專(zhuān)利名稱(chēng)：一種飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種飛機(jī)剎車(chē)裝置。
背景技術(shù)：
自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)及控制方法在客機(jī)中波音系列飛機(jī)、空客系列飛機(jī)中得到廣泛應(yīng) 用。在專(zhuān)利號(hào)為50M491的美國(guó)專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種包含機(jī)輪速度響應(yīng)控制器的飛機(jī)自動(dòng) 剎車(chē)系統(tǒng)。使用該系統(tǒng)，在飛機(jī)接地后它能自動(dòng)施加和調(diào)節(jié)剎車(chē)壓力，使飛機(jī)按照預(yù)選的減 速率減速。機(jī)輪速度信號(hào)經(jīng)機(jī)輪速度邏輯電路處理后輸入給自動(dòng)剎車(chē)控制電路，當(dāng)提供的 其他信號(hào)滿(mǎn)足規(guī)定條件時(shí)，自動(dòng)剎車(chē)控制電路邏輯電路使斜坡發(fā)生器電路產(chǎn)生控制信號(hào)， 該信號(hào)與防滑系統(tǒng)并聯(lián)，將防滑閥驅(qū)動(dòng)電流控制在滑動(dòng)水平以下，以實(shí)現(xiàn)預(yù)先選定的飛機(jī) 減速率。該專(zhuān)利采取的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)剎車(chē)和防滑的綜合控制，同時(shí)通過(guò)系統(tǒng)的配置 能夠?qū)崿F(xiàn)人工剎車(chē)與自動(dòng)剎車(chē)的切換，具有原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。另外由于在自動(dòng) 剎車(chē)初期及關(guān)閉時(shí)按照選定減速率以斜坡函數(shù)勻速增加或減少剎車(chē)壓力，當(dāng)機(jī)輪出現(xiàn)打滑 時(shí)，通過(guò)結(jié)合防滑控制使得施加在剎車(chē)裝置上的壓力值減小，從而解除打滑，使得飛機(jī)剎車(chē) 初期非常平穩(wěn)，增加駕駛員及乘客的舒適度。由于通過(guò)斜坡函數(shù)達(dá)到預(yù)選的減速率后，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)通過(guò)恒壓力控制保持剎車(chē) 壓力值不變，考慮到剎車(chē)裝置的壓力-力矩特性為非線性關(guān)系，因此該專(zhuān)利采取的控制方 式不能保證飛機(jī)剎車(chē)過(guò)程中在無(wú)打滑狀態(tài)下以恒減速率減速，從而會(huì)降低乘客舒適度。此外，目前自動(dòng)剎車(chē)是通過(guò)專(zhuān)用的自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，主要包括自動(dòng)剎車(chē)選 擇開(kāi)關(guān)、自動(dòng)防滑閥、剎車(chē)控制單元及自動(dòng)切斷閥等附件，自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)與正常剎車(chē)系統(tǒng)為 相互獨(dú)立的控制系統(tǒng)，機(jī)構(gòu)繁冗，增加了剎車(chē)裝置的重量，提高了剎車(chē)裝置的成本。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有技術(shù)不能在無(wú)打滑狀態(tài)下以恒減速率減速以及機(jī)構(gòu)繁冗的不足，本 發(fā)明提供一種飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)方法，不需要專(zhuān)門(mén)的自動(dòng)剎車(chē)防滑閥、自動(dòng)剎車(chē)控制單元、自動(dòng) 剎車(chē)切斷閥等附件，節(jié)約了開(kāi)發(fā)成本，減輕了剎車(chē)系統(tǒng)重量，而且能夠采取恒減速控制，使 得剎車(chē)系統(tǒng)工作平穩(wěn)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是包括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)、剎車(chē)控制 單元、電磁閥和伺服閥，剎車(chē)控制單元包括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊、總線信號(hào)調(diào)理 模塊、機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊、目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊、防滑電流生成模塊、剎 