CN104859626A - 一种飞机电静液刹车作动器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种飞机电静液刹车作动器，无刷直流电机输出轴与定排量双向柱塞泵同轴相连，增压油箱向定排量双向柱塞泵的入口提供初始压力，定排量双向柱塞泵的一个出口通过油滤和2位2通电磁阀连通液压缸，另一个出口通过油滤和安全阀连通2位2通电磁阀，2位2通电磁阀的吸合状态由电磁阀控制单元控制，实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换，压力测量单元测量液压缸内部压力，并将压力信息传送给控制器进行压力闭环控制，控制器通过压力指令接口接收刹车压力指令，进而控制电磁阀控制单元和无刷直流电机，液压缸驱动刹车盘。本发明结构简单，效率高，频响高，可长期实现起飞线刹车压力保持，体积重量小。

Description

一种飞机电静液刹车作动器

技术领域

本发明涉及一种飞机刹车作动器。

背景技术

早期的飞机刹车系统直接借鉴了汽车的制动技术。20世纪20年代飞机上采用机械连杆式刹车系统，是一种以人力作为动力源的控制形式，和当时的汽车制动器如出一辙。到了30年代采用了气囊式制动系统，系统增加了直接作用的附件，在提高了刹车力的同时减轻了飞行员的操作负担，但控制形式还是手动操作为主。不久液压式刹车装置正式登上历史舞台，其控制方法和系统结构和以前相比有了很大的进步，主要体现在增加了冷气备份的双余度系统，控制系统由人脑控制变成了惯性传感器(开/关)控制形式。其缺点是飞机刹车系统油源管路长、对飞机结构约束较大、体积重量大、燃油总效率低下等。

近年来随着液压自身技术、计算机控制技术、电机技术和电力电子技术的发展出现了一种新型的电静液作动系统EHA(Electro Hydrostatic Actuator)。将电动机、液压泵、油箱、液压阀组、作动器、检测元件和控制器集成化、小型化，使得该新型集成一体化作动系统体积小并质轻高效，克服了传统液压系统固有的一些缺点，具有重大的理论意义和实用价值。电静液作动器具有较好的灵活性和适应能力，可充分发挥电子与液压两方面的优点，具有高精度和快速响应能力，但是目前的研究主要集中在飞机舵面电静液作动器的研究，对飞机刹车系统电静液作动器的研究极少。

发表于《计算机测量与控制》的文章《基于DSP的电动静液刹车控制系统研究》和发表于《测控技术》的文章《一种新型电静液作动飞机刹车系统》，均提出一种电静液刹车作动器结构，由控制器、直流电机(无刷直流电机)、定排量单向柱塞泵、增压油箱、安全阀、节流阀、2位3通换向阀、汽缸座活塞、单向阀、油滤和信号测量装置等组成。其缺点是系统效率很低(低于50％)，频响不高，不能长期实现起飞线刹车压力保持，体积重量大。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种飞机电静液刹车作动器结构。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括压力指令接口、控制器、无刷直流电机、定排量双向柱塞泵、油滤、增压油箱、电磁阀控制单元、压力测量单元、安全阀、2位2通电磁阀、液压缸和刹车盘。

所述的无刷直流电机输出轴与定排量双向柱塞泵同轴相连并驱动定排量双向柱塞泵运转，增压油箱向定排量双向柱塞泵的入口提供初始压力，定排量双向柱塞泵的一个出口通过油滤和2位2通电磁阀连通液压缸，另一个出口通过油滤和安全阀连通2位2通电磁阀，2位2通电磁阀的吸合状态由电磁阀控制单元控制，实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换，压力测量单元测量液压缸内部压力，并将压力信息传送给控制器进行压力闭环控制，控制器通过压力指令接口接收刹车压力指令，进而控制电磁阀控制单元和无刷直流电机，液压缸驱动刹车盘。

