一种双通道刹车的防滑控制系统及方法与流程

本发明涉及飞机刹车领域，具体是一种双通道刹车的防滑控制系统及方法。

背景技术：

1、机轮刹车系统是飞机的最重要的系统之一，在飞机的起飞和着陆过程中起着重要的作用。机轮刹车系统主要通过刹车控制器控制切断阀的开关以及刹车控制阀输出相应刹车压力到刹车装置实现飞机的减速。

2、在公开号为cn 108177765 a的发明中公开了一种飞机自适应防滑控制方法。该发明通过比较自适应减速率基准与飞机减速率信号，利用减速率进行分级控制计算刹车压力。但是该发明中是实现单通道对的刹车控制，并没有对双通道的刹车系统进进行控制的计算。

3、在公开号为cn 106628129 a的发明中公开了一种飞机防滑刹车系统全压力调节刹车控制方法。该发明通过控制刹车压力进行区间划分，通过低压区和高压区进行分区控制。但是该发明中采用的方法适用于特定工况，对于不同的工况的适应性需要进行重新调整，不能进行实时的压力寻优。

技术实现思路

1、为克服现有技术中存在的没有双通道刹车系统的防滑控制情况，本发明提出了一种双通道刹车的防滑控制系统及方法。以实现对机轮刹车系统双通道的控制的目的。

2、为实现所述技术目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提出的双通道刹车的防滑控制系统包括刹车控制器、左切断阀、左刹车控制阀、左外机轮、左内机轮、左外速度传感器、左内速度传感器、右切断阀、右刹车控制阀、右外机轮、右内机轮、右外速度传感器、右内速度传感器；其中：

4、所述刹车控制器的电气输出端分别与左切断阀、左刹车控制阀、右切断阀和右刹车控制阀的电气输入端联通。

5、所述左切断阀的输出端与左刹车控制阀的液压输入端联通，右切断阀的输出端与右刹车控制阀的液压输入端联通，通过该左切断阀左刹车控制阀提供液压，通过该右切断阀为右刹车控制阀提供液压。

6、所述左刹车控制阀的液压输出端分别与左外机轮的液压输入端和左内机轮的液压输入端联通，为该左外机轮和左内机轮提供液压。所述右刹车控制阀的液压输出端分别与右内机轮的液压输入端和右外机轮的液压输入端联通，为该右外机轮和右内机轮提供液压。

7、所述刹车控制器的电信号输入端分别与左外速度传感器的输出端、左内速度传感器的输出端、右内速度传感器的输出端、右外速度传感器的输出端电气连接，分别接收各速度传感器提供的机轮速度信号。该刹车控制器的电信号输出端分别与左切断阀的输入端、右切断阀的输入端、左刹车控制阀的输入端、右刹车控制阀的输入端电气连接，向该切断阀、刹车控制阀提供控制信号。

8、所述刹车控制器包含左刹车控制通道和右刹车控制通道；其中，左刹车控制通道包括数据获取及处理模块、故障诊断及预测模块、参考速度计算及有效性判断模块、自适应激活模块、自适应压力计算模块、纠偏激活模块、纠偏压力计算模块、深打滑激活模块、深打滑压力计算模块、防滑刹车压力综合模块和数据处理及发送模块；所述数据获取及处理模块用于获取左外机轮速度和左内机轮速度，并对接收的信号进行滤波、信号放大及比较；所述故障诊断及预测模块用于将获得的速度信号进行故障检测及预测；所述参考速度计算及有效性判断模块用于计算左外机轮参考速度、左内机轮参考速度、起落架基准参考速度以及飞机参考速度，对左外机轮参考速度、左内机轮参考速度、起落架基准参考速度以及飞机参考速度的有效性进行判断；所述自适应激活模块用于判断左起落架自适应模块是否激活或退出，将激活信号传递到自适应压力计算模块；所述自适应压力计算模块用于计算飞机的最优滑移率以及刹车压力，将刹车压力信号发送到防滑刹车压力综合模块；所述纠偏激活模块用于判断左起落架纠偏模块是否激活或退出，将激活信号传递到纠偏压力计算模块；所述纠偏压力计算模块用于计算左起落架刹车压力是输出0mpa或者21mpa；所述深打滑激活模块用于判断左起落架深打滑模块是否激活或退出，将激活信号传递到深打滑压力计算模块；所述深打滑压力计算模块接收深打滑激活模块发送的激活信号，确定左起落架深打滑模块刹车压力；所述防滑刹车压力综合模块用于综合自适应压力计算模块、纠偏压力计算模块和深打滑压力计算模块的刹车压力，将刹车压力信号发送到数据处理及发送模块；所述数据处理及发送模块用于将接收的刹车压力信号转换成电流信号控制刹车控制阀。

