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eVTOL飛控的核心難點(diǎn)總結(jié)

lcdz66 ? 來源:飛行汽車eVTOL ? 作者:城市空中交通導(dǎo)論 ? 2022-10-27 10:41 ? 次閱讀
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由于本次eVTOL熱潮與無人機(jī)技術(shù)發(fā)展有不解之緣,因此很長一段時(shí)期,eVTOL在公眾,甚至部分從業(yè)者的語境中,與無人機(jī)十分接近;而在多個(gè)廠商的樣機(jī)進(jìn)入適航審定階段的今天,各適航當(dāng)局對用于UAM的eVTOL的審定要求約等于23部規(guī)章,已經(jīng)成為共識,eVTOL的研制過程,也自然需借鑒23部飛機(jī)的流程、規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)。

eVTOL飛控身上的四座大山

潛在市場對eVTOL高安全、大規(guī)模、高度自動(dòng)化運(yùn)行的需求,加上適航規(guī)章這一安全性最低標(biāo)準(zhǔn),使得飛控系統(tǒng)成為eVTOL落地的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一,筆者將eVTOL飛控的核心難點(diǎn)總結(jié)為四座大山:

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安全性、成本、重量、復(fù)雜度構(gòu)成的不可能金字塔,任何涉及這幾項(xiàng)性能的系統(tǒng)均需要權(quán)衡

高安全性:航空業(yè)對安全性的極致追求,使得航線客運(yùn)成為單位里程事故率最低的交通工具,盡管如此,空難對公眾心理的沖擊仍是巨大的,可想而知,公眾對城市上空運(yùn)行的eVTOL事故率的要求會(huì)更高。

我們也了解現(xiàn)階段普遍運(yùn)行的支線和干線飛機(jī),在良好維護(hù)和準(zhǔn)確操作的情況下,飛控系統(tǒng)功能失效率遠(yuǎn)低于適航規(guī)章要求。這得益于現(xiàn)代航空工業(yè)總結(jié)出的一系列標(biāo)準(zhǔn)、指南和最佳實(shí)踐(例如ARP4754及相關(guān)指南),指導(dǎo)高可靠性飛控及其他機(jī)載系統(tǒng)的研制和驗(yàn)證,即從技術(shù)上和工程實(shí)踐上,該要求都是合理且可以滿足的。

值得注意的是,與設(shè)想中的UAM運(yùn)行場景較為接近的135部按需(On-demand)運(yùn)行,盡管所用飛行器的設(shè)計(jì)安全性達(dá)到適航審定標(biāo)準(zhǔn),但由于運(yùn)行場景環(huán)境復(fù)雜,通航公司管理和飛行員、機(jī)務(wù)水平參差不齊,導(dǎo)致事故率仍然較高(對比Part 121客運(yùn)的低于0.1/百萬飛行小時(shí))。

下圖為美國交通部統(tǒng)計(jì)的本國135部按需運(yùn)行逐年事故率,這種事故率對于大規(guī)模UAM運(yùn)行可能是公眾無法接受的。

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美國交通部135部按需運(yùn)行事故率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

根據(jù)不同的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),飛行事故僅有約10-20%是由飛行器自身功能失效引起的(對照上圖數(shù)據(jù),由飛行器自身功能失效引起的災(zāi)難性事故率約0.2-1.2/百萬飛行小時(shí)),而大部分事故是由于飛行員操作失誤。

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波音統(tǒng)計(jì)的事故原因數(shù)據(jù)

如果按照簡化飛行(和維護(hù))操作(SVO)的理念,飛行員在非極端情況下無需負(fù)責(zé)基礎(chǔ)飛行操作(如姿態(tài)穩(wěn)定、高度保持等),以及加入了包線保護(hù)、障礙物預(yù)警(或自動(dòng)規(guī)避)、氣象預(yù)警(或自動(dòng)航線規(guī)劃)、自動(dòng)故障預(yù)測診斷和隔離重構(gòu)等功能之后,事故率有望顯著降低。

輕量化:所需的安全性在技術(shù)上和工程上都是可實(shí)現(xiàn)的,但對于eVTOL的特殊需求,會(huì)出現(xiàn)新的問題。我們希望eVTOL可以在2030年前實(shí)現(xiàn)成規(guī)模、可盈利的商業(yè)運(yùn)營,但卻無法寄希望于電池性能在此之前突飛猛進(jìn),從而達(dá)到現(xiàn)有直升機(jī)的載荷系數(shù),以至于在可預(yù)見的將來,eVTOL都要極致減重,才可能具備實(shí)用的載荷能力。