所述的增压油箱通过单向阀向定排量双向柱塞泵的入口提供初始压力。

所述的2位2通电磁阀在需要实现刹车压力跟踪功能时位于导通状态，液压缸内部的压力与定排量双向柱塞泵出口压力相同；当需要实现起飞线刹车压力保压功能时，2位2通电磁阀位于截止状态，液压缸内部的压力实现保持。

本发明的有益效果是：

1)将电机伺服技术和液压作动技术相结合，成功实现了功率电传；

2)系统结构简单，可以直接沿用传统液压传动系统中液压缸、活塞等部件，能够最大程度的维持原系统的设计和布局，易于与传统液压刹车机轮集成，有优良好的技术继承性；

3)效率高，频响高，可长期实现起飞线刹车压力保持，体积重量小；

4)液压油仅在作动系统内做局部内循环，漏油和油污等问题要远小于传统的集中式液压系统，减少飞机地勤维护工作量；

5)没有外部液压源，自带电机和油泵及液压部件，所有的液压装置被集成封装在一体。克服了传统的飞机刹车系统油源管路长、对飞机结构约束较大、体积重量大、燃油总效率低下等缺点。

附图说明

图1为电静液刹车系统原理框图。

图中，1—刹车指令，2—刹车控制器，3—电静液刹车作动器，4—刹车装置(刹车盘)，5—机轮，6—速度传感器。

图2为电静液刹车作动器结构图。

图中，7—压力指令接口，8—控制器，9—无刷直流电机，10—定排量双向柱塞泵，11—单向阀，12—油滤，13—增压油箱，14—电磁阀控制单元，15—压力测量单元，16—安全阀，17—2位2通电磁阀，18—液压缸。

图3为电静液刹车作动器控制结构框图。

图中，19—压力控制器，20—速度控制器，21—电流控制器，22—功率主电路，23—电流采样单元，24—转速采样单元，25—压力采样单元。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：系统包括压力指令接口，控制器，无刷直流电机，定排量双向柱塞泵，单向阀，油滤，增压油箱，电磁阀控制单元，压力测量单元，安全阀，2位2通电磁阀，液压缸，刹车装置(刹车盘)。无刷直流电机与定排量双向柱塞泵同轴相连，用于驱动定排量双向柱塞泵高效运转。增压油箱向定排量双向柱塞泵的入口提供一定的初始压力，防止油液中气穴现象的发生，并对液压油的泄露进行补充，同时也提高了系统的刚度。单向阀同样根据所选定排量双向柱塞泵油封性能等参数决定是否需要。油滤用于滤除液压油长期运行中产生的杂质，保证液压油一定的洁净度。压力测量单元用于测量液压缸内部压力，并将压力信息传送给控制器进行压力闭环控制。为了保证系统的安全，系统中设置了安全阀，以防止系统的过高压力而造成故障。2位2通电磁阀用于实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换。电磁阀控制单元用于控制2位2通电磁阀的吸合状态。刹车装置中的液压缸实际上是一个单作用液压缸，因此采用电静液刹车对原液压刹车装置改装的工作量很小。控制器控制整个刹车作动器的运行。

上述系统的运行方式采用泵控和阀控相结合的方式。

上述的阀控主要实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换。当需要实现刹车压力跟踪功能时，2位2通电磁阀位于导通状态，液压缸内部的压力与定排量双向柱塞泵出口压力相同。当需要实现起飞线刹车压力保压功能时，2位2通电磁阀位于截止状态，液压缸内部的压力实现保持。

上述的泵控为根据飞机刹车压力的指令要求，控制器调节无刷直流电机驱动的定排量双向柱塞泵转速，由压力测量单元构成闭环控制，控制定排量双向柱塞泵的转速，从而控制定排量双向柱塞泵输出的压力和流量，达到刹车压力调节的目的。

上述系统的外部输入为刹车压力指令，其接口为压力指令接口，控制器进行压力环、转速环和电流环控制，把液压缸压力控制在给定压力值。

上述系统工作方式有加压刹车、松刹防滑和压力保持三种状态。加压刹车状态，无刷直流电机正转，压力上升；松刹防滑状态，无刷直流电机反转，压力下降；压力保持状态，电磁阀切换到阻断状态，无刷直流电机停转，液压缸保压，随着液压油泄漏，压力降低，当控制器检测到压力低于某一阈值p_min时，无刷直流电机重新启动加压，至压力高于某一阈值p_max时，电磁阀重新切换到阻断状态，无刷直流电机停转。

