CN105346708A - 一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法 - Google Patents

Abstract

一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，利用本发明来确定刹车过程中轮胎与地面的最佳刹车滑移点，并求解得到所述最佳滑移点处的结合系数，再根据刹车试验时检测到的试验数据，按照标准规范的要求，能够进行刹车系统的距离效率和结合系数利用率的计算，准确地评价出刹车系统的工作效率。本发明能够用以得到100％的工作效率情况下的刹车阻力、结合力矩和结合系数的理想曲线，并据此计算出刹车系统的阻力效率、距离效率和结合系数利用率，准确地评价出刹车系统的工作效率。

Description

一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法

技术领域

本发明涉及机轮刹车系统控制领域，具体是一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，用于对防滑刹车系统的工作效率进行评价。

背景技术

常见汽车或者飞机的刹车系统，为了缩短刹车距离，提高工作效率，保证对行驶方向的控制能力和飞机的刹车安全，大都配有防滑控制系统，飞机的防滑刹车系统主要由刹车指令传感器、刹车控制器(综合完成刹车控制和防滑控制功能)、液压伺服阀、刹车装置、机轮、机轮速度传感器等组成，防滑刹车系统结构原理见图1。

刹车指令传感器安装在座舱内，一般由飞行员脚踩刹车踏板进行控制，飞行员脚踩刹车，通过连接管路给刹车装置施加一定的刹车压力，便机轮由于受到刹车装置产生的刹车力矩而减速，从而造成轮胎与地面之间的相对滑动，由此产生的摩擦力给飞机一个向后的阻力即制动力，刹车系统中称其为结合力，结合力与机轮滚动半径的乘积就构成结合力矩，机轮的转动其实就是由结合力矩和刹车装置产生的刹车力矩来共同控制的，当结合力矩大于刹车力矩时，机轮转动加速，机轮的相对滑移率逐步减小；当结合力矩小于刹车力矩时，机轮处于减速状态，机轮的相对滑移率逐渐增大；当结合力矩等于刹车力矩时，机轮恒速转动。机轮轮胎与地面的摩擦系数在刹车系统中被称为结合系数，它与很多因素都有关系，尤其是轮胎与地面之间的相对滑移率；所述的相对滑移率是指飞机速度与机轮在与地面结合部位的线速度的差值与飞机速度的比，显然滑移率最小为0，代表机轮自由滚动，最大为1，代表机轮完全刹死。不同速度阶段相对滑移率λ与结合系数μ的大致关系见图2，曲线1为高速阶段，曲线2为中速阶段，曲线3为低速阶段。

由图2可见：当飞行员施加的刹车压力较小时，机轮的线速度与飞机的速度差也就小，滑移率较小时，说明轮胎滑移的工作点在峰值点的左侧偏下的位置，对应图中所示可以看出这时地面提供给机轮的结合系数较小，所以产生的制动力也就不是很大；随着刹车压力的增大，机轮进一步减速，滑移率相应增大，轮胎滑移的工作点沿着曲线朝着结合系数的峰值点方向向右向上攀升，结合系数也逐渐变大，地面提供给飞机的制动力也随之增加，工作效率逐步提高，当刹车压力增加到使机轮产生的滑移率达到对应于最大的峰值结合系数的滑移率时，达到最佳刹车滑移点，此时不仅地面提供给机轮的制动力达到最大，而且轮胎的摩擦也很小，系统的工作效率也就上升至100％；如果还继续提高刹车压力，机轮继续减速，轮胎滑移工作点便会沿图2所示曲线朝着远离最佳刹车滑移点的方向向右向下漂移，导致结合系数的下降，并加剧机轮的减速，机轮滑移率进一步增大，若防滑系统还不能及时解除刹车，则机轮很快便会刹死，出现所谓的拖胎现象；若机轮出现刹死趋势时，防滑系统能控制刹车压力快速下降，则机轮会逐渐加速，轮胎滑移工作点便会朝着最佳刹车滑移点的方向沿图2所示曲线向左向上移动，到达结合系数峰值点；如果机轮工作在峰值点时，结合力矩仍然大于刹车力矩，机轮会继续加速，滑移率继续减小，轮胎滑移工作点便会朝着远离最佳刹车滑移点的方向沿图2所示曲线向左向下移动，直到本轮防滑过程结束，刹车系统又重新升压，让轮胎滑移的工作点沿着图2所示曲线朝着结合系数的峰值点方向再一次向右向上攀升。

