disponible, OU
- La différence (en valeur absolue) entre les deux ordres pour la loi
directe des calculateurs FCCx et FCCy est supérieure au seuil de surveillance
Delta, confirmé pendant un certain temps T, et verrouillé au delà du temps T'
supérieur à T.
La fonction CL-Directe(FCCx, FCCy) retourne la valeur'VRAI' sinon.
On notera ici que le fait que l'ordre d'un calculateur ne soit pas
disponible pour la loi normale ou la loi directe, correspond en particulier à
une
situation de panne auto-déclarée du calculateur concerné.
En utilisant les deux fonctions de comparaison définies ci-dessus,
chacune des unités logiques (COM ou MON) 18 et 19 d'un actionneur
quelconque, détermine un calculateur (FCC) maître, c'est-à-dire le calculateur
dont l'ordre est à appliquer, selon une logique de choix prédéterminée
utilisée
par les unités logiques de tous les actionneurs, dont un exemple est
synthétisé
par le tableau donné ci-dessous :
CONDITION CALCULATEUR TYPE DE
MAITRE LOI
Cl. Si CL-Normale(FCC 14-1, FCC 15-2) est VRAI, alors : FCC 14-1 Normale
C2. Sinon, si CL-Normale(FCC 14-1, FCC 14-2) est VRAI, FCC 14-2 Normale
alors :
C3. Sinon, si CL-Normale(FCC 15-1, FCC 14-2) est VRAI, FCC 15-1 Normale
alors :
C4. Sinon, si CL-Normale(FCC 15-1, FCC 15-2) est VRAI, FCC 15-2 Normale
alors :
C5. Sinon, si CL-Normale(FCC 14-1, FCC 15-1) est VRAI FCC 14-1 Normale
après reconfiguration du logiciel du FCC 15-1 en logiciel 'B',
alors :
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C6. Sinon, si CL-Normale(FCC 14-2, FCC 15-2) est VRAI FCC 15-2 Normale
après reconfiguration du logiciel du FCC 15-2 en logiciel 'A',
alors :
C7. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-3, FCC 15-3) est VRAI, FCC 14-3 Directe
alors :
C8. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-1, FCC 15-2) est VRAI, FCC 14-1 Directe
alors :
C9. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-1, FCC 14-2) est VRAI, FCC 14-2 Directe
alors :
CIO. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-1, FCC 14-2) est VRAI, FCC 15-1 Directe
alors :
C11. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-1, FCC 15-2) est VRAI, FCC 15-2 Directe
alors :
C12. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-1, FCC 14-3) est VRAI, FCC 14-1 Directe
alors :
C13. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-2, FCC 14-3) est VRAI, FCC 14-2 Directe
alors :
C14. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-1, FCC 14-3) est VRAI, FCC 15-1 Directe
alors :
C15. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-2, FCC 14-3) est VRAI, FCC 15-2 Directe
alors :
C16. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-1, FCC 15-3) est VRAI, FCC 14-1 Directe
alors :
C17. Sinon, si CL-Directe(FCC 14-2, FCC 15-3) est VRAI, FCC 14-2 Directe
alors :
C18. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-1, FCC 15-3) est VRAI, FCC 15-1 Directe
alors :
C191. Sinon, si CL-Directe(FCC 15-2, FCC 15-3) est VRAI, FCC 15-2 Directe
alors :
La logique de choix illustrée par le tableau ci-dessus tient compte de
la dégradation des lois, puisque la loi normale est privilégiée par rapport à
la loi
directe (loi dégradée), les instructions représentées par tableau étant à
appliquer selon une priorité décroissante de haut en bas en partant de la
première ligne ou condition du tableau. Ainsi, si une condition Ci produit le
résultat 'FAUX', la condition suivante Ci+l est testée, et ainsi de suite,
jusqu'à
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la condition dont le résultat est 'VRAI". Le calculateur maître sélectionné
est
alors celui correspondant à cette dernière condition.
Bien qu'un actionneur (FCRM) soit concerné seulement par l'ordre
régissant le fonctionnement de la gouverne qu'il commande, selon l'invention
chaque actionneur reçoit l'ensemble des ordres émis par chacun des
calculateurs (FCC), c'est-à-dire les ordres destinés à toutes les gouvernes de
l'avion. Par conséquent, chaque actionneur effectue sa propre sélection d'un
calculateur maître en prenant en compte l'ensemble des informations
transmises par les calculateurs, et dès que pour un ordre donné, deux
calculateurs sont incohérents entre eux, ces calculateurs sont alors
considérés
par l'actionneur comme étant globalement incohérents, c'est-à-dire incohérents
pour l'ensemble des ordres reçus, et la condition suivante dans la liste de
priorités (tableau ci-dessus) est systématiquement examinée.
