CN111137262B - 一种双余度气动刹车控制系统及方法 - Google Patents

一种双余度气动刹车控制系统及方法 Download PDF

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一种双余度气动刹车控制系统及方法,涉及航空技术领域。该系统包括开关选择系统、第一刹车系统和第二刹车系统;所述开关选择系统用于实现对所述第一刹车系统和所述第二刹车系统的选择或交叉使用;所述第一刹车系统和所述第二刹车系统用于对飞行器两轮的制动;所述第一刹车系统和第二刹车系统内部分别独立,由外部气源输入管路统一输入,经由所述开关选择系统进行管路选择及输出,从而对飞行器两轮进行冷气压力输出。本发明提出了一种双余度气动刹车控制系统及方法,设有两套完全独立的刹车系统,构成简单,结构可靠,易于实现故障隔离,有效提高刹车系统的稳定性。

Description

一种双余度气动刹车控制系统及方法
技术领域
本发明涉及航空技术领域,尤其是涉及一种双余度气动刹车控制系统及方法。
背景技术
在当前的飞行器平台系统中,刹车系统是飞行器起降、滑跑过程的关键系统,是飞行器安全运行必不可少的重要组成。其中,采用双余度刹车控制是提高刹车系统可靠性的有效方法。
在以空气压力作为动力的有人机/无人机刹车系统中,飞行员或伺服设备控制冷气分配器或类似的调压设备向刹车机构输出带有一定压力的空气,通过空气压力的调节控制刹车力度,实现飞机在地面上的滑行方向修正、转向和减速停机等操作。但传统系统往往仅有一套冷气调压回路,与左右刹车机构相连的供气及调压系统无冗余设计,无论是调压设备的损坏还是任一管路元件的破损都将导致整个刹车系统失效,带来极大的安全隐患。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种双余度气动刹车控制系统及方法,设有两套完全独立的刹车系统,构成简单,结构可靠,易于实现故障隔离,有效提高刹车系统的稳定性。
根据本发明的第一方面,提供了一种双余度气动刹车控制系统,包括开关选择系统、第一刹车系统和第二刹车系统;
进一步的,开关选择系统用于实现对第一刹车系统和第二刹车系统的选择或交叉使用;第一刹车系统和第二刹车系统用于对飞行器两轮的制动;第一刹车系统和第二刹车系统内部分别独立,由外部气源输入管路统一输入,经由开关选择系统进行管路选择及输出,从而对飞行器两轮进行冷气压力输出。
进一步的,开关选择系统包括常开阀、常闭阀、两位三通阀和第二刹车控制器;第一刹车系统设在常开阀与两位三通阀之间;第二刹车系统设在常闭阀与两位三通阀之间;第二刹车控制器分别与常开阀、常闭阀、两位三通阀电连。
进一步的,第一刹车系统包括第一伺服阀Ⅰ、第一伺服阀Ⅱ及第一刹车控制器;第一伺服阀I和第一伺服阀II的一端均与常开阀通过气路管道连接,另一端分别通过气路管道连接至与其对应的两位三通阀;
进一步的,第二刹车系统包括第二伺服阀Ⅰ、第二伺服阀Ⅱ及第二刹车控制器;第二伺服阀I和第二伺服阀II的一端均与常闭阀通过气路管道连接,另一端分别通过气路管道连接至与其对应的两位三通阀。
进一步的,第一刹车控制器、第二刹车控制器为同一型号刹车控制器,第一伺服阀Ⅰ、第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀Ⅰ、第二伺服阀Ⅱ为同一型号伺服阀。
进一步的,第一刹车控制器与第一伺服阀I和第一伺服阀II分别电连;第二刹车控制器与第二伺服阀I和第二伺服阀II分别电连。
进一步的,所述第一刹车控制器用于调节控制对应的第一伺服阀I及第一伺服阀II输出的冷气压力,第一伺服阀I及第一伺服阀II在输出冷气压力的同时将输出压力反馈给对应的所述第一刹车控制器。
所述第二刹车控制器用于调节控制对应的第二伺服阀I及第二伺服阀II输出的冷气压力,第二伺服阀I及第二伺服阀II在输出冷气压力的同时将输出压力反馈给对应的所述第二刹车控制器。
进一步的,第一刹车控制器及第二刹车控制器通过空气压力的调节控制刹车力度,可实现飞行器在地面上的滑行方向修正、转向和减速停机等操作。
进一步的,第一刹车控制器外部与上位机电连,所述上位机用于接收第一刹车控制器获取的压力状态并对第一刹车控制器输入指令。
第二刹车控制器外部与所述上位机电连,所述上位机用于接收第二刹车控制器获取的压力状态并对第二刹车控制器输入指令。
进一步的,上位机可以同时对第一刹车控制器和第二刹车控制器输入指令。