如图1所示，电静液刹车系统包括刹车指令1，刹车控制器2，电静液刹车作动器3，刹车装置(刹车盘)4，机轮5和速度传感器6。飞机电静液刹车系统的基本工作原理与液压刹车系统类似，采用与液压刹车系统相同的作动机构，其特点是结合了传统液压制动与全电制动方式的优点，是两种制动方式的有益结合。具体工作过程为：经速度传感器6采集的机轮速度信号送入刹车控制器2，刹车控制器2通过刹车指令1与速度传感器6采集的机轮速度信号产生相应的控制信号输入到电静液刹车作动器3，驱动作动器内部的电机转动，电机带动泵转动，泵驱动液压缸产生制动压力到刹车装置(刹车盘)4，调节刹车装置(刹车盘)4之间的压紧力，产生相应的制动力矩，使机轮5减速，实现飞机的制动刹车。

如图2所示，本发明包括压力指令接口7，控制器8，无刷直流电机9，定排量双向柱塞泵10，单向阀11，油滤12，增压油箱13，电磁阀控制单元14，压力测量单元15，安全阀16，2位2通电磁阀17，液压缸18，刹车装置(刹车盘)4。无刷直流电机9与定排量双向柱塞泵10同轴相连，用于驱动定排量双向柱塞泵10高效运转。增压油箱13向定排量双向柱塞泵10的入口提供一定的初始压力，防止油液中气穴现象的发生，并对液压油的泄露进行补充，同时也提高了系统的刚度。增压油箱13油压根据所选定排量双向柱塞泵10油封性能等参数决定。单向阀11同样根据所选定排量双向柱塞泵10油封性能等参数决定是否需要。油滤12用于滤除液压油长期运行中产生的杂质，保证液压油一定的洁净度。压力测量单元15用于测量液压缸18内部压力，并将压力信息传送给控制器8进行压力闭环控制。为了保证系统的安全，系统中设置了安全阀16，以防止系统的过高压力而造成故障，导致液压缸18破坏，若在着陆滑行时甚至会引发安全事故。2位2通电磁阀17用于实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换，选用电磁球阀可实现良好的保压效果。电磁阀控制单元14用于控制2位2通电磁阀17的吸合状态。刹车装置中的液压缸18实际上是一个单作用液压缸，因此采用电静液刹车对原液压刹车装置改装的工作量很小。控制器8控制整个刹车作动器的运行。

上述系统的运行方式采用泵控和阀控相结合的方式。

上述的阀控主要实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换。当需要实现刹车压力跟踪功能时，2位2通电磁阀17位于导通状态，液压缸18内部的压力与定排量双向柱塞泵10出口压力相同。当需要实现起飞线刹车压力保压功能时，2位2通电磁阀17位于截止状态，液压缸18内部的压力实现保持。

上述的泵控为根据飞机刹车压力的指令要求，控制器8调节无刷直流电机9驱动的定排量双向柱塞泵10转速，由压力测量单元15构成闭环控制，控制定排量双向柱塞泵10的转速，从而控制定排量双向柱塞泵10输出的压力和流量，达到刹车压力调节的目的。

上述系统的外部输入为刹车压力指令，其接口为压力指令接口7，控制器8进行压力环、转速环和电流环控制，把液压缸18压力控制在给定压力值。

上述系统工作方式有加压刹车、松刹防滑和压力保持三种状态。加压刹车状态，无刷直流电机9正转，压力上升；松刹防滑状态，无刷直流电机9反转，压力下降；压力保持状态，电磁阀17切换到阻断状态，无刷直流电机9停转，液压缸18保压，随着液压油泄漏，压力降低，当控制器8检测到压力低于某一阈值p_min时，无刷直流电机9重新启动加压，至压力高于某一阈值p_max时，电磁阀17重新切换到阻断状态，无刷直流电机9停转。

