一种飞机刹车临界打滑状态识别方法及装置与流程

1.本发明属于飞机刹车控制技术领域，尤其涉及一种飞机刹车临界打滑状态识别方法及装置。


背景技术：

2.飞机在起飞、着陆过程中，刹车效率的高低决定刹车距离长短，直接影响飞机滑跑安全性。刹车效率一般指的是在飞行员满踩脚蹬指令的情况下，实际利用的刹车压力与源压力的比值。刹车过程是滚动摩擦与滑动摩擦的综合过程，滑动摩擦的滑移率决定刹车过程的打滑状态。当刹车力矩小于地面结合力矩时，说明刹车压力小，未充分利用刹车效能，刹车效率低；当刹车力矩大于地面结合力矩时，说明刹车压力大，为防止机轮抱死，刹车控制系统会防滑降低刹车压力，从而也造成刹车效率低；当刹车力矩等于地面结合力矩时，刹车控制系统处于临界打滑状态，刹车能力得到充分发挥，这种状态刹车效率最高。
3.常规的刹车控制方法，不识别临界打滑状态，在飞行员踩满刹车指令后，采用额定刹车压力进行控制。在额定刹车压力控制下，大多数情况不是刹车力矩小于地面结合力矩就是刹车力矩大于地面结合力矩，从而造成刹车效率低，刹车能力无法得到充分发挥。常规的防滑刹车控制方法存在以下缺点：1.不进行刹车临界打滑状态识别，刹车效率低，安全性低；2.在打滑状态下，飞机有俯仰现象，舒适性差；3.在打滑状态下，轮胎有过度磨损现象，轮胎寿命短。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中防滑刹车控制方法不进行刹车临界打滑状态识别，刹车效率低，安全性低；舒适性差；轮胎寿命短的问题，本发明提出一种飞机刹车临界打滑状态识别方法及装置，所述技术方案如下：
5.第一方面，提供一种飞机刹车临界打滑状态识别方法，包括：
6.步骤一、根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置1；
7.步骤二、在刹车临界打滑状态标志ls置1时，计算自适应刹车的滑移率；
8.步骤三、基于滑移率识别刹车临界打滑状态。
9.可选地，步骤一包括：
10.判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a；
11.判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令ur是否均大于等于飞行员刹车指令满行程um的b％；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，um为飞行员刹车指令满行程电压；
12.若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％um，且右飞行员刹车指令ur≥b％um，确定需要进行自适应刹车。
13.进一步地，在不需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置0。
14.可选地，步骤二包括：
15.在刹车临界打滑状态标志ls置1时，根据飞机速度和机轮速度计算滑移率。
16.可选地，步骤三包括：
17.基于滑移率计算自适应刹车滑移率变化趋势；
18.当自适应刹车滑移率变化趋势趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势确定为刹车临界打滑状态。
19.可选地，自适应刹车滑移率变化趋势每计算周期计算一次，计算周期40ms～100ms。
20.第二方面，提供一种飞机刹车临界打滑状态识别装置，包括：
21.判断模块，用于根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置1；
22.计算模块，用于在刹车临界打滑状态标志ls置1时，计算自适应刹车的滑移率；
23.识别模块，用于基于滑移率识别刹车临界打滑状态。
24.可选地，判断模块，具体用于：
25.判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a；
26.判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令ur是否均大于等于飞行员刹车指令满行程um的b％；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，um为飞行员刹车指令满行程电压；
27.若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％um，且右飞行员刹车指令ur≥b％um，确定需要进行自适应刹车。
28.可选地，计算模块，具体用于：
29.在刹车临界打滑状态标志ls置1时，根据飞机速度和机轮速度计算滑移率。
30.可选地，识别模块，具体用于：
31.基于滑移率计算自适应刹车滑移率变化趋势；
32.当自适应刹车滑移率变化趋势趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势确定为刹车临界打滑状态。
33.相较于常规的防滑刹车控制方法，本发明通过计算自适应刹车滑移率变化趋势η来识别，其具有刹车临界打滑状态识别功能；在临界打滑状态下工作，无防滑，无俯仰现象，所以舒适性高；在临界打滑状态下工作，无防滑，轮胎无过度磨损现象，所以轮胎寿命长。
34.本发明提供的飞机刹车临界打滑状态识别方法通过飞机速度v
p
、左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令ur，判断是否进行自适应刹车，在进行自适应刹车时，进行自适应刹车滑移率λ计算，然后计算出自适应刹车滑移率变化趋势η。并当自适应刹车滑移率变化趋势η趋近0时，确认刹车临界打滑状态η0，从而完成飞机刹车临界打滑状态识别的识别。
35.本发明实现了在刹车临界打滑状态η0下进行飞机刹车控制，达到刹车力矩等于地面结合力矩的目的，使刹车控制系统处于临界打滑状态，刹车能力得到充分发挥，刹车效率显著提高。而常规的防滑刹车控制方法，不能识别刹车临界打滑状态，无法避免打滑，刹车效率低，安全性低，舒适性差，轮胎寿命短。
附图说明
36.图1是本发明实施例提供的一种飞机刹车临界打滑状态识别方法流程图。
具体实施方式
37.下面通过具体的实施方式和附图对本发明作进一步详细说明。
38.本发明提供一种基于防滑刹车系统的控制方法。防滑刹车系统可适用于电传防滑刹车系统。
39.本发明提供的一种飞机刹车临界打滑状态识别方法是基于路况识别的飞机自适应防滑刹车控制方法，该方法将飞行员刹车指令、飞机速度和机轮速度作为输入量，通过计算，实现了飞机刹车临界打滑状态的识别，完成飞机刹车的自适应控制，充分发挥刹车效能，提高了刹车效率。如图1所示，本发明提供的一种飞机刹车临界打滑状态识别方法，包括如下步骤：
40.步骤一、根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置1。
41.步骤一具体包括如下子步骤：
42.1、判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a km/h；
43.2、判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令ur是否均大于等于飞行员刹车指令满行程um的b％。其中，a为防滑失效速度，一般取值20km/h～30km/h；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，一般取值80％～90％，um为飞行员刹车指令满行程电压，一般取值4v～5v。
