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Die
vorliegende Erfindung betrifft Bremssysteme und insbesondere die
Bereitstellung eines Antiblockiermerkmals in hauptzylinderbetätigten Bremssystemen.
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Die
meisten Landfahrzeuge verwenden eine einzige Bremssteuerung zur
Betätigung
der Bremsen. Flugzeuge hingegen verwenden gemeinhin die Bremsen
sowohl zum Anhalten des Flugzeugs als auch zur Richtungssteuerung
und setzten deshalb unabhängige
linke und rechte Bremssteuerungen ein. Des Weiteren weisen viele
Flugzeuge Doppelsteuerungen auf, was zu vier verschiedenen Bremssteuerungen
führt.
Fahrzeugantiblockierbremssysteme sind gemeinhin sowohl in Landfahrzeugen
als auch in Flugzeugen zu finden. In der Regel sind die Antiblockiersysteme,
falls vorhanden, als Serienausstattung am Fahrzeug erhältlich.
Bei einem typischen Flugzeugbremssteuersystem sind viele Komponenten
anzubringen und hydraulisch zu verbinden. Es würde in der Regel eine Kommunikationsschnittstelle mit
einem Zentralrechner benötigen
und muss oftmals, wie zum Beispiel bei Brake-by-Wire-Systemen, den
Bremspedalhub erfassen. Darüber
hinaus wird ein typisches Bremssteuersystem am Flugzeug normalerweise
mit zentralen Hydrauliksystemen betrieben, die Zuführ- und
Rückführleitungen
aufweisen. Diese Systeme sind relativ kompliziert, komplex und teuer.
Eine Modifikation eines Fahrzeugs ohne Antiblockierbremsung zum
Einbau eines Antiblockiermerkmals ist so komplex und teuer, dass
dies selten unternommen wird. Da derzeitige Flugzeugantiblockiermerkmale
ein integraler Teil der Flugzeugbremsen sind, wird ein Antiblockierversagen
allgemein von einem Bremsversagen begleitet.
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Es
wäre ein
kostengünstiges,
leichtes, relativ einfaches Antiblockiersystem, das sich als Serienausrüstung oder
zur Nachrüstung
bestehender Fahrzeuge eignet, wünschenswert,
insbesondere für Flugzeuganwendungen.
Des Weiteren wäre
die Bereitstellung eines Antiblockiermerkmals für ein Flugzeugbremssystem wünschenswert,
bei dem ein Antiblockiermerkmal nicht von einem allgemeinen Versagen
des Bremssystems begleitet wird.
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Die
US-A-5445445 offenbart ein Antiblockier-Bremssystem für ein mit
Rädern
versehenes Fahrzeug, das als Failsafe-Funktion das zusätzliche Merkmal
einer Ventilsteuerungsblockierung enthält.
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Die
US-A-4822113 offenbart ein Verfahren zur Nachrüstung einer Drehmomentsteuerung
für ein Flugzeug
mit einem bestehenden Antiblockiersteuersystem unter Verwendung
der installierten Antiblockierventile.
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Die
vorliegende Erfindung liefert Lösungen für die obigen
Probleme, indem sie Flugzeugen, die mit hauptzylinderbetätigten oder ähnlichen
unabhängigen,
manuell betätigten
Bremssystemen versehen sind, zu angemessen Kosten und ohne Erfordernis einer
größeren Modifikation
der Flugzeugsysteme Antiblockierfähigkeit verleiht.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Abweichung der Konstruktion und
des Ansatzes bestehender Flugzeuge und Antiblockiersysteme dar.
Die Hauptunterschiede liegen darin, dass das System zusätzlich eingebaut
wird und die Bremssystemfunktionalität erweitert, während bestehende
Systeme integral in dem Bremssystem ausgeführt sind. Bestehende Systeme
erfordern eine umfassendere Modifikation des Flugzeugs, um den bestehenden
Einheiten die zusätzliche
Funktionalität
zu verleihen. Der Versagensmodus der vorliegenden Erfindung besteht
in der Rückkehr
zum normalen Bremsen, wodurch dem Piloten nicht seine Bremsfähigkeit
entzogen wird. Wenn der Status oder die Leistung des Antiblockierteils
des Systems in Frage steht, kann er durch einen einzigen Cockpit-Schalter blockiert
werden, was sich nicht weiter auf die Bremsen auswirkt.