這種情況下,民航飛機(jī)上ARINC600機(jī)箱內(nèi),動(dòng)輒單臺(tái)重量十幾公斤的計(jì)算機(jī),是eVTOL所無法承受的。 下圖是較早期Joby公布的 S4機(jī)型重量占比,我們可以看到電池和推進(jìn)系統(tǒng)重量占比達(dá)到54%,為了承載飛行員和4名乘客,必須將結(jié)構(gòu)、飛控、儀表、導(dǎo)航、防火等系統(tǒng)總重量壓縮至25%(約550kg),這種情況下,飛控和航電設(shè)備總重量要低于100kg。

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Joby公布的重量占比數(shù)據(jù)

我們無從得知Joby S4原型機(jī)的重量配比是否依然如此,更無法預(yù)測未來取得型號許可證的原型機(jī)版本的飛控系統(tǒng)重量會(huì)是多少,但極致的輕量化設(shè)計(jì)是eVTOL機(jī)型必須要考慮的。

霍尼韋爾用于eVTOL的電傳飛控模塊

霍尼韋爾等傳統(tǒng)廠商也依托技術(shù)積累,進(jìn)行了將電傳飛控計(jì)算機(jī)、雷達(dá)等設(shè)備輕量化的嘗試。事實(shí)上,僅依靠設(shè)備的輕量化是遠(yuǎn)不足以滿足成熟階段eVTOL(多種多樣機(jī)型對于機(jī)載系統(tǒng)架構(gòu)靈活性)的要求,而是需要從系統(tǒng)架構(gòu)到設(shè)備功能均進(jìn)行獨(dú)特設(shè)計(jì)。

例如,對于飛控等機(jī)載電子設(shè)備,在滿足系統(tǒng)安全性、環(huán)境適應(yīng)性的前提下,需要通過提高集成度降低計(jì)算機(jī)等設(shè)備數(shù)量和重量,通過總線技術(shù)降低線纜數(shù)量和重量,通過電力電子技術(shù)減少繼電器、保險(xiǎn)絲的重量等。

高復(fù)雜度:無論是提高飛控等系統(tǒng)的集成度,還是簡化飛行(和維護(hù))操作,所帶來的都是系統(tǒng)或設(shè)備復(fù)雜度的顯著提升。

早期獨(dú)立式或聯(lián)合式的機(jī)載電子系統(tǒng)架構(gòu)中,一臺(tái)設(shè)備僅有一項(xiàng)或幾項(xiàng)功能,各功能的失效具有較好的獨(dú)立性,而對于綜合模塊化航電設(shè)備,單個(gè)設(shè)備可能承載多個(gè)功能,這時(shí)不同功能的失效之間可能產(chǎn)生密切關(guān)聯(lián),這種情況下對功能、設(shè)備進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的符合性方法,在DO-297等指南中有所闡述。(其基本思想包括:資源共享、魯棒分區(qū)、應(yīng)用程序接口和健康管理,并以ARINC 653標(biāo)準(zhǔn)為例進(jìn)行介紹)。

盡管DO-297等指南提供了綜合模塊化航電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)核符合性驗(yàn)證方法,但并不能降低系統(tǒng)的復(fù)雜度,相反,為了保證足夠的安全性,反倒提升了操作系統(tǒng)復(fù)雜度。

研究過程中,我們注意到:ARINC 653標(biāo)準(zhǔn)本質(zhì)上是在單核或較少內(nèi)核處理器的前提下采用了時(shí)間分區(qū)和空間分區(qū),隨著微處理器的多核趨勢逐步明顯,(英飛凌TC397、TI TDA4等)6核以上的處理器開始出現(xiàn),則可以考慮以不同的內(nèi)核天然的物理隔離代替時(shí)間分區(qū),即原來運(yùn)行在不同分區(qū)的駐留應(yīng)用,現(xiàn)在可以運(yùn)行在不同內(nèi)核上實(shí)現(xiàn)隔離(時(shí)間分區(qū)帶來的延遲也得以消除),空間分區(qū)則繼續(xù)以硬件hypervisor作為載體,此舉有望降低分區(qū)操作系統(tǒng)的復(fù)雜度。

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NASA簡化飛行操作等級

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簡化飛行操作與當(dāng)前操作對比,從理念上便具有重大差別,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響

