CN112027108A - 检测停驻制动构件的状态 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测包括双稳态线性电磁体(1)的停驻制动构件的阻塞或未锁定状态的检测方法，该停驻制动构件既被连接到电源组件(14)，又被连接到电流传感器(15)，该电源组件(14)被布置成生成控制电压(Uc)，该电流传感器(15)被布置成测量控制电流(Ic)，该检测方法包括以下步骤：控制电源组件(14)来生成跨线圈的诸端子的测试电压(Utest)并且因而生成在线圈中流动的测试电流(Itest)，该测试电压具有小于预定电压阈值的幅度，以使得由测试电流所生成的测试磁场不使梭；采集如由电流传感器(15)产生的测试电流的测量；以及分析测试电流的测量并基于这一分析来检测停驻制动构件的阻塞或未锁定状态。

Description

检测停驻制动构件的状态
技术领域
本发明涉及双稳态停驻制动构件的领域。
背景技术
现代飞行器(诸如，飞机或直升机)常规地包括用于制动飞行器的所谓的“制动”轮的制动系统。制动系统包括多个制动器，每一制动器用于制动飞行器的诸制动轮之一。每一制动器包括一个或多个摩擦构件(例如，碳盘堆)和一个或多个制动致动器。制动致动器一般是机电致动器(则该系统被称为“电”制动系统)或液压致动器(则该系统被称为“液压”制动系统)。
在电制动系统中，每一机电制动致动器包括电动机和螺钉－螺母组装件，该组装件的元件之一由电动机驱动旋转并且它的其他元件被约束成滑动而没有旋转，以便在摩擦构件上选择性地施加压迫力。
为了在停驻时保持飞行器静止，甚至在机电制动致动器的电动机被断电时，也需要维持该压迫力。
机电制动致动器因而设置有停驻制动构件。
通常使用的停驻制动构件可被分类成两族：单稳态停驻制动构件和双稳态停驻制动构件。
单稳态停驻制动构件也被称为“故障安全”制动器。故障安全制动器在其通电时释放电动机的轴杆，并当不再被供电时将其阻塞。
在双稳态停驻制动构件中，一电脉冲用于阻塞电动机的轴杆，并且相反脉冲释放它。
除了其他优点，双稳态停驻制动构件呈现出消耗较少电能的优点。
本文涉及双稳态停驻制动构件。
双稳态停驻制动构件包括具有至少一个线圈和梭的双稳态线性电磁体，该梭被安装成在两个极限位置之间滑动，这两个极限位置各自对应于双稳态停驻制动构件的阻塞和未锁定状态中的相应一者。
在包括双稳态停驻制动器的电制动系统的软件中实现的逻辑需要知悉停驻制动构件的真实状态，并且因而需要知悉双稳态线性电磁体的梭的真实位置。具体而言，停驻制动构件的真实状态可能不同于其受控状态，尤其是在停驻制动构件已经遭受具有将梭阻塞在任何位置中的后果的故障时。
专利FR3053522B1描述了一种双稳态线性电磁体，其包括中空主体、线圈以及安装成在由线圈所生成的磁场的效应下在中空主体中滑动的梭。磁场传感器被定位在中空主体的壁中的腔中，并且用于测量通量以便确定梭的位置。
使用此类磁传感器呈现出不可否认的优点，但它也呈现出一定成本，并且往往增加重量和体积，并(至少在理论上)降低停驻制动构件的可靠性。
发明目的
本发明的目标是在不增加双稳态停驻制动构件的重量或体积，并且不降低其可靠性的情况下检测飞行器轮的制动器的双稳态停驻制动构件的阻塞或未锁定状态。
发明内容
为了实现这一目标，提供了一种用于检测飞行器轮的制动器的停驻制动构件的阻塞或未锁定状态的检测方法，该停驻制动构件包括双稳态线性电磁体，该双稳态线性电磁体包含铁磁环、线圈、永磁体以及连接到杆的梭，该梭被安装在铁磁环中以在两个极限位置之间滑动，这两个极限位置坐落于永磁体的相对侧上且分别对应于杆的扩展位置和缩回位置，该停驻制动构件既被连接到电源组件，又被连接到电流传感器，该电源组件被布置成生成跨线圈的诸端子的控制电压以使得控制电流在线圈中流动并生成使梭在两个极限位置之间移动的控制磁场，该电流传感器被布置成测量控制电流，该检测方法包括以下步骤：