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Die
grundlegenden Unterschiede der vorliegenden Erfindung sind im Vergleich
zu anderen Flugzeug-Antiblockiereinheiten
geringe Kosten, kleine Größe und paralleler
Betrieb, der als Standard zu normalem Bremsen übergeht, während bestehende Systeme integral
sind und als Standard zu Funktionsverlust übergehen.
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Die
Erfindung umfasst ein Verfahren zur Nachrüstung eines Flugzeugbremssystems
jener Art mit zwei unabhängig
betreibbaren hydraulischen Bremskreisen, die jeweils einen Hauptzylinder
zur gezielten Zufuhr von hydraulischem Druckfluid zu einem entsprechenden
Bremsbetätigungsmechanismus
enthalten, um ein Antikblockiermerkmal einzubauen, mit Folgendem:
Einführen von
zwei Ventilpaaren, einem Paar in jeden der beiden hydraulischen
Bremskreise zwischen dem Hauptzylinder und entsprechendem Bremsbetätigungsmechanismus;
normalerweise
Bereitstellen eines Fluidweges mit dem ersten Ventil jedes Paars
zwischen einem Hauptzylinder und entsprechendem Betätigungsmechanismus,
das gegen eine Federvorbelastung zur Sperrung des Fluidweges zwischen
dem Hauptzylinder und dem Betätigungsmechanismus
betätigbar ist,
und dem zweiten Ventil jedes Paars normalerweise geschlossen und
sich gegen Federvorbelastung öffnend,
um Druckfluid aus dem entsprechenden Betätigungsmechanismus an einen
Sumpf abzulassen;
Bereitstellen eines Systems, zur Anzeige
einer Raddrehzahl für
mindestens zwei Flugzeugräder,
wobei ein Rad durch einen der beiden Bremskreise und das andere
Rad durch den anderen der beiden Bremskreise gesteuert wird;
elektronisches
Verbinden des Raddrehzahlerfassungssystems mit Ventilpaaren zur Überwachung
jeder der beiden Raddrehzahlen während
Flugzeugbetrieb und zum Schließen
des zuständigen
ersten Ventils und Öffnen
des entsprechenden zweiten Ventils bei Erfassung einer Blockierung
anzeigenden Raddrehzahlunregelmäßigkeit
eines entsprechenden Rads; und
Bereitstellen einer vom Piloten
betätigbaren
Steuerung zum gezielten Sperren der elektronischen Verbindung zum
Festlegen beider Ventilpaare in ihrem Normalzustand, indem sie die
Hauptzylinder direkt an ihren jeweiligen Bremsbetätigungsmechanismen hydraulisch
koppeln, wodurch das Antiblockiermerkmal außer Betrieb gesetzt wird.
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Es
kann ein vom Piloten betätigbarer
Steuer- und/oder Antiblockierfehlererfassungskreis vorgesehen sein,
um die elektronische Verbindung gezielt zu blockieren und so alle
Ventilpaare in ihrem Normalzustand festzulegen, indem sie die Hauptzylinder
hydraulisch direkt mit ihrem entsprechenden Bremsbetätigungsmechanismus
verbinden, wodurch das Antiblockiermerkmal blockiert wird. Für eine höhere Zuverlässigkeit,
wenn zum Beispiel eines der Ventile in einer Position stecken bleibt,
können
zwei weitere Ventilpaare eingeführt
werden, ein weiteres Paar parallel zu einem entsprechenden Paar
in jedem der Hydraulikkreise, und es kann ein Paar druckbetätigter Wechselventile
vorgesehen werden, die jeweils eines jedes parallelen Ventilpaars
mit dem entsprechenden Betätigungsmechanismus
verbinden, um den höheren
von zwei angelegten Bremsdrücken
an die Wechselventileinlässe
weiterzuleiten.
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Des
Weiteren weist allgemein ein kombiniertes Brems- und Antiblockiersystem für ein Radfahrzeug
eine bedienergesteuerte Druckhydraulikfluidquelle und eine hydraulisch
betätigte
Raddrehungsbremsvorrichtung auf, die dahingehend auf einen angelegten
Hydraulikdruck reagiert, eine Bremskraft an ein Rad des Fahrzeugs
anzulegen, um eine Radbewegung anzuhalten. Ein normalerweise geöffnetes Halteventil
ist zwischen der Quelle und der Bremsvorrichtung in dem Kreis angeschlossen,
um einen Fluidströmungsweg
von der Quelle zur Bremsvorrichtung gezielt zu öffnen und zu schließen. Ein
normalerweise geschlossenes Entlüftungsventil
ist zwischen der Bremsvorrichtung und einer Niederdruckhydraulikfluidrückführung in
dem Kreis angeschlossen, um während
eines Antiblockierbetriebs einen Fluidströmungsweg von der Bremsvorrichtung
zur Rückführung gezielt
zu öffnen
und zu schließen.
