飛機燃油系統(tǒng)對多路輸入信號源選擇的方法

王卉

【摘 要】飛機燃油系統(tǒng)需要接收其他系統(tǒng)發(fā)出的信號完成系統(tǒng)的某些功能，而機上系統(tǒng)發(fā)出的信號通常都是多路的，因此燃油系統(tǒng)會接收到來自不同源端發(fā)出的同一個信號。在這種情況下，燃油系統(tǒng)需要選擇使用哪個源的信號。本文介紹了常見的進(jìn)行源選擇的方法，并且分析了應(yīng)用各類方法之后可以達(dá)到的指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】燃油系統(tǒng)；輸入信號；源端；選擇

【Abstract】Aircraft fuel system needs to receive the signals from other system to complete its own functions，but the systems on aircraft usually send multiple channels for one signal，so fuel system receives the same signal from different sources.In that case，fuel system should determine which source to be used.It introduces the common source selection methods，and analysis the index it can achieve when the method is utilized.

【Key words】Fuel system；Input signal；Source；Selection

1 對輸入信號的要求

飛機燃油系統(tǒng)需要接收外部系統(tǒng)輸入的信號以實現(xiàn)系統(tǒng)自身的功能，因此就需要明確對外部輸入信號的要求。

根據(jù)信號的特點，一般只有兩種失效模式：丟失，錯誤。丟失就是指源端發(fā)出的信號沒有傳輸?shù)侥康亩?。錯誤是指目的端收到的信號與源端發(fā)出的信號不一致。也就是說需要明確對信號喪失的概率和錯誤的概率的要求分別是多少。

通常情況下，在系統(tǒng)級定義的是信號的可用性和正確性，也就是信號喪失和錯誤的概率不應(yīng)大于某個值。

2 確定對輸入信號要求的方法

由于燃油系統(tǒng)需要接收外部輸入信號完成系統(tǒng)功能，因此應(yīng)通過系統(tǒng)安全性分析，分別確定輸入信號丟失和錯誤對系統(tǒng)功能的影響，從而確定對輸入信號的要求。

在最開始進(jìn)行安全性分析時很難分解到每個信號，因此，可以采用一種逆推的方法。即首先確定丟失某個信號會或接收到錯誤的信號引起的最嚴(yán)重的失效狀態(tài)，然后直接定位到這個失效狀態(tài)，正向分析，確認(rèn)之前的安全性分析在哪個步驟有缺失，進(jìn)行補充完善，最終得到對這個信號丟失/錯誤的概率要求。

3 要求多個源輸入的原因

通常，信號的源端應(yīng)提供信號可以達(dá)到的可用性和完整性指標(biāo)，燃油系統(tǒng)在獲取這些指標(biāo)之后，與安全性分析的結(jié)果進(jìn)行對比，確定是否可以滿足要求。如果源端系統(tǒng)可以達(dá)到的指標(biāo)低于燃油系統(tǒng)的要求，此時就需要通過一些方法來提高輸入信號對燃油系統(tǒng)的可用性和正確性。

此外，考慮到單點故障的影響，即使源端輸出的信號可以滿足燃油系統(tǒng)的要求，燃油系統(tǒng)也會提出備份的要求，即同一個信號至少需要兩路不同的源端輸入。這里的源端可以是不同的設(shè)備，也可以是同一個設(shè)備的不同通道。這樣就可以保證在一個源喪失的情況下，燃油系統(tǒng)仍然可以接收到另外一個源發(fā)出的信號。

基于上述兩個原因，燃油系統(tǒng)的輸入信號通常都有多個源。

4 常見的源選擇方法

當(dāng)燃油系統(tǒng)接收到多個源發(fā)出的同一個信號時，就需要確定如何使用這些信號，即源選擇的方法。最常見的有以下幾種方法：

1）順序優(yōu)先級

燃油系統(tǒng)確定各個源發(fā)出的信號的優(yōu)先級，在接收到不同源發(fā)出的同一個信號時，按照優(yōu)先級確定使用哪個源。例如，優(yōu)先級：設(shè)備1>設(shè)備2>設(shè)備3。那么當(dāng)燃油系統(tǒng)同時接收到這3個設(shè)備發(fā)過來的同一個信號時，優(yōu)先使用設(shè)備1的信號，設(shè)備2次之，當(dāng)設(shè)備1和2的信號都丟失或無效時，使用設(shè)備3發(fā)出的信號。

這種方法最簡單，可以提高輸入信號對燃油系統(tǒng)的可用性。

2）對比

燃油系統(tǒng)在接收到輸入信號之后，先對比各個源發(fā)出的信號是否相同，如果相同，就是用這個信號；如果不同，就直接丟棄。

3）“與”邏輯

燃油系統(tǒng)接收到多個源發(fā)出的信號之后，做“與”邏輯，只有當(dāng)所有輸入信號均為“TRUE”時，才使用這個信號。

4）“或”邏輯

燃油系統(tǒng)接收到多個源發(fā)出的信號之后，做“或”邏輯，只要有一個所有輸入信號均為“TRUE”，就可使用這個信號。

5）表決

燃油系統(tǒng)接收到輸入信號之后，先對各個源發(fā)出的信號做對比。如果源端的數(shù)量為偶數(shù)，那么其方法和“對比”相同；如果源端的數(shù)量為奇數(shù)，那么選擇相同數(shù)量較多的那個值。

5 信號可用性和正確性的分析

為了便于分析，假設(shè)燃油系統(tǒng)需要接收的信號為ARINC429信號，Label號為120。源端有3個設(shè)備，分別為LRU1，LRU2和LRU3，同時發(fā)出信號L20，在正常情況下3個設(shè)備發(fā)出的L120相同，只有SDI不同。L120的值只有兩種：“TRUE”和“FALSE”。每個設(shè)備輸出信號的丟失的概率和錯誤的概率如表1所示。

