一種適用于起落架特征頻率的防滑剎車(chē)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及飛機(jī)剎車(chē)系統(tǒng)控制領(lǐng)域，具體時(shí)一種適用于起落架特征頻率的防滑剎 車(chē)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 常規(guī)的飛機(jī)防滑剎車(chē)系統(tǒng)主要由剎車(chē)指令傳感器、剎車(chē)控制器（綜合完成剎車(chē)控 制和防滑控制功能）、液壓伺服閥、剎車(chē)裝置、機(jī)輪、機(jī)輪速度傳感器等組成，控制原理見(jiàn)圖 1〇
[0003] 剎車(chē)指令傳感器安裝在座艙內(nèi)，一般由飛行員腳踩剎車(chē)踏板進(jìn)行控制，把剎車(chē)指 令送給剎車(chē)控制器，剎車(chē)控制器將信號(hào)調(diào)理放大后，控制液壓伺服閥調(diào)節(jié)送到剎車(chē)裝置的 壓力，以制動(dòng)機(jī)輪；為了防止剎車(chē)壓力太大，致使機(jī)輪打滑乃至抱死，剎車(chē)控制器會(huì)接收來(lái) 自機(jī)輪速度傳感器送來(lái)的速度信號(hào)，并根據(jù)機(jī)輪速度的變化情況來(lái)判斷機(jī)輪有打滑和抱死 的趨勢(shì)，這時(shí)剎車(chē)系統(tǒng)就需要松剎車(chē)，由剎車(chē)控制器輸出相應(yīng)幅值的防滑指令，剎車(chē)控制器 內(nèi)的防滑指令產(chǎn)生的內(nèi)部原理結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，機(jī)輪出現(xiàn)打滑后產(chǎn)生的防滑指令要求 降低剎車(chē)壓力使機(jī)輪恢復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，在實(shí)際剎車(chē)控制器的設(shè)計(jì)中，通常都是將剎車(chē)控制指令和 防滑控制指令作減法運(yùn)算來(lái)產(chǎn)生綜合指令，由綜合指令來(lái)驅(qū)動(dòng)液壓伺服閥，調(diào)節(jié)作用在剎 車(chē)機(jī)輪上的剎車(chē)壓力。防滑過(guò)程結(jié)束，機(jī)輪速度恢復(fù)后，防滑指令會(huì)有一個(gè)緩慢下降的輸 出，與飛行員控制的剎車(chē)指令一起發(fā)揮作用，控制剎車(chē)壓力再慢慢上升，通過(guò)綜合控制指 令向機(jī)輪施加要求的剎車(chē)壓力，直到下一次的打滑產(chǎn)生，因此飛機(jī)的剎車(chē)過(guò)程就是一個(gè)剎 車(chē)-防滑-再剎-再防滑的往復(fù)循環(huán)過(guò)程。在防滑過(guò)程中，剎車(chē)控制器通過(guò)機(jī)輪速度級(jí)對(duì)輸 入信號(hào)進(jìn)行一些基本的處理，通過(guò)基準(zhǔn)速度級(jí)設(shè)定一個(gè)變動(dòng)的用以判定機(jī)輪是否打滑的參 考速度門(mén)限，剎車(chē)控制器在比較級(jí)把機(jī)輪速度與設(shè)定的基準(zhǔn)速度作比較，得到一個(gè)誤差信 號(hào)，PBM級(jí)（PressureBiasModulation，即偏壓調(diào)制級(jí)）根據(jù)機(jī)輪的打滑時(shí)間長(zhǎng)短與打滑 深度（機(jī)輪速度下降程度），不斷調(diào)節(jié)和修正剎車(chē)壓力的平均水平，具有一定的隨時(shí)辨識(shí)輪 