专利名称：用于自适配制动和起始滑动检测的系统和方法
技术领域：
本发明涉及用于交通工具的减速控制系统，特别涉及用于在着陆过程中防止严重起始滑动，用于飞机上一个或多个轮子制动器的一种自适配制动和起始滑动检测系统，从而在一控制方式下实现快速制动。
在商用和大型涡轮飞机上通常设置有防滑和自动制动系统，以辅助着陆过程中的飞机减速。现代防滑系统通常是根据适合跑道条件，和使制动产生最大减速的其它因素，以及相应的飞行员所选的制动压力级来优化制动效率。在传统的防滑系统中，通常由飞行员通过一计量阀来施加机械制动，且一旦轮子制动器压力接近该滑动级，诸如当检测到起始滑动时，一制动压力阀用来初始化该防滑控制系统。然而，已知该方法的成功受诸如飞机驾驶方式、飞机重量、轮胎/跑道相互作用面等等因素的影响，因此希望能有一种自适配制动系统，其能调节制动压力或力矩作用，以便计算出这些因素。
而且，由于飞机飞行员的快速踏板作用常常会在一有效防滑制动压力或制动力矩确定，以及通过传统的防滑和制动控制系统来有效地控制滑动之前引起严重的起始滑动，消除或减少起始滑动将导致飞机制动距离缩短，使飞机在更短的跑道上着陆，且能使轮胎磨损减少。因此希望提供一种起始滑动检测系统，自动预测起始滑动条件并进行调节以便防止严重的起始滑动，以允许飞行员在任何速率下踏下制动踏板，同时仍可在某一控制方式下提供快速制动。本发明提供一种满足这些要求的自适配制动和起始滑动检测系统。
简单概括地说，本发明通过一滑动预测系统，提供一种允许快速制动的自适配制动和起始滑动检测系统，同时防止严重起始滑动。只要轮子接近一滑动级，该滑动预测系统就被初始化，从而减小制动压力或力矩，并在一控制方式下施加制动。
因此本发明提供一种“智能的”制动和起始滑动检测系统，用来在着陆过程制动飞机轮子。该系统可以用于具有轮子制动器的一个或多个轮子上，给轮子施加制动力矩。一制动压力传感器产生制动压力信号，该制动压力信号是一施加给所述轮子制动器制动压力的函数，且该制动压力信号与一预定临界制动压力相比较。一轮子转速测量仪产生轮子转速信号，该轮子转速信号是轮子转速的函数，且一轮子速度信号是根据该轮子转速信号产生的。该轮子速度信号与一参考速度信号进行比较，来产生轮子速度误差信号，该轮子速度误差信号所指的是飞机轮子速度信号与参考速度信号之差。也可设置一压力偏置调节积分器，该压力偏置调节积分器响应制动压力信号，为调节轮子速度误差信号产生一防滑控制信号，且在一当前优选实施方式中，该压力偏置调节积分器以预定临界制动压力加上一预定常量压力值来初始化。一指令处理器产生一指令制动压力信号，该指令制动压力信号是根据一减速指令而产生的，且设置制动压力比较装置用来比较制动压力信号和指令制动压力信号，来产生制动压力误差信号，该制动压力误差信号所指的是制动压力信号与指令制动压力信号之差。控制装置将一经调节的制动压力信号提供给轮子制动器，用来控制轮子制动器，其响应于所述制动压力误差信号，而不取决于操纵者的制动作用。在另一当前的优选实施方式中，当轮子速度误差信号表明滑动开始时，则所述压力偏置调节积分器初始化至一测得的制动压力值。
在一当前优选实施方式中，也可设置各装置，通过一正比压力增益、一积分压力增益、和一差额压力增益来调节制动压力误差信号。在另一当前的优选实施方式中，也可设置用来提供一正比控制信号的瞬变控制装置和补偿电路装置，两者都响应所述的速度误差信号，而该瞬变控制装置和补偿电路装置的输出与所述压力偏置调节积分器输出相加。
综上所述，可以看出本发明提供一种系统和方法，其用来在制动踏板快速作用后，但在滑动开始发生之前，初始化制动控制。本发明的这些和其它方面及优点从下面的详细描述和附图中可更清楚地知晓，并以实施例来说明本发明的特征。
图1是根据本发明原理，用于飞机的“智能的”制动及起始滑动检测系统的示意图；图2表示本发明的“智能的”制动及起始滑动检测系统中的制动压力、轮子速度和制动力矩与时间关系的两示意图；图3表示本发明用于“智能的”制动及起始滑动检测系统中的制动压力与制动滑移曲线之间的示意图。
传统的防滑系统的效率是受飞机操纵模式、飞机重量、轮胎/跑道相互作用面、及其类似因素的影响。飞机制动踏板的快速作用，特别是紧急作用，也能在防滑控制开始前产生严重的起始滑动，结果加长了飞机制动距离且增加了轮胎的磨损。
本发明提供一种系统和方法，其用于检测开始滑动的条件，且初始化制动控制，以便受控减速之前防止产生严重滑动。参见图1，本发明概括为用于飞机制动系统中的一种自适配、或“智能的”制动和起始滑动检测系统10，如安装在飞机上最好包括一轮子转速测量仪12，其用于飞机轮子15中的每一轮式制动器14上，用于测量轮子转速且产生轮子转速信号，该轮子转速信号是制动轮转速的函数。通过一速度转换器16，该轮子转速信号通常转换成表示飞机速度的信号，且与速度比较器18中的理想参考速度进行比较，来产生轮子速度误差信号，该轮子速度误差信号表示来自每一被制动轮子的轮子速度信号与参考速度信号之差。该速度比较器的输出叫做滑移速度(VS)或速度误差。通过一压力偏置调节控制装置(PBM)积分器20、瞬变控制装置22和补偿电路装置24，以及在集合连接器26中将诸装置的输出叠加成一防滑控制信号28提供给指令处理器30(通常是微处理器)，来调节该速度误差信号。在制动过程中，在防滑循环周期内该PBM积分器指示最大允许控制压力级。该PBM积分器在响应方面一般比其它所需检测并控制起始滑动的控制参数要慢。当未检测到滑动时，该积分器允许整个系统压力施加于诸制动器。
