CN113165449A - 磨损量预测方法、磨损量预测装置以及磨损量预测程序 - Google Patents

Abstract

磨损量预测方法基于航空器用轮胎(31)的各肋条型花纹(50～53)的平均接地压力来计算各肋条型花纹(50～53)的剪切力，基于剪切力来计算航空器用轮胎(31)的磨损能量，基于磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测航空器用轮胎(31)的磨损量。与航空器有关的信息包含航空器用轮胎(31)的内压。各肋条型花纹(50～53)的平均接地压力基于内压和施加至航空器用轮胎(31)的轮重来计算。

Description

磨损量预测方法、磨损量预测装置以及磨损量预测程序

技术领域

本发明所涉及一种磨损量预测方法、磨损量预测装置以及磨损量预测程序。

背景技术

以往，已知一种预测航空器用轮胎的磨损量的技术(专利文献1)。专利文献1所涉及的方法如下：获取与根据使用条件而区分出的多个行驶状态(例如，落地(touch down)行驶状态、落地后减速行驶状态、滑行行驶状态等)相对应的多个磨损能量，基于获取到的磨损能量来预测航空器用轮胎的磨损量。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5778560号

发明内容

发明要解决的问题

通常，在航空器上安装有多个航空器用轮胎。在落地行驶状态下，每个航空器用轮胎的磨损量是不同的。例如，在落地行驶状态下，每个航空器用轮胎的状态(剪切力、滑移率等)由于施加至航空器用轮胎的载荷不同而不一样。然而，专利文献1所涉及的方法没有考虑落地行驶状态下的每个航空器用轮胎的状态，因此难以高精度地预测落地行驶状态下的每个航空器用轮胎的磨损量。

因此，本发明是鉴于这种状况而完成的，其目的在于提供一种能够高精度地预测落地行驶状态下的每个航空器用轮胎的磨损量的磨损量预测方法、磨损量预测装置以及磨损量预测程序。

用于解决问题的方案

本发明所涉及的磨损量预测方法基于航空器用轮胎(航空器用轮胎31)的各肋条型花纹(肋条型花纹50～53)的平均接地压力来计算各肋条型花纹的剪切力，基于剪切力来计算航空器用轮胎的磨损能量，基于磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测航空器用轮胎的磨损量。与航空器有关的信息包含航空器用轮胎的内压。各肋条型花纹的平均接地压力基于内压和施加至航空器用轮胎的轮重来计算。

发明的效果

根据本发明，能够高精度地预测落地行驶状态下的每个航空器用轮胎的磨损量。

附图说明

图1A是示出磨损量预测装置、网络以及航空公司之间的关系的概要图。

图1B是本发明的实施方式所涉及的磨损量预测装置的概要结构图。

图2是说明本发明的实施方式所涉及的磨损量预测装置的一个动作例的流程图。

图3是说明本发明的实施方式所涉及的磨损量预测装置的一个动作例的流程图。

图4是示出俯仰角与高度之间的关系的曲线图。

图5是示出评价时间与下降速度之间的关系的曲线图。

图6是说明形成于航空器用轮胎上的周向沟槽和肋条型花纹的后视图。

图7是说明滑移率的计算方法的一例的曲线图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明本发明的实施方式。在附图的记载中对于同一部分标注同一附图标记并省略说明。

(1)磨损量预测系统的结构例

参照图1A来说明磨损量预测系统1的结构的一例。如图1A所示，磨损量预测系统1包括磨损量预测装置10、网络20以及航空公司30。

磨损量预测装置10经由网络20来与航空公司30进行双向通信。具体而言，磨损量预测装置10经由网络20从航空公司30获取信息，来单独预测航空器上安装的多个航空器用轮胎31的磨损量。使用航空器用轮胎31的场景包括多个行驶状态，本实施方式所涉及的磨损量预测装置10预测落地行驶状态下的航空器用轮胎31的磨损量。落地行驶状态的详情后述。另外，对于磨损量预测装置10从航空公司30获取的信息也后述。此外，以下有时将航空器简称为机体。网络20是能够发送接收各种信息的通信网。例如，网络20通过电信运营商所设置的专用线、公共电话交换网、卫星通信线路、移动通信线路等各种通信线路构成。