9、右刹车控制通道包括数据获取及处理模块、故障诊断及预测模块、参考速度计算及有效性判断模块、自适应激活模块、自适应压力计算模块、纠偏激活模块、纠偏压力计算模块、深打滑激活模块、深打滑压力计算模块、防滑刹车压力综合模块、数据处理和发送模块；所述数据获取及处理模块用于获取右外机轮速度和右内机轮速度，并对接收的信号进行处理包括滤波、信号放大及比较；所述故障诊断及预测模块用于将获得的速度信号进行故障检测及预测；所述参考速度计算及有效性判断模块用于计算右外机轮参考速度、右内机轮参考速度、起落架基准参考速度以及飞机参考速度，对右外机轮参考速度、右内机轮参考速度、起落架基准参考速度以及飞机参考速度的有效性进行判断；所述自适应激活模块用于判断左起落架自适应模块是否激活或退出，将激活信号传递到自适应压力计算模块；自适应压力计算模块用于计算飞机的最优滑移率以及刹车压力，将刹车压力信号发送到防滑刹车压力综合模块；所述纠偏激活模块用于判断右起落架纠偏模块是否激活或退出，将激活信号传递到纠偏压力计算模块；所述纠偏压力计算模块用于计算右起落架刹车压力是输出0mpa或者21mpa；所述深打滑激活模块用于判断右起落架深打滑模块是否激活或退出，将激活信号传递到深打滑压力计算模块；所述深打滑压力计算模块接收深打滑激活模块发送的激活信号，右起落架深打滑模块刹车压力；所述防滑刹车压力综合模块用于综合自适应压力计算模块、纠偏压力计算模块和深打滑压力计算模块的刹车压力，将刹车压力信号发送到数据处理及发送模块；所述数据处理及发送模块用于将接收的刹车压力信号转换成电流信号控制刹车控制阀。

10、本发明提出的所述双通道刹车的防滑控制系统的防滑控制过程是：

11、步骤1、刹车控制器判断机轮速度信号是否有效；

12、刹车控制器的i/o接口模块通过左外速度传感器接收左外机轮的速度vlo，左内速度传感器接收左内机轮的速度vli，右内速度传感器接收右内机轮的速度vro，右外速度传感器接收右外机轮的速度vri。

13、通过刹车控制器接口模块检测接收的机轮速度信号是否有效，具体是当检测到机轮速度信号无故障时，则判断该机轮速度信号有效；当检测到机轮速度信号有故障时，则判断该机轮速度信号无效。所述的机轮速度信号故障包括过流、欠流以及超过速度检测范围。

14、步骤2、刹车控制器计算机轮参考速度；

15、机轮参考速度根据机轮速度和飞机加速度进行确定。刹车控制器接收的飞机加速度信号和有效判断位。

16、所述机轮参考速度的初始值为机轮速度，通过公式(1)计算刹车控制器当前控制周期的机轮参考速度

17、vr(n)＝vr(n-1)-a*t                                 (1)

