CN112959989B - 一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法 - Google Patents

一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法。其中跑道状态实时检测方法，包括：基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量；基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数；基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数；基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数；基于所述状态反馈函数，获取所述跑道状态。本发明通过构建一个状态反馈函数来检测跑道状态，在仅有轮速和刹车压力作为输入的条件下，实时检测跑道状态的变化用于调整刹车压力大小，以此来提高刹车效率。

Description

一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法
技术领域
本公开涉及跑道状态检测技术，尤其涉及一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法。
背景技术
飞机刹车系统是飞机起落装置的重要组成部分，其实质是利用轮胎与地面的结合力矩，在飞机起飞、着陆以及转向时实现控制与制动，以此来保证飞机的安全运行。飞机刹车过程中会受到各种因素影响，如跑道表面的状况、轮载变化、轮胎充气压力等等，而这些因素的本质都是影响飞机受刹机轮轮胎和跑道之间结合力。其中最重要的影响因素是跑道摩擦状态，在飞机刹车过程中，跑道摩擦特性的识别对于飞机刹车的效率和安全性有着直接的影响。通过对跑道摩擦状态的识别实现对轮胎和跑道之间的最大结合力的实时跟踪对提高刹车系统效率具有十分重要的意义。目前国内外的大部分研究都只考虑了结合系数的变化，且在控制过程中均需要滑移速度作为输入或安装额外的传感器。这些方法对于跑道状态变化的适应性较差，且不适合于仅有轮速和刹车压力作为输入的飞机，安装额外的传感器不仅提高了经济成本且降低了飞机刹车的可靠性和安全性。
发明内容
为了解决上述技术问题的至少一个，本公开提供了一种跑道状态实时检测方法和刹车压力控制方法。
本公开的技术方案是这样实现的：
一种跑道状态实时检测方法，包括：
基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量；
基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数；
基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数；
基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数；
基于所述状态反馈函数，获取所述跑道状态。
进一步地，所述状态变量包括第一状态变量和第二状态变量；
所述基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量，包括：由以下等式获得所述第一状态变量和所述第二状态变量：
Figure BDA0002949123640000021
所述状态变量满足以下等式：
x＝[x1,x2]T；
其中，ω为当前轮速；ωd为预设轮速；x1为第一状态变量；x2为第二状态变量；x为状态变量。
进一步地，所述基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数，包括：由以下等式获得所述第一参数：
Figure BDA0002949123640000022
Figure BDA0002949123640000023
其中，Ff为跑道结合力；λ为滑移率；r为轮胎半径；J为机轮惯量；Vp为飞机速度；a1为第一参数。
进一步地，所述基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数，包括：由以下等式获得所述第二参数：
Figure BDA0002949123640000024
其中，Kb为刹车压力增加斜率；a2为第二参数。
进一步地，基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数，包括：由以下等式获得所述状态反馈函数：
Figure BDA0002949123640000031
进一步地，所述基于所述状态反馈函数，实时获取所述跑道状态，包括：
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现尖峰，则在所述尖峰位置对应的所述跑道状态发生突变；
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现缓慢变化区间，则在所述缓慢变化区间对应的所述跑道状态呈缓慢变化；其中，所述缓慢变化区间为所述函数曲线中第一状态变量呈缓慢变化趋势的区段。
一种刹车压力控制方法，其特征在于,包括：
基于上述跑道状态实时检测方法，获取跑道状态；
基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化。
进一步地，所述基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化，包括：
若所述状态反馈函数为正，则增加所述刹车压力；
若所述状态反馈函数为负，则降低所述刹车压力。
进一步地，所述刹车压力满足以下等式：
Figure BDA0002949123640000032
其中，Pb为刹车压力，f(x)为状态反馈函数。
附图说明
附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
图1是本公开的跑道状态实时检测方法的流程示意图；
图2是本公开的刹车压力控制方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。
需要说明的是，文中的步骤编号，仅为了方便具体实施例的解释，不作为限定步骤执行先后顺序的作用。本实施例提供的方法可以由相关的服务器执行，且下文均以服务器或计算机等电子设备作为执行主体为例进行说明。
