本發明涉及確定飛行器起落架的輪子的旋轉速度的轉速計系統和方法。本發明更具體地但并非排他地涉及使用僅用于確定高旋轉速度的現有轉速計來準確地確定低旋轉速度。
背景技術:
公知的是,使用轉速計系統來確定飛行器起落架的輪子的旋轉速度。在圖1中示出了包含已知轉速計系統的起落架。起落架1包括輪子2。起落架1包括起落架1的制動冷卻風扇8的電機3、用于覆蓋制動冷卻風扇8的護罩7以及用于防止大的碎片進入風扇機構的防碎片裝置9。轉速計5被安裝在轉速計軸6上。當輪子2旋轉時,防碎片裝置9旋轉(由于其耦接至輪子2),并且轉速計軸6相應地旋轉(由于其耦接至防碎片裝置9)。當轉速計軸6旋轉時,其使轉速計5的轉子旋轉。轉速計5的定子保持靜止,這是因為定子耦接至電機3,而電機3耦接至輪子2的輪軸,輪子2的輪軸在輪子2的旋轉期間保持靜止。以此方式,在輪子2旋轉期間轉速計5的轉子和定子的相互作用使轉速計5生成可變電壓電信號。
如圖2和圖3中所示,對該可變電壓信號進行處理以產生速度值。圖2是已知轉速計系統11的示意圖。
轉速計5的可變電壓信號是原始交變電流(AC)信號30,該原始交變電流信號的電壓隨著輪子2旋轉而如正弦波變化。原始信號30的頻率和電壓與輪子2的旋轉速度成比例。原始信號30被饋送至施密特觸發器20,施密特觸發器20分別使用上閾值THR_UP和下閾值THR_DOWN,以通過當原始信號30移動至上閾值THR_UP以上時輸出“高”值并且當原始信號30移動至下閾值THR_DOWN以下時輸出“低”值而將原始信號30轉換成步進信號31。而且通過將閾值THR_UP和THR_DOWN設置在足夠高的量值(例如,分別為+1.5V和-1.5V)處來將原始信號30轉換成能夠被更容易地處理的信號,消除了原始信號30中的不需要的噪聲。
步進信號31然后被饋送至處理器21,處理器21使用嵌入式軟件對 該信號執行進一步處理。首先,當步進信號31從其高值轉變至其低值時通過輸出“標記”(即,暫時輸出高值并且在其他情況下輸出低值)來生成“頭”信號32。然后根據頭信號32來生成計數器信號33,其中,該計數器信號33與自頭信號32的最后一次標記開始的時間長度成比例地增大。換言之,計數器信號33是通過頭信號32的標記來重置的定時器,該定時器對頭信號32的標記之間的時間進行計數。然后根據計數器信號33來生成速度信號34,其中,速度信號34的電平是計數器信號33在其最后一次被重置為零之前——即正好在頭信號32的先前的標記之前——的電平。(所以如圖3中所示,當計數器信號33從T1落至零時速度信號34被設置在電平T1處,并且當計數器信號33從T2落至零時速度信號34被設置在電平T2處等)。速度信號34指示所確定的輪子2的速度,并且速度信號34為處理器21的輸出。
雖然用于飛行器的已知轉速計系統被設計成在高速度下——例如在與防滑系統有關的速度下——是準確的,但是它們在低速度下通常是不準確的。這是因為在低速度下,由轉速計5輸出的原始信號30具有低信噪比的低電壓,從而原始信號30變得被電氣噪聲和機械噪聲所主導。
有利的是提供一種在低速度和高速度下均準確的用于起落架的轉速計系統。特別是對于起落架包含電氣驅動系統的情況,這是因為驅動電機的速度與輪子的速度的同步需要在當電氣驅動系統與輪子接合時避免沖擊負載,還對于例如提供飛行器是在移動還是靜止的指示的其他低速應用。特別有利的是使用現有的轉速計來實現此轉速計系統而不用考慮在低速下的低信噪比,所以不需要專用的和/或另外的轉速計。另外,已知轉速計系統例如轉速計系統1通常根本不能在低速下使用,這是因為已知轉速計系統的濾波系統由于低信噪比將不接受在低速下由已知轉速計輸出的低電壓量值的電壓(例如,+/-0.4V以下)。
