CN106335633B - 用于飞行器起落架性能监测的数据处理单元 - Google Patents

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Abstract

提供了一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个起落架的性能进行监测的数据处理单元，其中该数据处理单元被配置成：接收表示起落架的操作特性的数据以及使用该数据来计算起落架要生成的最大可实现制动力和/或偏航力矩。此外，提供了一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个飞行器起落架的性能进行监测的方法，该方法包括以下步骤：接收表示起落架的操作特性的数据；以及使用该数据计算起落架要生成的最大可实现制动力和/或偏航力矩。

Description

用于飞行器起落架性能监测的数据处理单元
技术领域
本发明涉及一种用于对至少一个飞行器起落架的性能进行监测的数据处理单元、一种飞行器制动和/或转向系统、一种用于监测至少一个飞行器起落架的性能的方法以及一种用于控制至少一个飞行器起落架的性能的方法。
背景技术
典型的飞行器具有起落装置，起落装置包括当飞行器位于地面时支承飞行器的多个起落架。起落架用于在诸如着陆、滑行和起飞的地面操纵期间控制飞行器的移动。一些起落架具有制动轮，制动轮能够操作以在通过一组制动器施加制动转矩时提供用于使飞行器减速的制动力。起落架中的至少一个具有转向轮，该转向轮可以被转动以使飞行器转向。
飞行器执行特定地面操纵的能力会受到起落架的性能包线的限制。例如，飞行器执行制动操作或转向操作的能力会受到制动轮(以及其他制动系统，例如飞行器发动机的反推力)能够生成的最大制动力或转向轮(和其他转向系统，例如飞行器发动机的差动推力)能够生成的最大转矩的限制。
起落架的性能包线会根据起落架的操作情形而变化，例如由于制动增益(制动器夹紧力与作为结果的制动转矩的比率)的变化、温度或荷载情形的变化、以及外部情形如不利跑道情形、跑道表面的变化和侧风。特定部件和系统的可操作性也会影响性能包线。例如，在爆胎或制动器故障的情况下或者在特定部件变得过度磨损的情况下会降低性能。因此对于驾驶员或控制系统而言难以确定在地面操纵期间如何最高效地操作制动和转向系统。
在地面操纵期间，飞行器起落架会经历显著大于飞行器的大多数正常操作期间预期的荷载的尖峰荷载。飞行器起落架通常被谨慎地设计以承受这些增加的荷载，从而导致飞行器重量显著增加并且因此导致燃料效率降低。认为理想的是控制和限制飞行器起落架中生成的荷载以使得可以提高结构效率，从而使得能够减小飞行器的重量并且因而能够减小燃料消耗。
因此理想的是提供一种解决这些问题并且使得飞行器能够在可用的性能包线内以更大效率来进行地面操纵的用于飞行器的转向系统。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个起落架的性能进行监测的数据处理单元，其中，该数据处理单元被配置成：接收表示起落架的操作特性的数据；以及使用该数据来计算起落架要生成的最大可实现制动力和/或偏航力矩。
本发明的第二方面提供了一种用于控制至少一个起落架的制动和/或转向的飞行器制动和/或转向系统，该系统包括根据任一前述权利要求所述的数据处理单元以及下述制动和/或转向控制系统，该制动和/或转向控制系统适于向至少一个制动致动器和/或至少一个转向致动器输出输出命令以控制制动致动器和/或转向致动器的致动。
本发明的第三方面提供了一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个飞行器起落架的性能进行监测的方法，该方法包括以下步骤：接收表示起落架的操作特性的数据；以及使用该数据来计算起落架要生成的最大可实现制动力和/或偏航力矩。
本发明的第四方面提供了一种用于控制至少一个飞行器起落架的性能的方法，该方法包括以下步骤：根据本发明的第三方面监测起落架的性能，以及使用所计算的最大可实现制动力和/或偏航力矩来控制或限制对至少一个制动致动器和/或至少一个转向致动器的输出命令以控制制动致动器和/或转向致动器的致动。
本发明的有利之处在于，提供了对在地面操纵期间的飞行器的当前性能包线的预测。该信息可以用于例如通过使得操作员或控制系统能够在开始地面操纵之前估计飞行器的性能限制来允许对飞行器的有效且高效的控制。因此可以根据飞行器的当前性能包线来计划地面操纵，并且制动和/或转向性能可以在可用性能包线内被最大化。
数据处理单元可以被配置成使用表示起落架的操作特性的数据来计算起落架正在生成的总制动力和/或偏航力矩。该信息可以用于改进机组和控制系统对起落架荷载的了解并且可以用于控制或限制起落架荷载以使得可以降低设计要求并且因而可以减小起落架的重量。
