CN106228500A - 基于数据共享的飞机智能自动刹车方法和系统 - Google Patents

基于数据共享的飞机智能自动刹车方法和系统 Download PDF

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李冰
肖扬
陆波
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Abstract

本公开涉及基于数据共享的飞机智能自动刹车方法和系统。所述方法包括：获取在待降跑道上已降落的飞机所共享的跑道数据；获取与待降落飞机有关的飞机状态数据；使用所述跑道数据以及所述飞机状态数据来规划飞机自动刹车方案；以及将规划出的飞机自动刹车方案应用到所述待降落飞机。

Description

基于数据共享的飞机智能自动刹车方法和系统
技术领域
本发明涉及航空领域，尤其涉及飞机智能自动刹车方法和系统。
背景技术
目前，在飞机降落过程中，飞行员依靠自己的判断来进行自动刹车档位的选择或者直接进行人工刹车。并且，在飞机降落过程中，机场提供很少与跑道状况有关的数据。因而，在飞机着陆后，刹车的进行依靠的是飞行员的经验。
此外，在当前的飞机自动刹车过程中，需要飞行员选择相应的档位，并且各个自动刹车档位的刹车模式是固定的。换言之，现有刹车模式只与所选择的自动刹车档位有关，而不会随各种参数(诸如，机场跑道条件等)的不同而变化，不具有灵活性与适应性。因此，现有的飞机刹车方式不能保证既能在规定距离内使飞机停止又使刹车装置磨损最小化还能保证乘客舒适性的最优刹车方案。
本公开针对但不限于上述诸多因素进行了改进。
发明内容
以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
根据本公开的一个方面，提供了一种基于数据共享的飞机智能自动刹车方法，其特征在于，所述方法包括：获取在待降跑道上已降落的飞机所共享的跑道数据；获取与待降落飞机有关的飞机状态数据；使用所述跑道数据以及所述飞机状态数据来规划飞机自动刹车方案；以及将规划出的飞机自动刹车方案应用到所述待降落飞机。
在一实施例中，所述跑道数据包括以下各项中的任一者或它们的任何组合：所述待降跑道的长度，所述待降跑道的摩擦系数，所述待降跑道的跑道布局，并且其中所述飞机状态数据包括飞机机型、接地速度、飞机重量中的一者或它们的任何组合。
在另一实施例中，所述规划包括将所述跑道数据和所述飞机状态数据代入相应的算术模型来计算出合适的自动刹车方案。
在又一实施例中，所述规划包括使用所述跑道数据和所述飞机状态数据作为条件来从自动刹车方案库中搜索匹配的自动刹车方案来执行的。
在又一实施例中，所述待降跑道被分成一段或多段，所述自动刹车方案包括所述待降落飞机所述一段或多段中的每一段的目标减速度。
在又一实施例中，所述跑道数据是由刹车数据共享平台收集的，并且所述方法还包括：所述待降落飞机从所述刹车数据共享平台获得所述跑道数据并且执行所述规划；或者所述待降落飞机将其飞机状态数据传送给所述刹车数据共享平台，并且所述规划是由所述刹车数据共享平台执行的。
在又一实施例中，所述待降落飞机在降落之后共享在本次降落过程中所记录的跑道数据和/或所应用的自动刹车方案。
在又一实施例中，所述方法还包括接收对所规划出的自动刹车方案的反馈，基于所述反馈来优化所述自动刹车方案，以及存储和/或共享经优化的自动刹车方案。
在又一实施例中，所述方法还包括获取已降落飞机所共享的刹车方案来作为规划参考。
根据本公开的另一方面，提供了一种基于数据共享的飞机智能自动刹车系统，其特征在于，所述系统包括：刹车数据共享平台，所述刹车数据共享平台用于收集在待降跑道上降落过的飞机所共享的跑道数据和自动刹车方案；以及要在所述待降跑道上降落的待降落飞机，所述待降落飞机获取与它自己有关的飞机状态数据；其中所述刹车数据共享平台还用于将所述跑道数据和所述自动刹车方案传送给所述待降落飞机，并且所述待降落飞机在接收到所述跑道数据和所述自动刹车方案之后，使用所述跑道数据、所共享的自动刹车方案以及它自己的飞机状态数据来规划自动刹车方案，或者所述刹车数据共享平台从所述待降落飞机接收所述飞机状态数据，并使用所述跑道数据、所共享的自动刹车方案以及接收到的所述飞机状态数据来为所述待降落飞机规划自动刹车方案，并随后将规划出的自动刹车方案传送给所述待降落飞机。
