FR2556313A1 - Procede de commande du freinage d'un vehicule sur roues - Google Patents

Abstract

LA PRESENTE INVENTION CONCERNE LES PROCEDES DE COMMANDE DU FREINAGE D'UN VEHICULE SUR ROUES. LE PROCEDE SE CARACTERISE PAR LE FAIT QU'IL CONSISTE A CALCULER UNE VALEUR APPROCHEE DE LA VITESSE DU VEHICULEB1, B2 SUR UNE PREMIERE PERIODE DONNEET1, T2 PENDANT LAQUELLE LA ROUE EST FREINEE, CETTE VALEUR APPROCHEE ETANT FONCTION D'UNE MESURE DE LA VITESSE LINEAIRE DE LA ROUE, ET D'UNE MESURE FONCTION DE LA DECELERATION DU VEHICULE, PENDANT UNE SECONDE PERIODE DE TEMPS T2, T3 PRECEDANT LA PREMIERE PERIODE, LA ROUE ETANT COMMANDEE EN DEFREINAGE PENDANT CETTE DEUXIEME PERIODE. APPLICATION AU FREINAGE DES AERONEFS.

Description

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- 1 - PROCEDE DE COMMANDE DU FREINAGE d'UN

VEHICULE SUR ROUES.

La présente invention concerne les procédés de commande du frei-

nage d'un véhicule sur roues et plus particulièrement la commande

du freinage d'un aéronef lors de son atterrissage sur une piste d'aéro-

drome. On sait que les aéronefs prennent contact avec le sol à grande vitesse et qu'il est donc nécessaire de procéder à leur arrêt le plus

rapidement possible et ce sur une distance la plus réduite.

Un atterrissage d'aéronef se fait généralement sur une piste avec laquelle celui-ci prend contact par des moyens de roulement, comme des roues qui sont solidaires des atterrisseurs. Pour freiner l'aéronef, dès qu'il prend contact avec le sol, le moyen le plus connu consiste en une utilisation de freins à friction, comme par exemple, des freins à disques pour absorber l'énergie. Ces freins à disques sont

généralement constitués par des rotors et des stators qui sont appli-

qués les uns contre les autres aux moyens de pistons alimentés

par un fluide hydraulique sous pression.

Il faut préciser que le processus de freinage d'un aéronef présente énormément de difficultés de mise en oeuvre, car il doit répondre à des critères très sévères essentiellement pour une sécurité et une fiabilité encore plus poussées que pour d'autres véhicules. Pour cela tout un ensemble de dispositifs, relativement complexe a été mis en oeuvre pour obtenir la décélération de l'aéronef en toute sécurité et éviter, par exemple, le glissement des roues sur des

flaques d'eau, leur blocage etc...

Le procédé de freinage le plus courant qui a été mis en oeuvre pour ce genre de véhicules, comme les aéronefs, consiste à mesurer la vitesse de l'aéronef par rapport au sol, lorsqu'il roule sur celui-ci, et à commander le freinage des roues par asservissement adapté

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à partir de cette mesure de la vitesse de l'aéronef.

Pour cela, et très schématiquement, sans rentrer dans les détails, le freinage des roues, généralement des atterrisseurs principaux est effectué pour que leur vitesse, ramenée à une vitesse linéaire, ne soit pas inférieure à celle de l'aéronef, par exemple, d'une quan- tité qui a été déterminée, par expérience, de 15 % environ. Avec un tel procédé, on atteipt des seuils de sécurité acceptables, en

optimisant les forces de freinage.

Dans la mise en oeuvre de ce procédé, un des problème qui se pose, est de pouvoir effectuer, de façon la plus précise possible, la mesure de le vitesse de l'aéronef, en vraie grandeur, notamment, par rapport à la piste. Pour cela, on utilise un capteur associé à une roue d'un atterrisseur, généralement, l'atterrisseur avant de l'aéronef. En effet celle-ci prend contact avec le sol et ne subit aucun freinage

et donc sa vitesse linéaire est théoriquement parfaitement représen-

tative de la vraie vitesse de l'aéronef par rapport au sol.

Cependant, l'expérience montre que la mesure de la vitesse, sur la roue de l'atterrisseur avant, n'est pas toujours fiable. En effet, la roue peut subir aussi des glissements lorsquè, par exemple, le sol est mouillé ou verglacé ou même elle pe.t être endommagée pour différentes raisons. Ceci fait que la mesure de la vitesse peut être contrariée et donc, comme mentionné ci-dessus, ne pas être toujours convenable. De cette contrariété de la mesure de la vitesse

il peut s'en suivre des commandes anormales des roues des atterris-

seurs principaux, par asservissement et entraîner des catastrophes,

comme par exemple, des éclatements de pneumatiques ou des absen-

ces de freinage.

