一种适用于起落架特征频率的防滑刹车控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及飞机刹车系统控制领域，具体时一种适用于起落架特征频率的防滑刹 车控制方法。
【背景技术】
[0002] 常规的飞机防滑刹车系统主要由刹车指令传感器、刹车控制器（综合完成刹车控 制和防滑控制功能）、液压伺服阀、刹车装置、机轮、机轮速度传感器等组成，控制原理见图 1〇
[0003] 刹车指令传感器安装在座舱内，一般由飞行员脚踩刹车踏板进行控制，把刹车指 令送给刹车控制器，刹车控制器将信号调理放大后，控制液压伺服阀调节送到刹车装置的 压力，以制动机轮；为了防止刹车压力太大，致使机轮打滑乃至抱死，刹车控制器会接收来 自机轮速度传感器送来的速度信号，并根据机轮速度的变化情况来判断机轮有打滑和抱死 的趋势，这时刹车系统就需要松刹车，由刹车控制器输出相应幅值的防滑指令，刹车控制器 内的防滑指令产生的内部原理结构框图如图2所示，机轮出现打滑后产生的防滑指令要求 降低刹车压力使机轮恢复转动，在实际刹车控制器的设计中，通常都是将刹车控制指令和 防滑控制指令作减法运算来产生综合指令，由综合指令来驱动液压伺服阀，调节作用在刹 车机轮上的刹车压力。防滑过程结束，机轮速度恢复后，防滑指令会有一个缓慢下降的输 出，与飞行员控制的刹车指令一起发挥作用，控制刹车压力再慢慢上升，通过综合控制指 令向机轮施加要求的刹车压力，直到下一次的打滑产生，因此飞机的刹车过程就是一个刹 车-防滑-再刹-再防滑的往复循环过程。在防滑过程中，刹车控制器通过机轮速度级对输 入信号进行一些基本的处理，通过基准速度级设定一个变动的用以判定机轮是否打滑的参 考速度门限，刹车控制器在比较级把机轮速度与设定的基准速度作比较，得到一个误差信 号，PBM级（PressureBiasModulation，即偏压调制级）根据机轮的打滑时间长短与打滑 深度（机轮速度下降程度），不断调节和修正刹车压力的平均水平，具有一定的随时辨识轮 胎与跑道接合状态的自适应能力，因此PBM级的输出是防滑控制指令的稳态分量；误差信 号送给瞬时级应会输出一个与机轮当前的打滑深度有关控制分量，类似于通常所说的PID 控制的比例环节；误差信号送给微分级就会输出一个与打滑深度的变化率相关的控制分 量，其作用相当于PID控制的微分环节；瞬时级、PBM级、微分级的输出按不同的权重在防滑 级叠加后产生防滑指令，防滑指令与刹车指令在综合级进行减法运算，产生最终的综合指 令，用来控制作用在机轮上的刹车压力。
[0004] 机轮速度传感器产生的机轮速度信号一般都是与机轮的转速呈正比的频率信号， 在刹车控制器中的机轮速度级进行整形放大处理，然后通过脉冲计数法或者频压转换电路 得到代表机轮速度的数字信号或者模拟的电压信号，在刹车控制器中进行防滑控制运算。 在飞机的防滑刹车过程中，受起落架刚度所限，往往存在起落架与刹车系统的谐振现象，致 使防滑系统工作效率低下，伴随着起落架的抖动和啸叫。为了避免起落架抖动对防滑控制 系统的影响，一般采用的是调整防滑系统的灵敏度的方法，即对机轮速度以后的各级控制 参数进行调整，而这种方法具有明显的局限性。防滑控制参数调节，只能采取提高或者降低 防滑系统的灵敏度的方法，这样做通常会出现不可折中的两种极端情况：灵敏度调高会在 机轮还没有打滑时提前放压，因此会使飞机的刹车距离明显太长；灵敏度调底会在机轮已 经打滑时还不能泄放压力，严重时甚至可能将轮胎刹爆，给飞机的着陆滑行带来安全隐患。 这种起落架与刹车系统的谐振会对防滑系统的工作效率产生极端的恶劣影响。采用常规的 方法无论从哪个方向均不能从根本上解决现实存在的防滑系统工作频率与起落架发生谐 振的问题。
[0005] 起落架的抖动问题的根本原因是起落架刚度不足。在飞机防滑刹车过程中，当机 轮满足打滑条件时，由于防滑系统的工作，刹车系统会降低刹车压力，而刹车压力的突变会 引发刹车力矩的改变；因为起落架刚度不足，刹车力矩的改变会让起落架支柱产生前后走 步式的抖动。简单地讲就是：刹车产生的阻力让起落架支柱往后变形，防滑系统工作后，系 统放压，刹车阻力降低，起落架支柱又往前回弹，如此产生抖动。