表示起落架的操作特性的数据可以包括与以下相关的数据：a)该起落架或每个起落架的竖直和/或纵向和/或侧向荷载，和/或b)起落架的至少一个机轮的制动转矩和/或转向角度，和/或c)起落架的至少一个制动器的制动压力和/或温度。纵向荷载意指与飞行器的纵轴平行的方向上的荷载。横向荷载表示与纵轴和竖直方向垂直的方向上的荷载。表示操作特性的数据可以包括表示起落架或飞行器或其周围环境的其他特性的数据。
表示起落架的操作特性的数据可以包括由用于测量起落架的操作特性的一个或更多个传感器输出的数据，优选地包括传感器实时生成并输出的数据。通过使用实时生成的数据，数据处理单元可以在地面操纵期间更新所计算的最大可实现制动力和/或偏航力矩的值。
所计算的最大可实现制动力和/或偏航力矩可以用于控制或限制制动和/或转向系统的输出命令。
通过限制输出命令，制动和/或转向系统可以控制或限制起落架的荷载，以使得可以降低设计要求因而可以减小起落架的重量。通过使用最大可用制动力或偏航力矩来限制命令，数据系统可以在未使起落架性能能力饱和的情况下将制动或转动性能最大化。
制动和/或转向控制系统可以被配置成响应于输入命令来输出输出命令，并且所计算的最大可实现制动力和/或偏航力矩可以用于控制或限制输入命令。
输入命令可以包括减速度或制动力命令以及/或者偏航率或偏航力矩命令。替选地，输入命令可以是对制动和/或转向控制系统的、用于控制一个或更多个制动轮和/或转向轮的操作的任意输入信号。
制动和/或转向控制系统可以被配置成结合减速度控制器和/或偏航率控制器来控制或限制输入命令。减速度控制器可以被配置成接收加速度命令并且输出与所命令的减速度对应的力命令。偏航率控制器可以被配置成接收偏航率命令并且输出与所命令的偏航率对应的偏航力矩命令。
输出命令可以包括制动压力命令和/或转向角度命令以及/或者对任何其他系统的、用于控制减速度和/或偏航率的命令，例如对发动机或控制表面的命令。
制动和/或转向控制系统可以被配置成确定至少一个起落架部件和/或系统的可操作性以及/或者表示起落架的操作特性的数据中的任意数据的有效性。部件或系统的可操作性意指该部件或系统是否如正常预期的那样正在操作，例如制动致动器是否如预期的那样正在操作制动器以生成制动力或者转向致动器是否如预期的那样正在控制转向轮的角位置以生成侧向力。
通过确定起落架部件和/或系统的可操作性，制动和/或转向控制系统可以提高飞行器机组和/或控制系统对可能影响性能的故障的了解以使得可以采取适当动作。
制动和/或转向控制系统可以在计算最大可实现制动力和/或偏航力矩时使用对起落架部件和/或系统的可操作性的确定结果。数据处理单元因此可以在故障模式下考虑起落架的性能限制并且计算准确的最大可实现制动力和/或偏航力矩。控制系统因此可以用于在故障模式下使制动和/或转向效率最大化、限制起落架荷载并且计划地面操纵。
数据处理单元可以被配置成：在表示起落架的操作特性中的至少一个操作特性的任意数据被确定为无效的情况下，生成或接收表示操作特性中的至少一个操作特性的替选数据；以及在计算最大可实现制动力和/或偏航力矩时使用替选数据代替无效的数据。因此降低了数据处理单元以及制动和/或转向控制系统对传感器故障的敏感度。
可以通过咨询查找表来生成表示起落架的操作特性中的至少一个操作特性的替选数据。替选地，可以使用不同方法，例如通过选择针对起落架操作特性所接收的最后的有效数据，或者通过从存储器选择保存的值，或者通过选择默认值，或者通过选择由另一传感器输出的值，来生成替选数据。
制动和/或转向控制系统还可以包括用于存储表示起落架的操作特性的数据的存储器，并且数据处理单元可以被配置成：在所接收的表示起落架的操作特性的数据被确定为无效的情况下，使用所存储的数据代替所接收的数据。
制动和/或转向控制系统可以被配置成向数据处理单元外部的一个或更多个人或系统提供与任意起落架部件或系统的可操作性和/或表示起落架的操作特性的数据中的任意数据的有效性有关的信息。因此可以使得飞行器机组和/或控制系统了解可能影响地面操纵的故障并且可以据此修改其动作。
数据处理单元可以形成用于控制起落架的制动和/或转向的闭环系统的一部分。数据处理单元因而可以用于使命令信号最优化以及/或者使命令信号与所测量的值之间的误差最小化以提高制动和转向控制系统的效率和精度。
制动和/或转向控制系统可以被配置成输出用于独立地控制多个制动致动器和/或转向致动器的操作的多个信号。替选地，制动和/或转向控制系统可以向仅一个致动器输出控制信号。
可以在不干扰至少一个制动器和/或至少一个转向系统的操作的情况下启用或禁用数据处理单元。
数据处理单元可以形成集成制动和转向控制系统的一部分。替选地，数据处理单元可以是制动控制系统或转向控制系统的一部分，并且可以用于或可以不用于提供用于控制起落架的操作的反馈。
附图说明
现将参照附图来描述本发明的实施方式，在附图中：