本發明試圖緩解上述問題。替代地或附加地,本發明試圖提供確定飛行器起落架的輪子的旋轉速度的改進的轉速計系統和改進的方法。
技術實現要素:
根據本發明的第一方面,提供了一種用于飛行器起落架的轉速計系統,包括:
轉速計,該轉速計被布置成響應于飛行器起落架的輪子的旋轉來生成 可變電壓信號;
處理系統,該處理系統被布置成輸出指示飛行器起落架的輪子的旋轉速度的速度信號,該速度信號是使用確定的參數的集合根據來自轉速計的可變電壓信號來確定的;其中,處理系統的確定的參數是根據可變電壓信號的電壓電平來確定的。
由轉速計輸出的可變電壓信號的頻率隨著輪子的旋轉速度增大而增大,并且使用該頻率來確定旋轉速度。然而,當可變電壓信號的電壓電平也隨著旋轉速度增大而增大時,這使得能夠根據電壓電平來確定用于處理可變電壓信號的參數,并且使用該參數在不同旋轉速度處更適當地處理可變電壓信號。以此方式,用于確定高的旋轉速度的現有轉速計還可以用于確定低旋轉速度,而不需要附加的轉速計或其他傳感器。還可以使用確定的參數的集合來提高轉速計系統在高旋轉速度下的準確性。
處理器系統可以為例如硬件處理器、軟件處理器或嵌入式軟件系統或其組合。
優選地,確定的參數是根據可變電壓信號的最大電壓電平和最小電壓電平來確定的。
優選地,處理系統包括頻率濾波器,該頻率濾波器僅使確定的頻率范圍內的信號通過。更優選地,頻率濾波器是帶通濾波器。替選地,頻率濾波器可以為低通濾波器或高通濾波器。有利地,確定的頻率范圍是根據可變電壓信號的電壓電平來確定的。這使得即使針對不同旋轉速度相關頻率不同,頻率濾波器仍能夠去除不需要的噪聲,而不去除用于確定旋轉速度所需的信號的頻率。
有利地,處理系統包括動態繼電器,該動態繼電器被布置成接收可變電壓信號并且當該可變電壓信號在第一確定閾值以上時輸出處于第一電平的步進信號以及當可變電壓信號在第二確定閾值以下時輸出處于第二電平的步進信號。以此方式,甚至在當由轉速計輸出的電壓電平將是低量值時的低旋轉速度下能夠生成步進信號。優選地,第一確定閾值和第二確定閾值是根據可變電壓信號的電壓電平來確定的。優選地,可變電壓信號的電壓電平是最大電壓電平和最小電壓電平。可變電壓信號在被用于生成步進信號之前優選地通過上述頻率濾波器進行濾波。
優選地,處理系統被布置成通過確定步進信號何時在第一電平和第二電平中的一者與第一電平和第二電平中的另一者之間轉變來確定速度信 號。在該情況下,有利地,處理系統被布置成根據可變電壓信號的電壓電平來確定旋轉速度的范圍,并且處理系統還被布置成當由步進信號所指示的旋轉速度落于根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以外時輸出經修改的速度信號。這允許根據可變電壓信號的電壓電平來確定合理的旋轉速度的范圍,并且能夠針對該合理的旋轉速度的范圍來檢查速度信號并且在需要時對速度信號進行修改。這使得當可變電壓信號的給定電壓電平越低,不需要的噪聲可能越顯著時,速度信號能夠在低旋轉速度下更魯棒。步進信號自身可以在生成經修改的速度信號的處理中被修改。優選地,處理系統被布置成當由步進信號所指示的旋轉速度在根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以上時忽略步進信號的轉變。優選地,處理系統還被布置成當由步進信號所指示的旋轉速度在根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以下時認為步進信號的另外的轉變已經發生。這些提供了在當確定了該速度信號在旋轉速度的合理范圍以外時修改該速度信號的便利和適當方式。
