飞机燃油系统对多路输入信号源选择的方法

王卉

【摘 要】飞机燃油系统需要接收其他系统发出的信号完成系统的某些功能，而机上系统发出的信号通常都是多路的，因此燃油系统会接收到来自不同源端发出的同一个信号。在这种情况下，燃油系统需要选择使用哪个源的信号。本文介绍了常见的进行源选择的方法，并且分析了应用各类方法之后可以达到的指标。

【关键词】燃油系统；输入信号；源端；选择

【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 对输入信号的要求

飞机燃油系统需要接收外部系统输入的信号以实现系统自身的功能，因此就需要明确对外部输入信号的要求。

根据信号的特点，一般只有两种失效模式：丢失，错误。丢失就是指源端发出的信号没有传输到目的端。错误是指目的端收到的信号与源端发出的信号不一致。也就是说需要明确对信号丧失的概率和错误的概率的要求分别是多少。

通常情况下，在系统级定义的是信号的可用性和正确性，也就是信号丧失和错误的概率不应大于某个值。

2 确定对输入信号要求的方法

由于燃油系统需要接收外部输入信号完成系统功能，因此应通过系统安全性分析，分别确定输入信号丢失和错误对系统功能的影响，从而确定对输入信号的要求。

在最开始进行安全性分析时很难分解到每个信号，因此，可以采用一种逆推的方法。即首先确定丢失某个信号会或接收到错误的信号引起的最严重的失效状态，然后直接定位到这个失效状态，正向分析，确认之前的安全性分析在哪个步骤有缺失，进行补充完善，最终得到对这个信号丢失/错误的概率要求。

3 要求多个源输入的原因

通常，信号的源端应提供信号可以达到的可用性和完整性指标，燃油系统在获取这些指标之后，与安全性分析的结果进行对比，确定是否可以满足要求。如果源端系统可以达到的指标低于燃油系统的要求，此时就需要通过一些方法来提高输入信号对燃油系统的可用性和正确性。

此外，考虑到单点故障的影响，即使源端输出的信号可以满足燃油系统的要求，燃油系统也会提出备份的要求，即同一个信号至少需要两路不同的源端输入。这里的源端可以是不同的设备，也可以是同一个设备的不同通道。这样就可以保证在一个源丧失的情况下，燃油系统仍然可以接收到另外一个源发出的信号。

基于上述两个原因，燃油系统的输入信号通常都有多个源。

4 常见的源选择方法

当燃油系统接收到多个源发出的同一个信号时，就需要确定如何使用这些信号，即源选择的方法。最常见的有以下几种方法：

1）顺序优先级

燃油系统确定各个源发出的信号的优先级，在接收到不同源发出的同一个信号时，按照优先级确定使用哪个源。例如，优先级：设备1>设备2>设备3。那么当燃油系统同时接收到这3个设备发过来的同一个信号时，优先使用设备1的信号，设备2次之，当设备1和2的信号都丢失或无效时，使用设备3发出的信号。

这种方法最简单，可以提高输入信号对燃油系统的可用性。

2）对比

燃油系统在接收到输入信号之后，先对比各个源发出的信号是否相同，如果相同，就是用这个信号；如果不同，就直接丢弃。

3）“与”逻辑

燃油系统接收到多个源发出的信号之后，做“与”逻辑，只有当所有输入信号均为“TRUE”时，才使用这个信号。

4）“或”逻辑

燃油系统接收到多个源发出的信号之后，做“或”逻辑，只要有一个所有输入信号均为“TRUE”，就可使用这个信号。

5）表决

燃油系统接收到输入信号之后，先对各个源发出的信号做对比。如果源端的数量为偶数，那么其方法和“对比”相同；如果源端的数量为奇数，那么选择相同数量较多的那个值。

5 信号可用性和正确性的分析

为了便于分析，假设燃油系统需要接收的信号为ARINC429信号，Label号为120。源端有3个设备，分别为LRU1，LRU2和LRU3，同时发出信号L20，在正常情况下3个设备发出的L120相同，只有SDI不同。L120的值只有两种：“TRUE”和“FALSE”。每个设备输出信号的丢失的概率和错误的概率如表1所示。

表1 各个设备输出信号的丢失的概率和错误的概率

燃油系统可选择全部接收这3个设备输出的信号，也可以选择其中任意1个或2个。

5.1 顺序优先级

5.1.1 可用性

假设系统默认的优先级为LRU1>LRU2>LRU3，那么此时对于燃油系统，L120信号丢失即3个源发出的信号全部丢失，其概率为A1*A2*A3。所以，对应的信号可用性为（1-A1*A2*A3）。