車(chē)電流生成模塊和伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成模塊，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)為一組開(kāi)關(guān)組，根據(jù)不同 的選擇檔位輸出不同的目標(biāo)減速率至自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊，總線信號(hào)調(diào)理模塊 通過(guò)155 總線獲得飛機(jī)的減速率，由目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊獲得目標(biāo)減速率 與飛機(jī)減速率的差值后通過(guò)剎車(chē)電流生成模塊輸出剎車(chē)電流值，機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊采 集機(jī)輪速度信號(hào)后由防滑電流生成模塊判定是否打滑并生成防滑電流值，由伺服閥驅(qū)動(dòng)電 流生成模塊根據(jù)防滑電流生成模塊和剎車(chē)電流生成模塊的輸出值控制剎車(chē)油路的切斷閥和伺服閥，由切斷閥管理剎車(chē)油路的通斷，由伺服閥控制剎車(chē)油路的壓力大小。本發(fā)明工作時(shí)包括以下步驟第一步、確定目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率的差值。通過(guò)采集飛機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲得飛機(jī)的減速率，與設(shè)定的希望達(dá)到的目標(biāo)減速率 相比較，得到目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率的差值e = ，其中為放大100倍后的目標(biāo)減 速率值，af為放大100倍后的飛機(jī)減速率值。第二步、確定伺服閥剎車(chē)電流。 利用上限幅的增量式PID控制算法通過(guò)PID控制參數(shù)的設(shè)置對(duì)e進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得e 值盡可能趨于零。通過(guò)PID控制算法后輸出剎車(chē)控制電壓信號(hào)，然后根據(jù)伺服閥特性通過(guò) 乘以比例系數(shù)將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為伺服閥的剎車(chē)電流信號(hào)，具體包括以下步驟(1)計(jì)算 PID 輸出剎車(chē)控制電壓 Uk = U.^+Ae.+Be^i+Ce^A = Kp*(l+l/TI+TD)B = Kp*(l+2*TD)C = Kp*TD其中，Kp為比例級(jí)系數(shù)，TI為積分級(jí)系數(shù)，TD為微分級(jí)系數(shù)，(其中Kp = 6 15， TI = 0. 01 0. 5，TD = 0. 01 0. 9。)Uh為第k_l次剎車(chē)電壓輸出值，ek為第k次剎車(chē) 的目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率差值，e,^為第k-Ι次剎車(chē)的目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率差值，ek_2 為第k-2次剎車(chē)的目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率差值。U0為目標(biāo)減速率對(duì)應(yīng)的剎車(chē)電壓。若Uk彡Ukmin，則Uk = Ukmin ；若Uk彡Ukmax，則Uk =Ukmax，其中Ukmin、Ukmax分別為Uk的下限和上限。在實(shí)際的工程應(yīng)用中不同要求的目標(biāo)減速率Utain、Ukfflax分別對(duì)應(yīng)不同的值對(duì)于低 目標(biāo)減速率時(shí)Ukmin = 0 0. 5V, Ukmax = 1. 1 1. 5V ；對(duì)于中目標(biāo)減速率時(shí)Ukmin = 0 0. 5V, Ukmax = 1. 4 1. 8V ；對(duì)于高目標(biāo)減速率時(shí)Ukmin = 0- 0. 5V, Ukmax = 1. 7 2. IV ；對(duì)于中止 起飛時(shí)剎車(chē)使用的對(duì)應(yīng)系統(tǒng)施加最大剎車(chē)壓力下所能達(dá)到的減速率Ukmin = 0 0. 5V，Ukfflax =2. 6 3. OV ；(2)計(jì)算伺服閥驅(qū)動(dòng)電流Is = Uk*ks，其中ks為剎車(chē)電流轉(zhuǎn)換系數(shù)，伺服閥裝置確 定后，ks即唯一確定。第三步、確定是否打滑。根據(jù)采集的機(jī)輪速度信號(hào)值計(jì)算出機(jī)輪參考速度，當(dāng)機(jī)輪參考速度(也可為前輪 機(jī)輪速度或飛機(jī)速度)減去機(jī)輪速度后與機(jī)輪參考速度的比值大于30 35%時(shí)，即為打滑 狀態(tài)，進(jìn)入第四步，否則為非打滑狀態(tài)，防滑電流指為0，進(jìn)入第五步。第四步確定防滑電流。