無牽引桿飛機拖車的制作方法

無牽引桿飛機拖車的制作方法
【專利摘要】提供一種無牽引桿飛機拖車，用于在其上接收飛機的起落架從而牽引飛機。該拖車包括：底盤，用于接收起落架的至少一部分；推進裝置，配置成用于沿軌跡方向移動拖車；至少一個力傳感器，用于直接或間接測量由于拖車和飛機之間的速度差，底盤至少沿該方向施加在起落架上的力；以及與力傳感器通訊的控制器，用于改變拖車的一個或多個運動參數，從而保持底盤施加在起落架上的力低于預定值。該推進裝置包括變角度斜盤液壓泵，該泵連接到變角度斜盤液壓馬達及可控旁路閥上。控制器通過調節至少推進裝置、泵和馬達斜盤可獲得的動力以及旁路閥的狀態改變這些參數。
【專利說明】無牽引桿飛機拖車
[0001]本申請是申請號為200980147257.7、國際申請日為2009年11月25日、發明名稱為“無牽引桿飛機拖車”的發明專利申請的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明總體上涉及用于飛機地面運動的系統，更具體而言，涉及這種系統中地面車輛的控制方法。
【背景技術】
[0003]飛機拖車通常用于在機場地面位置之間牽引飛機，從而無需飛機依靠自身動力移動，從而節省燃料。拖車可以配備牽引桿，牽引桿連接起落架和拖車，或者也可以是無牽引桿的，這種情況下沒有配備牽弓I桿，其中起落架通常直接設置在拖車底盤上。

【發明內容】

[0004]根據本發明的一方面，提供了一種無牽引桿飛機拖車，用于接收飛機的起落架從而牽引飛機，該拖車包括:
[0005].底盤，用于在其上接收起落架的至少一部分；
[0006].推進裝置，配置成用于沿軌跡方向移動拖車，包括一個變角度斜盤液壓泵，該泵連接到變角度斜盤液壓馬達及可控旁路閥上，以便在旁路處于關閉狀態時使液壓流體在泵和馬達之間循環，從而激勵推進裝置，以至少提高拖車的速度和牽引力之一，及在旁路處于打開狀態時至少使大部分液壓流體經過旁路閥循環通過馬達，從而至少減少拖車的轉速和牽引力之一；
[0007].至少一個力傳感器，用于直接或間接測量由于拖車和飛機之間的速度差，底盤至少沿該方向施加在起落架上的力；及
[0008].與力傳感器通訊的控制器，用于改變拖車的一個或多個運動參數，從而通過調節至少推進裝置、泵和馬達斜盤可獲得的動力以及旁路閥的狀態，保持底盤施加在起落架上的力低于預定值(例如在拖車運動期間)。
[0009]顯然，本說明書和權利要求書中使用的術語“無牽引桿”涉及一類沒有牽引桿(即，一種連接在拖車底盤和飛機起落架之間的桿或其它連接裝置)的飛機拖車。在無牽引桿的飛機拖車中，起落架通常直接位于底盤上，或者其重量被導入底盤內的一個區域。
[0010]顯然，本說明書及權利要求書中使用的術語“控制器”可以在廣義上理解為包括但不限于兩個或多個控制器，例如每個控制器都實現一個特定功能。
[0011]無牽引桿飛機拖車還包括液壓馬達轉換閥，對于自由的拖車移動，當旁路關閉時，該液壓馬達轉換閥允許液壓流體自由流過馬達。
[0012]旁路還可以與旁路開通之后的制動周期關聯，其中液壓流體從斜盤泵(swashplate pump)轉向，控制器還配置成用于控制旁路的狀態，該閥的特征在于:其響應期遠小于制動周期。[0013]該推進驅動模塊還包括用于控制旁路狀態的閥，該閥的特征在于其響應期遠小于液壓泵斜盤和馬達的共振周期。
[0014]該控制器還配置成用于調節液壓馬達的排量。
[0015]該控制器還配置為用于調節斜盤泵的控制角度。這樣，就可以控制拖車的速度以及由此施加在起落架上的力。
[0016]控制器還可以配置為用于引起斜盤泵控制角度快速變化。這就允許其防止施加在飛機起落架上的力超過力閾值。
[0017]該控制器還配置成用于引起斜盤泵控制角度緩慢變化。例如，這可有利于使無牽引桿的飛機拖車獲得期望的速度。
[0018]該控制器還可以構成為利用前饋方法(即一種控制方式，在該方式中能夠使用系統輸入中的倒置(upsets)，以預先或在那些倒置到達的同時調整系統設備)來調整斜盤泵的控制角度。
[0019]該無牽引桿飛機拖車還包括位于起落架和底盤之間用于吸收能量的能量吸收器。
[0020]一個或多個運動參數的改變可以具有一種效果，以便和/或被引導導致引起拖車降低速度和/或減少牽引力。
[0021]底盤可以包括支撐組件，配置為用于接收起落架部分并被安裝在底盤上，以便可以至少沿該方向在底盤上移動。在此情況下，力傳感器可以設置為用于測量沿至少該方向支撐組件施加在底盤上的力。
[0022]運動參數選自速度、方向、加速度和減速度構成的組。
[0023]該控制器還配置為用于至少基于一個或多個外部因素計算底盤施加在起落架上的(預測)結果力。這些外部因素可以選自以下構成的組:
[0024].沿拖車將要穿越的飛機行駛表面的各個地點的相關坡度數據；
[0025].影響飛機和拖車的相關風力數據；
[0026].沿飛機行駛表面各個地點的飛機和/或拖車的相關滾動摩擦力數據 '及
[0027]?相關的障礙物數據。
[0028]相關坡度數據可以由坡度檢測功能提供。
[0029]相關坡度數據可以被預定并存儲作為數據庫中的坡度數據，該控制器還配置為用于確定拖車在飛機行駛表面上的位置，以及用于使坡度數據與位置相關。
[0030]相關滾動摩擦力數據可以被預定并存儲作為數據庫中的摩擦數據，控制器還配置成用于確定拖車在飛機行駛表面上的位置，以及用于使摩擦數據與該位置相關。
