Brevet FR2063151A1 — publié le 19710709

l'invention se rapporte aux systèmes de commande automatique de vol pour les avions. Pour répondre aux exigences de sécurité dans la commande de vol des avions, il est devenu de pratique normale d'établir un système de 5 commande qui comprend des voies nominalement identiques recevant des signaux nominalement identiques provenant de capteurs nominalement identiqp.es, par exemple de capteurs de données aériennes et de gyroscopes, et des circuits nominalement identiques, par exemple des filtres, des servo-mécanismes et des amplificateurs associés à des 10 capteurs semblables, les signaux de commande développés par les capteurs et par leurs circuits électriques associés sont fournis à des dispositifs d'amplification de puissance dont chacun peut comprendre un amplificateur électrique et un moteur hydraulique d * actionnement commandé par des signaux provenant de l'amplificateur. Les sorties des 15 moteurs d'actionnement sont utilisées pour commander la position et le mouvement d'une ou de plusieurs gouvernes de l'avion. Comme pour les capteurs, les amplificateurs et les moteurs d'actionnement sont nominalement identiques. Par suite des tolérances dans la fabrication des capteurs, de 20 leurs circuits associés et des composants dans les voies reliées aux capteurs, les signaux de commande dans les diverses voies ont inévitablement des amplitudes différentes et l'accomodation de telles différences dans les niveaux de signaux soulève de sérieux problèmes de construction pour les moteurs d ' act.i onnement. 25 Pour éviter ces problèmes, il est connu de prévoir dans chaque voie un dispositif d'unification des signaux qui peut être un dispositif connu dans cette technique comme un auto-sélecteur. Chacun de ces dispositifs d'unification reçoit le signal de commande développé dansla voie associée et aussi les signaux de commande développés dans les 30 autres voies. En réponse, le dispositif produit un signal qui est une fonction prédéterminée des signaux d'entrée <> le dispositif peut par exemple produire une sortie qui est la moyenne des entrées ou bien il peut, comme on l'a proposé, être un auto-sélecteur qui développe un signal de sortie provenant de celui des signaux des différentes voies qui présente 35 une relation prédéterminée avec les autres signaux de ces voies, de façon que les signaux dérivés aux sorties des moteurs d1actionnement proviennent de la même voie et soient par suite pratiquement d'amplitudes identiques« Dans le cas d'un système à trois voies, les auto-sélecteurs choisissent le signal dont l'amplitude se trouve entre 40 les signaux ma/si mal et mini.malo Dans le cas d'un système à quatre voies 70 31932 2 2063151 les quatre auto-sélecteurs d'entrée peuvent choisir chacun le plus fort des deux signaux les plus faibles ou, en variante, le plus faible des deux signaux les plus forts. Pour des systèmes comprenant . plus de quatre voies, on peut envisager des dispositions analogues. 5 Avec les dispositions connues, bien que l'introduction d'auto-sélecteurs ou d'autres dispositifs d'unification des signaux comme décrit ci-dessus évite les problèmes de construction qui autrement se poseraient, elle présente un sérieux inconvénient ; la simple disposition d'interconnexions électriques entre les diffé-10 rentes voies porte atteinte à l'intégrité de l'ensemble du système par le fait que la défaillance d'une interconnexion électrique entre deux voies est susceptible de donner lieu à des signaux d'entrée parasites pour les auto-sélecteurs de toutes les voies interconnectées. Par exemple, la mise à la masse d'une interconnexion donne lieu à 15 1331 signal parasite pour l'auto-sélecteur de la voie qui reçoit le signal et, à moins qu'un dispositif transmetteur de signal unidirectionnel soit inclus dans l'interconnexion, donnera lieu aussi à un signal parasite pour l'auto-sélecteur de la voie transmettant le signal* Comme cette dernière voie est reliée à la voie restante ou à 20 chaque voie restante, le signal parasite est transmis aussi à l'auto-sélecteur de chaque autre voie. On peut l'éviter mais seulement au prix d'une complication supplémentaire du circuit et éventuellement d'une nouvelle diminution de l'intégrité du système. Des circuits intermédiaires sont évidemment sujets eux-mêmes à la défaillance 25 et, bien qu'ils servent de protection contre la transmission à la voie transmettant le signal de signaux parasites dus par exemple à la mise à la terre d'un conducteur, la défaillance du circuit intermédiaire lui-même peut permettre le passage de tels signaux à la voie de transmission et par suite à la voie restante ou à chacune des voies res"tentes> 30 Le résultat de tout défaut de ce genre est que deux ou éventuellement plusieurs voies, et non une seule, sont effectivement éliminées du système et le fonctionnement