ES2265112T3 - Procedimiento y dispositivo para frenar una aeronave. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para aplicar una fuerza de frenado a una rueda (7) de una aeronave que se desplaza a lo largo del suelo, comprendiendo el procedimiento las etapas de estimar las condiciones en las cuales la rueda (7) patinaría, teniendo en cuenta la etapa de estimación la carga vertical transmitida entre el suelo y la rueda (7), y aplicar una fuerza de frenado a la rueda dependiendo de los resultados de la etapa de estimación, caracterizado porque el procedimiento incluye, además, una etapa de predicción de cómo cambiará la carga vertical, y de tomar esta predicción en cuenta cuando se lleva a cabo la etapa de estimación.
Description
Procedimiento y dispositivo para frenar una
aeronave.
La presente invención se refiere a la
deceleración de una aeronave y, e particular a un procedimiento para
aplicar une fuerza de frenado a la rueda de una aeronave y a un
aparato de frenado para la aplicación de tal procedimiento.
Después de haber tocado tierra al aterrizar, se
hace que una aeronave se decelere de diversas maneras, un ejemplo de
lo cual se realiza mediante la aplicación de un par de frenado a las
ruedas de la aeronave. Es deseable decelerar la aeronave para
maximizar la solicitud de los pilotos de desacelerar la aeronave
mediante el par de frenado aplicado a las ruedas. Las ruedas de la
aeronave son propensas, cuando son sometidas a un par de frenado
suficiente, a patinar y pueden en casos graves, bloquearse por
completo. Se apreciará que generalmente hay algún deslizamiento
entre las ruedas y el suelo cuando la aeronave se desplaza, pero que
por encima de una cantidad dada de deslizamiento las ruedas pueden
ser consideradas como que botan. Cuando las ruedas botan, la
capacidad de la aeronave de decelerar aplicando los frenos es
irregular. La aeronave está por lo tanto comúnmente provista de
sistema anti-patín.
Un sistema anti-patín conocido
de aeronave para una única rueda de una aeronave vigila diversos
parámetros que incluyen, en particular, la velocidad de giro de la
rueda y la velocidad de la aeronave. A partir de los valores medidos
de la velocidad de giro de la rueda y la velocidad de la aeronave, y
conociendo el radio de rodamiento de la rueda, se puede calcular la
cantidad, \lambda, a partir de la ecuación
\lambda = 1 -
\omega R /
V,
donde
\Omega = la velocidad de giro de la
rueda,
R = el radio de rodamiento de la rueda, y
V = la velocidad de la aeronave.
Si el deslizamiento \lambda se incrementa por
encima de un umbral dado que indica que la aeronave a empezado a
botar, el par de frenada se reduce hasta que se ha reducido el
deslizamiento por debajo del umbral. El sistema conocido experimenta
algunas desventajas. En particular el sistema tiende a ser reactivo
en oposición a ser proactivo. Por ejemplo, el sistema permite que
las ruedas boten antes de reducir el par de frenada.
Se describen diversos sistemas antibote
conocidos en los documentos GB-A-1
018 548, US-A-4 958 512,
GB-A-1 077 636,
US-A-5 167 385 y
US-A-4-613 190.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un procedimiento de frenado y un aparado de frenado que
mitiga uno o más de las desventajas anteriormente mencionadas y/o
proporcionar un procedimiento mejorado de frenado y un aparato
mejorado de frenado.
La presente invención proporciona un
procedimiento para aplicar una fuerza de frenado a una rueda de una
aeronave que se desplaza a lo largo del suelo, en la cual el
procedimiento comprende las etapas de
estimar las condiciones en las cuales la rueda
botaría, teniendo en cuenta la etapa de estimación la carga vertical
transmitida entre el suelo y la rueda, y
aplicar una fuerza de frenado a la rueda
dependiendo de los resultados de la etapa de estimación,
caracterizado porque el procedimiento incluye, además, una etapa de
predicción de cómo cambiará la carga vertical, y de tomar esta
predicción en cuenta cuando se lleva a cabo la etapa de
estimación.
El procedimiento incluye una etapa de estimar
las condiciones en las cuales la rueda botaría. La etapa de
estimación tiene en cuenta la carga vertical transmitida entre el
suelo y la rueda (o la aeronave). La etapa de aplicar una fuerza de
frenado a la rueda se lleva a cabo de la manera que la fuerza de
frenado aplicada depende de los resultados de la etapa de
estimación. Preferiblemente, la fuerza de frenado aplicada se ajusta
a un nivel al cual se considera que no se reúnen las condiciones
para botar mientras se mantiene el frenado efectivo.
Teniendo en cuenta un parámetro dependiente de
la carga vertical transmitida entre el suelo y la rueda, la fuerza
de frenado se puede aplicar más eficiente y efectivamente. Por
ejemplo, mediante el procedimiento es posible anticipar un bote,
antes de que se inicie el bote, y reaccionar en consecuencia. De
este modo, el uso del procedimiento puede ser apto para mejorar
considerablemente la capacidad de frenado de los frenos de una
aeronave y puede ser apto para reducir la cantidad de tiempo durante
el cual las ruedas habrían estado, de otro modo, botando.
Igualmente, si y cuando se produce un bote, cualquier información
relativa a las cargas verticales en el momento del bote, puede ser
usada ventajosamente en el futuro para ayudar a prevenir, o al menos
ayudar a control, posteriores botes.
El procedimiento incluye una etapa en la cual se
hace una precisión respecto de cómo la carga vertical cambiará de
manera que se pueda cambiar en consecuencia la fuerza de frenado.
Esta predicción se puede usar entonces para predecir el nivel máximo
de frenado que se puede aplicar mientras se tiene en cuenta el deseo
de minimizar el riesgo de hacer que las ruedas no boten. El
procedimiento incluye una etapa en la cual se hace una predicción
respecto de cómo cambiará la carga vertical y se toma en cuenta la
predicción cuando se realiza la etapa de cálculo y/o
estimación.
Por ejemplo, puede ser determinado que la carga
vertical se incremente y se puede hacer una predicción de manera que
el incremento esté dentro un periodo nocional de tiempo. Un
incremento en la carga vertical incrementará generalmente la
tracción y reducirá por lo tanto el bote encontrado, mientras que
una reducción en la carga vertical reducirá generalmente la tracción
e incrementará por lo tanto el bote encontrado. Por lo tanto, con un
incremento predicho en la carga vertical, se incrementará
ventajosamente la fuerza de frenado aplicada, porque la tracción
habrá aumentado de manera que se reduce la posibilidad de que se
produzca un bote, mientras que con una reducción predicha en la
carga vertical fuerza de frenado aplicada se reducirá
ventajosamente, para reducir la posibilidad de que se pudiese
producir un bote. Cuando una aeronave aterriza, las cargas
verticales sostenidas en una rueda dada tienden a oscilar a lo largo
del tiempo. El signo de cambio (es decir, positivo o negativo) de la
carga vertical en un momento dado puede por lo tanto predecirse con
una precisión razonable. Preferiblemente se estima también la
magnitud del cambio en la carga vertical en un momento dado.
El procedimiento puede ser realizado de este
modo para que un cambio en la carga vertical transmitida entre el
suelo y la aeronave de cómo resultado un cambio sustancialmente
proporcional respecto del parámetro relativo a la carga vertical
transmitida entre el suelo y la aeronave. El parámetro puede por
ejemplo ser sustancialmente igual a la carga vertical o podría ser
tal que el parámetro es igual a la carga vertical una vez que ha
sido puesto a escala o posiblemente desviado.