De plus, étant donné les contingences actuelles d'économie, de rapidité, de gain d'espace et de longueur pour les pistes, on cherche à arrêter les aéronefs de plus en plus rapidement et sur des distances

les plus courtes.

Pour obtenir cela, il es.t donc concevable de pouvoir effectuer le freinage de toutes les roues de -l'aéronef qui prennent contact avec le sol, et aussi, la roue de l'atterrisseur avant. Dans ce cas, si -3- toutes les roues sont freinées, il n'est alors plus possible ou aisé,

d'effectuer une mesure de la vraie vitesse de l'aéronef.

La présente invention c donc pour but, notamment, de mettre en oeuvre un procédé de conmande de freinage d'un véhicule permettant j d'obvier l'inconvénient mentionné ci-dessus, tout en permettant la commande du freinage de toutes les roues du véhicule, notamment

de l'aéronef, qui sont en contact avec le sol.

Plus précisément, la présente invention a pour objet un procédé

de commande du freinage d'un véhicule sur roues, consistant à com-

mander le freinage d'au moins une roue dudit véhicule, pour amener sa vitesse linéaire à une valeur inférieure à celle de la valeur de la vitesse vraie du véhicule, caractérisé par le fait qu'il consiste - à calculer une valeur approchée de la vitesse du véhicule sur une première période donnée, pendant laquelle ladite roue est freinée, cette valeur approchée étant fonction d'une mesure de la vitesse linéaire de ladite roue et d'une mesure fonction de la décélération de l'aéronef, pendant une seconde période de temps précédent ladite première période, ladite roue étant commandée en défreinage pendant

cette dite deuxième période.

La présente invention a aussi pour objet un dispositif de mise en

oeuvre du procédé décrit ci-dessus.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention

apparaîtront au cours de la description suivante, donnée en regard

des figures annexées à titre illustratif, mais nullement limitatif dans lesquelles

- la figure i représente un ensemble de courbes permettant d'explici-

ter et de comprendre le procédé selon l'invention, et, - la figure 2, un exemple très schématique d'un dispositif possible

de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.

Il est tout d'abord précisé que l'invention s'applique plus particuliè-

rement et avantageusement au freinage des aéronefs lors de leurs atterrissages quand ils roulent sur une piste d'aérodrome. Il est aussi précisé que le procédé qui est explicité ci-après, le sera en

regard de la figure 1. Cette figure représente un diagramme d'ensem-

-4- ble de courbes donnant différentes valeurs de vitesse "v" en fonction du temps "t" représentant le parcours d'un aéronef sur une piste

d'atterrissage pendant cette même période de temps "t", les diffé-

rents temps de passage de cet aéronef sur une piste étant respecti-

vement désignés par les lettres "tl, t2, t3 etc... tn". Etant bien entendu que connaissant la vitesse de l'aéronef, la distance parcourue

par ce même aéronef sur la piste pourra être facilement déterminée.

Ainsi, au point origine "O" l'aéronef est considéré comme prenant

contact avec le sol et roule donc pendant un certain temps, c'est-à-

dire. jusqu'à "ti" sans qu'aucun élément extérieur commandable n'agisse pour le freiner, sa seule éventuelle réduction de vitesse

pouvant t1re de -à un ensemble -de frottements des différents élé-

ments en mouvement.

A partir du temps "tl", le pilote peut commander le freinage des roues de l'ensemble de ces atterrisseurs. Le point "vl"' représentant d'une part la valeur de la vitesse vraie de l'aéronef, au moment ou est commandé le freinage. Cette vitesse "vi" vraie de l'aéronef peut être facilement connue, notamment, au moyen d'un capteur de vitesse coopérant avec une des roues roulant sur le sol, avant

bien entendu qu'elle subisse un freinage quelconque extérieur, notam-

mant comme précisé précédemment, par action sur des freins à disques. A partir du temps "tl", le freinage de la roue (ou des roues) peut être commandé pour amener la vitesse propre de celle-ci à une valeur de vitesse inférieure à la vitesse vraie de l'aéronef, d'environ 15 % et ce sur une période de temps définie entre les deux instants "tl et t2" pendant laquelle la vitesse de l'aéronef décrott. Il n'est pas toujours possible de connaître la vraie vitesse

de l'aéronef, après le point "F", moment o est commandé le frei-

nage, mais par contre il est possible de calculer, avec une relative-

ment bonne approximation, une vitesse image "v" donnée par la formule v = vi + (t2 - tl), e étant la décélération voulue pour l'aéronef

représenté en B1 sur la courbe.

