一种数字阀阵列刹车系统及控制方法

本发明涉及刹车领域或者飞行器领域，特别涉及一种数字阀阵列刹车系统及控制方法。

背景技术：

1、飞机刹车系统是实现飞机制动的重要子系统，其主要用于耗散飞机在地面滑跑时的动能，保证飞机制动停止，缩短飞机滑跑距离，防止机轮过度磨损，应对湿滑道路起降，并且能协同其它机载系统实现飞机的转弯和停驻功能，是保障飞机安全起飞、着陆的重要系统，是现代飞机的一个重要组成部分。

2、目前，液压刹车系统凭借其功率质量比大的优点，被广泛应用于各种型号的飞机刹车系统中。同时，电液伺服阀因其良好的压力伺服性能，承担着作为刹车控制阀控制刹车压力的重要任务。而电液伺服阀先导级中微米级的精密孔板在液压油高温碳化的情况下容易被堵塞而导致机轮抱死等重大安全事故的问题阻碍了其在飞机刹车中的进一步发展，因此一种新型的具有优秀的抗污染能力、高可靠性、小泄漏量以及低成本的飞机刹车系统成为了研究的热点。

3、现有的飞机刹车系统包含刹车控制器、刹车控制阀、刹车控制阀驱动器、刹车组件(刹车作动器、刹车盘及机轮)、速度传感器以及压力传感器。刹车控制器负责采集驾驶员刹车指令、机轮速度和刹车压力，刹车控制器中含有刹车控制算法，通过计算得到高效刹车所需要的刹车压力值，并将此压力值作为指令发送至刹车控制阀驱动器，驱动器根据这个指令来驱动刹车控制阀以实现压力控制。刹车组件包括刹车作动器、刹车盘以及机轮。当刹车作动器的压力增加时，推动刹车盘贴盘，增加摩擦力，产生刹车力矩，开始刹车。

4、现有的飞机刹车控制阀广泛采用二级电液伺服阀。这种电液伺服阀的第一级是由力矩马达控制的双喷嘴挡板阀结构，也称为先导级，第二级的形式为滑阀，也称为功率放大级或主阀。双喷嘴挡板先导阀由两个固定节流孔、两个喷嘴和一个挡板组成。两个对称的喷嘴共用一个挡板，喷嘴和挡板之间形成可变节流孔。挡板可以在力矩马达驱动下绕支撑点偏转，当力矩马达没有输入信号时，挡板处于零位，与两侧喷嘴之间的距离都相同，此时两侧喷嘴控制腔内的压力都相等。当挡板转动时，一侧控制腔内的压力升高，另一侧压力降低，主阀芯开始运动。主阀运动时带动反馈杆及挡板运动，当力矩马达作用在挡板上的力与反馈的力平衡时，主阀芯就不再移动，并保持在当前开度。力矩马达线圈的控制电流越大，挡板的变形以及主阀芯的位移越大，输出的流量也就越大。

5、由于二级电液伺服阀内部的节流孔和喷嘴最小能够达到微米级精度，这就会导致飞机刹车系统抗污染能力差。因为在刹车过程中，液压油的温度将会急剧升高，当温度过高时，由于液压油本身的特性，液压油将会碳化，导致微米级精密孔板堵塞。当这些孔板被堵塞时，电液伺服阀无法正常升压或降压，因此作用于刹车作动器上的压力将维持定值，而在此刹车压力的作用下刹车盘将持续进行贴盘动作，导致机轮抱死，引发重大事故，可靠性低。电液伺服阀通过内部结构进行力反馈，实现压力伺服控制，但是这种反馈方式属于机械反馈，无法实现智能感知和智能控制。同时还具有泄漏严重以及价格昂贵等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种数字阀阵列刹车系统及控制方法，包含升压阀组和减压阀组，其中减压阀组内设有一个大流量第三开关阀，可以在刹车压力需要突然降低时实现快速泄压，提高飞机刹车系统的抗污染能力，提高飞机刹车系统的可靠性。

2、本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

3、一种数字阀阵列刹车系统，包括升压阀组、减压阀组和控制系统，

4、所述升压阀组包括若干第一开关阀，若干第一开关阀分别并联在高压端与刹车控制端之间；所述减压阀组包括若干第二开关阀和第三开关阀；若干第二开关阀和第三开关阀分别并联在低压端与刹车控制端之间；所述第二开关阀的流通面积小于第三开关阀的流通面积；