du système peut être mis en défaut ou au mieux dépendre du fonctionnement correct de toute voie restante. Selon l'invention, un système de transmission de signaux comprend 35 plusieurs voies de transmission de signaux disposées chacune pour ' recevoir des signaux électriques du capteur correspondant parmi plusieurs, un nombre correspondant de dispositifs d'unification de • signaux ayant des premières entrées reliées respectivement aux voies correspondantes et des entrées supplémentaires pour recevoir des 40 signaux provenant respectivement des autres voies, chacun, des dits 70 31932 3 dispositifs agissant pour développer, à partir des signaux électriques dans les voies, une sortie qui présente une relation prescrite . avec les signaux électriques et un moyen de transmission de radiation unidirectionnelle couplant chacune des dites entrées supplé-5 mentaires à l'autre voie correspondante. Le moyen de transmission de radiation unidirectionnelle peut comprendre une pluralité de premiers transducteurs respectivement connectés aux voies et agissant pour engendrer la dite radiation en fonction des signaux électriques dans les voies respectives, une 10 pluralité correspondante de seconds transducteurs agissant pour convertir la dite radiation en signaux électriques à appliquer aux dites entrées supplémentaires et un moyen de conduction des radiations entre les premiers et les seconds transducteurs. Les premiers transducteurs peuvent employer de l'arséniure 15 de gallium pour la conversion de signaux électriques en radiation ; les seconds transducteurs peuvent comprendre des photo-diodes ou photo-transistors. D'autres dispositifs présentant des.caractéristiques similaires peuvent aussi évidemment être employés. Le moyen de transmission de radiation comprend de préférence 20 une pluralité de conducteurs à fibres optiques. Une telle disposition présente une sécurité manifeste ; par suite de la nature de la signalisation employée entre les voies, les voies sont' isolées aussi efficacement que s'il n'y avait pas d'interconnexions entre elles. 25 On décrira ci-après, à titre d'exemple, une forme d'exécu tion selon l'invention en référence au dessin annexé, dans lequel : la figure 1 est un schéma montrant, sous forme simplifiée, le canal de commande de l'angle d'inclinaison longitudinale dans un système de pilotage automatique ; 30 la figure 2 est un schéma d'une partie du système de la figure 1 ; et la figure 3 est un graphique montrant les caractéristiques de fonctionnement d'un, auto-sélecteur. Le canal de commande de l'angle d'inclinaison longitudinale 35 peut, comme représenté, présenter quatre voies individuelles I à IV qui sont reliées à'un dispositif d'unification 11, dont la sortie commune 13 est employée pour actionner la ou les gouvernes de profondeur d'un avion, comme indiqué en 15» Chaque voie comprend un appareil d'actionnement 17a à 17d 40 et un applificateur 19a à 19d° Les amplificateurs 19a à 19d 70 31932 4 2063151 reçoivent par une entrée 21a à 21d des signaux de commande développés dans leurs voies correspondantes et par d'autres entrées telles que 23a à 23 Les signaux de commande dans les quatre voies sont développés par des capteurs tels que les capteurs de données aériennes 25a à 25à, des gyroscopes,d'attitude, 27a à 27d, et des gyroscopes de 10 vitesses de variations 29a à 29d. Ces signaux filtrés, comme indiqué en 31a à 31 Chaque voie comprend un auto-séleeteur à quatre entrées, 37a à 37d7les quatre entrées de chaque auto-sélecteur (figure 2) 15 étant respectivement reliées aux quatre voies. Les auto-sélecteurs 37a à 37d agissent chacun pour développer un signal de sortie à partir de celui des signaux des quatre voies qui présente une relation prédéterminée avec les signaux des autres voies de telle façon que les signaux fournis au dispositif d'unifi-20 cation 11 eh provenance des appareils d'actionnement individuels 17a à 17d soient dérivés de la même voie. Avec toi auto-sélecteur à quatre entrées, il pourrait être avantageux de choisir le signal dont l'amplitude est la plus voisine de celle du signal d'amplitude minimale. La caractéristique de 25 sortie de l'auto-sélecteur pourrait alors être celle représentée sur la figure 3« Sur cette figure, les signaux d'entrée A, B, C et D sont tracés en fonction du temps. On voit que le signal de sortie suit la caractéristique d'entrée C jusqu'au point d'intersection des caractéristiques C et®, qu'à partir de ce dernier point jusqu'au 30 point auquel se coupent les caractéristiques D et B il suit l'entrée B et qu'enfin à partir du point d'intersection mentionné en dernier il suit l'entrée B. Si au temps tf un défaut se développe dans la voie du signal B dans un sens abaissant la valeur du signal B, l'auto-sélecteur suit le signal B jusqu'à l'intersection des carac-35 téristiques B et C et ensuite il suit