[0031 ] 拖車還可以構成為探測飛機路徑上的障礙物。
[0032]該控制器可以構成為能夠例如通過電子飛行包與遠程指揮中心無線通訊。
[0033]該無牽引桿飛機拖車還包括電子飛行包，用于和飛機內的同類設備無線通訊。
[0034]根據本發明的另一方面，提供了一種牽引飛機的方法，該方法包括提供無牽引桿飛機拖車，該拖車包括:
[0035].底盤，用于在其上接收飛機起落架的至少一部分；以及
[0036].推進裝置，用于沿軌跡方向移動拖車，包括一個變角度斜盤液壓泵，該泵連接到變角度斜盤液壓馬達及可控旁路閥上，以便在旁路處于關閉狀態時使液壓流體在泵和馬達之間循環，從而激勵推進裝置，以至少提高拖車的速度和牽引力之一，及在旁路處于打開狀態時至少使大部分液壓流體經過旁路閥循環通過馬達，從而至少減少拖車的轉速和牽引力之一;
[0037]該方法還包括:使拖車牽引飛機，同時改變拖車的一個或多個運動參數，以便通過調整至少推進裝置、泵和馬達斜盤獲得的動力，以及旁路閥的狀態，保持底盤施加在起落架上的力低于預定值。
[0038]拖車可以如上所述那樣提供。
[0039]根據本發明的另一方面，提供了一種無牽引桿飛機拖車，其用于接收飛機的起落架從而牽引飛機，該拖車包括:
[0040].底盤，用于在其上接收起落架的至少一部分；
[0041].推進裝置，用于沿軌跡方向移動拖車；及
[0042]?控制器，用于比較無牽引桿飛機拖車的實際速度和其預定的期望速度，如果滿足下述條件則指令推進裝置保持無牽引桿飛機拖車的實際速度:
[0043]〇實際速度低于期望速度；及
[0044]〇在比較之前的預定期間內，實際速度保持在預定速度范圍內。
[0045]控制器還配置用于探測飛機飛行員控制制動和飛機減速，還配置用于在滿足下述條件時指令推進裝置保持實際速度:
[0046].實際速度高于期望速度；及
[0047].對飛機飛行員控制制動和飛機減速至少之一進行探測。
[0048]控制器還可以配置為如果探測到飛機飛行員控制制動，則指令推進裝置改變無牽引桿飛機拖車的實際速度，以便與期望速度匹配。
[0049]無牽引桿飛機拖車還可配置用于在牽引飛機期間始終提供正牽引力。
[0050]無牽引桿飛機拖車還構成為實時防止起落架超過其最大允許疲勞負荷。
[0051] 控制器還構成為計算期望速度。
[0052]控制器還構成為計算對應期望速度的期望牽引力。
[0053]控制器還構成為至少基于拖車位置計算期望速度。
[0054]控制器還構成為至少基于該拖車的位置和至少一個其它拖車的位置計算期望速度。
[0055]控制器還構成為，用于至少基于該拖車的位置以及與其享有至少一條路徑的至少一個其它拖車的位置和速度，計算期望速度。
[0056]該控制器還構成為，用于至少基于該拖車的位置及其到達牽引位置一端的期望時間計算期望速度。
[0057]該控制器還構成為，至少基于該拖車的位置、另一個拖車到達牽引點一端的估算時間、以及該拖車到達牽引位置該端的期望時間計算期望速度。
[0058]該無牽引桿飛機拖車還包括發射器，用于發射有關拖車速度和位置的信息。可發射該信息，例如發射給飛機駕駛艙，發射給至少一個其它拖車，或者發射給一個遠程指揮中心。
[0059]該無牽引桿飛機拖車還包括接收器，用于接收來自遠程指揮中心的、至少一個其它拖車的相關速度和位置信息。
[0060]該無牽引桿飛機拖車還包括探測器，其利用傳感器探測至少一個其它拖車的速度和位置；該控制器構成為至少基于該其它拖車的速度和位置計算期望速度。
[0061]該控制器還構成為，基于到達牽引位置一端的期望時間和其它拖車到達牽引點一端的估算時間，計算期望速度。
[0062]根據本發明的又一方面，提供了一種無牽引桿飛機拖車的控制方法，該方法包括:
[0063].獲得期望與該拖車共享至少部分牽引路徑的至少一個其它拖車的相關速度和位置信息；及
[0064].至少基于該速度、位置及該信息計算該拖車的期望速度。
[0065]該牽引方法還包括基于該拖車到達牽引位置一端的期望時間計算期望速度。
[0066]該方法還包括基于其它拖車到達牽引點一端的估算時間計算該無牽引桿飛機拖車的期望速度。
[0067]該方法還包括將該拖車相關速度和位置信息傳送給其它拖車。
[0068]該方法還包括將該拖車的相關速度和位置信息傳送給遠程指揮中心，以及接收其它拖車的相關速度和位置信息。
[0069]該拖車還可以利用傳感器獲得至少一個其它拖車的相關速度和位置信息。
[0070]根據本發明的又一方面，提供了一種無牽引桿飛機拖車，其用于接收飛機的起落架從而牽引飛機，該拖車包括:
[0071].底盤，用于在其上接收起落架的至少一部分；
[0072].推進裝置，用于沿軌跡方向移動拖車；及
[0073].控制器，配置為如上所述進行工作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0074]從下面結合附圖進行的詳細描述中，可以更充分地理解和欣賞本發明。
[0075]圖1A是一種無牽引桿飛機拖車的示意圖；
[0076]圖1B是沿圖1A中線1B-1B的所示無牽引桿飛機拖車剖視圖；
[0077]圖1C是圖1A所示無牽引桿飛機拖車的頂視圖；
[0078]圖2A至2J是圖1A所示無牽引桿飛機拖車拖機(pushback)作業前和拖機作業時各個階段的透視圖；
[0079]圖3A至3E是圖1A所示無牽引桿飛機拖車飛行員控制滑行作業時各個階段的示意圖；