44.3、若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％um，且右飞行员刹车指令ur≥b％um，确定需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置1，否则，将刹车临界打滑状态标志ls置0。
45.本步骤对是否进行自适应刹车的判断，进行自适应刹车时，说明有迫切的紧急刹车制动需求，需要进行识别刹车临界打滑状态，提高刹车效率，缩短刹车距离；不进行自适应刹车时，说明飞行员没有迫切的紧急刹车制动需求，按飞行员实际刹车指令操纵响应比例输出即可。
46.步骤二、在刹车临界打滑状态标志ls置1时，计算自适应刹车的滑移率。
47.在刹车临界打滑状态标志ls置1时，按公式(1)，根据飞机速度v
p
和机轮速度vw计算出滑移率λ：
[0048][0049]
滑移率能反映出机轮的滑移速度，滑移率越大，刹车减速效果越好，但机轮抱死风险越大；滑移率越小，刹车减速效果越差。本步骤是识别刹车临界打滑状态的中间计算过程。
[0050]
步骤三、基于滑移率识别刹车临界打滑状态。
[0051]
通过公式(2)计算自适应刹车滑移率变化趋势η，当自适应刹车滑移率变化趋势η趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势η确定为刹车临界打滑状态η0。自适应刹车滑移率变化趋势η趋近0是指一定的阈值范围，通常取值0.05～0。
[0052]
η＝df(λ)/dλ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0053]
本步骤对自适应刹车滑移率变化趋势η进行计算，当自适应刹车滑移率变化趋势η趋近0时，得到刹车临界打滑状态η0，说明此时刹车滑移率已达到最优状态，刹车力矩与地
面结合力矩基本相等，从而实现了刹车临界打滑状态的识别。自适应刹车滑移率变化趋势η变为负值，说明刹车力矩大于地面结合力矩，会造成刹车系统防滑泄压，反而降低了刹车效率。给自适应刹车滑移率变化趋势η趋近0设置阈值范围是为了防止系统超调。自适应刹车滑移率变化趋势η每计算周期计算一次，计算周期40ms～100ms。
[0054]
本发明一实施例提供一种飞机刹车临界打滑状态识别方法，包括如下步骤：
[0055]
步骤一、判断是否进行自适应刹车。
[0056]
防滑失效速度a取值25km/h；飞行员刹车指令满行程um取值5v；飞行员刹车指令满行程的百分比b取值85％。
[0057]
当飞机速度v
p
＝202km/h，且左飞行员刹车指令u
l
＝5v，且右飞行员刹车指令ur＝5v，符合进行自适应刹车，刹车临界打滑状态标志ls置1。
[0058]
步骤二、计算自适应刹车的滑移率λ。
[0059]
第1个计算周期，飞机速度v
p
＝202km/h，机轮速度vw＝187.86km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ1＝0.07；
[0060]
第2个计算周期，飞机速度v
p
＝199km/h，机轮速度vw＝179.1km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ2＝0.1；
[0061]
第3个计算周期，飞机速度v
p
＝198km/h，机轮速度vw＝174.24km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ3＝0.12；
[0062]
第4个计算周期，飞机速度v
p
＝197km/h，机轮速度vw＝172.375km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ4＝0.125。
[0063]
步骤三、基于滑移率λ识别刹车临界打滑状态η0。
[0064]
第1个计算周期，λ1＝0.07；第2个计算周期，λ2＝0.1；第3个计算周期，λ3＝0.12；第4个计算周期，λ4＝0.13。通过公式(2)计算出η2＝0.3；η3＝0.17；η4＝0.04。
[0065]
当自适应刹车滑移率变化趋势η4＝0.04时，确认出刹车临界打滑状态η0＝η4，说明此时刹车滑移率已达到最优状态，刹车力矩与地面结合力矩基本相等，从而实现了刹车临界打滑状态的识别。
[0066]
本发明另一实施例提供一种飞机刹车临界打滑状态识别方法，包括如下步骤：
[0067]
步骤一、判断是否进行自适应刹车。
[0068]
防滑失效速度a取值30km/h；飞行员刹车指令满行程um取值5v；飞行员刹车指令满行程的百分比b取值85％。
[0069]
当飞机速度v
p
＝200km/h，且左飞行员刹车指令u
l
＝4.8v，且右飞行员刹车指令ur＝4.8v，符合进行自适应刹车，刹车临界打滑状态标志ls置1。
[0070]
步骤二、计算自适应刹车的滑移率λ。
[0071]
第1个计算周期，飞机速度v
p
＝200km/h，机轮速度vw＝185km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ1＝0.075；
[0072]
第2个计算周期，飞机速度v
p
＝198km/h，机轮速度vw＝183km/h通过公式(1)，计算出滑移率λ2＝0.076。
[0073]
步骤三、基于滑移率λ识别刹车临界打滑状态η0。
[0074]
第1个计算周期，λ1＝0.075；第2个计算周期，λ2＝0.076，通过公式(2)计算出η2＝0.013。
[0075]
当自适应刹车滑移率变化趋势η2＝0.013时，确认出刹车临界打滑状态η0＝η2，说明此时刹车滑移率已达到最优状态，刹车力矩与地面结合力矩基本相等，从而实现了刹车临界打滑状态的识别。
[0076]
本发明还提供一种飞机刹车临界打滑状态识别装置，包括：
[0077]
判断模块，用于根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志ls置1；
[0078]
计算模块，用于在刹车临界打滑状态标志ls置1时，计算自适应刹车的滑移率；
[0079]
识别模块，用于基于滑移率识别刹车临界打滑状态。
[0080]
可选地，判断模块，具体用于：
[0081]
判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a；
[0082]
判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令ur是否均大于等于飞行员刹车指令满行程um的b％；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，um为飞行员刹车指令满行程电压；
[0083]
若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％um，且右飞行员刹车指令ur≥b％um，确定需要进行自适应刹车。
[0084]
可选地，计算模块，具体用于：
[0085]
在刹车临界打滑状态标志ls置1时，根据飞机速度和机轮速度计算滑移率。
[0086]
可选地，识别模块，具体用于：
[0087]
基于滑移率计算自适应刹车滑移率变化趋势；
[0088]
当自适应刹车滑移率变化趋势趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势确定为刹车临界打滑状态。
[0089]
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但且不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。另外，本发明未详尽部分均为常规技术。