参照图3，应用于上述的电静液刹车作动器的控制器8包括压力控制器19，速度控制器20，电流控制器21，功率主电路22，电流采样单元23，转速采样单元24和压力采样单元25。电静液刹车作动器3的控制策略采用三闭环控制，即：压力控制器19外环、速度控制器20中环和电机电流控制器21内环。各环的调节器可采用PID控制策略，为进一步克服非线性因素影响，提高系统的动、静态性能，也可引入非线性控制或智能控制策略，如模糊控制、神经网络控制、自抗扰控制、迭代学习控制等。

上述的压力控制器19的作用就是保证系统静态精度和动态跟踪的性能。其主要作用为：产生的速度控制器20指令并使无刷直流电机9准备跟踪。通过设定的给定压力与实际压力相比较，利用其偏差通过压力控制器19来产生无刷直流电机9的速度指令，当无刷直流电机9初始启动后(大偏差区域)，应产生最大速度指令，使无刷直流电机9加速并以最大速度恒速运行，在小偏差区域，产生逐次递减的速度指令，使无刷直流电机9减速运行直至最终目标压力与实际压力相等。

上述的速度控制器20的主要作用是提高系统的抗干扰性能和动态性能，抑制速度波动。

上述的电流控制器21的作用主要是：1)限制最大电流，使系统有足够大的加速转矩，在无刷直流电机9过载甚至于堵转时，限制电枢电流的最大值，从而起到快速的安全保护作用。如果故障消失，系统能够自动回复正常，保障系统安全运行；2)改造内环控制对象的传递函数，提高系统的快速性；3)及时抑制电流环内部的干扰；4)对电网电压起到及时的抗干扰作用。

上述的功率主电路22为与无刷直流电机9相匹配的三相全桥以及其驱动电路，其接收电流控制器21发出的6路PWM信号，并通过6个开关管的开通关断，控制无刷直流电机9的运转。

上述的电流采样单元23采集无刷直流电机9的母线电流，经滤波处理后，通过电流控制器21构成闭环控制。

上述的转速采样单元24采集无刷直流电机9的转速，经滤波处理后，通过速度控制器20构成闭环控制。

上述的压力采样单元25采集液压缸18的压力，经滤波处理后，通过压力控制器19构成闭环控制。

Claims (3)

1.一种飞机电静液刹车作动器，包括压力指令接口、控制器、无刷直流电机、定排量双向柱塞泵、油滤、增压油箱、电磁阀控制单元、压力测量单元、安全阀、2位2通电磁阀、液压缸和刹车盘，其特征在于：所述的无刷直流电机输出轴与定排量双向柱塞泵同轴相连并驱动定排量双向柱塞泵运转，增压油箱向定排量双向柱塞泵的入口提供初始压力，定排量双向柱塞泵的一个出口通过油滤和2位2通电磁阀连通液压缸，另一个出口通过油滤和安全阀连通2位2通电磁阀，2位2通电磁阀的吸合状态由电磁阀控制单元控制，实现刹车压力跟踪与起飞线刹车压力保压功能之间的切换，压力测量单元测量液压缸内部压力，并将压力信息传送给控制器进行压力闭环控制，控制器通过压力指令接口接收刹车压力指令，进而控制电磁阀控制单元和无刷直流电机，液压缸驱动刹车盘。

2.根据权利要求1所述的飞机电静液刹车作动器，其特征在于：所述的增压油箱通过单向阀向定排量双向柱塞泵的入口提供初始压力。

3.根据权利要求1所述的飞机电静液刹车作动器，其特征在于：所述的2位2通电磁阀在需要实现刹车压力跟踪功能时位于导通状态，液压缸内部的压力与定排量双向柱塞泵出口压力相同；当需要实现起飞线刹车压力保压功能时，2位2通电磁阀位于截止状态，液压缸内部的压力实现保持。