El procedimiento se puede realizar
alternativamente de manera que un cambio en el tiempo derivado de la
carga vertical transmitida entre el suelo y la aeronave da como
resultado un cambio en el parámetro relativo a la carga vertical que
es sustancialmente proporcional al cambio en el tiempo derivado de
la carga vertical. El parámetro puede, por ejemplo, ser una medida
del ritmo de cambio de la carga vertical. El procedimiento puede, en
tales casos, incluir una etapa para calcular el cambio en la carga
vertical a lo largo de una longitud dada, por ejemplo por un
procedimiento de integración.
El parámetro relativo a la carga vertical puede
ser determinado midiendo una cantidad física, por ejemplo, la propia
carga, o cantidades que varían principalmente dependiendo de la
carga vertical. Los parámetros pueden por ejemplo medirse mediante
sensores de esfuerzo posicionados, por ejemplo en o sobre el tren
de aterrizaje.
El parámetro relativo a la carga vertical puede
ser determinado estimando la carga vertical de otros parámetros
medidos relativos a otros aspectos de la aeronave, su movimiento u
otras variables. Por ejemplo, se puede estimar la carga vertical
realizando un cálculo en el cual uno o más de los siguientes
parámetros son tomados en cuenta: presión de los amortiguadores de
choque de aceite del tren de aterrizaje, por ejemplo, montado sobre
en el tren de aterrizaje del cual forma parte la rueda, y la
aceleración de la aeronave. Puede haber, por ejemplo provisto uno o
más extensímetros que son capaces de medir las tensiones con
relación a una grupo de ruedas. Puede haber uno o más sensores
oleomáticos para medir la presión del amortiguador de choque. Puede
haber uno o más acelerómetros que incluyen, por ejemplo,
dispositivos de vigilancia que miden uno o más de cabeceo, balanceo,
guiñada y la aceleración traslacional en cualquiera de los tres ejes
sustancialmente ortogonales.
El cálculo tiene también ventajosamente en
cuenta al menos otro parámetro. Dicho otro parámetro proporciona
ventajosamente información relativa a la cantidad de deslizamiento.
Por ejemplo, el parámetro puede simplemente indicar si se ha
producido o no un bote. Preferiblemente, dicho otro parámetro es al
menos parcialmente dependiente de la cantidad de deslizamiento en la
rueda y la tierra.- Por ejemplo un parámetro de deslizamiento puede
ser tomado en cuenta cuando se realiza el cálculo siendo el
parámetro de deslizamiento de manera que la cantidad de
deslizamiento entre el suelo y la rueda y el parámetro de
deslizamiento están interrelacionados. El parámetro de deslizamiento
puede estar directa o indirectamente relacionado con la cantidad de
deslizamiento. Por ejemplo, el parámetro de deslizamiento puede
estar relacionado con las cargas horizontales en la dirección de
avance de la aeronave sostenida por un eje de la rueda. La fuerza
de frenado aplicada puede ser controlada dependiendo de tanto el
parámetro relativo al parámetro de la fuerza vertical y el parámetro
de deslizamiento. Los cambios en uno de los dos parámetros de los
valores anteriores también pueden ser tomados en cuenta cuando se
calcula la fuerza de frenado a aplicar. Dicho parámetro puede
referirse adicional o alternativamente a la cantidad de par de
frenado aplicado a la rueda.
Los datos son ventajosamente determinados
relativos a la relación entre el deslizamiento y el suelo respecto
del coeficiente de fricción. Al menos algunos de los datos
determinados se usan preferiblemente en el cálculo, lo cual afecta a
la cantidad de fuerza de frenado aplicada.
El procedimiento puede incluir grabar a lo largo
del tiempo datos relativos a la relación entre el valor del
coeficiente de fricción y el valor de deslizamiento. Tener
información relativa a la curva de deslizamiento/coeficiente de
fricción puede ayudar a predecir el valor de deslizamiento donde
termina una región de frenado estable y el valor de deslizamiento
donde empieza una región de frenado inestable. Tal información se
usa ventajosamente para maximizar la fuerza de frenado aplicada,
mientras se busca evitar las condiciones en las cuales se inician
los botes. De este modo el procedimiento utiliza preferiblemente los
datos grabados para mejorar la eficiencia y la efectividad de
frenado. Preferiblemente, la eficiencia de frenado se mejora
mediante una unidad de control que incrementa el frenado de tal
manera que el nivel de deslizamiento se acerca a, pero no sobrepasa,
un nivel en el cual se inicia el frenado inestable, utilizando la
unidad de control los datos grabados para evaluar el punto en el
cual empieza el frenado inestable. El punto en el cual empieza el
frenado inestable puede ser considerado como el valor de
deslizamiento en el cual el coeficiente de fricción es máximo. La
unidad de control puede por supuesto vigilar uno de los valores
relativos al deslizamiento y al coeficiente de fricción para evaluar
el punto en el cual empieza el frenado inestable.
El procedimiento incluye preferiblemente una
etapa en la cual el parámetro de deslizamiento es determinado
midiendo una cantidad física. La cantidad física medida puede por
ejemplo ser una medida de la carga horizontal sostenida por la
aeronave o por una parte de la aeronave.
El parámetro de deslizamiento relativo al
deslizamiento entre el suelo y la rueda puede ser determinado
mediante la medición de los parámetros relativos a la velocidad de
la aeronave y la velocidad de la periferia de la rueda. El
deslizamiento, \lambda, puede entonces calcularse mediante una
fórmula idéntica a:
\lambda =
a_{0} - a_{1}\omega R /
V,
donde
\omega = un parámetro relativo a la velocidad
de giro de la rueda,
R = un parámetro relativo al radio de rodamiento
de la rueda,
V = un parámetro relativo a la velocidad de la
aeronave,
a_{0} = una constante que es preferiblemente
1, pero puede ser cero o cualquier otro valor,
y
a_{1} = una constante que es preferiblemente
1, pero puede ser -1, o cualquier otro valor.
El parámetro \omega puede ser la velocidad
angular de la rueda (por ejemplo, en radianes por segundo, es decir,
igual a 2 Pi x Rev/segundo). El parámetro medido puede por supuesto
ser igual al número de revoluciones por unidad de tiempo, t (por
ejemplo, la inversa del tiempo por revolución, lo cual se puede
medir de una manera convencional). Determinar el parámetro \omega
puede por ejemplo comprender una etapa de usar medios que se usan
convencionalmente para proporcionar una indicación de la velocidad
de giro de la rueda).
Como se ha indicado anteriormente, se pueden
usar las fórmulas equivalentes a \lambda = a_{0} -
a_{1}\omegaR/V. Por ejemplo se podrían usar fórmulas tales como
\lambda = a_{0}V - a_{1}\omega, o \lambda =
a_{0}V/\omegaR - a_{1} para dar una medida de la velocidad
relativa entre la periferia de la rueda y el suelo.
El procedimiento se realiza preferiblemente de
manera que, si se detecta un bote, la fuerza de frenado es reduce de
manera que toma en cuenta los datos relativos a la carga vertical
entre el suelo y la rueda. Controlar la reducción y el posterior
incremento de la fuerza de frenado aplicada según la información
relativa a la carga vertical y/o con relación a la curva de
bote/coeficiente de fricción es particularmente ventajoso. Por
ejemplo, una estimación del perfil de la fuerza de frenado a lo
largo del tiempo que se debería aplica para maximizar el frenado de
la rueda a lo largo del tiempo se puede mejorar con el uso de tal
información.
El procedimiento puede incluir una etapa de
determinar un parámetro relativo a la carga vertical transmitida
entre el suelo y la aeronave y obtener un primer valor dependiente
de tal parámetro. El cálculo realizado puede comprender el uso de
dicho primer valor. El procedimiento puede incluir también
determinar y obtener un segundo valor representativo de otro
parámetro, por ejemplo la cantidad de deslizamiento entre el suelo y
la rueda. El cálculo realizado puede comprender el uso tanto del
primer con del segundo valor anteriormente mencionados.
