專利名稱：運載工具的自適應制動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種自適應地控制運載工具的制動的方法。
背景技術：
現在已知有各種用于控制有多個裝有輪胎和制動器的輪子的運載工具的制動 的方法，這些控制方法可響應制動指令為每個輪子產生一個制動設定點。這種控 制方法包括防抱死保護，例如包括用于每個輪子的以下步驟
估算輪子的滑移率，其等于T二l一Rco/v，其中R是輪子的滾轉半徑，①
是輪子的角速度，以及l是飛機的縱向速度；以及
如果估算的滑移率大于一個最佳滑移率，就降低輪子的制動設定點，以 使滑移率回到小于最佳滑移率，所謂最佳滑移率，是裝在輪子上的輪胎與跑道協 作而產生最大的摩擦系數的情況下的滑移率。
在制動器是液壓制動器的情況下，也可以用施加于活塞的液壓壓力來等同地建 立制動設定點；而在制動器是電氣制動器的情況下，可以根據由機電執行器的推 進器所施加的力來建立制動設定點，或者，還可以用將由所關注的制動器產生的 制動力矩。
那種控制方法可用于限制輪子的抱死，因而能夠明顯地改善制動性能并能使運 載工具在較短的距離內停止。
一般地說，最佳滑移率是預先確定的，例如確定為8%。然而，內行人知道， 輪子和跑道之間的摩擦特性是變化很大的，最佳滑移率可能隨輪子遇到的地面狀 況(跑道是干的、濕的、被雪覆蓋、或被冰覆蓋等等)而變化，這使得預先確定 的最佳滑移率不可能對應于所有這些狀況。
某些已知的估算方法可用于更新輪子和跑道之間的某些摩擦特性。例如專利文 件DE 10 2005 001 770揭示了一種用于調節防抱死系統中的滑移率的方法，這種 方法包括對一個代表著摩擦系數和滑移率之間的關系的參數化的抓地力模型進行 更新，并且從這種模型推導出一個更新的最佳滑移率的步驟。類似地，專利文件EP 1 372 049揭示了如何考慮若干估算值和測量值來確定一 個最佳滑移率，以及如何在那個最佳滑移率周圍調節的制動作用。
專利文件US 2003/0154012也揭示了一種預測性的防抱死控制，其可基于一個 非參數化的抓地力模型來預測一個未來的滑移率，以檢測發生抱死的任何趨勢， 并相應地修改制動設定點，以便避免那樣的抱死
發明內容
本發明的目的
本發明的目的是提供一種改善的制動控制方法。 本發明的概述
為達到這一目的，本發明提供一種用于具有多個裝有輪胎和制動器的輪子的運 載工具的制動控制方法，該控制方法包括響應制動指令為每個輪子產生制動設定 點，以及包括用于每個輪子的下列步驟
有規律地更新代表著摩擦系數和輪子滑移率之間的關系的抓地力模型； 用該有規律地更新的抓地力模型及其特征形狀在給定的預測視距 (horizon)內確定制動設定點的變化，且同時既遵守制動指令和在預測視距中的 可預測的變化，也遵守給定的計算約束；以及
把用這一方式所確定的所述變化的對應于預測視距中的第一計算循環的 值保持作為制動設定點的值。
有規律地更新整個抓地力模型使得可以用代表著跑道的實際狀況的動態特性 進行工作。具體地說，由于通過有規律地更新抓地力模型而自動地考慮了跑道狀 況和滾轉半徑，就不再需要作任何關于跑道狀況和滾轉半徑的假設。
因此，不再需要如專利文件US 2003/0154012中那樣根據不變的抓地力模型， 而是根據一個可被有規律地更新的以考慮了跑道的實際狀況的抓地力模型，來預 測制動系統的未來性能。如果那個專利文件的那種不變的抓地力模型不對應于跑 道的實際狀況(例如，如果抓地力模型只是適用于千的跑道，而跑道卻是濕滑的
或被雪覆蓋)，則根據不變的抓地力模型來預測就可能導致輪子抱死。
優選的是，計算約束在于確保輪子在預測視距內不會抱死，且優選的是，在于 確保滑移率不超過抓地力為一個最大值時的最佳滑移率。
借助于下面參照附圖的詳細說明，可以更好地理解本發明，各附圖中
圖1是一個飛機輪子的示意的側視圖2是本發明的一個特定實施例的控制框圖3是一個抓地力模型的曲線圖，其描繪出抓地力矩是滑移率的函數，并且可 被按照本發明進行更新；以及
圖4是一個類似于圖3的曲線圖，其表示出被用在本發明的一個特定實施例的 控制方法中的預測調節器的工作。
具體實施例方式
