專利名稱：自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般關(guān)于用于飛行器的減速控制系統(tǒng)，更具體地，關(guān)于一種自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于在著陸的過程中制動航空器的一個或多個輪子，防止深度初始滑行，從而能夠以可控制的方式應(yīng)用快速制動。
背景技術(shù)：
通常在大型的商用渦輪航空器上提供防滑以及自動的制動系統(tǒng)來幫助航空器在著陸的過程中減速。對應(yīng)于飛行員所選擇的制動壓力的水平，現(xiàn)代防滑系統(tǒng)典型地通過適應(yīng)跑道條件和其他影響制動的因素，來優(yōu)化制動效率，以達到最大程度的減速。在常規(guī)的防滑系統(tǒng)中，飛行員典型地通過計量閥以機械方式實施制動，一旦輪子上的制動壓力達到滑行的水平，例如檢測到初始滑行的時候，就用一個制動壓力值來初始化防滑控制系統(tǒng)。然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種方法的成功實施受到以下一些因素的影響，例如航空器的操作模式、航空器的重量、輪胎/跑道接觸面狀況、以及其他類似的因素。因此，希望提供一種自適應(yīng)的制動應(yīng)用系統(tǒng)，從而能夠調(diào)節(jié)制動壓力或扭矩來適應(yīng)這些因素。
另外，在通過常規(guī)的防滑以及制動控制系統(tǒng)來確定有效的防滑制動壓力或制動扭矩并有效地控制滑行之前，由航空器飛行員實施的快速踩下踏板也可能常常導(dǎo)致深度初始滑行。消除和減少初始滑行將縮短航空器的制動距離，從而使得航空器可以在較短的跑道上著陸，并減少輪胎的磨損。因此，希望能夠提供一種初始滑行的檢測系統(tǒng)，來自動地預(yù)測初始滑行條件并進行調(diào)節(jié)，從而防止深度初始滑行，使得飛行員能用任意的速度踩下制動踏板，同時仍然能以可控制的方式應(yīng)用快速制動。本發(fā)明提供一種可以滿足這些需要的自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)。
發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，本發(fā)明提供一種自適應(yīng)的制動應(yīng)用(brake application)和初始滑行檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)快速制動應(yīng)用，同時防止深度初始滑行，這是通過一旦輪子接近滑行的水平，即實施被初始化的滑行預(yù)測系統(tǒng)，來減小制動應(yīng)用壓力或扭矩并以可控制的方式實施制動而得以實現(xiàn)的。
本發(fā)明據(jù)此提供一種“智能”制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，用于在著陸的過程中制動航空器的輪子。該系統(tǒng)適用于具有輪制動器(wheel brake)的一個或多個輪子，該輪制動器會在輪子上施加制動扭矩。制動扭矩傳感器產(chǎn)生制動扭矩信號，制動扭矩信號是施加到輪制動器上的制動扭矩的函數(shù)，并且系統(tǒng)將制動扭矩信號與制動扭矩的預(yù)定臨界值比較。輪速率(wheel speed)傳感器產(chǎn)生輪速率信號，輪速率信號是輪子轉(zhuǎn)動速率的函數(shù)，并且系統(tǒng)基于輪速率信號產(chǎn)生輪速度(wheel velocity)信號。將輪速度信號與參考速度信號比較，以產(chǎn)生輪速度誤差信號來指示航空器輪速度信號和參考速度信號之間的差別。并提供扭矩偏差調(diào)制積分器(torque bias modulator integrator)來響應(yīng)制動扭矩信號，從而調(diào)節(jié)輪速度誤差信號來提供防滑控制信號，而且在當前的一個優(yōu)選的實施例中，用制動扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩值常數(shù)，來初始化扭矩偏差調(diào)制積分器。命令處理器產(chǎn)生響應(yīng)減速命令的制動扭矩命令信號，制動扭矩比較裝置將制動扭矩信號與制動扭矩命令信號比較，以產(chǎn)生制動扭矩差別信號來指示制動扭矩信號和制動扭矩命令信號之間的差別。響應(yīng)制動扭矩差別信號，控制裝置會向輪制動器提供被調(diào)節(jié)過的制動扭矩信號，從而可以獨立于操作者的制動應(yīng)用來控制輪制動器。在當前的另一個優(yōu)選實施例中，當輪速度誤差信號表示滑行開始的時候，用所測的制動扭矩值來初始化扭矩偏差調(diào)制積分器。