優選地,處理系統被布置成基于步進信號的先前的轉變之間所用的時間來確定速度信號的電平。
有利地,處理系統被布置成當步進信號轉變時輸出根據由先前的步進信號的集合所指示的旋轉速度所確定的經修改的速度信號。有利地,先前的步進信號的集合是使用速度信號來確定的。例如,先前的步進信號的集合可以為先前數目,其中,指示旋轉速度越高,數目越大。替選地,先前的步進信號的集合可以為固定數目的最近先前步進信號。優選地,經修改的速度信號是由先前的步進信號的集合所指示的旋轉速度的平均值。例如,該平均值可以為均值或中間值。
有利地,處理系統被布置成當步進信號轉變時如果由步進信號所指示的當前旋轉速度與由之前的步進信號所指示的旋轉速度的差異大于預定閾值,則輸出經修改的速度信號。可以通過連續輸出根據之前的步進信號所獲得的速度信號來修改速度信號。在連續的預定義數目的情形中預定閾值被超過的情況下,可以通過輸出與步進信號電平對應的速度信號的均值來修改速度信號。連續情形的預定義數目可以為七。這可以適于將短期電氣噪聲濾除。替選地和/或另外地,連續情形的預定義數目可以為十五。這可以適于將長期機械噪聲濾除。有利地,連續情形的預定義數目是根據速度信號來確定的。這使得當步進信號轉變更頻繁地發生并且因此對值的等待將不引起過度的延遲時,能夠將更多的值用在更高的速度處以給出更 準確的輸出。
有利地,處理系統被布置成當步進信號轉變時根據與之前的連續的預定義數目的步進信號電平對應的速度信號的中間值來確定速度信號。之前的連續的預定義數目的步進信號電平可以為十二。這可以適于將短期機械噪聲濾除。有利地,預定義數目的步進信號電平是根據速度信號來確定的。這使得當步進信號轉變更頻繁地發生并且因此對值的等待將不引起過度的延遲時,能夠將更多的值用在更高的速度處以給出更準確的輸出。
有利地,處理系統被布置成當步進信號轉變時如果由之前的連續的預定義數目的步進信號電平與所指示的旋轉速度的均值的差異多于預定義閾值,則輸出經修改的速度信號。可以通過繼續輸出根據之前的步進信號所獲得的速度信號來修改速度信號。在連續的預定義數目的情形中預定閾值被超過的情況下,可以通過輸出與步進信號電平對應的速度信號的均值來修改速度信號。連續情形的預定義數目可以為七。這可以適于將長期電氣噪聲濾除。有利地,步進信號電平的預定義數目是根據速度信號來確定的。這使得當步進信號轉變更頻繁地發生并且因此對值的等待將不引起過度的延遲時,能夠將更多的值用在更高的速度處以給出更準確的輸出。
在以上每種情況下,通過僅在步進信號轉變時修改輸出信號,對信號的處理使用取決于可變電壓信號的頻率的樣本幀長度,所以在低旋轉速度處提供更佳的準確性。
根據本發明的第二方面,提供了一種確定飛行器起落架的輪子的旋轉速度的方法,其中,飛行器包括轉速器,該轉速器被布置成響應于飛行器起落架的輪子的旋轉來生成可變電壓信號,該方法包括以下步驟:
根據可變電壓信號的電壓電平來確定參數的集合;
使用所確定的參數的集合根據可變電壓信號來生成指示飛行器起落架的輪子的旋轉速度的速度信號;以及
輸出速度信號。
優選地,所確定的參數是根據可變電壓信號的最大電壓電平和最小電壓電平來確定的。
優選地,生成速度信號的步驟包括以下步驟:對可變電壓信號進行濾波以僅使確定的頻率范圍內的信號通過。在該情況下,優選地,確定的頻率范圍是根據可變電壓信號的電壓電平來確定的。