18、式中，vr(n)为机轮参考速度，vr(n-1)为上一时刻机轮参考速度，a为飞机加速度，t为刹车控制器的控制周期。

19、所述有效判断位为1或0。当刹车控制器接收到的飞机加速度信号a的有效判断位为1时，该刹车控制器接收到的飞机加速度信号a为有效，反之，则认为该飞机加速度信号a为无效。

20、当飞机加速度信号a无效时，刹车控制器默认加速度a0作为飞机加速度a。

21、如果机轮参考速度＜机轮速度，则机轮参考速度为机轮速度；反之，如果机轮参考速度≥机轮速度，则机轮参考速度不变。

22、通过机轮参考速度计算方法计算左外机轮参考速度vlor、左内机轮参考速度vlir、右内机轮参考速度vror和右外机轮参考速度vrir。

23、如果左外机轮速度信号有效，则左外机轮参考速度信号有效；反之，如果左外机轮速度信号无效，则左外机轮参考速度信号无效。

24、如果左内机轮速度信号有效，则左内机轮参考速度信号有效；反之，如果左内机轮速度信号无效，则左内机轮参考速度信号无效。

25、如果右外机轮速度信号有效，则右外机轮参考速度信号有效；反之，如果右外机轮速度信号无效，则右外机轮参考速度信号无效。

26、如果右内机轮速度信号有效，则右内机轮参考速度信号有效；反之，如果右内机轮速度信号无效，则右内机轮参考速度信号无效。

27、步骤3、计算基准参考速度；

28、基准参考速度包括左起落架基准参考速度和右起落架基准参考速度。

29、所述左起落架基准参考速度为左外机轮参考速度vlor与左内机轮参考速度vlir中的最大值，通过公式(2)计算左起落架基准参考速度：

30、vlr＝max(vlor，vlir)                                       (2)

31、式中，vlr为左起落架基准参考速度。

32、如果左外机轮参考速度信号无效或左内机轮参考速度信号无效时，则左起落架基准参考速度信号无效；如果左外机轮参考速度信号有效和左内机轮参考速度信号有效时，则左起落架基准参考速度信号有效。

33、右起落架基准参考速度为右外机轮参考速度vror与右内机轮参考速度vrir中的最大值，通过公式(3)计算右起落架基准参考速度：

34、vrr＝max(vror，vrir)                                      (3)

35、式中，vrr为右起落架基准参考速度。

36、如果右外机轮参考速度信号无效或右内机轮参考速度信号无效时，则右起落架基准参考速度信号无效；如果右外机轮参考速度信号有效并且右内机轮参考速度信号有效时，则右起落架基准参考速度信号有效。

37、步骤4、计算飞机参考速度；

38、飞机参考速度为左起落架基准参考速度vlr与右起落架基准参考速度vrr中的最大值，通过公式(4)计算飞机参考速度：

39、var＝max(vlr，vrr)                                 (4)

40、式中，var为飞机参考速度。

41、如果左起落架基准参考速度信号无效或者右起落架基准参考速度信号无效时，则飞机参考速度信号无效；如果左起落架基准参考速度信号有效并且右起落架基准参考速度信号有效时，则飞机参考速度信号有效。