在當前的一個優(yōu)選實施例中，還提供了用來調(diào)節(jié)制動扭矩誤差信號的裝置，該裝置通過比例扭矩增益、積分扭矩增益和微分扭矩增益來調(diào)節(jié)誤差信號。在當前的另一個優(yōu)選的實施例中，還提供了用于產(chǎn)生比例控制信號的暫態(tài)控制(transient control)裝置、和補償網(wǎng)絡(luò)(compensation network)裝置，兩者都可響應(yīng)速度誤差信號，并且將暫態(tài)控制裝置和補償網(wǎng)絡(luò)裝置的輸出與扭矩偏差調(diào)制積分器的輸出相加。
由上述可以看出，本發(fā)明提供了一種系統(tǒng)和方法，以在快速應(yīng)用制動踏板后，但在初始滑行發(fā)生之前，啟動制動控制。通過下面詳細的說明和附圖，本發(fā)明的這些和其他的方面和優(yōu)點將會更加明顯，說明和附圖通過實施例的方式來闡明本發(fā)明的特征。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的原理的一種“智能”制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)的示意圖；圖2顯示本發(fā)明的“智能”制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)的隨著時間變化的制動壓力、輪速度和制動扭矩的三個曲線圖；以及圖3顯示本發(fā)明的“智能”制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)的制動力對制動滑動曲線(brake slip curve)的影響的曲線圖。
具體實施例方式
常規(guī)防滑系統(tǒng)的有效性可能受到航空器的操作模式、航空器的重量、輪胎/跑道接觸面狀況、以及其他類似的因素的影響。在啟動防滑控制之前，快速應(yīng)用航空器制動踏板，特別是在緊急狀態(tài)下的應(yīng)用，也可能引起深度初始滑行，從而導(dǎo)致航空器制動距離的增長和加重輪胎的磨損。
本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，用于指示初始滑行的條件，并在可控制的減速發(fā)生之前，啟動制動控制來防止深度滑行。參考圖1，用一種自適應(yīng)、或者“智能”的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)10來實施本發(fā)明，該系統(tǒng)可以用于航空器的制動系統(tǒng)中，并且如同安裝在航空器上那樣，該系統(tǒng)優(yōu)選包括輪速率傳感器12，該傳感器用于航空器輪子15上的每個輪制動器14，以測量輪速率并產(chǎn)生輪速率信號，輪速率信號是制動輪子的轉(zhuǎn)動速率的函數(shù)。通過速度轉(zhuǎn)換器16，輪速率信號典型地被轉(zhuǎn)換成代表航空器速度的信號，在速度比較器18中將該信號與需要的參考速度比較，從而產(chǎn)生輪速度誤差信號，來指示每個被制動的輪的輪速度信號和參考速度信號之間的差別。速度比較器的輸出稱為滑動速度(slip velocity(Vs))或速度誤差。通過扭矩偏差調(diào)制控制裝置(TBM)積分器20、暫態(tài)控制裝置22、和補償網(wǎng)絡(luò)24來調(diào)節(jié)速度誤差信號，三者的輸出在加法中繼點26被求和以提供防滑控制信號28，信號28被命令處理器30接收，處理器30典型地是微處理器。防滑回路(antiskid loop)中的TBM積分器給出在制動期間允許的最大控制扭矩水平。在響應(yīng)速度方面，TBM積分器典型地比其他控制參數(shù)慢，這些控制參數(shù)是檢測和控制初始滑行所需要的。當沒有滑行被檢測到時，積分器允許向制動器上施加完全系統(tǒng)扭矩(full system torque)。