[0080]圖4A至4E是圖1A所示無牽引桿飛機拖車自主滑行作業時各個階段的示意圖；
[0081]圖5A至5E是圖1A所示無牽引桿飛機拖車自主返回作業時各個階段的示意圖；
[0082]圖6A至6C是圖1A所示無牽引桿飛機拖車駕駛功能的示意圖；
[0083]圖7A至7D表示一種能量吸收系統，其反作用于飛機的飛行員控制制動，以便控制起落架上的負載；
[0084]圖8A是力控制回路和速度控制回路的輸入輸出方框圖，它們是圖1所示拖車控制器的部分；
[0085]圖8B是多端輸入/多端輸出(MIMO)力控制回路和速度控制回路的方框圖，它們是該控制器的一部分；[0086]圖9表示該無牽引桿拖車和飛機的動力學模型，以及施加在飛機上和圖1A所示無牽引桿飛機拖車上的力；
[0087]圖10表示各個控制回路；
[0088]圖11表示一種牽引飛機的方法；
[0089]圖12表示無牽引桿拖車和相應的飛機駕駛艙電子飛行包(EFB)單元；
[0090]圖13表示具有兩個攝像機的無牽引桿飛機拖車；
[0091]圖14表示機場內的數個無牽引桿拖車的運動；
[0092]圖15表示一種牽引飛機的方法；
[0093]圖16是速度、飛行員制動、牽引力和馬達RPM曲線圖，其中每個都作為時間的函數，并且與無牽引桿飛機拖車期望和實際速度相關；以及
[0094]圖17表示無牽引桿飛機拖車的一種控制方法。
【具體實施方式】
[0095]提供一種自動或半自動拖車的控制系統，用于使飛機從機場出入口滑行到起飛跑道。為了節約燃料和減少污染，該拖車設計成不使用飛機的噴射引擎而使飛機滑行。控制器因而具有雙重功能，即實時和始終控制拖車牽引速度(從而取代飛機引擎)，并且調節拖車牽引力(從而防止飛機起落架，例如前起落架或NLG超過其靜荷載極限和疲勞荷載極限)，從而使其壽命周期不受影響。因此，為了指揮控制器工作，提供了一種多端輸入、多端輸出(MIMO)控制概念，其中一些在控制和受控制變量互相聯系和互相依賴。
[0096]本說明書涉及不使用飛機噴射引擎而使飛機從出入口滑行到起飛跑道的自動或半自動拖車。這些拖車可以以一種飛機飛行員控制滑行的模式作業，其中飛機飛行員駕駛和制動如同飛機依靠自身動力移動，拖車速度由其自身的控制器控制。一旦滑行結束，那么在機場指揮和控制系統控制下拖車能夠自動返回到出入口的拖機作業前的位置。拖車駕駛員可以完成拖機作業，之后他離開拖車，滑行期間飛機飛行員控制拖車。飛機滑行期間拖車可以以自主作業模式作業。術語“自主”廣義上包括在機場指揮、控制和通信系統控制下的作業，但是飛機飛行員優先。
[0097]現在參見圖1A、1B和1C，它們表示了一種無牽引桿飛機拖車100。國際公布W02008/139440，其被轉讓給本申請的受讓人，它教導了很多對本說明書實用的原理，其全部內容被援引加入到本文適當的位置，以給出附加或其它細節、特征和/或技術背景的適當教導。如圖1A、1B和1C，無牽引桿飛機拖車100包括一個支撐在六個輪上的底盤102，包括前轉向輪104和106、后轉向輪108和110，及中間非轉向輪112和114。顯然，可選的，輪112和114也可以是轉向的。分別由附圖標記115、116、117和118表示的可轉向輪104、106、108、和110的轉動中心可以限定一個長方形的頂點，其長度A由拖車100同側各前輪和后輪轉動中心之間的距離確定，其寬度B由各前輪輪104和106轉動中心115和116之間的距離以及各后輪108和110的轉動中心117和118之間的距離確定。
[0098]每個輪104、106、108、110、112和114都由一個相應的液壓馬達(未表示)可控驅動，液壓馬達由相應的液壓泵(未表示)提供動力，液壓泵由車輛柴油馬達(未表示)響應來自控制器119的速度和力矩控制信號進行驅動。每個轉向輪104、106、108和110可以由一個或多個轉向活塞(未表示)響應來自控制器119的轉向控制信號進行控制。這些輪、液壓泵和柴油馬達構成用于沿軌跡方向推動拖車的推進裝置的部分。
[0099]駕駛員控制界面組件(其可以包括轉向輪120、剎車(未表示)、及在必要時的可選其它控制)，可以與控制器119進行接口，以便在拖機作業之前以及在拖機作業時，和/或在出現緊急情況時或在拖車控制系統故障時允許駕駛員控制無牽引桿飛機拖車100的作業。該無牽引桿飛機拖車100可以通過控制器119以“飛機飛行員控制”(PIC)模式作業，滑行到或者接近起飛點。接近起飛點時，控制器119自動或手動(由安全駕駛員)使拖車100脫離飛機，響應從機場指揮和控制中心或拖車位置傳感器121 (如GPS傳感器或任何其它適當拖車位置傳感器)接到的指令，拖車100在控制器119的控制下作業，自主或由安全駕駛員手動駕駛，從起飛點返回到期望的拖機作業前的位置。拖車100還可以配備風傳感器122，一個或多個障礙物檢測傳感器123，例如雷達和/或激光傳感器，例如以Velodyne?的HDL-64E名稱銷售的，其輸出到控制器119，以及一個或多個驅動攝像機124，這實現了遠程驅動拖車100，例如借助遠程指揮和控制中心。驅動攝像機124可轉動以具有可選擇的掃視和俯仰角度，從而能夠使作業者觀察拖車100以及附近的各個位置。
[0100]可轉動的飛機起落架輪支撐組件125樞軸和可轉動地安裝在水平底座組件126上。支撐組件125的轉動穩定狀態中心，由附圖標記127表示，可以位于各個轉向輪104、106、108和110的轉動中心115、116、117和118確定的長方形幾何中心。
