LabVIEW起落架故障自动测试

阅读时间8分钟 |适用人群航空测试工程师/飞控系统设计师/适航认证技术主管 痛点引爆起落架收放控制故障太多传统测试根本覆盖不全某航空制造企业的AG600水陆两栖飞机项目遇到了一个严峻挑战起落架收放控制系统是飞机重要的功能系统直接影响起飞、降落的安全性。飞机级对起落架收放控制系统的安全性要求是不能出现灾难性事故——包括任意起落架非指令放下、任意起落架非指令收上和无通告的任意起落架无法放下。但传统测试方式存在严重缺陷故障类型覆盖不全只能进行基本的开路故障注入测试误报远离、误报接近、短路等故障根本无法模拟测试效率低下人工测试准备时间长受限于现场条件往往只能测试少数几种工况组合故障无法测试不同故障的组合如余度1传感器开路余度2电磁阀短路根本无法实现测试覆盖率低传统系统的测试覆盖率不到40%大量潜在风险未被发现更危险的是当环境温度变化时接近传感器线圈电阻和铁芯磁导率会随之发生变化从而导致线圈的电感值发生变化进而可能引起收放控制系统的位置解算误报远离、误报接近等错误。这些瞬时性、一过性故障如果没有自动化测试手段根本无法在实验室复现。 LabVIEW NI PXI数据采集卡 故障优先级策略72种故障自动注入针对上述痛点开发了一套基于LabVIEW的起落架收放控制故障注入系统核心架构如下硬件架构模块关键器件技术亮点控制核心NI PXI-8115嵌入式控制器Intel Core i5-2510E实时性强数字IOPXI-652824通道隔离输入 24通道隔离输出继电器卡PXI-256516通道SPST用于故障切换通讯卡PXI-8433/4 PXI-C429/4RS485/RS232 ARINC429航空总线可编程电源0-50V可调DC电源模拟电磁阀供电电压故障电感模块Lp5mH并联 L11mH串联精确模拟接近传感器电感值变化软件架构开发平台LabVIEW虚拟仪器图形化环境核心算法故障注入优先级策略硬件软件双重保障执行周期100ms单次循环数据记录ARINC429通讯反馈数据实时存储这种NI PXI硬件平台 LabVIEW图形化编程 故障优先级策略的架构从根本上解决了测试安全性和充分性的矛盾。 核心技术详解1. 为什么必须用双余度架构为满足飞机的A级功能安全性要求起落架收放控制系统采用双余度架构设计系统所含设备除液压电磁阀外其他设备均为电气双余度且互为备份两个余度的控制单元按主备方式工作起落架位置解算和收放控制逻辑同步运行系统默认控制单元1为主控设备控制单元2为备控设备当主控设备报故时自动切换至备控设备我们的创新通过两个选择开关S1和S2实现了两个余度的接近传感器交替测试有效降低了故障注入装置的复杂度减小设备体积简化结构。2. 接近传感器信号故障注入单元4种故障精准模拟接近传感器是起落架位置指示的关键部件一般前起落架及舱门、左/右主起落架及舱门的到位信号以及轮载信号均采用双余度配置即采用两套相同的接近传感器。每个接近传感器均存在4种故障故障类型与模拟方法故障类型模拟方法电感值变化开路故障断开电路连接无穷大误报远离故障并联电感Lp5mH5mH远离时正常值5mH误报接近故障串联电感L11mH5.3mH接近时正常值5.3mH短路故障直接短接接近0Ω硬件原理设计单组通道的硬件原理通过两个选择开关S1和S2将起落架收放控制系统的控制器余度1与接近传感器余度1之间直接连接收放控制器余度2与接近传感器余度2之间通过各故障模块连接硬件模块开路故障注入信号K1、误报远离故障注入信号K2、误报接近故障注入信号K3、以及短路故障注入信号K4按顺序依次串联连接当接近传感器余度2故障注入测试完成可通过选择开关S1和S2切换实现接近传感器余度1故障注入关键优势一般起落架接近传感器远离时的电感值小于5mH接近时的电感值大于5.3mH因此图中误报接近模块的串联电感L1为1mH误报远离模块的并联电感Lp为5mH。通过精确的电感值设计确保故障模拟的真实性。故障优先级策略为保证测试安全性在硬件电路设计时增加了误操作保护和故障优先级设计在未接收到测试允许信号时默认正常模式不改变原有起落架收放系统的连接和功能防止误操作在故障注入测试允许时通过测试控制装置编程改变故障注入时刻根据故障可能导致的起落架收放控制系统损伤风险按照开路故障误报远离故障 误报接近故障 短路故障的优先级从高到低依次与收放控制系统连接通过硬件电路保证了即使在测试控制装置意外输出多个故障注入信号的情况下故障注入装置也只能注入优先级最高的故障3. 