El procedimiento incluye preferiblemente una
etapa de determinar un parámetro relativo a la fuerza de frenado
aplicada a la rueda. El parámetro es preferiblemente tomado en
cuenta cuando se calcula la fuerza de frenado a aplicar a la rueda.
Los frenos pueden ser accionado mediante un sistema hidráulico. En
tal caso, el procedimiento puede por ejemplo incluir una etapa de
determinar un parámetro representativo de la presión hidráulica en
el sistema de frenado, siendo el parámetro tomado en cuenta cuando
se calcula la fuerza de frenado a aplicar a la rueda. La
determinación del parámetro puede comprender medir la presión
hidráulica en el sistema de frenado. El procedimiento puede incluir
determinar o estimar el par o fuerza de frenado aplicada a las
ruedas mediante un cálculo que implica un parámetro relativo a la
presión de frenado.
El procedimiento puede incluir una etapa de
determinar cómo el par de frenado aplicado a la rueda cambia con los
cambios en otras variables y que varían la presión de frenado
aplicada a explicar los cambios en tales otras variables. Por
ejemplo, tales otras variables pueden incluir velocidad de giro
relativa de los discos de los frenos, temperatura de los frenos y
contenido de humedad en los frenos. Es probable que el par de
frenado cambie a lo largo del tiempo, cuando se aplica una presión
de frenado constante. La velocidad de las ruedas, la temperatura de
los frenos y posiblemente otras variables afectan cada una a la
cantidad de par de frenado que resulta de la aplicación de una
presión de frenado dada. Por ejemplo, cuando la cantidad de humedad
en los frenos es reducida, se puede reducir el par de frenado que
resulta de la misma presión de freno. Vigilando y evaluando cómo el
par de frenado varía con tales variables, la presión de frenado
aplicada puede variar a lo largo del tiempo, según las mediciones
hechas relativas a las variables, de tal manera que explican los
cambios en el par de frenado que son dependientes de estas
variables. Evaluando cómo el par de frenado varía con los cambios en
tales variables puede evidentemente evaluarse incluso cuando otros
parámetros que incluyen la presión de los frenos también varían. La
presión de frenado puede variar tomando en cuenta el tiempo que ha
transcurrido desde que los frenos han sido accionados. Las tablas de
consulta pueden ser almacenadas electrónicamente para permitir que
se haga una primera aproximación respecto del par de frenado que
se está aplicando con relación a una presión de frenado dada, y
según una o más variables. Tales tablas de consulta se pueden
ajustar para tomar en cuenta las mediciones hechas con las
condiciones actuales, con lo que se mejora la precisión de las
tablas de consulta.
Preferiblemente, el parámetro relativo a la
fuerza de frenado se determina en primer lugar haciendo una
estimación de la fuerza/par de frenado, estimando a continuación,
tomando en cuenta otros parámetros conocidos o medidos, cómo uno o
más de tales parámetros, por ejemplo la velocidad angular de la
rueda, pueden cambiar en un periodo de tiempo dado, midiendo a
continuación y/o calculando dicho o dichos parámetros y comparando
el (los) valor(es) medido(s)/calculado(s) con
el (los) valor(es) estimado(s), y a continuación
mejorar la estimación de la fuerza/par de frenado según la
comparación hecha. La estimación de la fuerza de frenado se puede
mejorar estimando el coeficiente de fricción y usando el valor
resultante para mejorar la estimación de la fuerza de frenado. Tal
procedimiento para determinar el parámetro relativo a la fuerza/par
de frenado puede realizarse muchas veces en un periodo de 0,5
segundos. Preferiblemente, El procedimiento se realiza de tal manera
que el proceso es de naturaleza iterativa, por ejemplo, con el
objetivo de que las estimaciones se vuelvan progresivamente más
precisas. De este modo, se puede llevar a cabo una estimación
razonablemente precisa de la fuerza de frenado.
La fuerza de frenado o el par de frenado se
pueden alternativamente medir directamente, con por ejemplo
sensores de par.
Preferiblemente, el procedimiento se lleva a
cabo de tal manera que el piloto no es capaz de tener el control del
frenado de las ruedas antes de que las ruedas giren a una velocidad
de giro mínima preestablecida al tocar el suelo. El frenado de las
ruedas puede, sin embargo, estar bajo el control del piloto después
del giro inicial de las ruedas. El nivel de frenado máximo puede
estar bajo el control del piloto durante al menos algún tiempo
durante el aterrizaje, proporcionando el procedimiento de la
invención el control automático si el nivel de frenado necesita
ser reducido (o incrementado) a un momento dado. El procedimiento
puede ser realizado de tal manera que el frenado de las ruedas está
completamente automatizado hasta un punto en el tiempo en el que la
velocidad de la aeronave baja por debajo de una velocidad
preseleccionada, por ejemplo, una velocidad de maniobra en el
suelo.
La invención proporciona también un
procedimiento para decelerar una aeronave en la cual el
procedimiento anteriormente descrito se lleva a cabo respecto de una
multiplicidad de rueda y preferiblemente respecto de la mayoría de,
y preferiblemente todas, las ruedas a las cuales se aplica una
fuerza de frenado. El procedimiento es particularmente ventajoso
durante el aterrizaje de una aeronave. La invención proporciona
también un aparato de control de frenado, y un procesador asociado
al aparato de control de frenado, para controlar el frenado de una
rueda de aeronave e acuerdo con el procedimiento de la presente
invención. Según un aspecto de la invención se proporciona de este
modo un aparato de control de frenado para controlar el frenado de
una rueda de aeronave y un procesador asociado al aparato de control
de frenado, pudiendo conectarse el aparato a los frenos de al menos
una rueda de una aeronave y pudiendo el procesador estar conectado
para recibir cuando esta funcionando señales relativas a la carga
vertical transmitida entre el suelo y las ruedas de la aeronave,
estando el procesador dispuesto de manera que cuando está funcionado
realiza un cálculo usando datos derivados de las señales recibidas
por el procesador, con lo cual el aparato de control está dispuesto
de manera que mientras está funcionando el aparato de control
acciona los frenos dependiendo de los resultados del calculado
realizado por el procesador, con lo cual el aparato de control puede
controlar el accionamiento de los frenos tomando en cuenta la carga
vertical, caracterizado porque el procesador predice cómo cambiará
la carga vertical y la predicción es tomada en cuenta cuando se
realiza la etapa de estimación. La presente invención proporciona
también, un aparato de control de frenado para controlar el frenado
de una rueda de aeronave y un procesador asociado al aparato de
control de frenado, pudiendo conectarse el aparato a los frenos de
al menos una rueda de una aeronave y pudiendo el procesador estar
conectado para recibir mientras está funcionan do señales relativas
a la carga vertical transmitida entre el suelo y las ruedas de la
aeronave, estando el procesador dispuesto de tal manera que
mientras está funcionando realiza, un cálculo usando los datos
derivados de las señales recibidas por el aparato de control y
estima las condiciones a las cuales la rueda botaría, tomando en
cuenta la etapa de estimación la carga vertical transmitida entre el
suelo y la rueda, con lo cual el aparato de control está dispuesto
de tal manera que durante su funcionamiento el aparato de control
acciona los frenos dependiendo de los resultados del cálculo
realizado por el procesador, con lo cual el aparato de control puede
controlar el accionamiento de los frenos tomando en cuenta la carga
vertical y otras condiciones que afecta a la probabilidad de botar,
caracterizado porque el procesador predice cómo cambiará la carga
vertical y la predicción es tomada en cuenta cuando se realiza la
etapa de estimación.