实施例一
参照图1，本实施例提供一种跑道状态实时检测方法，包括：
基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量；
基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数；
基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数；
基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数；
基于所述状态反馈函数，获取所述跑道状态。
本发明的实施例，通过构建一个状态反馈函数来检测跑道状态，其中，所述状态变量包括第一状态变量和第二状态变量；
状态变量满足等式x＝[x1,x2]T；
由以下等式获得所述第一状态变量和所述第二状态变量：
Figure BDA0002949123640000051
根据状态反馈函数来指导飞机的控制器做出相应刹车动作，使飞机刹车系统的相轨迹逐渐趋于由第一状态变量x1和第二状态变量x2构成的相平面的原点，从而使得刹车系统的轮速与机轮减速率跟踪误差为0。即x1和x2为0。
Figure BDA0002949123640000052
Figure BDA0002949123640000053
其中，ω为当前轮速；ωd为预设轮速；x1为第一状态变量；x2为第二状态变量；x为状态变量；Pb为刹车压力。
采取恒减速率控制，即
Figure BDA0002949123640000054
保持不变时，通过卡尔曼滤波器得到结合力的变化率
Figure BDA0002949123640000055
基于飞机速度Vp和当前轮速ω计算获得到滑移率λ；通过微分跟踪器得到滑移率的变化率
Figure BDA0002949123640000056
通过
Figure BDA0002949123640000057
与
Figure BDA0002949123640000058
的比值来检测最佳工作点的结合力(即最大结合力)的大小；获取最佳工作点后，可将其进行线性化处理，得到下式：
Figure BDA0002949123640000059
其中，Ff为跑道结合力；λ为滑移率，取最大结合力处对应的滑移率，Kλ为最大结合力处
Figure BDA00029491236400000510
和
Figure BDA00029491236400000511
的比值；飞机刹车系统不打滑时，机速接近于轮速；近似得到：
Figure BDA00029491236400000512
其中，Vp为飞机速度；联立后可推出：
Figure BDA00029491236400000513
代入并进行简化后可得：
Figure BDA0002949123640000061
所述基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数，包括：由以下等式获得所述第一参数：
Figure BDA0002949123640000062
r为轮胎半径；J为机轮惯量；a1为第一参数。
所述基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数，包括：由以下等式获得所述第二参数：
Figure BDA0002949123640000063
其中，Kb为刹车压力增加斜率；a2为第二参数。
以刹车压力的变化率
Figure BDA0002949123640000064
作为输入，根据状态反馈函数f(x)控制：
Figure BDA0002949123640000065
定义李雅普诺夫函数：
Figure BDA0002949123640000066
根据李雅普诺夫稳定性定理，为保证系统稳定性，基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数，包括：由以下等式获得所述状态反馈函数：
Figure BDA0002949123640000067
所述基于所述状态反馈函数，实时获取所述跑道状态，包括：
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现尖峰，则在所述尖峰位置对应的所述跑道状态发生突变；
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现缓慢变化区间，则在所述缓慢变化区间对应的所述跑道状态呈缓慢变化；其中，所述缓慢变化区间为所述函数曲线中第一状态变量呈缓慢变化趋势的区段，缓慢变化趋势包括缓慢上升趋势和缓慢下降趋势。
由于飞机在实际刹车过程中，整条跑道的结合系数并非不变，有时跑道积水会导致路况突然发生变化，在部分着陆阶段由于轮胎碎屑的堆积会导致跑道结合系数缓慢降低。因此，需要对这些跑道的变化进行识别并针对性地处理，以此来保证机轮不打滑且保持最大刹车效率。
当跑道突变时，由于机轮的惯量存在，机轮速度变化不大，即x1基本不变，结合力会发生突变，从而使得机轮减速率，即x2迅速变化，产生一个尖峰，f(x)便会产生一个尖峰，可以据此判断跑道突变以及产生突变的程度。
当跑道缓慢变化时，减速率不会突变，但轮速会不断积累变化，即x1会缓慢变化。跑道不断变好时，结合力会不断增大，减速率不断增大，轮速和预设轮速误差，即x1不断增大；跑道不断变差，结合力会不断减小，减速率也会不断减小，轮速和预设轮速的误差，即x1也会不断增大。因此，可通过状态反馈函数来获取跑道状态。可以通过抑制f(x)的变化来减小跑道缓变对于刹车过程的影响。不断根据状态反馈函数f(x)调整预设减速率的大小及压力大小，实现全程高刹车效率控制。
本发明的实施例通过构建一个状态反馈函数来检测跑道状态，在仅有轮速和刹车压力作为输入的条件下，实时检测跑道状态的变化用于调整刹车压力大小，以此来提高刹车效率。
实施例二
参照图2，本实施例提供一种刹车压力控制方法，包括：
基于本发明实施例一的跑道状态实时检测方法，获取跑道状态；
基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化。
所述基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化，包括：
若所述状态反馈函数为正，则增加所述刹车压力；
若所述状态反馈函数为负，则降低所述刹车压力。
所述刹车压力满足以下等式：
Figure BDA0002949123640000081