磨损量预测装置10例如是通用的计算机，具备CPU、ROM(Read Only Memory：只读存储器)以及RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)。CPU(控制器)将存储在ROM等的程序读取到RAM并执行。此外，磨损量预测装置10既可以是设置型的终端装置，也可以是易于搬运的携带型的终端装置(例如，智能手机)。另外，磨损量预测装置10也可以是服务器。如图1B所示，磨损量预测装置10具备通信部11、计算部12以及预测部13。通信部11是与网络20连接来与航空公司30之间发送接收数据的接口。计算部12计算航空器上安装的每个航空器用轮胎31的磨损能量。预测部13基于由计算部12计算出的磨损能量来预测航空器用轮胎31的磨损量。通信部11、计算部12以及预测部13可以通过一个或者多个处理电路来安装。处理电路包括内含电路的处理装置等被编程了的处理装置。处理电路包括被配置为执行所记载的功能的特定用途集成电路(ASIC)、电路部件等装置。

在本实施方式中，多个航空器用轮胎包括安装在主起落架(main gear)上的航空器用轮胎、安装在前起落架(nose gear)上的航空器用轮胎。并且，主起落上安装有多个(例如6个)航空器用轮胎。另外，前起落架上也安装有多个(例如2个)航空器用轮胎。但是，根据机体的大小，有时在前起落架上安装一个航空器用轮胎。此外，有时主起落架main gear也被称为main landing gear。有时前起落架nose gear也被称为nose landing gear。另外，主起落架和前起落架是所谓的着陆装置，并且除了航空器用轮胎之外还包括吸收着陆时的冲击载荷的缓冲装置、支柱等。以下，除非另有说明，否则航空器用轮胎指的是安装在机体上的每个轮胎。另外，以下将航空器用轮胎简称为轮胎。另外，以下除非另有说明，否则起落架包括主起落架和前起落架。

(2)磨损量预测方法

接着，参照图2～图7来说明磨损量的预测方法的一例。图2是说明磨损量预测装置10的一个动作例的流程图。

在图2所示的步骤S101中，磨损量预测装置10从航空公司30获取与机体有关的信息。具体而言，磨损量预测装置10获取机体的速度(也包含下降速度)、机体的加速度、机体的当前位置、机体的高度、机体的机头的方向、机体的总重量、安装在机体上的轮胎的内压、轮胎的肋条型花纹的位置、轮胎的旋转速度、机体的俯仰角(包括俯仰率)、机体的滚转角(包括滚转率)、机体的起落架构造等。另外，磨损量预测装置10也获取获取到这些信息时的时刻。此外，轮胎的旋转速度等也可以从安装在轮胎内表面的RFID标签获取。也就是说，也可以不是从航空公司30获取用于磨损量的预测的所有信息。在本实施方式中，对于从航空公司30获取的轮胎的内压，以实测值进行说明，但是不限于此。轮胎的内压也可以是预测值。

处理进入步骤S103，磨损量预测装置10估计轮胎的落地时刻。落地时刻是指轮胎接地(着陆)的瞬间的时刻。对于安装在主起落架上的轮胎和安装在前起落架上的轮胎，有时落地时刻不同。另外，即使是安装在相同的主起落架上的轮胎，有时落地时刻也根据安装的轴位置而不同。

参照图3和图4来说明落地时刻的估计方法。首先，在图3所示的步骤S201中，磨损量预测装置10判定机体的高度是否为第一阈值以下。对第一阈值没有特别限定，例如为10m。在机体的高度为第一阈值以下的情况下，也就是说，在机体靠近地面的情况下，处理进入步骤S203。将高度与第一阈值进行比较的理由是为了避免落地的误判定。