la caractéristique C. Un écart d'un signal en sens opposé aboutit à la capture analogue par l'auto-sélecteur d'un signal qui se conforme à la règle prescrite en ce qui concerne la sélection des signaux. On comprendra facilement, que c'est le même signal qui est 40 reçu par les auto—sélecteurs à quatre entrées pour l'application 70 31932 5 2063151 des signaux aux amplificateurs 19a à 19d et, par suite, au dispositif d'unification 11. En utilisant des dispositifs d'auto-sélecticn, comme on l'a exposé, on évite les problèmes liés aux différences nulles et 5 autres des caractéristiques des capteurs et de leurs circuits associés» Si, par exemple, le système de pilotage est destiné à piloter l'avion en maintien ou blocage d'altitude, les capteurs de données aériennes 25a à 25d développent inévitablement des signaux de sortie différents représentant des altitudes différentes par 10 suite des tolérances de fabrication. Si les voies sont complètement indépendantes en ce sens qu'il n'y a pas d'interconnexions entre les voies, les moteurs d'actionnement 17a à 17d développent des sorties différentes et 1'accomodation de ces commandes différentes pose de sérieux problèmes de construction pour les moteurs d'action-15 nement 17a à 17d, pour le dispositif d'unification 11 ou à la fois pour les moteurs d'actionnement et le dispositif d 'unification. L'utilisation d'auto-sélecteurs et d'interconnexions électriques 44 entre les voies évite de tels problèmes de construction, mais la présence de telles interconnexions affecte inévitablement 20 l'intégrité du système» Quand la transmission de signaux électriques d'une voie à l'autre est employée, la mise à la masse d'un conducteur de signal pour un auto-sélecteur donne lieu à une entrée parasite à l'auto-sélecteur et aussi, à moins qu'un circuit intermédiaire soit inclus dans le chemin du signal, à l'auto-sélecteur de 25 la voie de transmission du signal. Même quand des circuits intermédiaires sont prévus, il y a toujours la possibilité d'une défaillance du circuit intermédiaire qui, quand elle se présente, peut affecter la transmission du signal'ou, en présence par exemple d'une mise à la masse du conducteur, permet l'apparition d'un signal parasite 30 pour les auto-sélecteurs de deux voies en interconnexion» Dans de telles circonstances, les deux voies ainsi en interconnexion sont effectivement perdues et, à moins qu'on ait prévu un moyen pour empêcher la mise à la masse des autres auto-sélecteurs, ceux-ci sont aussi effectivement perdus et tout le système de commande est rendu 35 inefficace. Pour surmonter les risques que présentent des systèmes à voies multiples comprenant des auto-sélecteurs en interconnexion comme on l'a décrit, les systèmes selon l'invention ont les auto-sélecteurs 37a à 37d interconnectés, comme représenté sur la 40 figure 2, par des canaux de communication dont chacun comprend un 70 31932 6 2063151 premier transducteur 39 agissant pour convertir des signaux électriques, présents dans une voie, en radiation électromagnétique dans une certaine bande de longueurs d'onde, un organe de conduction de la radiation 41, transmettant la radiation développée par le trans-5 ducteur 39, et un second transducteur 43 qui convertit la radiation transmise en signaux électriques et fournit les signaux correspondants à l'entrée correspondante d'un auto-sélecteur d'une autre voie. Quand l'organe transmetteur de radiation 41 doit transmettre 10 dans la partie visible du spectre électromagnétique, le premier transducteur 39 doit évidemment agir pour convertir des signaux électriques en signaux lumineux correspondants. Cela pourrait évidemment se faire par une lampe ; le retard et l'absence de fiabilité inhérents à de tels transducteurs 'peuventamendant rendre 15 leur utilisation indésirable. Un autre transducteur 39 qu'on peut utiliser repose sur la propriété de conversion irréversible de l'arséniure de gallium. L'arséniure de gallium, en réponse à une excitation électrique, émet une radiation électromagnétique dans la partie de l'infra-20 rouge du spectre. Ainsi, quand on utilise cette substance, l'organe de transmission de la radiation 41 doit transmettre la radiation infrarouge. Une autre substance convenable pour le premier transducteur est l'arséniure-phosphure de gallium. Cette substance développe une radiation dans la partie visible du spectre. Bien que 25 l'organe transmetteur de radiation puisse être de toute construction convenable, on préfère utiliser un dispositif à fibres optiques. Les propriétés de transmission de radiation des fibres de verre admettent les radiations sur les parties visible et infrarouge du spectre et ainsi les fibres de verre peuvent être associées à la fois à 30 l'arséniure de gallium et à son phosphure. D'autre part, pour des raisons de prix, on pourrait désirer utiliser des fibres