通过本公开的各实施例所得的智能自动刹车方法可以更好地防止爆胎、保证安全、并且最大地利用摩擦，使得飞机不仅可在可用跑道距离内完成减速，还能减少刹车磨损，提高乘客舒适性。
附图说明
在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，能够更好地理解本发明的上述特征和优点。在附图中，各组件不一定是按比例绘制，并且具有类似的相关特性或特征的组件可能具有相同或相近的附图标记。
图1是根据本公开的一实施例的基于数据共享的飞机智能自动刹车方法的示例性流程图；以及
图2是根据本公开的一实施例的基于数据共享的飞机智能自动刹车的系统的示例性框图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本发明的保护范围进行任何限制。
在现有的飞机刹车方案中，飞行员依靠自己的经验来进行自动刹车档位的选择或者直接进行人工刹车。在自动刹车时，飞行员选择相应的档位并且此后刹车操作由飞机自动执行。在这一过程中，刹车模式是固定不变的，不会随各种参数(诸如，机场跑道条件等)的不同而变化，不具有灵活性与适应性。并且，待降落飞机没有与已降落飞机的着陆过程有关的信息，不能向已降落飞机学习着陆。为此，本公开提供了一种基于数据共享的飞机智能自动刹车方法和系统，使得各飞机可以互相学习并了解实时的跑道数据以及刹车数据，并基于此来智能地规划和应用自己的自动刹车方案。
下面结合图1-2来描述根据本公开的一实施例的基于数据共享的飞机智能自动刹车方法100。
如图1所示，方法100包括在框110，获取在待降跑道上已降落的飞机所共享的跑道数据。例如，在一实施例中，在待降跑道上已降落的飞机(例如，图2中的已降落飞机A、已降落飞机B，等等)可以记录降落过程中的跑道，并随后将其共享给刹车数据共享平台(例如，图2中的刹车数据共享平台201)。在一实施例中，跑道数据包括但不限于以下各项中的一者或多者：待降跑道的长度，待降跑道的摩擦系数，待降跑道的跑道布局等等。在一实施例中，已降落飞机还记录并共享刹车系统相关数据(简称刹车数据)，例如，飞机的机型、重量、整个降落及刹车的过程中的飞机速度、飞机减速度、刹车压力、轮速、刹车温度，等等。
一般而言，机场会发布与各跑道有关的数据，包括但不限于：跑道摩擦系数，跑道长度，跑道布局等。因此，取代通过已降落飞机的共享来获取跑道长度、跑道布局等跑道数据，可以从机场来获取这些数据。然而，在本公开的一实施例中，跑道数据中的至少一者(例如，跑道摩擦系数)是由已降落飞机共享的，因为已降落飞机能够更加实时地反映跑道的状况。因此，在一实施例中，所获取的跑道数据是在当前时刻之前的预定时间段(例如，2小时、1小时、半小时、15分钟，等等)内降落的飞机所共享的数据。在一实施例中，可以获取在该预定时间段内降落的各飞机所共享的跑道数据的平均值。或者，在另一实施例中，可以获取在待降跑道上降落的前一架飞机所共享的跑道数据。本领域技术人员可以明白，可以按各种方式来使用各架已降落飞机所共享的跑道数据，例如加权平均、随机选择其中的一者、特定机型优先，等等。
在框120，方法100包括获取与待降落飞机有关的飞机状态数据。例如，在一实施例中，待降落飞机的飞机状态数据包括但不限于飞机机型、接地速度、飞机重量、或它们的任何组合。本领域技术人员可以明白，这些数据是由待降落飞机本身测量或记录的。
在框130，方法100包括使用跑道数据以及飞机状态数据来规划飞机自动刹车方案。
在一实施例中，规划出的自动刹车方案包括在待降跑道总长度的各个分段上的目标减速度。例如，在一实施例中，待降跑道可被分成若干分段。在一示例中，从飞机轮胎接地后开始，每M米为一段，分段一直到达到待降跑道的最大可用刹车距离为止，其中M可以是小于等于跑道长度的任何合适数值，这由方法100预先或动态地设定。例如，假定跑道长度为1000米，分成10段来规划自动刹车方案，则自动刹车方案将包括与跑道的第1-10段相对应的10个减速度值。在这种情况下，通过针对跑道的不同分段施加相应的减速度，可以使飞机在整个跑道上更平滑地降速，并充分利用可用跑道长度，从而减少刹车磨损，提高乘客舒适性。在一实施例中，不同跑道分段的减速度是不同的。在另一实施例中，不同跑道分段的减速度是相同的。
在一实施例中，这一规划包括将所获取的跑道数据和飞机状态数据代入算术模型来计算出合适的自动刹车方案。例如，方法100可以根据跑道长度、跑道摩擦系数、飞机接地速度、飞机重量等条件，采用常规的物理学公式来计算出飞机在跑道上的所需目标减速度，得出相应的自动刹车方案。