下面以應用于飛機為例來說明本發明。參照圖1，飛機輪子1的輪胎2與跑道 3接觸。輪子1裝有一個制動器4，其構造成可響應一個制動設定點而選擇性地施 加一個制動力矩Cf。輪子1有垂向載荷Z，并在輪胎2和跑道3的界面處承受摩 擦力X，這個摩擦力與垂向載荷Z的關系可表示為X-ix *Z，其中u是輪胎2和 跑道3之間的摩擦系數，該摩擦系數本身取決于滑移率，而滑移率是1=1一11" /v，其中R是輪子1的滾轉半徑，"是輪子l的角速度，以及l是飛機的縱向速 度。可以以等同的方式將摩擦力X與由Ca二R'X二R' U 'Z給出的抓地力矩關 聯起來。應該注意到，抓地力矩是代表著摩擦系數隨著滑移率的變化，只要抓地 力矩和摩擦系數基本上在同一個最佳滑移率下有一個最大值。
輪子1的動態特性可由差分方程1&=" ( t ) 一Cf給出，其中I是輪子1的慣量。
本發明的控制方法首先包括有規律地更新抓地力模型的步驟。這里，就是對把 抓地力矩Ca的變化與已經決定的滑移率關聯起來的一個抓地力模型進行更新。為 此目的，采用
由轉速表輸出的輪子1的轉速測量值"；
估算的飛機速度Y，例如由飛機的慣性單元提供的飛機速度。在一個變
型方案中，可以用飛機輪子的轉速測量值重建出飛機速度Y;以及
由制動器4施加于輪子1的制動力矩Cf的測量值。這里，用一個連接于 制動器4的牽制桿5阻止制動器4的轉動，可將測量儀器裝在牽制桿5上以輸出 由制動器4施加的力矩的測量值。
通過測量co和Y，可估算滑移率t。通過測量制動力矩Cf，可以用動態方程式Ca ( t ) 二lcb+Cf推導出抓地力矩。可通過用一個參照力矩Cq來除抓地力矩ca 而將其正規化，借以在每一計算循環得出一個點(Ca/Co，T ) k ，其中k是計算循 環的序號下標。
一旦選擇了參數化的抓地力模型，例如選擇了眾所周知的給出抓地力矩和滑移 率之間的特性關系的Pacejka抓地力模型，就可用回歸法，例如用最小二乘法，更 新抓地力模型的各參數。圖3是表示這種更新的曲線。由粗黑曲線表示的關系Ca /C0 = fql., ( t )被相對于在最后20個計算循環中建立的20個點(Ca/CQ， t ) k 用通過回歸估算的各參數qp ...， q。進行了更新。
這種有規律的更新可用于確保能獲得代表著跑道的當前狀態的逼真抓地力模 型。在實際應用中，可將抓地力模型足夠頻繁地進行更新，以避免跑道狀況的任 何突然變化(例如經過一個水坑)使輪子變成被抱死。進行的仿真已經表明，對 于5ms (毫秒)的計算循環長度，每50ms到100ms進行一次更新是適當的，也 就是，對每20個計算循環至少更新一次。如果有很大的計算能力可供利用，在每 個計算循環都對抓地力模型進行更新當然是更有利的。
以這種方式得到的曲線使得可以確定最佳滑移率T。pt，如圖3所示。這個是對
應于抓地力矩的最大值的滑移率。這個最佳滑移率T。pt可以用更新的參數qi，…， q。來確定，就是把這些參數代入一個可給出最佳滑移率T。pt的解析公式，或者也 可以用迭代法來確定，就是反復地探求可使抓地力模型曲線的斜率為零的那個滑
移率。這意味著， 一個被有規律地更新的最佳滑移率T。pt可用于考慮跑道的當前
狀態。但是，由于整個曲線被更新了，對處于O到1范圍內的滑移率，制動的整 個動態范圍也是可用的，這個動態范圍是由這一關系在每個工作點(Ca/Co， t) 處的特征形狀給出。
按照本發明，被有規律地更新的抓地力模型使得可以對整個制動過程實行預測 性的控制，這樣就可大大降低輪子抱死的任何危險。
參照圖2，本發明的控制方法用飛機上的一個制動計算機來實現，該計算機接 收一個設定點形式的制動指令，在這里就是一個參照角速度"w，其被發送到一 個預測調節器11，這將在下文更詳細地說明。預測調節器11產生一個制動設定 點，在這里呈制動力矩的一個設定點Cf.set的形式。 一個控制器12用這個制動力 矩設定點Cf.Mt和測量的制動力矩Cf來計算出一個發送給制動器執行器構件的命令 U。這個執行器構件可以是一個可把壓力輸送到制動器的伺服閥，在這種情況中， 命令U是饋送到伺服閥的一個電流。這個執行器構件也可以等同地是一個機電制動執行器，在這種情況中，命令U可以是一個用于一個變換器的位置設定點或力 設定點，而該變換器為執行器的電動機供電。