图1a和图1b示出了飞行器；
图1c示出了可转向前起落装置的平面视图；
图2示出了制动和转向控制系统；
图3示出了图2的制动和转向控制系统的一部分；以及
图4是图2和图3中使用的符号的表。
具体实施方式
图1a和图1b示出了飞行器1，飞行器1包括具有纵轴3的机身2以及从机身向外延伸的机翼4、5。飞行器1限定了一组轴，纵向x方向与飞行器的纵轴平行、侧向y方向与x轴垂直以及竖直z方向与x轴和y轴垂直。飞行器1具有重心6。
飞行器具有起落装置，起落装置在飞行器位于地面上时支承飞行器并且在诸如着陆、滑行和起飞的地面操纵期间控制飞行器的运动。起落装置包括前起落装置(NLG)起落架10以及左舷主起落装置(MLG)起落架11和右舷主起落装置(MLG)起落架12。起落装置可以在飞行器1在飞行中时被收起以及在着陆前被伸出。
NLG起落架10具有一对转向轮13，转向轮13可以被转向致动器转动以使飞行器转向。如图1c中所示，前轮角度θNW被限定为转向轮面向的方向13’(即机轮在与转动轴垂直的方向上滚动的方向)与飞行器1的纵轴3之间的角度。飞行器的行驶方向(DoT)被限定为NLG起落架10的速度矢量相对于飞行器1的纵轴3的方向。前轮角度θNW可以变化以控制NLG起落架10的行进方向，由此控制飞行器的航向。
当转向轮13未与DoT对准时，在转向轮13面向的方向13’与DoT之间形成了一角度，该角度称为前轮侧偏角SNW。当以侧偏角操作转向轮13时，生成了具有侧向分量Flateral(在y方向上)的侧力Fside，该侧力导致用于使飞行器转动的转动力矩或偏航力矩。因此可以通过施加侧偏角来增大或减小在特定方向上正在生成的净转动力矩。
MLG起落架11和12均具有多个制动轮14，制动轮14可以被操作以使飞行器减速。通过使用制动致动器操作每个制动轮以向碳制动盘(定子和转子)的堆叠施加夹紧力，碳制动盘的堆叠向制动轮传递制动转矩，导致纵向减速力被传递至飞行器1。可以通过操作致动器控制每个制动器的制动压力来控制每个制动轮生成的纵向制动力。以下描述的实施方式中使用的制动器可以具有液压制动致动器，但本领域技术人员将理解，可以采用使用相应的控制方法的类似控制系统，而与制动器的类型无关，以及例如可以将使用相应的控制方法的类似控制系统应用于具有机电制动致动器和/或再生制动器的飞行器。
此外，制动轮可以用于通过差动制动来辅助使飞行器转向。差动制动(DB)在飞行器中心线3的任一侧有意地应用不平衡的制动力来生成用于使飞行器转向的净偏航力矩。DB通常可以通过用于控制左舷和右舷制动起落架的一对制动控制装置的不对称偏转来实现。制动和转向操作还可以由其他系统例如尾翼和其他控制表面以及飞行器的发动机来辅助。
飞行器1包括用于纵向控制的驾驶舱装置，该纵向控制用于控制飞行器的减速并且输出表示期望速度或减速度的信号，即速度命令U*或减速度命令U’*。飞行器1还包括用于侧向控制的驾驶舱装置，该侧向控制用于使飞行器转向并且输出表示期望行进方向(DoT)和偏航率的信号，即DoT命令β和偏航率命令r*。
图2示出了根据本发明的实施方式的具有数据处理单元或反馈模块的飞行器1的制动和转向控制系统100。图3示出了在本发明的一个可能的实施方式中的具有反馈模块或数据处理单元的制动和转向控制系统的一部分的简化视图。本领域技术人员将理解，反馈模块的功能和优势不依赖于飞行器1与制动和转向控制系统100的具体特征，并且类似的反馈模块可以等同地用于监测用于制动和/或转向的任何飞行器起落架的性能。
制动和转向控制系统100通常被配置成接收表示期望速度U*、减速度U’*、DoTβ或偏航率r*的输入命令，并且向制动和转向致动器传送输出命令，即制动压力命令PCOM以及前轮角度命令θNW *，以根据输入命令来控制制动轮和转向轮的操作从而控制飞行器1的运动。
由纵向控制装置101输出的每个减速度命令U’*被减速度控制器102接收，减速度控制器102还从反馈模块200接收表示当前飞行器减速度(负加速度)U’和MLG起落架11和12要生成的最大可实现制动力Fxmax的数据。减速度控制器102使用该数据来确定实现飞行器1的所命令的减速度所需的纵向制动力并且将该值输出作为纵向力命令FAC *。
由纵向控制装置101输出的每个速度命令U*类似地被速度控制器103接收，速度控制器103还接收表示当前飞行器速度U的数据。速度控制器103应用速度控制法则来将速度命令U*转换成纵向力命令FAC *并且输出该纵向力命令，纵向力命令FAC *表示实现或保持飞行器1的所命令的速度所需的纵向制动力。
纵向力命令FAC *(起源为加速度命令或速度命令)被飞行器力和力矩控制器104接收，作为x方向力命令Fx*。飞行器力和力矩控制器104还从反馈模块200接收表示纵向制动力Fx和NLG x方向反作用力FxNLG的数据。力和力矩控制器104使用当前MLG起落架纵向力来对x方向力命令Fx*应用校正并且输出经校正的力命令Fxc。