優選地,生成速度信號的步驟包括以下步驟:根據可變電壓信號來生成步進信號,其中,當可變電壓信號在第一確定閾值以上時步進信號處于第一電平,并且當可變電壓信號在第二確定閾值以下時步進信號處于第二電平。在該情況下,有利地,第一確定閾值和第二確定閾值是根據可變電壓信號的電壓電平來確定的。優選地,速度信號是通過確定步進信號何時在第一電平和第二電平中的一者與第一電平和第二電平中的另一者之間轉變來根據步進信號來確定的。
有利地,生成速度信號的步驟包括以下步驟:
根據可變電壓信號的電壓電平來確定旋轉速度的范圍;以及
當由步進信號所指示的旋轉速度落于根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以外時輸出經修改的速度信號。優選地,該方法還包括以下步驟:當由步進信號所指示的旋轉速度在根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以上時忽略步進信號的轉變。優選地,該方法還包括以下步驟:當由步進信號所指示的旋轉速度在根據可變電壓信號的電壓電平所確定的旋轉速度的范圍以下時認為步進信號的另外的轉變已經發生。
優選地,方法還包括以下步驟:基于步進信號的先前的轉變之間所用的時間來確定速度信號的電平。有利地,該方法還包括以下步驟:當步進信號轉變時,如果由步進信號所指示的當前旋轉速度與由之前的步進信號所指示的旋轉速度的差異多于預定閾值,則修改速度信號。有利地,該方法還包括以下步驟:當步進信號轉變時,根據與之前的預定義數目的步進信號電平對應的速度信號的中間值來確定速度信號。有利地,該方法還包括以下步驟:當步進信號轉變時,如果由之前的預定義數目的步進信號電平所指示的旋轉速度的范圍與所指示的旋轉速度的均值的差異多于預定閾值,則修改速度信號。
根據本發明的第三方面,提供了一種計算機程序產品,該計算機程序產品當在轉速計系統的計算裝置上被執行時提供如上所述的轉速計系統或者執行上述方法中的任一方法的轉速計系統。
根據本發明的第四方面,提供了一種飛行器,該飛行器包括如上所述的轉速計系統或者執行上述方法中的任一方法的轉速計系統。
當然應意識到的是,關于本發明的一個方面所描述的特征可以被并入本發明的其他方面中。
附圖說明
現在將參考所附示意性附圖僅通過示例來描述本發明的實施例,在附圖中:
圖1示出了包括轉速計系統的已知飛行器起落架;
圖2是圖1的轉速計系統的示意圖;
圖3是示出圖1的轉速計系統的各種信號的曲線圖;
圖4是根據本發明的實施例的轉速計系統的示意圖;
圖5是示出圖4的轉速計系統的總體操作的流程圖;
圖6是在圖4的轉速計系統中所包括的處理器的示意圖;以及
圖7是包括圖4的轉速計系統的飛行器。
具體實施方式
現在參考圖4至圖6來描述根據本發明的轉速計系統。轉速計系統用于起落架,例如圖1中所示的已知起落架。該轉速計系統導致在低速度下由轉速計輸出的原始信號中的噪聲。
在圖4中示出了轉速計系統40的示意圖。轉速計系統40包括現有的轉速計5,該轉速計5輸出其原始AC信號30。該信號由動態帶通濾波器41進行濾波以產生經濾波的信號45,然后由動態繼電器42進行濾波以生成步進信號46。步進信號46然后由處理器43進一步處理以提供速度信號47。
在圖5的流程圖中示出了轉速計系統40的總體操作。首先,如上所述,由動態帶通濾波器41和動態繼電器42對轉速計5的原始信號30進行濾波以給出步進信號46(步驟51)。下面更詳細地描述由動態帶通濾波器41和動態繼電器42進行的濾波。