其中，Pb为刹车压力，f(x)为状态反馈函数。
f(x)>0时，升压控制，f(x)<0时，降压控制，f(x)＝0时，压力保持不变。
本发明的实施例可以通过抑制f(x)的变化来减小跑道缓变对于刹车过程的影响。不断根据状态反馈函数f(x)调整预设减速率的大小及压力大小，实现全程高刹车效率控制。
应理解的是，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。上述实施例方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
本公开的流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分。并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能。
本公开在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。
本公开术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims (8)

1.一种跑道状态实时检测方法，其特征在于，包括：
基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量；
基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数；
基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数；
基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数；
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现尖峰，则在所述尖峰位置对应的所述跑道状态发生突变；
若所述状态反馈函数对应的函数曲线出现缓慢变化区间，则在所述缓慢变化区间对应的所述跑道状态呈缓慢变化；其中，所述缓慢变化区间为所述函数曲线中第一状态变量呈缓慢变化趋势的区段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述状态变量包括第一状态变量和第二状态变量；
所述基于当前轮速和预设轮速，获取状态变量，包括：由以下等式获得所述第一状态变量和所述第二状态变量：
Figure 775662DEST_PATH_IMAGE001
；
所述状态变量满足以下等式：
Figure 896064DEST_PATH_IMAGE002
；
其中，
Figure 269277DEST_PATH_IMAGE003
为当前轮速；
Figure 133328DEST_PATH_IMAGE004
为预设轮速；
Figure 806755DEST_PATH_IMAGE005
为第一状态变量；
Figure 98059DEST_PATH_IMAGE006
为第二状态变量；
Figure 958567DEST_PATH_IMAGE007
为状态变量。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述基于跑道结合力、滑移率、轮胎半径、机轮惯量和飞机速度，获取第一参数，包括：由以下等式获得所述第一参数：
Figure 626309DEST_PATH_IMAGE008
；
Figure 29608DEST_PATH_IMAGE009
；
其中，
Figure 616448DEST_PATH_IMAGE010
为跑道结合力；
Figure 839619DEST_PATH_IMAGE011
为跑道最大结合力变化率；
Figure 170106DEST_PATH_IMAGE012
为滑移率；
Figure 427912DEST_PATH_IMAGE013
为跑道最大结合力对应的滑移率变化率；
Figure 451231DEST_PATH_IMAGE014
为轮胎半径；
Figure 161698DEST_PATH_IMAGE015
为机轮惯量；
Figure 30297DEST_PATH_IMAGE016
为飞机速度；
Figure 408189DEST_PATH_IMAGE017
为第一参数；
Figure 212197DEST_PATH_IMAGE018
为跑道最大结合力处
Figure 534594DEST_PATH_IMAGE019
和
Figure 82250DEST_PATH_IMAGE020
的比值。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述基于刹车压力增加斜率和机轮惯量获取第二参数，包括：由以下等式获得所述第二参数：
Figure 439282DEST_PATH_IMAGE021
；
其中，
Figure 679770DEST_PATH_IMAGE022
为刹车压力增加斜率；
Figure 223884DEST_PATH_IMAGE023
为第二参数。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，
基于所述状态变量、所述第一参数和所述第二参数，获取状态反馈函数，包括：由以下等式获得所述状态反馈函数：
Figure 575231DEST_PATH_IMAGE024
。
6.一种刹车压力控制方法，其特征在于,包括：
基于如权利要求1-5任一项所述方法，获取跑道状态；
基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述基于所述跑道状态的变化，控制刹车压力变化，包括：
若所述状态反馈函数为正，则增加所述刹车压力；
若所述状态反馈函数为负，则降低所述刹车压力。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述刹车压力满足以下等式：
Figure 521190DEST_PATH_IMAGE025
；
其中，
Figure 198159DEST_PATH_IMAGE026
为刹车压力，
Figure 104935DEST_PATH_IMAGE027
为状态反馈函数，
Figure 119028DEST_PATH_IMAGE028
为状态反馈系数。
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