簡化飛行(和維護(hù))操作的設(shè)計(jì)理念所帶來的復(fù)雜度提升則更明顯。例如,在傳統(tǒng)飛控系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中,很多失效條件下會(huì)以飛行員作為兜底的“備份系統(tǒng)”,而且(除了事無巨細(xì)的防止誤操作的設(shè)計(jì)和措施以外)認(rèn)為飛行員總能做出正確決定,這也是波音737 MAX悲劇的重要原因(當(dāng)值飛行員并不知道飛機(jī)搭載了MCAS系統(tǒng),因此很難在第一時(shí)間做出關(guān)閉俯仰配平的決定);而在設(shè)想的不同等級的簡化飛行操作中,需要飛行員操作或兜底的項(xiàng)目隨等級提升而大幅降低,而這些項(xiàng)目相關(guān)的控制律,故障診斷、隔離、恢復(fù)策略軟硬件安全性就需要靠設(shè)計(jì)來保證。相對于有飛行員兜底的情形,每個(gè)等級簡化飛行操作所帶來的邏輯判斷和決策分支都將會(huì)有數(shù)量級的提升。

邏輯分支的數(shù)量級提升,帶來的是驗(yàn)證工作量的指數(shù)級提升,盡管有數(shù)據(jù)表明,優(yōu)秀的工具鏈配合書寫規(guī)范全面的需求,可以實(shí)現(xiàn)超過85%用例的自動(dòng)化測試,但無法自動(dòng)完成的部分,手寫測試用例的難度往往更大,尤其是數(shù)量級足夠大時(shí),所帶來的難度和成本都是筆者無法估計(jì)的。

除了簡化飛行操縱,設(shè)想中的簡化維護(hù)操作也將大幅度降低維護(hù)成本,并有效降低維護(hù)不利造成的事故率。但隨之而來的同樣是自動(dòng)化維護(hù)所需增加的電路、傳感器、設(shè)備、軟件邏輯、故障預(yù)測方法、數(shù)字孿生模型等,以及這些新增部分的安全性設(shè)計(jì)、驗(yàn)證工作。

低成本:前述三座大山所需的新技術(shù)研發(fā)、新標(biāo)準(zhǔn)制定、復(fù)雜度提升、新軟硬件開發(fā)等過程,所帶來的都將是海量的研發(fā)成本,而低成本化和eVTOL機(jī)隊(duì)規(guī)模提升又是相輔相成的過程。行業(yè)要做的是推進(jìn)和把握市場成熟的節(jié)奏,以較快的速度將低成本化和機(jī)隊(duì)規(guī)模提升二者形成一定時(shí)期的正反饋。

參考近年來汽車工業(yè)及其智能化的發(fā)展過程,我們也許能看到其用銷量均攤成本、依靠專業(yè)的零部件供應(yīng)商、制定全球通用的軟件標(biāo)準(zhǔn)等趨勢。但這些都是eVTOL行業(yè)的終極目標(biāo),短期內(nèi)仍與汽車工業(yè)無法對比,eVTOL行業(yè)的現(xiàn)狀是:無論是主機(jī)廠還是供應(yīng)商,都無法準(zhǔn)確預(yù)測市場發(fā)展節(jié)奏,也無法給出細(xì)化到設(shè)備級的詳細(xì)需求,現(xiàn)在能做的只有主機(jī)廠和供應(yīng)商應(yīng)一起合作進(jìn)步,隨市場發(fā)展而發(fā)展。

2.eVTOL飛控系統(tǒng)組成

飛控系統(tǒng)是較為復(fù)雜的機(jī)載系統(tǒng),涉及機(jī)電設(shè)備、電子軟硬件、算法等多個(gè)大方向,不同的語境中,飛控在不同的語境中,可能指的是不同的部分。下圖為典型飛控系統(tǒng)研制過程可能包含的項(xiàng)目,圖中的不同顏色展示了不同角色之間可能的分工。

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實(shí)際上,考慮到飛控系統(tǒng)的安全性需求,各項(xiàng)目的研制保證和驗(yàn)證工作大多門檻較高,因此不同的機(jī)型,不同的合作模式下,下圖會(huì)有多種變化,例如AFDX總線就是波音和空客聯(lián)合主導(dǎo)開發(fā),技術(shù)實(shí)力強(qiáng)的主機(jī)廠也會(huì)深度參與飛控應(yīng)用軟件和硬件的開發(fā)工作;相反的,小廠商可能將控制律設(shè)計(jì)也外包進(jìn)行。

下圖為空客A350機(jī)型飛控系統(tǒng)示意圖,其中:

主飛控計(jì)算機(jī)(PRIM)、次級飛控計(jì)算機(jī)(SEC)和備份控制模塊對應(yīng)上圖中的計(jì)算機(jī)、控制器部分。在空客A350機(jī)型中,安裝三臺(tái)相同的主飛控計(jì)算機(jī),但每臺(tái)計(jì)算機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)有非相似的指令通道和監(jiān)控通道,二者使用不同的硬件運(yùn)行功能相同,但獨(dú)立開發(fā)的軟件;當(dāng)三臺(tái)主飛控計(jì)算機(jī)均失效時(shí),次級飛控計(jì)算機(jī)輸出舵面指令,但次級飛控計(jì)算機(jī)上只運(yùn)行直接控制律相關(guān)軟件,不具有包線保護(hù)、自動(dòng)油門等高級功能;當(dāng)次級飛控計(jì)算機(jī)也全部失效后,啟用備份控制模塊,其中運(yùn)行的程序僅能控制部分重要?dú)鈩?dòng)舵。

側(cè)桿、手柄、手輪、腳蹬、面板,以及舵面作動(dòng)器對應(yīng)傳感器、執(zhí)行器部分。該部分涉及多種與飛控功能密切相關(guān)的傳感器、操縱機(jī)構(gòu)、機(jī)電系統(tǒng),且導(dǎo)航、大氣數(shù)據(jù)等傳感器未在圖中展示。

線纜(圖中箭頭)、數(shù)據(jù)連接器(FCDC)對應(yīng)上圖中的通信總線部。

中央顯示系統(tǒng)(CDS)、告警系統(tǒng)(FWS)和中央維護(hù)系統(tǒng)(CMS)雖然與飛控系統(tǒng)緊密相關(guān),但通常不作為飛控系統(tǒng)的組成部分。

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A350飛控系統(tǒng)簡圖

中短期(實(shí)現(xiàn)無需機(jī)上駕駛員的全自主飛行之前)內(nèi),eVTOL的飛控系統(tǒng)與民機(jī)將采用相似的設(shè)計(jì)思路(如下圖所示)。但由于極致輕量化的需求,硬件設(shè)備及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將會(huì)有明顯不同。例如:

根據(jù)不同的操縱邏輯設(shè)計(jì),eVTOL操縱可能不需要腳蹬(例如Joby),操縱面板可能用觸摸屏代替(例如億航);

根據(jù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)不同,飛控計(jì)算機(jī)可能從單余度到非相似多余度,可以固定翼模式水平著陸的機(jī)型,可能包含運(yùn)行直接控制律的應(yīng)急飛控計(jì)算機(jī);

由于eVTOL機(jī)身較小,遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)集中器的使用可能減少或不使用;

飛控計(jì)算機(jī)將集成更多的功能,如飛行管理、健康管理等。

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eVTOL飛控的可能形式,其中虛線指根據(jù)機(jī)型不同,該項(xiàng)可能存在,也可能不存在

下圖為Joby飛控系統(tǒng)的一種可能實(shí)現(xiàn)方式(來源于專利文檔),其巧妙之處在于采用POE以太網(wǎng)交換機(jī),將供電和通信網(wǎng)絡(luò)合二為一,所有飛控計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備均掛在該總線上,并可能將安全關(guān)鍵部分和其他部分隔離的方式在物理上實(shí)現(xiàn)安全分區(qū),盡管當(dāng)前看不到該架構(gòu)在安全性指標(biāo),但這不失為通過優(yōu)化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)降低系統(tǒng)重量的可能途徑。

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Joby飛控系統(tǒng)的一種方案變體

3.飛控系統(tǒng)研制所需資源

前面一直在說飛控系統(tǒng)非常復(fù)雜(大家都知道的事情,等于沒說),下面通過一些數(shù)據(jù)稍微直觀地感受一下飛控系統(tǒng)的工程量。

200人,5年

這是馬可尼(后并入BAE)公司完成波音777電傳飛控系統(tǒng)開發(fā)的工程量,筆者無法查到馬可尼公司在總開發(fā)工作量中的占比,暫時(shí)認(rèn)為其承擔(dān)了其中的絕大部分,我們回顧一下ARP4754中的開發(fā)流程示意圖,通常只有設(shè)備(LRU)內(nèi)部的機(jī)電、軟硬件研制才定義為開發(fā)(Development),整機(jī)級、系統(tǒng)級,乃至設(shè)備(LRU)的需求及安全性研制,均稱為設(shè)計(jì)(Design)。

