CN105008195A - 依赖于所应用的制动电力控制的电压滞后的电制动系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种操作用于交通工具的电制动器的方法，其包括至少监测交通工具的电力系统中的电压，和基于至少所监测的电压调整提供到所述电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

Description

依赖于所应用的制动电力控制的电压滞后的电制动系统和方法

相关申请的交叉引用

本国际专利申请依赖于2013年3月6日提交的美国临时专利申请序列号61/773,508的优先权，其全部内容在此通过引用的方式并入本文。

发明领域

本发明涉及用于交通工具(特别是飞机)的制动器系统的构造和操作和操作用于交通工具的制动器系统的方法。更具体而言，本发明涉及依赖所应用的制动器的控制的电压滞后的电制动系统的构造和控制方案。

相关技术的描述

传统上，飞机依赖液压系统对飞机上的制动器提供动力。

电制动系统近来已经成为飞机设计师的考虑。电制动系统提供与液压系统相同的制动电力。电制动系统依赖伺服电动机来对飞机的制动器上的制动片施加压力。

此外，还存在多个冗余电动机和制动器控制器的更大可调度性。

如本领域技术人员应清楚的，载于飞机的主电力由名义上是28伏(28VDC)的DC电力系统提供。这被认为是飞机的行业标准。应指出，一些飞机具有较高操作电压。其它飞机具有较低操作电压，即24VDC或12VDC。

相对于电制动系统，如果载于飞机的电力系统的电压变化，则会出现一个挑战。

基本物理教导：在特定时刻电气系统中可用的瞬时功率(P)与系统中可用的电流(I)和电压(V)两者成正比。以下等式定义这种关系：

P＝I·V＝I²·R＝V²/R.............................(1)

如从上面等式应清楚的，随着电压的减小，电流必须增加，使得电气系统提供相同幅度的功率。

考虑到这一点，选择将电制动器合并到飞机上的飞机设计师发现可谨慎地调适载于飞机上的电压变化。

发明概要

本发明解决了与调适载于飞机上的电压变化相关联的挑战。

结果是，本发明提供了一种操作用于交通工具的电制动器的方法，其包括：至少监测交通工具的电力系统中的电压；和基于至少所监测的电压调整提供到电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

本发明预期交通工具是飞机。

也可预期，该方法根据电压随时间的增加和电压随时间的减小而操作，从而将功率限于不低于最大值的80％。

当电压减小时，本发明预期，可根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数。第一电流和第一电压可表现具有负斜率的基本上线性第一关系。可根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数。第二电流和第二电压可表现具有负斜率的基本上线性第二关系，并且其中第一电流大于第二电流。可根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数。第三电流和第三电压可表现其间的第三线性关系。

也可预期，第三线性关系可表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

对于本发明，当电压增加时，第一电压可介于约22V至28V(或最大值)之间。第一电流可介于约17A至21A之间。第二电压可介于约17V至22V之间。第二电流可介于约12A至17A之间。第三电压可以是约22V。

对于本发明，当电压增加时，可根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数。第一电流和第一电压可表现具有负斜率的基本上线性第一关系。可根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数。第二电流和第二电压可表现具有负斜率的基本上线性第二关系，且其中第一电流大于第二电流。可根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数。第三电流和第三电压可表现其间的第三线性关系。

第三线性关系可表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

当电压减小时，第一电压可介于约24V至28V(或最大值)之间。第一电流可介于约17A至21A之间。第二电压可介于约17V至24V之间。第二电流可介于约12A至17A之间。第三电压可以是约24V。第三电流可介于约13A和23A之间。

本发明也预期提供用于根据可执行的指令集操作用于交通工具的电制动器的控制器。控制器至少接收交通工具的电力系统中的电压，并基于至少所监测的电压调整提供到电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

此外，本发明提供了可执行指令集，其可在用于操作交通工具的电制动器的控制器上执行。可执行指令集执行包括以下的方法：至少接收交通工具的电力系统中的电压，和基于至少所监测的电压调整提供到电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

通过以下段落，本发明的其它方面将变得明显。

附图说明

现在将结合所附的图来描述本发明，其中：

图1是可采用本发明的电气制动系统的类型的飞机的透视图；

图2是根据本发明的制动系统的一个所预期实施方案的图形表示；

图3是描绘本发明的电气制动器系统的电流对电压的图；和

图4是示出根据本发明的制动系统的操作的一个预期方法的流程图。

具体实施方式

现在将结合本发明的一个或多个实施方案来描述本发明。任何特定的实施方案的讨论不旨在限制本发明。与此相反，所选实施方案的讨论旨在举例说明本发明的广度和范围。如本领域技术人员应清楚的，在不脱离本发明的范围的情况下，可采用本文所描述的实施方案的变化和等同物。这些变化和等同物旨在由本专利申请的范围所涵盖。