[0006] 起落架的这种前后走步式的抖动还会进一步加大防滑控制的灵敏度，加剧刹车控 制器不合时宜地输出不必要的防滑信号的固有缺陷所带来的恶劣影响。因为起落架的前后 走步式的抖动，能够让速度传感器叠加产生一个假的速度突变信号，让刹车控制器产生虚 假的防滑松刹车信号和打滑解除信号，使由起落架的结构刚度所决定的固有频率与防滑控 制系统的工作频率发生谐振。这种谐振轻者会造成起落架的结构的振动、磨损和噪声，以及 刹车系统的液压振动、损伤和轮胎磨损，飞机刹不住车，严重情况下会造成起落架和机轮 结构的破坏、管路破裂、刹爆轮胎甚至引发飞机的不安全事故。
[0007] 起落架的特征频率是由其结构所决定的，改变起来比较困难，因此刹车系统必须 做出调整，以适应这个频率，确保在这个很不利的工作环境下能够正常工作。起落架在飞机 航向的特征频率能够通过常规的仿真计算和测试验证方法来得到，往往能够得到多个特征 频率点，但能对防滑刹车系统产生实质影响的基本落在3HZ到30HZ之间，这个频率区间也 是防滑系统的工作频率。若起落架在飞机航向的特征频率低于3HZ时，对防滑系统的影响 比较柔和，刹车系统还能够正常工作；若起落架在飞机航向的特征频率高于30HZ时，防滑 系统对这个高频振动响应不过来，对刹车系统的影响很有限，刹车系统仍然能够正常工作， 而且起落架系统在这个相对高频阶段的阻尼也比较大，不会造成多大的损害。而本发明为 了解决防滑系统与起落架由于频率相近而产生的相互影响问题，提出要针对起落架的特性 频率，在刹车控制器中对机轮速度级输出的机轮速度直流信号通过滤波调理级进行滤波处 理，并给出了一个滤波调理级电路的原理图及所选用元器件参数确定方法，通过滤波调理 级后再连接到后续的防滑控制电路进行刹车控制器的防滑运算，对采用现有技术的刹车控 制器进行改进，改进后的刹车控制器内部工作原理如图3所示。这种简单且在工程上易于 实现的解决办法，通过在某型机上的装机验证，表明它对起落架的频率的包容性强，适应范 围较宽，是一种能够解决问题的行之有效的方法，具有很强的推广价值。
[0008] 经检索，在2012年4月《航空精密制造技术》第48卷第2期有一篇中南大学吴华 伟等人发表的《飞机刹车制动引起的谐振解决措施》，与本发明相关，也提到了轮速采集及 滤波系统，专门还提到了要采取陷波器、迟滞电路等，给出了数字滤波逻辑图，但都是一些 理论上的叙述；而本发明明确提出要针对起落架特征频率设计同样频率的带阻滤波器，为 了工程上的便利，给出了一种RC有源带阻滤波器，并提供了这种带阻滤波器的设计参数计 算方法和电路图，有明确的针对性和可操作性，结构简单，易于实现；在2003年4月《航空 精密制造技术》第39卷第2期还有一篇华兴航空机轮刹车系统有限公司张谦发表的《起落 架与防滑刹车系统的相互作用研究》对起落架与刹车系统的影响进行了仿真分析，但是并 没有提出明确的处理方法；1996年《航空学报》第18卷第2期也有航空609所库玉鳌发表 的《刹车与起落架抖动的相互影响》，同样是有分析，但没有明确的可操作设计的处理方法。
【发明内容】
[0009] 为克服现有技术中存在的当起落架设计刚度较低时，刹车频率与起落架频率易发 生谐振，从而引发起落架系统的抖动、啸叫和防滑刹车效率低的不足，本发明提出了一种适 用于起落架特征频率的防滑刹车控制方法。
[0010] 本发明的具体过程是：
[0011] 步骤1，确定滤波器的中心频率
[0012] 通过测试得到飞机起落架在航向上的特征频率。所述的特征频率范围为5HZ~ 25HZ。
[0013] 步骤2，滤波调理级电路的连接
[0014] 所述滤波调理级由带阻滤波器和比例放大电路组成；所述比例放大电路包括运算 放大器、电阻心和r5。
[0015] 所述运算放大器输入引角的负端引出两路，一路通过电阻&接到输入信号的负 端，另一路通过电阻1? 5接到所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的输出端即带阻滤 波器输出信号的正端，输出信号的负端与输入信号的负端相连接。
[0016] 滤波调理级电路的输出分为两路，其中一路输入基准速度级，另一路输入至比较 级，进行防滑运算。
[0017] 所述带阻滤波器以速度级的输出信号作为输入。该输入信号的正极端通过电容Ci 和(：2后进入运算放大器输入引角的正极端，该输入信号的正极端同时通过电阻1^和1? 2进 入所述运算放大器输入引角的正极端。