例如，在本公开的一实施例中，可以使用下式1计算得到平均目标减速度：
a＝(Vend 2-Vbegin 2)/2S (式1)
其中a是整个可用跑道长度上的平均目标减速度，Vbegin是飞机接地速度，Vend是飞机完成刹车后的速度(预定值，通常为20kt)，S是减速可用的跑道长度。并且，在这一实施例中，可以使用下式2来确定跑道可能提供的最大减速度amax：
amax＝[F气动阻力+(M*g-F飞机升力)*mu]/M (式2)
其中M是飞机重量，g是重力加速度，mu是跑道摩擦系数，F气动阻力和F飞机升力是根据飞机机型由飞机速度导出的飞机气动阻力和升力。
可以明白，所得到的平均目标减速度a不能超过amax，因为如果计算得到的a超过amax，则表明在现有的可用跑道长度内不能完成飞机的减速。在这种情况下，可发出安全警告，警告飞行员、机场空管，等等。
如此，在得出a和amax后，可以规划相应的自动刹车方案。例如，在一实施例中，如果a小于amax，可以简单地在跑道的整个可用长度上采用该平均减速度a。而在另一实施例中，可以将跑道的总长度分为若干分段，且开始几段的减速率大一些，后面几段减速率小一些，使得它们的平均减速度仍然为计算得到的值a。本领域技术人员可以明白，跑道总长度可以分为任何数量的分段，且各分段的减速度可以是小于等于amax的任何值，只要各分段的减速度平均值是上述计算得到的平均减速度a即可。本领域技术人员还可以明白，上述算术模型仅是示例性的且可以采取各种其他参数和模型。
在一实施例中，可取决于所需刹车磨损、乘客舒适性等因素来确定跑道的各分段的减速度。例如，在一实施例中，为减少刹车磨损，由于飞机刚着陆时的初速较大(并且因此气动阻力较大)，可以适当地选择较大的减速度，从而可以在较少刹车磨损的情况下更多地利用飞机气动阻力来达到减速的目的。然而，在另一实施例中，出于乘客舒适度的考虑，也可以采取较小、平均、或较大的减速度。
在本公开的一实施例中，为提高安全性，并非跑道全长被用来规划自动刹车方案，而是可以空出一段跑道以用于确保飞行安全。例如，假定跑道长度为1000米，则在规划时可以指使用900米跑道作为条件，从而留出100米跑道来确保安全。
在本公开的一实施例中，为提高安全性，还可以适当地增加计算得到的平均减速度。例如，假定根据式1计算得到的平均减速度为5m/s2，为提高安全性，可以在后续规划时采用5.5m/s2的平均减速度。
在又一实施例中，作为每一分段的目标减速度的补充，自动刹车方案还可包括每一分段的刹车防滑策略、最大刹车压力上限等等，以更好地防止爆胎、保证安全、且最大限度地利用摩擦。
在一实施例中，并非实时地计算出自动刹车方案，这一规划是使用跑道数据和飞机状态数据作为条件来从自动刹车方案库中搜索匹配的自动刹车方案来执行的。例如，自动刹车方案库可以包括与各种条件相对应的不同自动刹车方案。这些自动刹车方案可以通过预先设定各个条件(例如，跑道长度、跑道摩擦系数、飞机接地速度等等)来通过算术模型预先计算得到、或者可以在飞机手动降落过程中记录飞行员的手动刹车过程而生成、或者也可以是现有的自动刹车过程、或者通过共享从其他飞机获得，等等。方法100可以将所获取的数据作为条件来从该库中搜索并选择匹配的自动刹车方案。本领域技术人员可以明白，可以按任何合适的方式来搜索匹配的自动刹车方案。
例如，在一实施例中，可以首先从自动刹车方案库中选择具有与待降跑道相同的跑道长度的自动刹车方案的第一子集。随后，可以根据计算得到的所需平均减速度(例如，式1中的a)来从该第一子集中进一步选出具有相同平均减速度的自动刹车方案的第二子集。随后，可以根据跑道所能提供的最大减速度(例如，式2中的amax)来滤除该第二子集中的其某一跑道分段的减速度大于该最大减速度的自动刹车方案。最后，如果获得了一个以上自动刹车方案，则可以使用随机的方式或任何其他合适的方式(各自动刹车方案的平均、加权平均，相同机型提供的方案优先，等等)来选择匹配的自动刹车方案。
本领域技术人员可以理解的是，上述过程仅仅是搜索匹配的自动刹车方案的一个示例，且搜索可以采取任何其他合适的方式来进行。例如，可以首先根据机型、最大可能减速度或所需平均减速度来过滤自动刹车方案。
