Brevet FR2974938A1 — publié le 20121109

Système avionique à trois écrans de visualisation pour aéronef Le domaine de l'invention est celui des planches de bord d'aéronef. Les planches de bord actuelles comportent essentiellement des écrans de visualisation permettant de fournir aux pilotes les informations nécessaires au pilotage, à la navigation et plus généralement à l'accomplissement de la mission en cours. L'équipage peut interagir au moyen d'interfaces homme-machine avec ces écrans pour sélectionner, contrôler ou modifier les données et les paramètres affichés. Les avions assurant le transport de passagers pour des courtes et moyennes distances dits « mono-couloir » ou en terminologie anglo-saxonne « single aisle » disposent de cockpits relativement petits où l'intégration réussie des éléments nécessaires au pilotage, à la navigation, à la surveillance et aux communications est essentielle pour assurer la sécurité du vol et optimiser la charge de travail de l'équipage. Actuellement, la technologie permet de réaliser de grands écrans de visualisation, typiquement de diagonale égale ou supérieure à 15 pouces avec une excellente résolution. On peut utiliser, par exemple, des grands écrans utilisant la technologie « LCD » pour « Liquid Crystal Display ». L'arrivée de ces grands écrans de visualisation dans le domaine de l'avionique est confrontée à des problèmes techniques d'implantation et nécessite une réduction drastique du nombre d'écrans dans le cockpit. La réduction du nombre d'écrans pose alors des problèmes de disponibilité de l'avion en cas de panne simple pouvant occasionner simultanément la perte de plusieurs fonctions autrefois réparties sur plusieurs écrans. Pour pallier à cette difficulté, on peut bien entendu conserver un nombre minimum d'écrans de petite taille dans le cockpit. Actuellement, le nombre d'écrans est au minimum de quatre et peut monter jusqu'à huit, voire au-delà. Plus le nombre d'écrans est important, plus les coûts d'installation et de câblage augmentent et plus la masse du système est importante. L'architecture avionique selon l'invention permet de réaliser une planche de bord ne comportant que trois grands écrans de visualisation tout en assurant une disponibilité suffisante du système avionique pour permettre la continuité des opérations en toute sécurité en cas de panne simple jusqu'à la prochaine opération de maintenance qui peut être effective quelques jours après la panne constatée. L'objectif de cette architecture dite double chaîne est, avec seulement trois grands écrans, d'obtenir la même disponibilité opérationnelle qu'un système avionique comportant six écrans de visualisation. L'architecture selon l'invention est complètement redondée ou « full dual ». Chaque écran comporte deux demi-écrans de visualisation totalement indépendants, soit six demi-écrans au total. Une panne simple ne peut causer la perte totale d'un grand écran. L'architecture assure ainsi la disponibilité soit totale des six demi-écrans soit de cinq demi-écrans sur six en cas de panne simple. On assure donc la disponibilité des informations primaires pour le vol après une panne simple tout en respectant les objectifs de sécurité du vol. Plus précisément, l'invention a pour objet un système avionique sécurisé pour aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend strictement trois dispositifs de visualisation et au moins trois calculateurs de génération 20 graphique reliés aux dispositifs de visualisation ; chaque calculateur de génération graphique comprenant : o des moyens de génération d'images permettant de générer au moins deux demi-images ; o des moyens de connexion reliant ledit calculateur à au 25 moins un premier dispositif de visualisation et à un second dispositif de visualisation ; chaque dispositif de visualisation comprenant : o des moyens de connexion reliant ledit dispositif de visualisation à au moins un premier calculateur de génération graphique et à un second calculateur de génération graphique ; o deux ensembles électroniques d'adressage identiques et autonomes, chaque ensemble permettant d'afficher une demi-image sur une moitié de l'écran d'affichage du dispositif de visualisation ; 30 35 o Les deux demi-images affichées venant du même calculateur de génération graphique ; o Des moyens d' « aiguillage » électronique permettant d'afficher soit les deux demi-images issues du premier calculateur de génération graphique soit les deux demi-images issues du second calculateur de génération graphique. Avantageusement, le système avionique comporte uniquement trois calculateurs graphiques, chaque calculateur graphique ayant la capacité 10 de générer quatre demi-images. Avantageusement, le système avionique comporte uniquement quatre calculateurs de génération graphique. Avantageusement, deux des calculateurs de génération graphique comportent des moyens de traitement d'images vidéo et chacun desdits 15 