进一步的,当上位机接收第一刹车控制器的反馈出现问题时,上位机给第二刹车控制器输入指令,切换为第二刹车气路系统。
进一步的,两位三通阀包括与第一伺服阀Ⅰ、第二伺服阀Ⅰ连通的两位三通阀I,以及与第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀Ⅱ连通的两位三通阀Ⅱ;两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ分别用于不同轮胎的制动。
根据本发明的第二方面,提供了一种双余度气动刹车控制方法,用于本发明第一方面所述的一种双余度气动刹车控制系统,具体包括:
常规使用:开启第一刹车系统,关闭第二刹车系统,即输入冷气通过常开阀连通至第一伺服阀I和第一伺服阀Ⅱ,并由两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ的第一通路对外输出冷气压力;
切换使用:检测到第一刹车系统发生故障,关闭第一刹车系统,开启第二刹车系统,即由第二刹车控制器控制常开阀关闭、常闭阀打开、两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ切换至第二通路,输入冷气通过常闭阀连通至第二伺服阀I和第二伺服阀Ⅱ,并由两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ的第二通路对外输出冷气压力;
交叉使用1:检测到第一伺服阀I、第二伺服阀Ⅱ出现故障时,第二刹车控制器控制常闭阀打开,两位三通阀I切换至第二通路;常开阀、常闭阀、两位三通阀I第二通路、两位三通阀Ⅱ第一通路组成通路;冷气可以通过常开阀、常闭阀经第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀I,由两位三通阀I第二通路、两位三通阀Ⅱ第一通路输出压力;
交叉使用2:检测到第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀I出现故障时,第二刹车控制器控制常闭阀打开,两位三通阀Ⅱ切换至第二通路;常开阀、常闭阀、两位三通阀I第一通路、两位三通阀Ⅱ第二通路组成通路;冷气可以通过常开阀、常闭阀经第一伺服阀I、第二伺服阀Ⅱ,由两位三通阀I第一通路、两位三通阀Ⅱ第二通路输出压力。
根据本发明的第三方面,提供了一种本发明第一方面所述的双余度气动刹车控制系统在飞行器中的应用。
相对于现有技术,本发明所述的一种双余度气动刹车控制系统及方法具有以下优势:
(1)采用完全双余度设计,除输入输出管道及设备壳体、框架等固定结构件外,其余部件均采用双余度设计。两组气动刹车系统的控制、驱动、反馈及通信完全相互独立,当一路控制器彻底失效时,通过对控制阀的通断仍可实现余度切换。
(2)除第一、第二刹车系统独立输出外,可以采用第一、第二刹车系统交叉输出。根据两位三通阀的通断状态可以任选第一、第二刹车系统四个伺服阀工作状态,从而达到输出压力要求。
(3)用于第一、第二刹车系统切换的开关选择系统构成简单,结构可靠,由四部通断控制阀组成,可通过简单的上电、断电操作实现第一、第二刹车系统切换,易于实现故障隔离。
(4)设计具有可扩展性,在此系统的第一、第二刹车系统的开关选择系统之外,增加通断控制阀即可实现三余度甚至多余度气动刹车控制。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明一种双余度气动刹车控制系统原理图;
图2为本发明一种双余度气动刹车控制设备结构示意图。
附图标记说明:
1-气源输入管路;2-左轮输出管路;3-右轮输出管路;4-设备内部连接管路;101-常开阀;102-常闭阀;103-两位三通阀I;104-两位三通阀II;201-第一伺服阀I;202-第一伺服阀II;203-第一刹车控制器;301-第二伺服阀I;302-第二伺服阀II;303-第二刹车控制器。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
本公开的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本公开的实施例例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
多个,包括两个或者两个以上。
