BRPI0600792B1

BRPI0600792B1 - Método para servocontrolar um sistema de freio de veículo.

Info

Publication number: BRPI0600792B1
Application number: BRPI0600792-9A
Authority: BR
Inventors: Julien Thibault
Original assignee: Messier-Bugatti-Dowty
Priority date: 2005-02-25
Filing date: 2006-02-23
Publication date: 2019-05-28
Also published as: EP1695887B1; JP4991164B2; CA2537393C; US7346443B2; EP1695887A1; CA2537393A1; BRPI0600792A; JP2006232270A; US20060195244A1; ES2325932T3; US20060195246A1; FR2882541B1; FR2882541A1; US7349787B2; DE602006007183D1

Abstract

"método para servocontrolar um sistema de freio de veículo". a invenção diz respeito a um método de servocontrole em um sistema de freio de veículo que inclui pelo menos um freio elétrico provido com pelo menos um atuador (8) que compreende um impulsionador (13) voltado para os elementos de atrito (11) e acionado por um motor elétrico para aplicar uma força seletiva nos elementos de atrito em resposta a um ponto de ajuste de freio, o método fazendo uso de um relacionamento (r) para transformar um ponto de ajuste para a frenagem que deve ser aplicada pelo impulsionador (13) em um ponto de ajuste para a posição do impulsionador. o método da invenção inclui a etapa de ajustar o dito relacionamento particular (r) impondo pausas na posição do impulsionador.

Description

“MÉTODO PARA SERVOCONTROLAR UM SISTEMA DE FREIO DE VEÍCULO” [0001] A invenção diz respeito a um método de servocontole em um sistema de freio que tem freios elétricos.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO [0002] Aeronaves modernas têm sistemas de freio que incluem freios elétricos providos com atuadores eletromecânicos.

[0003] Cada atuador compreende um impulsionador voltado para uma pilha de discos e deslocado pelo acionamento de um motor elétrico para aplicar uma força de frenagem na pilha de discos de maneira seletiva.

[0004] Tais freios estão em geral sob controle de força com base em um ponto de ajuste de frenagem.

[0005] A invenção se aplica mais particularmente a um atuador provido com um sensor para detectar posição do impulsionador, mas não incluindo sensor de força capaz de medir a força aplicada pelo impulsionador na pilha de discos.

[0006] Em tais circunstâncias, a fim de poder servocontrolar a força aplicada por tais atuadores, é necessário estivar a força que está é aplicada por um impulsionador em função de parâmetros que podem ser medidos, tais como a posição do impulsionador ou, certamente, a corrente de suprimento de energia que é consumida pelo motor elétrico.

[0007] Alternativamente, o ponto de ajuste de frenagem pode ser convertido em um ponto de ajuste de posição, por meio do que o servocontrole de posição pode ser realizado.

[0008] O servocontrole que é implementado em geral depende de parâmetros, relacionamentos e modelos que são estimados a priori. Entretanto, as condições nas quais um freio opera podem mudar durante a vida útil do freio, tornando assim o seu servocontrole menos preciso.

[0009] É de conhecimento, em particular pela patente U.S. no. 6.178.369, ajustar uma relação entre o ponto de ajuste de frenagem e o ponto de ajuste de posição a fim de se levar em conta as condições operacionais do freio e, em particular, sua temperatura ou o grau de desgaste de seus discos. Com esta finalidade, o freio é

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2/10 forçado a operar sob condições nas quais a força aplicada pelo impulsionador nos elementos de atrito depende essencialmente de uma corrente alimentada ao motor elétrico, e, para um ou mais pontos operacionais, da posição do impulsionador e da força que ele exerce são observados. Esses pares posição e força medidos desta maneira são usados para ajustar o relacionamento, por exemplo, por um método de regressão convencional.

OBJETIVO DA INVENÇÃO [0010] Um objetivo da invenção é fornecer uma implementação particular do princípio geral supramencionado.