calculateurs de génération graphique est relié à un dispositif de visualisation tête haute. Avantageusement, chaque dispositif de visualisation comprend un écran unique à cristaux liquides composé de deux demi-écrans, chaque demi-écran étant adressé par un ensemble de circuits de commande 20 autonome, un ensemble d'éclairage autonome et une alimentation électrique autonome. Avantageusement, les moyens de génération d'images de chaque calculateur génèrent soit deux demi-images indépendantes soit deux demi-images constituant une seule et même image continue représentatives des 25 données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. Avantageusement, les quatre calculateurs graphiques sont regroupés deux par deux, pour former deux calculateurs graphiques duals ayant chacun la capacité de générer quatre demi-images indépendantes ou 30 quatre demi-images constituant deux images continues représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : La figure 1 représente le synoptique général du système avionique 5 selon l'invention, dans une architecture privilégiée à quatre calculateurs graphiques ; La figure 2 représente le synoptique général d'un dispositif de visualisation selon l'invention ; La figure 3 représente une variante du synoptique général du 10 système avionique à quatre calculateurs graphiques comprenant deux viseurs Tête Haute ; La figure 4 représente le synoptique général du système avionique selon l'invention dans une architecture alternative à trois calculateurs graphiques ; 15 La figure 5 représente une variante du synoptique général du système avionique à trois calculateurs graphiques de la figure 4. A titre de premier exemple non limitatif, la figure 1 représente le synoptique général d'un système avionique selon l'invention dans une 20 architecture privilégiée à quatre calculateurs graphiques. II comprend trois dispositifs de visualisation notés DU1, DU2 et DU3 et quatre calculateurs de génération graphique notés CGG1, CGG2, CGG3 et CGG4. Ces calculateurs sont reliés aux dispositifs de visualisation par des liaisons électroniques ou optiques notées L. Les liaisons optiques peuvent être réalisées selon la 25 norme ARINC 818. Les dispositifs de visualisation sont disposés en ligne dans le cockpit. Chaque pilote a devant lui un écran latéral affichant les données nécessaires au pilotage et à la navigation. Un écran central affiche les informations sur les moteurs et les systèmes de l'aéronef. Les calculateurs 30 sont reliés au reste du système avionique comprenant les différents capteurs de l'appareil, les réseaux de communications et d'échanges de données de l'appareil. Les fonctions des calculateurs graphiques sont, à partir des données des systèmes de l'appareil, de calculer les logiques d'animation des 35 symboles et d'en assurer le tracé. Ces fonctions sont l'acquisition, l'émission, l'interaction de signaux, le calcul des paramètres et leur représentation graphique. Pour assurer ces fonctions, chaque calculateur de génération graphique CGG comprend essentiellement : Des moyens d'interconnexion I/O et A/C avec le reste du système avionique ; - des moyens de génération d'images GG permettant de générer deux demi-images ; des moyens de connexion I/O reliant le calculateur à un premier dispositif de visualisation et à un second dispositif de visualisation. Ces moyens sont représentés par des petits carrés sur la figure 1 et sur les autres figures. Sur la figure 1, les deux calculateurs CGG1 et CGG4 comprennent également des moyens permettant de traiter des images vidéo avant 15 affichage. Les moyens de génération d'images de chaque calculateur génèrent soit deux demi-images indépendantes soit deux demi-images constituant une seule et même image continue. Ces images sont représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au 20 contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. On appelle ces types d'affichage principaux « EFIS » signifiant « Electronic Flight Instrument System » et « ECAM » signifiant « Electronic Centralized Aircraft Monitoring ». En fonction des données affichées, les affichages s'appellent : Données de pilotage : « PFD », acronyme de « Primary Flight 25 Display » ; Données de navigation : « ND », acronyme de « Navigation Display » ; - Données de contrôle moteur et gestion d'alarmes : « EWD », acronyme de « Engine Warning Display » ; 30 Données générales des systèmes avions : « SD », acronyme de « System Display » ; - Données aéroportuaires : « ANF », acronyme de « Airport Navigation Functions ». Les quatre calculateurs graphiques peuvent être regroupés deux par deux, pour former des calculateurs graphiques duals ayant la capacité de générer quatre demi-images indépendantes ou quatre demi-images constituant deux images continues représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. Chaque dispositif de visualisation DU comprend essentiellement : Des moyens de connexion