现在将在飞机10的构造(诸如图1中提供的透视图中示出的飞机)的内容中讨论本发明。

图1是本发明适用的飞机10的透视图。飞机10包括限定前端14和后(或尾)端16的机身12。两个机翼18、20从机身12横向延伸。尾翼部分22附接到飞机的后端16。如本领域技术人员应清楚的，机翼18、20和尾翼部分22合并负责飞机10的飞行特性和飞行运行的多个控制表面。两个发动机24、26从机翼18、20悬挂并与其连接，如图所示。如本领域技术人员应清楚的，在不脱离本发明的范围的情况下，两个发动机24、26可替代地位于飞机的后端16。

飞机10上的制动器通常是盘式制动器，类似于可在汽车上发现的盘式制动器。在盘式制动器中，制动片位于转子的任一侧。卡钳(或多个卡钳)将压力施加到制动片来抵靠转子挤压制动片。施加的压力越大，施加到转子上的制动力越大。

相对于本发明的飞机10，电动机连接到制动盘以对其施加压力。由电动机所施加的压力对应于由电动机产生的功率。如在上面结合等式(1)所讨论的，由伺服电动机所产生的功率与可用于伺服电动机的电流和电压成正比。

在飞机10上，通常提供28V的电源。虽然不期望在正常操作过程中电压将与28V标准偏离太大，但是当飞机设计师设计飞机10时，他们考虑到飞机10上的各种系统的系统电压的变化的影响。这包括载于飞机10上的电制动系统的电压变化的影响。

如本领域技术人员应清楚的，且如从等式(1)的理解中应清楚的，在系统的电压减小时，系统需要增加电流来提供恒定功率。然而，在电流增加时，存在以下增加的风险：电流可能会超过电路断路器的阈值。如果飞机10的制动系统上的电路断路器跳闸(或打开)，则通过该电路断路器的制动系统的功率将被禁用，从而需要飞机依赖一个或多个冗余系统。优选设计一种系统来最小化或消除这样一组情况发生的可能性。

可能被采用的一种可能的解决方案是将电路断路器与较高电流阈值结合。然而具有较高设定点的电路断路器更昂贵且会对飞机10增加重量。结果是，较大电路断路器不一定是合适的解决方案。

本发明提供一种用于飞机10的电制动系统28，其依赖较小容量电路断路器，同时提供多于最小量制动功率来停止飞机10。

图2示出本发明的制动系统28的一个预期的实施方案。

制动系统28包括电压传感器30，其测量载于飞机10的电力系统中的电压。电压传感器30将输入提供到制动器控制器32来监测载于飞机10的电力系统中的电压。如在下面更详细讨论的，制动器控制器32基于电压V控制提供到制动器36的电流I。在一个实施例方案中，电流I被提供到制动器36的电动机。

如本领域技术人员应清楚的，电路断路器34被设计为在电流I超过预定阈值量时打开(或跳闸)。电路断路器34因此对所选组件提供电气保护以防止过电流I。

图3提供描绘本发明的制动系统的电流对电压的曲线图。图3也示出制动器控制器32操作的方式。

结合控制器32，应指出，控制器32可作为软件、硬件或两者的组合而实施。控制器32可以是包括处理器的独立装置。或者，控制器32可以是飞机10上的另一组件的一部分(在其上(或由其)基于输入电压V来执行控制逻辑)。

如图所示，图3包括两个曲线图。左手曲线图40描绘在电压减小时的电流对电压。右手曲线图42描绘在电压增加时的电流与电压之间的关系。在任一情况下，曲线图都示出根据载于飞机10上的电力系统的电压V的本发明的制动系统28的操作。

应指出，不管沿任何曲线的操作点如何，本发明都旨在提供完全的飞机制动能力。为了实现这个目的，两条曲线40、42限定三个独立行为区44、46、48，这些在图3中一般由括号指定。