Ahora se describirán características opcionales
y/o preferidas relativas a uno de los aspectos de la invención
descritos realtivos al aparato de control y/o el procesador.
El aparato de control y/o el procesador pueden
ser suministrados separadamente de la aeronave para permitir que la
presente invención se monte en reajuste. Un aparato de control y/o
un procesador existentes pueden convertirse y reprogramarse en un
aparato de control y/o un procesador según este aspecto de la
presente invención. Por supuesto, durante su funcionamiento, el
aparato de control estará conectado a los frenos de una aeronave y
el procesador estará conectado a uno o más sensores. Tales
conexiones pueden ser directas o indirectas. Por ejemplo, se pueden
requerir otros sistemas de control o procesadores de la aeronave
para determinar datos relativos a diversos parámetros y el
procesador de la presente invención puede simplemente usar estos
datos. El procesador puede formar parte del aparato de control. El
procesador puede ventajosamente recibir, durante su funcionamiento,
señales relativas a la cantidad de deslizamiento entre el suelo y la
rueda de manera que los datos derivado de tales señales se pueden
usar también en el cálculo realizado por el procesador. El
procesador se puede preferiblemente conectar durante su
funcionamiento para recibir señales de un sensor de velocidad de la
rueda y sensor de velocidad de la aeronave. El procesador puede
conectarse a uno o más acelerómetros. El procesador se puede
conectar durante su funcionamiento a un extensímetro de o un sensor
de fuerza o presión para evaluar la carga vertical transmitida entre
el suelo y la aeronave. El procesador puede por ejemplo, recibir
señales de una unidad de referencia inercial de datos
anemobarométricos (comúnmente denominada por el acrónimo ADIRU).
Preferiblemente el aparato de control y el
procesador están dispuestos de manera que se pueda realizar el
procedimiento según la presente invención. El procesador está
programado ventajosamente para realizar uno o más de los diversos
aspectos del procedimiento anteriormente mencionado. Por ejemplo, el
procesador se puede programar para evaluar cómo cambiará la carga
vertical en un periodo de tiempo dado. El procesador puede entonces
estimar la fuerza de frenado que, si se aplica, daría como resultado
una cantidad dada de deslizamiento (preferiblemente el
deslizamiento óptimo para un frenado eficiente y efectivo) y emitir
una señal que hace que los frenos sena accionados según la fuerza de
frenado estimada. El procesador puede también estimar las
condiciones a las cuales la rueda podría botar tomando en cuenta
los datos relativos a la carga vertical transmitida entre el suelo y
la aeronave y los datos relativos al deslizamiento entre el suelo y
la rueda. El procesador puede entonces enviar una señal de salida
que hace que los frenos sean accionados para proporcionar una fuerza
de frenado a tal nivel que las condiciones para botar no son
satisfechas mientras se mantiene un frenado efectivo. El procesador
vigila ventajosamente el deslizamiento y posiblemente otros
parámetros para el inicio de un bote. El procesador está
preferiblemente dispuesto de manera que si se detecta un inicio de
bote la fuerza de frenado se reduce, preferiblemente de una manera
que toma en cuenta los datos relativos a la carga vertical
transmitida entre el suelo y la rueda. El procesador calcula
ventajosamente el deslizamiento mediante un cálculo usando los datos
relativos a la velocidad de la aeronave y la velocidad de la
periferia de la rueda. Los datos relativos a la velocidad de la
periferia de la rueda pueden ser simplemente datos representativos
de las revoluciones por unidad de tiempo de la rueda, los cuales
junto con el conocimiento del radio de rodamiento de la rueda se
pueden usar para calcular la velocidad periférica de la rueda.
El procesador puede estar provisto de una
memoria en la cual se pueden almacenar datos para mejorar el
rendimiento del aparato de control. Los datos pueden por ejemplo ser
determinados respecto de la relación entre el deslizamiento y el
suelo respecto del coeficiente de fricción de la rueda. Tales datos
se pueden guardar en la memoria. Cada vez que se encuentra un bote,
el procesador guarda preferiblemente en la memoria los datos
concernientes a la relación. Tales datos pueden por ejemplo ser
apropiados para ser usados más tarde para proporcionar información
valiosa respecto de las condiciones en el momento del aterrizaje
(por ejemplo información relativa a la condición de la pista de
aterrizaje). El procesador puede por ejemplo usar tales datos cuando
se calcula la fuerza de frenado que hay que aplicar a la rueda.
La fuerza de frenado puede ser elegida sobre la
base de una estimación de la fuerza que conseguiría el máximo
coeficiente de tierra respecto de la fricción de la rueda. La
estimación se calcula preferiblemente según los datos relativos a la
relación entre el coeficiente de fricción y el deslizamiento
almacenado en la memoria. El efecto adelantado sobre la relación
entre el deslizamiento y el coeficiente de fricción de un cambio en
otros parámetros, incluyendo por ejemplo la vertical del suelo
respecto de la carga de la rueda, pueden ser tomados en cuenta. El
procesador guarda preferiblemente en la memoria diversos conjuntos
de datos relativos a la relación entre el coeficiente de fricción y
el deslizamiento. Cada vez que se inicia un bote, se puede almacenar
en memoria un conjunto nuevo o adicional de datos relativos a la
relación.
La memoria se puede usar para guardar otros
datos. Por ejemplo, se pueden guardar datos que se refieren al
nivel de señal requerido para ser envidados a los frenos para
conseguir un par o fuerza de frenado deseado en la rueda. Por
ejemplo, si los frenos son accionados mediante sistema hidráulico,
la memoria puede almacenar datos concernientes a la presión
hidráulica necesaria en el sistema de frenos para conseguir una
fuerza de frenado dada en la rueda. Como se ha mencionado
anteriormente, el par de frenado aplicado en respuesta a una presión
de frenado hidráulica depende de diversos factores. La memoria puede
incluir datos que se refieren a cómo la relación entre la parte de
frenado y la presión de frenado varía en respuesta a cambios en otro
parámetro. El procesador puede actualizar y mejorar estos datos
tomando en cuenta mediciones hechas durante el uso del aparato de
control para mejorar la precisión de los datos (o al menos para
mejorar la precisión de los datos con relación a las condiciones en
el momento de uso del aparato de control).
Igualmente, el procedimiento de la presente
invención se realiza preferiblemente con el uso de un aparato de
control y el procesador según la presente invención.
La presente invención proporciona también un
conjunto de tren de aterrizaje conectado a un aparato de control
como el que se ha descrito anteriormente.
La invención proporciona, además, una unidad de
control y un conjunto de tren de aterrizaje para una aeronave.
Incluyendo el conjunto al menos una rueda de aeronave, pudiendo la
unidad de control en funcionamiento accionar los frenos de dicha al
menos una rueda según el procedimiento de la presente invención.