I/O reliant le dispositif de visualisation à un premier calculateur de génération graphique et à un second calculateur de génération graphique ; deux ensembles électroniques d'adressage identiques et autonomes, chaque ensemble permettant d'afficher une demi-image sur une moitié de l'écran d'affichage E du dispositif de visualisation ; - Les deux demi-images affichées venant du même calculateur de génération graphique ; Des moyens d«( aiguillage » A électronique permettant d'afficher soit les deux demi-images issues du premier calculateur de génération graphique soit les deux demi-images issues du second calculateur de génération graphique. Plus précisément, l'écran d'affichage peut être un écran de technologie « LCD », acronyme de « Liquid Crystal Display » comportant une seule matrice d'affichage qui est composée de deux demi-écrans à commande séparée dit « double driving ». A titre d'exemple, la taille de l'écran peut être de 15 pouces ce qui correspond à une diagonale d'écran de 38 centimètres. La figure 2 représente le synoptique détaillé d'un dispositif de visualisation DU de type LCD. Il comprend un écran E. Cet écran est une matrice unique de pixels élémentaires pouvant être commandés par deux ensembles électroniques de commande ou d'adressage totalement séparés permettant de créer deux images totalement autonomes. Chaque ensemble électronique comprend une alimentation électrique AI.EI alimentée par le réseau de bord, généralement du 115 Volts AC. Cette alimentation électrique alimente une électronique de commande EI.Co encore appelée « LCD Driver », un rétro-éclairage Ecl qui peut être assuré par des diodes électroluminescentes encore appelée « backlighting » et un demi-écran. Sur les figures 1 à 5, pour symboliser que les écrans sont composés de demi-écrans, les écrans sont figurés en noir avec une ligne blanche de séparation. Dans la réalité, la ligne de séparation entre les deux demi-écrans est invisible de l'utilisateur. Il est en effet possible de couper des lignes d'alimentation d'un grand écran en deux avec une précision de l'ordre du pixel. Cette disposition permet en cas de panne simple, c'est-à-dire en cas de panne d'une alimentation électrique, d'une électronique de commande, d'un « backlighting » ou d'un demi-écran de conserver l'autre demi-écran opérationnel. Ainsi, l'équipage conserve cinq demi-écrans fonctionnels sur six, ce qui est acceptable sur le plan de la sécurité du vol. Cela permet également, sous certaines conditions, de poursuivre l'exploitation de l'avion pendant plusieurs jours, jusqu'à la prochaine intervention de maintenance. Il est à noter qu'il est alors possible de reconfigurer cet écran de façon que les données primaires pour piloter l'avion restent disponibles dans l'axe du pilote. En cas de perte totale d'un écran, les données pourraient être reconfigurées sur un des deux écrans restant mais le pilotage de l'avion serait rendu plus difficile dans la mesure où les données nécessaires au pilotage ne seraient plus dans l'axe de l'avion, compte-tenu de la taille des grands écrans. Le pilote serait tenu de faire une transposition intellectuelle pour se ramener dans son référentiel habituel. Dans l'architecture à trois écrans et quatre calculateurs, chaque dispositif d'affichage DU est relié à deux calculateurs de génération graphique. Chaque calculateur génère deux demi-images. Les moyens d'aiguillage électronique A qui comprennent des moyens de répartition Sp et des moyens de sélection Sel des signaux vidéo permettent de sélectionner un des deux calculateurs et d'envoyer les images issues de ce calculateur sur les demi-écrans. Chaque dispositif d'affichage DU comporte deux moyens de surveillance MS indépendants qui permettent de détecter les pannes éventuelles. En cas de panne du calculateur sélectionné, les moyens d'aiguillage sélectionne les images issues du second calculateur pour les envoyer vers les deux demi-écrans. On remarque que, dans ce cas, la panne est transparente pour l'équipage qui conserve la totalité de ces six demi-écrans. A titre d'exemple, on a représenté en traits gras sur les figures 1, 3, 4 et 5 les liaisons électroniques reliant les calculateurs graphiques aux dispositifs d'affichage en mode de fonctionnement nominal. On a représenté en traits fins sur les figures 1, 3, 4 et 5 les liaisons électroniques reliant les calculateurs graphiques aux dispositifs d'affichage en cas de panne. Dans cette architecture à trois écrans et quatre calculateurs, en mode de fonctionnement normal, un des quatre calculateurs est inutilisé. Cette capacité de calcul supplémentaire donnée par le quatrième calculateur peut être utilisée pour héberger des fonctions supplémentaires dans le cockpit. Ainsi, comme on le voit sur la figure 3, on peut intégrer le pilotage de deux viseurs Tête Haute dits « HUD », pour « Head-Up Display » et notés HUD1 et HUD2 sur la figure 3. On peut également intégrer la