通常，在机体着陆时，机体的俯仰角随着高度的下降而逐渐变大。在本实施方式中，关于俯仰角的正负，将机头朝上的方向定义为正。通常，在机体着陆的瞬间，俯仰角为最大，此后俯仰角减少(参照图4)。因此，在步骤S203中，在俯仰角为最大的情况下，磨损量预测装置10判定为轮胎接地。但是，通常所有轮胎不同时接地。通常，安装在主起落架上的轮胎先接地，此后安装在前起落架上的轮胎接地。另外，即使是安装在相同的主起落架上的轮胎，有时接地时刻也不同。例如，在主起落架由1～3轴构成的情况下，有时安装在3轴上的轮胎先接地，此后安装在1～2轴上的轮胎接地(参照图4)。但是，如图4所示，主起落架之间(例如1～2轴和3轴)的接地时间差非常小，通常也可以忽略。因而，也可以是，在俯仰角为最大时，磨损量预测装置10判定为安装在主起落架上的轮胎接地。此外，如图4所示，在轮胎接地时，由于该冲击而在机体的上下方向产生较大的加速度。因此，还可以是，在俯仰角为最大并且机体的上下方向产生较大的加速度时，磨损量预测装置10判定为安装在主起落架上的轮胎接地。

处理进入步骤S205，在俯仰角为第二阈值以下的情况下，磨损量预测装置10判定为安装在前起落架上的轮胎接地。第二阈值没有特别限定，例如为0度。在图4所示的例子中，俯仰角为0度的位置和安装在前起落架上的轮胎的接地时刻(落地时刻)略有偏差，这是因为考虑了机体的上下方向的加速度。也可以是，在俯仰角为0度时磨损量预测装置10判定为安装在前起落架上的轮胎接地。

在估计出落地时刻之后，处理进入图2所示的步骤S105，磨损量预测装置10计算评价时间。评价时间是指预测磨损量的时间，具体而言，是从轮胎接地起到轮胎旋转前进的距离等于机体前进的距离的时间。评价时间是上述的落地行驶状态持续的时间。也就是说，本实施方式中的落地行驶状态是从轮胎接地起到轮胎旋转前进的距离与机体前进的距离大致相等的状态。但是，如后所述，在落地时，机体会受到各种力。也有时难以通过上述的定义来准确地计算评价时间。

因此，本实施方式所涉及的磨损量预测装置10基于机体的下降速度来计算评价时间Tg。参照图5对评价时间Tg的计算方法的一例进行说明。图5是示出评价时间Tg与下降速度之间的关系的曲线图。在落地行驶状态下，由于航空器用轮胎与路面的接触而产生了伴有白烟的强烈的剪切力，剪切力成为转矩而使轮胎开始旋转。如图5所示，落地行驶状态的持续时间为1秒以下，最长为1秒左右。轮胎的旋转受到下降速度的影响。如图5所示，如果机体缓慢下降，则轮胎的旋转速度缓慢上升，因此评价时间Tg变长。另一方面，如果下降速度快，则轮胎的旋转速度也快速上升，因此评价时间Tg变短。像这样，磨损量预测装置10基于下降速度来计算评价时间Tg。

另外，下降速度在落地行驶状态下不是固定的。如图4所示，安装在主起落架上的轮胎接地时的下降速度和安装在前起落架上的轮胎接地时的下降速度不相同。因而，对于安装在主起落架上的轮胎和安装在前起落架上的轮胎，评价时间Tg不同。对于每个轮胎，磨损量预测装置10预测从轮胎接地起到经过基于接地时的下降速度的评价时间Tg的期间的每个轮胎的磨损量。

此外，评价时间Tg也可以定义为从轮胎接地起到机体转变为滑行行驶状态的时间。滑行行驶状态是指机体利用机体的动力在跑道上行驶的状态。

处理进入步骤S107，磨损量预测装置10计算施加至轮胎的载荷。例如，在落地瞬间，与路面接触的轮胎为一个的情况下，该一个轮胎负担机体的全部载荷。载荷是通过从机体的总重量减去升力而求出的。此外，升力是通过周知的方法求出的。