Según un aspecto de la presente invención, se proporciona de este
modo una unidad de control y un conjunto de tren de aterrizaje para
una aeronave, incluyendo el conjunto al menos una rueda de aeronave,
pudiendo la unidad de control en funcionamiento accionar los
frenos de dicha al menos una rueda, incluyendo la unidad de control
un procesador, que está conectado para recibir señales de datos
relativas a la carga vertical transmitida entre el suelo y las
ruedas de la aeronave., y que en funcionamiento realiza un cálculo
usando los datos derivados de las señales de datos recibidas por el
procesador, en el que la unidad de control está dispuesta de tal
manera que en funcionamiento la unidad de control acciona los frenos
dependiendo de los resultados del cálculo realizado por el
procesador. Según otro aspecto más de la invención se proporciona
una unidad de control y un conjunto de tren de aterrizaje para una
aeronave, incluyendo el conjunto al menos una rueda de aeronave,
pudiendo la unidad de control en funcionamiento accionar los frenos
de dicha al menos una rueda, incluyendo la unidad de control un
procesador, que está conectado para recibir señales de datos
relativas a la carga vertical transmitida entre el suelo y las
ruedas de la aeronave y que en funcionamiento realiza un cálculo
usando los datos derivados de las señales de datos recibidas por el
procesador y estima las condiciones a las cuales la rueda botaría,
tomando en cuenta la etapa de estimación la carga vertical
transmitida entre el suelo y la rueda, en la que la unidad de
control está dispuesta de tal manera que en funcionamiento la
unidad de control acciona los frenos dependiendo de los resultados
del cálculo realizado por el procesador, caracterizado porque el
procesador predice cómo cambiará la carga vertical y la predicción
es tomada en cuenta cuando se realiza la etapa de estimación.
Con relación a otro aspecto de la invención
descrito anteriormente relativo a la unidad de control y un conjunto
de tren de aterrizaje para una aeronave, se apreciará que el
procesador puede estar situado en un emplazamiento físico diferente
del resto de la unidad de control.
Se proporciona, además, una aeronave que incluye
un procesador, una unidad de control y/o un conjunto de tren de
aterrizaje según la invención anteriormente descrita.
El procedimiento de la invención puede ser usado
en un procedimiento de aterrizaje de una aeronave.
Se hace referencia en la presente memoria
descriptiva a los pasos de calcular, medir y/o determinar
parámetros, variables y similares. Por supuesto se ha de entender
que en al menos algunas realizaciones de la invención tales etapas
serán realizadas de tal manera que el (los) valor(es)
numérico(s) atribuido(s) a el (los)
parámetro(s), variable(s) o similares diferirá(n) del
(los) actuales valor(es) presentes en el sistema físico que
se están modelando.
Tales diferencias pueden dar como resultado
errores en las mediciones hechas o pueden dar como resultado errores
introducidos por el modelo particular elegido para representar el
sistema físico. La posibilidad de tales errores, puede si fuese
necesario, ser tomada en cuenta o puede, si es suficientemente
pequeña, ser simplemente ignorada cuando se pone en práctica la
presente invención.
Una realización de la invención será descrita
ahora a título de ejemplo con referencia a los dibujos anexos de los
cuales:
La figura 1 muestra un sistema de control de
frenado según la realización;
La figura 2 muestra la dinámica neumático/suelo
en relación con la rueda de una aeronave sobre el suelo;
La figura 3 muestra las características de la
interfaz neumático/suelo en términos de relación entre el
coeficiente de fricción y la cantidad de deslizamiento entre el
neumático y el suelo; y
la figura 4 muestra un diagrama de flujo que
ilustra el procedimiento de funcionamiento del sistema de control de
frenado.
La realización de la presente invención se
refiere a un sistema de control de frenado para controlar el frenado
de una rueda de un conjunto de tren de aterrizaje de una aeronave
durante el aterrizaje de la aeronave.
La figura 1 muestra un diagrama esquemático que
ilustra el funcionamiento del sistema de control de frenado de la
presente invención. El sistema comprende un controlador
anti-bote 1 que está conectado a un transductor 2 de
la velocidad de las ruedas, un transductor 3 de la velocidad del
vehículo, un transductor 4 del accionamiento de los frenos y un
transductor 5 de la carga vertical. El controlador 1
anti-bote está también conectado a un freno 6, que
puede efectuar una acción de frenado sobre la rueda 7.
Las cargas verticales entre el suelo y la rueda
son determinadas mediante extensímetros sobre el tren de aterrizaje,
siendo enviada una señal electrónica representativa de la carga
vertical determinada a partir del transductor de carga vertical 5
al controlador 1 anti-bote. Se pueden usar
extensímetros, tal como extensímetros piezoeléctricos para medir
cargas de ruedas individuales, emparejadas o agrupadas. La carga
vertical (o el cambio en la carga vertical) se puede calcular
respecto de una rueda, o un número de ruedas. Se usan transductores
convencionales en el sistema et incluyen un transductor de velocidad
en el suelo de una aeronave, un transductor de presión de frenado, y
un transductor de velocidad de las ruedas.
Durante el aterrizaje, el controlador 1 da
instrucciones al freno 6, después de por ejemplo recibir una
instrucción del piloto, para ejercer una fuerza de frenado sobre la
rueda y por lo tanto hacer que la rueda se decelere o de pare. El
controlador 1 anti-bote recibe señalas del
transductor 2 de la velocidad de la rueda, el transductor 3 de
velocidad del vehículo, el transductor 4 de accionamiento de los
frenos y el transductor 5 de carga vertical, siendo las señales
representativas de la velocidad de las ruedas, la velocidad del
vehículo, la presión en el sistema hidráulico que acciona el freno y
la carga vertical entre la rueda y el suelo, respectivamente. Las
señales se usan para ayudar en el funcionamiento eficiente y
efectivo de los frenos como se ha descrito mas en detalle más
adelante. En particular, el controlador 1 anti-bote
puede controlar la fuerza de frenado aplicada por el freno 6 a la
rueda 7 para reducir la cantidad de bote.
Con el fin de entender mejor como el
controlador anti-bote 1 puede controlar los frenos
de una manera más eficiente es útil considerar la dinámica
neumático/suelo y la relación entre deslizamiento \lambda y el
coeficiente de fricción \mu.
La figura 2 muestra la dinámica neumático/suelo
de una conjunto típico de rueda, neumático y freno. El sistema
ilustrado por la figura 2 se puede resumir mediante las siguientes
ecuaciones.
I\frac{d
\omega}{dt} = RF_{F} - T_{B} -
T_{R}
F_{F} = \mu
F_{z}
(1)I\frac{d
\omega}{dt} = \mu F_{z}R - T_{B} -
T_{R}
donde
- I
- = momento de giro de inercia
- d\omega/dt
- = aceleración angular de la rueda
- \mu
- = Coeficiente de fricción neumático/suelo,
- F_{z}
- = Carga vertical que actúa sobre la rueda
- F_{F}
- = Fuerza de fricción debida al frenado = \muF_{z}
- T_{B}
- = Par de frenado,
- T_{R}
- = Par debido a la resistencia de rodamiento,
- V
- = Velocidad de la aeronave,
- \omega
- = Velocidad angular de la rueda, y
- R
- = Radio de rodamiento de la rueda.
Se producirá un bote cuando la velocidad de la
rueda se haya reducido suficientemente por debajo de la velocidad de
la aeronave (V). La diferencia porcentual entre la velocidad de la
aeronave y la velocidad periférica de la rueda (la velocidad angular
multiplicada por el radio de rodamiento) se define como el
deslizamiento del neumático (\lambda), de manera que
(2)\lambda = 1
- \frac{\omega
R}{V}
donde
- \omega
- = Velocidad angular de la rueda, a
- R
- = Radio de rodamiento de la rueda, y
- V
- = Velocidad de la aeronave,
Un bote será debido normalmente a un incremento
en el par de frenado T_{B}, o una reducción en la fuerza de
fricción del neumático F_{F}. Una reducción en la fuerza de
fricción del neumático F_{F}, que es igual al producto
\muF_{z}, puede ser debida a una reducción en \mu y/o F_{Z.}
El sistema anti-bote de la presente realización
mide/infiere cargas verticales o cambios en la carga vertical, y
puede a partir de esta información predecir cuando podrá ocurrir un
bote, por ejemplo cuando hay reducciones en la carga vertical
F_{Z}.