控制电源组件以生成跨线圈的诸端子的测试电压并且因而生成在线圈中流动的测试电流，该测试电压具有小于预定电压阈值的幅度，以使得由测试电流所生成的测试磁场不使梭移动；
采集由电流传感器产生的测试电流的测量；以及
分析测试电流的测量并基于这一分析来检测停驻制动构件的阻塞或未锁定状态。
本发明的检测方法被应用于包括双稳态线性电磁体的双稳态停驻制动构件，该双稳态停驻制动构件既被连接到生成控制电压的电源组件，又被连接到测量控制电流的电流传感器。
该检测方法因而通过使用已被用于控制双稳态停驻制动构件的电源组件和电流传感器来执行，并且因而无需添加任何附加“硬件”组件，诸如举例而言，传感器。实现该检测方法因此没有降低停驻制动构件的可靠性，也没有增加其体积、重量或成本。
还提供了一种如上所述的检测方法，其中测试电压包括电压电平，并且其中对测试电流的测量的分析包括将测试电流的幅度与第一预定电流阈值相比较的步骤。
还提供了一种如上所述的检测方法，其中对测试电流的测量的分析是频率分析。
还提供了一种如上所述的检测方法，其中频率分析包括将测试电流的至少一个谐波的幅度与第二预定电流阈值相比较的步骤。
还提供了一种包括停驻制动构件、电源组件、电流传感器以及处理器组件的停驻制动系统，停驻制动构件包括双稳态线性电磁体，该双稳态线性电磁体包含铁磁环、线圈、永磁体以及连接到杆的梭，该梭被安装在铁磁环中以在两个极限位置之间滑动，这两个极限位置坐落于永磁体的相对侧上且分别对应于杆的扩展位置和缩回位置，停驻制动构件既被连接到电源组件，又被连接到电流传感器，电源组件被布置成生成跨线圈的诸端子的控制电压以使得控制电流在线圈中流动并生成使梭在两个极限位置之间移动的控制磁场，电流传感器被布置成测量控制电流，上述检测方法被实现在处理器组件中。
还提供了一种如上所述的停驻制动系统，其中杆呈现第一形状，第一形状关于正交于杆的滑动方向的第一中间面是非对称的，以此方式来突出与杆处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，第一中间面是杆的中间面。
还提供了一种如上所述的停驻制动系统，其中铁磁环呈现第二形状，第二形状关于正交于杆的滑动方向的第二中间面是非对称的，以此方式来突出与杆处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，第二中间面是铁磁环的中间面。
还提供了一种如上所述的停驻制动系统，其中线圈按以下布置缠绕在铁磁环上：该布置关于正交于杆的滑动方向的第三中间面是非对称的，以此方式来突出与杆处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，第三中间面是铁磁环的中间面。
还提供了一种包括外壳和上述停驻制动系统的机电致动器，该停驻制动系统被包括在该外壳中。
本发明可以鉴于以下对于本发明的特定非限定性实施例的描述而被更好地理解。
附图说明
参考附图，其中：
图1示出了处于未锁定状态的停驻制动构件的第一实施例中的双稳态线性电磁体；
图2示出了处于阻塞状态的停驻制动构件的双稳态线性电磁体；
图3示出了在停驻制动构件从阻塞状态去往未锁定状态时的双稳态线性电磁体；
图4示出了在停驻制动构件从未锁定状态去往阻塞状态时的双稳态线性电磁体；
图5示出了被连接到停驻制动构件的电源组件、电流传感器以及处理器组件；
图6是标绘出与停驻制动构件的未锁定状态相对应的测试电压的曲线、测试电流的曲线，以及与停驻制动构件的阻塞状态相对应的测试电流的曲线的图表；