然后跟蹤步進信號46的后沿——即步進信號46從其高值轉變至其低值的轉變——以確定一個周期何時完成(步驟52)。然后啟動計數器以對時間進行計數直至周期下一次完成(即,下一后沿/轉變)(步驟53)。當下一后沿/轉變發生時,讀取計數器信號(步驟54),并且將計數器信號轉換成速度信號47(步驟55)。然后重復該處理直到下一后沿/轉變發生為 止(再次為步驟51)。又如下面更詳細地描述的,在該處理期間,發生對由動態繼電器42生成的步進信號46的處理。
現在更詳細地描述對轉速計5的原始信號30的濾波。首先,原始信號30穿過動態帶通濾波器41以產生經濾波的信號45,在該經濾波的信號45中,在所確定的閾值以上或以下的任何頻率被去除。使用原始信號30的最大電壓和最小電壓——在一個實施例中根據原始信號30的先前五個周期確定——來確定閾值。由于原始信號30的電壓電平和頻率二者均將隨著由轉速計5測量的旋轉速度升高而升高,所以這使得能夠在不負面地影響由原始信號30提供的相關頻率信息的情況下消除不需要的電氣噪聲(或者至少其分量),這是因為由動態帶通濾波器41使用的閾值可以基于最大電壓和最小電壓來改變以確保相關頻率信息總是穿過帶通濾波器41并且因此存在于經濾波的信號45中。
可能例如由來自起落架中的其他電氣系統——如用于制動系統的電氣制動冷卻風扇——的電磁干擾來產生不需要的電氣噪聲。在一個實施例中,還使用速度信號47來確定由動態帶通濾波器41使用的閾值。
然后由動態繼電器47使用經濾波的信號45以產生步進信號46。與動態帶通濾波器41類似,使用原始信號30的最大電壓和最小電壓來確定由動態繼電器42使用的上閾值和下閾值。這特別地使得當來自轉速計5的原始信號30的電壓電平將非常低時動態繼電器42能夠在低速度下有效地操作。
在一個實施例中,上閾值和下閾值被設置為根據原始信號30的電壓電平所確定的從0V開始的電壓量值。在有利的替選實施例中,上閾值和下閾值相對于最大電壓與最小電壓之間的中間點被設置為最大電壓量值和最小電壓量值的百分比,比如75%。所以,例如,如果最小電壓為-0.2V并且最大電壓為0.6V,則中間點為0.2V,其中,最小電壓為該中間點以下0.4V,并且最大電壓為該中間點以上0.4V。0.4V的75%為0.3V,所以最小閾值為-0.1V,并且最大閾值為0.5V。這考慮了原始信號30在從0V開始的電壓電平偏移附近進行振蕩的情況,這是由于已經發現了對于一些制動系統原始信號具有約0.1V的電壓偏移的情況。
在替選實施例中,不使用動態帶通濾波器41,并且由動態繼電器42直接接收原始信號30。在其他的替選實施例中,在原始信號30被傳遞至動態繼電器42之前使用帶通濾波器之外的濾波器對原始信號30進行濾波。
然后與已知轉速計系統類似地處理由動態繼電器輸出的步進信號46,以產生“頭”信號和計數器信號。如上所述,計數器對自步進信號46的先前轉變/后沿開始的時間進行計數。然而,另外,使用原始信號30的最大電壓和最小電壓來確定計數器信號的值是否是合理的。如上所述,可以使用最大電壓和最小電壓的值來確定正由轉速計5測量的速度的合理范圍。原始信號30中的噪聲能夠以兩種主要的方式來負面地影響地步進信號46。首先,噪聲可以使轉變被錯過。在這種情況下,計數器信號將不被重置,導致計數器信號的不合理的高值。替選地,噪聲可以使多余的轉變發生。在該情況下,計數器信號太早被重置,導致計數器信號的不合理的低值。為了避免上述問題,可以根據原始信號30來確定計數器信號的最大合理限制和最小合理限制。如果計數器信號升高至最大合理限制以上,則可以認為轉變已經被錯過,所以計數器被重置。相反地,如果計數器信號落于最小合理限制以下,則可以認為錯誤的轉變已經發生并且因此最近的轉變被忽略。