Comme tous les unités logiques des actionneurs mettent en oeuvre
la même logique de sélection sur l'ensemble des ordres reçus des calculateurs,
on obtient au final un maître unique choisi par tous les actionneurs valides.
On notera dans l'exemple de logique donné ci-dessus, que le
calculateur maître choisi varie avantageusement d'une condition à une autre.
En effet, lorsqu'un calculateur maître tombe en panne, c'est-à-dire
transmet un ordre erroné, ce dernier est appliqué par toutes les gouvernes de
l'avion, ce qui généralement provoque un embarquement de l'avion
(comportement non souhaité). Très rapidement, dès que le seuil de détection
(seuil de surveillance) de la panne est atteint, la condition en cours "saute"
et la
condition suivante (dans le tableau) est prise en compte, un nouveau
calculateur maître est alors sélectionné. Par conséquent, l'ordre appliqué à
l'avion redevient bon et le comportement sain de l'avion est rétabli.
Si par exemple, dans le tableau ci-dessus, deux conditions
successives pouvaient aboutir à la sélection d'un même calculateur maître, en
cas de panne de ce calculateur, le temps de retour à un comportement sain de
l'avion serait par conséquent plus long, puisqu'il faudrait traiter deux
conditions
successives pour changer de calculateur maître, au lieu d'une seule selon
l'invention.
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Une fois la sélection du maître effectuée, chacune des unités
logiques (18, 19) COM et MON transmet à destination de l'ensemble des
calculateurs une information identifiant le calculateur maître choisi.
Selon une mise en oeuvre particulière de l'invention, on peut prévoir
qu'une fois le calculateur maître sélectionné, chaque actionneur (FCRM)
effectue une vérification supplémentaire consistant à comparer les ordres de
tous les calculateurs non maîtres avec ceux du calculateur maître, et en cas
d'écart confirmé en comparant des ordres, le calculateur dont l'ordre présente
l'écart confirmé, est exclu définitivement (verrouillage).
D'autre part, si le choix du calculateur maître effectué par chaque
unité logique (18, 19) d'un actionneur donné est le même, l'ordre de commande
du calculateur maître choisi est exécuté par l'actionneur, sinon l'actionneur
est
désactivé. Un actionneur dont les deux unités logiques MON et COM ont choisi
le même calculateur maître est désigné dans le cadre du présent exposé par
actionneur cohérent .
Du côté calculateurs, chaque calculateur (14-1, 14-2, 14-3, 15-1, 15-
2, 15-3) valide reçoit les informations de choix de calculateur maître reçues
de
l'ensemble des actionneurs, et s'autodétermine comme étant le calculateur
maître, si les informations qu'il reçoit l'identifient comme tel, dans le cas
contraire il s'autodétermine comme étant un calculateur non maître, désigné
par
calculateur esclave . Etant donné que les informations de choix sont émises
par toutes les unités logiques de l'ensemble des actionneurs valides, afin de
se
déterminer comme calculateur maître ou non, chaque calculateur vérifie au
préalable, pour chaque actionneur, la cohérence des informations de choix de
calculateur maître obtenues respectivement de chacune des unités logiques de
l'actionneur considéré, et si lesdites informations ne sont pas cohérentes,
l'actionneur est déclaré incohérent , et les informations en provenance de
l'actionneur considéré sont ignorées.
Par ailleurs, comme mentionné précédemment, on notera que la
logique de choix illustrée par le tableau ci-dessus prend en compte la
dissimilarité logicielle des calculateurs, puisque chaque comparaison porte
sur
des ordres provenant de deux calculateurs équipés d'un logiciel différent. Par
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exemple, pour la première condition (Cl), on compare les ordres provenant des
calculateurs 14-1 et 15-2 qui sont respectivement équipés des programmes A
et B pour la loi normale (voir figure 2). D'autre part, chaque unité logique
(18,
19) d'un actionneur (13) donné est adaptée, lorsque tous les calculateurs
5 encore opérationnels calculent l'ordre de commande selon un même
programme, à envoyer une requête en reconfiguration logicielle vers l'un des
calculateurs encore opérationnels pour qu'il fonctionne selon un programme
(logiciel A ou B) différent de celui des autres calculateurs encore
opérationnels.