42、步骤5、判断是否激活自适应模块；

43、自适应模块包括左起落架自适应模块和右起落架自适应模块。

44、当左外机轮速度信号与左内机轮速度信号均有效、并且左起落架基准参考速度≥自适应激活门限值时，左起落架的自适应模块激活；反之，左起落架的自适应模块不激活。

45、当右外机轮速度信号和右内机轮速度信号均有效时、并且右起落架基准参考速度≥自适应激活门限值后，右起落架的自适应模块激活；反之，右起落架的自适应模块不激活。

46、步骤6、计算自适应刹车压力：

47、自适应刹车压力值包括左起落架自适应刹车压力值和右起落架自适应刹车压力值。

48、计算左起落架自适应刹车压力的具体过程是：

49、ⅰ以左外机轮速度与左内机轮速度中的最小值为左起落架机轮速度。通过公式(5)计算左起落架的实际滑移率σl。

50、

51、ⅱ左起落架最优滑移率计算：

52、ⅰ设定左起落架最优滑移率的初始值为0.08；

53、ⅱ左起落架机轮减速率为左外机轮减速率与左内机轮减速率中的最大值；

54、ⅲ当前控制周期左起落架机轮减速率为al(t)，通过公式(6)确定左起落架最优滑移率。

55、

56、式中，al(t)为当前控制周期左起落架机轮减速率；al(t-1)为上一控制周期左起落架机轮减速率；al(t-2)为上上一控制周期左起落架机轮减速率；σlo(t)为当前控制周期左起落架最优滑移率；σlo(t-1)为上一控制周期左起落架最优滑移率；σd为滑移率下限阈值；σu为滑移率上限阈值；σc为滑移率上升阈值。

57、ⅲ刹车压力计算：

58、ⅰ若左起落架滑移率σl＜左起落架最优滑移率下限(σlo(t)-σd)，即(σl＜σlo(t)-σd)，则根据预设上升斜率增加刹车压力；

59、ⅱ若左起落架滑移率σl≥左起落架最优滑移率下限(σlo(t)-σd)且＜左起落架最优滑移率上限(σlo(t)+σu)，即(σlo(t)-σd≤σl＜σlo(t)+σu)，则对速度差进行积分计算刹车压力；

60、ⅲ若左起落架滑移率σl≥左起落架最优滑移率上限(σlo(t)+σu)且＜左起落架最优滑移率上限+降压门限值，即(σlo(t)+σu≤σl＜σlo(t)+σu+σj)，则根据预设下降斜率降低刹车压力；

61、ⅳ若左起落架滑移率σl≥左起落架最优滑移率上限(σlo(t)+σu)与降压门限值σj之和，即σl≥σlo(t)+σu+σj，则释放刹车压力，使该刹车压力与碳盘接触压力相等。

62、计算右起落架自适应刹车压力：

63、ⅰ判断右外机轮速度与右内机轮速度中的最小值为右起落架机轮速度。通过公式(7)计算右起落架的实际滑移率σr。

64、

65、ⅱ右起落架最优滑移率计算：

66、ⅰ设定右起落架最优滑移率的初始值为0.08；

67、ⅱ右起落架机轮减速率为右外机轮减速率和右内机轮减速率的最大值。

68、ⅲ当前控制周期右右起落架机轮的减速率ar(t)，通过公式(8)确定右起落架最优滑移率。

69、

70、式中，ar(t)为当前控制周期右起落架机轮的减速率；ar(t-1)为上一控制周期右起落架机轮减速率；ar(t-2)为上上一控制周期右起落架机轮减速率；σro(t)为当前控制周期右起落架最优滑移率；σro(t-1)为上一控制周期右起落架最优滑移率；σd为滑移率下限阈值，σu为滑移率上限阈值，σc为滑移率上升阈值。

71、ⅲ刹车压力计算：

72、ⅰ若右起落架滑移率σr＜右起落架最优滑移率下限(σro(t)-σd)，既(σr＜σro(t)-σd)，则根据预设上升斜率增加刹车压力；

73、ⅱ若右起落架滑移率σr≥右起落架最优滑移率下限(σro(t)-σd)且＜右起落架最优滑移率上限(σlo(t)+σu)，即(σro(t)-σd≤σr＜σro(t)+σu)，则对速度差进行积分计算刹车压力；

74、ⅲ若右起落架滑移率σr≥右起落架最优滑移率上限(σlo(t)+σu)且＜右起落架最优滑移率上限+降压门限值，既(σro(t)+σu≤σr＜σro(t)+σu+σj)，则根据预设下降斜率降低刹车压力；