[0101]水平底座組件126連接底盤102，其連接方式允許其相對于底盤具有一定受限量的運動自由度，并通過能量吸收器組件接合，該能量吸收器組件可以包括多個能量吸收活塞128，每個活塞都樞軸連接于底盤102和水平底座組件126。力傳感器129，其可以是測力單元，可以與每個能量吸收活塞128相關聯，力傳感器輸出給控制器119，并因此用于控制車輛加速和減速。
[0102]水平底座組件126可以包括圓周底座元件130，其通過懸掛支撐在一對前懸掛支撐132上的橫向延伸支撐桿131而樞軸安裝在底盤102上，并懸掛在樞軸安裝于底盤102上的一對后支撐132上。懸掛支撐132通過樞軸安裝的能量吸收活塞128接合。圓周底座元件130在懸掛支撐132上的安裝可以借助轉軸133，它們可以與也可以不與底座元件130
一體成型。
[0103]借助一對向外延伸與高承載量軸承135嚙合的樞軸134，以及高承載量軸承135相應地與底座126上形成的360度圓周軸承座圈136接合，支撐組件125可以樞軸或可轉動地安裝在底座126上。這種布置使支撐組件125相對于底座元件130、水平底座組件126，和底盤102的轉動和傾斜摩擦較小。
[0104]直框架140固定安裝在支撐組件125上，用于使飛機起落架輪在支撐組件上找準。飛機起落架輪止動桿142借助固定在支撐組件125上的止動桿定位活塞144可選擇地相對于直框架140定位，用于使支撐組件適合不同尺寸的飛機起落架輪。支撐組件125的轉動方向可以由轉動傳感器145檢測，例如電位計，其給控制器119提供支撐組件的轉動方向輸入。支撐組件125的轉動方向可以由支撐組件旋轉馬達146控制。
[0105]可選擇定位的夾組件147可以安裝在支撐組件125上并連接直框架140。該夾組件147工作時可選擇地將飛機起落架輪夾持到支撐組件125上，以便使飛機起落架輪的轉動中心盡可能剛好位于支撐組件的轉動中心127處，如上所述，其位于轉向輪104、106、108和110的轉動中心確定的長方形幾何中心。[0106]力傳感器148，例如測力單元，安裝在夾組件147的前刨削表面及止動桿142的后刨削表面上，以便與飛機起落架輪嚙合，從而檢測施加到飛機起落架輪和因而施加到飛機起落架上的水平面內的力，該力例如由于加速度差、減速度差，和/或拖車100相對于加速度、減速度的速度，和/或由于牽引造成的飛機速度而產生。
[0107]傾斜的飛機起落架輪坡道加載裝置150可以安裝在底座元件130上。與活塞組件152嚙合的一對起落架輪可以用于推動或提升飛機起落架并將飛機起落架輪定位在支撐組件125上。
[0108]力傳感器148可以工作，以便檢測至少沿拖車運動軌道的大體水平方向施加到起落架上的力。該力可以是飛機的飛機飛行員-控制制動的結果，其使拖車減速或使拖車加速。控制器119至少部分響應力傳感器的輸出而工作，尤其是飛機飛行員控制制動導致飛機減速，從而給驅動拖車100的輪的液壓馬達提供速度和力矩控制信號。該控制例如將施加到飛機起落架上的力減少和限制到不會損壞飛機起落架的最大允許力，以此作為飛機飛行員控制制動導致拖車減速和/或加速的結果。
[0109]轉動傳感器145可以工作，檢測支撐組件125相對于底座組件126的轉動，這是由飛機起落架的飛機飛行員駕駛引起，控制器119可操作以基于轉動傳感器145的輸出以及對飛機飛行員駕駛指令的響應控制轉向輪104、106、108和110的轉向。
[0110]力傳感器129和148可以工作以檢測至少沿大體水平方向施加到起落架上的力，以使控制器119工作以通過采用至少一個力反饋回路，利用至少一個力傳感器的輸出、檢測飛行員控制制動、和至少一個下面的輸入，控制拖車加速和減速:
[0111].由沿拖車100穿越的飛機行駛表面多個位置處已知的坡度引起的力指示，這些位置通過位置檢測功能被識別給控制器；
[0112].施加到飛機上的風力指示，涉及風力的信息由安裝風傳感器的機場和/或拖車提供給控制器；及
[0113].沿拖車穿越的飛機行駛表面各個位置處已知拖車和飛機滾動摩擦力指示，這些位置通過位置檢測功能被識別給控制器。
[0114]通過采用至少一個速度反饋回路，基于沿拖車和飛機穿越的行駛路線的已知速度限制(例如利用控制器119內存儲的適當機場地圖)，以及指示沿拖車100和飛機行駛路線的拖車100位置的拖車位置傳感器的輸出，控制器119還可操作地控制拖車100的速度。
[0115]可以在拖車100的底盤102上安裝一個或一對激光測距儀154，用于確定飛機縱軸和拖車100的縱軸之間的角度關系。飛機縱軸和拖車100縱軸之間的角度關系用于自主滑行作業模式中，例如圖4A至4E所示的下述模式。
[0116]如圖2A，拖車100在拖車駕駛員的控制下，沿著箭頭200所示方向被推向等待拖機作業的飛機202。圖2B表示位于坡道150上的起落架輪204。圖2C表示與起落架輪接合活塞組件152，活塞組件152定位于與起落架輪204接合，用于推動和提升飛機起落架，及將飛機起落架輪定位于支撐組件125上。圖2D表示飛機起落架輪止動桿142相對于直框架140借助止動桿定位活塞144進行適當定位，以便適應特殊飛機202的特殊飛機起落架輪204。圖2E表示起落架輪204被推上支撐組件125。