La figura 3 muestra las características de una
interfaz neumático/suelo mediante una curva \mu/deslizamiento.
Cuando el deslizamiento \lambda es mayor que \lambda_{lmax}
el valor de \lambda en el valor máximo de \mu - véase la región
8 sobre el gráfico), un incremento en el deslizamiento producirá una
reducción en \mu y por lo tanto otro incremento en el
deslizamiento. A menos que el par de frenado aplicado sea liberado,
la rueda se decelerará rápidamente y eventualmente se bloqueará.
Cuando el deslizamiento es mayor que \lambda_{lmax} hay
efectivamente un bucle de realimentación positivo, que hace que el
deslizamiento se incremente muy rápidamente. La región 9b de la
curva \mu-\lambda que corresponde a la condición
\lambda> \lambda_{lmax} puede de este modo ser considerada
como una región de frenado inestable, mientras que la región 9a que
corresponde a la condición \lambda< \lambda_{lmax} puede
ser considerada como una región de frenado estable. Por lo tanto
se puede definir que un bote se produce cuando el deslizamiento se
incrementa por encima de \lambda_{lmax}. Diferentes condiciones
cambiarán \lambda_{lmax} \mu_{max,} la forma y la
inclinación de la curva \mu/deslizamiento y las posiciones
relativas de las regiones estable e inestable 9a, 9b.
La eficiencia de frenado óptima se consigue
cuando se mantiene el deslizamiento en o justo por debajo de
\lambda_{lmax}, lo cual corresponde al coeficiente máximo de
fricción. Por lo tanto, cuando el piloto solicita frenar lo que
produciría de otro modo un bote, el controlador
anti-bote 1 buscará mantener el par de frenado de
manera que el deslizamiento entre la rueda y el suelo se mantiene a
un nivel cercano \lambda_{lmax} sin sobrepasar considerablemente
\lambda_{lmax}, de manera a conseguir un frenado óptimo. Con el
fin de conseguir este objetivo, el controlador 1 determina
información concerniente la forma constantemente cambiante de la
curva \mu-\lambda y otros parámetros cambiantes
que producen cambios en \updownarrow0 y \lambda y adapta
consiguiente el par de frenado aplicado. La función del controlador
1 anti-bote se describe mas adelante con mayor
detalle.
Las dinámicas de la interfaz neumático/suelo son
extremadamente complejas e influenciadas por muchos factores, tales
como la carga vertical, la velocidad del vehículo y de la rueda, el
accionamiento del freno y el ritmo de cambio de accionamiento del
freno, las condiciones del suelo, el desgaste del neumático y la
temperatura del neumático. Los sistemas convencionales
anti-bote de una aeronave han basado el control de
dichas dinámicas en la medición de la velocidad de la aeronave, la
velocidad de la rueda y el accionamiento del freno únicamente.
El sistema de la presente realización puede usar
información concerniente a las cargas verticales de diversas maneras
diferentes para mejorar la eficiencia y la efectividad del frenado
de la rueda.
El sistema anti-bote utiliza la
información de carga vertical para determinar más precisamente
cuando podría producirse un bote, y también cuando ocurren los
botes, las razones de causa que hay detrás de tales botes. Conocer
la causa de un bote puede ayudar tanto a controlar eficiente y
efectivamente el bote y posiblemente ayudar a evitar a encontrar un
bote de igual o similar causa otra vez.
El sistema puede predecir botes inminentes
vigilando las cargas verticales o los cambios en las cargas
verticales. De este modo se hacen predicciones respecto de cuando es
probable que una rueda bote. El sistema puede evidentemente
detectar que una rueda está botando. Si se predice o detecta un
bote, el sistema reacciona adaptando el esfuerzo de frenado según
los datos de entrada, lo que incluye las cargas verticales o los
cambios en las cargas verticales, la velocidad de la rueda, el
coeficiente de fricción \mu, el deslizamiento \lambda, la
velocidad de la aeronave y la presión de los frenos. El sistema
puede entonces buscar evitar tales botes regulando el par de frenado
aplicado en consecuencia.
Cuando se detecta un bote sobre una rueda, se
reduce el frenado de manera que se permite que gire. Una vez que la
rueda ha girado satisfactoriamente se vuelve a aplicar el
accionamiento de frenado. La manera reducir el frenado está
determinado por otras o algunas entrada recibidas por el sistema de
control, incluyendo las cargas verticales o los cambios en las
cargas verticales.
La vigilancia de las cargas verticales o los
cambios en las cargas verticales permite que el sistema estime las
características de deslizamiento \mu de la interfaz
neumático/suelo. Esta información se usa entonces para predecir
botes antes de que ocurran. \mu se puede calcular/estimar usando
la ecuación (1) (anteriormente mencionada con referencia a la figura
2); los otros parámetros de la ecuación serán conocidos (R, I,
T_{R}) o se pueden determinar a partir de las mediciones
(d\omega/dt, F_{z}, T_{B}).
De este modo, el sistema de control infiere las
interacciones subyacentes entre el neumático y el suelo, y aprende
de dicha información para mejorar el control de y evitar los
botes.
La mayor inteligencia del sistema mediante la
vigilancia de la carga vertical, o los cambios en la carga vertical
incrementa la eficiencia en el frenado puede reducir, incluso
eliminar, la existencia de botes, reduciendo de este modo el
desgaste del neumático.
La fuerza de fricción del neumático, debida al
frenado, es una combinación de la carga vertical F_{z} y el
coeficiente de fricción \mu. El sistema vigila F_{z} y de este
modo puede medir cuando es probable que la fuerza de fricción se
reduzca. Considérese, por ejemplo una situación en la que el sistema
anti-bote detecta una reducción en la carga vertical
que actúa sobre la interfaz neumático/suelo. Si la interfaz
neumático/pista está cerca del coeficiente de fricción óptimo hay
una posibilidad de que una reducción en la carga vertical pueda
conducir a un bote. El sistema intenta anticiparse al bote y reduce
el par de frenado antes de que produzca el bote. Por el contrario,
el sistema incrementa el par de frenado, si la carga vertical se
incrementa.
Si la carga vertical es conocida, es posible
estimar el coeficiente de fricción para la interfaz neumático/suelo.
El momento de giro de inercia - I, y el radio de rodamiento - R son
conocidos por adelantado, permancenicneo sustancialmente constantes
y se preprograman en una memoria accesible por el controlador
anti-bote 1. El par debido a la resistencia de
rodamiento - T_{R} se puede estimar según los valores de otros
parámetros medidos. El par debido a la resistencia de rodamiento,
T_{R} puede ser considerablemente pequeño de manera que se pueda
asumir como cero en algunos casos. El sistema calcula la aceleración
angular de la rueda - d\omega/dt a partir del detector de la
velocidad de la rueda y calcula el par de frenado T_{B} a partir
de la presión de frenado P y una relación predeterminada par/presión
para el freno. Calculando el coeficiente de fricción \mu y el
deslizamiento \lambda el sistema determina la información relativa
a la curva \mu/deslizamiento, que se usa entonces para optimizar
el rendimiento de frenado.
La variación de carga puede ser muy elevada,
particularmente durante, y poco después del aterrizaje, por lo
tanto, la medición de la carga vertical ser particularmente
ventajosa en un entorno basado en una aeronave.
La figura 4 muestra un diagrama de flujo que
ilustra el procedimiento de funcionamiento del aparato de control de
frenado mostrado en la figura 1. Los parámetros usados en el
procedimiento incluyen parámetros conocidos (indicado por la casilla
10), y parámetros medidos (indicados con la casilla 11).