刹车系统的防滑控制过程就是要实时调节控制刹车压力，使轮胎滑移的工作点保持在结合系数的峰值点附近，使轮胎和地面之间结合系数产生的结合力矩达到或者说接近最大值以提高工作效率的过程。

在机轮完全刹死时，相对滑移率达到最大值l，这时不仅工作效率很低，而且轮胎磨损非常严重，对飞机来说，由于飞机的惯性极大，飞机的动能要全部在轮胎上转化为刹车热，因此拖胎稍一严重就会发生爆胎，威胁到飞机的安全，很可能由此引发事故，因此必须及时快速地降压，并待机轮转速恢复以后再次进行刹车，逐步再一次逼近最大工作效率点。而对于象汽车、摩托车等地面交通工具，除了轮胎发生拖胎后刹车距离将大幅延长，工作效率低下以外，还会让机动车失去对方向的操控能力。

真实的机轮轮胎与跑道之间的摩擦特性远比图2要复杂得多，图2仅示出了随着飞机速度的降低和滑移率的改变，曲线在幅值上和形状上发生的变化；而跑道在干、湿、积水及结冰状态下其结合系数曲线还会有类似图3的变化，曲线4为结冰状态，曲线5为湿跑道状态，曲线6为干跑道状态。另外跑道的材料(水泥、沥清或者土跑道)也极大地影响着μ值的大小(见图1-2)；除此之外，轮胎的弹性、材质、花纹、充气压力对其也有不同程度的影响，而且在刹车过程申，由于刹车时轮胎要产生大量的磨擦热，会造成轮胎弹性的降低，因此μ值还要不断地发生变化，使对应于最佳滑移点的相对滑移率和峰值结合系数实时地发生变化，因此这个最佳刹车滑移点是非常难以确定的。

飞机在刹车过程中，空气动力、舵面、起落架的结构、飞机着陆重量和重心的位置、跑道的不规则、刹车系统本身产生的刹车力矩、发动机的剩余推力、阻力伞的阻力等等因素都会造成机轮载荷的不断重新分配，从而改变地面提供在机轮上的结合力矩，结合力矩与飞行员操控的刹车力矩一起会使机轮的转动状态发生复杂的变化。

本发明所述的一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，涉及到对防滑刹车系统的工作效率评价，国家军用标准GJB2879A《飞机机轮防滑刹车控制系统通用规范》对防滑刹车系统的工作效率有压力效率、力矩效率、阻力效率和距离效率与结合系数利用率等5种定义，并给出图4的工作效率示意曲线，分别定义如下：