如圖6中示意性示出的,然后由處理器43進一步處理計數器信號以去除短期機械噪聲和短期電氣噪聲以及長期機械噪聲和長期電氣噪聲。對噪聲的濾除是基于其上使用轉速計系統40的飛行器起落架所特有的噪聲的類型。在替選實施例中,對于不同類型的飛行器起落架,發生的不同特征的噪聲可以導致替選濾波被執行。
首先,使用短期電氣噪聲濾波器60對步進信號46進行濾波以提供輸出信號70。例如通過由附近的電氣設備產生的電磁干擾來產生短期電氣噪聲。
短期電氣噪聲濾波器60如下進行操作。在步進信號的每次轉變時,將步進信號46所提供的新的值與之前的值進行比較。如果值在預定閾值內,則新的值被輸出為輸出信號70。如果超過閾值,則繼續輸出之前的值。如果遇到連續七個超過閾值的值,則七個值的均值被輸出為輸出信號70。(由于每個值均超過閾值,則七個值中的任一個均不被輸出)。以此方式,將影響鄰近周期的短期電氣噪聲從信號中濾除。
然后由短期機械噪聲濾波器61對輸出信號70進行濾波。短期機械噪聲由例如影響轉速計5的部件例如其定子和磁鐵之間的相互作用的對轉速計5的操作的機械影響或者由于鄰近物品例如輪子2的輪蓋(hubcap)等的彎曲或振動所導致的驅動軸6的旋轉來產生。短期機械噪聲濾波器61通過計算輸出信號70的先前十二個值的中間值來進行操作,然后將該 中間值輸出為輸出信號71。
然后由長期電氣噪聲濾波器62對輸出信號71進行濾波。例如通過由鄰近電氣設備引起的電磁干擾來再次產生長期電氣噪聲。長期電氣噪聲濾波器62通過確定之前的七個值的范圍進行操作。如果該范圍在從值的均值開始的預定閾值內,則當前值被輸出為輸出信號72。如果超過該閾值,則繼續輸出先前的值。如果連續七個值均超過閾值,則連續七個值的均值被輸出為輸出信號72。
然后由長期機械噪聲濾波器63對輸出信號72進行濾波。再由對轉速計5的操作的機械影響來產生長期機械噪聲。長期機械噪聲濾波器63通過確定當前值與之前的值的差異是否多于預定閾值來進行操作。如果未超過閾值,則當前值被輸出為輸出信號73。如果連續十五個值均超過閾值,則連續十五個值的中間值被輸出為輸出信號73。
將意識到的是,在其他實施例中,可以包括短期電氣噪聲濾波器和長期電氣噪聲濾波器以及短期機械噪聲濾波器和長期機械噪聲濾波器中的一些或全部,并且所述濾波器可以按照不同的順序被布置。還將意識到的是,雖然在上述濾波器中使用了數量例如七、十二或十五個連續值,但是在替選實施例中,可以使用更多或更少的連續值。在特別有利的替選實施例中,連續值的數目是基于輪子2的旋轉速度,其中,速度越高,使用的值越多。使用更多個值給出了更準確的輸出,但是在低速度下,等待所需數目的值可以引起過度的延遲。在更高的速度下,更頻繁地發生步進信號轉變,因此更快地獲得這些值,允許在不發生過度延遲的情況下使用較多的值。
當計數器信號的值最后一次被重置時通過輸出計數器信號的值,然后以與已知轉速計系統類似的方式,輸出信號73——其是計數器信號的經處理版本——被轉換成速度信號47。
圖7示出了包含上述轉速計系統的飛行器。
雖然已經參考特定實施例描述和圖示了本發明,但是本領域技術人員將意識到的是,本發明適用于在本文中未具體示出的許多不同的變型。
在前述描述中提及了具有已知的、明顯的或可預知的等同物的整體或要素的情況下,這樣的等同物如同單獨被闡述一樣被合并在本文中。應當參考權利要求來確定本發明的真實范圍,本發明的真實范圍應當被解釋成包含任何這樣的等同物。讀者還將意識到的是,被描述為優選的、有利的、 便利的、等等的本發明的整體或特征是可選的并且不限制獨立權利要求的范圍。此外,要理解的是,這樣的可選整體或特征雖然在本發明的一些實施例中可能是有益的,但是這樣的可選整體或特征在其他實施例中可能不是理想的并且因此可能不存在于其他實施例中。