以機(jī)輪參考速度與機(jī)輪速度的差值作為輸入，通過(guò)PD+PBM控制算法輸出給綜合 驅(qū)動(dòng)級(jí)，綜合驅(qū)動(dòng)級(jí)將瞬時(shí)級(jí)、微分級(jí)和PBM級(jí)的輸出按各自的權(quán)值疊加后輸出防滑控制 電壓信號(hào)。然后根據(jù)伺服閥特性通過(guò)乘以比例系數(shù)將該電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為伺服閥的防滑電流 信號(hào)，該比例系數(shù)=1/(伺服閥線圈電阻值+與伺服閥串聯(lián)的電阻值)。在實(shí)際的工程中，防滑控制電壓需進(jìn)行上限幅設(shè)置，一般上限幅設(shè)置為伺服閥的 最大輸出電流值乘以伺服閥的線圈電阻對(duì)應(yīng)的電壓值。第五步確定系統(tǒng)剎車(chē)壓力。[0026]將第二步的剎車(chē)電流與第四步的防滑電流作差后作為伺服閥的輸入電流，根據(jù)伺 服閥的輸入電流與輸出壓力成正比的特性，最終得出飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)的剎車(chē)壓力。在實(shí)際過(guò)程中，當(dāng)剎車(chē)電流與防滑電流的差值ΔΙ彡0時(shí)，取ΔΙ =0 ；當(dāng)ΔΙ >0 時(shí)，取 ΔΙ = Is-If0第六步、重復(fù)執(zhí)行第二步至第五步，直至飛機(jī)完全剎停。本發(fā)明的有益效果是1.通過(guò)采取恒減速控制，使得剎車(chē)系統(tǒng)工作平穩(wěn)，從而提高機(jī)上人員的舒適度；2.自動(dòng)剎車(chē)的中止起飛功能可實(shí)現(xiàn)即時(shí)將剎車(chē)壓力施加于剎車(chē)裝置上，減少人為 原因?qū)е碌膭x車(chē)延遲，從而可提高飛機(jī)著陸剎車(chē)的安全性。另外，考慮到除了自動(dòng)剎車(chē)操縱部件自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)外，不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)其他 自動(dòng)剎車(chē)系統(tǒng)附件產(chǎn)品。因此，對(duì)于整個(gè)飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)而言，具有減少附件組成，減輕重量， 提高基本可靠性及縮短研制周期等優(yōu)點(diǎn)。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖；其中，1為自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)、2為剎車(chē)控制單元、3為切斷閥、4為伺服閥、5為航電 或機(jī)電計(jì)算機(jī)、6為155 總線、7為剎車(chē)機(jī)輪。圖2是本發(fā)明剎車(chē)控制單元的組成框圖。
具體實(shí)施方式
裝置實(shí)施例本發(fā)明包括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)、剎車(chē)控制單元、電磁閥和伺服閥，剎車(chē)控制單元包 括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊、總線信號(hào)調(diào)理模塊、機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊、目標(biāo)減速 率和飛機(jī)減速率控制模塊、防滑電流生成模塊、剎車(chē)電流生成模塊和伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成 模塊，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)為一組開(kāi)關(guān)組，根據(jù)不同的選擇檔位輸出不同的目標(biāo)減速率至自 動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊，總線信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)M53B總線獲得飛機(jī)的減速率，由 目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊獲得目標(biāo)減速率與飛機(jī)減速率的差值后通過(guò)剎車(chē)電流 生成模塊輸出剎車(chē)電流值，機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊采集機(jī)輪速度信號(hào)后由防滑電流生成模 塊判定是否打滑并生成防滑電流值，由伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成模塊根據(jù)防滑電流生成模塊和 剎車(chē)電流生成模塊的輸出值控制剎車(chē)油路的切斷閥和伺服閥，由切斷閥管理剎車(chē)油路的通 斷，由伺服閥控制剎車(chē)油路的壓力大小。