和/或,应当理解,对于本公开中使用的术语“和/或”,其仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系。例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。
参阅图1所示的一种双余度气动刹车控制系统原理图,其中粗实线为设备内部连接管路4,点划线为控制线路,左侧虚线圆角框为第一刹车系统,右侧虚线圆角框为第二刹车系统,中间虚线圆角框为开关选择系统。
第一刹车系统中冷气由气源输入管路1进入,通过常开阀101,第一伺服阀I 201,第一伺服阀II 202,经由第一刹车控制器203控制,得到刹车所需冷气的输出压力,由两位三通阀I103的第一通路经左轮输出管路2、两位三通阀II 104的第一通路经右轮输出管路3分别独立输出两路冷气压力,从而控制两路气动刹车机构;开关选择系统由常开阀101、常闭阀102、两位三通阀I103、两位三通阀II 104、第二刹车控制器303组成,由第二刹车控制器303为四个阀上电;刹车控制设备切换为第二刹车系统后,在第二刹车系统中,冷气由气源输入管路1进入,通过常闭阀102,第二伺服阀I 301,第二伺服阀II 302,经由第二刹车控制器303控制,得到刹车所需冷气的输出压力,由两位三通阀I103的第二通路经左轮输出管路2、两位三通阀II 104的第二通路经右轮输出管路3分别独立输出两路冷气压力,同样可控制两路气动刹车机构。
两刹车控制器与同一上位机(外部设备)连接,上位机可以同时对第一刹车控制器203和第二刹车控制器303输入指令;也接收第一刹车控制器203、第二刹车控制器303的所反馈状态。当上位机接收第一刹车控制器203的反馈出现问题时,上位机给第二刹车控制器303输入指令,切换为第二刹车系统。
参阅图2,刹车控制系统分为三种工作状态:
1)第一刹车系统工作状态,此时常开阀101通路,常闭阀102断路,两位三通阀第一通路为通路;冷气只能通过常开阀101经由第一刹车系统,由两位三通阀第一通路输出压力。
2)第二刹车系统工作状态。当系统探测到第一刹车系统出现故障时,经上位机判决后将刹车系统切换为第二刹车系统工作。此时常开阀101断路,常闭阀102通路,两位三通阀第二通路为通路;冷气只能通过常闭阀经由第二刹车系统,由两位三通阀第二通路输出压力。
3)交叉输出状态。当系统探测到第一、第二刹车伺服阀输出压力出现以下故障模式时,经上位机判决后将刹车系统切换为交叉输出状态工作:
当判决第一伺服阀I 201、第二伺服阀II 302出现故障时。常开阀101、常闭阀102、两位三通阀I103第二通路、两位三通阀II 104第一通路组成通路,冷气可以通过常开阀101、常闭阀102经由第一、第二刹车系统的第一伺服阀II 202、第二伺服阀I 301,由两位三通阀I103第二通路、两位三通阀II 104第一通路输出压力。
当判决第一伺服阀II 202、第二伺服阀I 301出现故障时,常开阀101、常闭阀102、两位三通阀I 103第一通路、两位三通阀II 104第二通路组成通路;冷气可以通过常开阀101、常闭阀102经由第一、第二刹车系统的第一伺服阀I 201、第二伺服阀II 302,由两位三通阀I103第一通路、两位三通阀II 104第二通路输出压力。
综上所示,本发明通过合理的设计,具备良好的实用性和系统可用性,易于实现批量生产。本发明通过完备的双冗余系统设计,除不可备份的少数零件外,构成双余度刹车控制设备的第一要部件均实现双冗余备份,使得刹车控制系统的可靠性大幅提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种双余度气动刹车控制系统,所述刹车控制系统用于飞行器的控制,其特征在于:包括开关选择系统、第一刹车系统和第二刹车系统;
所述开关选择系统用于实现对所述第一刹车系统和所述第二刹车系统的选择或交叉使用;
所述第一刹车系统和所述第二刹车系统用于对飞行器两轮的制动;
所述第一刹车系统和第二刹车系统内部分别独立,由外部气源输入管路统一输入,经由所述开关选择系统进行管路选择及输出,从而对飞行器两轮进行冷气压力输出;
所述开关选择系统包括常开阀、常闭阀、两位三通阀和第二刹车控制器;
所述第一刹车系统设在所述常开阀与所述两位三通阀之间;
所述第二刹车系统设在所述常闭阀与所述两位三通阀之间;
所述第二刹车控制器分别与所述常开阀、所述常闭阀、所述两位三通阀电连。
2.根据权利要求1所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,