制動器響應命令U對輪子施加制動力，而輪子的響應是其自身的動態特性、 飛機的動態特性、以及跑道的當前狀況的函數。
這種控制方法還包括一個估算器13，用于基于測量的制動力矩Cf和輪子的轉
速"估算出可給出一個估算的抓地力矩￡3的抓地力矩。這個估算的抓地力矩6a
被發送給預測調節器11和發送給用于更新抓地力模型的更新模塊14，該更新模
塊就像以上說明的那樣，有規律地更新抓地力模型Ca/Q)二fqL..，( T )的參數qp...，
qn。被更新的參數qp ...， qn被發送到預測調節器11，以便它可利用從被更新的 抓地力模型導出的動態特性，而被更新的抓地力模型已考慮了跑道的當前狀況。 在每一計算循環中，即在這一例子中是在每5ms進行一次的計算循環中，預
測調節器11給制動力矩Cf,Mt計算出一個新的設定點值，這個值是按下述方式確
定。考慮到預測視距的不斷減短，這里取截止當前計算循環之前的20個計算循環。 預測調節器ll，利用更新的抓地力模型并考慮其特征狀態，確定應該如何改變制 動力矩設定點Cf,set，以便在由抓地力模型的最近一次更新給出的跑道當前狀況下 遵循制動指令，或計算出這個制動指令在同一預測視距上將會如何變化。
在所有可能的變化中，這里最好是保持制動力矩設定點的這樣一個變化，對于 這個制動力矩設定點，在一個給定的計算約束下，滑移率不會超過用已被更新的 抓地力模型所確定的最佳滑移率T。pt。在實際應用中，并且是以已知的方式，這
樣的變化可用迭代過程來確定，迭代過程可使在約束T T一下的費用函數J為最小。
圖4中，以曲線形式表示出由調節器ll進行的各個計算循環的結果，可以看 出，從更新的抓地力模型上的初始工作點20開始，這個預測調節器ll是怎樣計
算出制動力矩設定點Cf,Mt的一個第一變化，這個第一變化使這一預測視距終點處 的工作點變到代表模型的曲線上的點21，對于這個點，滑移率超過最佳滑移率T
。pt，以及然后用上述迭代過程，計算出制動力矩設定點Cf^的各個變化，這些變 化可使在這一預測視距終點處的工作設定點變到點22，在這一點，滑移率仍然是
低于最佳滑移率T 。pt。
一旦確定了制動力矩設定點Cf,set的這樣的變化，就可保留對應于這一預測視
距的第一計算循環的值并將其用作制動力矩cf,set的設定點值。
在一個變型方案中，可以只進行一個簡化的預測，在簡化的預測中，假定在整個預測視距上制動指令保持為不變。然后，探求一個值，讓這個值在預測視距的 終點處給出接近但不超過最佳滑移率的一個工作點。
為了作一個好的預測，重要的是，首先要有一個可被有規律地更新的抓地力模
型(與提出用一個不能被更新的抓地力模型進行預測的專利文件US 2003/0154012 不同)，以及還要利用這個抓地力模型的由它的特征形狀給出的非線性動態特性。 應該注意到，抓地力模型是高度非線性的，在最佳滑移率附近尤其如此。所以重 要的是要用抓地力模型的真實動態特性進行工作，如圖4所示。對于一個有20 個計算循環的預測視距，工作點的移動可能很大，以致很遠離初始工作點。圖4 中，只有曲線的在初始工作點處的切線23能被保持，那么在這一預測視的距終點 處的工作點24才能被預測到，其對應于一個實際上不存在的抓地力矩，但對應的 滑移率還沒超過最佳滑移率。通過把抓地力模型在初始工作點周圍線性化來進行 預測使預測是更為隨機的，在工作點接近最佳滑移率時尤其如此，并且由此可導 致把輪胎對跑道的抓地能力估算過高，而這可導致輪子抱死。(應該注意到，在 專利文件DE 10 2005 001 770中，模型的動態特性，具體地說，斜率C1的值不是 用于計算一個制動設定點。只是將它的符號用于確定最佳滑移率的位置。)
因此，優選的是，用抓地力模型的非線性動態特性進行工作，并且進而考慮它 的被更新的特征形狀，至少在當前工作點周圍應如此。
這樣，由于決定利用一個可被有規律地更新的抓地力模型，以及在預測中考慮 該抓地力模型在一個很寬的滑移率范圍內而不只是工作點近旁的動態特性，所以， 可以大大降低輪子抱死的任何危險。
在實際應用中，預測調節器11和抓地力模型估算器14并行地工作，并且有利 的是，它們構成兩個不同的模塊，每個模塊可被修改而不牽涉另一個。這樣，在 用同一個預測調節器11的情況下，可以改變抓地力模型估算器，或者反之，在保 持同一抓地力模型的同時，例如可以通過修改其預測視距或費用準則J，來改變 預測調節器。