Eine Raddrehzahlerfassungsvorrichtung liefert eine Anzeige der Drehzahl
des Rads, und eine Ventilsteuerung reagiert dahingehend auf eine
Anzeige einer eine Blockierung anzeigenden Raddrehzahlunregelmäßigkeit,
dass sie das normalerweise geöffnete Halteventil
schließt
und das normalerweise geschlossene Entlüftungsventil öffnet, um
Bremskraft zu entlasten. Es kann eine Bedienersteuerung und/oder
ein Fehlfunktionssensor zur Blockierung der Ventilsteuerung zur
Gestattung von antiblockierfreiem Bremsen vorgesehen sein.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass beim Einbau
eines Antiblockiermerkmals keine größere Modifikation eines bestehenden
Bremssystems erforderlich ist.
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Ein
anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass sowohl
Ausrüstungs-
als auch Installationskosten für
das Hinzufügen
eines Antiblockiermerkmals gering sind.
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Ein
weiterer Vorteil besteht darin, dass das normale Bremssystem des
Flugzeugs in seinem ursprünglichen
Vermögen
behalten und bei Versagen des Antiblockiersystems zu normalem Bremsen
zurückgekehrt
wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung, die auf
ein Flugzeugbremssystem angewandt wird;
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2 ist
eine Ansicht entlang der Betrachtungslinie 2-2 von 1;
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3a und 3b sind
eine hydraulische schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung,
und
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4 ist
eine vereinfachte schematische Darstellung einer elektronischen
Steuerung für
ein Rad von 3.
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BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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In 1 wird
ein Bremssystem 11 für
ein Flugzeug oder ein ähnliches
Fahrzeug mit einem Antiblockiermerkmal schematisch gezeigt. Das
dargestellte Flugzeug weist Doppelsteuerungen auf, die jeweils ein
unabhängig
betätigbares
linkes 13 und 15 und rechtes 17 und 19 Bremspedal
zum Bremsen linker 21 und rechter 23 Flugzeugräder aufweisen.
Die Bremskraft wird durch Zufuhr von Hydraulikdruck zum Komprimieren
eines verschachtelten Stapels abwechselnd festgelegter und drehbarer
Bremsscheiben 25 angelegt, wie in 2 gezeigt.
Jedes Rad weist eine Raddrehzahlerfassungsanordnung 27 oder 29 auf,
die eine elektronische, optische oder ähnliche Anzeige der Drehzahl
(Winkelgeschwindigkeit) des entsprechenden Rads liefert. An der
Radnabenkappe angebrachte Dauermagneten und eine an der Achse neben
der Nabenkappe befestigte Erfassungsspule, in der beim Drehen des
Rads eine Reihe von Impulsen induziert wird, oder andere elektromechanische
oder optische Anordnungen können
verwendet werden. Ein Kabel oder ein anderes mechanisches Gestänge, wie
zum Beispiel 30, verbindet das Bremspedal 17 mit
einem entsprechenden Hauptzylinder 31. Die Pedalen 13, 15 und 19 sind ebenso
verbunden, um die Hauptzylinder 33, 35 bzw. 37 zu
betätigen.
Hydraulikfluid von einem Bremsreservoir 39 wird über Hydraulikleitungen,
wie zum Beispiel 41, den Hauptzylindereinlässen, wie
zum Beispiel 43 und 45, zugeführt. Bei Niederdrücken eines Bremspedals
und Betätigung
des entsprechenden Hauptzylinders, wird Druckfluid zugeführt, um
ein Rad mit einer Bremskraft zu beaufschlagen. Zum Beispiel wird
durch Niederdrücken
des Pedals 19 bewirkt, dass Druckfluid vom Hauptzylinder 37 den Scheibenbremsstapel 25 des
rechten Rads 23 über die
Leitungen 47, 49 und 51 komprimiert.