Los parámetros conocidos 10 incluye el momento
de inercial I del sistema de rueda giratoria que incluye la rueda,
el neumático y el freno (casilla 10a), el par T_{R} debido a la
resistencia de rodamiento (casilla 10b) y el radio de rodamiento R
del neumático (casilla 10c). Los parámetros medidos 11 incluyen la
carga vertical F_{Z}, o un parámetro relativo a la carga vertical
(casilla 11a), la presión P en el sistema hidráulico que suministra
al freno (casilla 11b), la temperatura T del freno (casilla 11c), la
velocidad angular \omega de la rueda (casilla 11d) y la velocidad
v de la aeronave a lo largo del suelo (casilla 11e). Aunque es
difícil medir fiablemente directamente el par de frenado T_{B}
aplicado, también se puede realizar tal medición, cuya posibilidad
está representada por la casilla 11f.
Los parámetros 11 se miden periódicamente y a
continuación son usados por el procesador en diversos cálculos. Las
etapas iniciales de cálculo están indicadas en la figura 4 por las
casillas 12a a 12e.
En el caso en que la carga vertical F_{Z}
entre la rueda y el suelo no se mide directamente, el procesador
estima la carga vertical a partir del parámetro medido que se
refiere a la carga vertical F_{Z}. Tal etapa puede requerir
multiplicar el parámetro medido por un factor de escala y a
continuación desviar este valor por una cantidad preestablecida.
Dependiendo del parámetro medido, se pueden requerir otros cálculos
para estimar la carga vertical (por ejemplo, si la relación entre el
parámetro medido y la carga vertical no es lineal). La estimación
de la carga vertical se indica mediante la casilla 12a en la
figura 4.
Las casillas 12b y 12 c muestran el
procedimiento para estimar el par de frenado (asumiendo que el par
de frenado no se ha medido directamente en la etapa representada por
la casilla 11f). La casilla 12 b representa una etapa de estimación
de la ganancia de frenado, es decir, el factor de escala que define
la relación entre el par de frenado aplicado en respuesta a una
presión hidráulica dada en el sistema de frenado y esta presión
hidráulica. Diversos factores afectan a la ganancia de frenado,
incluyendo la temperatura del freno T, y la velocidad angular
\omega de la rueda. La ganancia puede ser estimada usando tablas
de consulta en las cuales se da un valor de ganancia con relación a
una gama de valores de temperatura del freno, presión del freno y
velocidad angular \omega de la rueda. Los valores intermedios se
pueden calcular mediante interpolación. El par de frenado es
entonces estimado (véase la casilla 12c) calculando el producto de
la ganancia de frenado determinada en la etapa anterior y la presión
del freno P.
La estimación inicial de la ganancia de frenado
(véase casilla 12b) se puede mejorar mediante técnicas iterativas/de
extrapolación. Una vez que se ha estimado una relación ente el par
de frenado y la presión de frenado, la precisión de esta estimación
puede ser evaluada realizando después otras mediciones de diverso
parámetros, prediciendo que medición será y comparando las
rediciones realizadas con las predichas. Se puede hacer entonces una
estimación del error en el par de frenado originalmente calculado
comparado con el par de frenado que si se calcula, se tendría que
haber aplicado según los valores de las otras mediciones. Las
técnicas matemáticas que permiten dos parámetros desconocidos de una
ecuación que hay que determinar a partir de conjuntos de datos de
muestra medidos de los otros parámetros de la ecuación se usan
ventajosamente para estimar valores de los dos parámetros
desconocidos en este caso (es decir, el par de frenado u el
coeficiente de fricción \mu). Tales técnicas matemáticas pueden
por ejemplo usar los valores estimados iniciales de los parámetros
desconocidos como un punto de partida y después pueden producir
valores mejorados para los parámetros desconocido. Tales técnicas
pueden por ejemplo ser de naturaleza iterativa. Os valores
resultantes calculados por tales técnicas pueden entonces usarse
para mejorar el modelo/ecuación con el cual el valor se calcula la
ganancia de frenado.
La casilla 12d representa un cálculo en el cual
la cantidad de deslizamiento entre el neumático y el suelo es
calculado por la fórmula
\lambda = 1 -
\frac{\omega
R}{V}
\newpage
El coeficiente de fricción \mu es estimado
(véase la casilla 12e) mediante el siguiente cálculo:
(3)\mu =
\frac{I \frac{d \omega}{dt}+ T_{B} +
T_{R}}{F,R}
Las estimaciones de \mu y \lambda
(representadas por las casillas 12d y 12e) se graban a lo largo del
tiempo. La grabación de la relación entre \mu y \lambda se usa
(véase la casilla 13a) para determinar las regiones de frenado
inestable y estable. Como se ha descrito anteriormente con relación
a la figura 3, la condición a la cual se produce el frenado
inestable se define por \lambda>\lambda_{lmax.} Los valores
de \mu y \lambda, se vigilan entonces para evaluar si o no las
condiciones se acercan a aquellas en las que se produce el frenado
inestable.
La casilla 13b representa el algoritmo principal
de predicción/detección de bote. Los valores calculados de \mu,
\lambda, la carga vertical F_{z} y el parámetro medido de la
presión de frenado P son todos vigilados para evaluar tanto cuando
la rueda de la aeronave ha empezado a botar como también predecir
cuando podrían ocurrir los botes. Si se predice o detecta un bote
la presión de frenado cambia en consecuencia. Hay diversos medios
por lo s cuales un bote puede ser detectado. El algoritmo
considerará que un bote ha sido detectado si el deslizamiento
calculado \lambda sobrepasa el deslizamiento al cual el
coeficiente de fricción \mu está a un nivel máximo (es decir si
\lambda>\lambda_{lmax}9 o el ritmo de cambio del
deslizamiento sobrepasa un umbral preestablecido, S_{max} (es
decir si \frac{d \lambda}{dt}>S_{max}. Hay también diversas
maneras en las cuales se puede predecir si se producirá un bote en
el futuro cercano. El algoritmo evalúa si el deslizamiento \lambda
se acerca al deslizamiento en \mu_{max} (es decir, si \lambda
sigue incrementándose de la misma manera que lo hizo anteriormente,
sobrepasará \lambda_{lmax} dentro de un periodo de tiempo dado),
o si la carga vertical se reduce por debajo de un umbral
preestablecido (o el ritmo de cambio de la carga vertical se reduce
por debajo de un umbral negativo preestablecido) y el deslizamiento
es mayor que un valor preestablecido de deslizamiento, el cual es
inferior a pero cercano a \lambda_{lmax}.
Si se detecta o predice un bote entonces el
algoritmo de predicción/detección de bote reduce la presión de
frenado aplicada a un ritmo dependiente de todos los factores que
consisten en la diferencia entre el deslizamiento calculado
\lambda y \lambda_{lmax}, el ritmo de cambio de deslizamiento
d\lambda/dt, la presión de frenado medida P, la carga vertical
medida F_{Z} y el ritmo de cambio de la carga vertical
dF_{Z}/dt.
El algoritmo vigila continuamente la detección y
predicción de botes y, cuando es apropiado tomará una acción, por
ejemplo haciendo que la presión de frenado cambie apropiadamente
(estando la aplicación de los frenos representada por la casilla
14). Cuando un piloto de la aeronave solicita que se aplique un
nivel de frenado el par de frenado apropiado será aplicado, a menos
que se determine por parte del algoritmo que el par de frenado
solicitado es demasiado alto. De este modo, el algoritmo de frenado
hace que se aplique efectivamente un par de frenado óptimo, no
siendo el par aplicado superior a un par máximo equivalente al nivel
de frenado demandado por el piloto. Si las condiciones son tales
que el algoritmo determina que el par de frenado solicitado por el
piloto es demasiado alto, se aplicará un par inferior. Si las
condiciones cambian entonces de manera que el algoritmo considera
que se puede aplicar con seguridad un par de frenado más alto, el
par de frenado aplicado se incrementará (hasta un par máximo igual
al par de frenado solicitado por el piloto).
