基于摩擦特性的防滑刹车控制方法技术

本发明专利技术提供了一种基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，包括：在飞机机轮的减速率小于机轮减速率最大阈值时，基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力；以及在飞机机轮的减速率大于机轮减速率最大阈值时，通过使用二分法来确定作用于机轮的刹车压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及飞机刹车控制领域，具体涉及基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法。
技术介绍
飞机的起飞和着陆是飞机事故的多发阶段。防滑刹车系统是飞机重要的机载设备，对飞机起飞、着陆的安全性具有重要影响。要求在复杂的跑道环境条件下，飞机仍然能够安全着陆并刹停，对提升飞机安全性和可靠性具有重要意义。飞机防滑刹车系统是一个复杂的具有不确定性的非线性系统，系统中存在诸多非线性因素，直接影响防滑刹车的性能。飞机着陆滑跑过程时间较短，因此要求防滑刹车系统稳定、快速和准确地工作，确保飞机的安全。防滑刹车系统的性能受很多因素的影响，如跑道表面是否开槽、跑道表面的状况(干、湿或积雪等)、飞机速度的变化、轮胎的充气压力等。本质上，这些因素影响的是飞机受刹机轮的轮胎与跑道表面的结合力和滚动阻力。防滑刹车系统的主要目的是充分利用跑道提供的结合力，在尽可能短的距离内使飞机刹停。由于防滑刹车控制的主要任务通过控制刹车力矩，将滑移率维持在一个合适值，使得机轮与地面的结合力最大，并且不出现打滑甚至抱死的现象。跑道表面状况的变化对于飞机防滑刹车系统是较为严重的外部干扰。例如当机轮所处跑道表面结合系数由高变低时，机轮由于结合力矩急剧减小而发生打滑甚至抱死现象，这就要求防滑刹车控制盒及时作出响应，通过迅速降低刹车压力使得机轮速度得以恢复。因此刹车控制算法对不同跑道表面状况的适应性以及在跑道表面状况发生变化时的鲁棒性直接影响防滑刹车效果。传统的飞机防滑刹车控制方法通常无法利用机轮与当前跑道所能提供的最大结合力进行刹车，基本都是小于最大结合力，因此刹车效率无法达到最优，且传统刹车方法针对机轮抱死状态的处理反应过于强烈，极有可能将刹车压力降为零，导致压力效率低下，刹车距离增加。
技术实现思路
鉴于以上问题，本专利技术提供了一种基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其提高了刹车系统的刹车效率，并抑制了打滑现象的发生，保证了飞机的安全性。根据本专利技术的一方面，一种基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，包括：在飞机机轮的减速率小于机轮减速率最大阈值时，基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力；以及在飞机机轮的减速率大于机轮减速率最大阈值时，通过使用二分法来确定作用于机轮的刹车压力。根据实施例，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率小于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率大于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第一系数，确定当前时刻的刹车压力。根据实施例，在所述飞机减速率的变化率大于第二减速率变化率阈值时，所述第一系数为最大飞机着陆速度相对于飞机着陆速度的比率与自然常数为底、飞机速度相对于所述飞机着陆速度的比率为指数的幂的乘积；并且在所述飞机减速率的变化率小于第二减速率变化率阈值时，所述第一系数为所述第二减速率变化率阈值的负倒数与所述飞机减速率的变化率的乘积。根据实施例，所述第一减速率变化率阈值小于所述第二减速率变化率阈值。根据实施例，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率大于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率大于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第二系数，确定当前时刻的刹车压力。根据实施例，在滑移率与最大滑移率之差大于滑移率阈值并且机轮的减速率小于机轮减速率阈值时，所述第二系数为所述滑移率与所述滑移率阈值之差与所述机轮的减速率的乘积；并且在滑移率与最大滑移率之差大于滑移率阈值并且机轮的减速率大于机轮减速率阈值时，所述第二系数为无穷大值；并且在滑移率与最大滑移率之差小于滑移率阈值时，所述第二系数为所述滑移率与滑移率阈值之差与滑移率比例系数的乘积，其中所述最大滑移率是在所述飞机减速率的变化率为零时记录的滑移率。根据实施例，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率小于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率小于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第三系数，确定当前时刻的刹车压力。根据实施例，在机轮的减速率小于机轮减速率阈值时，所述第三系数为滑移率与最大滑移率之差与第一比例系数的乘积；并且在机轮的减速率大于机轮减速率阈值时，所述第三系数为所述机轮减速率阈值与所述机轮的减速率之差与第二比例系数的乘积，其中所述第一比例系数和第二比例系数为不同的正常数，其中所述最大滑移率是在所述飞机减速率的变化率为零时记录的滑移率。