75、ⅳ若右起落架滑移率σr≥(右起落架最优滑移率上限+降压门限值)，即(σro(t)+σu+σj≤σr)，则迅速释放刹车压力至碳盘接触压力，释放到碳盘接触压力既能够使机轮迅速起转，又能够减小下次加压时间。

76、步骤7、判断是否激活深打滑模块：

77、深打滑模块包括左起落架深打滑模块和右起落架深打滑模块。

78、若飞机参考速度信号有效，且飞机参考速度大于深打滑激活门限值，激活左起落架的深打滑模块和右起落架的深打滑模块；

79、若飞机参考速度信号无效并且左起落架基准参考速度信号有效，左起落架基准参考速度大于深打滑激活门限值，激活左起落架的深打滑模块；

80、若飞机参考速度信号无效并且右起落架基准参考速度信号有效，右起落架基准参考速度大于深打滑激活门限值，激活右起落架的深打滑模块。

81、步骤8、计算深打滑模块刹车压力：

82、当左起落架的深打滑模块激活时，根据左外机轮速度vlo、左内机轮速度vli、飞机参考速度var和深打滑速度门限值δvc，通过公式(9)确定左起落架深打滑模块的刹车压力。

83、min(vlo，vli)<var-δvc                                    (9)

84、如果左外速度vlo和左内机轮速度vli的最小值满足公式(9)时，左起落架深打滑模块刹车压力为0，否则左起落架深打滑模块刹车压力为21mpa。

85、式中，δvc为深打滑速度门限值。

86、当右起落架的深打滑模块激活时，根据右外机轮速度vro、右内机轮速度vri、飞机参考速度var和深打滑速度门限值δvc，通过公式(10)确定左起落架深打滑模块的刹车压力。

87、min(vro，vri)<var-δvc                                   (10)

88、如果右外机轮速度vro和右内机轮速度vri的最小值满足公式(10)时，右起落架深打滑模块刹车压力为0，否则右起落架深打滑模块刹车压力为21mpa。

89、式中，δvc为深打滑速度门限值。

90、步骤9、判断是否激活纠偏模块；

91、纠偏模块包括左起落架纠偏模块和右起落架纠偏模块。如果左起落架基准参考速度信号有效，并且大于纠偏激活门限值，激活左起落架的纠偏模块；反之，左起落架的纠偏模块不激活。

92、如果右起落架基准参考速度信号有效且大于纠偏激活门限值，激活右起落架的纠偏模块，反之，右起落架的纠偏模块不激活。

93、步骤10、计算纠偏模块激活刹车压力；

94、当左起落架的纠偏模块激活时，根据左外机轮速度vlo、左内机轮速度vli、右起落架基准参考速度vrr和纠偏增益k1，通过公式(11)确定左起落架纠偏模块的刹车压力。

95、min(vlo，vli)<k1*vrr       (11)

96、当左外机轮速度vlo和左内机轮速度vli的最小值满足公式(11)时，左起落架的纠偏模块刹车压力为0；反之，左起落架纠偏模块刹车压力为21mpa。

97、当右起落架的纠偏模块激活时，根据右外机轮速度vro、右内机轮速度vri、左起落架基准参考速度vlr和纠偏增益k1，通过公式(12)确定右起落架纠偏模块的刹车压力。

98、min(vro，vri)<k1*vlr       (12)

99、当右外机轮速度vro和右内机轮速度vri的最小值满足公式(12)时，右起落架的纠偏模块刹车压力为0；反之，右起落架纠偏模块刹车压力为21mpa。

100、式(11)和式(12)中，k1为纠偏增益。

101、步骤11、计算防滑刹车综合模块刹车压力：

102、防滑刹车综合模块包括左起落架防滑刹车综合模块和右起落架防滑刹车综合模块。

103、其中：

104、左起落架防滑刹车综合模块刹车压力为左起落架自适应模块刹车压力、左起落架深打滑模块刹车压力与左起落架纠偏模块刹车压力三者中的最小值。通过公式(13)计算左起落架防滑刹车综合模块刹车压力。