[0117]圖2F表示飛機起落架輪204由活塞組件152推靠于適當定位的止動桿142上，以便飛機起落架輪204的轉軸盡可能剛好位于支撐組件125的轉動中心127，如上所述，該轉動中心127位于或靠近轉向輪104、106、108和110的轉動中心確定的長方形幾何中心。
[0118]圖2G和2H表示對與飛機起落架輪204脫離嚙合的單個活塞組件152的一系列收回動作，以及夾組件147的單個夾與飛機起落架輪204的接合，以將飛機起落架輪夾在支撐組件125上，從而使飛機起落架輪的轉動中心盡可能剛好位于支撐組件125的轉動中心127。圖21表示在拖車駕駛員控制下拖車100將飛機202拖回。圖2J表示拖車駕駛員完成拖機作業后離開拖車100。在全部或部分滑行期間，駕駛員可以留在拖車100上，可以參與拖車與飛機的脫離，之后引擎啟動。
[0119]圖3A表示飛機起落架輪204由飛機飛行員采用傳統飛機轉向桿206或踏板(未表示)所控制的轉動，相應導致支撐組件125相對于底座元件130轉動。支撐組件125的轉動立即由轉動傳感器145檢測，其輸出提供給控制器119，使拖車100的轉向輪104、106、108和110立即轉動，如下面參照圖6A至6B所詳細描述的那樣。
[0120]控制器119可以依據反饋控制回路完成拖車100的轉向，反饋控制回路接收轉動傳感器145的輸入，其代表飛機飛行員所控制的起落架輪204的方向，亦即支撐組件125的方向與附圖標記210表示的拖車縱軸之間的角度α。如將在下面參照圖6Α至6C描述的那樣，控制器119使拖車轉向輪104、106、108、和110分別轉動角度β 1，β2，β3和β4，并驅動拖車100，從而使角度α變為零。
[0121]圖3Β表示拖車100運動的中間階段，其中拖車定向為使飛機202按照飛機飛行員指示的方向拖動。在此階段，支撐組件125和拖車100縱軸210之間的角度α表示為圖3Α所示的一半。由于拖車100相對于飛機202的轉動，以角度Y表示拖車100的縱軸210與待牽引飛機202縱軸(在此由附圖標記220表示)之間的角度。
[0122]圖3C表示拖車100相對于飛機202的起落架輪204定向從而使α為零。顯然拖車轉向輪104、106、108和110的角度β 1、β2、β3和β 4通常分別不為零。在此階段，拖車100縱軸210與拖車100牽引的飛機202縱軸220之間的角度Y小于圖3Β中的Y，因為飛機202已經開始轉動。.[0123]圖3D表示飛機飛行員踏下踏板222制動飛機202。飛機202的制動是這樣實現的，即通過制動飛機202的主起落架(未表示)，引起飛機202減速從而使施加的力立刻被夾件147上的力傳感器148檢測到，力傳感器的輸出由控制器119接收，控制器119相應地立刻使拖車100減速。由于在飛機202制動和相應的拖車100減速之間存在時間滯后，因此力被施加在在后能量吸收活塞128上，這些力由力傳感器129立刻檢測到。后能量吸收活塞128吸收飛機202相對于拖車100制動而產生的能量。在此階段，力傳感器129作為力傳感器148的備用。
[0124]圖3Ε表示響應尤其來自力傳感器148和129的輸入，由控制器119控制的拖車100的受控加速，從而在考慮到下述一個或多個因素的情況下，給飛機提供滑行速度，對于沿飛機行駛路徑的預定位置該速度在預定速度極限內，并保證施加在起落架上的力不超過預定極限:
[0125].沿拖車100穿越的飛機行駛表面各個位置的已知坡道引起的力，這些位置由位置檢測功能識別傳送給控制器119，例如此處由安裝拖車位置傳感器121的拖車提供的GPS功能；
[0126].施加到飛機202上的風力，涉及風力的信息從機場或拖車裝載的風傳感器提供給控制器119，例如拖車車載風傳感器122，還可以選擇通過機場指揮和控制功能提供；及[0127]?沿拖車100穿越的飛機行駛表面各個位置處拖車100和飛機202的滾動摩擦力，這些位置由拖車位置傳感器121提供的位置檢測功能識別傳送給控制器119，還可以選擇通過機場指揮和控制功能提供。
[0128]不僅響應飛機飛行員對飛機202的制動，而且響應障礙物傳感器123對障礙物的檢測，控制器119也可以使拖車100減速。控制器119響應尤其來自力傳感器148和129的輸入，對拖車減速進行控制，保證飛機和拖車之間的協調減速比，從而將施加于飛機202起落架上的力限制在預定力極限內。
[0129]為了區別起落架上的常規牽引力和飛行員制動施加的力，控制器119可以考慮上述一個或多個因素，這些因素由來自各個傳感器的數據表示，例如傳感器120、121、122和123及攝像機124。
[0130]控制器119還可以工作，控制拖車100的加速和減速，以便通過采用速度控制反饋回路保持期望的拖車速度。控制器119還配備有，或者允許接入機場的嵌入式地圖，用于指示拖車行駛路徑各個區域的有關拖車速度極限。該速度極限信息與拖車位置傳感器121提供的指示拖車100即時位置的信息協作。控制器119還包括指示拖車100即時速度的導航系統。該反饋回路工作，使實際速度盡可能接近和不超過拖車即時位置的速度極限。
[0131]控制器119還可操作地控制拖車100的加速和減速，以便將施加在飛機202起落架上的水平力限制在一個可接受的極限內，例如飛機總重量的4%，例如采用力控制反饋回路。控制器119接收來自力傳感器148和129的輸入，它們表示尤其是由于風、坡道、滾動摩擦以及飛機202和/或拖車100加速或減速而施加在飛機202起落架上的力的總和。力反饋回路工作，使拖車100加速或減速，以便使力傳感器148和129檢測到的力保持低于可接受的極限，可以選擇為飛機202或拖車100的不期望的加速和減速留出余量。