处理进入步骤S109，磨损量预测装置10计算施加至轮胎的轮重。在本实施方式中，轮重是指轮胎所负担的重量，这一点与上述的载荷相同，但是轮重相对于上述的载荷，是考虑了机体的特性、行为等的参数。

机体的特性例如是指起落架配置、起落架构造等。起落架配置与主起落架及前起落架安装在机体上的位置有关。起落架构造与轮胎被安装的轴位置有关。各起落架的位置处或者各轴上的轮胎所负担的载荷会发生变化。将变化后的载荷定义为轮重。

机体的行为是指升力、滚转角、滚转率、俯仰角、俯仰率等。另外，机体的行为还包括由于起落架构造旋转或者机体和轮胎弹起而产生的冲击载荷。轮胎负担的载荷根据像这样的机体的行为而发生变化。将变化后的载荷定义为轮重。此外，磨损量预测装置10获取的机体的行为是处于落地行驶状态下的机体的行为。

在落地行驶状态下，机体会受到各种力。而且，像这样的力根据机体的特性、行为而变化。例如，由于作用于机体上下的力而使起落架产生变形。由此，根据轮胎安装在起落架的哪个位置来计算轮胎的轮重。在将根据安装在起落架的哪个位置而决定的系数定义为fs的情况下，轮重由式1表示。

[数1]

轮重＝fs×(总重量-升力)···(1)

此外，在静态时升力为零。

机体存在各种类型(大小、形状)，上述特性按每种机体而不同。在将根据安装在哪种机体而决定的系数定义为fd的情况下，轮重由式2表示。

[数2]

轮重＝fs×fd×(总重量-升力)···(2)

在统计上假定为左右的滚动变化的中值为零。在将根据像这样的机体的行为(机体的左右的滚动变化)而决定的系数定义为fr的情况下，轮重由式3表示。

[数3]

轮重＝fs×fd×fr×(总重量-升力)···(3)

在本实施方式中，磨损量预测装置10利用上述的式3来计算轮重。

处理进入步骤S111，磨损量预测装置10计算轮胎的剪切力。如图6所示，在轮胎31形成有在胎面接地面上沿轮胎周向延伸的多个周向沟槽60(图6中为3个)，并形成由周向沟槽60划分的多个肋条型花纹50～53(图6中为4个)。肋条型花纹50～53以肋条型花纹50、51、52、53的顺序从机体的中心侧向外侧形成。剪切力根据肋条型花纹的位置而不同。在上述的以往技术中，假定为各肋条型花纹以同样的压力接地，但是实际上产生了接地压力分布。因而，在本实施方式中，磨损量预测装置10通过对各肋条型花纹的平均接地压力乘以动摩擦系数μ来计算各肋条型花纹的剪切力。由此，磨损量预测装置10能够高精度地计算各肋条型花纹的剪切力。此外，各肋条型花纹的平均接地压力基于各肋条型花纹的各轮重及各内压来计算。作为一例，各肋条型花纹的各轮重及各内压是通过将轮胎的轮重以及内压除以肋条型花纹数量来计算出的。在本实施方式中，设为预先计算出各肋条型花纹的平均接地压力。此外，各肋条型花纹的平均接地压力也可以基于轮胎的FEM模型(Finite ElementMethod：有限单元法)来计算。各机场的路面状态根据各机场而不同。设为预选获取各机场的路面的动摩擦系数μ。

处理进入步骤S113，磨损量预测装置10计算轮胎的旋转方向的滑移率。具体而言，磨损量预测装置10利用轮胎的旋转速度来计算滑移率。关于轮胎的旋转速度，磨损量预测装置10从航空公司30获取即可。轮胎的旋转速度通过轮胎(或者机体)上安装的传感器来测量。此外，也考虑了无法获取轮胎的旋转速度的情况。在无法获取轮胎的旋转速度的情况下，磨损量预测装置10基于室内试验结果来计算滑移率即可。室内试验例如是指对轮胎赋予与机体着陆时同等程度的条件的试验。通过室内试验，获取旋转速度信息和轮重信息。图7是室内试验结果的一例。如图7所示，也可以对从轮胎接地的瞬间(T＝0)起到评价时间Tg为止的区间的、通过室内试验获取到的轮重及旋转速度进行归一化，通过归一化后的函数来计算滑移率。此外，也可以通过单调增加函数来模拟轮重及旋转速度的变化，通过对从接地的瞬间(T＝0)起到评价时间Tg为止的区间进行归一化后的函数来计算滑移率。