由飞行员操纵的飞机制动踏板22位置一般由微控制器33读入，该微控制器33产生制动踏板指令信号34由此压力作用曲线外廓被确定。所述指令处理器30接受该制动踏板指令信号以及经过反馈线路36的防滑控制信号28，并且最好也接受指示轮子是否锁定的锁定轮子保护信号38，和一防止轮子在高速时触地打滑的触地/打滑保护信号40。在当前优选实施方式中，该指令处理器能在最低锁定轮子保护信号、触地/打滑保护信号、踏板信号、及其防滑信号的最低输入情况下运行。该指令处理器的指令制动压力信号输出42通过比较器48与来自制动压力传感器46的制动压力反馈信号44进行比较，产生输出压力误差信号50。
在当前优选实施方式中，通过正比增益电路52的正比增益、一积分增益电路54的积分增益以及共同构成PID控制网路差额增益电路55的差额增益、以及在集合连接器56处将上述增益的输出叠加(求和)，来提供一经调节的制动压力信号57来调节该制动压力误差信号。此经调节的制动压力信号57一般还可通过阀放大器58来放大，产生一作用在制动控制阀60上的放大的制动控制信号，该制动控制阀60控制从系统压力源62流向轮子制动器的加压制动流体的施加。
在已有的优选实施方式中，尽管这些功能不同的或类似功能也可以通过适当硬件用另外方法来完成。但在本发明中方框63内的部件功能是通过一个或多个微处理器根据相应的软件控制来完成的，本领域的技术人员应该理解，所述部件参数和结构将因飞机的不同而变化，因而如何使用系统存在着很大的区别。
“智能的”制动参见图2，在制动压力被检测达到一预定值64之前，允许制动作用不受任何速率限制，该预定值64一般接近制动接触压力66，在制动接触压力66点处制动力矩开始上升，然后该PBM积分器初始化成该预定制动压力值加上预定压力增益常量，在点68处，其表示图2和3中的制动压力-滑移的关系曲线70的峰值。该PBM积分器的输出以点划线72示出，而指令制动压力输出以线74示出。轮子速度以线76示出，而制动力矩以线78示出，如图2所示，该PBM积分器初始化成使PBM积分器从点69开始画出制动压力外廓，从而防止任何大幅度的跳动。
“智能的”滑动检测当轮子接近滑动级时，诸如当检测到VS比预定轮子速度极限大时，则以VS比预定轮子速度极限大的时刻的制动压力反馈值来初始化该PBM积分器。该方法保证该PBM积分器正确初始化。在某一起始滑动的时刻的所述制动压力是需要由PBM积分器即时控制的制动压力，而不需要多个起始滑动的时刻。因此，相对于减速运动控制功能而言，该PBM积分器的快速响应可以得到保证。
应该理解本发明不局限于速度误差型系统、本发明也可以运用其它制动控制的滑动检测概念，诸如速率控制/检测，及监视制动和压力或力矩的任何系统上。
综上所述，本领域的技术人员应该认识，本发明提供了一种新的和不同于现有的方法和装置，在滑动初始化前指示制动控制，及在制动控制开始后防止制动控制过量和不稳定性。
从上可了解到本发明的特定结构已经被清楚地描述和说明，然而，在不脱离本发明的实质和范围的情况下，可能有很多变化。因而，本发明不局限于此，只要包括在所附的权利要求范围内即可。
权利要求
1.一种用于交通工具中轮子制动器的自适配制动和起始滑动检测系统，其包括一将制动压力施加于轮子的轮子制动器；一制动压力传感器，其用于产生制动压力信号，所述的制动压力信号是施加于轮子制动器上制动压力的函数；用于将所述制动压力信号与预定的临界制动压力相比较的装置；轮子转速信号产生装置，用于产生轮子转速信号，所述轮子转速信号是轮子转速的函数；一轮子速度转换器，用于根据所述的轮子转速信号产生轮子速度信号；用于产生参考速度信号的诸参考速度产生装置；轮子速度比较装置，用于比较轮子速度信号与所述的参考速度信号，用以产生轮子速度误差信号，该轮子速度误差信号表示所述飞机轮子速度信号与所述的参考速度信号之差；一压力偏置调节积分器响应制动压力信号，为调节所述的轮子速度误差信号产生一防滑控制信号；用预定临界制动压力与预定常量压力值之和来初始化压力偏置调节积分器的装置；指令制动压力信号产生装置，用来响应一减速指令，产生一指令制动压力信号；制动压力比较装置，用来比较所述的制动压力信号和所述的指令制动压力信号，用以产生制动压力差信号，该制动压力差信号表示所述制动压力信号和所述指令制动压力信号之差；及控制装置，根据所述制动压力差信号，将一经调节的制动压力信号提供给所述的轮子制动器，以便独立于操纵者制动操作而控制所述轮子制动器。