plastiques de transmission de radiation. Actuellement au moins de telles fibres ne transmettent pratiquement pas dans la région de l'infrarouge ; la caractéristique de l'arséniure-phosphure de gallium est cependant 35 telle qu'on peut l'employer en conjonction avec de telles fibres. En ce qui concerne le second transducteur 43, celui-ci pourrait être constitué par un photo-transistor au silicium ou une photo-diode au silicium. Dans le cas de photo-transistors ou de photo-diodes, le transducteur 43 devrait de préférence être de 40 fonctionnement irréversible mais, pourvu que le premier transducteur 70 31932 7 2063151 39 soit irréversible, oela n'est pas absolument essentiel. En vertu de la caractéristique irréversible du premier transducteur 39» il ne peut y avoir aucune possibilité de transmission de signaux parasites à plus d'une voie de commande ; on peut le démontrer facilement et, par opposition aux dispositifs connus et proposés, cela ne demande pas une analyse de défaut coûteuse, prolongée et complexe pour sa démonstration. 70 31932 s 2063151 REVENDICATIONS» 1 • Système de transmission de signaux, comprenant plusieurs voies de transmission de signaux disposées chacune pour recevoir des signaux électriques d'un capteur correspondant parmi plusieurs, un 5 nombre correspondant de dispositifs d'unification de signaux ayant des premières entrées reliées respectivement aux voies correspondantes et des entrées supplémentaires pour recevoir des signaux provenant respectivement des autres voies, chacun des dits dispositifs agissant pour développer, à partir des signaux électriques dans les 10 voies, une sortie qui présente une relation prescrite avec les signaux électriques, caractérisé par ceci qu'il comprend un moyen de transmission de radiation unidirectionnelle accouplant chacune des dites entrées supplémentaires à l'autre voie correspondante. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé par ceci que 15 le moyen de transmission de radiation unidirectionnelle comprend une pluralité de premiers transducteurs reliés respectivement aux voies et agissant pour engendrer la dite radiation en fonction des signaux électriques dans les voies correspondantes, une pluralité correspondante de seconds transducteurs agissant pour convertir la 20 dite radiation en signaux électriques à appliquer aux dites entrées supplémentaires et un moyen de conduction de la radiation entre les dits premiers et seconds transducteurs. 3» Système selon la revendication 2, caractérisé par ceci que les dits premiers transducteurs agissent pour convertir les dits 25 signaux électriques en radiation électromagnétique mais ne peuvent pas effectuer la conversion inverse. 4. Système selon la revendication 3» caractérisé par ceci que les dits premiers transducteurs sont des dispositifs à l'arséniure de gallium. 30 5. Système selon la revendication 3, caractérisé par ceci que les dits premiers transducteurs sont des dispositifs à l'arséniure-phosphure de gallium. 6. Système selon la revendication 3» la revendication 4 ou la revendication 5, caractérisé par ceci que les dits seconds trans- 35 ducteurs agissent pour convertir la radiation électromagnétique en signaux électriques. 7. Système selon la revendication 6, caractérisé par ceci que les dits seconds transducteurs sont des photo-transitors. 8. Système selon la revendication 6, caractérisé par aeci que 40 les dits seconds transducteurs sont des photo-diodes. 70 31932 9 2063151 9» Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, caractérisé par ceci que le dit moyen de conduction des radiations comprend une pluralité de conducteurs à fibres optiques. 10» Système selon l'une quelconque des revendications précé- 5 dentes, caractérisé par ceci que les dits moyens capteurs sont disposés pour capter les conditions de vol d'un avion. 11. Système selon la revendication 10, caractérisé par ceci que les dites sorties des dispositifs d'unification des signaux sont disposées pour commander le fonctionnement de gouvernes de profondeur 10 de l'avion. 12. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par ceci que les dispositifs d'unification des signaux sont des auto-sélecteurs. 13. Système selon la revendication 12, caractérisé par ceci 15 que la sortie de chaque auto-sélecteur dépend, à tout instant, du signal électrique qui a une relation prescrite avec les signaux électriques dans les autres voies. 14. Système selon la revendication 13» caractérisé par ceci qu'il y a quatre voies et que la sortie de chaque auto-sélecteur 20 dépend, à tout instant, du signal, électrique dont l'amplitude est la plus voisine de celle du signal le plus faible ou du signal le plus fort. 15. Système de commande de pilotage pour avion, caractérisé par ceci qu'il comprend un système de transmission de signaux selon 25 l'une quelconque des revendications 1 à 14.