Se puede hacer, por supuesto, diversas
modificaciones a la realización anteriormente descrita sin salirse
del alcance de la presente invención tal como se define en las
reivindicaciones anexas. Por ejemplo, se pueden usar medios
alternativos de medir/inferir las cargas verticales o los cambios en
las cargas verticales en lugar de, o además de, los extensímetros. A
continuación se describen ejemplos de tales medios alternativos.
Los cálculos de carga vertical se pueden
realizar respecto de mediciones de presiones de neumático. Se pueden
usar acelerómetros, tales como dispositivos de vigilancia de
cabeceo, balanceo y/o guiñada y /o dispositivos de vigilancia de
aceleración de los ejes x, y y z para inferir cargas verticales o
cambios en las cargas verticales sobre una o diversas ruedas. Los
sensores de presión oleomáticos en los amortiguadores de choques de
aceite del tren de aterrizaje pueden también proporcionar una
indicación de las cargas verticales sostenidas.
Como se ha mencionado anteriormente, en lugar de
estimar el par de frenado T_{B} aplicado, el par se podría medir
alternativamente de manera directa. Se podrían proporcionar por
ejemplo sensores de par para medir el par directamente para cada
rueda en cuestión.
Claims (16)
1. Un procedimiento para aplicar una fuerza de
frenado a una rueda (7) de una aeronave que se desplaza a lo largo
del suelo, comprendiendo el procedimiento las etapas de
estimar las condiciones en las cuales la rueda
(7) patinaría, teniendo en cuenta la etapa de estimación la carga
vertical transmitida entre el suelo y la rueda (7), y
aplicar una fuerza de frenado a la rueda
dependiendo de los resultados de la etapa de estimación,
caracterizado porque el procedimiento incluye, además, una
etapa de predicción de cómo cambiará la carga vertical, y de tomar
esta predicción en cuenta cuando se lleva a cabo la etapa de
estimación.
2. Un procedimiento según la
reivindicación 1, en el cual la fuerza de frenado se aplica a un
nivel al cual se considera que no se reúnen las condiciones para
patinar mientras se mantenga el frenado efectivo.
3. Un procedimiento según la
reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el cual la etapa de
estimación incluye tomar en cuenta una variable relativa a la fuerza
de frenado a aplicar.
4. Un procedimiento según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el cual la etapa de estimación
incluye tomar en cuenta una variable relativa al tiempo, con lo cual
estimar las condiciones a las cuales la rueda patinaría incluye
estimar cuando es probable que la rueda (7) patine.
5. Un procedimiento según cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el cual la etapa de estimación
incluye el rendimiento de un cálculo, en el cual un parámetro
relativo a la carga vertical transmitida entre el suelo y la rueda
(7) es tomado en cuenta.
6. Un procedimiento según la
reivindicación 5, en el cual un parámetro de deslizamiento es tomado
en cuenta cuando se realiza el cálculo, siendo el parámetro de
deslizamiento tal que la cantidad de deslizamiento entre el suelo y
la rueda (7) y el parámetro de deslizamiento están
interrelacionados.
7. Un procedimiento según la
reivindicación 6, en el cual se determina respecto de la relación
entre el deslizamiento y el suelo respecto del coeficiente de
fricción de la rueda y se usan al menos algunos de los datos así
determinados.
8. Un procedimiento según la
reivindicación 6 o la reivindicación 7, en el cual el procedimiento
incluye grabar, a lo largo del tiempo, datos relativos a la relación
entre el valor del coeficiente de fricción y el valor de
desplazamiento.
9. Un procedimiento según la
reivindicación 8, en el cual una unidad de control controla la
fuerza de frenado aplicada de tal manera que el nivel de
deslizamiento se acerca a, pero no sobrepasa, un nivel al cual
empieza un frenado inestable, usando la unidad de control los datos
grabados para evaluar el punto en el cual empieza el frenado
inestable.
10. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, en el cual el procedimiento incluye
determinar el parámetro de deslizamiento relativo al deslizamiento
entre el suelo y la rueda (7) mediante parámetros de medición
relativos a la velocidad de la aeronave y la velocidad de la
periferia de la rueda.
11. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual el procedimiento se realiza
de tal manera que, si se detecta un patín, la fuerza de frenado se
reduce de tal manera que toma en cuenta los datos relativos a la
carga vertical transmitida entre el suelo y la rueda.
12. Un procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el cual los frenos (6) son
accionados mediante un sistema hidráulico, y el procedimiento
incluye una etapa de determinar un parámetro representativo de la
presión hidráulica en el sistema de frenado, incluyendo el
procedimiento la etapa de calcular la fuerza de frenado a aplicar a
la rueda, siendo el parámetro tomado en cuenta cuando se realiza
este cálculo.
13. Un procedimiento según la
reivindicación 12, en el cual el procedimiento incluye una etapa de
estimar cómo la fuerza de frenado aplicada cambia con cambios en
otras variables y variando la presión de frenado aplicada para
explicar los cambios en tales otras variables.
14. Un aparato de control de frenado para
controlar el frenado de una rueda de aeronave y un procesador (1)
asociado al aparato de control de frenado, pudiendo conectarse el
aparato a los frenos (6) de al menos una rueda (7) de una aeronave
y pudiendo el procesador estar conectado para recibir cuando esta
funcionando señales relativas a la carga vertical transmitida entre
el suelo y las ruedas (7) de la aeronave, estando el procesador
dispuesto de manera que cuando está funcionado realiza un cálculo
usando datos derivados de las señales recibidas por el aparato de
control y estima las condiciones a las cuales la rueda (7)
patinaría, tomando en cuenta la etapa de estimación la carga
vertical transmitida entre el suelo y la rueda (7), en el cual el
aparato de control está dispuesto de tal manera en funcionamiento
que el aparato de control acciona los frenos dependiendo de los
resultados del calculo realizado por el procesador, con lo cual el
aparato de control puede controlar el accionamiento de los frenos
(6) tomando en cuenta la carga vertical y otras condiciones que
afectan a la probabilidad de patinar, caracterizado porque
el procesador predice cómo cambiará la carga vertical y la
predicción es tomada en cuenta cuando se realiza la etapa de
estimación.
15. Un conjunto de unidad de control y tren
de aterrizaje para una aeronave incluyendo el conjunto al menos una
rueda (7) de aeronave, pudiendo la unidad de control en
funcionamiento accionar los frenos (6) de dicha al menos una rueda
(7), incluyendo la unidad de control un procesador (1), que está
conectado para recibir señales de datos relativas a la carga
vertical transmitida entre el suelo y las ruedas de la aeronave., y
que en funcionamiento realiza un cálculo usando los datos derivados
de las señales de datos recibidas por el procesador, y estima las
condiciones a las cuales la rueda patinaría, tomando en cuenta la
etapa de estimación la carga vertical transmitida entre el suelo y
la rueda (7), en la que la unidad de control está dispuesta de tal
manera que en funcionamiento la unidad de control acciona los
frenos (6) dependiendo de los resultados del cálculo realizado por
el procesador, caracterizado porque el procesador predice
cómo cambiará la carga vertical y la predicción es tomada en cuenta
cuando se realiza la etapa de estimación.
16. Una aeronave que incluye un aparato de
control de frenado y un procesador según la reivindicación 14 o una
de unidad de control y un conjunto de tren de aterrizaje según la
reivindicación 15.
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