此外，图7所示的例子并不限定为在时刻Tg轮重达到100％。同样，不限定为在时刻Tg滑移率下降到0％。

处理进入步骤S115，磨损量预测装置10将滑移率乘以剪切力来计算微小时间内的瞬间磨损能量。然后，磨损量预测装置10通过在评价时间Tg内对瞬间磨损能量进行积分来计算磨损能量。然后，磨损量预测装置10基于磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测磨损量。磨损阻力例如利用根据平均飞行(机场～机场间)的机体的行为计算出的每次飞行的磨损能量和每次飞行的磨损量来计算。此外，上述的磨损阻力通常在滑行行驶状态下使用。由于在落地行驶状态下冲击大，因此也可以使用比上述磨损阻力小的磨损阻力。换言之，在落地行驶状态下，也可以使用比在滑行行驶状态下使用的磨损阻力更小的磨损阻力。

(3)作用效果

如以上说明那样，本实施方式所涉及的磨损量预测装置10从航空公司30获取与机体有关的信息，来预测落地行驶状态下的轮胎的磨损量。具体而言，磨损量预测装置10通过对每个轮胎的各肋条型花纹的平均接地压力乘以动摩擦系数μ来计算各肋条型花纹的剪切力。与机体有关的信息包含轮胎的内压。各肋条型花纹的平均接地压力是基于内压和施加至轮胎的轮重来计算的。磨损量预测装置10基于剪切力来计算轮胎的磨损能量。然后，磨损量预测装置10基于磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测轮胎的磨损量。由此，磨损量预测装置10能够高精度地预测落地行驶状态下的每个轮胎的磨损量。

另外，与机体有关的信息包含机体的着陆装置的构造、机体的总重量、以及与落地行驶状态下的机体的行为有关的信息。磨损量预测装置10利用上述的式3来计算轮重。由此，磨损量预测装置10能够考虑机体的特性、行为等来计算轮重。由于像这样计算出的轮重精度高，因此磨损量预测装置10能够高精度地预测落地行驶状态下的每个轮胎的磨损量。

另外，磨损量预测装置10基于轮胎的旋转速度来计算在轮胎的旋转方向上的滑移率。磨损量预测装置10能够通过利用实际的旋转速度来高精度地计算滑移率。

另外，磨损量预测装置10基于下降速度来估计落地行驶状态持续的时间。如上所述，如果机体缓慢下降则轮胎的旋转速度缓慢上升，因此评价时间Tg变长。另一方面，如果下降速度快，则轮胎的旋转速度也快速上升，因此评价时间Tg变短。磨损量预测装置10能够通过利用下降速度来高精度地估计落地行驶状态持续的时间。

另外，磨损量预测装置10基于俯仰角来估计落地发生的时刻。如上述的一例那样，在高度为第一阈值以下且俯仰角为最大的情况下，磨损量预测装置10判定为安装在主起落架上的轮胎接地。另外，在高度为第一阈值以下且俯仰角为0度的情况下，磨损量预测装置10判定为安装在前起落架上的轮胎接地。由此，磨损量预测装置10能够对每个轮胎高精度地估计落地发生的时刻。另外，磨损量预测装置10预测从落地发生的时刻起落地行驶状态持续的期间内的磨损量。由此，由于高精度地区分出落地行驶状态和其他的行驶状态(例如，滑行行驶状态)，因此磨损量预测装置10能够高精度地预测落地行驶状态下的每个轮胎的磨损量。

如上所述，虽然记载了本发明的实施方式，但是不应该理解为构成本公开的一部分的论述和附图限制了本发明。本领域技术人员能够根据本公开明确各种代替实施方式、实施例以及运用技术。