105、左起落架防滑刹车综合模块刹车压力＝min(左起落架自适应模块刹车压力，左起落架深打滑模块刹车压力，左起落架纠偏模块刹车压力)      (13)

106、右起落架防滑刹车综合模块刹车压力为右起落架自适应模块刹车压力、右起落架深打滑模块刹车压力与右起落架纠偏模块刹车压力三者中的最小值。通过公式(14)计算右起落架防滑刹车综合模块刹车压力。

107、右起落架防滑刹车综合模块刹车压力＝min(右起落架自适应模块刹车压力，右起落架深打滑模块刹车压力，右起落架纠偏模块刹车压力)     (14)

108、步骤12、退出自适应模块；

109、当左外机轮速度信号无效或左内机轮速度信号无效时，退出左起落架的自适应模块；当左外机轮速度和左内机轮速度均有效，且左起落架的基准参考速度下降到自适应激活解除门限值后，退出左起落架的自适应模块；反之，左起落架自适应模块继续保持激活。

110、当右外机轮速度信号无效或右内机轮速度信号无效时，退出右起落架的自适应模块；当右外机轮速度和右内机轮速度均有效，且右起落架的基准参考速度下降到自适应激活解除门限值后，退出右起落架的自适应模块；反之，右起落架自适应模块继续保持激活。

111、步骤13、退出深打滑模块；

112、当左外机轮速度信号无效或左内机轮速度信号无效时，退出左起落架的深打滑模块；当左外机轮速度和左内机轮速度均有效，且左起落架的基准参考速度≤深打滑模块解除门限值后，退出左起落架的深打滑模块；反之，左起落架深打滑模块继续保持激活。

113、当右外机轮速度信号无效或右内机轮速度信号无效时，退出右起落架的深打滑模块；当右外机轮速度和右内机轮速度均有效，且右起落架的基准参考速度≤深打滑模块解除门限值后，退出右起落架的深打滑模块；反之，右起落架深打滑模块继续保持激活。

114、步骤14、退出纠偏模块；

115、当左外机轮速度信号无效或左内机轮速度信号无效时，退出左起落架的纠偏模块；当左外机轮速度信号和左内机轮速度信号均有效，且左起落架的基准参考速度≤纠偏模块解除门限值后，退出左起落架的纠偏模块；反之，左起落架纠偏模块继续保持激活。

116、当右外机轮速度信号无效或右内机轮速度信号无效时，退出右起落架的纠偏模块；当右外机轮速度信号和右内机轮速度信号均有效，且右起落架的基准参考速度≤纠偏模块解除门限值后，退出右起落架的纠偏模块；反之，右起落架纠偏模块继续保持激活。

117、本发明的有益效果为：

118、提供了一种飞机双通道防滑刹车系统，该系统减少了两个刹车控制阀，降低了系统的重量和成本，提高了系统的可靠性。相较于传统的仅检测机轮速度是否故障，本发明通过故障检测模块判断检测到的机轮速度是否故障进而判断机轮参考速度、起落架基准参考速度、飞机参考速度的有效性确定是否激活或退出刹车压力的计算模块，提高了双通道刹车系统的安全性，双通道刹车系统的安全性提升到了1e-10，避免了由于速度传感器故障造成的错误压力的输出，导致的机轮抱死，机轮抱死的概率降低了1e-2。根据起落架基准参考速度以及机轮速度实时对由于刹车引起的偏航问题进行纠正，避免了飞机的偏航问题，偏航的概率降低了1.2e-2。对双通道刹车系统采用自适应和深打滑相结合的控制方法，有效提升了双通道刹车系统的刹车效率，避免了由于深打滑造成的机轮抱死，深打滑的概率降低了2.16e-2。