5.1.2 正确性

由于顺序优先级并不对多个源发过来的信号做对比，而是直接使用，因此，信号的正确性和源端一致。

5.2 对比

5.2.1 可用性

假设燃油系统只接收LRU1和LRU2发出的信号，然后对比这两个源发出的L120是否相同，只在相同的情况下使用这个信号。这种对比是基于燃油系统接收到两个L120之后开展的，因此，这个信号的可用性应该是图1中的阴影部分。

图1 “对比”之后的可用性

在图1中：

1）两个L120信号不同的情况可包括两种：LRU1正确，或者LRU2正确，其概率为（1-B1）*B2+B1*（1-B2）。

2）收到两个L120的概率为（1-A1）*（1-A2）

因此，最后L120对于燃油系统的可用性为（1-A1）*（1-A2）-[（1-B1）*B2+B1*（1-B2）]。

5.2.2 正确性

“对比”之后使用的信号的正确性应为：LUR1和LUR2发出的信号均正确，因此概率为（1-B1）*（1-B2）。

5.3 “与”逻辑

5.3.1 可用性

根据“与”逻辑的要求，燃油系统在接收到3个L120之后做“与”逻辑，只有在3个输入都为“TRUE”的情况下，结果才为“TRUE”，此时才可以使用这个信号。这种情况就是图2中的阴影部分。

图2 “与”逻辑的可用性

假设3个设备在正常情况下均应输出“TRUE”，那么3个设备均输出“TRUE”的概率为（1-B1）*（1-B2）*（1-B3），所以此时，3个设备输出不全为“TRUE”的概率就是1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。因此，图2的阴影部分的概率应为（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）-[1-（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）]。

5.3.2 正确性

“与”逻辑之后的L120的正确性应为：3个L120均正确，因此其概率为（1-B1）*（1-B2）*（1-B3）。

5.4 “或”逻辑

5.4.1 可用性

根据“或”逻辑的要求，只要有一个输入信号为“TRUE”，就可以使用这个信号。即图3中的阴影部分。

图3 “或”逻辑的可用性

假设正常情况下，3个设备输出的L120均应该为“TRUE”。图3中所示的“3个L120全都不是TRUE”的情况即是3个设备的输出全错：B1*B2*B3。

最终，信号的可用性为（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）- B1*B2*B3。

5.4.2 正确性

对于“或”逻辑而言，只要有1个源发出的信号是正确的，燃油系统就认为这个信号是正确的，那么它的概率就应该是（1-3个源全都不正确），即1- B1*B2*B3。

5.5 表决

5.5.1 可用性

根据“表决”的原则，3个设备输出的L120中，至少有2个相同，那么燃油系统就选择这个相同的值作为输入。也就是说，燃油系统在接收到3个L120的基础上，选择其中至少2个或2个以上相同的L120的值。

因为L120的值只有“TRUE”和“FALSE”两种，所以3个L120信号必定满足“至少2个或2个以上相同”。也就是说，只要燃油系统接收到了3个L120，那么这个信号就是可用的。所以，它的概率为（1-A1）*（1-A2）*（1-A3）。

5.5.2 正确性

燃油系统接收到的3个L120中，至少有2个信号值相同，那么有如表2所示的几种情况。

表2 至少有2个信号值相同的情况

所以，此时L120表决之后的正确性应该为表2中的6个概率之和。

6 结论

通过上述分析可知，采用不同的源选择的方法，会影响最终使用的输入信号的可用性和正确性。各种方法的特点如下：

1）顺序源选择

如果对信号的正确性要求不高，可以采用简单的顺序优先级，以增加信号的备份，从而提高可用性。

2）对比

如果只有两个源，而对信号的正确性要求又比较高，比较适合这种方法，但采用对比的方法会降低信号的可用性。

3）“与”逻辑

如果源端信号的正确性不高，但需要根据源端的信号采取相应的操作，可采用“与”逻辑，以确保系统没有因为接收到错误的信号执行了某错误的操作。

4）“或”逻辑

这种方法适用于对安全性要求比较高的情况，例如关闭某系统，即只要有一个源端发出“关闭”的信号，系统就响应这个信号。

5）表决

这种方法适用于3个及3个以上的源端信号。采用表决的方法既可增加信号的可用性，又可以提高信号的正确性。

在燃油系统设计时，应根据实际需求，针对各个输入信号选择合适的源选择方法。

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