胎與跑道接合狀態(tài)的自適應(yīng)能力，因此PBM級(jí)的輸出是防滑控制指令的穩(wěn)態(tài)分量；誤差信 號(hào)送給瞬時(shí)級(jí)應(yīng)會(huì)輸出一個(gè)與機(jī)輪當(dāng)前的打滑深度有關(guān)控制分量，類(lèi)似于通常所說(shuō)的PID 控制的比例環(huán)節(jié)；誤差信號(hào)送給微分級(jí)就會(huì)輸出一個(gè)與打滑深度的變化率相關(guān)的控制分 量，其作用相當(dāng)于PID控制的微分環(huán)節(jié)；瞬時(shí)級(jí)、PBM級(jí)、微分級(jí)的輸出按不同的權(quán)重在防滑 級(jí)疊加后產(chǎn)生防滑指令，防滑指令與剎車(chē)指令在綜合級(jí)進(jìn)行減法運(yùn)算，產(chǎn)生最終的綜合指 令，用來(lái)控制作用在機(jī)輪上的剎車(chē)壓力。
[0004] 機(jī)輪速度傳感器產(chǎn)生的機(jī)輪速度信號(hào)一般都是與機(jī)輪的轉(zhuǎn)速呈正比的頻率信號(hào)， 在剎車(chē)控制器中的機(jī)輪速度級(jí)進(jìn)行整形放大處理，然后通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)法或者頻壓轉(zhuǎn)換電路 得到代表機(jī)輪速度的數(shù)字信號(hào)或者模擬的電壓信號(hào)，在剎車(chē)控制器中進(jìn)行防滑控制運(yùn)算。 在飛機(jī)的防滑剎車(chē)過(guò)程中，受起落架剛度所限，往往存在起落架與剎車(chē)系統(tǒng)的諧振現(xiàn)象，致 使防滑系統(tǒng)工作效率低下，伴隨著起落架的抖動(dòng)和嘯叫。為了避免起落架抖動(dòng)對(duì)防滑控制 系統(tǒng)的影響，一般采用的是調(diào)整防滑系統(tǒng)的靈敏度的方法，即對(duì)機(jī)輪速度以后的各級(jí)控制 參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，而這種方法具有明顯的局限性。防滑控制參數(shù)調(diào)節(jié)，只能采取提高或者降低 防滑系統(tǒng)的靈敏度的方法，這樣做通常會(huì)出現(xiàn)不可折中的兩種極端情況：靈敏度調(diào)高會(huì)在 機(jī)輪還沒(méi)有打滑時(shí)提前放壓，因此會(huì)使飛機(jī)的剎車(chē)距離明顯太長(zhǎng)；靈敏度調(diào)底會(huì)在機(jī)輪已 經(jīng)打滑時(shí)還不能泄放壓力，嚴(yán)重時(shí)甚至可能將輪胎剎爆，給飛機(jī)的著陸滑行帶來(lái)安全隱患。 這種起落架與剎車(chē)系統(tǒng)的諧振會(huì)對(duì)防滑系統(tǒng)的工作效率產(chǎn)生極端的惡劣影響。采用常規(guī)的 方法無(wú)論從哪個(gè)方向均不能從根本上解決現(xiàn)實(shí)存在的防滑系統(tǒng)工作頻率與起落架發(fā)生諧 振的問(wèn)題。
[0005] 起落架的抖動(dòng)問(wèn)題的根本原因是起落架剛度不足。在飛機(jī)防滑剎車(chē)過(guò)程中，當(dāng)機(jī) 輪滿足打滑條件時(shí)，由于防滑系統(tǒng)的工作，剎車(chē)系統(tǒng)會(huì)降低剎車(chē)壓力，而剎車(chē)壓力的突變會(huì) 引發(fā)剎車(chē)力矩的改變；因?yàn)槠鹇浼軇偠炔蛔?，剎車(chē)力矩的改變會(huì)讓起落架支柱產(chǎn)生前后走 步式的抖動(dòng)。簡(jiǎn)單地講就是：剎車(chē)產(chǎn)生的阻力讓起落架支柱往后變形，防滑系統(tǒng)工作后，系 統(tǒng)放壓，剎車(chē)阻力降低，起落架支柱又往前回彈，如此產(chǎn)生抖動(dòng)。