图7示出了处于阻塞状态的停驻制动构件的第二实施例中的双稳态线性电磁体；
图8示出了处于阻塞状态的停驻制动构件的第三实施例中的双稳态线性电磁体；
图9示出了处于阻塞状态的停驻制动构件的第四实施例中的双稳态线性电磁体。
具体实施方式
参考图1和2，在第一实施例中，飞行器轮的制动器的机电制动致动器包括电动机和包含双稳态线性电磁体的停驻制动构件0。
双稳态线性电磁体1包括线圈2、E形铁磁环3、紧固到该E形的中央分支5的一端的永磁体4、以及可移动并连接到杆7的梭6。杆7与连接到机电制动致动器的电动机的输出轴杆的犬(dog)合作。
杆7在缩回位置(如图1中所示，其中停驻制动构件0处于未锁定状态并且其中电动机的输出轴杆被释放)与扩展位置(如图2中所示，其中停驻制动构件0处于阻塞状态并且其中电动机的输出轴杆被阻塞)之间滑动。
杆7由梭6驱动，梭6被安装成在环3中在对应于杆7的缩回位置的第一极限位置与对应于杆7的扩展位置的第二极限位置之间滑动。在此使用的术语“在环3中”意指梭6的至少一部分坐落在由环3的外轮廓所限定的体积内。
参考图3，当停驻制动构件0处于阻塞状态并且被使得要切换到未锁定状态时，控制电压+Uc被施加到线圈2的端子。在这一示例中，控制电压+Uc是作为脉冲施加的直流(DC)电压。DC控制电流Ic随后在线圈2中流动并在环3中生成控制磁场，这将梭6朝其第一极限位置吸引：梭6在箭头9的方向上移动。
得自控制磁场的磁通量在环3中生成。该磁通量由场线10来表示。
当梭6处于第一极限位置且杆7处于缩回位置时，停驻制动构件0处于未锁定状态。一旦梭6已经移动，对于向停驻制动构件0供电就不再有任何需要，因为永磁体4维持使梭6保持静止的磁场。
参考图4，当停驻制动构件0处于未锁定状态并且被使得要切换到阻塞状态时，控制电压-Uc被施加到线圈2的端子。控制电压-Uc作为脉冲来施加。
控制电流Ic随后在线圈2中在与图3相反的方向上流动并在环3中生成控制磁场，这将梭6朝其第二极限位置吸引：梭6在箭头11的方向上移动。
得自控制磁场的磁通量在环3中生成。该磁通量由场线12来表示。
当梭6处于第二极限位置且杆7处于扩展位置时，停驻制动构件0处于阻塞状态。一旦梭6移动，对于向停驻制动构件0供电就不再有任何需要，因为永磁体4维持使梭6保持静止的磁场。
参考图5，停驻制动构件0被连接到电源组件14，尤其是DC/DC转换器，其根据输入电压Ue生成控制电压(+/-)Uc。在这一示例中，输入电压Ue高于控制电压Uc且可等于20伏特(V)、50V、270V或甚至更高。
控制电流Ic由电流传感器15测量。
处理器组件16采集控制电流Ic的测量。作为示例，处理器组件16可包括微控制器、处理器、专用集成电路(ASCI)类型或现场可编程门阵列(FPGA)类型的可编程逻辑电路，等等。
处理器组件16使用控制电流Ic的测量来调整控制电压Uc。处理器组件16还使用控制电流Ic的测量来监视停驻制动构件0，例如通过检测短路(如果有的话)。
下文是本发明的检测方法的描述。该检测方法寻求检测停驻制动构件0的“真实”阻塞或未锁定状态。
处理器组件16控制电源组件14，以使其生成跨线圈2的诸端子的测试电压Utest，并且因而生成在线圈2中流动的测试电流Itest。停驻制动构件0的阻塞或未锁定状态通过分析测试电流Itest的测量来检测。
测试电压Utext和测试电流Itest按以下方式来定义：第一极限位置与第二极限位置之间的差别是尽可能地可靠的。
测试电压Utest必须有足够高的幅度以确保测试电流Itest中的干扰是可忽略的并且可以按精确的方式来测量。
