一种低成本小型固定翼无人机刹车防滑控制方法与流程

本发明涉及无人机控制技术领域，具体是指一种低成本小型固定翼无人机刹车防滑控制方法。

背景技术：

固定翼小型无人机在着陆滑跑过程中，机轮会受到飞机内部及外部不稳定因素的影响而出现打滑现象，此现象会降低刹车效率、影响无人机安全，需要一种固定翼小型无人机刹车防滑控制方法。目前大型民机和有人军机通常通过防滑刹车系统实现刹车防滑功能，这种防滑刹车系统不仅成本高，系统构型复杂，重量较大，无法适用于低成本和低重量的小型固定翼无人机。受限于成本和重量要求，现有的小型固定翼无人机的刹车防滑机制完全由操控人员判断，对操作人员要求很高，不能满足传统的防滑功能需求，甚至会影响无人机的刹车效率和安全。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种较为简单，成本较低，提高防滑刹车功能，且适用于小型固定翼无人机的刹车防滑控制方法。

本发明通过下述技术方案实现：一种低成本小型固定翼无人机刹车防滑控制方法，包括以下步骤：

（1）设定刹车防滑机制启动时需满足的条件；

（2）满足步骤（1）所述条件时，启动刹车防滑监控；

（3）通过刹车防滑监控，监控无人机在地面运行的速度和无人机机轮的轮速，并判断无人机的机轮是否打滑；

（4）确认无人机打滑时，使用设定好的分段刹车策略和防滑控制策略，对无人机进行刹车防滑控制；

（5）当无人机不再打滑时，刹车压力控制按正常策略执行，关闭刹车防滑机制。

本技术方案的工作原理为，使用分段刹车策略和刹车防滑控制策略结合的方式实现刹车防滑功能。分段刹车策略限定无人机不同速度下刹车量，速度越高允许使用刹车量越低，以解决高速下刹车力矩过大而出现的机轮打滑问题。刹车防滑控制策略通过解算固定翼无人机机轮滑移速度判断机轮打滑状态，根据机轮打滑状态和当前无人机状态控制机轮刹车量实现防滑功能，并增加刹车防滑功能退出机制，既能刹车防滑又能兼顾刹车效率。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（1）中的启动刹车防滑机制需要满足的条件为：

（1.1）无人机所处状态为转着陆滑跑3s后或无人机中止起飞时；

（1.2）无人机的在地面的速度在40km/h至200km/h之间；

（1.3）无人机的机轮速度传感器无故障且电控刹车阀无故障；

（1.4）地面控制站允许启动刹车防滑机制。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（3）中，判断无人机的机轮是否打滑的过程为：

（3.1）监控无人机的地面运行速度和无人机机轮的轮速；

（3.2）使用无人机的地面运行速度减去无人机机轮的轮速，测算出无人机机轮的滑移速度；

（3.3）每10~20微秒测算一次无人机机轮的滑移速度，连续三次无人机机轮的滑移速度大于30km/h时，则判断无人机的机轮发生打滑。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（4）中的分段刹车策略为：

（a）当无人机的地面运行速度不小于200km/h时，刹车量为预置压力；

（b）当无人机的地面运行速度在150km/h至200km/h之间时，刹车量为7%；

（c）当无人机的地面运行速度在120km/h至150km/h之间，刹车量为12%

（d）当无人机的地面运行速度在80km/h至120km/h之间，刹车量为25%；

（e）当无人机的地面运行速度不大于80km/h时，刹车量为35%。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（a）中的预置压力的刹车量为3~5%。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（4）中的防滑控制策略包括：

（a）无人机的机轮单侧打滑状态持续0.6s，则单侧退出防滑功能，0.5s后继续判断是否打滑；

（b）无人机的机轮两侧交替防滑处置持续2s，则退出刹车防滑机制，若之后左右两侧均满足退出打滑判据，则重新启用刹车防滑机制。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤（4）中还包括刹车防滑退出机制，即单侧持续2s还未满足脱离打滑判据，则永久设为未打滑状态。

为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述小型固定翼无人机的重量为500~600kg。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明通过使用分段刹车策略和刹车防滑控制策略结合的方式实现刹车防滑功能，可使未加装防滑刹车系统的低成本固定翼无人机实现刹车防滑功能，根据实际检测，提升了小型固定翼无人机20~40%的刹车效率，延长了小型固定翼无人机刹车和机轮的使用寿命，极大提高了小型固定翼无人机操控过程中的安全性；

（2）本发明提供了详细的检测数据和实验数据，可以应用于质量较小的小型固定翼无人机的刹车防滑体系中，其没有复杂的系统设备，成本较低，为小型固定翼无人机控制提供了特定的刹车防护策略，适宜广泛推广应用。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：

图1为本发明中刹车防滑控制机原理框图；

图2为本发明所述方法的工作流程图；

图3位本发明中分段刹车策略折线图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

本实施例的提供了一种低成本小型固定翼无人机刹车防滑控制方法，该控制方法针对的小型固定翼无人机的质量为500~600kg。本方法使用分段刹车策略和刹车防滑控制策略结合的方式实现刹车防滑功能，具体原理如图1所示。分段刹车策略限定无人机不同速度下刹车量，速度越高允许使用刹车量越低，以解决高速下刹车力矩过大而出现的机轮打滑问题。刹车防滑控制策略通过解算固定翼无人机机轮滑移速度判断机轮打滑状态，根据机轮打滑状态和当前无人机状态控制机轮刹车量实现防滑功能，并增加刹车防滑功能退出机制，既能刹车防滑又能兼顾刹车效率。

本方法实现过程如下：

以下条件满足时，刹车防滑功能有效：

（a）飞行阶段：转着陆滑

跑3s后或中止起飞；

（b）40km/h<飞机地速<200km/h；

（c）机轮速度传感器无故障且电控刹车阀无故障；

（d）地面控制站允许使用防滑功能。

满足上述条件时，启用刹车防滑监控，流程如图1所示，具体如下：

（1）解算机轮滑移速度；

机轮滑移速度=无人机地速-机轮轮速

（2）判定机轮是否打滑；

判据：连续3拍机轮滑移速度＞30km/h；每拍为10~20微秒。

（3）机轮打滑后，将左右刹车压力均设为预置压力，同时将机轮防滑保护状态置为“使用中”，启用分段刹车策略，如图3所示；

（4）轮打滑后，判定机轮是否脱离打滑状态；

判据：连续3拍机轮滑移速度<30km/h；每拍为10~20微秒。

（5）机轮脱离打滑状态后，刹车压力控制按正常策略执行，同时将机轮防滑保护状态置为“未使用”；

（6）单侧打滑状态持续0.6s，则单侧退出防滑功能，0.5s后继续判断是否打滑；

（7）两侧交替防滑处置持续2s，则退出防滑功能，若之后左右两侧均满足退出打滑判据，则重新启用防滑功能；

（8）单侧持续2s还未满足脱离打滑判据，则永久设为未打滑状态（注：该策略是为防止机轮打滑后，可能因轮速传感器故障，轮速采集始终<=5km/h，导致无法从打滑状态恢复）。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。