Außer
der Raddrehzahlerfassungsanordnung 27 oder 29 ist
das System von 1, wie bisher beschrieben, herkömmlich.
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Die
Hydraulikleitungen 49 und 51 sind durch die rechte
Hälfte 53 des
hydraulischen Antiblockierbremsmoduls 55 von 3 miteinander verbunden. Die linke Hälfte 57 des
Moduls 55 verbindet auf ähnliche Weise den Hauptzylinder 33 und
den Bremsbetätigungsmechanismus
für das
Rad 21. In 3 wird bei normalem
Bremsen, wenn ein linkes Bremspedal 13 oder 15 niedergedrückt wird,
Hydraulikdruck von dem Hauptzylinder 33 über das
elektromagnetisch betätigte
Halteventil 59, Leitung 61, das druckbetätigte Wechselventil 63 und
Leitung 65 zugeführt,
um die Bremsvorrichtung von Rad 21 zu betätigen. Wenn eine
unangemessene Raddrehzahl vom Sensor 29 einen Blockierzustand
anzeigt, wird das normalerweise geöffnete Halteventil 59 zum
Schließen
erregt, und das normalerweise geschlossene Ableitventil 75 wird
zum Öffnen
betätigt,
um Bremsdruck durch Leiten von Hydraulikfluid durch die Niederdruckrückführung des
Sumpfs 69 und die Pumpe 71 zum Hauptzylinder 33 zurück zu entlasten.
Es sind ein zweites Halteventil 73, ein zweites Ableitventil 75 und
ein zweiter Sumpf 77 vorgesehen, die parallel zu den Ventilen 59 und 67 und
dem Sumpf 69 durch das Wechselventil 63 verbunden
sind.
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Das
Wechselventil 63 leitet den höheren der Drücke an den
Einlässen 79 und 81 zu
Leitung 65. Die Ventile 59 und 73 werden
genauso wie die Ventile 67 und 75 gleichzeitig
erregt und entregt. Bei normalem Bremsen bestimmt der höhere der
Drücke
auf den Leitungen 61 und 83 die Bremskraft an
Rad 21. Wenn eines der Ventile 59 oder 67 in
Kanal A in seiner erregten (Antiblockier-)Position stecken bleibt, könnten die
Bremsen versagen, jedoch reagiert das Wechselventil 63 auf
dieses Versagen mit der Wahl des Kanals mit dem größten Hydraulikdruck
und wählt
Kanal B für
eine fortdauernde Bremsbetätigung.
Somit gestatten die Kanäle
A und B in Kombination mit dem Wechselventil 63, dass Druck
zur Bremse gelangt, selbst wenn ein Ventil an einem Kanal versagt,
zum Beispiel stecken bleibt. Dies gewährleistet eine zusätzliche
Sicherheitsmaßnahme gegen
einen Bremszustandsverlust. Die rechte Hälfte 53 des Hydraulikmoduls 55 enthält elektromagnetisch
betätigte
Halteventile 83 und 85, elektromagnetisch betätigte Ableitventile 87 und 89,
Sümpfe 91 und 93,
ein druckempfindliches Wechselventil 95 und eine Pumpe 97,
die alle genauso wie ihre Gegenstücke in der linken Hälfte 57 funktionieren.
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4 zeigt
eine elektronische Steuerung für den
rechten Handbremsteil der 1 und 3. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) 99 liefert
Bremsinformationen an den Piloten oder anderen Fahrzeugbediener
auf einer Statusanzeige 101 und ermöglicht dem Bediener die Wahl
einer Betätigung
der Steuerung 103, um das Antiblockiermerkmal zu blockieren. Diese
Elemente können
von dem linken Handbremsteil geteilt werden. Des Weiteren empfängt die
elektronische Steuereinheit 99 Raddrehzahlinformationen
vom Sensor 27 und führt
den Halteelektromagneten 83 und 85 und den Ableitelektromagneten 87 und 89 Freigabesignale
zu, um die entsprechenden Ventile zu betätigen. Wenn eine unangemessene Raddrehzahlanzeige
erhalten wird, zum Beispiel plötzlich
abzubremsen, was eine Blockierung anzeigt, werden die Freigabesignale
aktiv. Die Freigabesignale können
weiter andauern, bis die Raddrehzahl wieder eine akzeptable Höhe annimmt
oder auf andere Weise gemäß herkömmlichen
Antiblockiertechniken angemessen gesteuert wird. Des Weiteren ist
eine automatische Fehlererfassungsschaltung 105 vorgesehen.
