Le CompactRIO soulage les jambes des pilotes d’Airbus

Author(s):
Francis CRAMPE - ALTITEM

Industry:
Industrial Controls/ Devices/ Systems, Aerospace/Avionics

Products:
CompactRIO, FPGA Module, Real-Time Module

The Challenge:
Réaliser un banc de test transportable et autonome pour appliquer les efforts de pression sur les pédales d’avions ; enregistrer la réponse de l’avion via ses capteurs de direction (RVDT sur débattement de la gouverne) et de freinage (calculateur) ; calculer en temps réel les points caractéristiques des systèmes testés et apporter une aide à la validation des avions en sortie de chaine d’assemblage.

The Solution:
Intégrer un système CompactRIO pour piloter un vérin électrique associé à un capteur d’effort, mesurer l’effort appliqué sur les pédales et enregistrer la réponse de l’avion sur la direction et le freinage. Dès la fin de l’acquisition, les données sont exploitées pour le calcul des points de validation caractéristiques.

Tout avion sortant des chaînes d’assemblage doit être soumis à des tests de validation, dans le cadre des essais sols.

Dans ce cadre, Airbus souhaitait disposer d’un banc de test permettant de contrôler simultanément plusieurs fonctions liées au poste de pilotage avec un seul outillage et dans un temps imparti. C’est la société ALTITEM qui s’est vue confier la conception de ce banc de test, dont les principales fonctions demandées sont les suivantes :

•         Contrôler les efforts demandés aux pilotes et copilotes au niveau des pédales pour manœuvrer et freiner l’avion

•         Visualiser de façon dynamique les courbes de direction et de freinage et faire des comparaisons (pédale gauche/droite, pilote/copilote)

•         Calculer en temps réel les points caractéristiques et signaler les écarts ou dérives

•         Éditer le rapport d’essai complet

•         Stocker les données qui seront archivées pour une période de 50 ans.

Des contraintes de… taille !

L’outillage doit répondre à plusieurs contraintes définies par Airbus. Il doit être transportable et suffisamment compact pour se fixer aisément dans le cockpit à la place du siège pilote ou copilote. Il doit être exploité en toute sécurité par les compagnons sur les chaînes d’assemblage Airbus et être sans risque pour les équipements de bord. Il doit être alimenté par le circuit électrique de bord de l’avion soit 115 VAC, 400 Hz. Enfin, les contraintes de précision lors du calcul des points caractéristiques imposent des périodes d’échantillonnage inférieures à 20 µs.

La prouesse mécanique

Comment faire rentrer dans un cockpit d’avion un vérin développant 100 daN avec son électronique de puissance et le système d’acquisition embarqué relié aux ordinateurs de bord ?

C’est bien le challenge qu’a dû relever la société Puls Action, qui a conçu et réalisé l’ensemble de la partie mécanique. Il a fallu modéliser tous les cockpits de la famille Airbus sous CATIA V5, définir les volumes acceptables, concevoir un châssis universel et enfin faire les choix des équipements.

L’actionneur choisi est un vérin électrique à vis trapézoïdale associé à un capteur d’effort circulaire monté en bout de tige. La base du vérin s’appuie sur le socle du coffret fixé sur l’embase du siège de pilotage, alors que l’extrémité du vérin vient appuyer sur la pédale à l’aide d’un outillage conçu spécifiquement.

Le banc de test est composé de deux éléments. Le premier se compose du vérin et du coffret dans lequel est intégré le système de contrôle/commande et d’acquisition, le variateur, les alimentations et le conditionnement des signaux.

Le second est constitué d’un ordinateur portable intégrant NI LabVIEW Real-Time. Dans le cockpit, cet ordinateur est relié au coffret par prise Ethernet. Il permet à l’opérateur de piloter les essais, de visualiser et de comparer les courbes d’acquisition puis de calculer les points caractéristiques. Lorsque les essais sont finis, le port Ethernet est reconfiguré par logiciel et l’ordinateur peut être connecté au réseau informatique Airbus pour éditer les rapports et archiver les données de tests.

Le choix du CompactRIO

Pour la partie contrôle/commande et acquisition, les contraintes de performances, de poids et de compacité ont tout naturellement orienté le choix vers le matériel CompactRIO. Mais plusieurs autres critères ont participé à ce choix. Il fallait que le coffret puisse fonctionner de façon autonome avec un pilotage manuel par boutons poussoirs, mais aussi stocker l’ensemble des données de configuration et d’étalonnage indépendamment de l’ordinateur portable. De même, l’acquisition de signaux issus de capteurs de type RVDT nécessitait l’implémentation d’algorithmes complexes pour calculer en temps réel la position de la gouverne. Le CompactRIO répond parfaitement à ce besoin avec une CPU qui permet de gérer le combinatoire et le séquentiel et une mémoire non volatile qui permet de sauvegarder les données de tests.

Lors des cycles d’enfoncement des pédales, le système doit aussi réagir très rapidement (temps de réaction inférieur à 100 µs) sur un éventuel point dur pour ne pas dépasser les valeurs admissibles d’effort. La technologie FPGA embarquée dans le CompactRIO rend possible ce fonctionnement avec des temps de traitement et de réaction largement supérieurs à toutes les gammes d’automates existantes.

Enfin, les contraintes économiques imposaient de développer l’application dans un environnement disposant déjà de fonctions intégrées. La large bibliothèque de LabVIEW FPGA a permis d’accéder à des ressources bas niveau, tout en profitant d'une programmation embarquée simple ainsi qu’aux centaines de fonctions intégrées spécialement conçues pour automatiser les tâches de contrôle industriel courantes. LabVIEW a permis de gagner un temps précieux sur les développements logiciels et de réaliser le programme de test par une seule personne sur huit mois.

Le déploiement à toutes les chaînes d’assemblage

Au terme d’un processus de validation sur toutes les familles d’avions, Airbus a décidé de commander douze bancs de test identiques pour doter l’ensemble des chaînes d’assemblage de ses sites de Toulouse.

Décembre 2008

Author Information:
Francis CRAMPE
ALTITEM
Bâtiment Les Aravis. Avenue l’Occitane – BP 97351
Labège 31673
Tel: +33 (0)5 61 00 55 06
francis.crampe@altitem.fr

Browse All Case Studies »