经校正的力命令Fxc被力分配器105接收，力分配器105将总的经校正的力命令划分成两个MLG制动力命令FxM *并且将MLG制动力命令输出至MLG起落架，两个MLG制动力命令FxM *分别用于两个MLG起落架11和12。出于简化起见，图1仅示出了一个MLG力命令FxM *被输出至一个MLG起落架，然而，MLG起落架11和12中的每个具有力分配器105下游的类似控制系统元件并且类似地起作用。
每个MLG起落架11和12具有MLG力控制器106，MLG力控制器106从力分配器105接收MLG制动力命令FxM *并且从起落装置荷载传感器(例如，应力计)接收表示该MLG起落架当前生成的纵向力FxM的MLG纵向力信号FxM。MLG力控制器106使用制动力命令FxM *和当前纵向力FxM来确定实现所命令的纵向力的、在该起落架的制动轮14处要生成的总制动转矩，并且输出表示该起落架的制动轮14要生成的总制动转矩的起落装置转矩命令TLG *。
起落装置转矩命令TLG *由转矩分配器107接收，转矩分配器107还从制动能量优化器108接收针对每个制动轮14的优化系数θ。转矩分配器107使用针对该起落架的总转矩命令TLG *和针对每个制动轮14的转矩系数θ来确定每个机轮要生成的制动转矩并且向起落架的每个制动轮输出表示该制动轮要生成的制动转矩的机轮特定制动转矩命令TW *。出于简化起见，图1仅示出了一个机轮制动转矩命令TW *被传递至一个制动轮14，尽管每个MLG起落架的每个制动轮接收相应的机轮制动转矩命令TW *并且被类似地操作。
每个制动轮具有转矩控制器109以及制动增益和跑道摩擦测量单元110，制动增益和跑道摩擦测量单元110使用来自各个起落装置传感器的输入信号来计算BG和轮胎-跑道摩擦系数。每个转矩控制器109从力控制器106接收用于其机轮的转矩命令以及从制动增益和跑道摩擦测量单元110接收表示所测量的制动增益BG和轮胎-跑道摩擦μ的信号，并且确定实现其制动轮14的所命令的制动转矩所需的制动压力。每个转矩控制器109然后向其机轮的制动致动器输出表示期望的制动压力的制动压力命令PCOM。转矩控制器109具有防侧滑功能以在机轮开始侧滑的情况下通过限制制动压力命令PCOM来减小或消除侧滑。
每个制动轮14的制动压力命令PCOM被每个相应制动轮的制动致动器的制动伺服控制器接收，使得制动致动器根据制动压力命令PCOM来对制动器施加压力，从而使飞行器1减速。
侧向控制装置111输出的每个偏航率命令r*被偏航率控制器112接收，偏航率控制器112还从反馈模块200接收表示当前飞行器偏航率r、通过使用转向轮进行转向而生成的最大可实现转动力矩MzSt_max、通过差动制动要生成的最大可实现转动力矩MzDB_max和MLG反作用力矩MzMLG(即从MLG起落架11和12到偏航改变的反作用力矩)的数据。偏航率控制器112使用该数据来确定实现飞行器1的所命令的偏航率所需的关于z轴的偏航力矩，并且输出表示所需的偏航力矩的飞行器偏航力矩命令MzAC *。
飞行器偏航力矩命令MzAC *被调度模块113接收，调度模块113还接收表示跑道和/或飞行器的操作情形的力矩调度系数κ。该调度系数可以用于对偏航力矩命令MzAC *施加校正因子或限制。调度模块输出表示起落装置要生成的期望偏航力矩的z力矩命令Mz*。
z力矩命令Mz*被飞行器力和力矩控制器104接收，飞行器力和力矩控制器104还从反馈模块200接收表示由于转向引起的偏航力矩Mz和来自MLG起落架的偏航力矩反作用力MzMLG的数据。力和力矩控制器104使用当前飞行器转动力矩来对z力矩命令Mz*施加校正，并且输出经校正的转动力矩命令Mzc。
经校正的转动力矩命令Mzc被力分配器105接收，力分配器105还从侧偏保护模块114接收表示NLG起落架要生成的最大可实现侧向力FyN_max的信号。侧偏保护模块114接收表示前轮角度θNW、NLG侧向力FyN和NLG-地面反作用力FzN的信号以及表示来自NLG DoT计算模块114’的DoT的信号，NLG DoT计算模块114’基于当前飞行器偏航率r、纵向速度U和侧向速度V来计算当前DoT。力分配器105输出表示NLG起落架10要生成的侧向力(y方向上)的NLG侧向力命令FyN *。在确定需要的情况下，例如在通过转向不能单独实现所命令的转动力矩的情况下，力分配器105还从侧偏保护模块接收DB激活信号DBACTIVE来激活差动制动。如果差动制动被确定为所期望的，则力分配器105向MLG起落架输出MLG侧向力命令来激活差动制动。力分配器105还接收用于确认是否会出现DB的DB权限信号κDB，以使得可以通过驾驶员或副驾驶员或另一控制系统来控制DB的激活。
