飞机自动驾驶仪自动测试设备的设计与实现

飞机自动驾驶仪自动测试设备的设计与实现

左清清 曹兴冈 史家雄

中国航空工业集团公司西安航空计算技术研究所 陕西西安 710065

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，驾驶舱是飞行员与飞机进行人机交互的核心场所，飞行员在驾驶舱中实现对飞机各系统状态信息的获取、感知和操作反馈。飞机操纵的安全性和效率，在很大程度上取决于驾驶舱显示及控制面板的人为因素设计水平。随着触摸屏控制技术的飞速发展，在驾驶舱中利用触控技术取代一部分传统的机械操纵器件，不仅减轻了机载设备的重量、节省舱内空间，而且还可以大幅简化飞行员操作，提高驾驶舱人机交互的效率，是未来驾驶舱操控器件发展的重要方向。本文根据触摸屏控制技术现状，分析了其在驾驶舱中应用的可行性与安全性，总结出触摸屏控制技术在未来应用与推广中可能面临的挑战。

关键词:自动驾驶仪;操纵;自动测试;维修

引言

近年来，民用航空业取得了前所未有的大发展，但是在民用航空业蓬勃发展的同时，民用航空安全问题逐渐凸显出来。作为飞机重要的机载电子设备，自动驾驶仪用于辅助飞行员操纵飞机按照预定程序执行飞行动作。为满足X型飞机自动驾驶仪装备维修保障过程中的系统性能检查需求，针对该型飞机自动驾驶仪的测试需求，分析研究其测试原理，基于自动测试理论与虚拟仪器技术，给出测试设备的测试架构，完成测试系统软硬件设计与开发，并对其性能进行测试，测试结果表明其有效性。

1民机驾驶舱的设计理念

飞机设计是一个复杂的、继承和发展的过程，需要不断的迭代优化，具有动态、非标准化等特性，依赖先前的知识和经验，要经历一个较长的周期。民机驾驶舱设计理念遵循以下五项基本原则:(1)试飞员参与设计。(2)和谐的人-机界面设计。(3)提高机组的安全意识。(4)确保简单、可靠和易维护。(5)保持公司系列机型的连贯性、一致性、共通性。

2触摸屏控制技术在飞机驾驶舱中的应用现状

触摸屏控制技术突破了传统控制器件固定布局的操作限制，飞行员可以通过对触控显示器的操作实现不同类型信息的获取，对信息的显示格式与内容也可以进行自行配置。飞机驾驶舱触控人机交互是由美国空军在1986年“超级驾驶舱”概念所提出的。在此之后，工业界对驾驶舱显示控制系统中引入触摸控制技术开展了广泛研究。如今的触摸屏控制技术已经在驾驶舱系统和乘客娱乐设备中展开了诸多应用，在飞机驾驶舱内，触摸屏通常安装在外部部件上，例如操作电子飞行包。洛克希德－马丁公司的Ｆ－３５隐形战斗机配备了大型的触摸屏显示器，湾流公司的Ｇ500和Ｇ600驾驶舱装配了霍尼韦尔的创新触摸屏，将集成的触摸屏用于系统操控、飞行管理、通信联络、检查清单、气象监测和提供飞行信息等方面，为飞行员提供了更为直观全面的信息显示界面，减轻了飞行员的工作负荷并提升了通信效果；波音777Ｘ飞机采用了触控式飞行显示系统，该显示系统采用多点触控技术，在技术上保证两个飞行员可同时控制一块屏幕，同时触摸屏采用电阻技术以避免飞行员无意识地与显示屏产生交互，另外，触摸屏的大边框设计将保证在遇到湍流振动时，飞行员可以进行稳定的操作。

3测试设备的设计思路

3.1软件设计思路

根据自动驾驶仪测试需求以及ATS自动测试系统的编程环境。针对俄制和国产自动驾驶仪的不同的仿真测试策略和测试模式，测试程序将首先进行俄制自动驾驶仪的手动测试功能设计，然后再设计GJB289A总线通信模块，实现与国产自动驾驶仪新增的接口适配器的激励与通信，最后进行自动测试流程的开发。