压力效率：第一次临界滑动与最后一次临界滑动之间沿实测刹车压力曲线的积分与沿压力各峰值点连线积分之比。

力矩效率：第一次临界滑动与最后一次临界滑动之间沿实测刹车力矩曲线的积分与沿力矩各峰值点连线积分之比。

阻力效率：第一次临界滑动与最后一次临界滑动之间沿实测刹车阻力曲线的积分与沿阻力各峰值点连线积分之比。

距离效率：机轮时时处于最佳滑动状态(即时时有最大结合系数)所获得的制动距离与防滑刹车系统实际工作获得的制动距离之比。

结合系数利用率：瞬时有效结合系数对时间的积分与最大结合系数对时间积分之比。

这五种有关刹车系统工作效率的定义，均要求以机轮时时处于最佳的临界滑动点为理想的100％工作效率作基准；而图4中曲线7代表刹车过程中实际记录的刹车压力，或者刹车力矩，或者刹车阻力，连接各峰值点的近似直线8代表刹车压力，或者刹车力矩或刹车阻力的三种定义的临界滑动点连线，对应于这三个参数峰值点的瞬时，机轮未必会处于最佳滑移点。通常都采用的是前两种评价方法，因为在试验过程中，刹车压力和刹车力矩都是最基本的试验参数，而刹车阻力检测对试验台要求较高，不容易测量，所以很少采用阻力效率；严格来说，距离效率最能反映客户对刹车系统的工作效率评价要求，但是要得到机轮时时处于最佳滑动状态的制动距离这个要求都很难实现，也缺乏实际的测试及计算方法，所以距离效率评价方法很少采用，只有理论研究价值；结合系数利用率能体现系统对轮胎利用地面最大摩擦力的控制水平，但是由于结合系数在整个刹车过程中的实际值和最大值很不稳定，而且不便于测量，所以这种结合系数利用率的工作效率评价方法也很少采用。

压力效率会因为防滑控制系统的灵敏性而使计算结果显得不很合理。比如，当防滑系统调节比较迟钝，则会出现当机轮已经处于打滑状态，而防滑控制盒还不能及时地驱动伺服阀使刹车装置的刹车压力解除，在这段时间内建立的刹车压力按照压力效率进行计算时仍可以使刹车系统表现出较高的压力效率；另一方面当防滑系统调节过于灵敏时，会造成系统在机轮还没有达到打滑状态时就提前泄压，计算压力效率时仍然会将压力的峰值点作为最佳刹车滑移点进行计算，这个显然不合理。图5就是某型飞机的防滑刹车系统在厂内惯性试验台上的刹车过程曲线，图中曲线9为鼓轮速度，用来模拟飞机速度，曲线10为作用在机轮上的垂直载荷，曲线11为刹车力矩，曲线12为刹车压力，这个曲线按标准所述的压力效率计算可达到86％，但其阻力效率还不到60％，这就是用压力效率来衡量防滑刹车系统工作效率的一个主要弊端。

力矩效率和阻力效率都与压力效率同样存在这个问题，因为刹车系统在惯性台上或者在飞机上直接进行防滑刹车试验时，检测到的刹车力矩只是刹车装置对刹车压力的响应，刹车力矩的峰值点并不代表机轮达到了最佳刹车滑移点。即使刹车过程中能检测到刹车阻力，因为刹车阻力是作用在机轮上的径向载荷与结合系数的共同作用的结果，因此刹车阻力的峰值并不能说明机轮一定达到了最佳刹车滑移点，因为刹车过程中径向载荷是不断变化的，它的突然变小也会造成刹车阻力出现一个峰值，所以刹车阻力的峰值点也不一定代表机轮达到了最佳刹车滑移点。因此按照目前力矩效率和阻力效率的计算方法所得的结果与实际飞行员对飞机减速率的感受会有较大的出入。图6给出了某型飞机在典型条件下着陆进行防滑刹车时的飞机速度与机轮速度变化过程仿真曲线，图中横坐标为时间，单位为S，纵坐标为速度，单位为m/S，曲线13表示飞机速度，曲线14表示机轮速度，对图示的飞机速度按时间进行积分可以得到飞机的刹车距离，由于可见，在刹车过程中，机轮速度总是低于飞机速度，产生的滑移会使飞机得到制动阻力。

综上所述，一方面现行标准对刹车系统工作效率的不同定义本身往往有较大的差异，另一方面通常采用的压力效率、力矩效率，甚至于阻力效率也均不能真实反映刹车系统的工作效率水平，而严格按照距离效率和结合系数利用率来考核又缺少准确的最佳滑移点确定基准，故难以实现，因此厂内评价工作效率较高的刹车系统，客户往往并不认可，对此很有抱怨。