由飛行員操作的航空器制動踏板32的位置典型地由微控制器33讀出，微控制器33產(chǎn)生制動踏板命令信號34，根據(jù)信號34可以確定應(yīng)用扭矩曲線。命令處理器30接收制動踏板命令信號和經(jīng)過反饋線36的防滑控制信號，并且優(yōu)選地，處理器30也接收指示輪子是否被鎖住的鎖定輪保護信號38(locked wheel protection signal)、和觸地/打滑保護信號40(touchdown/hydroplaning protection signal)，從而在高速觸地時防止輪子打滑。在當前的一個優(yōu)選的實施例中，命令處理器以鎖定輪保護信號、觸地保護信號、踏板信號、和防滑信號中的最低輸入來運行。通過比較器48來將命令處理器的制動扭矩命令信號輸出42與來自制動扭矩傳感器46的制動扭矩反饋信號44比較，產(chǎn)生輸出的扭矩誤差信號50。
在當前的一個優(yōu)選的實施例中，也通過由比例增益電路52產(chǎn)生的比例增益、由積分增益電路54產(chǎn)生的積分增益、和由微分增益電路55產(chǎn)生的微分增益來調(diào)節(jié)制動扭矩誤差信號，三者一起形成了比例積分微分(PID)控制回路，三者的輸出在加法中繼點56被求和以提供調(diào)節(jié)過的制動扭矩信號57。還通過電子管放大器58典型地放大調(diào)節(jié)過的制動扭矩信號，以提供放大的、施加到制動控制閥60上的制動控制信號，控制閥控制增壓制動流體(pressurized brake fluid)對輪制動器的應(yīng)用，該增壓制動流體是由系統(tǒng)扭矩62增壓的。
在當前的一個優(yōu)選的實施例中，程序塊63中的元件的功能可以在合適的軟件的控制下，由一個或多個微處理器執(zhí)行，盡管可以選擇地，這些或者類似功能可以通過合適的硬件部件來執(zhí)行。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的是，不同的航空器與航空器之間的部件參數(shù)和結(jié)構(gòu)可能不同，因此如何使用該系統(tǒng)也具有很大的靈活性。
“智能”制動應(yīng)用參考圖2，可以沒有任何速度限制應(yīng)用制動，直到檢測到制動扭矩為預(yù)定值64，預(yù)定值64典型地接近制動接觸扭矩66(brake contacttorque)，在66處制動扭矩開始增大。于是，在68處，用預(yù)設(shè)的制動扭矩值加上預(yù)定的扭矩增量常數(shù)(constant increment oftorque)來初始化TBM積分器，此處對應(yīng)圖2和圖3中的制動扭矩滑動曲線的峰值70。TBM積分器的輸出用虛線72表示，制動扭矩命令輸出用線74表示。輪速度用線76表示，制動扭矩用線78表示。如圖2所示，初始化TBM積分器迫使TBM積分器從69開始循著制動應(yīng)用曲線工作，從而防止任何實質(zhì)上的航空器過沖(overshoot)出跑道。
“智能”滑行檢測當一個輪子達到滑行水平時，例如當檢測到Vs比預(yù)設(shè)的輪速度極限大時，用制動扭矩的反饋值初始化TBM積分器，此時Vs大于預(yù)設(shè)的極限。這種方法確保了正確初始化TBM積分器。初始滑行時的制動扭矩是TBM積分器所需的，以用于緊接著的防止出現(xiàn)多次初始滑行的控制。因此，應(yīng)該確保TBM積分器的快速響應(yīng)，否則就會導(dǎo)致移動控制作用速度緩慢。
顯然，本發(fā)明并不局限于速度誤差型系統(tǒng)，本發(fā)明還適用于其他的制動控制滑行檢測概念，例如速率控制/檢測(rate control/detection)，同樣適用于任何對制動應(yīng)用和壓力或扭矩進行監(jiān)測的系統(tǒng)。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員從上述內(nèi)容應(yīng)該認識到，本發(fā)明提供了一種新穎的方法和裝置，以在滑行開始之前指示制動控制，并在制動控制開始后，防止航空器過沖和失穩(wěn)。