在另一实施例中，在没有找到匹配的自动刹车方案的情况下，可以对在上述过程中滤除的自动刹车方案进行调整来获得所需的自动刹车方案。例如，在一实施例中，如果一个自动刹车方案的跑道长度、平均减速度分别与待降跑道的跑道长度、待降飞机的所需平均减速度相同，但因为其某一跑道分段的减速度大于最大可能减速度而被滤除，则本公开的方法100可以适当地调整该自动刹车方案的各跑道分段的减速度，使其同时满足平均减速度和最大可能减速度的要求。并且随后，该经调整的自动刹车方案可被选择。
在又一实施例中，如果通过搜索过程没有找到匹配的自动刹车方案，则还可以适当地放宽条件以选择次优自动刹车方案，例如可以选择短于待降跑道长度和/或平均减速度大于计算得到的所需平均减速度且小于最大可能减速度的自动刹车方案。在本公开的又一实施例中，并非简单地选择次优自动刹车方案，而是可根据次优自动刹车方案来推算所需的最优自动刹车方案。本领域技术人员可以明白，这一推算方法可采用各种已知的办法来进行，如简单的线性插值法或者其他数学方法。
如上所述并且如图2所示出的，已降落飞机所共享的跑道数据是由刹车数据共享平台201收集的。待降落飞机从刹车数据共享平台201接收该共享的跑道数据，并且结合它自己的飞机状态数据来规划自动刹车方案。
然而，在一实施例中，并非由待降落飞机执行规划，刹车数据共享平台可以从待降落飞机接收其飞机状态数据并相应地为待降落飞机执行规划。随后，刹车数据共享平台可以将规划出的自动刹车方案传送给待降落飞机以供应用。
在框140，方法100包括将规划出的飞机自动刹车方案应用到待降落飞机。例如，规划出的自动刹车方案可被自动应用于待降落飞机而无需飞行员人工干预。或者，在一实施例中，规划出的自动刹车方案可被呈现给飞行员，飞行员进而可接受(或拒绝)应用这一方案。在飞行员拒绝的情况下，方法100还可任选地包括向飞行员推荐另一自动刹车方案。
在一实施例中，并非规划出单个自动刹车方案，方法100可以任选地给出数个自动刹车方案以供飞行员选择。
在一实施例中，可任选地，待降落飞机在降落之后共享在本次降落过程中所记录的跑道数据。例如，待降落飞机在降落之后，可以将其记录的跑道数据共享给刹车数据共享平台201。
在另一实施例中，已降落飞机还可共享其降落过程中所采取的自动刹车方案。例如，图2的已降落飞机A、已降落飞机B可以将它们在降落过程中采取的自动刹车方案共享给刹车数据共享平台201。进一步可任选地，方法100还包括获取已降落飞机所共享的刹车方案来作为规划参考。例如，对于与已降落飞机相同机型且飞机状态数据基本相同的待降落飞机，可以直接使用已降落飞机所采用的自动刹车方案，而无需进一步的规划。
在又一实施例中，可任选地，方法100还包括接收对所规划出的自动刹车方案的反馈。例如，在自动刹车结束后，飞机操作面板上会弹出问卷，供飞行员评价，评价结果将作为反馈。或者，在一实施例中，可以监视在自动刹车过程中飞行员所采取的任何操作来作为反馈。例如，如果在自动刹车过程中，飞行员超控了自动刹车方案，改为手动刹车并加大了刹车力度，这这一信息可作为反馈。反馈的来源还可包括飞机系统数据，如飞机的告警、飞机的加速度数据等等。
在又一实施例中，方法100还可确定飞行员在自动刹车过程中所采取的动作是否是针对自动刹车方案的反馈。例如，如果在自动刹车过程中，飞机前方出现突发状况导致飞行员紧急超控并急刹，则这一动作可被认为不是对自动刹车方案的反馈。这一确定可以基于机载相机等传感器所获取的信息来进行或者可以由飞行员来提供。
在接收到反馈之后，方法100可任选地基于该反馈来优化所应用的自动刹车方案。例如，如上所述，如果飞行员超控了自动刹车方案，并加大了刹车力度，则这一信息可被用来加大该自动刹车方案在相应跑道分段上的减速度，从而修改相应的自动刹车方案。
可任选地，在一实施例中，方法100还包括存储和/或共享经优化的自动刹车方案。例如，在接收到反馈并优化了自动刹车方案之后，该经优化的自动刹车方案可被存储在飞机上的方案库中和/或共享给刹车数据共享平台上的方案库。在方案库中已经存在相应的方案的情况下，原方案会被经优化的方案替换。
图2是根据本公开的一实施例的基于数据共享的飞机智能自动刹车的系统200的示例性框图。如图2所示，系统200包括刹车数据共享平台201和待降落飞机202。刹车数据共享平台201可以接收来自已降落飞机(已降落飞机A、B)的跑道数据。该跑道数据被传送给待降落飞机202。另选地，待降落飞机202将其飞机状态数据传送给刹车数据共享平台，而非接收来自该平台的跑道数据。这一点由图2中的虚线箭头示出。