所述第一刹车系统包括第一伺服阀Ⅰ、第一伺服阀Ⅱ及第一刹车控制器;所述第一伺服阀I和所述第一伺服阀II的一端均与所述常开阀通过气路管道连接,另一端分别通过气路管道连接至与其对应的两位三通阀;
所述第二刹车系统包括第二伺服阀Ⅰ、第二伺服阀Ⅱ及所述第二刹车控制器;所述第二伺服阀I和所述第二伺服阀II的一端均与所述常闭阀通过气路管道连接,另一端分别通过气路管道连接至与其对应的两位三通阀。
3.根据权利要求2所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,
所述第一刹车控制器与所述第一伺服阀I和所述第一伺服阀II分别电连;
所述第二刹车控制器与所述第二伺服阀I和所述第二伺服阀II分别电连。
4.根据权利要求3所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,
所述第一刹车控制器用于调节控制对应的第一伺服阀I及第一伺服阀II输出的冷气压力,第一伺服阀I及第一伺服阀II在输出冷气压力的同时将输出压力反馈给对应的所述第一刹车控制器;
所述第二刹车控制器用于调节控制对应的第二伺服阀I及第二伺服阀II输出的冷气压力,第二伺服阀I及第二伺服阀II在输出冷气压力的同时将输出压力反馈给对应的所述第二刹车控制器。
5.根据权利要求2所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,
第一刹车控制器外部与上位机电连,所述上位机用于接收第一刹车控制器获取的压力状态并对第一刹车控制器输入指令;
第二刹车控制器外部与所述上位机电连,所述上位机用于接收第二刹车控制器获取的压力状态并对第二刹车控制器输入指令。
6.根据权利要求1所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,所述两位三通阀包括与第一伺服阀Ⅰ、第二伺服阀Ⅰ连通的两位三通阀I,以及与第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀Ⅱ连通的两位三通阀Ⅱ;
所述两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ分别用于不同轮胎的制动。
7.根据权利要求6所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,所述两位三通阀具有第一通路和第二通路,所述第一通路为两位三通阀与第一伺服阀I或第一伺服阀Ⅱ连通的气路,所述第二通路为两位三通阀与第二伺服阀I或第二伺服阀Ⅱ连通的气路。
8.一种双余度气动刹车控制方法,适用于如权利要求1~7任一项所述的一种双余度气动刹车控制系统,其特征在于,具体包括:
开启第一刹车系统,关闭第二刹车系统,即输入冷气通过常开阀连通至第一伺服阀I和第一伺服阀Ⅱ,并由两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ的第一通路对外输出冷气压力;
当检测到第一刹车系统发生故障时,关闭第一刹车系统,开启第二刹车系统,即由第二刹车控制器控制常开阀关闭、常闭阀打开、两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ切换至第二通路,输入冷气通过常闭阀连通至第二伺服阀I和第二伺服阀Ⅱ,并由两位三通阀I和两位三通阀Ⅱ的第二通路对外输出冷气压力;
当检测到第一伺服阀I、第二伺服阀Ⅱ出现故障时,第二刹车控制器控制常闭阀打开,两位三通阀I切换至第二通路;常开阀、常闭阀、两位三通阀I第二通路、两位三通阀Ⅱ第一通路组成通路;冷气可以通过常开阀、常闭阀经第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀I,由两位三通阀I第二通路、两位三通阀Ⅱ第一通路输出压力;
当检测到第一伺服阀Ⅱ、第二伺服阀I出现故障时,第二刹车控制器控制常闭阀打开,两位三通阀Ⅱ切换至第二通路;常开阀、常闭阀、两位三通阀I第一通路、两位三通阀Ⅱ第二通路组成通路;冷气可以通过常开阀、常闭阀经第一伺服阀I、第二伺服阀Ⅱ,由两位三通阀I第一通路、两位三通阀Ⅱ第二通路输出压力。
9.一种如权利要求1~7任一项所述的双余度气动刹车控制系统在飞行器中的应用。
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