CN109334959B - 一种飞机刹车控制***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种飞机刹车控制***，该***设置两个或两个以上GPS天线用于精确获取航向信号和实时飞机速度，设置轮速传感器以及压力传感器实时获取运行过程中机轮转动速度、制动压力，控制器根据反馈信息实时判断飞机运行状态，输出控制指令给高精度电动执行器，间接控制刹车液压***调节刹车压力，使得刹车过程中飞机运行得以不断修正，以防机轮抱死、侧滑、跑偏等问题。

Description

一种飞机刹车控制***及方法

技术领域

本发明涉及飞机刹车技术领域，更具体地，涉及一种无人飞机刹车控制***。

背景技术

飞机刹车***是飞机重要的组成部分，对飞机的起飞、安全着陆起着重要的作用。飞机刹车***是飞机液压控制***的一个子***，它综合应用液/气压传动技术、电子技术、伺服控制技术和材料科学技术。飞机于空中运行时，刹车控制***不执行工作；飞机着陆后在地面上滑跑可能出现四种状态：（1）机轮未受到任何制动自由在地面滚动（2）机轮被抱死而在地面上滑动（3）正常刹车状态（4）飞机完全停止。第（1）种状态出现在飞机着陆至刹车阶段或者完全松刹，机轮线速度与飞机速度相同，第（2）种状态一旦出现将容易导致轮胎急剧磨损引起爆胎事故或倾覆事故，第（3）种状态控制***控制飞机刹车盘的刹车压力，第（4）种状态飞机制动力保持固定，飞机速度以及机轮速度均为零。飞机刹车***是一个复杂的非线性时变***，其刹车过程受跑道状况、机轮载荷、轮胎压力、刹车盘温度等诸多因素的影响，控制难度很大。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术不足和缺陷，提供一种飞机刹车控制***。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种飞机刹车控制***，包括刹车监控单元、控制器、机轮刹车装置，控制器分别通过电气连接刹车监控单元与机轮刹车装置。

刹车监控单元包括轮速传感器、压力传感器、两个或两个以上差分GPS天线，所述轮速传感器安装在机轮轴上、所述差分GPS天线分别安装在机身或机翼外壳上，所述压力传感器设于机轮刹车装置内；控制器接收来自刹车监控单元反馈信号，判断飞机状态并处理输出刹车控制指令控制机轮刹车装置执行刹车；机轮刹车装置根据刹车指令向刹车制动盘施加压力执行刹车过程。

进一步的，所述两个或两个以上高精度差分GPS可获取飞机地面滑跑的运动航向，用于采集飞机运行速度以及航向发送至控制器，轮速传感器用于采集机轮运动线速度发送至控制器，压力传感器用于采集刹车油路的压力发送至控制器。

进一步的，所述机轮刹车装置，包括电动执行器、储油罐、刹车油缸、电磁阀、刹车制动盘；电动执行器分别连接控制器与刹车油缸，所述电动执行器接收刹车控制指令输出相应的作动力推动刹车油缸活塞运动；储油罐连接刹车油缸，刹车油缸通过刹车油路连接电磁阀，再通过电磁阀内部油路连接至机轮上的刹车制动盘，电磁阀用于切断或者联通油路以改变制动压力。

进一步的，所述刹车油缸有杆腔通过油路与储油罐连接，无杆腔通过油路连接至电磁阀，有杆腔与无杆腔油路之间设有单向截止阀；当活塞往无杆腔方向推动即执行加压过程，单向阀截止，当活塞往有杆腔方向推动即执行减压过程，单向阀导通。

进一步的，所述机轮刹车装置中的电磁阀为两位两通带压常闭电磁阀，电磁阀得电时为旁通作用，油路导通流动至刹车盘；电磁阀断电时为单向止回阀作用，以实现刹车油缸释放后能保持刹车盘的压力不变，刹车油缸继续执行加压时，则油路只能向刹车盘流通，刹车盘压力跟随增加。

进一步的，所述控制器分别控制左机轮或者右机轮制动压力通过单边刹车实现飞机差动转向。

进一步的，所述电动执行器为电动伺服缸或者舵机，控制精度至少可达0.05mm。

一种飞机刹车控制方法，应用权利要求1-5任一项所述的一种飞机刹车控制***，所述控制器接收GPS天线获取的飞机速度以及轮速传感器反馈的机轮转速；当飞机速度大于预设最大值，机轮转速为零，判断飞机为空中运行，机轮刹车装置内电气断路以节约能耗；当飞机速度等于机轮转速判断飞机着陆，机轮刹车装置开启，控制器基于飞机速度以及左右两机轮运动线速度得到的左右两机轮的相对滑移率，基于滑移率处理输出左、右机轮的刹车控制信号至机轮刹车装置执行刹车动作，以防飞机跑偏；同时控制器实时判断飞机速度不为零而机轮转速接近零时控制机轮刹车装置释放部分压力防止机轮抱死。

进一步的，机轮刹车装置执行工作时，所述压力传感器实时监控飞机左、右两机轮的刹车盘油路的压力并反馈至控制器，控制器将反馈的压力数据与预存的最大压力值比较，如果前者大于后者时则控制机轮刹车装置减小刹车压力以防***压力超出最大压力允许值。