第一行为区44处于在曲线40、42的顶部。第二行为区46处于曲线40、42的底部。第三行为区48位于第一和第二行为区44、46之间的过渡处。

第一行为区44示出用于制动系统28的电流I和电压V之间的基本上线性关系。在该第一区44中，制动系统28以最高制动力操作。结果是，在该第一行为区44中，制动系统28以最快制动速度操作。

第二行为区46示出用于制动系统28的电流I和电压V之间的基本上线性关系。在该第二行为区46中，制动系统28以最低容许制动力操作，同时确保充分制动电力来停止飞机10。结果是，在该第二行为区46中，制动系统28以最低容许(或可接受)制动速度操作。

应指出，对于两个行为区44、46，制动系统28具有全部能力来停止飞机10。然而，在第二行为区46中，飞机10将需要较长距离来完全停止，因为施加到制动器36的功率小于第一行为区44中的功率。考虑曲线40、42的另一种方法是第一行为区44示出以100％操作制动系统，而第二行为区46示出以80％的能力操作制动系统。

如上所述，制动系统28被设计为将恒定功率P提供到制动器36以用于每个行为区44、46。在第三行为区48中，根据在该过渡区中选择的关系，功率在第一行为区44和第二行为区46之间变化。

第三操作区48限定在第一行为区44和第二行为区46之间的过渡的电流I和电压V之间的关系。对于所示的实施方案，过渡是基本即时的。换言之，对于所示的实施方案，已经选择了触发电压V。当飞机10中的功率P达到触发电压V时，制动系统从第一行为区44过渡到第二行为区46。具体参照图3所示的曲线40，在约22V处，制动系统28在第一行为区44和第二行为区46之间过渡。

虽然在图3中针对两条曲线40、43示出第三行为区48的基本瞬时过渡，但是不需要该过渡来实践本发明。可预期过渡在电压V的范围内可以是线性的。预期本发明涵盖即时过渡或逐渐过渡。

应指出，曲线40、42遵循相同的基本操作原理。不同之处在于以下事实：曲线40、42根据电压V的行为以不同电流I和电压V操作。如上所述，如果电压V减小，则左手曲线40限定本发明的制动系统28的行为。如果电压V增加，则右侧曲线42限定用于本发明的制动系统28的电流I和电压V之间的关系。

如本领域技术人员应清楚的，这些曲线限定本发明的制动系统28中所采用的电流的行为滞后的实施例。

如从图3中明显的，在第一行为区44中，制动系统28根据具有负斜率的基本上线性关系操作。在第二行为区46中，制动系统28也表现具有负斜率的基本上线性关系。第二行为区46由小于与第一行为区44相关联的电流和/或电压的电流I和/或电压V限定。由于第三行为区48在第一行为区44和第二行为区46之间具有突然过渡，所以过渡的斜率基本上是无限的(即，垂直线)。如上所述，第三行为区48中的关系可以是线性的，具有正斜率或具有负斜率，而不脱离本发明的范围。

图4提供示出根据本发明的一个预期方法50的流程图。

方法50开始于步骤52。

方法进行到步骤54，在该步骤中，电压V由载于飞机10上的电力系统中的电压传感器30测量。

在步骤56中，控制器32调整提供到制动器36的功率P，使得基本恒定功率P被提供到制动器36。在该步骤中，控制器32根据第一行为区44控制电流I。

在步骤58中，控制器32过渡功率控制以遵循与第二行为区46相关联的图表。控制器32响应于预定阈值电压V的接收而作出该过渡。从与第一行为区44相关联的图表到第二行为区46的过渡遵循与第三行为区48一致的预定逻辑。在第三行为区48中，控制器32根据选择用于该操作区的预定关系调整提供到制动器36的功率。

在步骤60中，控制器32调整提供到制动器36的功率P，使得基本恒定功率P被提供到制动器36。在该步骤中，控制器32根据第二行为区46控制电流I。

方法结束于步骤62。

如从上文应明显的，方法50是迭代的且以预定的时间间隔调整。特别而言，步骤54和56限定本发明的方法50的基本操作。

虽然电流I和电压V之间的关系被示为基本上线性的，但是应指出，该关系不必是线性的来实践本发明。可预期，在不脱离本发明的范围的情况下，该关系可呈现曲线图表。

如上所述，在此描述的(多个)实施方案旨在是本发明的宽范围的示例性。所描述的(多个)实施方案的变化和等同物旨在由本发明所涵盖，如本文所描述的。

Claims (40)