在此处引用日本专利申请第2018-216320号(申请日：2018年11月19日)的全部内容。

附图标记说明

1：磨损量预测系统；10：磨损量预测装置；11：通信部；12：计算部；13：预测部；20：网络；30：航空公司；31：航空器用轮胎；50～53：肋条型花纹；60：周向沟槽。

Claims (7)

1.一种磨损量预测方法，基于与航空器有关的信息来预测落地行驶状态下的航空器用轮胎的磨损量，该磨损量预测方法的特征在于，

基于所述航空器用轮胎的各肋条型花纹的平均接地压力，来计算所述各肋条型花纹的剪切力，

基于所述剪切力来计算所述航空器用轮胎的磨损能量，

基于所述磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测所述航空器用轮胎的磨损量，

其中，所述与航空器有关的信息包含所述航空器用轮胎的内压，

所述各肋条型花纹的平均接地压力基于所述内压和施加至所述航空器用轮胎的轮重来计算。

2.根据权利要求1所述的磨损量预测方法，其特征在于，

所述与航空器有关的信息包含所述航空器的着陆装置的构造、所述航空器的总重量、以及与所述落地行驶状态下的所述航空器的行为有关的信息，

在将根据所述航空器用轮胎安装在所述着陆装置的哪个位置而决定的系数设为fs、

将根据安装所述航空器用轮胎的航空器决定的系数设为fd、

将根据所述行为决定的系数设为fr的情况下，

所述轮重使用以下的式1来计算：

[数1]

轮重＝fs×fd×fr×(航空器的总重量-升力)···(1)。

3.根据权利要求2所述的磨损量预测方法，其特征在于，

在所述与航空器有关的信息包含所述航空器用轮胎的旋转速度的情况下，基于所述旋转速度来计算所述航空器用轮胎的旋转方向上的滑移率，

在所述与航空器有关的信息不包含所述航空器用轮胎的旋转速度的情况下，基于预先实施的试验结果来计算所述滑移率，

对所述滑移率乘以所述剪切力来计算所述磨损能量。

4.根据权利要求1～3中的任一项所述的磨损量预测方法，其特征在于，

所述与航空器有关的信息包含所述航空器的下降速度，

基于所述下降速度来估计所述落地行驶状态持续的时间。

5.根据权利要求4所述的磨损量预测方法，其特征在于，

所述与航空器有关的信息包含所述航空器的俯仰角，

基于所述俯仰角来估计落地发生的时刻，

预测从所述落地发生的时刻起所述落地行驶状态持续的期间内的所述磨损量。

6.一种磨损量预测装置，具备基于与航空器有关的信息来预测落地行驶状态下的航空器用轮胎的磨损量的控制器，该磨损量预测装置的特征在于，

所述控制器基于所述航空器用轮胎的各肋条型花纹的平均接地压力来计算所述各肋条型花纹的剪切力，

所述控制器基于所述剪切力来计算所述航空器用轮胎的磨损能量，

所述控制器基于所述磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测所述航空器用轮胎的磨损量，

其中，所述与航空器有关的信息包含所述航空器用轮胎的内压，

所述各肋条型花纹的平均接地压力基于所述内压和施加至所述航空器用轮胎的轮重来计算。

7.一种磨损量预测程序，基于与航空器有关的信息来预测落地行驶状态下的航空器用轮胎的磨损量，该磨损量预测程序的特征在于，

使终端装置的计算机执行以下步骤：

基于所述航空器用轮胎的各肋条型花纹的平均接地压力来计算所述各肋条型花纹的剪切力；

基于所述剪切力计算所述航空器用轮胎的磨损能量；以及

基于所述磨损能量以及表示与规定的磨损量之间的关系的磨损阻力来预测所述航空器用轮胎的磨损量，

其中，所述与航空器有关的信息包含所述航空器用轮胎的内压，

所述各肋条型花纹的平均接地压力基于所述内压和施加至所述航空器用轮胎的轮重来计算。

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