自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)的選擇檔位共有五檔L0、MED、HI、0FF和RTO，L0,MED和HI用 于著陸剎車(chē)使用，分別對(duì)應(yīng)不同的減速率，可根據(jù)系統(tǒng)需要制定；RTO用于中止起飛剎車(chē)使 用，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)施加最大剎車(chē)壓力下所能達(dá)到的減速率；OFF用于自動(dòng)剎車(chē)功能關(guān)閉。自動(dòng)剎 車(chē)選擇開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)經(jīng)光電耦合器隔離后輸入至CPU的I/O 口進(jìn)行采集處理。當(dāng)自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)檔位選定后，需要判斷是否滿(mǎn)足自動(dòng)剎車(chē)實(shí)施條件，當(dāng)飛機(jī) 處于著陸剎車(chē)模式時(shí)，滿(mǎn)足以下條件即可實(shí)施自動(dòng)剎車(chē)1)當(dāng)輪載信號(hào)表明處于“地面”狀態(tài)，并且飛機(jī)速度大于100Km/h ；[0042]2)油門(mén)桿到慢車(chē)位；3)擾流板打開(kāi)。當(dāng)飛機(jī)處于終止起飛模式時(shí)，滿(mǎn)足以下條件即可實(shí)施自動(dòng)剎車(chē)1)輪載信號(hào)處于“地面”狀態(tài)；2)機(jī)輪平均速度大于110Km/h (暫定)；3)發(fā)動(dòng)機(jī)油門(mén)桿處于慢車(chē)狀態(tài)。其中油門(mén)桿位置信號(hào)、擾流板位置信號(hào)、飛機(jī)速度以及飛機(jī)減速率信號(hào)是航電或 機(jī)電系統(tǒng)通過(guò)1553B總線發(fā)送至剎車(chē)控制單元。駕駛員操作自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)確定某一減速率值，該減速率信號(hào)通過(guò)硬線傳送給 自動(dòng)剎車(chē)板，同時(shí)自動(dòng)剎車(chē)板采集飛機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)出的飛機(jī)減速率信號(hào)，兩信號(hào)通過(guò)電壓 比較電路調(diào)理成電壓信號(hào)，然后通過(guò)減法電路得出兩減速率值的差值，該差值作為自動(dòng)剎 車(chē)板上PID控制算法電路的輸入。本發(fā)明工作時(shí)包括以下步驟第一步確定目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率的差值。自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)按照規(guī)范至少設(shè)置三個(gè)著陸檔位，本系統(tǒng)中自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān) 共有五檔，分別為L(zhǎng)0、MED、HI、0FF和RT0，L0、MED和HI用于著陸剎車(chē)使用，分別對(duì)應(yīng)不同的 減速率值，可根據(jù)系統(tǒng)需要制定，在實(shí)際著陸過(guò)程中，駕駛員可進(jìn)行三個(gè)檔位的更換選擇； RTO用于中止起飛剎車(chē)使用，對(duì)應(yīng)系統(tǒng)施加最大剎車(chē)壓力下所能達(dá)到的減速率；OFF用于自 動(dòng)剎車(chē)功能關(guān)閉。本案例中各檔位對(duì)應(yīng)的減速值為L(zhǎng)0 = 1. 79 ；MED = 2. 33 ；HI = 3. 40 ； RTO對(duì)應(yīng)最大可用減速率。首先駕駛員操作自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)確定某一減速率值，該減速率信號(hào)通過(guò)硬線傳 送給自動(dòng)剎車(chē)板，同時(shí)自動(dòng)剎車(chē)板采集飛機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)發(fā)出的飛機(jī)減速率信號(hào)，兩信號(hào)通過(guò) 電壓比較電路調(diào)理成電壓信號(hào)，然后通過(guò)減法電路得出兩減速率值的差值，該差值作為自 動(dòng)剎車(chē)板上PID控制算法電路的輸入。第二步確定伺服閥剎車(chē)電流。如圖2所示，利用第一步的輸出對(duì)PID典型電路中的Kp、Tl、TD控制參數(shù)進(jìn)行調(diào) 節(jié)，通過(guò)Κρ、Tl、TD計(jì)算得出Α、B、C，本案例確定的設(shè)計(jì)參數(shù)分別Kp = 8，TI = 0. 2，TD = 0.6。PID典型電路輸出后通過(guò)比例放大電路得到伺服閥的剎車(chē)電壓信號(hào)。在實(shí)際的工程應(yīng) 用中在該輸出電路中具有負(fù)載電阻，伺服閥的剎車(chē)電流通過(guò)將伺服閥串聯(lián)在電壓信號(hào)輸出 點(diǎn)與負(fù)載電路之間獲得。