A chaque cycle de réception d'ordres de commandes transmis par
10 les calculateurs, chaque unité COM ou MON des actionneurs vérifient les
conditions de choix selon l'ordre de priorité. Si selon l'ordre de priorité,
les
conditions Cl à C4 testées successivement, produisent le résultat 'FAUX', dans
ce cas, les calculateurs 14-1 et 15-1 sont considérés comme étant en panne.
De plus, comme aucune des conditions Cl à C4 n'est remplie, aucun des
15 calculateurs primaires 14-1, 14-2, 15-1, 15-2 ne peut être choisi comme
calculateur maître pour la loi normale, par conséquent tous les actionneurs
(FCRM) passent en mode loi directe en testant la condition C7.
Les deux conditions C5 et C6 ne sont appliquées pour un cycle
suivant, qu'après reconfiguration logicielle respectivement du calculateur 15-
1
en logiciel B ou du calculateur 15-2 en logiciel A.
Par exemple, si les calculateurs 14-1 et 15-1 sont déclarés perdus
(panne auto-détectée), alors on ne dispose plus que des calculateurs primaires
14-2 et 15-2, lesquels sont équipés du même logiciel de calcul, B. Dans ce
cas,
tous les actionneurs (FCRM) envoient au calculateur 15-2 une requête de
reconfiguration logicielle en version logicielle A.
Le calculateur 15-2 identifie au moins une requête de reconfiguration
comme étant valide, selon un exemple de réalisation, parce que la requête
provient d'un actionneur cohérent c'est-à-dire un actionneur dont les
informations de choix de maître sont cohérentes entre les deux unités logiques
de l'actionneur. Le calculateur, dans cet exemple le calculateur 15-2, se
reconfigure en logiciel A, puis envoie aux actionneurs (FCRM) une information
indiquant qu'il est reconfiguré en logiciel A.
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Lors du cycle suivant de réception d'ordres, la condition C6 du
tableau peut donner lieu à un résultat 'VRAI' puisque le calculateur 15-2 a
été
reconfiguré en logiciel A. Dans ce cas, le calculateur maître sélectionné
pourra
être le calculateur (FCC) 15-2 et la loi appliquée redeviendra la loi normale.
De manière similaire, si les calculateurs 14-2 et 15-2 qui fonctionnent
avec le logiciel B sont déclarés en panne, une requête de reconfiguration
logicielle en logiciel B sera envoyée au calculateur 15-1, afin que la
condition
C5 dans le tableau puisse être applicable.
On notera que le problème d'absence de dissimilarité logicielle ne se
pose pas pour le calcul de la loi directe car cette loi peut être calculée par
chacun des calculateurs selon trois programmes (A, B ou C) de sorte que
même si deux calculateurs fonctionnant avec le même programme tombent en
panne, la dissimilarité logicielle est toujours conservée (A et B, A et C,
ou B et C).
La logique de sélection d'un calculateur maître exposée ci-dessus
est donnée à titre d'exemple seulement, on peut prévoir par exemple d'utiliser
toute logique de choix similaire obtenue par permutation circulaire des
calculateurs (FCC) dont les ordres sont comparés.
Par ailleurs, on peut aussi prévoir d'utiliser une logique de sélection
différente pour les actionneurs (FCRM) chargés du contrôle latéral (lesquels
sélectionneraient un FCC maître pour la loi normale latérale) et pour les
actionneurs de contrôle longitudinal (lesquels sélectionneraient un FCC maître
pour la loi normale longitudinale).
On va maintenant décrire un exemple de réseau de communication
entre les calculateurs du module 12 et les actionneurs 13 à l'aide de la
figure 3.
Ce réseau comporte deux organes d'échange de données 16 et 17.
L'organe 16 (respectivement 17) comporte deux éléments 16-1 et
16-2 (respectivement 17-1 et 17-2), chaque élément comportant un bus AFDX
(Avionics Full DupleX switched ethernet) à 100 Mbit/s, situé en baie avionique
ou ailleurs dans le fuselage de l'avion et relié à un micro-bus (d'un débit de
10
Mbit/s) situé proche des actionneurs (ces bus ne sont pas illustrés sur la
figure).
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Ces bus ont été développés et standardisés pour répondre aux normes du
domaine aéronautique.
Les réseaux AFDX sont basés sur le principe des réseaux
commutés, c'est-à-dire que les actionneurs et les calculateurs chargés de
l'émission ou de la réception de données s'organisent autour de commutateurs
par lesquels transitent ces données.
Ces réseaux réalisent une liaison numérique entre les calculateurs et
les actionneurs, le multiplexage des données ainsi obtenu permettant de faire
communiquer aisément chaque calculateur avec chaque actionneur (ce qui
n'était pas le cas avec le dispositif de l'art antérieur où les liaisons entre
les
calculateurs et les actionneurs étaient des liaisons point à point
analogiques).