NLG侧向力命令FyN *被NLG力控制器115接收，NLG力控制器115还接收表示转向轮13与跑道之间的正常反作用力FzN(即z方向上的力)和当前侧向转向力FyN(即y方向上的力)的数据。NLG力控制器115使用该数据来计算生成所命令的NLG侧向力FyN *所需的侧偏角并且输出侧偏角命令SNW。NLG力控制器115还从侧偏保护模块114接收表示用于避免转向轮13侧滑的最大侧偏角SNW_max的数据并且在超出最大侧偏角SNW_max的情况下限制所输出的侧偏角命令SNW。
当侧向控制装置111输出DoT命令β和偏航率命令r*时，这些命令通过用于选择DoT命令β或偏航率命令r*的开关115。如果选择了偏航率命令r*，则β计算模块116基于所输入的偏航率命令r*来计算DoT命令β以实现期望偏航率。如果选择了DoT命令β，则DoT命令绕过β计算模块116并且不被改变。DoT命令β(起源为来自侧向控制装置的DoT命令或偏航率命令)然后通过速率限制器117，速率限制器117用于限制DoT命令的变化速率。
所限制的DoT命令β和由NLG力控制器115输出的侧偏角命令SNW然后被组合以给出表示期望前轮角度的前轮角度命令θNW *。前轮角度命令θNW *被用于转向致动器的转向伺服控制器接收，该转向伺服控制器设定使飞行器1转向的前轮角度。
还设置有轴跟踪模块118，轴跟踪模块118可以用于在驾驶员请求飞行器1自动地转向至期望位置时自动地输出DoT命令β和偏航率命令r*。跟踪模块118输出的DoT命令β和偏航率命令r*以与来自以上论述的侧向控制装置111的等同命令相同的方式被使用。
现将更详细地描述反馈模块200的功能以及其与如图3中所示的制动和转向控制系统100的其他元件的交互。出于简化起见，图3并不包括图2中示出的所有元件，并且在单个块中包括力和力矩控制器104、力分配器105以及所有后续的控制块。图3在单个块中包括表示全部起落装置的的所有飞行器起落架10、11和12，并且示出了仅一个制动压力命令PCOM被发送至一个制动伺服控制器20以及一个前轮角度命令θNW *被发送至控制起落架的致动系统22的一个转向伺服控制器21，然而，与制动轮相关联的每个制动器接收针对其相应的伺服控制器的如上所述的其自身的压力命令。尽管可以设想其他实施方式，但图2和图3示出了本发明的一个实施方式。
反馈模块200是下述数据处理单元，该数据处理单元适于处理与地面操纵期间的起落装置的操作特性有关的数据以及生成表示起落装置的当前性能和起落装置的最大可用性能的数据。该数据然后被反馈回制动和转向控制系统100并且用于控制制动轮和转向轮的操作。在该实施方式中，反馈模块200适于与健康监测系统(HMS)201协作，尽管HMS对于反馈模块的基本功能而言并非必要。
NLG起落架10和MLG起落架11和12设置有多个传感器，多个传感器测量起落架的各种操作特性，包括：NLG和MLG起落架的纵向(x方向)、侧向(y方向)和竖直(z方向)的荷载(FxN、FyN、FzN、FxM、FyM、FzM)、前轮角度(θNW)、每个制动轮14的制动转矩(TW)以及每个制动器的制动压力(PW)和制动温度(TW)。例如，传感器可以包括应力计、转矩传感器、位置传感器等。传感器将表示所测量的起落架10、11、12的操作特性的信号传送至反馈模块200和HMS201。传感器实时地传送其信号以提供关于起落架的当前操作的最新信息。
HMS 201被配置成确定MLG起落架11和12的制动致动器和NLG起落架10的转向致动器的可操作性。HMS还被配置成确定从传感器接收的表示起落架的操作特性的信号的有效性。在一个实施方式中，HMS 201通过对从传感器接收的数据进行相关性分析来进行确定。相关性分析比较所测量的量以建立两个量之间存在线性关系的概率，指示所测量的量是否在根据预期相关性的可接受值的移动范围内。通过使用多个相关循环，减小了由于传感器故障或数据的噪声污染导致的错误的可能性。
如果对于特定制动轮的操作必要的部件如制动致动器、制动器、机轮或轮胎有故障，则相关性分析将指示该制动轮的致动器未以预期方式起作用(即未按照正常预期的那样操作其制动器以生成制动力)并且报告致动器不适于正常操作。类似地，如果对于特定转向轮的操作必要的部件如转向致动器、转向连杆、机轮或轮胎有故障时，相关性分析将指示该转向轮的致动器未以预期方式起作用(即未按照正常预期的那样控制机轮的角位置)并且报告致动器不适于正常操作。
如果传感器未正确地起作用，例如在传感器在传送不表示起落架操作特性的不正确信号或不传送信号的情况下，相关性分析将确定传感器没有正在传送落在可接受值的移动范围内的信号。HMS 201然后将指示该传感器不适于正常操作并且其信号无效。
HMS 201将其与制动和转向致动器的健康性和表示起落架的操作特性的信号的有效性有关的确定结果传送至反馈模块200。