测试电压Utest必须有足够低的幅度以确保在施加测试电压Utest时，由测试电流Itest所生成的测试磁场不使梭6移动。因而，当施加测试电压Utest时，梭6保持静止，或者可能经受非常小幅度的移动并且不足以使其从一个极限位置去往另一极限位置。测试电压Utest因而小于预定电压阈值。在这一示例中，测试电压Utest小于双稳态线性电磁体1的触发阈值，具有几伏的裕度以便容纳容限变化。例如，当考虑具有14V的触发阈值的双稳态线性电磁体1时，测试电压Utest的幅度可等于10V。
此后，处理器组件16采集如由电流传感器所产生的测试电流Itest的测量。
处理器组件16随后分析测试电流Itest的测量并根据该分析来检测停驻制动构件0的阻塞或未锁定状态。处理器组件16随后将该信息传送到电制动系统和/或飞行器的“更高级”(即，系统级)控制构件。
参考图6并且作为示例，测试电压Utest(曲线20)包括10V电压电平。对测试电流Itest的测量的分析包括将测试电流Itest的幅度与第一预定电流阈值Is相比较：当测试电流Itest的最大幅度小于或等于Is(曲线21)时，停驻制动构件0处于未锁定状态，并且当测试电流Itest的最大幅度大于Is(曲线22)时，停驻制动构件0处于阻塞状态。
并非使用最大幅度，通常可能的是比较测试电流Itest的某个其他特性幅度，例如均值幅度或在给定时刻T的幅度。
测试电压Utest不必一定是电压电平，而可以是幅度为Atest且频率为Ftest的正弦波。测试电流Itest则将是幅度和相位的因梭6的每一极限位置而异的正弦波。
测试电压Utest可以更复杂并且包括方波信号、三角波信号、Dirac脉冲、这些信号的混合，等等。
测试电流Itest的分析可以是频率分析。在此类情形下，测试电流Itest的至少一个谐波的幅度与第二预定电流阈值相比较。这一比较用于确定梭6所处的极限位置。
测试电流Itest可经受时间和频率分析这两者以便使结果更加稳健。
当梭6处于第一极限位置时与当梭6处于第二极限位置时的测试电流Itest之间存在的差异得自以下事实：测试磁场在这两种情形下不相同，因为与杆7处于缩回位置相对应的第一磁场电路和与杆7处于扩展位置相对应的第二磁场电路之间存在磁非对称性。
磁非对称性归因于永磁体4的影响，其在一种情形中对抗测试磁场而在另一情形中强化测试磁场。
磁非对称性还归因于杆7的非对称性。具体而言，即使在附图中不可见，有磁场线穿过位于杆7的一端处的头部23，其另一端不具有头部。
从停驻制动构件0的诸端子看到的电感因而在梭6的两个极限位置中是不相同的，并且因此对于给定测试电压Utest而言，测试电流Itest在这两个极限位置中不具有相同波形和相同幅度。
有利地，并且参考图7，为了突出在这两个位置中测试电流Itest之间的差异，突出与杆30处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆30处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性。为此目的，杆30被赋予第一形状，该第一形状关于正交于杆30的滑动方向的第一中间面P1是非对称的，该第一中间面是杆30的中间面。术语“中间面”在此被用来意指与杆30在其长度L1的中间相交的平面。
因而在图7中可看到，杆30呈现在杆30的第一端32与杆30的第二端33之间延伸的主部分31，连同坐落在第二端33处并正交于主部分31延伸的端部34。如图7中所示，当杆30处于扩展位置时，端部34紧挨环35延伸，以形成针对场线36的磁路。