Breve DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO [0011] Para se atingir este objetivo, a invenção fornece um método de servocontolar um sistema de freio de veículo que inclui pelo menos um freio elétrico que tem pelo menos um atuador eletromecânico que compreende um impulsionador voltado para os elementos de atrito e acionado por um motor elétrico para aplicar uma força seletiva nos elementos de atrito em resposta a um ponto de ajuste de freio, o método fazendo uso de um relacionamento para transformar um ponto de ajuste para a força a ser aplicada pelo impulsionador nos elementos de atrito em um ponto de ajuste para a posição do impulsionador, o método compreendendo as etapas de:

. operar o freio sob condições operacionais nas quais a força aplicada pelo impulsionador nos elementos de atrito depende essencialmente de uma corrente de suprimento de energia que passa pelo motor elétrico;

. para pelo menos um dado ponto operacional, identificar uma posição e uma corrente correspondente, e deduzir uma força correspondente a partir da corrente medida desta maneira; e . usar a posição e a força determinadas desta maneira para ajustar o relacionamento entre o ponto de ajuste de posição e o ponto de ajuste de força.

[0012] De acordo com a invenção, as ditas condições operacionais incluem impor uma ou mais pausas na posição do impulsionador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

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3/10 [0013] A invenção pode ser mais bem entendida sob a luz da descrição seguinte que se refere às figuras dos desenhos anexos.

[0014] A figura 1 é uma vista seccional de um freio elétrico que tem atuadores eletromecânicos.

[0015] A figura 2 é uma vista diagramática do servocontrole usado para controlar os atuadores.

[0016] A figura 3A é um gráfico que mostra como a posição (linha em negrito) e a corrente de suprimento de energia (linha fina) variam em função do tempo no método da invenção.

[0017] A figura 3B é um gráfico que mostra como o relacionamento entre a força e a posição do impulsionador é ajustado no método da invenção.

[0018] A figura 4 é um gráfico que mostra variações em função do tempo em um ponto de ajuste de posição usado em uma primeira implementação do método da invenção.

[0019] A figura 5A é um gráfico que mostra variação em função do tempo em um ponto de ajuste de posição usado em uma segunda implementação do método da invenção.

[0020] A figura 5B é um gráfico que mostra a variação em função do tempo na corrente de suprimento de energia do atuador em associação com o ponto de ajuste de posição da figura 5A.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0021] O método da invenção está descrito aqui com detalhes aplicado a uma aeronave que tem uma certa quantidade de rodas freadas, do tipo mostrado na figura 1. Cada uma das rodas freadas compreende um aro 5 adequado para receber um pneumático (não mostrado) e montado para rotacionar em um eixo 6 suportado por um dos trens de poucos da aeronave. O eixo 6 tem montado nele um anel 7 que leva atuadores 8. Um tubo de torção 9 é preso no anel 7 e se estende ao interior do aro 5 e termina com um batente 10. O anel 7, e assim o tubo de torção 9, são impedidos de girar em relação ao eixo geométrico 6 por mecanismos de chaveamento (não mostrados).

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4/10 [0022] Entre o apoio 10 e os atuadores 8 se estende uma pilha de discos 11 constituída de discos do rotor que têm a rotação limitada com o aro 5, e discos do estator que têm a rotação limitada com o tubo de torção 9.

[0023] Cada um dos atuadores 8 compreende um corpo 12 no qual um impulsionador 13 é montado voltado para a pilha de discos 11 para mover linearmente mediante acionamento de um motor elétrico contido no corpo 11, de maneira a aplicar uma força seletivamente na pilha de discos 11, força esta que, induzindo forças de atrito entre os rotores e os estatores na pilha de disco, contribui para desacelerar a rotação do aro 5, freando assim a aeronave. Cada um dos atuadores 8 inclui um sensor de posição 14 para medir os deslocamentos lineares do impulsionador 13.

[0024] Os atuadores 8 são associados com um módulo de controle 50 capaz de operar em um modo controlado no qual cada impulsionador 13 se move em relação à pilha de discos 11 por meio do motor elétrico associado em resposta a um ponto de ajuste de freio que é gerado em particular com base nos sinais provenientes dos pedais de freio 51 atuados pelo piloto.

[0025] Em tais atuadores, o torque imposto pelo motor na unidade do motor e na caixa de engrenagens para transformar o movimento rotativo do motor em movimento linear na translação do impulsionador é diretamente proporcional à magnitude da corrente que alimenta o motor. Isto pode ser escrito como Cem = K.i, onde Cem é o torque eletromagnético, K é um coeficiente de proporcionalidade, e i e a corrente de suprimento de energia consumida pelo motor elétrico.