如果HMS 201指示表示一个起落架的一个操作特性的任意信号无效，则反馈模块200通过咨询查找表来生成替选数据用于代替被确定为无效的数据。类似地，如果表示一个起落架的操作特性的信号未被反馈模块200接收到，则反馈模块生成替选数据以代替未被接收到的数据来使用。反馈模块200因此可以识别不准确或丢失的数据并且使用合适替代数据来替代不准确或丢失的数据。通过这种方式，降低了反馈模块对传感器故障的敏感度。
反馈模块200可以利用飞行器1的基本几何模型。几何模型包括起落架的数量以及起落架相对于飞行器重心6的相应位置以及每个MLG起落架的制动致动器/制动轮14的数量以及NLG起落架的转向致动器/转向轮13的数量。几何模型提供的信息使得反馈模块200能够确定哪些机轮对制动和/或转向操作有贡献以及每个起落架处生成的力将如何影响飞行器。
反馈模块200使用表示MLG起落架11和12的操作特性和飞行器的几何模型的数据来计算表示来自MLG起落架11和12中的每个的最大可用制动力Fxmax的值，即通过操作制动执行器在每个制动轮14处生成制动力可以生成的在x方向上的最大总纵向力。
反馈模块200使用表示NLG起落架10的操作特性和飞行器的几何模型的数据来计算由于转向引起的最大可用偏航力矩MzZT_max的值，即通过使转向轮13转向可以生成的相对于飞行器1的重心6的关于z轴的最大偏航力矩。反馈模块200使用转向轮13相对于飞行器重心6的位置来确定由通过转向生成的纵向(x方向)和侧向(y方向)力生成的转动力矩。
反馈模块200还使用表示MLG起落架11和12的操作特性的数据来计算表示来自MLG起落架的由于差动制动引起的最大可用偏航力矩MzDB_max的值。
反馈模块200在计算最大可用制动力和偏航力矩时将(如HMS 201报告的)制动致动器和转向致动器的健康性考虑在内。例如，如果HMS201指示所有制动致动器和转向致动器正确地起作用，则反馈模块在其计算中将包括通过制动每个制动轮和转向轮而生成的力。然而，如果HMS指示一个或更多个执行器不适于正常操作，则反馈模块200将忽略依赖于这一个或更多个执行器器的任何机轮对于形成纵向和/或侧向力来使飞行器减速和/或转向的力贡献。通过在其计算中包括制动和转向系统部件的健康状态，反馈模块200可以将故障考虑在内准确地预测起落架10、11及12的性能包线，以使得即使在故障模式下也可以准确地预测性能包线。
起落装置可以生成的最大可用制动力和偏航力矩可以随飞行器被操作而动态地变化。通过使用来自起落架的数据，反馈模块200能够生成飞行器1的当前性能包线的准确估计值，通过使用实时生成的数据，所预测的性能包线模型可以随着在地面操纵期间起落架10、11及12的操作情形改变而更新其自身。
通常，通过反馈模块计算的最大可用制动力和偏航力矩被反馈模块输出并且被用于控制和限制通过制动和转向控制系统输出的命令。通过这种方式，可以根据所预测的性能包线来控制飞行器的性能，以例如将制动或转向操作的效率最大化、防止制动和/或转向致动器的致动能力饱和以及控制飞行器起落架的荷载。
反馈模块200向减速度控制器102传送表示最大可用制动力Fxmax的信号。减速度控制器102使用最大可用制动力Fxmax来限制所输出的纵向力命令FAC *，以使得减速度控制器不请求来自MLG起落架11和12的超出起落架的可用性能包线的制动力。反馈模块200还向偏航率控制器112传送表示由于转向引起的最大可用偏航力矩Fzst_max以及由于差动制动引起的最大可用偏航力矩MzDB_max的信号。偏航率控制器112使用最大可用偏航力矩Fzst_max+MzDB_max来限制所输出的飞行器转动力矩命令MzAC *，以使得偏航率控制器不请求超出起落架的可用性能包线的偏航力矩。
通过计算飞行器的当前性能包线并且将制动和转向命令限制到该包线内的许可的最大值，反馈模块200确保起落架10、11和12以最大效率执行制动和转向操作。可以通过确保在正常、故障和恶劣情形下起落装置生成最大可能制动力或偏航力矩而不使起落架的性能能力饱和来提高性能。
所计算的最大许可值提供的闭环控制还用于限制起落架的荷载，而不牺牲最大制动和转动性能，以使得可以降低设计要求并且因此可以减小起落架的重量，并且增大燃料效率。该优势在一些起落架部件的荷载可能被增大的故障模式下会尤其有益。
反馈模块200在恶劣情形和故障模式下调节其计算以考虑降低的性能的能力确保即使在性能被损害的情况下制动和转向控制系统也能按其最佳能力起作用。
通过计算来自转向的可用偏航力矩以及来自差动制动的可用偏航力矩，可以向制动和转向控制系统100通知通过组合进行转向和制动可以实现的总偏航力矩。在任意转动操纵期间生成的偏航力矩因此可以被最大可能偏航力矩所限制，并且不被个体性能限制或单独NLG起落架10或MLG起落架11和12所约束。飞行器1的转动效率因此被最大化，并且转向和制动系统协作的能力增强，尤其是在飞行器1的高效控制可能更困难的故障模式下。