同样有利地，并且参考图8，为了突出在这两个位置中测试电流Itest之间的差异，突出与杆40处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆40处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性。为此目的，环41被赋予第二形状，该第二形状相对于正交于杆40的滑动方向的第二中间面P2是非对称的，该第二中间面是环41的中间面。术语“中间面”在此被用来意指与环41在其长度L2的中间相交的平面。
因而在图8中可看到，环41的分支42和43在厚度上大于分支44和45。还可以看到，内腔46的宽度l1大于内腔47的宽度l2。
同样有利地，并且参考图9，为了突出在这两个位置中测试电流Itest之间的差异，突出与杆50处于缩回位置相对应的第一磁电路和与杆50处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性。为此目的，线圈51以如下布置被缠绕在铁磁环52上：该布置关于正交于杆50的滑动方向的第三中间面P3是非对称的，该第三中间面是环52的中间面。术语“中间面”在此被用来意指与环52在其长度L3的中间相交的平面。
因而在图9中可看到，线圈51具有坐落在第三中间面P3一侧上的两个绕组54以及坐落在第三中间面P3的另一侧上的一个绕组55。
还应观察到，可使得磁体和/或梭是非对称的。
当然可能的是，将多个这些非对称布置应用于单个双稳态线性电磁体(即，应用于其杆、其线圈、其环、其磁体、其梭)。
还应观察到，磁非对称性的效应可通过增加磁体的大小来增加。
如上所述的本发明因而使得可能在无需修改其硬件的情况下确定现有停驻制动构件的真实状态。检测是借助于仅针对处理器组件的软件的修改来执行的，这在可靠性、重量、体积和成本方面尤其有利。
应当观察到，在这一示例中，电源组件14、电流传感器15以及处理器组件16被包括在机电制动致动器的壳体中。这一配置对应于电制动系统的分布式架构，其中控制电子装置被定位成尽可能接近致动器。自然地，本发明以相同方式应用于“集中式”架构，其中电源组件14、电流传感器15以及处理器组件16坐落在位于飞行器机身中的计算装置中。
本发明在分布式架构中尤其有利。具体而言，电子装置被包括在机电制动致动器的壳体中，并且因此位于制动器上且因而在受限且严酷的环境中。在此类环境中添加硬件尤其复杂，并且往往降低机电制动致动器的可靠性。在这一架构中，能够在无需任何附加组件的情况下检测停驻制动构件的真实状态因而是非常有利的。
自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是涵盖了落入如由权利要求书限定的本发明范围内的任何变型。
如所描述的，本发明被实现在电制动系统的机电制动致动器的停驻制动构件中。然而，它也可被实现在液压制动系统中。
在液压制动系统中，每一液压致动器可经由正常液压制动电路并经由停驻液压制动电路被连接到压力源。常规上，停驻液压制动电路包括具有出口端口的停驻阀，该出口端口被适配成选择性地连接到压力源或在相对于所述高压力较低的压力处连接到返回电路。
停驻阀可由具有在扩展位置和缩回位置之间滑动的杆的双稳态线性电磁体来操作。在此类情形中，“停驻制动构件”包括停驻阀和双稳态线性电磁体这两者。停驻阀的状态是通过本发明的检测方法来检测的。

Claims (9)

1.一种用于检测飞行器轮的制动器的停驻制动构件(0)的阻塞或未锁定状态的检测方法，所述停驻制动构件包括双稳态线性电磁体(1)，所述双稳态线性电磁体(1)包含铁磁环(3；35；41；52)、线圈(2；51)、永磁体(4)以及连接到杆(7；30；40；50)的梭(6)，所述梭(6)被安装在所述铁磁环中以在两个极限位置之间滑动，所述两个极限位置坐落于所述永磁体的相对侧上且分别对应于所述杆的扩展位置和缩回位置，所述停驻制动构件既被连接到电源组件(14)，又被连接到电流传感器(15)，所述电源组件(14)被布置成生成跨所述线圈的诸端子的控制电压(Uc)以使得控制电流(Ic)在所述线圈中流动并生成使所述梭(6)在所述两个极限位置之间移动的控制磁场，所述电流传感器(15)被布置成测量所述控制电流，所述检测方法包括以下步骤：