[0026] No entanto, nem todo o torque eletromagnético Cem é consumido na ação exercida pelo impulsionador 13 contra a pilha de discos. Uma fração do torque eletromagnético Cem é consumida para superar efeitos de inércia (aceleração ou desaceleração do impulsionador e das massas em movimento associadas). Uma outra fração do torque eletromagnético Cem é consumida para compensar o atrito estático e o atrito viscoso (isto é, o atrito que depende da velocidade) que se opõem ao deslocamento do impulsionador 13. Isto pode ser escrito da seguinte maneira: Cem = Ci + Cfs + Cfv + Cu

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5/10 onde:

Ci é o torque de inércia;

Cfs é o torque do atrito estático;

Cfv é o torque do atrito viscoso; e

Cu é o torque útil.

[0027] O torque útil dá origem a uma força F, de maneira tal que Cu = a.q.F, onde a é um coeficiente de transmissão diretamente associado com a configuração da unidade do motor e da caixa de transmissão, onde η é a eficiência da dita transmissão.

[0028] O módulo de controle 50 é adaptado para servocontrolar os atuadores da maneira ilustrada pela figura 2.

[0029] O ponto de ajuste de frenagem F é inicialmente transformado em um ponto de ajuste de posição x. Com este propósito, faz-se uso de um relacionamento R entre a posição do impulsionador 13 e a força exercida pelo impulsionador 13 na pilha de discos 11.

[0030] Este ponto de ajuste x forma a entrada em um laço de realimentação de posição. Este ponto de ajuste é subtraído da posição x do impulsionador 13 medida pelo sensor de posição 14.

[0031] A diferença resultante ε_χ é processada por uma primeira função de transferência G do tipo PID (proporcional, integral e diferencial) de maneira a ser transformada em um ponto de ajuste de corrente í. Deste ponto de ajuste é subtraída a corrente i medida pelo sensor de corrente 15 que, neste caso, é integrada no módulo de controle 50.

[0032] A diferença resultante εί é então processada por uma função de transferência H (um PID) e é em seguida entregue ao motor elétrico do atuador.

[0033] Observou-se que o relacionamento R entre a posição e a força exercida pelo impulsionador é particularmente sensível ao desgaste do disco. Um objetivo específico da invenção é ajustar este relacionamento R para levar em conta tal

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6/10 desgaste.

[0034] Com este propósito, e nas implementações particulares supradescritas, forças Fp correspondentes a uma pluralidade de posições Xp do impulsionador são estimadas, e os pares estimados resultantes (Xp, Fp) são usados para ajustar o relacionamento R entre posição e força, por exemplo, usando um método de regressão convencional.

[0035] De acordo com a invenção, e conforme mostrado nas figuras 3A e 3B, o impulsionador 13 é inicialmente impelido a avançar a uma velocidade constante.

[0036] Uma vez que sua velocidade é mantida constante, os efeitos da inércia são nulos, de maneira tal que o torque Ci é zero. Deve-se tomar cuidado para manter a velocidade em um valor que seja baixo o bastante para garantir que a força de atrito viscoso Cfv sempre permaneça desprezível.

[0037] No gráfico 3A, a curva em linha em negrito representando as posições ocupadas pelo impulsionador 13 está então não forma de uma linha reta, com a origem do tempo sendo considerada o momento em que o impulsionador 13 entra em contato com a pilha de discos 11.

[0038] Durante um primeiro estágio em que o impulsionador 13 não está em contato com a pilha de discos, o torque útil Cu é zero, de maneira tal que todo o torque eletromagnético sirva para superar o atrito estático. Medindo-se a corrente de suprimento de energia fo nesta situação, é obtida uma medição do atrito estático:

Cf = K. i0 [0039] A corrente i₀ é visível na curva com linhas finas para a corrente. É a corrente constante consumida pelo motor antes de o impulsionador 13 entrar em contato com a pilha de discos 11.

