基于飛行模擬機CANbus的I/O系統故障診斷

趙國柱

摘 要：根據CANbus通道的架構分析可知，引起一個或多個通道失效的可能的原因有：電源問題、主干線故障、主干線的終端問題和SimHost的問題。每個基于母線的CANbus通道包含一組聯網的智能控制器，每個控制器位于網絡的一個“節點”上。通常，每個節點控制器都位于它所服務的I/O設備附近。典型的情況是，一個節點控制器管理模擬駕駛艙里的一個面板上的I/O設備的通信，并直接安裝在該面板上，故障診斷主要依靠經驗積累的故障樹推理。

關鍵詞：CANbus；SimHost；I/O系統；故障診斷

1概述

CJ1飛行模擬器座艙中的許多I/O設備是獨立的接口，如開關、信號牌、燈泡和電位計等。CJ1飛行模擬器使用基于控制器局域網絡總線（Controller Area Network bus，簡稱CANbus）的I/O系統為它們提供與計算機系統的連接[1-3]。

基于CANbus的I/O系統通常使用以下兩種拓撲結構：基于母線的CANbus通道和/或基于“卡籠”的CANbus通道。在CJ1飛行模擬器上有4個CANbus通道，名為CANbus通道0 （CC0）至CANbus通道3 （CC3） ，它們都是基于母線的。所有CANbus通道都通過Sim Host連接到計算機系統，并以每秒500千比特的數據速率進行異步操作[4-7]。

2 基于母線的CANbus通道的架構

所有基于母線的CANbus通道都具有相同的架構，每個基于母線的CANbus通道是一個由一個菊鏈式連接的主干線（Trunk Line）構成的網絡，它在Sim Host和座艙上的一個或多個母線（Busbar）之間傳輸數據。每個母線可以連接多達4條分接線（Drop Lines），每根分接線都承載著數據和電源，并連接到一個CANbus節點。

所有CANbus節點都具有相同的架構，CANbus節點的形式較為單一。每個CANbus節點包含一個節點控制器，它管理多個輸入和輸出。通常，單個節點控制器可為模擬器座艙中的一個面板上的所有設備提供連接。因為每條分接線同時承載數據和電源，所以一個面板通常只需要一根電纜。

3 基于CANbus的I/O系統的故障診斷

3.1 故障隔離程序

圖1是I/O系統的故障隔離流程圖，沿著這個流程圖逐步向下，將引導到下文更為詳細的部分。

圖1 I/O系統的故障隔離流程圖

3.2 一個或多個通道失效

圖2 一個或多個通道失效

根據CANbus通道的架構分析可知，引起一個或多個通道失效的可能的原因有：電源問題、主干線故障、主干線的終端問題和SimHost的問題。導致主干線故障的因素有：主干線的與SimHost的連接松動、主干線中斷。主干線的終端問題由座艙上的主干線終端或SimHost端的主干線終端未連接引起。依據這些故障事件之間的邏輯關系可以建立起相應的故障樹如圖2所示。

沿著故障樹逐步向下，可以制定出以下排故流程：檢查MegaPAC 24V電源；檢查發生故障的CANbus通道的主干線與SimHost的連接；檢查主干線的兩個終端是否都已連接正確；通過測量CANbus通道主干線的電阻來檢查SimHost和座艙之間的主干線的連續性。如果兩個終端都連接正確，電阻應該在60歐姆。嘗試使用備用的CANbus連接板替換SimHost中的正在使用的CANbus連接板。

3.3 單個節點無響應

只有一個節點無響應，說明從SimHost到該該節點的母線都是正常的。那么導致這個節點無響應的可能的因素就包括該節點控制器和母線之間的連接中斷、節點控制器自身故障。導致節點控制器和母線之間的連接中斷的原因有：分接線兩端連接存在問題、母線上的連接器故障和分接線自身故障。依據這些故障事件建立起單個節點無響應的故障樹。

3.4 所有的節點都有響應

如果在故障隔離過程中所有的節點都響應CAN sniffer的查詢，但是某一I/O設備依舊無法實現其功能，這說明故障可能發生在該I/O設備的節點控制器上、節點控制器與該I/O設備的連接上或I/O設備本身。這些因素進一步分析后，可以為這些事件建立基本的故障樹，而所有的節點都有相應的故障樹。

4 CANbus排故總結

每個基于母線的CANbus通道包含一組聯網的智能控制器，每個控制器位于網絡的一個“節點”上。通常，每個節點控制器都位于它所服務的I/O設備附近。典型的情況是，一個節點控制器管理模擬駕駛艙里的一個面板上的I/O設備的通信，并直接安裝在該面板上，故障診斷主要依靠經驗積累的故障樹推理。

參考文獻：

[1] 米祖強， 廖峰. 基于FTA的飛行模擬機故障診斷專家系統[J]. 科學技術與工程. 2012，12（19）： 4852-4856

[2] Dourado A O ， Martin C A . New concept of dynamic flight simulator， Part I[J]. Aerospace Science and Technology， 2013， 30（1）：79-82.

[3] CAE lnc. Airline Pilot Demand Outlook a 10-year view 2017[EB/OL]. https：//www.cae.com/media/documents/Civil_Aviation/CAE__Airline_Pilot_Demand_Outlook_a_10-year_view_2017.pdf， 2019-5-9.

[4] Bezdek W， Mays D， Powell R. The History and Future of Military Flight Simulators[C]// Aiaa Modeling & Simulation Technologies Conference & Exhibit. 2013.

[5] 王行仁， 彭曉源. 仿真器及其在我國的發展[J]. 系統仿真學報. 1990（3）：15-22.

[6] 王希光. 故障樹理論在火電廠鍋爐故障診斷中的應用[D]. 大慶：東北石油大學，2004.

[7] 翟大鵬. 基于故障樹的數控機床故障診斷系統研究[D]. 太原： 太原科技大學，2008.

（作者單位：中國民用航空飛行學院 模擬機訓練中心）