fonction de Navigation aéroportuaire dite « ANF ». Ces images sont transmises par des liens vidéo. En cas de panne d'une génération graphique, la fonction ANF qui 20 est non critique est abandonnée pour reconfigurer l'affichage principal qui a été perdu. Une architecture alternative à la précédente et ne comportant que trois calculateurs graphiques au lieu de quatre est représentée sur la figure 25 4, chaque dispositif d'affichage DU est relié à deux calculateurs de génération graphique. Dans une variante de cette architecture alternative à trois écrans et trois calculateurs graphiques, représentée sur la figure 5, chaque dispositif d'affichage DU est relié à trois calculateurs de génération graphique, 30 permettant ainsi une plus grande souplesse en termes de capacité de reconfiguration du système. Dans ces deux architectures alternatives à trois écrans et trois calculateurs graphiques, chaque calculateur génère nominalement deux demi-images ou une image complète. En cas de panne d'un calculateur, l'un 35 des deux calculateurs restant génère alors quatre demi-images ou deux images complètes, de telle façon que la panne soit transparente pour l'équipage qui conserve la totalité de ses six demi-écrans. Les moyens d'aiguillage électronique A permettent de sélectionner l'un des calculateurs et d'envoyer les images issues de ce calculateur sur les 5 demi-écrans. REVENDICATIONS1. Système avionique sécurisé pour aéronef, caractérisé en ce qu'il comprend strictement trois dispositifs de visualisation (DU1, DU2, DU3) et au moins trois calculateurs de génération graphique (CGG1, CGG2, CGG3, CGG4) reliés aux dispositifs de visualisation ; chaque calculateur de génération graphique comprenant : o des moyens de génération d'images (GG) permettant de générer au moins deux demi-images ; o des moyens de connexion (I/O) reliant ledit calculateur à au moins un premier dispositif de visualisation et à un second dispositif de visualisation ; chaque dispositif de visualisation comprenant : o des moyens de connexion (I/O) reliant ledit dispositif de visualisation à au moins un premier calculateur de génération graphique et à un second calculateur de génération graphique ; o deux ensembles électroniques d'adressage identiques et autonomes, chaque ensemble permettant d'afficher une demi-image sur une moitié de l'écran d'affichage du dispositif de visualisation ; o Les deux demi-images affichées venant du même calculateur de génération graphique ; o Des moyens d«( aiguillage » (A, Sp, Sel) électronique permettant d'afficher soit les deux demi-images issues du premier calculateur de génération graphique soit les deux demi-images issues du second calculateur de génération graphique. 2. Système avionique sécurisé pour aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système avionique comprend strictement trois 30 calculateurs de génération graphique (CGG1, CGG2, CGG3), chaque calculateur graphique ayant la capacité de générer quatre demi-images. 3. Système avionique sécurisé pour aéronef selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système avionique comprend strictement quatre calculateurs de génération graphique (CGG1, CGG2, CGG3, CGG4). 4. Système avionique sécurisé pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que deux calculateurs de génération graphique comportent des moyens de traitement d'images vidéo et en ce que chacun desdits calculateurs de génération graphique est relié à un dispositif de visualisation tête haute (VTH1, VTH2). 5. Système avionique sécurisé pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque dispositif de visualisation (DU) comprend un écran (E) unique à cristaux liquides composé de deux demi-écrans, chaque demi-écran étant adressé par un ensemble de circuits de commande autonome (El.Co), un ensemble d'éclairage autonome (Ecl) et une alimentation électrique autonome (AI.El). 6. Système avionique sécurisé pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce les moyens de génération d'images de chaque calculateur de génération graphique génèrent deux demi-images indépendantes représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. 7. Système avionique sécurisé pour aéronef selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce les moyens de génération d'images de chaque calculateur de génération graphique génèrent deux demi-images constituant une seule et même image continue représentative des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport. 8. Système avionique sécurisé pour aéronef selon la revendication 3, caractérisé en ce que les quatre calculateurs graphiques sont regroupés 35 deux par deux, pour former des calculateurs graphiques duals, ayant lacapacité de générer quatre demi-images indépendantes ou quatre demi-images constituant deux images continues représentatives des données nécessaires au pilotage, à la navigation, au contrôle de l'appareil ou à la circulation sur aéroport.