2.如权利要求1所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括当轮子速度误差值表明滑动开始时，将压力偏置调节积分器初始化成已测得的制动压力值的装置。
3.如权利要求1所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括通过一正比压力增益、一积分压力增益、和一差额压力增益来调节制动压力误差信号的装置。
4.如权利要求1所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括瞬变控制装置和补偿电路装置，其输出与压力偏置调节积分器输出相加。
5.一种用于在着陆过程中的飞机轮子制动器的自适配制动和起始滑动检测系统，其包括一将制动压力施加于轮子的轮子制动器；一制动压力传感器，用于产生制动压力信号，所述制动压力信号是施加于轮子制动器上制动压力的函数；用于将所述制动压力信号与预定的临界制动压力相比较的诸装置；轮子转速信号产生装置，其用于产生轮子转速信号，所述的轮子转速信号是轮子转速的函数；一轮子速度转换器，用于根据所述的轮子转速信号产生轮子速度信号；用于产生参考速度信号的参考速度产生装置；速度比较装置，其用于比较轮子速度信号与所述的参考速度信号，用以产生轮子速度误差信号，该轮子速度误差信号表示所述飞机轮子速度信号与所述的参考速度信号之差；一压力偏置调节积分器，响应制动压力信号，为调节所述的轮子速度误差信号产生一防滑控制信号；当轮子速度误差信号大于所述参考速度信号时，用测定的制动压力值初始化压力偏置调节积分器的装置；指令制动压力信号产生装置，用来响应一减速指令，产生一指令制动压力信号；制动压力比较装置，其用来比较所述的制动压力信号和所述的指令制动压力信号，来产生制动压力差信号，该制动压力差信号表示所述的制动压力信号和所述的指令制动压力信号之差；及控制装置，其响应所述的制动压力误差信号，将一经调节的制动压力信号提供给所述的轮子制动器，来控制所述的轮子制动器而不需要操纵者的制动操作。
6.如权利要求5所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括将压力偏置调节积分器初始化成预定临界制动压力加上一预定常量压力值。
7.如权利要求5所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括通过一正比压力增益、一积分压力增益、和一差额压力增益来调节所述制动压力误差信号的装置。
8.如权利要求5所述的自适配制动和起始滑动检测系统，其特征在于还包括诸瞬变控制装置和诸补偿电路装置，其输出与压力偏置调节积分器输出相加。
9.一种用于在飞机着陆过程中对飞机一轮子制动器进行起始滑动检测和施加制动压力的方法，该飞机具有将制动压力施加在所述轮子的轮子制动器，该方法包括下列步骤检测制动压力及产生制动压力信号，该制动压力信号是作用在轮子制动器上的制动压力的函数；将所述制动压力信号与预定临界制动压力进行比较；产生成为轮子转速函数的轮子转速信号；根据所述的轮子转速信号产生一轮子速度信号；产生一参考速度信号；将轮子速度信号与所述的参考速度信号比较，并产生轮子误差信号，该轮子误差信号表示轮子速度信号与所述的参考速度信号之差；提供一压力偏置调节积分器，响应制动压力来调节所述的轮子速度误差信号，提供一防滑控制信号；响应减速指令产生一指令制动压力信号；将所述的制动压力信号与所述的指令制动压力信号比较，且产生制动压力误差信号，该制动压力误差信号表示所述的制动压力信号与所述的指令制动压力信号之差；及根据所述的制动压力误差信号，给轮子制动器提供一调节过的制动压力信号，而独立于操纵者制动操作来控制所述轮子制动器。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于还包括；将压力偏置调节积分器初始化成预定临界制动压力和一预定常量压力值之和的步骤。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于还包括当轮子速度误差信号值表示滑动开始时，将压力偏置调节积分器初始化成制动压力值的步骤。
全文摘要
一种自适配制动和起始滑动检测系统,其允许快速制动且可防止严重的起始滑动。将制动压力与预定临界制动压力进行比较,可产生轮子误差信号,用来指示轮子速度与参考速度之差。一压力偏置调节积分器响应制动压力信号,来调节轮子误差信号并提供一防滑控制信号。
文档编号B60T13/74GK1198389SQ9810828
公开日1998年11月11日 申请日期1998年5月2日 优先权日1997年5月2日
发明者比詹·萨拉马特, 罗伯特·D·库克 申请人:海德尔罗－艾尔公司