经检索，国外在汽车工程师协会，即SAE的刹车系统信息AIR1739A报告中关于对刹车系统工作效率的评价上也有一些专门的描述，也相应地提到了压力效率、力矩效率、阻力效率和结合系数效率，其对工作效率的定义，其总体思想与国家军用标准GJB2879A基本相同，AIR1739报告要求首先采用结合系数效率和阻力效率，但是并没有提出可行的轮胎与地面最佳滑移点确定方法。

发明内容

为克服现有技术中存在刹车系统工作效率评价标准与客观实际存在较大出入，对最严谨的工作效率评价方法又难以实现准确计算和检测的问题，本发明提出了一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法。

本发明的具体过程是：

1.一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，进行防滑刹车试验，记录试验数据：

步骤2，确定机轮的转动惯量及转动加速度：

确定随机轮转动的所有部件的转动惯量，并按传动比折合成关于轮轴的转动惯量；所述的部件包括机轮组件、轮胎、刹车动盘和轮速传感器的转子；

机轮的转动加速度通过对步骤1得到的机轮速度ω(t)进行微分运算求解得到；

步骤3，确定机轮的结合系数及相对滑移率

Ⅰ.通过公式(3)或者(1)公式确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)：

当通过公式(3)确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)时，

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{M_s\left(t\right)+J\·\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\left(t\right)}{r\left(t\right)\·N\left(t\right)}---\left(3\right)$

其中：M_s(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上产生的刹车力矩，单位为Nm；

J为机轮的转动惯量，单位为Kgm²；为t时刻机轮的角加速度，单位为F；r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位为m；N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位为N；

当通过公式(1)确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)时，

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{F_r\left(t\right)}{N\left(t\right)}---\left(1\right)$

其中：F_r(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上的滚动阻力，单位为N；N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位为N；

Ⅱ.通过公式(2)或(公式4)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率：

当通过公式(2)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率时，

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_d\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_d\left(t\right)}\·100\%---\left(2\right)$

其中：λ(t)为刹车过程中t时刻机轮的相对滑移率；V_d(t)为t时刻惯性台上的鼓轮外表面的线速度，单位为m/S；r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位为m；ω(t)为t时刻机轮的角速度，单位为rad/S；

当通过公式(4)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率时，

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_p\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_p\left(t\right)}\·100\%---\left(4\right)$

其中：V_p(t)为t时刻飞机速度，单位为m/S；

步骤4，确定机轮最佳滑移点：

检测记录刹车过程中的三个连续时刻t₀、t和t₁的刹车力矩，若机轮的结合系数μ(t)为最大值，且机轮在t₀、t和t₁三个时刻分别对应的机轮相对滑移率出现了持续的上升或者下降，则在t时刻附近存在一个轮胎与鼓轮表面之间或轮胎与地面之间的最佳刹车滑移点；至此，完成了轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定。

所述的机轮的结合系数μ(t)为最大值，是指t时刻的结合系数μ(t)＝Max[μ(t₀)，μ(t),μ(t₁)]。

利用本发明来确定刹车过程中轮胎与地面的最佳刹车滑移点，并求解得到所述最佳滑移点处的结合系数，再根据刹车试验时检测到的试验数据，利用现有技术，按照标准规范的要求，能够进行刹车系统的距离效率和结合系数利用率的计算，准确地评价出刹车系统的工作效率。

综上所述，飞机刹车系统在着陆刹车时，为了客观公正地评价刹车系统的工作效率，必需掌握动态的刹车过程中轮胎与地面最佳刹车滑移点的变化情况，利用本发明所述确定方法能够严格按照标准规范的要求进行刹车系统的距离效率和结合系数利用率的计算，准确客观地评价出刹车系统的工作效率，并为客户所接受，解决目前标准执行过程中，由承制厂评价出来的刹车效率与客户的要求往往相距甚远的问题，有很大的实用价值，通过严格评价标准还能够反过来促进机轮刹车防滑控制技术的进步。