5、所述控制系统根据车轮的滑移率选择性的控制至少一个第一开关阀工作用于使刹车控制端增压，或选择性的控制至少一个第二开关阀和/或第三开关阀工作使刹车控制端泄压。

6、进一步，所述第三开关阀的流通面积是第二开关阀的流通面积的至少4倍。

7、进一步，所述控制系统包括刹车控制器、压力传感器和速度传感器；所述压力传感器用于获取刹车作动器的压力；所述速度传感器用于获取车轮的转速和飞机速度；

8、所述刹车控制器根据采集的飞机速度、车轮的转速和刹车作动器的压力，得出实际滑移率，所述刹车控制器根据滑移率闭环刹车控制算法得到当前飞机刹车所需要的刹车压力值。

9、进一步，所述控制系统还包括数字阀阵列控制器，所述刹车控制器将当前飞机刹车所需要的刹车压力值输入数字阀阵列控制器内；所述数字阀阵列控制器根据采集刹车作动器的压力与当前飞机刹车所需要的刹车压力值得到压力误差δp，所述数字阀阵列控制器根据压力误差δp确定刹车作动器所需要增加或减少的油液体积δv；所述数字阀阵列控制器根据增加或减少的油液体积δv选择性的控制至少一个第一开关阀或至少一个第二开关阀工作。

10、进一步，所述数字阀阵列控制器根据压力误差δp确定刹车作动器所需要增加或减少的油液体积δv，具体为：

11、

12、式中：

13、δp为压力误差值；β为油液的弹性模量；v为刹车作动器的容腔体积，δv为刹车作动器所需要增加或减少的油液体积。

14、进一步，所述数字阀阵列控制器根据增加或减少的油液体积δv选择性的控制至少一个第一开关阀或至少一个第二开关阀工作，具体为：

15、

16、式中：v′为一个第一开关阀开启对应的体积阈值或一个第二开关阀开启对应的体积阈值；n为开启第一开关阀或第二开关阀的个数；[]为取整数。

17、进一步，所述刹车控制器将实际滑移率输入数字阀阵列控制器，若实际滑移率超过设定的滑移率且δv<0时，所述数字阀阵列控制器控制至少一个第二开关阀和/或第三开关阀工作。

18、一种数字阀阵列刹车系统的控制方法，包括如下步骤：

19、通过压力传感器获取刹车作动器的压力；通过速度传感器获取车轮的转速和飞机速度；根据驾驶员的刹车指令使所述刹车控制器根据飞机速度、车轮的转速和刹车作动器的压力确定实际滑移率；

20、通过刹车控制器将实际滑移率与设定的滑移率目标值作对比，得到滑移率误差；根据滑移率误差，采用pid控制器输出当前飞机刹车所需要的刹车压力值；

21、通过数字阀阵列控制器将刹车作动器的压力与当前飞机刹车所需要的刹车压力值得到压力误差δp；根据压力误差δp确定刹车作动器所需要增加或减少的油液体积δv；

22、根据增加或减少的油液体积δv选择性的控制至少一个第一开关阀或至少一个第二开关阀工作。

23、进一步，还包括如下步骤：

24、若实际滑移率超过设定的滑移率，且δv<0时，控制至少一个第二开关阀和/或第三开关阀工作。

25、进一步，当实际滑移率超过设定的滑移率，且δv<0，且δv<n′kv′时，控制第三开关阀工作，其中：k为工况系数，k∈[0,1]；n′为第三开关阀的流通面积与第二开关阀的流通面积的比值；

26、当实际滑移率超过设定的滑移率，且δv<0，且δv≥n′kv′时，控制至少一个第二开关阀和第三开关阀工作。

27、本发明的有益效果在于：

28、1.本发明所述的数字阀阵列刹车系统，采用了升压阀组和减压阀组，其中减压阀组内设有一个大流量的第三开关阀，可以在刹车压力需要突然降低时实现快速泄压，提高飞机刹车系统的抗污染能力，提高飞机刹车系统的可靠性，可以解决电液伺服阀刹车系统抗污染能力低，液压油高温碳化时易堵塞导致机轮抱死的问题。

29、2.本发明所述的数字阀阵列刹车系统，根据车轮的滑移率的大小为判断标准，选择性的控制至少一个第一开关阀工作用于使刹车控制端增压，或选择性的控制至少一个第二开关阀和/或第三开关阀工作使刹车控制端泄压。当刹车过程中飞机打滑时，应当迅速降低刹车压力，此时打开大流量的第三开关阀，就能够使刹车压力在很短时间内降低至目标值，达到防滑刹车的效果。

30、3.本发明所述的数字阀阵列刹车系统，采用开关阀这种二值液压元件构成的液压控制阀，只有开和关两种状态，并且具有以下优点：电磁铁推力体积比大，价格便宜；驱动电路简单，价格低；鲁棒性高，对油液的要求低；不需要位置传感器进行反馈；采用球阀或锥阀的形式，泄漏量极小；能够耐高温工作，稳定性好。本发明所述的开关阀的阀口口径为毫米级，对油液要求低，对油液清洁度不敏感，因此在刹车过程中不会受到液压油碳化带来的负面影响，提高系统抗污染能力；同时，开关阀采用冗余设计，当部分阀故障时能够通过控制软件的重构来维持压力控制能力，提升可靠性。能够提升系统的抗污染能力，防止堵塞，提升可靠性。