第三步確定是否打滑。將采集的機(jī)輪速度信號(hào)首先通過(guò)頻壓轉(zhuǎn)換電路將頻率信 號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，然后利用典型的電壓比較電路、比例放大電路、減法電路確定機(jī)輪參考 速度值，參考速度值與機(jī)輪速度值通過(guò)減法電路、比例放大電路后輸出給典型的除法電路， 除法電路的另一路輸入為參考速度值，當(dāng)除法電路的輸出值大于30 35%時(shí)，即為打滑狀 態(tài)，否則為非打滑狀態(tài)。第四步確定防滑電流。如圖3所示，參考速度值與機(jī)輪速度值通過(guò)減法電路、比例放大電路后輸出給比 例調(diào)節(jié)電路將該信號(hào)限制在0 5V以?xún)?nèi)，然后直接進(jìn)入DSP芯片的A/D采集口，通過(guò)C語(yǔ) 言編程實(shí)現(xiàn)PD+PBM(偏壓級(jí))控制算法、綜合驅(qū)動(dòng)輸出算法通過(guò)D/A 口輸出防滑控制電壓信號(hào)。與第二步相同，在實(shí)際的工程應(yīng)用中在該輸出電路中具有負(fù)載電阻，伺服閥的防滑電 流通過(guò)將伺服閥串聯(lián)在電壓信號(hào)輸出點(diǎn)與負(fù)載電路之間獲得。機(jī)輪參考速度計(jì)算方程
權(quán)利要求1. 一種飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)裝置，包括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)、剎車(chē)控制單元、電磁閥和伺服閥， 其特征在于剎車(chē)控制單元包括自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊、總線信號(hào)調(diào)理模塊、機(jī)輪 速度信號(hào)調(diào)理模塊、目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊、防滑電流生成模塊、剎車(chē)電流生成 模塊和伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成模塊，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)為一組開(kāi)關(guān)組，根據(jù)不同的選擇檔位 輸出不同的目標(biāo)減速率至自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊，總線信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)M53B 總線獲得飛機(jī)的減速率，由目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊獲得目標(biāo)減速率與飛機(jī)減速 率的差值后通過(guò)剎車(chē)電流生成模塊輸出剎車(chē)電流值，機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊采集機(jī)輪速度 信號(hào)后由防滑電流生成模塊判定是否打滑并生成防滑電流值，由伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成模塊 根據(jù)防滑電流生成模塊和剎車(chē)電流生成模塊的輸出值控制剎車(chē)油路的切斷閥和伺服閥，由 切斷閥管理剎車(chē)油路的通斷，由伺服閥控制剎車(chē)油路的壓力大小。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種飛機(jī)自動(dòng)剎車(chē)裝置，自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)根據(jù)不同的選擇檔位輸出不同的目標(biāo)減速率至自動(dòng)剎車(chē)選擇開(kāi)關(guān)采集調(diào)理模塊，總線信號(hào)調(diào)理模塊通過(guò)總線獲得飛機(jī)的減速率，由目標(biāo)減速率和飛機(jī)減速率控制模塊獲得目標(biāo)減速率與飛機(jī)減速率的差值后通過(guò)剎車(chē)電流生成模塊輸出剎車(chē)電流值，機(jī)輪速度信號(hào)調(diào)理模塊采集機(jī)輪速度信號(hào)后由防滑電流生成模塊判定是否打滑并生成防滑電流值，由伺服閥驅(qū)動(dòng)電流生成模塊根據(jù)防滑電流生成模塊和剎車(chē)電流生成模塊的輸出值控制剎車(chē)油路的切斷閥和伺服閥。本實(shí)用新型使得剎車(chē)系統(tǒng)工作平穩(wěn)，提高飛機(jī)著陸剎車(chē)的安全性，減少附件組成，減輕重量，提高基本可靠性及縮短研制周期。
文檔編號(hào)B60T8/32GK201914232SQ20102066282
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月16日
發(fā)明者王紅玲, 逯九利 申請(qǐng)人:西安航空制動(dòng)科技有限公司