Die Schaltung überwacht
die Funktionstüchtigkeit
des Systems und schaltet bei erfassten Problemen, wie zum Beispiel
Raddrehzahlsensorfehlfunktion, Ventilversagen, Pumpen- oder Motorausfall
und innere Steuerungsversagen, die Antiblockierfunktion ab. Wenn
solch ein Versagen erfasst wird, entfernt die Schaltung 105 die
Freigabesignale, alle acht elektromagnetisch betätigten Ventile von 3 dürfen
ihren Normal-(federbelasteten)
Zustand wieder einnehmen, und blockiert die Antiblockierbremsung,
aber ein normales Bremsen wird nicht beeinträchtigt.
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Der
Pumpenmotor 107 wird aktiviert und die Pumpen 71 und 97 werden
betätigt,
wenn eines der Räder
mit der Antiblockiersteuerung beginnt. Der Betrieb der Pumpen-/Motoranordnung wirkt
sich nicht auf das andere Rad aus, da nur wenig oder gar kein Fluid
zum Pumpen aus dem Sumpf zum Hauptzylinder vorhanden ist, und diese
zum Hauptzylinder gepumpte geringe Fluidmenge, falls vorhanden,
erzeugt keinen zusätzlichen
Bremsdruck. Obgleich die Motorsteuerung gemein ist, sind die Ventilsteuersignale
getrennt. Die Elektromagnetfreigabesignale von der elektronischen
Steuerung 99 für
den linken Bremsteil 57 reagieren natürlich auf den Raddrehzahlsensor 29.
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Somit
zeigen die 3 und 4 allgemein ein
kombiniertes Brems- und Antiblockiersystem für ein mit Rädern versehenes Fahrzeug, das
eine bedienergesteuerte Druckhydraulikfluidquelle in Form von Hauptzylindern 31, 33, 35 und 37 und
mehrere hydraulisch betätigte
Raddrehungsbremsvorrichtungen, wie bei 25, enthält, die auf
angelegten Hydraulikdruck zum Anlegen einer Bremskraft an ein Rad des
Fahrzeugs reagieren, um die Radbewegung anzuhalten. Das System ist
modular, wobei die elektronische Steuereinheit 99 die Systemsteuerung
ist. Das Antiblockierbremssystem- („ABS"-)Modul 55 ist unabhängig und
besteht aus den Antiblockierventilen, den Pumpen und den Speichern
und ist zwischen den Hauptzylindern und den Bremsen installiert.
Ein (nicht gezeigtes) Schnittstellenmodul kann Relais und Verbindungen
zum Ankoppeln an die Flugzeugsysteme und eine Stromversorgung enthalten.
Die Software zum Betrieb des Systems befindet sich in der elektronischen
Steuereinheit 99. Die Raddrehzahlsensoren 27 und 29 befinden
sich an den jeweiligen Rädern.
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Zusammengefasst
stellt die vorliegende Erfindung ein modulares, unabhängiges System
bereit, das Antiblockierfunktionalität hinzufügt, ohne größere Modifikationen am Flugzeug
vorzunehmen. Es besteht aus einer unabhängigen Hydraulikeinheit 55, die
zwischen dem Hauptzylinder und der Bremse installiert werden kann,
einer elektronischen Steuereinheit 99, die benachbart oder
abgesetzt angeordnet werden kann, und einer im Cockpit angebrachten Statusanzeige 101 mit
Stromschalter 103, die ein Eingreifen des Piloten durch
Abschalten des Systems gestattet, wodurch wieder auf normales Bremsen übergegangen
wird, ohne den Flugzeugbetrieb sonst zu beeinträchtigen. Das normale Bremssystem des
Flugzeugs wird in seiner ursprünglichen
Fähigkeit
beibehalten, und ein Versagen des Antiblockiersystems führt zu einem
Zurückkehren
zu normalem Bremsen. Das vorgeschlagene System ist in erster Linie
für ältere/kleinere
Flugzeuge bestimmt, die keine zentralen Hochdruck-Hydrauliksysteme
zum Betreiben der Bremsen verwenden. Es ist so ausgeführt, dass
es mit einem manuellen hauptzylinderbetriebenen Bremssystem funktioniert.