反馈模块200还使用表示起落架的操作特性的数据来生成表示通过起落架10、11和12中的每个当前正被施加至飞行器1的纵向力FxN、FxM以及关于z轴的偏航力矩Mz的值。反馈模块200在反馈环中传送表示总纵向力(包括制动力Fx和NLG起落架x方向反作用力FxNLG)和偏航力矩(包括转向力矩Mx和MLG起落架z力矩反作用力MzMLG)的信号。
飞行器力和力矩控制器104使用纵向力和偏航力矩数据在闭环控制系统中对接收到的x方向力命令Fx*和z力矩命令Mz*应用校正，并且输出经校正的力命令Fxc以及误差减小的经校正的转动力矩命令Mxc。闭环反馈的使用使得转向和制动命令信号中的误差能够被最小化，以使得制动和转向控制系统100更高效和更准确地起作用。
反馈模块200的闭环反馈功能还使得飞行器力和力矩控制器104能够监测起落架10、11及12的荷载以及控制和限制施加至每个起落架的力。通过监测和限制施加至每个起落架10、11及12的力，反馈模块200对起落架的结构完整性做出贡献，尤其是在如不合格的起飞的高制动力情形下以及在故障模式下。通常，飞行器起落架被大幅超裕度设计以适应荷载的大变化，尤其是在恶劣情形或故障模式下操作飞行器的情况下。通过提高正常和恶劣操作中以及在故障模式下的起落架荷载的效率，本发明降低了对起落架10、11、及12的设计要求。因而可以减小飞行器的重量，由此降低了燃料消耗。
反馈模块200是“有效且预测性”反馈模块，因为其向制动和转向控制系统100提供与起落架的当前有效性能以及所预测的最大性能有关的信息。
反馈模块200还输出表示制动和转向系统的健康状态的信号，指示HMS 201已向反馈模块报告的任何部件故障。例如可以经由驾驶舱中的显示面板向机组成员通知健康状态。反馈模块200因此用于提高飞行器机组和控制系统对转向和制动系统的可操作性以及会影响地面操纵的任何特定故障的了解，以使得机组和/或控制系统可以相应地调节其动作。
反馈模块200向驾驶员和副驾驶员和飞行器控制系统通知飞行器的当前性能包线。例如可以经由驾驶舱中的显示面板向机组成员通知该性能包线。通过这种方式，飞行器机组和地面操作期间参与的任何控制系统可以在执行操纵之前考虑飞行器的当前性能限制并且评估飞行器进行特定操纵的能力。反馈模块因此允许对地面操纵的更高效的计划，并且在地面操纵被发现在飞行器的当前性能包线以外的情况下允许飞行器机组和飞行器系统修改预期的地面操纵。
还随着飞行器1的当前性能包线在地面操纵期间改变而使用飞行器1的当前性能包线来更新飞行器机组和控制系统。例如可以经由驾驶舱中的显示面板来向机组成员通知性能包线。机组成员因此可以对改变情形做出反应而调整其动作和命令，以及控制系统可以如上所述自动地限制命令信号以确保起落架的连续高效操作以及操纵成功完成。通过这种方式，可以减少驾驶员的工作负担，这是因为飞行器的制动和转向控制系统100对动态改变的飞行器的性能包线做出反应以保持高效的制动和转向性能。
可以通过驾驶员、副驾驶员或任何飞行器控制系统在不影响起落架的连续操作的情况下启用和禁用反馈模块或其任意特定功能。
本领域技术人员将理解，本发明可以等同地应用于具有用于制动和/或转向的任何配置的任意数量的起落架的飞行器，并且在应用中不限于如上所述的具有起落装置或制动和转向控制系统的飞行器。
在替选实施方式中，反馈模块可以不是集成制动和转向控制系统的一部分。反馈模块例如可以是未耦接至转向系统的制动系统的一部分或者可以是未耦接至制动系统的转向系统的一部分。
在替选实施方式中，反馈模块可以用于监测飞行器的任意一个或更多个着陆装置架的性能，并且可以不用于监测飞行器的所有起落架的性能。
在替选实施方式中，反馈模块可以仅用于提供信息例如向飞行器机组成员和/或地面机组成员和/或其他飞行器系统通知制动和/或转向系统部件的操作状态、所计算的飞行器起落装置的性能限制或飞行器起落装置的当前性能，并且可以不形成控制系统中的反馈环的一部分。
在替选实施方式中，反馈模块可以适于仅计算起落架要生成的最大可用制动力或最大可用偏航力矩中的一个，并且可以适于控制仅制动或仅转向操作。在这种情况下，反馈模块可以控制和限制仅被输出至制动轮的信号或仅被输出至转向轮的信号。
在替选实施方式中，HMS 201可以不使用相关性分析而是可以使用现有技术已知的任意方法来确定任意制动和转向系统部件的可操作性或者确定从起落装置传感器接收的任意数据的有效性。
在替选实施方式中，反馈模块可以不与健康监测系统协作。在这种情况下，健康监测系统的一些或所有功能可以与反馈模块200集成。替选地，反馈模块可以不适于评估特定部件和系统的健康性或者表示起落架的操作特性的数据的有效性。
在替选实施方式中，起落架中的一个或更多个起落架可以具有在多个轮轴上支承多个机轮的转向架。
尽管以上参照优选实施方式描述了本发明，但是要理解的是，可以在不偏离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下做出各种变化或修改。