[0040] Durante um segundo estágio no qual o impulsionador 13 está em contato com uma pilha de discos 11, o torque não é zero e pode ser deduzido diretamente da corrente medida i:

Cu = K. (i - i0) [0041] De acordo com o princípio geral da invenção, o deslocamento é conferido ao impulsionador 13 que inclui um certo número de pausas durante o que o

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7/10 impulsionador 13 permanece estacionário. No gráfico da figura 3A, pode-se ver, para um instante t_p tomado durante uma dessas pausas, a posição x_p e corrente i_pcorrespondentes.

[0042] Uma vez que o impulsionador tenha estabilizado na posição, a posição Xp e a corrente de suprimento de energia correspondente i_p são medidas. Em tais condições, o torque de inércia Ci e o torque do atrito viscoso Cfv são zero, de maneira tal que a força aplicada pode ser deduzida diretamente da corrente usando o seguinte relacionamento:

Fp = K. (ip - i0) / a η.

[0043] Repetindo-se essas medições diversas vezes, e associando-se cada corrente medida ip com uma força Fp usando o relacionamento supraespecificado, uma série de pares (Xp, Fp) é obtida, representada por cruzes no gráfico da figura 3B. Esses pares são usados de acordo com a invenção para ajustar o relacionamento R entre o ponto de ajuste de posição e o ponto de ajuste de força, usado durante a realização do servocontrole, com o ajuste sendo implementado usando um método de regressão convencional.

[0044] A força pode ser estimada a partir da corrente de várias maneiras diferentes.

[0045] Em uma primeira variante, deve-se tomar cuidado em usar as posições nas quais o torque útil Cu é muito maior do que o torque do atrito estático Cf, isto é, posições nas quais a corrente de suprimento de energia ip é muito maior do que a corrente i₀, de maneira tal que i₀ pode ser ignorado. Então é possível estimar uma força Fp correspondente a partir da corrente de suprimento de energia medida iP usando o seguinte relacionamento:

Fp = K . ip/ a . η [0046] Em uma outra variante, o impulsionador é forçado a avançar a uma velocidade que é constante mas, no entanto, alta a fim de economizar tempo. Em tais circunstâncias, o atrito viscoso não pode mais ser desprezado, mas é incorporado na corrente i0.

[0047] Com o princípio geral da invenção supraexplicado, segue-se uma

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8/10 descrição de implementações particulares da invenção.

[0048] Em uma primeira implementação mostrada na figura 4, as pausas de posição são obtidas usando um ponto de ajuste de posição x que inclui pausas.

[0049] Em cada uma das pausas obtidas desta maneira, a posição, a corrente e a força exercida pelo impulsionador se estabilizam. Esta estabilização é facilmente identificada supervisionando as variações no sinal do sensor de posição do atuador. Basta então identificar a posição e corrente correspondentes a fim de se obter um par (x_P, i_P). Deduzindo-se a força da corrente medida, da maneira supradescrita, o seguinte par (x_P, Fp) é finalmente obtido.

[0050] Deve-se observar que o ponto de ajuste de posição x inclui uma posição inicial de deslocamento do impulsionador a velocidade constante, tornando assim possível medir a corrente i₀.

[0051] Na prática, se o atuador puder ser servocontrolado diretamente na posição, basta então usar o ponto de ajuste da posição x mostrado na figura 4. Caso contrário, basta transformar o ponto de ajuste de posição x em um ponto de ajuste de força correspondente usando o relacionamento que é o inverso ao relacionamento R.

[0052] Em uma segunda implementação da invenção mostrada na figura 5A, os pontos de ajuste de posição são obtidos usando um ponto de ajuste de posição x que aumenta indefinidamente a uma velocidade constante.

[0053] Conforme se pode ver na figura 5B, a corrente de suprimento de energia necessária para supervisionar o ponto de ajuste de posição x aumenta de maneira substancialmente linear do instante de contato (considerado como a origem de tempo no gráfico) até um instante t* no qual a corrente atingiu o limite da corrente disponível máxima l_max· [0054] Deste ponto em diante, a corrente i se estabiliza no valor l_max, que implica que o impulsionador pára, conforme se pode ver na figura 5A, provendo-o assim

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9/10 com uma pausa na posição.