本发明为了解决现有标准应用中出现的刹车系统工作效率评价标准与客观实际存在较大出入，对最严谨的工作效率评价方法又难以实现准确计算和检测的问题，提出了一种轮胎与地面最佳滑移点的确定方法，能够用以得到100％的工作效率情况下的刹车阻力、结合力矩和结合系数的理想曲线，并据此计算出刹车系统的阻力效率、距离效率和结合系数利用率，准确地评价出刹车系统的工作效率。

本发明利用现有试验技术，连接机轮及刹车系统产品在惯性台上或者直接在飞机上进行动力刹车防滑试验，记录刹车过程中各变量随时间的变化数据及曲线，所述变量包括刹车力矩、惯性台上的鼓轮外表面线速度或者飞机速度、作用在机轮上的径向载荷、机轮的滚动阻力、机轮角速度、机轮滚动半径和刹车距离。

利用本发明所提出的轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，会将理想的刹车压力、刹车力矩和刹车阻力曲线上移，得到一条准确的实时最佳滑移点曲线，如图7所示，曲线15仍代表刹车过程中实际记录的刹车压力、刹车力矩或者刹车阻力变化曲线，曲线16则为利用本发明得到的刹车压力、刹车力矩或者刹车阻力的最佳滑移点连线，与图4相比，由于理想曲线上移，会使评价得到的刹车系统工作效率下降，从而使评价结果更真实了，更准确地反映防滑系统的实际控制水平，并为客户所接受。

附图说明

图1是防滑刹车系统结构原理图。

图2是不同速度阶段相对滑移率与结合系数的曲线；图中：曲线1是高速阶段；曲线2是中速阶段；曲线3是低速阶段。

图3是干湿冰状态相对滑移率与结合系数的曲线；图中：曲线4是结冰状态；曲线5是湿跑道状态；曲线6是干跑道状态。

图4是GJB2879A中对工作效率计算方法的示意曲线；图中：曲线7是实际记录的刹车压力，或者刹车力矩，或者刹车阻力；曲线8是刹车压力，或者刹车力矩，或者刹车阻力的临界滑动点连线。

图5是某型飞机防滑刹车系统在试验台上的刹车过程曲线；图中：曲线9是鼓轮速度；曲线10是作用在机轮上的垂直载荷；曲线11是刹车力矩；曲线12是刹车压力。

图6某型飞机在典型条件下的着陆刹车控制过程仿真曲线；图中：曲线13是飞机速度；曲线14是机轮速度。

图7改进后的刹车系统工作效率曲线；图中：曲线15是实际记录的刹车压力，或者刹车力矩，或者刹车阻力；曲线16是刹车压力，或者刹车力矩，或者刹车阻力的最佳滑移点连线。

图8是本发明的流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例是在惯性台上进行刹车系统的动力刹车防滑试验时，确定轮胎与鼓轮表面最佳刹车滑移点的方法，具体过程是：

步骤1，进行防滑刹车试验，记录试验数据：

通过现有技术的惯性试验台，连接飞机机轮及刹车控制系统产品进行联合动力刹车防滑试验，记录刹车过程中各变量随时间的变化数据及曲线，所述变量包括刹车力矩、惯性台上的鼓轮外表面线速度、机轮速度和机轮滚动半径。

步骤2，确定机轮的转动惯量及转动加速度：

通过常规的转动惯量计算公式。确定随机轮转动的所有部件的转动惯量，并按传动比统一折合成关于轮轴的转动惯量；所述的部件包括机轮组件、轮胎、刹车动盘和轮速传感器的转子。

机轮的转动加速度通过对步骤1得到的机轮速度ω(t)进行微分运算求解得到。

步骤3，确定机轮的结合系数及相对滑移率：

按以下公式确定机轮的瞬时结合系数μ(t)：

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{F_r\left(t\right)}{N\left(t\right)}---\left(1\right)$

其中：F_r(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上的滚动阻力，单位为N；

N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位为N

按公式(2)确定每个时刻机轮轮胎与鼓轮表面的相对滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_d\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_d\left(t\right)}\·100\%---\left(2\right)$