1.一种操作用于交通工具的电制动器的方法，其包括：

至少监测所述交通工具的电力系统中的电压；和

基于至少所监测的电压调整提供到所述电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述交通工具是飞机。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法根据所述电压随时间的增加和所述电压随时间的减小而操作，从而将所述功率限于不小于最大值的80％。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

当所述电压减小时，

根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数，其中所述第一电流和所述第一电压表现具有负斜率的基本上线性第一关系，

根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数，其中所述第二电流和所述第二电压表现具有负斜率的基本上线性第二关系，并且其中所述第一电流大于所述第二电流，且

根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数，其中所述第三电流和所述第三电压表现其间的第三线性关系。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三线性关系表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电压介于约22V至28V之间。

7.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电压介于约22V至最大值之间。

8.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电流介于约17A至23A之间。

9.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一电流介于最小值至23A之间。

10.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二电压介于约17V至22V之间。

11.根据权利要求4所述的方法，其中所述第二电流介于约13A至17A之间。

12.根据权利要求4所述的方法，其中所述第三电压是约22V。

13.根据权利要求3所述的方法，其中：

当所述电压增加时，

根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数，其中所述第一电流和所述第一电压表现具有负斜率的基本上线性第一关系，

根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数，其中所述第二电流和所述第二电压表现具有负斜率的基本上线性第二关系，且其中所述第一电流大于所述第二电流，且

根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数，其中所述第三电流和所述第三电压表现其间的第三线性关系。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三线性关系表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电压介于约24V至28V之间。

16.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电压介于约24V至最大值之间。

17.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一电流介于约17A至21A之间。

18.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二电压介于约17V至23V之间。

19.根据权利要求13所述的方法，其中所述第二电流介于约12A至17A之间。

20.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三电压是约24V。

21.根据权利要求13所述的方法，其中所述第三电流介于约12A和21A之间。

22.一种用于根据可执行的指令集操作用于交通工具的电制动器的控制器，其中所述控制器：

至少接收所述交通工具的电力系统中的电压；

基于至少所监测的电压调整提供到所述电制动器的功率以根据预定行为控制电流。

23.根据权利要求22所述的控制器，其中所述交通工具是飞机。

24.根据权利要求22所述的控制器，其中所述控制器响应于所述电压随时间的增加和所述电压随时间的减小，从而将所述功率限于不小于最大值的80％。

25.根据权利要求22所述的控制器，其中：

当所述电压减小时，

根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数，其中所述第一电流和所述第一电压表现具有负斜率的基本上线性第一关系，

根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数，其中所述第二电流和所述第二电压表现具有负斜率的基本上线性第二关系，且其中所述第一电流大于所述第二电流，且

根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数，其中所述第三电流和所述第三电压表现其间的第三线性关系。

26.根据权利要求25所述的控制器，其中所述第三线性关系表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

27.根据权利要求25所述的控制器，其中所述第一电压介于约22V至28V之间。

28.根据权利要求25所述的控制器，其中所述第一电流介于约17A至23A之间。

29.根据权利要求25所述的控制器，其中所述第二电压介于约17V至22V之间。

30.根据权利要求26所述的控制器，其中所述第二电流介于约12A至17A之间。

31.根据权利要求25所述的控制器，其中所述第三电压是约22V。

32.根据权利要求22所述的控制器，其中：

当所述电压增加时，

根据第一行为区将第一电流选择为第一电压的函数，其中所述第一电流和所述第一电压表现具有负斜率的基本上线性第一关系，

根据第二行为区将第二电流选择为第二电压的函数，其中所述第二电流和所述第二电压表现具有负斜率的基本上线性第二关系，且其中所述第一电流大于所述第二电流，且

根据第三行为区将第三电流选择为第三电压的函数，其中所述第三电流和所述第三电压表现其间的第三线性关系。

33.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第三线性关系表现基本上正斜率、基本上无限斜率和基本上负斜率中的至少一种。

34.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第一电压介于约24V至28V之间。

35.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第一电流介于约17A至21A之间。

36.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第二电压介于约17V至24V之间。

37.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第二电流介于约12A至17A之间。

38.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第三电压是约24V。

39.根据权利要求32所述的控制器，其中所述第三电流介于约13A和23A之间

40.一种可执行指令集，其在用于操作交通工具的电制动器的控制器上可执行，所述可执行指令集执行包括以下的方法：

至少接收所述交通工具的电力系统中的电压；

基于至少所监测的电压调整提供到所述电制动器的功率以根据预定行为控制电流。