[0055] Quando a posição parada do impulsionador tiver estabilizada, a posição correspondente Xp é medida. A corrente ip é naturalmente a corrente Imax. Deduzindose a força da corrente, o par (xp, Fx) é finalmente obtida.

[0056] Na prática, o patamar de corrente disponível máxima depende de:

. tanto de limitações estruturais do suprimento de energia, de maneira tal que a corrente disponível máxima seja a corrente máxima que o suprimento de energia é capaz de entregar;

. como senão de uma limitação de suporte lógico que entra com um limite da corrente que pode ser usado pelo atuador a um certo nível selecionado (naturalmente menor ou igual à corrente máxima que pode ser entregue), tornando assim possível implementar uma pluralidade de pausas, selecionando-se uma pluralidade de níveis para a corrente disponível máxima.

[0057] Naturalmente, a posição do impulsionador tem uma pausa, como é frequentemente necessário, para adquirir pares suficientes para poder ajustar o relacionamento R. Assim, uma pausa pode ser suficiente se o relacionamento R depender de um parâmetro apenas que pode ser determinado por meio do patamar de torque (xp, Fp) medido por meio da execução de uma única pausa. No entanto, e preferivelmente, uma pluralidade de pausas é preferivelmente implementada.

[0058] Em tais circunstâncias, o ajuste torna possível primeiramente evitar a aplicação de pressão em excesso sem pontos na pilha de discos, que de uma maneira sem ponto causaria fadiga do freio e desgastes dos discos prematuramente, e, em segundo lugar, evitar aplicação de força insuficiente, que levaria a um menor desempenho da frenagem.

[0059] A invenção não está limitada à descrição apresentada, mas, pelo contrário, ela cobre qualquer variação que se enquadre no âmbito definido pelas reivindicações.

[0060] Em particular, o ajuste da invenção é preferivelmente implementado quando o trem de pouso for abaixado e antes de a aeronave aterrissar. Assim, o relacionamento R entre o ponto de ajuste de posição e o ponto de ajuste de força é

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10/10 reajustado antes de cada decolagem, de maneira a levar em conta o estado de desgaste dos discos. No entanto, a etapa de ajuste pode ser implementada em outras circunstâncias, por exemplo, em reposta aos elementos de atrito excederem o patamar de desgaste, ou, certamente, periodicamente, uma vez a cada dez voos, ou 100 voos, durante a substituição dos elementos de atrito, ou, certamente, durante a realização de manutenção em uma oficina.

[0061] Embora o ponto de ajuste de frenagem aqui descrito seja um ponto de ajuste de força, é também possível aplicar a invenção a um ponto de ajuste expresso como uma percentagem de uma força máxima.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método de servocontrolar um sistema de freio de veículo que inclui pelo menos um freio elétrico provido com um atuador (8) que compreende um impulsionador (13) voltado para os elementos de atrito (11) e acionado por um motor elétrico para aplicar uma força seletivamente contra os elementos de atrito em resposta a um ponto de ajuste de freio, o método fazendo uso de um relacionamento (R) para transformar um ponto de ajuste para a frenagem a ser aplicada pelo impulsionador em um ponto de ajuste para a posição do impulsionador, compreendendo as etapas de:

. operar o freio sob condições nas quais a força aplicada pelo impulsionador contra os elementos de atrito depende de uma corrente de suprimento de energia que é fornecida ao motor elétrico;

. para pelo menos um dado ponto operacional, identificar uma posição (xp) do impulsionador e a corrente de suprimento de energia correspondente (ip) do motor elétrico, e deduzir uma força correspondente (Fp) da corrente medida; e . ajustar o relacionamento (R) entre o ponto de ajuste de posição e o ponto de ajuste de frenagem em função da posição e da força determinados desta maneira;

o método sendo caracterizado em que as ditas condições operacionais incluem impor pelo menos uma pausa de posições no impulsionador.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma pausa é o resultado do uso de um ponto de ajuste de posição que inclui pelo menos uma pausa.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma pausa resulta do uso de um ponto de ajuste de posição que faz com que o impulsionador se mova de uma maneira tal que a corrente de suprimento de energia do motor elétrico atinja um nível de corrente disponível máximo.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de ajuste é implementada pelo menos uma vez por ciclo de utilização do

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