表1 各個設(shè)備輸出信號的丟失的概率和錯誤的概率

燃油系統(tǒng)可選擇全部接收這3個設(shè)備輸出的信號，也可以選擇其中任意1個或2個。

5.1 順序優(yōu)先級

5.1.1 可用性

假設(shè)系統(tǒng)默認(rèn)的優(yōu)先級為LRU1>LRU2>LRU3，那么此時對于燃油系統(tǒng)，L120信號丟失即3個源發(fā)出的信號全部丟失，其概率為A1*A2*A3。所以，對應(yīng)的信號可用性為（1-A1*A2*A3）。

5.1.2 正確性

由于順序優(yōu)先級并不對多個源發(fā)過來的信號做對比，而是直接使用，因此，信號的正確性和源端一致。

5.2 對比

5.2.1 可用性

假設(shè)燃油系統(tǒng)只接收LRU1和LRU2發(fā)出的信號，然后對比這兩個源發(fā)出的L120是否相同，只在相同的情況下使用這個信號。這種對比是基于燃油系統(tǒng)接收到兩個L120之后開展的，因此，這個信號的可用性應(yīng)該是圖1中的陰影部分。

圖1 “對比”之后的可用性

在圖1中：

1）兩個L120信號不同的情況可包括兩種：LRU1正確，或者LRU2正確，其概率為（1-B1）*B2+B1*（1-B2）。

2）收到兩個L120的概率為（1-A1）*（1-A2）

因此，最后L120對于燃油系統(tǒng)的可用性為（1-A1）*（1-A2）-[（1-B1）*B2+B1*（1-B2）]。

5.2.2 正確性

“對比”之后使用的信號的正確性應(yīng)為：LUR1和LUR2發(fā)出的信號均正確，因此概率為（1-B1）*（1-B2）。

5.3 “與”邏輯

5.3.1 可用性

根據(jù)“與”邏輯的要求，燃油系統(tǒng)在接收到3個L120之后做“與”邏輯，只有在3個輸入都為“TRUE”的情況下，結(jié)果才為“TRUE”，此時才可以使用這個信號。這種情況就是圖2中的陰影部分。

圖2 “與”邏輯的可用性

假設(shè)3個設(shè)備在正常情況下均應(yīng)輸出“TRUE”，那么3個設(shè)備均輸出“TRUE”的概率為（1-B1）*（1-B2）*（1-B3），所以此時，3個設(shè)備輸出不全為“TRUE”的概率就是1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。因此，圖2的陰影部分的概率應(yīng)為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）-[1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）]。

5.3.2 正確性

“與”邏輯之后的L120的正確性應(yīng)為：3個L120均正確，因此其概率為（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。

5.4 “或”邏輯

5.4.1 可用性

根據(jù)“或”邏輯的要求，只要有一個輸入信號為“TRUE”，就可以使用這個信號。即圖3中的陰影部分。

圖3 “或”邏輯的可用性

假設(shè)正常情況下，3個設(shè)備輸出的L120均應(yīng)該為“TRUE”。圖3中所示的“3個L120全都不是TRUE”的情況即是3個設(shè)備的輸出全錯：B1*B2*B3。

最終，信號的可用性為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）- B1*B2*B3。

5.4.2 正確性

對于“或”邏輯而言，只要有1個源發(fā)出的信號是正確的，燃油系統(tǒng)就認(rèn)為這個信號是正確的，那么它的概率就應(yīng)該是（1-3個源全都不正確），即1- B1*B2*B3。

5.5 表決

5.5.1 可用性

根據(jù)“表決”的原則，3個設(shè)備輸出的L120中，至少有2個相同，那么燃油系統(tǒng)就選擇這個相同的值作為輸入。也就是說，燃油系統(tǒng)在接收到3個L120的基礎(chǔ)上，選擇其中至少2個或2個以上相同的L120的值。

因為L120的值只有“TRUE”和“FALSE”兩種，所以3個L120信號必定滿足“至少2個或2個以上相同”。也就是說，只要燃油系統(tǒng)接收到了3個L120，那么這個信號就是可用的。所以，它的概率為（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）。

5.5.2 正確性

燃油系統(tǒng)接收到的3個L120中，至少有2個信號值相同，那么有如表2所示的幾種情況。

表2 至少有2個信號值相同的情況

所以，此時L120表決之后的正確性應(yīng)該為表2中的6個概率之和。

6 結(jié)論

通過上述分析可知，采用不同的源選擇的方法，會影響最終使用的輸入信號的可用性和正確性。各種方法的特點如下：

1）順序源選擇

如果對信號的正確性要求不高，可以采用簡單的順序優(yōu)先級，以增加信號的備份，從而提高可用性。

2）對比

如果只有兩個源，而對信號的正確性要求又比較高，比較適合這種方法，但采用對比的方法會降低信號的可用性。

3）“與”邏輯

如果源端信號的正確性不高，但需要根據(jù)源端的信號采取相應(yīng)的操作，可采用“與”邏輯，以確保系統(tǒng)沒有因為接收到錯誤的信號執(zhí)行了某錯誤的操作。

4）“或”邏輯

這種方法適用于對安全性要求比較高的情況，例如關(guān)閉某系統(tǒng)，即只要有一個源端發(fā)出“關(guān)閉”的信號，系統(tǒng)就響應(yīng)這個信號。

5）表決

這種方法適用于3個及3個以上的源端信號。采用表決的方法既可增加信號的可用性，又可以提高信號的正確性。

在燃油系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)實際需求，針對各個輸入信號選擇合適的源選擇方法。

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