Chaque organe 16 et 17 est relié à chaque unité 18 et 19 de chaque
actionneur 13, de façon à ce que soit reliée directement par les bus AFDX et
micro-bus chaque unité 18 et 19 avec chaque calculateur.
Dans une variante illustrée en figure 4, l'unité 18 de chaque
actionneur est uniquement reliée à l'un des ensembles de calculateurs tandis
que l'unité 19 est reliée à l'autre des ensembles de calculateurs, avec les
unités
18 et 19 qui sont reliées entre elles de sorte que l'unité 18 peut tout de
même
communiquer avec l'ensemble de calculateurs auquel elle n'est pas reliée
directement par l'intermédiaire de l'unité 19 et réciproquement.
En variante, les unités 18 et 19 de chaque actionneur peuvent
partager un même média pour communiquer avec le calculateur, en utilisant
des CRC (Cyclic Redundancy Check) dits applicatifs, pour signer leurs
messages.
II est également possible d'utiliser d'autres types de bus tels que des
bus ARINC (Aeronautical Radio INCorporated) ou tout autre type d'organe de
communication permettant un multiplexage numérique entre les calculateurs et
les actionneurs, pourvu que ceux-ci soient compatibles avec les normes dans le
domaine aéronautique.
Dans une autre variante encore, ce ne sont pas les lois normales et
directes qui sont implémentées dans les calculateurs mais tout autre type de
loi
telle que par exemple une loi qui ne serait, contrairement à la loi directe,
que
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partiellement dégradée par rapport à la loi normale (suite à la perte des
signaux
de capteurs de l'avion par exemple).
On rappellera enfin que le nombre de calculateurs est variable selon
les besoins et n'est pas restreint au nombre décrit dans les exemples
illustrés
en figures 2 à 4.
La figure 5 illustre de manière schématique le principe de la
synchronisation de la voie MON sur la voie COM dans un calculateur selon une
architecture COM/MON de l'art antérieur.
La loi normale vise à asservir un paramètre de vol de l'avion (facteur
de charge, assiette, taux de roulis, ...) à une consigne (issue de l'ordre du
pilote
ou du pilote automatique). Dans le but d'améliorer la précision de ces
asservissements, il est mis en place des intégrateurs au sein des chaînes de
contrôle des calculateurs, pour annuler l'erreur statique. Comme
l'asservissement de l'unité MON n'est pas exécuté (boucle ouverte) et qu'il
comporte des intégrateurs, ceux-ci peuvent finir par dériver (intégration d'un
écart fixe donné). Pour pallier cette divergence des intégrateurs des unités
MON, ceux-ci sont synchronisés sur les sorties des intégrateurs de l'unité
COM,
comme représenté sur la figure 5.
Dans le cadre de la présente invention, pour répondre à ce problème
de synchronisation, chaque calculateur est adapté, lorsqu'il s'est
autodéterminé
comme étant un calculateur esclave, à synchroniser l'intégrateur de sa chaine
de contrôle sur celui du calculateur maître finalement déterminé. Dans le mode
de réalisation décrit et illustré, cette synchronisation reprend la méthode
connue
de synchronisation, telle qu'illustrée à la figure 5.
Le système de commande de vol selon l'invention peut être
avantageusement complété par un calculateur extérieur, désigné par
calculateur diagnostic dédié à l'identification des calculateurs (FCC) du
système de commande qui sont en panne. Ce calculateur diagnostic, par
exemple un calculateur de type FCDC (Flight Contro/ Data Concentrator)
connu, peut être constitué d'une partition de l'avionique modulaire intégrée
(IMA - Integrated ModularAvionics).
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Selon l'invention, il est prévu que ce calculateur additionnel
détermine le calculateur FCC maître selon le même algorithme de choix que
celui appliqué par les actionneurs (FCRM). Un tel calculateur diagnostic est
adapté à comparer les informations émises par tous les calculateurs FCC avec
les informations émises par le calculateur FCC maître (sain), ce qui lui
permet
de détecter un calculateur FCC au comportement erroné. Selon un exemple de
réalisation, une fois la comparaison précitée effectuée, le calculateur
diagnostic
affiche sur un dispositif d'affichage, un écran par exemple, l'état de
fonctionnement de chaque calculateur FCC, par exemple en utilisant la
classification suivante : Maître ; Esclave sain (cohérent du maître) ; Esclave
erroné (incohérent du maître) ; Perdu (panne auto-détectée).