控制所述电源组件(14)来生成跨所述线圈的诸端子的测试电压(Utest)并且因而生成在所述线圈中流动的测试电流(Itest)，所述测试电压具有小于预定电压阈值的幅度，以使得由所述测试电流所生成的测试磁场不使所述梭移动；
采集如由所述电流传感器(15)产生的测试电流的测量；以及
分析所述测试电流的测量并基于所述分析来检测所述停驻制动构件的阻塞或未锁定状态。
2.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，所述测试电压包括电压电平(20)，并且其中对所述测试电流的测量的分析包括将所述测试电流的幅度与第一预定电流阈值(Is)相比较的步骤。
3.如权利要求1所述的检测方法，其特征在于，对所述测试电流的测量的分析是频率分析。
4.如权利要求3所述的检测方法，其特征在于，所述频率分析包括将所述测试电流的至少一个谐波的幅度与第二预定电流阈值相比较的步骤。
5.一种包括停驻制动构件(0)、电源组件(14)、电流传感器(15)以及处理器组件(16)的停驻制动系统，所述停驻制动构件包括双稳态线性电磁体(1)，所述双稳态线性电磁体(1)包含铁磁环(3)、线圈(2)、永磁体(4)以及连接到杆(7)的梭(6)，所述梭被安装在所述铁磁环中以在两个极限位置之间滑动，所述两个极限位置坐落于所述永磁体的相对侧上且分别对应于所述杆的扩展位置和缩回位置，所述停驻制动构件既被连接到所述电源组件(14)，又被连接到所述电流传感器(15)，所述电源组件(14)被布置成生成跨所述线圈的诸端子的控制电压(Uc)以使得控制电流(Ic)在所述线圈中流动并生成使所述梭在所述两个极限位置之间移动的控制磁场，所述电流传感器(15)被布置成测量所述控制电流，如任一前述权利要求所述的检测方法在所述处理器组件(16)中执行。
6.如权利要求5所述的停驻制动系统，其特征在于，所述杆(30)呈现第一形状，所述第一形状关于正交于所述杆的滑动方向的第一中间面(P1)是非对称的，以此方式来突出与所述杆(30)处于缩回位置相对应的第一磁电路和与所述杆(30)处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，所述第一中间面是所述杆的中间面。
7.如权利要求5所述的停驻制动系统，其特征在于，所述铁磁环(41)呈现第二形状，所述第二形状关于正交于所述杆(40)的滑动方向的第二中间面(P2)是非对称的，以此方式来突出与所述杆(40)处于缩回位置相对应的第一磁电路和与所述杆(40)处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，所述第二中间面是所述铁磁环的中间面。
8.如权利要求5所述的停驻制动系统，其特征在于，所述线圈(52)按以下布置被缠绕在所述铁磁环(52)上：所述布置关于正交于所述杆的滑动方向的第三中间面(P3)是非对称的，以此方式来突出与所述杆(50)处于缩回位置相对应的第一磁电路和与所述杆(50)处于扩展位置相对应的第二磁电路之间的磁非对称性，所述第三中间面是所述铁磁环的中间面。
9.一种包括外壳和如权利要求5到8中的任一项所述的停驻制动系统的机电致动器，所述停驻制动系统被包括在所述外壳中。
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