本发明的有益效果为飞机刹车控制***设置两个或两个以上差分GPS可精确获取航向信号，GPS还可实时获取飞机速度，轮速传感器以及压力传感器实时获取运行过程中机轮转动速度、制动压力，控制器根据反馈信息实时判断飞机运行状态，输出控制指令控制刹车液压***调节刹车压力，使得刹车过程中飞机运行得以不断修正，以防机轮抱死、侧滑、跑偏等问题。

附图说明

图1为本实施例中飞机刹车控制***结构示意图。

图2为本实施例中左机轮轮速传感器安装位置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

一种飞机刹车控制***，包括刹车监控单元、控制器1、机轮刹车装置，控制器1分别通过电气连接刹车监控单元与机轮刹车装置。

机轮刹车装置包括电动执行器21与22、储油罐3、刹车油缸41与42、电磁阀51与52、刹车制动盘81与82。其中刹车油缸41与42有杆腔与无杆腔之间设有单向止回阀，电磁阀51与52为两位两通带压常闭电磁阀，连接方式具体为：控制器分别连接电动执行器21与22、电动执行器21与22分别连接刹车油缸41与42，刹车油缸41与42有杆腔通过油路连接储油罐3，刹车油缸41与42无杆腔分别连接至电磁阀51与52油路、继而与刹车制动盘81与82连通。通过两路机轮刹车装置，控制器可分别控制左轮或者右轮的制动压力。

电磁阀51得电时起旁通作用，进出口油路导通，流通方向由出入口压力控制；电磁阀51断电时起单向止回阀作用，电动执行器21退回、刹车油缸41释放后依旧能保持刹车盘油路的压力，刹车油缸继续加压时，则油路仍可向刹车盘流通，刹车盘压力随之增加；同理，电动执行器22分别连接控制器与刹车油缸42，刹车油缸42通过刹车油路连接电磁阀52，电磁阀52得电时起旁通作用，进出口油路导通，流通方向由出入口压力控制；电磁阀断电时起单向止回阀作用，电动执行器22退回、刹车油缸42释放后能保持刹车盘油路的压力，刹车油缸继续加压时，则油路仍可向刹车盘流通，刹车盘压力跟随增加。

执行刹车过程时，电动执行器推动活塞往无杆腔方向运动，单向阀截止，两腔间油路不连通，有杆腔由储油罐3补油；执行刹车释放时，活塞往有杆腔方向运动，单向阀导通，两腔间油路连通，无杆腔往有杆腔补油。

上述电磁阀用于切断或者连通油路：电动执行器接收刹车控制指令输出推力推动刹车油缸内活塞运动，电磁阀51与52得电执行旁通作用，进出口油路导通，流通方向由刹车油缸——电磁阀——刹车盘，控制机轮刹车压力；电磁阀51与52断电上述油路切断，电磁阀的单向止回阀刹车油保持于电磁阀与刹车盘油路之间保证刹车盘长时间保持压力，执行驻车。

示例性的，电动执行器为电动伺服缸，控制精度可达0.05mm。

刹车监控单元包括轮速传感器71与72分别安装在左、右机轮轮轴上，具体如图2所示，以左轮机702上的轮速传感器71安装为例，刹车钢圈703与机轮702轮毂固连，刹车钢圈内设有信号板701，轮速传感器通过感应信号板信号701的变化，获取左机轮与右机轮的转动速度；压力传感器61与62分别安装在左、右刹车制动盘油路上用于获取左机轮与右机轮的制动压力；差分GPS天线91与92分别安装在机身或机翼的外壳上，用于监测飞机地面滑跑航向，同时差分GPS91和92还可实时获取飞机运动速度。

控制器1接收来自刹车监控单元反馈的航向、轮速以及压力信号，判断飞机状态并处理输出刹车控制指令至机轮刹车装置控制飞机执行刹车。

示例性的，飞机刹车控制***控制飞机执行刹车过程具体为：

一、控制器1接收差分GPS 91和92获取的飞机速度以及轮速传感器701与801反馈的机轮转速。

二、当飞机速度大于预设最大值，机轮转动线速度为零，判断飞机为空中运行，机轮刹车装置内电气断路以节约能耗；当飞机速度等于机轮机轮转动线速度判断飞机着陆，机轮刹车装置开启，控制器基于飞机速度以及左右两机轮运动线速度得到的左右两机轮的相对滑移率，进行滑移率处理分别输出左、右机轮的刹车控制信号至机轮刹车装置执行刹车动作，以防飞机跑偏。控制器基于飞机速度与机轮转速判断机轮是否抱死，如果临近抱死状态，则输出控制信号减小刹车压力。

示例性的，执行左机轮刹车动作时，控制器控制电磁阀51开启， 油路导通，同时控制电动执行器21推杆伸长，推杆推动刹车油缸41的活塞杆向无杆腔方向运动，刹车油缸内的单向阀截止，有杆腔由储油罐3补油；有杆腔内的油液被挤压通过电磁阀流向刹车盘，使刹车盘压紧刹车钢圈，使左机轮制动。