其中：λ(t)为刹车过程中t时刻机轮的相对滑移率；

V_d(t)为t时刻惯性台上的鼓轮外表面的线速度，单位：m/S；

r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位：m；

ω(t)为t时刻机轮的角速度，单位：rad/S。

步骤4，确定机轮最佳滑移点：

检测记录刹车过程中的三个连续时刻t₀、t和t₁的刹车力矩，若机轮的结合系数μ(t)为最大值，即t时刻的结合系数μ(t)＝Max[μ(t₀)，μ(t),μ(t₁)]，且机轮在t₀、t和t₁三个时刻分别对应的机轮相对滑移率出现了持续的上升或者下降，则在t时刻附近存在一个轮胎与鼓轮表面的最佳刹车滑移点，即t时刻轮胎表面与鼓轮的结合面达到了峰值摩擦系数。本实施例中试验数据的采样周期Δt＝t-t₀＝t₁-t＝50ms，故在t时刻即为最佳刹车滑移点，该t时刻刹车系统的工作效率为100％。

根据本实施例来确定刹车过程中轮胎与鼓轮表面的最佳刹车滑移点，得到所述最佳滑移点处的结合系数，再根据刹车防滑试验时检测到的作用在机轮上的径向载荷和刹车距离，利用现有技术，按照标准规范的要求进行刹车系统的距离效率和结合系数利用率的计算，准确地评价出刹车系统的工作效率。

实施例二

本实施例是在飞机上进行刹车系统的地面刹车防滑性能试验时，确定轮胎与地面最佳刹车滑移点的方法，具体过程是：

步骤1，进行防滑刹车试验，记录试验数据

在飞机上按照试验大纲的测试要求，通过地面滑行刹车进行系统防滑试验，通过传感器记录刹车过程中各变量随时间的变化数据及曲线，所述变量包括刹车力矩、飞机速度、作用在机轮上的径向载荷、机轮角速度、机轮滚动半径和刹车距离。

步骤2，确定机轮的转动惯量及转动加速度：

通过常规的转动惯量计算公式。确定随机轮转动的所有部件的转动惯量，并按传动比统一折合成关于轮轴的转动惯量；所述的部件包括机轮组件、轮胎、刹车动盘和轮速传感器的转子。

机轮的转动加速度通过对步骤1得到的机轮速度ω(t)进行微分运算求解得到。

步骤3，确定机轮的结合系数及相对滑移率

按以下公式确定机轮的结合系数：

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{M_s\left(t\right)+J\·\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\left(t\right)}{r\left(t\right)\·N\left(t\right)}---\left(3\right)$

其中：M_s(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上产生的刹车力矩，单位为Nm；

J为机轮的转动惯量，单位：Kgm²；

为t时刻机轮的角加速度，单位：F；

r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位：m；

N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位：N；

按公式(2)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率：

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_p\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_p\left(t\right)}\·100\%---\left(4\right)$

其中：λ(t)为刹车过程中t时刻机轮的相对滑移率；

V_p(t)为t时刻的飞机速度，单位：m/S；

r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位：m；

ω(t)为t时刻机轮的角速度，单位：rad/S。

步骤4，确定机轮最佳滑移点

检测记录刹车过程中的三个连续时刻t₀、t和t₁的刹车力矩，若瞬时结合系数μ(t)为最大值，即t时刻的瞬时结合系数μ(t)＝Max[μ(t₀)，μ(t),μ(t₁)]，且在t₀、t和t₁三个时刻分别对应的机轮相对滑移率出现了持续的上升或者下降，则在t时刻附近存在一个轮胎与地面的最佳刹车滑移点，即t时刻轮胎表面与地面的结合面达到了峰值摩擦系数。本实施例中试验数据的采样周期Δt＝t-t₀＝t₁-t＝50mS，可以认为在t时刻即为最佳刹车滑移点，该瞬时刹车系统的工作效率为100％。