本發明不限于以上的描述，而是涵蓋屬于權利要求書所定義的范圍內的任何變 型方案。
具體地說，雖然本文中說明，預測是用有20個計算循環的視距來進行，但是 也可以用更遠或更近的視距。特別是，可以用僅限于一個計算循環的視距，這樣， 就是實行所謂最佳控制。
也可以利用除不超過最佳滑移率之外的計算約束。可以接受這樣的過調量，只要它們不會導致過于頻繁的輪子抱死。例如，作為約束，可以用一個預先確定的 滑移率，或一個最佳滑移率的函數，例如1.1倍的最佳滑移率。反之，可以利用
一個乃是最佳滑移率的函數并等于最佳滑移率的0.9倍的滑移率，以便改善輪胎
在低速下的側向抓地力。 應該注意到，不用滑移率而用輪子的轉速進行工作也是等效的。這可用以下公
式從滑移率導出 (D = X(1 — T)
R
因此，替代用乃是滑移率的函數的抓地力模型進行工作，可以用乃是輪子的轉 速的函數的抓地力模型進行工作。
權利要求
1.一種用于具有多個裝有輪胎(2)和制動器(4)的輪子(1)的運載工具的制動控制方法，該控制方法包括響應制動指令為每個輪子產生制動設定點Cf.set，以及還包括用于每個輪子的下列步驟·有規律地更新代表著摩擦系數(μ)和輪子滑移率(τ)之間的關系的抓地力模型Ca/C0＝fq1...qn(τ)；·用所述有規律地更新的抓地力模型及其特征形狀在給定的預測視距內確定制動設定點的變化，且同時既遵守所述制動指令和在所述預測視距中的可預測的變化，也遵守給定的計算約束(τ)；以及·把用這一方式所確定的所述變化的對應于所述預測視距內的第一計算循環的值保持作為所述制動設定點的值。
2. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述抓地力模型的所述更新 至少每20個所述方法的計算循環進行一次。
3. 如權利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述抓地力模型的所述更新 至少每個所述方法的計算循環進行一次。
4. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述計算約束是要求所述滑 移率在所述預測視距內，以保持不超過利用從所述有規律地更新的抓地力模型推 導出來的最佳滑移率(t0pt)所確定的滑移率。
5. 如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述確定的滑移率等于所述 最佳滑移率。
6. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述抓地力模型的所述更新 和所述預測在兩個不同的模塊里并行地執行。
7. 如權利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述預測視距被限制于一個 計算循環。
8. —種能夠實行以上任一權利要求所述的方法的制動計算機。
全文摘要
本發明提供一種用于具有多個裝有輪胎(2)和制動器(4)的輪子(1)的運載工具的制動控制方法，該控制方法包括響應制動指令為每個輪子產生制動設定點(C<sub>f，set</sub>)，以及包括用于每個輪子的下列步驟有規律地更新代表著摩擦系數(μ)和輪子滑移率(τ)之間的關系的抓地力模型C<sub>a</sub>/C<sub>0</sub>＝f<sub>q1...qn</sub>(τ)；用該有規律地更新的抓地力模型及其特征形狀在給定的預測視距內確定制動設定點的變化，且同時既遵守制動指令和在預測視距中的可預測的變化，也遵守給定的計算約束(τ)；以及把用這一方式所確定的變化的對應于預測視距內的第一計算循環的值保持作為所述制動設定點的值。
文檔編號B60T8/174GK101204953SQ20071016016
公開日2008年6月25日 申請日期2007年12月21日 優先權日2006年12月21日
發明者A·杰奎特, D·弗蘭克, G·L·基辛格, J-P·加西亞, M·巴賽特, Y·查馬拉德 申請人:梅西耶-布加蒂公司