Ainsi pour obtenir à tout instant la force de freinage optimale, il est préférable de ne jamais dépasser une valeur limite inférieure de la vitesse Dl des roues par rapport à la vitesse de l'aéronef qui dans la pratique a été définie comme une valeur pouvant être de l'ordre de 15 %, bien que pour certaines applications ce chiffre puisse être augmenté en fonction de différents paramètres, notam-

ment, des configurations d'atterriseurs, d'aéronefs, de pistes etc...

Pour éviter de dépasser cette limite, il est donc nécessaire de connaî-

tre, périodiquement, la valeur de la vraie vitesse de l'aéronef et pour cela après un certain laps de temps défini précédemment par 0 "t2 - tl", c'est-à-dire lorsque l'aéronef arrive au temps "t2" le

défreinage de la roue est commandé. Celle-ci reprend très rapide-

ment une vitesse d'entraînement puisqu'elle n'est pas freinée, qui

est égale linéairement à la valeur de vitesse de l'aéronef.

On voit donc apparaître sur la courbe entre les instants "t2, t3", la valeur de la vitesse de la roue D2 qui reprend la même valeur que la vitesse de l'aéronef "A". Pendant cette période de temps, comprise entre les points "t2 et t3", comme la roue a la même vitesse linéaire que celle de l'aéronef, il est possible de mesurer à nouveau la vraie vitesse de l'aéronef "v2". Ainsi en connaissant la valeur vraie de la vitesse linéaire de l'aéronef et compte tenu de la décélération de l'avion mesurée, on estime une nouvelle vitesse de l'aéronef B2. Cette valeur estimée B2 peut être définie par calcul sur une période subséquente de temps, par exemple, entre les instants "t3 et t4 avec une bonne approximation, ainsi la roue

peut être à nouveau freinée à partir de l'instant "t3" pour la deuxiè-

me période de temps définie entre les deux instants "t3 et t4" pour

prendre une nouvelle vitesse linéaire D3.

Ainsi, de période en période, il est possible de recalculer des vitesses approchées avec une bonne précision de la vitesse de l'aéronef pour obtenir des références successives de vitesse "Bo, B1, B2, Bn etc..." obtenues dans des périodes successives de freinage de la roue et pour permettre la mesure vraie de l'aéronef suivie de périodes de freinage de la roue pour amener la vitesse de l'aéronef

à une vitesse nulle et donc de l'arrêter complètement sur la piste.

- 6- Le procedé qui a été décrit ci-dessus peut dans certain cas présenter des perfectionnements qui améliorent la commande du freinage en l'optinisant. Dans cet esprit, la valeur de la décélaration de

l'aéronej peut aussi être préprogrammée, c'est-à-dire par une évalua-

tion forfiitaire, ou même calculée. par exemple en relation avec la poussée exercée sur les freins, ou de3 signaux de commande de ces frein De même, il peut être intéressant de faire varier la valeur de la durée entre deux recalages de la vitesse de référence. Par exemple 1 0 cette variation peut être une fonction de la valeur de recalage, qui de façon approximative, est une fonction qui est sensiblement

inverseme nt proportionnelle.

Enfin, dans le procédé qui a été décrit ci-dessus, celui-ci a été

fait sur une seule roue de l'aéronef, mais bien entendu, il sera avanta-

geusemert appliqué sur l'ensemble des roues, comme mentionné au préambule. Dans ce cas la vitesse de référence peut être obtenue,

par exempte, par une moyenne de la mesure de la vitesse sur plu-

sieurs roues et déterminer quelle est la roue qui, à l'instant de la mesure, a la vitesse la plus grande pour commander, par exemple,

son défreinage en priorité.

La figure 2 représente, sous forme très schématique, -un mode de réalisation d'un dispositif montrant qu'il est possible de mettre en oeuvre, le procédé explicité ci-dessus avec des moyens simples

et connus en eux-mêmes.