根据本实施例来确定刹车过程中轮胎与地面的最佳刹车滑移点，得到所述最佳滑移点处的结合系数，再根据刹车防滑试验时检测并计算得到的作用在机轮上的径向载荷和刹车距离，利用现有技术，按照标准规范的要求进行刹车系统的距离效率和结合系数利用率的计算，准确地评价出刹车系统的工作效率。

综上所述，飞机刹车系统在着陆刹车时，要客观公正地评价刹车系统的工作效率，必需掌握动态的刹车过程中轮胎与地面最佳刹车滑移点的变化情况，利用本发明所述确定方法能够严格按照标准规范的要求进行刹车系统的阻力效率、距离效率和结合系数利用率的计算，准确客观地评价出刹车系统的工作效率，并为客户所接受，解决目前标准执行过程中，由承制厂评价出来的刹车效率与客户的要求往往相距甚远的问题，因此本发明有很大的实际工程价值，同时提高目前对刹车系统工作效率的评价标准的严肃性和可执行性，可以反过来促进机轮刹车防滑控制技术的进步。

Claims (2)

1.一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，进行防滑刹车试验，记录试验数据：

步骤2，确定机轮的转动惯量及转动加速度：

确定随机轮转动的所有部件的转动惯量，并按传动比折合成关于轮轴的转动惯量；

所述的部件包括机轮组件、轮胎、刹车动盘和轮速传感器的转子；

机轮的转动加速度通过对步骤1得到的机轮速度ω(t)进行微分运算求解得到；

步骤3，确定机轮的结合系数及相对滑移率

Ⅰ.通过公式(3)或者(1)公式确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)：

当通过公式(3)确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)时，

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{M_s\left(t\right)+J\·\stackrel{\·}{\mathrm{\ω}}\left(t\right)}{r\left(t\right)\·N\left(t\right)}---\left(3\right)$

其中：M_s(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上产生的刹车力矩，单位为Nm；

J为机轮的转动惯量，单位为Kgm²；为t时刻机轮的角加速度，单位为F；r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位为m；N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位为N；

当通过公式(1)确定每个t时刻轮胎与接触面的结合系数μ(t)时，

$\mathrm{\μ}\left(t\right)=\frac{F_r\left(t\right)}{N\left(t\right)}---\left(1\right)$

其中：F_r(t)为刹车过程中t时刻作用在机轮上的滚动阻力，单位为N；N(t)为t时刻作用在机轮上的径向载荷，单位为N；

Ⅱ.通过公式(2)或(公式4)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率：

当通过公式(2)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率时，

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_d\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_d\left(t\right)}\·100\%---\left(2\right)$

其中：λ(t)为刹车过程中t时刻机轮的相对滑移率；V_d(t)为t时刻惯性台上的鼓轮外表面的线速度，单位为m/S；r(t)为t时刻机轮的滚动半径，单位为m；ω(t)为t时刻机轮的角速度，单位为rad/S；

当通过公式(4)确定每个时刻机轮轮胎与地面的相对滑移率时，

$\mathrm{\λ}\left(t\right)=\frac{V_p\left(t\right)-r\left(t\right)\·\mathrm{\ω}\left(t\right)}{V_p\left(t\right)}\·100\%---\left(4\right)$

其中：V_p(t)为t时刻飞机速度，单位为m/S；

步骤4，确定机轮最佳滑移点：

检测记录刹车过程中的三个连续时刻t₀、t和t₁的刹车力矩，若机轮的结合系数μ(t)为最大值，且机轮在t₀、t和t₁三个时刻分别对应的机轮相对滑移率出现了持续的上升或者下降，则在t时刻附近存在一个轮胎与鼓轮表面之间或轮胎与地面之间的最佳刹车滑移点；至此，完成了轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定。

2.如权利要求1所述确定轮胎与地面最佳刹车滑移点的方法，其特征在于，所述的机轮的结合系数μ(t)为最大值，是指t时刻的结合系数μ(t)＝Max[μ(t₀)，μ(t),μ(t₁)]。