根据实施例，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率大于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率小于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第四系数，确定当前时刻的刹车压力，其中所述第四系数为附着阶段减速率变化率阈值与所述飞机减速率的变化率之差。根据实施例，在飞机机轮的减速率大于机轮减速率最大阈值时，使用二分法以将当前时刻的刹车压力减小为上一时刻的刹车压力的一半，如果飞机机轮在跑道上打滑，则继续减少，直到所述飞机机轮的减速率小于所述机轮减速率最大阈值。附图说明图1为单一跑道状态下飞机机轮与跑道的结合力相对于滑移率的曲线图，用于说明飞机机轮与跑道之间的摩擦特性。具体实施方式以下参照附图具体说明根据本专利技术实施例的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法。根据跑道与飞机机轮的结合系数等影响因素，图1示出了单一跑道状态下飞机机轮与跑道的结合力相对于滑移率的曲线。在单一跑道状态下，利用跑道所提供的最大结合力进行刹车，也即找出曲线最高点所对应的滑移率，并控制刹车压力使得滑移率达到这一最大滑移率。路况发生改变或轮载发生变化，则曲线会发生跳变，如何动态地平稳地追踪当前结合状态下的最大结合力，是关注的主要问题，在这一过程中，机轮应尽可能不出现打滑状态。飞机降落过程中，忽略飞机升力，只考虑飞机纵向运动，满足如下运动学方程：其中，T0为发动机剩余推力，Kv为发动机剩余推力系数，Fx为飞机所受空气阻力，Cx为飞机阻力系数，Fs为减速伞所受空气阻力，Cxs为减速伞所受阻力系数。ρ为空气密度，V为飞机速度，S为飞机正向所受空气阻力面积，Ss为减速伞面积，Ff1与Ff2分别为两主轮所受摩擦力，μ1，μ2为两主轮结合系数，FN1，FN2为两主轮所提供支持力，M为飞机质量。结合以上公式，从理论上分析，在结合力增加时飞机减速率会降低，结合力减小时，在整个刹车过程中，滑移率的变化可以由飞机速度和轮速实时计算得到。在滑移率变化率大于零，即时，处于如图1所示的1阶段，反之处于2阶段。同理，根据结合力的变化情况和滑移率的变化情况，可以判断飞机刹车系统处于上面4种状态中的哪一种，并产生控制信号进行有效的控制。在刹车过程中，首先对飞机的机轮速度ω和飞机速度V进行滤波插值和微分，得到飞机减速率dV/dt和飞机减速率的变化率d2V/dt2。初始时设定在任何跑道都不打滑的刹车压力，使得后面的压力调整都基于这个压力基础，并将其设为压力输出限幅的最小值，避免松刹车压力松到底。Pb(0)＝Pinit在没有跑道状态剧烈变化及机轮载荷剧烈变化的情况下，即为机轮减速率最大阈值，该阈值是系统判定跑道状态的依据，跑道变化或轮载变化必然导致机轮打滑或过度附着，机轮减速率会有大的突变。在没有这种本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，包括：在飞机机轮的减速率小于机轮减速率最大阈值时，基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力；以及在飞机机轮的减速率大于机轮减速率最大阈值时，通过使用二分法来确定作用于机轮的刹车压力。

【技术特征摘要】
1.一种基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，包括：在飞机机轮的减速率小于机轮减速率最大阈值时，基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力；以及在飞机机轮的减速率大于机轮减速率最大阈值时，通过使用二分法来确定作用于机轮的刹车压力。2.如权利要求1所述的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率小于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率大于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第一系数，确定当前时刻的刹车压力。3.如权利要求2所述的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其中，在所述飞机减速率的变化率大于第二减速率变化率阈值时，所述第一系数为最大飞机着陆速度相对于飞机着陆速度的比率与自然常数为底、飞机速度相对于所述飞机着陆速度的比率为指数的幂的乘积；并且在所述飞机减速率的变化率小于第二减速率变化率阈值时，所述第一系数为所述第二减速率变化率阈值的负倒数与所述飞机减速率的变化率的乘积。4.如权利要求3所述的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述第一减速率变化率阈值小于所述第二减速率变化率阈值。5.如权利要求1所述的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其中，所述基于机轮与跑道之间的摩擦特性，确定作用于机轮的刹车压力，包括：在飞机减速率的变化率大于第一减速率变化率阈值并且滑移率的变化率大于第一滑移率变化率阈值时，基于表示所述摩擦特性的第二系数，确定当前时刻的刹车压力。6.如权利要求5所述的基于摩擦特性的飞机防滑刹车控制方法，其中，在滑移率与最大滑移率之差大于滑移率阈值并且机轮的减速率小于机轮减速率阈值时，所述第二系数为所述滑移率与所述滑移率阈值之差与所述机轮的减速率的乘积；并且在滑移率与最大滑移率之差大...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦宗夏，孙栋，黄克坚，尚耀星，刘晓超，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11