3.2“知识获取”系统架构

建立一个机器人副驾驶需要关注不同的问题，如感知、驱动、操作和飞行安全，而且飞行中需要不断适应环境、机组人员和形势的变化，机器人和人类副驾驶需要协同知识来适应各种情况。因而主要目标是开发一种可推广和可扩展的方法来管理机器人系统所需的知识，使其作为副驾驶可操控多种类型的飞机。该自动化系统将设计为可快速卸装和插接到不同飞机中的模式，通过知识获取系统，将信息反馈到ALIAS系统。DARPA要求“知识获取”流程在30天内扩展到不同的、不确定机型的飞机上。知识来源有飞行操作手册、FAA规章和程序、本地航路规则、气候相关产品和飞行员须知（NO-TAMs）。但许多与飞行相关的任务都没有文档记录，例如，无线电调频、导航设备配置、空中交通管制通信处理，甚至飞机状态的定期报告等。这些常规任务很容易被忽视，但却是驾驶舱内工作的重要组成部分。除此之外，还有任务级知识，特别是军事领域的知识。专业飞行员掌握的知识是另一项未归档的知识来源，许多关键的操作标准只有这些受过高度训练的专业人员才知道。这就需要将这些关键知识形式化，使其能被机械臂机器人和人类操作员所共同使用。

3.3硬件设计

随着航空技术的快速发展，飞行机组在驾驶舱中的工作任务正在逐渐简化，现在的主要任务是对飞机设施设备的运行状态进行监控以及根据从设备中获取的信息做出决策。驾驶舱中自动化系统的升级和完善是现代飞机设计的一大亮点，可以最大程度地减轻飞行机组的操纵负荷，进而对飞机的安全飞行提供保障。驾驶舱资源管理中核心工作是操纵飞机，对舱内的操作资源做出正确识别和控制。人在驾驶飞机时遇见问题会产生应激反应，应激反应具有双重作用。一方面会使飞行机组以较好的状态应对飞行问题，但另一方面对应激反应管理失效则会损害飞行机组的身心健康，直接影响工作效率，降低对飞机设施设备的操纵能力，产生安全隐患。人具有适应人与硬件之间不匹配的主观特性。航空技术的进步促使驾驶舱硬件设施不断得到完善，自动化程度越来越高，但由于人的主观特性，飞行机组会容易忽略设施设备的缺陷，从而埋下安全隐患。同时，飞行机组会对设施设备产生依赖，以此来减轻自身的工作负荷，并处于放松状态，这也容易导致一系列飞行问题的出现。

3.4旋变信号电气连线的设计

设计旋变信号的电气连线时，须注意有以下3点。①发送装置与接收装置的激励电压极性应一致，否则角度信号在传递和解算时会出现异常。②板卡信号代号与实际正余弦信号的对应关系:S1对应Sin－，S3对应Sin+，S2对应Cos+，S4对应Cos－。③75DS2轴角发送板卡信号也带有“Sense”端，通过与相应的信号端连接，可确保信号输出的准确和精度。但与程控电源不同，程控电源的“Sense”端不接，供电仍然可输出，只是误差较大;而轴角发送板卡若不接“Sense”端，则无法正常给定信号。

3.5程控电源电气连线的设计

程控交直流电源均带有“Sense”信号端，该信号端的作用是采集电源输出的实际电压值，再反馈回设备进行输出电压修正，通过该信号端可以消除大负载下的线路压降损耗，确保给定电压的准确性。因此在电气连线设计时，应将“Sense”信号端连接至相应的电压输出端。

结语

驾驶舱资源进行有效管理，能够更好地保障飞行安全。航空公司应加强监管力度，对已经存在的问题建立规章制度，加强飞行机组制度培训考核，对未出现的问题未雨绸缪。通过模拟机训练收集飞行机组各项指标，认真分析人的因素在飞行中可能造成的各种特殊情况，采取积极有效的预防措施，并在飞行过程中予以落实，以做到让飞行机组以最好的状态操纵飞机的目的。

参考文献:

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