Claims (14)

1.一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个起落架的性能进行监测的数据处理单元，其中，所述数据处理单元被配置成：接收表示所述起落架的操作特性的数据，以及使用所述数据计算所述起落架正在生成的总制动力和/或偏航力矩以及所述起落架要生成的预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩，其中，所述总制动力和/或偏航力矩表示所述起落架的当前性能，以及其中，所述预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩表示所述起落架的瞬时性能包线。
2.根据权利要求1所述的数据处理单元，其中，表示所述起落架的操作特性的数据包括用于测量所述起落架的操作特性的一个或更多个传感器输出的数据。
3.一种用于控制至少一个起落架的制动和/或转向的飞行器制动和/或转向系统，所述系统包括根据任一前述权利要求所述的数据处理单元以及下述制动和/或转向控制系统，所述制动和/或转向控制系统适于向至少一个制动致动器和/或至少一个转向致动器输出输出命令以控制所述制动致动器和/或所述转向致动器的致动。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，所计算的预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩用于控制或限制所述输出命令。
5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述系统被配置成确定至少一个起落架部件和/或系统的可操作性以及/或者表示所述起落架的操作特性的数据中的任意数据的有效性。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统在计算所述预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩时使用所述起落架部件和/或系统的可操作性的确定结果。
7.根据权利要求5所述的系统，其中，所述数据处理单元被配置成：在表示所述起落架的操作特性中的至少一个操作特性的任意数据被确定为无效的情况下，生成或接收表示所述操作特性中的至少一个操作特性的替选数据；以及在计算所述预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩时使用所述替选数据代替无效的数据。
8.根据权利要求5所述的系统，还包括用于存储表示所述起落架的操作特性的数据的存储器，其中，所述数据处理单元被配置成：在接收到的表示所述起落架的操作特性的数据被确定为无效的情况下，使用所存储的数据代替接收到的数据。
9.根据权利要求5所述的系统，其中，所述系统被配置成：向所述数据处理单元外部的一个或更多个人和/或系统提供与任意起落架部件或系统的可操作性和/或表示所述起落架的操作特性的数据中的任意数据的有效性相关的信息。
10.根据权利要求3或4所述的系统，其中，所述制动和/或转向控制系统被配置成输出用于独立地控制多个制动致动器和/或转向致动器的操作的多个信号。
11.根据权利要求3或4所述的系统，其中，能够在不干扰至少一个制动器和/或至少一个转向系统的操作的情况下启用或禁用所述数据处理单元。
12.一种对用于使飞行器制动和/或转向的至少一个飞行器起落架的性能进行监测的方法，所述方法包括以下步骤：接收表示所述起落架的操作特性的数据；以及使用所述数据来计算所述起落架正在生成的总制动力和/或偏航力矩以及所述起落架要生成的预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩，其中，所述总制动力和/或偏航力矩表示所述起落架的当前性能，以及其中，所述预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩表示所述起落架的瞬时性能包线。
13.一种用于控制至少一个飞行器起落架的性能的方法，包括以下步骤：根据权利要求12所述监测所述起落架的性能，以及使用所计算的预测的最大可实现制动力和/或偏航力矩来控制或限制对至少一个制动致动器和/或至少一个转向致动器的输出命令以控制所述制动致动器和/或所述转向致动器的致动。
14.根据权利要求13所述的用于控制至少一个飞行器起落架的性能的方法，其中，所述输出命令包括制动压力命令和/或转向角度命令以及/或者针对任何其他系统的用于控制减速度和/或偏航率的命令。
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