在人口密集地区，城市空中交通（UAM）利用空中出租车让交通快捷、通畅。如今，人们正在开发具有垂直起降能力的全电动飞机，又称eVTOL（电动垂直起降飞行器），其前景十分可观：它们得到公众的认可，需要的基础设施很少，让新型交通出行服务非常灵活。此外，它们采用零排放的驱动类型，有助于实现可持续的交通出行目标。
您需要多远的航程？
目前，很多公司在研究不同的方法来解决eVTOL航空器的技术难题。应用中的计划航程在其中起着决定性作用。航程50公里的市内航班和航程300公里以上的城际航班是有本质区别的。Diehl Aerospace公司的航空电子设备软件验证与认证部门的负责人Heinrich Fischer坚信，“eVTOL在巡航速度和航程相对较高时，具备直升机的悬停能力，使得eVTOL成为高效、快速的点对点运输工具。”
运输变革者
推进eVTOL航空器的一个可能的技术解决方案是可调式倾转旋翼，根据旋翼角度，实现垂直起飞和水平飞行。该驾驶概念特别适合长途飞行。另一个方案是安装多个传统的刚性旋翼，也就是采用和四轴飞行器相同的驱动方式。在这种情况下，飞行速度和方向可以通过电动旋翼的不同速度来控制。
没有软件，就无法安全飞行
对现代电气化飞行器的运行至关重要的电子设备被称为“航空电子设备”。航空电子设备包括飞行控制计算机（FCC），它结合了飞行条件、飞机配置和飞行员偏好操作各项控制策略。
Heinrich Fischer解释道，“我们的飞行控制计算机可以完全控制eVTOL平台，支持飞行员在飞行的每个阶段安全操作。在起飞、降落和飞行过程中，飞行控制计算机是飞行员与发动机和飞行器其他系统之间的纽带。该系统能够在各个飞行阶段对旋翼进行最优控制、调节速度，必要时检测系统中的错误。”
高空飞行的高标准、严要求
安全飞行是飞行控制计算机（FCC）开发的中心支柱，这给这些设备的开发带来了特殊的挑战。高性能计算机融合了飞行器的所有安全相关关键型功能。其可靠性对飞行器及乘坐者的安全至关重要。按照航空方面的要求，该系统是冗余的，由主控制计算机和备用控制计算机组成。
在Diehl Aerospace，要验证FCC的功能是否正确，有两个要求特别重要：
- 测试飞行控制计算机（FCC）的实时行为是否正确
- 测试所有相关的输入、输出信号以及相关的总线协议
Heinrich Fischer解释道，“实时测试可以提供功能是否真正安全的决定性声明，如果发生错误，还能给出时间不足、信号和总线数据同步等问题的结论。”
为了高效执行测试、得出有意义的故障排除结论，Diehl Aerospace特别强调下列主题：
- 测试自动化（TA）
- 可重复测试，记录结果
- 使用Python接口等可用的开发工具，轻松创建测试
- 测试环境稳定，可以多年保持最新状态
我们来详细了解一下：安全法规
航空航天开发领域有各种各样的标准、安全法规和指导方针，Diehl Aerospace在开发和验证活动中必须考虑到这些。其中包括，举例：
- ARP4754：系统认证
- DO-178：开发安全关键型软件
- DO-254：开发电子硬件
- DO-160：航空装备的环境条件和测试程序
显然，要求如此复杂的测试系统必须无缝集成到现有的开发设备中。易于扩展在开发中也发挥了重要作用。Heinrich Fischer表示，“我们一直在寻找可扩展、模块化的解决方案，满足我们不断变化的需求。”
虚拟飞行器测试
为找到满足上述要求的测试解决方案，Diehl Aerospace仔细评估了硬件在环（HIL）仿真器市场，并在dSPACE HIL产品组合中找到了合适的硬件和软件系统。他们将这些系统无缝集成到其现有的测试自动化环境中。
SCALEXIO HIL仿真器复制了FCC的环境，使其能够与原本在飞行器环境下所设计的行为保持一致。测试系统配置多个通信接口来与飞行控制计算机（FCC）的对应接口通信，从而交换传感器、执行器和控制装置的信号。
HIL仿真器用来测试主控制计算机和备用控制计算机。测试运行过程中，可以在测试自动化中选择被测设备。
他们在系统集成商那里搭建一个相同的测试系统，测试FCC与其他组件的交互作用。
实时能力决定安全性
Heinrich Fischer谈到，“利用SCALEXIO，我们可以实时地激励对时序要求严格的输入信号，同时使用输出信号准确监测FCC的行为，必要时通过仿真将其他组件集成到测试环境中。”他还进一步解释了相关程序，“利用仿真器，我们还可以实时记录重要的信号特征，并用图形化方式进行评估。最终，我们可以仿真FCC的运行，确保其正常运转。”
通过仿真确保适航性
Heinrich Fischer解释道，“利用SCALEXIO HIL仿真器，我们可以彻底检查FCC、验证其安全关键型功能。”受控系统仿真非常精确，运行起来和在真实的飞行器上的使用完全相同。仿真器可以灵活创建测试、自动执行测试，包括创建测试协议。该测试系统在日常测试中证明了自身的高稳定性、稳健性和可用性。Diehl Aerospace可以单独配置仿真器并独立扩展。Heinrich Fischer总结道，“dSPACE的仿真器符合我们的要求，我们利用它，根据严格的航空指导方针成功开发并测试了FCC。仿真器易于扩展、有各种配置选项，给我们留下了深刻的印象。”
鹏程万里
FCC 最近在一场航空交易会上亮相，得到了欧洲航空局等各方的肯定。这鼓励着Diehl Aerospace进行新的开发任务：准备部署额外的航空电子设备、新的传感器和执行器，新的软件版本正在丰富未来FCC的功能集。Diehl Aerospace也期待着利用dSPACE仿真器在这些开发中取得成功。
由Diehl Aerospace提供
《dSPACE杂志》，2023年5月出版
解决方案
- 用硬件在环仿真的虚拟飞机验证FCC
- 在实时条件下测试时序要求严格的信号
- 进行自动化、可重复测试并记录结果，证明FCC的功能安全
所使用的dSPACE工具：
- SCALEXIO：模块化、可扩展的实时计算平台，用于仿真行为模型（受控系统）和提供硬件接口
- ConfigurationDesk：在SCALEXIO上配置硬件接口，实现行为模型和I/O功能代码
- ControlDesk：实验和仪器软件，用来执行和分析仿真