[0006] 起落架的這種前后走步式的抖動(dòng)還會(huì)進(jìn)一步加大防滑控制的靈敏度，加劇剎車(chē)控 制器不合時(shí)宜地輸出不必要的防滑信號(hào)的固有缺陷所帶來(lái)的惡劣影響。因?yàn)槠鹇浼艿那昂?走步式的抖動(dòng)，能夠讓速度傳感器疊加產(chǎn)生一個(gè)假的速度突變信號(hào)，讓剎車(chē)控制器產(chǎn)生虛 假的防滑松剎車(chē)信號(hào)和打滑解除信號(hào)，使由起落架的結(jié)構(gòu)剛度所決定的固有頻率與防滑控 制系統(tǒng)的工作頻率發(fā)生諧振。這種諧振輕者會(huì)造成起落架的結(jié)構(gòu)的振動(dòng)、磨損和噪聲，以及 剎車(chē)系統(tǒng)的液壓振動(dòng)、損傷和輪胎磨損，飛機(jī)剎不住車(chē)，嚴(yán)重情況下會(huì)造成起落架和機(jī)輪 結(jié)構(gòu)的破壞、管路破裂、剎爆輪胎甚至引發(fā)飛機(jī)的不安全事故。
[0007] 起落架的特征頻率是由其結(jié)構(gòu)所決定的，改變起來(lái)比較困難，因此剎車(chē)系統(tǒng)必須 做出調(diào)整，以適應(yīng)這個(gè)頻率，確保在這個(gè)很不利的工作環(huán)境下能夠正常工作。起落架在飛機(jī) 航向的特征頻率能夠通過(guò)常規(guī)的仿真計(jì)算和測(cè)試驗(yàn)證方法來(lái)得到，往往能夠得到多個(gè)特征 頻率點(diǎn)，但能對(duì)防滑剎車(chē)系統(tǒng)產(chǎn)生實(shí)質(zhì)影響的基本落在3HZ到30HZ之間，這個(gè)頻率區(qū)間也 是防滑系統(tǒng)的工作頻率。若起落架在飛機(jī)航向的特征頻率低于3HZ時(shí)，對(duì)防滑系統(tǒng)的影響 比較柔和，剎車(chē)系統(tǒng)還能夠正常工作；若起落架在飛機(jī)航向的特征頻率高于30HZ時(shí)，防滑 系統(tǒng)對(duì)這個(gè)高頻振動(dòng)響應(yīng)不過(guò)來(lái)，對(duì)剎車(chē)系統(tǒng)的影響很有限，剎車(chē)系統(tǒng)仍然能夠正常工作， 而且起落架系統(tǒng)在這個(gè)相對(duì)高頻階段的阻尼也比較大，不會(huì)造成多大的損害。而本發(fā)明為 了解決防滑系統(tǒng)與起落架由于頻率相近而產(chǎn)生的相互影響問(wèn)題，提出要針對(duì)起落架的特性 頻率，在剎車(chē)控制器中對(duì)機(jī)輪速度級(jí)輸出的機(jī)輪速度直流信號(hào)通過(guò)濾波調(diào)理級(jí)進(jìn)行濾波處 理，并給出了一個(gè)濾波調(diào)理級(jí)電路的原理圖及所選用元器件參數(shù)確定方法，通過(guò)濾波調(diào)理 級(jí)后再連接到后續(xù)的防滑控制電路進(jìn)行剎車(chē)控制器的防滑運(yùn)算，對(duì)采用現(xiàn)有技術(shù)的剎車(chē)控 制器進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的剎車(chē)控制器內(nèi)部工作原理如圖3所示。這種簡(jiǎn)單且在工程上易于 實(shí)現(xiàn)的解決辦法，通過(guò)在某型機(jī)上的裝機(jī)驗(yàn)證，表明它對(duì)起落架的頻率的包容性強(qiáng)，適應(yīng)范 圍較寬，是一種能夠解決問(wèn)題的行之有效的方法，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。
