飞控计算机429总线故障定位方法分析

周彦凯 姚文颖 王晨

摘 要：飞控计算机总线故障影响因素多，准确定位难度较大。通过建立故障树，对故障相关因素进行分解。根据修理经验进行概率重要度排序，优化排故顺序，提高故障定位准确度，为故障快速定位提供了一种方法。

关键词：飞控计算机;故障定位;概率重要度;故障树

中图分类号：V267 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）34-00-03

Analysis of Fault Location Method for 429 Bus of Flight Control Computer

ZHOU Yankai YAO Wenying WANG Chen

（Shijiazhuang Haishan Industrial Development Corporation，Shijiazhuang Hebei 050208）

Abstract： There are many factors affecting the fault of flight control computer bus， and it is difficult to locate the fault accurately， by setting up a fault tree， the factors related to the fault are decomposed. The order of probability importance is sorted according to the repair experience， the order of fault is optimized， and the accuracy of fault location is improved， it provides a method for fast fault location.

Keywords： flight control computer;fault location;probability importance;fault tree

飞控计算机作为飞行控制系统中枢，通过采集飞机各种传感器信号，经控制律解算，向执行部件输出控制信号。飞控计算机一旦报障，将导致系统降级或整个系统瘫痪，对系统稳定产生重要影响。随着电子技术的发展，飞控计算机的集成度和复杂度越来越高，给故障定位带来了巨大挑战。为解决飞控计算机故障定位问题，提出了许多解决思路和方法[1-5]，但系统实现难度较大，对现场问题的解决指导性不强。

故障树作为一种简单有效的故障梳理方法，在工业生产领域得到了广泛应用，但当系统涉及范围较广时，定位盲目性较大。根据修理经验，结合故障概率统计，能够有效增加定位的准确性[6-8]。以一起飞控计算机429总线自检故障的快速定位为例，详细介绍了基于故障重要度的故障树定位分析方法，为计算机故障的定位提供参考。

1 故障定位

1.1 数据流分析

针对产品外场故障情况，对产品429总线结构进行针对性分析。先对429总线在飞控计算机中的数据流进行分析，其主要用于飞控计算机与状态选择器之间的数据传输，内部结构如图1所示。

1.2 故障树建立

根据故障信息，429故障产生可能涉及429总线相关的硬件、接口以及信号流等部分。对故障信息进行分析，并对飞控计算机相關电路及其信号交联情况进行梳理，发现该型飞控计算机涉及429总线的功能模块主要集中在输入/输出控制（Input/Output Controller，IOC）板。IOC板完成429总线的2路发送和4路接收功能，并完成429总线回绕功能。此外，429总线故障还可能由429总线相关信号流故障引起。

综上所述，以429总线回绕故障为顶层事件，按照429总线结构和故障逻辑关系，结合技术资料和工程实践经验划定边界、合理简化，逐层建立事件之间的逻辑关系，最终输出完整的故障树模型，如图2所示。

1.3 故障树定性分析

定性分析的目的是确定导致顶层事件发生的所有故障模式，即确定最小割集。通过定性分析得到故障树的14项最小割集，如表1所示。

1.4 定量分析

定量分析的目的是确定各底层事件对顶层事件的影响程度。分析过程以结构函数和底层事件发生概率为输入进行计算，输出底层事件的概率重要度和结构重要度。

1.4.1 概率重要度。概率重要度反映底层事件发生概率对顶层事件发生概率的影响程度。根据产品交付使用记录和历史修理记录对底层事件发生概率进行估算，估算值见表2。

1.4.2 故障重要度排序。排序过程以故障系数和结构重要度的求解结果为输入，最终输出底层事件重要度由大到小的顺序。上述故障树的排序结果为：3，4，6，7>2，5>1，8>10，11>9，12，13，14。

2 排故方案

结合底层故障重要度排序和实际排故原则，按照从整体到局部顺序进行故障隔离，待故障隔离到板级后，以故障重要度顺序为依据，进行芯片级故障定位。具体排故方案如下：在常温情况下对故障计算机进行板间故障隔离，从而定位故障到机箱或者功能电路板，并通过交叉验证对故障情况进行确认;按照故障重要度顺序，由故障重要度等级高的元器件开始，逐个进行故障排除，最终定位故障元器件。

3 排故方案实施

3.1 板级故障隔离

根据排故方案，按照中央处理器（Central Processing Unit，CPU）板、IOC板、模拟输入板、伺服作动器板、离散输入输出板的顺序进行单板故障隔离。当将IOC板隔离后，故障清除，将该故障件IOC板串到状态良好的计算机中进行验证，使故障在状态良好的计算机中复现，从而确定该IOC板故障。

3.2 元器件级故障隔离

按照故障重要度顺序对429总线相关器件进行测试。在故障状态下对N3、N4、N5、N6进行对比测试。N3模拟开关在内部自检测（Build-In-Test，BIT）工作时，不能将两输入通道数据有效隔离，存在两输入通道数据干扰现象，因此推断N3芯片在接入回绕信号时性能下降，导致429信号异常。

通过将N3芯片换新对故障进行验证，用新的同型号芯片替代故障芯片，故障排除，进而验证了N3为故障所在。

故障排除后，按照工艺对该飞控计算机进行高温工作、低温工作以及振动试验。在试验过程中和试验后对计算机进行测试，各项性能指标正常，确认故障排除。

4 机理分析

IOC板作为飞控计算机输入/输出接口控制板卡，主要完成CPU板与外围接口之间的转换，控制1553B总线、429总线、交叉通信数据链的协调工作。具体到429总线的控制，其数据流结构如图3所示。

通过429总线原理图可以看出，当CPU板通过数据总线将控制数据送达SMJ320单片机，单片机将数据传给D7芯片429总线接口芯片，接口芯片负责将内部数据总线信息转化为429总线格式，发送到N1驱动芯片，转化为429格式的互补信号，用于外部总线的传输。当外部429总线数据进入计算机后，通过N3模拟开关进入D7接口芯片，转化为内部总线数据，发送给内部处理器。D8通道工作原理同上。

当计算机进行BIT自检测时，模拟开关AD7512将N1驱动发送的数据直接送回总线接口芯片，从而验证内部数据流功能的完好性。AD7512主要完成内部和外部数据流的转换，当其转换功能或数据接通后连接异常时，将导致数据传输异常，从而导致429回绕故障。

5 结语

通过对当前飞控计算机故障定位方案进行分析，提出了一种基于故障树的概率重要度分析方法，将经验数据与故障树分析结合起来，为现场故障的排除提供了一种方便快捷、实际有效的故障分析、定位方法，为产品修理现场故障的解决提供了新思路。

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