技术特征：
1.一种飞机刹车临界打滑状态识别方法，其特征在于，包括：步骤一、根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志l
s
置1；步骤二、在刹车临界打滑状态标志l
s
置1时，计算自适应刹车的滑移率；步骤三、基于滑移率识别刹车临界打滑状态。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤一包括：判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a；判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令u
r
是否均大于等于飞行员刹车指令满行程u
m
的b％；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，u
m
为飞行员刹车指令满行程电压；若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％u
m
，且右飞行员刹车指令u
r
≥b％u
m
，确定需要进行自适应刹车。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在不需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志l
s
置0。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤二包括：在刹车临界打滑状态标志l
s
置1时，根据飞机速度和机轮速度计算滑移率。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤三包括：基于滑移率计算自适应刹车滑移率变化趋势；当自适应刹车滑移率变化趋势趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势确定为刹车临界打滑状态。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，自适应刹车滑移率变化趋势每计算周期计算一次，计算周期40ms～100ms。7.一种飞机刹车临界打滑状态识别装置，其特征在于，包括：判断模块，用于根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志l
s
置1；计算模块，用于在刹车临界打滑状态标志l
s
置1时，计算自适应刹车的滑移率；识别模块，用于基于滑移率识别刹车临界打滑状态。8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，判断模块，具体用于：判断飞机速度v
p
是否大于等于防滑失效速度a；判断左飞行员刹车指令u
l
和右飞行员刹车指令u
r
是否均大于等于飞行员刹车指令满行程u
m
的b％；b为飞行员刹车指令满行程的百分比，u
m
为飞行员刹车指令满行程电压；若飞机速度v
p
≥a，左飞行员刹车指令u
l
≥b％u
m
，且右飞行员刹车指令u
r
≥b％u
m
，确定需要进行自适应刹车。9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，计算模块，具体用于：在刹车临界打滑状态标志l
s
置1时，根据飞机速度和机轮速度计算滑移率。10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，识别模块，具体用于：基于滑移率计算自适应刹车滑移率变化趋势；当自适应刹车滑移率变化趋势趋近0时，将自适应刹车滑移率变化趋势确定为刹车临界打滑状态。

技术总结
本发明提供一种飞机刹车临界打滑状态识别方法及装置，属于飞机刹车控制技术领域，本发明根据飞机速度、左飞行员刹车指令、右飞行员刹车指令判断是否需要进行自适应刹车，并在需要进行自适应刹车时，将刹车临界打滑状态标志L


技术研发人员：张仲康 张思涵 薛迎勃 王波
受保护的技术使用者：西安航空制动科技有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/5