电磁阀信号故障注入单元3种故障灵活组合在起落架收放控制系统与液压电磁阀之间串联连接电磁阀信号故障注入单元包括故障类型与模拟方法故障类型模拟方法技术参数开路故障断开电路连接K1继电器控制短路故障限流电阻R5Ω短接K2继电器控制电流1A供电电压故障可编程DC电源调节0-50V范围RS485通讯控制硬件原理设计单组通道的硬件原理可编程DC电源模块提供起落架收放控制系统的功率供电其电压可在050V范围内任意调节支持RS485通讯进行输出电压控制开路故障模块K1和短路故障模块K2按顺序与电磁阀线圈依次连接一般起落架液压电磁阀的工作电流小于1A考虑到短路故障时需要对电流进行限流因此图中电阻R为5Ω电磁阀供电故障可以与开路故障或短路故障进行任意组合故障优先级策略为保证测试安全性在未接收到测试允许信号时默认正常模式不改变原有起落架收放系统的连接和功能防止误操作在故障注入测试允许时将电磁阀开路故障和短路故障互斥地注入到起落架收放控制系统通过测试控制装置编程能够改变故障注入时刻并通过改变可编程DC电源模块输出电磁阀供电电压大小实现电磁阀信号供电电压故障注入根据故障可能导致的起落架收放控制系统损伤风险按照开路故障短路故障的优先级从高到低依次与收放控制系统连接电磁阀信号故障注入单元通过硬件电路保证了即使在测试控制装置意外输出多个故障注入信号的情况下只能注入优先级最高的故障特别设计在短路故障注入时当注入持续时间达到设定的持续时间时自动取消短路故障注入进一步提高了测试安全性4. LabVIEW软件设计100ms快速响应软件流程测试控制主要包括系统初始化设置配置NI板卡参数、通讯协议故障注入控制根据测试用例选择故障类型和注入时机通讯信息解析解析ARINC429总线数据数据采集处理和存储实时记录故障注入过程中的所有信号接近传感器信号故障注入软件流程测试系统通过测试控制装置编程改变接近传感器信号故障注入单元的故障信号注入时刻和持续时间将接近传感器的开路故障、误报远离故障、误报接近故障、以及短路过载互斥地注入到起落架收放控制系统保证每次仅有一种故障注入便于对起落架收放控制系统进行全面测试。测试控制的软件逻辑中接近传感器的开路故障、误报远离故障、误报接近故障、以及短路过载的优先级为从高到低结合硬件电路的设计保证了测试的安全性。电磁阀信号故障注入软件流程测试系统通过RS485总线通讯设定电磁阀信号故障注入单元可编程DC电源模块的输出电磁阀供电电压大小注入电磁阀供电电压故障并通过测试控制装置编程改变电磁阀信号故障注入单元的故障信号注入时刻和持续时间将电磁阀的开路故障和短路过载互斥地注入到起落架收放控制系统以便对起落架收放控制系统进行全面测试。测试控制的软件逻辑中电磁阀的开路故障、短路过载的优先级为从高到低并且在短路故障注入时当注入持续时间达到设定的持续时间时自动取消短路故障注入结合硬件电路的设计进一步提高了测试安全性。自动测试控制根据起落架收放控制系统的测试用例分别进行接近传感器信号故障注入电磁阀信号故障注入两个余度的信号故障组合注入通过对单路信号故障、多路信号故障、双余度信号交联故障如余度1传感器开路余度2电磁阀短路等不同工况的测试系统故障测试覆盖率≥95%。故障注入系统接收测试允许指令可以自动执行测试用例并记录测试数据测试完成恢复至初始状态大大提高了测试效率。5. 电磁兼容设计抗干扰保障稳定性由于故障注入系统包含大量接近传感器、电磁阀及NI数据采集卡的信号交互需要对系统进行必要的电磁兼容设计故障注入系统所含电缆均采用双绞屏蔽电缆其屏蔽层与地平面进行良好搭接输入信号与输出信号接口处均采用LC低通滤波通过采用以上屏蔽、接地和滤波的方式提高了信号的抗干扰性有效保证了系统运行的稳定性 实战效果对比故障注入能力对比故障类型传统系统我们的LabVIEW方案提升幅度接近传感器-开路✅具备✅具备-接近传感器-误报远离❌无✅具备从无到有接近传感器-误报接近❌无✅具备从无到有接近传感器-短路❌无✅具备从无到有电磁阀-开路✅具备✅具备-电磁阀-短路❌无✅具备从无到有电磁阀-供电低电压✅具备✅具备-不同故障组合测试❌无✅具备从无到有测试覆盖率40%≥95%137%↑测试方式手动低效自动高效质的飞跃故障注入响应时间分类故障类型响应时间/ms接近传感器开路故障300误报远离故障700误报接近故障500短路故障300液压电磁阀开路故障100短路故障100供电低电压故障100经试验结果分析确认该系统满足起落架收放控制系统的故障注入需求。AG600实机验证经AG600起落架收放控制系统试验验证该故障注入系统可以实现正常模式和故障注入模式的灵活切换接近传感器信号故障注入、电磁阀信号故障注入功能正常根据起落架收放控制系统的ARINC429通讯反馈数据接近传感器信号与电磁阀信号故障注入数据记录完整该系统能够在正常模式和故障注入模式下持续工作满足双余度信号故障组合注入测试的要求具有良好的可靠性和稳定性