Ce dispositif est illustré pour une application au freinage d'un aéro-

nef 20 cc.'nportant un atterrisseur 21 constitué d'un moyen de roule-

ment, comme une roue 22 à laquelle est associé un moyen de freina-

ge, comme des freins à disques 23. Ces freins à disques 23 sont généralement alimentés en fluide sous pression provenant d'une réserve, non représentée, mais reliée par un conduit 24 à l'entrée d'une servovalve 25 dont le conduit de sortie 26 alimente les pistons

permettant de pousser les disques des freins les uns contre les autres.

Cette servo-valve est commandée à son entrée 27 par des -moyens - 7d'élaboration de signaux 28, comme un générateur pilotable, apte à délivrer à sa sortie 29 un signal électrique qui, appliqué à l'entrée

27 de la servo-valve 25, permet l'ouverture de celle-ci pour permet-

tre au fluide sous pression arrivant par le conduit 24, d'être appliqué au piston des freins à disques.

Généralement, la servo-valve est en passage libre au repos, c'est-à-

dire pour le signal de valeur "0". Elle laisse alors passer constamment

la pression de freinage commandée par le pilote ou tout autre moyen.

Le.Signal de valeur "1" est lui alors interprété par la servo-valve que comme un moyen de défreinage pour empêcher la pression d'être

appliquée sur les freins.

Ce générateur de commande de pilotage 28 peut être commandé

par son entrée 30 à partir d'un signal élaboré à la sortie d'un calcu-

lateur 32. Ce générateur de pilotage 28 comporte une sortie 33 apte a délivrer un signal représentatif de son état, c'est-à-dire, s'il est commandé pour ordonner le freinage ou s'il interdit ce même freinage. Cette sortie 33 est reliée à l'entrée 34 d'une porte logique dont la seconde entrée 36 est reliée à la sortie 37 d'un circuit horloge 38, apte à émettre des signaux permettant de définir des périodes prédéterminées dans le temps. La sortie 39 de cette porte logique 35 du type "ET" est reliée à l'entrée 40 d'une deuxième porte logique 41 dont la deuxième entrée 42 est reliée à la sortie d'un capteur de vitesse 44 associé à la roue 22. Ce capteur

de vitesse 44 étant apte à délivrer à la sortie 70 un signal représenta-

tif de la vitesse linéaire de la roue 22.

Il est précisé que la porte logique 41, commandée par son entree est conçue pour laisser passer, suivant l'état du signal appliqué à son entrée 40, la valeur du signal appliqué à son entrée 42. Ceci

sera plus amplement explicité dans le fonctionnement du dispositif.

Le dispositif comprend en plus un accéléromètre 43, généralement

disposé i bord de l'aéronef 20 par exemple sous la forme de gyromè-

tre dont la sortie, apte à délivrer un signal représentatif de l'accélé-

ration (en positif ou négatif la décélération) est reliée à l'entrée

d'un intégrateur 46 dont l'entrée de commande de période d'inté-

gration 47 est reliée à une sortie 48 du générateur de signaux de

commande de période 38.

La sortie 49 de cet intégrateur est reliée à une entrée 50 du calcula-

teur 32. La sortie 51 de la porte logique 41 définie précédemment est elle connectée à une deuxième entrée 52 de ce même calculateur 32, l'entrée de synchronisation 53 de ce calculateur 32 est reliée

à une sortie 54 du générateur d'impulsion de commande de période.

Les moyens qui viennent d'être décrits ci-dessus permettent de

mettre en oeuvre la commande du freinage de l'aéronef 20. Cepen-

dant, notamment dans un souci de sécurité, l'aéronef peut être associé, par exemple, à un détecteur d'atterrissage 60 qui permet de délivrer à sa sortie 61 un signal déterminant l'instant o une pression ou un effort, est appliqué à l'atterrisseur 21 pour indiquer que l'aéronef a bien pris contact avec le sol. Cette sortie 61 du capteur 60 est reliée à l'entrée 62 d'une porte logique de commande 63 dont l'autre entrée 64 est apte à recevoir un signal qui peut être élaboré à partir de moyens commandables, directement par le pilote de l'aéronef 20 ou éventuellement par programmation automatique. Dans un souci de sécurité, la sortie 61 peut être reliée à l'entrée 62 de la porte logique 63 à travers une ligne à retard 65 afin de ne pas appliquer instantanément le signal élaboré par le capteur à l'entrée 62 de la porte logique 63 pour éviter une commande trop rapide du freinage et être de ce fait sûr que l'aéronef a bien

pris contact avec le sol et ne pas permettre de freiner trop brutale-

ment l'aéronef.

Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante: on suppose tout d'abord que l'aéronef 20 va prendre contact avec le sol et dans ces conditions, son atterrisseur 21 n'est soumis à aucun effort, de ce fait la porte logique 63 est commandée et le signal qu'elle délivre à sa sortie 66 est appliqué à l'entrée 67 du calculateur 32. Celui-ci est alors commandé pour que le signal en sortie 31 bloque le générateur pilotable 28 et que le signal que ce dernier -9- délivre à sa sortie 29 commande la servo-valve 25 dans un état bloquant. Ainsi les freins à disques ne sont pas commandés et la roue 22 peut tourner librement lorsque l'aéronef 20 prend contact avec le sol, sur une période très courte. A cet instant des eforts sont appliqués à l'atterrisseur 21 et le capteur 60 délivre à sa;,ortie 61 un signal qui est appliqué à l'entrée 62 de la porte logique 63 suivant une constante de temps qui est avantageusement déterminée

expérimentalement par les techniciens.

Si l'aéronef reste constamment sur la piste, un signal appliqué à l'entrée 62 est maintenu pendant l'atterrissage, dans ces conditions, le pilote peut donc commander, à l'instant o il le désire, (bien que cela puisse se faire automatiquement) le freinage et le signal appliqué à l'entrée 64 peut traverser la porte logique 63 qui est ouverte pour autoriser le fonctionnement du calculateur 32 par son entrée de commande 67, pendant la période, éventuellement déterminée par la ligne à retard 65, le capteur de vitesse 44 délivre à sa sortie un signal représentant la vraie vitesse de l'aéronef par rapport à la piste, puisque la roue n'est pas freinée pendant ce temps. Cette vitesse est représentée par le point "vi" à la figure 1. En partant'de cette vitesse donnée par le capteur 44, le calculateur peut élaborer un signal pour commander les moyens de freinage afin de réduire la vitesse de l'aéronef sur une période prédéterminée

(tl à t2) donnée par le générateur d'impulsion 38.

Suivant cette première période prédéterminée, le générateur d'impul-

sion permet la commande, par un signal appliqué aux entrées du calculateur, de la porte logique 35 et de l'intégrateur 46, un arrêt

du freinage pour que la roue 22 reprenne sa vitesse linéaire équiva-

lente à la vraie vitesse de l'aéronef 20. Pendant cet instant, une nouvelle mesure de la vitesse de l'aéronef peut être effectuée par le capteur 44 de façon que le calculateur puisse à son tour élaborer une autre vitesse de référence (B1) au moyen des valeurs données par l'accéléromètre 43 sur une deuxième période (Fig. 1) suivante

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dont la valeur est donnée par la formule mentionnée précédemment.

Cette valeur calculée de la vitesse de l'aéronef est utilisée par le calculateur pour actionner les moyens de freinage et limiter la vitesse de la roue à une vitesse linéaire inférieure, par exemple de 15 %6, comme cela a été mentionné précédemment.

Le générateur d'impulsion 38 est programmé pour donner des succes-

sion de périodes pendant lesquelles la roue 22 est freinée et ensuite défreinée pendant un cours laps de temps afin d'effectuer une mesure de la vraie vitesse de l'aéronef et ainsi pouvoir ensuite commander le freinage de la roue afin d'arrêter l'aéronef dans les meilleures conditions, comme celles qui ont été définies au préambule de la

présente invention.

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Claims (4)

REVENDICATIONS R E V E N D I C A T I O N S

1) - Procédé de commande du freinage d'un véhicule sur roues, consistant à commander le freinage d'au moins une roue dudit véhicule pour amener sa vitesse linéaire à une valeur inférieure à celle de la valeur de la vitesse vraie du véhicule, caractérisé par le fait qu'il consiste à calculer une valeur approchée de la vitesse du véhicu- le sur une première période donnée pendant laquelle ladite roue est freinée, cette valeur approchée étant fonction d'une mesure

de la vitesse linéaire de ladite roue et d'une mesure fonction de.

la décélération du véhicule, pendant une seconde période de temps précédant ladite première période, ladite roue étant commandée

en défreinage pendant cette dite deuxième période.

2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite mesure fonction de la décélération est effectuée par relation avec la valeur de. commande de freinage

3) Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait

que la durée de la première période est commandable.

4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la valeur de la durée de la première période est commandable en

fonction de la valeur de la durée de la première période précédente.