從上述內(nèi)容應(yīng)該明白的是，雖然闡述和說明了本發(fā)明的特定形式，在顯然，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思和范圍的前提下，可以進行各種修改。因此，除了所附的權(quán)利要求外，本發(fā)明并沒有被限制。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，其用于制動飛行器輪子，所述系統(tǒng)包括用于制動所述輪子的輪制動器；用于產(chǎn)生制動扭矩信號的制動扭矩傳感器，所述制動扭矩信號是施加到所述輪子上的所述制動扭矩的函數(shù)；用于將所述所述制動扭矩信號與制動扭矩的預(yù)定臨界值進行比較的裝置；用于產(chǎn)生輪速率信號的輪速率信號發(fā)生裝置，所述輪速率信號是所述輪子的轉(zhuǎn)動速率的函數(shù)；用于基于所述輪速率信號產(chǎn)生輪速度信號的輪速度轉(zhuǎn)換器；用于產(chǎn)生參考速度信號的速度參考發(fā)生裝置；用于將所述輪速度信號與所述參考速度信號比較的輪速度比較裝置，以產(chǎn)生輪速度誤差信號，來指示所述航空器輪速度信號和所述參考速度信號之間的差別；扭矩偏差調(diào)制積分器，其可響應(yīng)所述制動扭矩信號，從而調(diào)節(jié)所述輪速度誤差信號來提供防滑控制信號；用于響應(yīng)減速命令產(chǎn)生制動扭矩命令信號的制動扭矩命令信號發(fā)生裝置；用于將所述制動扭矩信號與所述制動扭矩命令信號比較的制動扭矩比較裝置，以產(chǎn)生制動扭矩差別信號，來指示所述制動扭矩信號和所述制動扭矩命令信號之間的差別；和控制裝置，其用于響應(yīng)所述制動扭矩差別信號，向所述輪制動器提供被調(diào)節(jié)過的制動扭矩信號，從而可以獨立于操作者的制動應(yīng)用來控制所述輪制動器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，進一步包括初始化裝置，其用于以制動扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩常數(shù)值來初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器，從而最小化所述扭矩偏差調(diào)制積分器在控制最大允許制動扭矩中的延遲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，進一步包括當所述輪速度信號誤差變得比速度誤差臨界值大時，用所測的制動扭矩值初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器的裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，其中所述扭矩偏差調(diào)制積分器可響應(yīng)制動扭矩信號，并進一步包括初始化裝置，其用于以制動扭矩的預(yù)定臨界值加上預(yù)定的扭矩常數(shù)值來初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器，從而最小化所述扭矩偏差調(diào)制積分器在控制最大允許制動扭矩中的延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)，進一步包括當所述輪速度信號誤差變得比速度誤差臨界值大時，用所測的制動扭矩值初始化所述扭矩偏差調(diào)制積分器的裝置。
全文摘要
自適應(yīng)的制動應(yīng)用和初始滑行檢測系統(tǒng)(10)使得可以應(yīng)用快速制動并防止深度初始滑行。將制動扭矩與制動扭矩的預(yù)定臨界值比較。并產(chǎn)生輪速度誤差信號來指示輪速度信號和參考速度信號之間的差別。響應(yīng)制動扭矩信號的扭矩偏差調(diào)制積分器(20)，調(diào)節(jié)輪速度誤差信號來提供防滑控制信號(28)。當輪速度誤差信號表示滑行開始的時候，用所測的制動扭矩值來初始化扭矩偏差調(diào)制積分器(20)。產(chǎn)生的制動扭矩差別信號用于指示制動扭矩信號和命令的制動扭矩之間的差別，響應(yīng)制動扭矩差別信號，產(chǎn)生被調(diào)節(jié)過的制動扭矩誤差信號(57)。
文檔編號B60T8/60GK1675095SQ03819814
公開日2005年9月28日 申請日期2003年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月21日
發(fā)明者B·薩勒邁特, R·D·庫克 申請人:海卓·艾爾公司