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在V字型流程中,通常僅有底部的軟硬件詳細(xì)設(shè)計(jì)階段成為“開發(fā)”

在如下圖所示的波音777電傳飛控系統(tǒng)及支持系統(tǒng)框圖中,開發(fā)工作可能包括:

3*3余度主飛控計(jì)算機(jī)(PFCS)軟硬件開發(fā)

作動(dòng)器控制單元(ACE)

功率控制單元(PCU)

駕駛桿、手柄所需的變送器(Transducer)、作動(dòng)器(Actuator)等

1800個(gè)需求,10000次變更

波音777僅自動(dòng)飛行指引系統(tǒng)的研制過程中,就包含了約1800個(gè)需求(不包含軟硬件底層需求),超過10000次需求變更。我們知道在飛行器研制系統(tǒng)工程中,每項(xiàng)需求相對于一個(gè)小工作包,研制過程設(shè)計(jì)需求的捕獲、分解、確認(rèn)、評審、開發(fā)、驗(yàn)證、審查等一系列工作。

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需求分解、追溯過程簡圖

150萬代碼

波音787飛控計(jì)算機(jī)所包含的代碼量,該飛控計(jì)算機(jī)采用三通道+三余度架構(gòu),每臺(tái)飛控計(jì)算機(jī)軟件相似,硬件非相似,因此除了與硬件強(qiáng)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)之外,這些代碼中的大部分在三個(gè)通道中是相同的,我們可以大膽(且不負(fù)責(zé)任)地猜測一下這些代碼的組成部分。

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這些代碼中,核心控制律、狀態(tài)機(jī)、故障診斷、維護(hù)相關(guān)以及部分冗余代碼為機(jī)型強(qiáng)相關(guān),難以大量重用既有代碼,其開發(fā)過程需嚴(yán)格按照與安全性需求匹配的流程進(jìn)行(飛控系統(tǒng)絕大部分軟件為DAL-A級)。當(dāng)然,飛控軟件的開發(fā)過程早已大量采用基于模型開發(fā)+代碼自動(dòng)生成,但代碼量與系統(tǒng)復(fù)雜度強(qiáng)相關(guān),因此海量的代碼也對應(yīng)極其復(fù)雜的模型,其需求、設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、代碼生成并背靠背測試的工作量也是相當(dāng)可觀的。

4.eVTOL飛控的未來

eVTOL作為設(shè)想中便捷、安全、靈活和低成本的飛行器,其飛控頭上的四座大山意味著民機(jī)供應(yīng)鏈當(dāng)前無法滿足需求,也無法照搬民機(jī)飛控系統(tǒng)研制流程,筆者對eVTOL飛控系統(tǒng)的未來做了一些思考:

尋求相對敏捷的研制流程

eVTOL多樣化的機(jī)型和場景,意味著其飛控系統(tǒng)型號數(shù)量和迭代速度將遠(yuǎn)超當(dāng)代民機(jī)飛控,能夠支持較快速迭代的軟硬件平臺(tái)和開發(fā)工具鏈就成為至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。敏捷開發(fā)并非“想到哪寫到哪的自由開發(fā)”,考慮到eVTOL固有的高安全性需求,安全性評估過程、雙向可追溯性和測試驗(yàn)證的完整性不能省略,相反地,安全關(guān)鍵系統(tǒng)的敏捷開發(fā)需要在這些方面加強(qiáng),主要措施可能包括: 隨時(shí)隨處考慮安全性:想要使用敏捷的開發(fā)流程實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)V字過程的安全性,難度是更大的。

無論是硬件還是軟件,都需要每個(gè)設(shè)計(jì)和開發(fā)人員均具有安全關(guān)鍵系統(tǒng)開發(fā)基礎(chǔ)(例如學(xué)習(xí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、實(shí)施案例),從而在設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中自發(fā)消除基本的安全隱患;此外,評審過程要有自身安全性人員參與;然后,在持續(xù)集成和自動(dòng)化測試過程中發(fā)現(xiàn)遺漏的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)。在這個(gè)過程中,需要靈活且穩(wěn)妥的需求變更機(jī)制、開發(fā)人員的基礎(chǔ)能力、有效且便于落地的評審機(jī)制予以支持 高度自動(dòng)化的測試驗(yàn)證過程:對于系統(tǒng)、軟件或硬件,其測試驗(yàn)證過程所花費(fèi)的工作量通常大于開發(fā)過程,因此自動(dòng)化測試驗(yàn)證是保證開發(fā)敏捷性的關(guān)鍵環(huán)節(jié),好在基于模型設(shè)計(jì)已經(jīng)可以將功能測試提前到模型環(huán)節(jié),高效的軟件自動(dòng)化測試平臺(tái)也已普遍應(yīng)用。