机轮刹车装置执行工作时，压力传感器61与62实时监控飞机左、右两机轮刹车制动盘的压力并反馈至控制器1，控制器1将反馈的压力数据与预存的最大压力值比较，如果前者大于后者时则控制机轮刹车装置减小刹车压力以防机轮***压力超出最大压力允许值。

同时，差分GPS 91与92向控制器反馈飞机运行航向，控制器根据预设航向进行判断以防飞机跑偏。

示例性的，控制器通过获取左右两机轮的转动线速度计算相对滑移率，进行滑移率处理具体为：将滑移率与设定值比较，根据滑移率误差计算输出刹车压力输出值。

示例性的，飞机需要左转弯滑跑时，输出左、右机轮的刹车控制信号使左机轮的刹车压力大于右机轮，使左机轮的转速小于右机轮。

示例性的，执行左机轮减压释放动作时，控制器控制电磁阀51开启， 油路导通，同时控制电动执行器21推杆缩回，推杆拉动刹车油缸41的活塞杆向有杆腔方向运动，刹车油缸内的单向阀导通，两腔内油液自由导通，同时无杆腔内复位弹簧也推动活塞向有杆腔方向运动，刹车盘油路的压力被释放，从而刹车盘脱离刹车钢圈，使左机轮恢复自由状态。

示例性的，执行驻车动作时，机轮刹车装置完成刹车过程后,控制器控制电磁阀51断电关闭，电磁阀油路截止，刹车盘油路的压力保持不变，机轮一直保持制动状态。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种飞机刹车控制***，包括刹车监控单元、控制器、机轮刹车装置，控制器分别通过电气连接刹车监控单元与机轮刹车装置，其特征在于，刹车监控单元包括轮速传感器、压力传感器、两个或两个以上差分GPS天线；

所述轮速传感器安装在机轮轴上，用于采集机轮运动线速度发送至控制器；所述压力传感器设于机轮刹车装置内，用于采集刹车油路的压力发送至控制器；所述差分GPS天线分别安装在机身或机翼外壳上，获取飞机地面滑跑的运动航向，用于采集飞机运行速度以及航向发送至控制器；控制器接收来自刹车监控单元反馈信号，判断飞机状态并处理输出刹车控制指令，控制机轮刹车装置执行刹车；机轮刹车装置根据刹车指令向刹车制动盘施加压力执行刹车过程；

飞机刹车控制***控制飞机执行刹车步骤包括：

所述控制器接收GPS天线获取的飞机速度以及轮速传感器反馈的机轮转速；

当飞机速度大于预设最大值，机轮转速为零，判断飞机为空中运行，机轮刹车装置内电气断路以节约能耗；当飞机速度等于机轮转速判断飞机着陆，机轮刹车装置开启，控制器基于飞机速度以及左右两机轮运动线速度得到的左右两机轮的相对滑移率，基于滑移率处理输出左、右机轮的刹车控制信号至机轮刹车装置执行刹车动作，以防飞机跑偏；同时控制器实时判断飞机速度不为零而机轮转速接近为零时控制机轮刹车装置释放部分压力防止机轮抱死。

2.根据权利要求1所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，所述机轮刹车装置，包括电动执行器、储油罐、刹车油缸、电磁阀、刹车制动盘；电动执行器分别连接控制器与刹车油缸，所述电动执行器接收刹车控制指令输出相应的作动力推动刹车油缸活塞运动；储油罐连接刹车油缸，刹车油缸通过刹车油路连接电磁阀，再通过电磁阀内部油路连接至机轮上的刹车制动盘，电磁阀用于切断或者联通油路以改变制动压力。

3.根据权利要求2所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，所述刹车油缸有杆腔通过油路与储油罐连接，无杆腔通过油路连接至电磁阀，有杆腔与无杆腔油路之间设有单向截止阀；当活塞往无杆腔方向推动即执行加压过程，单向阀截止，当活塞往有杆腔方向推动即执行减压过程，单向阀导通。

4.根据权利要求3所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，所述机轮刹车装置中的电磁阀为两位两通带压常闭电磁阀，电磁阀得电时为旁通作用，油路导通流动至刹车盘；电磁阀断电时为单向止回阀作用，以实现刹车油缸释放后能保持刹车盘的压力不变，刹车油缸继续执行加压时，则油路只能向刹车盘流通，刹车盘压力跟随增加。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，所述控制器分别控制左机轮或者右机轮制动压力通过单边刹车实现飞机差动转向。

6.根据权利要求2所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，所述电动执行器为电动伺服缸或者舵机，控制精度至少可达0.05mm。

7.根据权利要求1所述的一种飞机刹车控制***，其特征在于，机轮刹车装置执行工作时，所述压力传感器实时监控飞机左、右两机轮的刹车盘油路的压力并反馈至控制器，控制器将反馈的压力数据与预存的最大压力值比较，如果前者大于后者时则控制机轮刹车装置减小刹车压力以防***压力超出最大压力允许值。