在一实施例中，刹车数据共享平台201还可已降落飞机所共享的自动刹车方案(图2中未示出)。例如，刹车数据共享平台可以基于待降落飞机的飞机状态数据来选择已降落飞机所共享的自动刹车方案并将其传送给待降落飞机202以供应用，而无需进一步规划。
尽管在图2中未示出，但在一实施例中，系统200还可包括机场设施。例如，刹车数据共享平台201可以是机场设施的一部分或者与机场分开。
尽管图2中只示出了两个已降落飞机A、B，但可以理解，可以存在更多的已降落飞机，如图2中的省略号所示。在一实施例中，也可以不存在或仅存在一个已降落飞机。在不存在已降落飞机的情况下，跑道数据由机场提供。
本领域技术人员可以理解，上述各步骤的操作顺序只是出于示例的目的给出的，各步骤可以按各种合适的次序来执行。
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种基于数据共享的飞机智能自动刹车方法，其特征在于，所述方法包括：
获取在待降跑道上已降落的飞机所共享的跑道数据；
获取与待降落飞机有关的飞机状态数据；
使用所述跑道数据以及所述飞机状态数据来规划飞机自动刹车方案；以及
将规划出的飞机自动刹车方案应用到所述待降落飞机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跑道数据包括以下各项中的任一者或它们的任何组合：所述待降跑道的长度，所述待降跑道的摩擦系数，所述待降跑道的跑道布局，并且其中所述飞机状态数据包括飞机机型、接地速度、飞机重量中的一者或它们的任何组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待降跑道被分成一段或多段，所述自动刹车方案包括所述待降落飞机所述一段或多段中的每一段的目标减速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规划包括将所述跑道数据和所述飞机状态数据代入相应的算术模型来计算出合适的自动刹车方案。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述规划包括使用所述跑道数据和所述飞机状态数据作为条件来从自动刹车方案库中搜索匹配的自动刹车方案来执行的。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跑道数据是由刹车数据共享平台收集的，并且所述方法还包括：
所述待降落飞机从所述刹车数据共享平台获得所述跑道数据并且执行所述规划；或者
所述待降落飞机将其飞机状态数据传送给所述刹车数据共享平台，并且所述规划是由所述刹车数据共享平台执行的。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待降落飞机在降落之后共享在本次降落过程中所记录的跑道数据和/或所应用的自动刹车方案。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括接收对所规划出的自动刹车方案的反馈，基于所述反馈来优化所述自动刹车方案，以及存储和/或共享经优化的自动刹车方案。
9.如权利要求1-8中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括获取已降落飞机所共享的自动刹车方案来作为规划参考。
10.一种基于数据共享的飞机智能自动刹车系统，其特征在于，所述系统包括：
刹车数据共享平台，所述刹车数据共享平台用于收集在待降跑道上降落过的飞机所共享的跑道数据和自动刹车方案；以及
要在所述待降跑道上降落的待降落飞机，所述待降落飞机获取与它自己有关的飞机状态数据；
其中所述刹车数据共享平台还用于将所述跑道数据和所述自动刹车方案传送给所述待降落飞机，并且所述待降落飞机在接收到所述跑道数据和所述自动刹车方案之后，使用所述跑道数据、所共享的自动刹车方案以及它自己的飞机状态数据来规划自动刹车方案，或者
所述刹车数据共享平台从所述待降落飞机接收所述飞机状态数据，并使用所述跑道数据、所共享的自动刹车方案以及接收到的所述飞机状态数据来为所述待降落飞机规划自动刹车方案，并随后将规划出的自动刹车方案传送给所述待降落飞机。
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