[0132]現在參見圖4A、4B、4C、4D和4E，表示無牽引桿飛機拖車100自主滑行作業各階段。該自主滑行作業可以由拖車100的駕駛員啟動，也可以在拖機作業結束后自動響應機場指?車和控制中心發出的指令啟動。
[0133]在自主滑行作業中，支撐組件125的作用是通過將起落架輪204的位置保持在飛機飛行員最后選擇的位置，該位置通常平行于飛機的縱軸220，而將沿水平面施加在起落架上的力尤其是力矩降低為零。由此，起落架保持在該位置，而拖車100沿其行駛路徑改變其朝向。這意味著在拖車100的大多數轉向策略中，支撐組件轉向到與拖車100相反的方向。
[0134]通過操縱主起落架上的飛機制動器(這一操作會馬上被力傳感器148和129檢測到)，自主拖車控制可立即由飛機飛行員取代。
[0135]自主滑行可以采用機場指揮控制中心的強化C4(指揮，控制，通信和計算機)功能，其協作和優化機場內滑行飛機的滑行行駛路徑和速度，例如利用下述一些或全部輸Λ:
[0136].機場內所有滑行飛機的位置；
[0137].對所有飛機滑行間隙和滑行行駛路徑的計算；以及
[0138].機場氣象條件和滑道地面行駛條件。
[0139]強化C4功能可以提供下述一些或全部功能:
[0140].避免跑道入侵；[0141].計算所有飛機的最佳滑行速度以保證滑行期間啟動和停止最少；
[0142].使滑道交通擁擠最小化；及
[0143].在出現故障或緊急情況下能夠立即使用飛行員控制。
[0144]圖4A表示自主滑行作業開始時拖車100和飛機202的初始方向。飛機起落架輪204與拖車100的縱軸210及飛機的縱軸220平行。拖車100的轉向輪104、106、108和110也平行于軸210和220。
[0145]圖4B表示拖車100在控制器119控制下的初始轉動，例如響應從基于C4系統的機場指揮和控制系統250接收的交通控制指令。如圖4B，飛機飛行員不用傳統飛機轉向操縱桿206或踏板(未表示)，除非出現緊急制動。響應來自控制器119的適當指令，通過轉動拖車100的輪104、106、108和110的轉動，拖車100產生期望的轉向。為了避免力矩施加到飛機202起落架上，由支撐組件轉動馬達146促使支撐組件125轉動角度-α，該角度與拖車縱軸210與飛機縱軸220之間的角度α大小相等方向相反。支撐組件125的轉動由轉動傳感器145檢測，給控制器119提供反饋輸出。
[0146]控制器119可以依據兩個反饋控制回路，通過轉向轉向輪104、106、108和110及通過支撐組件轉動馬達146轉動支撐組件125來使拖車100轉向。一個反饋回路保證拖車100前部遵循機場指揮和控制系統250制定的預定行駛路徑。第二個反饋回路使用激光測距儀154保證起落架輪204平行于飛機縱軸220對準。激光測距儀154確定拖車100的縱軸210和飛機202縱軸220之間的角度α。控制器119保證支撐組件125相對于縱軸210轉動角度-α，以便確保起落架輪204與飛機縱軸220始終一致。
[0147]圖4C表示拖車100的又一個轉動階段。在此階段，拖車100縱軸210和飛機202縱軸220之間的角度α和支撐組件125與拖車100縱軸210之間的角度-α是圖4Β所示
角度的兩倍。
[0148]圖4D表示自動作業模式由飛機飛行員替代，例如通過踏壓制動踏板222。該替代例如可以是針對緊急制動和/或能夠使飛機飛行員控制拖車100的轉向，如上述參照圖3Α至3Ε所描述的那樣。飛機202的制動由飛機202上的主起落架(未表示)上的制動件完成，引起飛機減速，從而使施加的力由夾件147上的力傳感器148立即檢測到，其輸出由控制器119接收，控制器使拖車100立即減速。
[0149]控制器119終止拖車100的拖機作業模式，將拖車模式轉換為飛機飛行員控制作業,如上面參照圖3Α至3Ε所述。
[0150]由于在飛機202制動和相應拖車100減速之間存在一個時間滯后，力被施加在后能量吸收活塞128上，并被力傳感器129迅即檢測到。后能量吸收活塞128吸收飛機202相對于拖車100制動而產生的能量。在此階段，力傳感器129用作力傳感器148的備用。
[0151]返回到自主作業模式通常要求來自機場指揮和控制器系統250的輸入或電子飛行包(EFB)傳送的飛行員指令,該電子飛行包例如可從Astronautics Ltd.0f Israel商購。
[0152]圖4E表示響應尤其來自機場指揮和控制中心250和力傳感器148和129的輸入，在控制器119控制下，拖車100以自主作業模式的受控加速，以在沿飛機行駛路徑的預定位置處使飛機滑行速度處于預定速度極限范圍內，保證施加于起落架上的力不超過預定極限，其中考慮到下面一個或多個因素:[0153]沿拖車100穿越的飛機行駛表面各個位置的已知坡道引起的力，這些位置由位置檢測功能識別傳送給控制器119，例如此處由安裝拖車位置傳感器121的拖車提供的GPS功倉泛;
[0154]施加到飛機202上的風力，涉及風力的信息從機場或拖車裝載的風傳感器提供給控制器119，例如拖車車載風傳感器122，還可選擇通過機場指揮和控制功能提供；及
[0155]沿拖車100穿越的飛機行駛表面各個位置處拖車和飛機的滾動摩擦力，這些位置由拖車位置傳感器121提供的位置檢測功能識別傳送給控制器119，并通過機場指揮和控制功能提供。