此外,(將各軟件模塊)持續(xù)集成工具鏈、高置信度的軟件在環(huán)/硬件在環(huán)仿真系統(tǒng),以及對仿真結(jié)果的性能評價(jià)系統(tǒng),均是必不可少的。 重用和可擴(kuò)展性:層次化、模塊化設(shè)計(jì)有利于軟硬件功能的高聚合、低耦合,在工程中已普遍使用,在此基礎(chǔ)上,為了能在安全關(guān)鍵系統(tǒng)的迭代設(shè)計(jì)中對盡可能多的的軟硬件模塊進(jìn)行重用,還需要有特殊考慮。

對于硬件,需要為未來需求預(yù)留較多的算力、電源、散熱等性能,以及對稱多余度(即可以通過增加相同的硬件模塊提升整體性能)的可擴(kuò)展結(jié)構(gòu);對于軟件,則需要盡可能提煉出通用的原子組件(僅實(shí)現(xiàn)單個(gè)功能的函數(shù)或文件)及其對應(yīng)需求、功能描述、使用邊界等文檔。

安全等級循序漸進(jìn)

在上述敏捷開發(fā)流程中,列舉了復(fù)雜的設(shè)計(jì)開發(fā)準(zhǔn)則和工具鏈的框架,但當(dāng)前仍沒有完整的范式可以直接使用,而且具體到每個(gè)企業(yè)、團(tuán)隊(duì),可能的實(shí)現(xiàn)方式也將千差萬別。因此涉及飛控系統(tǒng)研制的主機(jī)廠和供應(yīng)鏈企業(yè),可能需要盡早搭建適合自己的規(guī)范和工具鏈體系,從樣機(jī)到產(chǎn)品,從低安全等級到高安全等級,在發(fā)展中進(jìn)行完善。

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設(shè)計(jì)模式包羅萬象,但經(jīng)常會(huì)浮于表面,或落入窠臼

智能化等級逐步推進(jìn)

全自主飛行是各eVTOL機(jī)型宣傳的重點(diǎn)之一,前面也說到現(xiàn)代民機(jī)自動(dòng)化程度非常高,但在許多情況下仍需要飛行員的決策和操縱來保證安全,自主化程度越高,意味著越需要飛控系統(tǒng)完成此類決策和操縱,需要設(shè)計(jì)龐大的規(guī)則庫,特別是在引入以深度學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)的感知這一非確定性之后,基于現(xiàn)有框架已經(jīng)無法表明安全性符合要求。

EASA在其AI路線圖中,明確將探索人工智能的可解釋性,并將人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)如何納入系統(tǒng)安全評估過程的指南、在設(shè)計(jì)層級使用人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)的功能說明書、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響的考慮。因此eVTOL的高度智能化一定不是短期內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)的,要做好持久戰(zhàn)的準(zhǔn)備。

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EASA的AI路線圖將人工智能分為三級:輔助人類飛行員(一級)、與人類飛行員聯(lián)合(二級),以及自主智能(三級)。對于商業(yè)運(yùn)營類飛行器,EASA預(yù)計(jì)2025年實(shí)現(xiàn)一級智能,2030年實(shí)現(xiàn)二級智能,而2035之后實(shí)現(xiàn)三級智能。

尋求使用汽車供應(yīng)鏈

曾幾何時(shí),當(dāng)飛機(jī)都已經(jīng)使用玻璃座艙時(shí),絕大多數(shù)汽車上幾乎沒有處理器存在;在綜合模塊化航電系統(tǒng)成熟的21世紀(jì)初期,汽車電子系統(tǒng)仍采用分立式架構(gòu);但在自動(dòng)駕駛、智能座艙飛速發(fā)展多年以后,汽車電子的綜合化、自動(dòng)化和智能化程度幾乎反超航空電子,特別是在ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的引領(lǐng)下,汽車電子在安全性方面已經(jīng)逐步接近航空電子。再加上汽車產(chǎn)業(yè)的規(guī)模效益大幅降低軟硬件成本,使得在一些安全等級要求不嚴(yán)苛(例如小型貨運(yùn)、FDAL-C等級功能相關(guān))的設(shè)備上使用汽車供應(yīng)鏈產(chǎn)品成為極具吸引力的可能性。





審核編輯:劉清

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原文標(biāo)題:談?wù)別VTOL的飛控

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