[0008] 經(jīng)檢索，在2012年4月《航空精密制造技術(shù)》第48卷第2期有一篇中南大學(xué)吳華 偉等人發(fā)表的《飛機(jī)剎車(chē)制動(dòng)引起的諧振解決措施》，與本發(fā)明相關(guān)，也提到了輪速采集及 濾波系統(tǒng)，專(zhuān)門(mén)還提到了要采取陷波器、遲滯電路等，給出了數(shù)字濾波邏輯圖，但都是一些 理論上的敘述；而本發(fā)明明確提出要針對(duì)起落架特征頻率設(shè)計(jì)同樣頻率的帶阻濾波器，為 了工程上的便利，給出了一種RC有源帶阻濾波器，并提供了這種帶阻濾波器的設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì) 算方法和電路圖，有明確的針對(duì)性和可操作性，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)；在2003年4月《航空 精密制造技術(shù)》第39卷第2期還有一篇華興航空機(jī)輪剎車(chē)系統(tǒng)有限公司張謙發(fā)表的《起落 架與防滑剎車(chē)系統(tǒng)的相互作用研究》對(duì)起落架與剎車(chē)系統(tǒng)的影響進(jìn)行了仿真分析，但是并 沒(méi)有提出明確的處理方法；1996年《航空學(xué)報(bào)》第18卷第2期也有航空609所庫(kù)玉鰲發(fā)表 的《剎車(chē)與起落架抖動(dòng)的相互影響》，同樣是有分析，但沒(méi)有明確的可操作設(shè)計(jì)的處理方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的當(dāng)起落架設(shè)計(jì)剛度較低時(shí)，剎車(chē)頻率與起落架頻率易發(fā) 生諧振，從而引發(fā)起落架系統(tǒng)的抖動(dòng)、嘯叫和防滑剎車(chē)效率低的不足，本發(fā)明提出了一種適 用于起落架特征頻率的防滑剎車(chē)控制方法。
[0010] 本發(fā)明的具體過(guò)程是：
[0011] 步驟1，確定濾波器的中心頻率
[0012] 通過(guò)測(cè)試得到飛機(jī)起落架在航向上的特征頻率。所述的特征頻率范圍為5HZ~ 25HZ。
[0013] 步驟2，濾波調(diào)理級(jí)電路的連接
[0014] 所述濾波調(diào)理級(jí)由帶阻濾波器和比例放大電路組成；所述比例放大電路包括運(yùn)算 放大器、電阻心和r5。
[0015] 所述運(yùn)算放大器輸入引角的負(fù)端引出兩路，一路通過(guò)電阻&接到輸入信號(hào)的負(fù) 端，另一路通過(guò)電阻1? 5接到所述運(yùn)算放大器的輸出端，所述運(yùn)算放大器的輸出端即帶阻濾 波器輸出信號(hào)的正端，輸出信號(hào)的負(fù)端與輸入信號(hào)的負(fù)端相連接。
[0016] 濾波調(diào)理級(jí)電路的輸出分為兩路，其中一路輸入基準(zhǔn)速度級(jí)，另一路輸入至比較 級(jí)，進(jìn)行防滑運(yùn)算。
[0017] 所述帶阻濾波器以速度級(jí)的輸出信號(hào)作為輸入。該輸入信號(hào)的正極端通過(guò)電容Ci 和(：2后進(jìn)入運(yùn)算放大器輸入引角的正極端，該輸入信號(hào)的正極端同時(shí)通過(guò)電阻1^和1? 2進(jìn) 入所述運(yùn)算放大器輸入引角的正極端。