[0156]不僅響應飛機飛行員對飛機202的制動，而且響應障礙物傳感器123對障礙物的檢測或驅動攝像機124中一個的檢測，或者響應來自機場指揮和控制中心250的控制指令，控制器119還使拖車100減速。控制器119響應尤其來自力傳感器148和129的輸入，對拖車減速進行控制，保證飛機和拖車之間的協調減速比，從而將施加與飛機202起落架上的力限制在預定力極限內。
[0157]為了區別起落架上的常規牽引力和飛行員制動施加的力，控制器119可以考慮上述一個或多個因素，這些因素由來自各個傳感器的數據表示，例如傳感器120、121、122和123。
[0158]控制器119還可以工作，控制拖車100的加速和減速，以便通過采用速度控制反饋回路保持期望的拖車速度。控制器119還配備有或者允許接入機場的嵌入式地圖，用于指示拖車行駛路徑各個區域的有關拖車速度極限。該速度極限信息與拖車位置傳感器121提供的指示拖車即時位置信息協作。控制器119還包括指示拖車即時速度的導航系統。該反饋回路工作，使實際速度盡可能接近和不超過拖車即時位置的速度極限。
[0159]控制器119工作，控制拖車100的加速和減速，以便將施加在飛機202起落架上的水平力限制在一個可接受的極限內，例如飛機總重量的4%，例如采用力控制反饋回路。控制器119接收來自力傳感器148和129的輸入，它們表示尤其是由于風、坡道、滾動摩擦以及飛機202和/或拖車100加速或減速而施加在飛機202起落架上的力的總和。力反饋回路工作，使拖車100加速或減速，以便使力傳感器148和129檢測到的力保持足夠低于可接受的起落架力極限，可選擇為飛機202或拖車100的不期望的加速和減速留出余量。
[0160]當拖車100以圖4A至4E所示自主滑行作業模式作業時，其中拖車100和被牽引飛機202的滑行速度通常是飛機飛行員受控滑行作業模式的滑行速度，飛機飛行員可以取代自主系統，通過制動飛機和和操縱飛機操縱桿206再次進行拖車轉向，從而切換為飛機飛行員控制作業模式。飛機飛行員還可以在緊急情況下制動飛機。
[0161]由于機場內全部飛機的地面運動都由指揮和控制系統集中管理的事實，因此在自主滑行模式中提供了有效的滑行作業，從而避免了飛機起飛等待線路。如圖4E所示，指揮和控制系統250集成了全部飛機的運動，從而在滑行期間使飛機之間保持了期望的空間，盡可能避免了啟動和停止運動。
[0162]現在參見圖5A、5B、5C、ro和5E，它們是在機場塔內指揮和控制系統控制下，通過控制器119對拖車滑行運動和對拖車100從起飛區域返回拖機作業前的位置進行控制的無牽引桿飛機拖車100以自主模式作業的各階段的各個示意圖。
[0163]圖5A、5B和5C表示拖車100脫離飛機起落架輪204。顯然，拖車100脫離飛機通常在飛機飛行員已經啟動飛機引擎后進行。指揮和控制系統250可以指令拖車100實現脫離。可選的，拖車的脫離可以由接近起飛點的預定脫離位置處的拖車檢測位置自動激發。脫離指令可以無線傳遞到控制器119。響應于脫離拖車的指令，夾組件147與飛機起落架輪204脫離夾持接合，拖車100被向前推動，同時飛機飛行員制動飛機202，并控制飛機操縱桿206，使飛機起落架輪滾下坡道150，并使起落架保持平行于飛機220的縱軸，就像坡道150被相對朝前推動一樣。
[0164]安全駕駛員可以出現在拖車100上，在此情況下，脫離可以由安全駕駛員以傳統方式執行，通常伴隨安全駕駛員對語音通訊線的斷開。
[0165]圖表示受到控制器119控制的拖車的受控加速和轉向，以便在從起飛區域到拖機作業前位置的預定拖車自主行駛路徑的預定位置處，將拖車行駛速度控制在預定速度極限內，其中考慮到了下述一個或多個因素:
[0166].由拖車位置傳感器121指示的拖車100即時位置；
[0167].來自傳感器123或攝像機124的障礙物檢測信息；
[0168].由機場指揮和控制系統250提供的該拖車行駛路徑上其它車輛位置的實時信息；及
[0169].從起飛位置到拖機作業前位置的一個或多個拖車100預定行駛路徑指示信息；該信息可以存儲在控制器119中，或者由機場指揮和控制系統250實時提供。
[0170]圖5E表示由控制器在拖機作業前位置處控制的拖車受控減速和停泊。
[0171]現在參見圖6A、6B和6C，它們分別是為飛機202提供艾克曼(Ackerman)轉向的無牽引桿飛機拖車100的轉向功能示意圖。
[0172]參見圖6A，其表示飛機202以其起落架輪204沿飛機202的縱軸220直接轉向朝前，注意下述參數定義:
[0173].L =起落架輪204的轉軸302和此處由附圖標記306和308表示的主起落架連線304之間沿著飛機202縱軸220的距離；
[0174].A =拖車100后轉向輪108和110的中心連線310與前轉向輪104和106的中心連線312之間的縱向距離；
[0175].B =拖車100的輪108和110中心之間的距離以及輪104和106的中心之間的
距離；及
[0176].C =起落架306與308之間沿著線304的距離。
[0177]圖6B表示響應于飛機飛行員采用操縱桿206轉向飛機而使支撐組件125相對于拖車100的底盤103轉動，飛機202的起落架輪204轉動角度α。控制器119促使拖車轉向輪104、106、108和110轉動，以便使拖車100轉向，從而使α變為零，如參見圖3Α至3Ε所述的那樣。控制器119還控制拖車100的運動，以便使飛機202產生艾克曼轉向，如圖6Β所示，其中根據下面的參數:
[0178].R+C/2 =飛機202的即時轉動半徑；
[0179].α =起落架輪204相對于飛機202縱軸220的轉動角度；及
[0180].β i =拖車 100 的輪的轉向角度(i = 104、106、108 和 110).[0181]β i可以作為α的函數計算如下:
[0182].L/[R+C/2] = tan α > > R = L/tan a-C/2
【權利要求】
1.一種無牽引桿飛機拖車，用于接收飛機的起落架從而以實際速度牽引飛機，該無牽引桿飛機拖車包括: ?底盤，用于在其上接收所述起落架的至少一部分 '及 ?推進裝置，用于沿軌跡方向推動無牽引桿飛機拖車； 其特征在于，所述無牽引桿飛機拖車還包括控制器，該控制器配置為比較無牽引桿飛機拖車在牽引飛機時的實際速度和其預定的期望速度，如果滿足下述條件則指令所述推進裝置保持無牽引桿飛機拖車的實際速度: O實際速度低于期望速度；及 〇在比較之前的預定期間內，實際速度保持在預定速度范圍內。
2.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置為探測飛機飛行員控制制動和飛機減速，并且還配置為用于在滿足下述條件時指令所述推進裝置保持實際速度: ?實際速度高于期望速度；及 ?檢測到飛機飛行員控制制動和所述飛機減速中的至少一個。
3.如權利要求2所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置為指令所述推進裝置改變無牽引桿飛機拖車的實際速度，以便探測到飛機飛行員控制制動時與期望速度匹配。
4.如權利要求1所述 的無牽引桿飛機拖車，還配置為用于在牽引飛機期間始終提供正牽引力。
5.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，還配置成實時防止起落架超過其最大允許疲勞負荷。
6.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置成計算期望速度。
7.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置成計算對應于期望速度的期望牽引力。
8.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置成至少基于拖車位置計算期望速度。
9.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置成至少基于該拖車的位置和至少一個其它拖車的位置計算期望速度。
10.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中控制器還配置成至少基于該拖車的位置以及與其共享至少一條路徑的至少一個其它拖車的位置和速度，計算期望速度。
11.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中該控制器還配置成，至少基于該拖車的位置及其到達牽引位置一端的期望時間，計算期望速度。
12.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，其中該控制器還配置成，至少基于該拖車的位置、另一個拖車到達牽引點一端的估算時間、以及該拖車到達牽引位置該端的期望時間，計算期望速度。
13.如權利要求1所述的無牽引桿飛機拖車，還包括探測器，其配置成利用傳感器探測至少一個其它拖車的速度和位置；該控制器配置成至少基于所述其它拖車的速度和位置計算期望速度。
14.一種控制無牽引桿飛機拖車的方法，該方法包括: ?獲得與至少一個其它拖車的速度和位置相關的信息，所述至少一個其他拖車被期望為與該拖車至少共享牽引路徑的一部分；及?至少基于該速度和位置及所述信息計算該拖車的期望速度。
15.如權利要求14所述的方法，還包括基于該拖車到達牽引位置一端的期望時間計算期望速度。
16.如權利要求14所述的方法，還包括基于所述一個其它拖車到達牽引點一端的估算時間計算該無牽引桿飛機拖車的期望速度。
17.如權利要求14所述的方法，還包括將與該拖車的速度和位置相關的信息傳送給所述其它拖車。
18.如權利要求14所述的方法，還包括將與該拖車的速度和位置相關的信息傳送給遠程指揮中心，以及從遠程指揮中心接收與所述其它拖車的速度和位置信息相關的信息。
19.如權利要求1所述的方法，其中所述拖車利用傳感器獲得與至少一個其它拖車的速度和位置相關的所述信息。
20.一種無牽引桿飛機拖車，配置成用于接收飛機的起落架從而牽引飛機，所述拖車包括: ?底盤，配置為用于在其上接收所述起落架的至少一部分； ?推進裝置，配置為沿軌跡方向移動拖車 '及 ?控制器， 配置為根據權利要求17所述的方法進行運行。
【文檔編號】B64F1/22GK103538731SQ201310313790
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2009年11月25日 優先權日:2008年11月25日
【發明者】阿里·佩里, 蘭·布萊爾 申請人:以色列宇航工業有限公司