FR3008368A1 - Procede de gestion du freinage d'un aeronef - Google Patents

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L'invention concerne un procédé de gestion du freinage d'un aéronef (1) comportant au moins une roue munie d'un frein commandable pour freiner l'aéronef (1) lorsque l'aéronef (1) est au sol en fonction d'une consigne de freinage, le procédé comportant une étape de régulation au cours de laquelle une régulation en boucle fermée (B1, B2) est mise en œuvre pour commander le frein à partir d'une consigne de freinage. Selon l'invention, la consigne de freinage est une consigne de décélération (Cd) de l'aéronef (1).

Description

L'invention concerne un procédé de gestion du freinage d'un aéronef dans lequel une consigne de freinage est une consigne de décélération de l'aéronef. ARRIERE PLAN DE L'INVENTION La plupart des aéronefs comportent plusieurs atterrisseurs dont les fonctions essentielles sont, d'une part, d'absorber une grande partie de l'énergie cinétique due à la composante verticale de la vitesse de l'aéronef à l'atterrissage, et d'autre part, de permettre à l'aéronef d'évoluer au sol, en particulier pendant la phase de freinage dont il est question dans la présente invention. On distingue généralement des atterrisseurs dits principaux, qui supportent l'essentiel du poids de l'aéronef, et des atterrisseurs dits auxiliaires, qui permettent d'équilibrer l'aéronef au sol et de faciliter sa manoeuvrabilité. Sur la plupart des aéronefs modernes, les atterrisseurs principaux sont situés à proximité du centre de gravité de l'avion sous la voilure ou sous le fuselage et les atterrisseurs auxiliaires sont situés sous le nez de l'aéronef. Les systèmes de freinage pour aéronefs comportent des actionneurs de freinage hydraulique ou électromécanique, commandés pour appliquer aux roues de l'aéronef un couple de freinage tendant à ralentir celui- ci. Dans les aéronefs actuels, lors du freinage au sol, une déflexion de pédales de frein est convertie en pression pour un système de freinage hydraulique ou en effort de presse pour un freinage électrique. La consigne de freinage est habituellement élaborée en boucle ouverte, ce qui, en raison d'une dispersion inévitable de caractéristiques diverses des freins de l'aéronef et de l'aéronef lui-même (dispersion de coefficients de friction d'organes de friction des freins, variabilité de la masse de l'aéronef, etc.), créé une certaine incertitude sur l'effort de freinage effectivement appliqué et sur la décélération effectivement obtenue. Or, le dimensionnement d'un certain nombre d'éléments structurels de l'aéronef est fortement lié à un effort de freinage maximal que ledit aéronef doit être apte à supporter, ainsi qu'à une vitesse de variation maximale de l'effort de freinage. L'incertitude sur l'effort de freinage conduit donc à surdimensionner les éléments structurels ou à limiter excessivement la vitesse de variation de l'effort, ce qui conduit à augmenter la masse de l'aéronef et à limiter la performance du freinage. OBJET DE L'INVENTION L'invention a pour objet un procédé de gestion du freinage permettant d'améliorer la précision d'un effort de freinage effectivement appliqué sur les freins de l'aéronef. RESUME DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de gestion du freinage d'un aéronef comportant au moins une roue munie d'un frein commandable pour freiner l'aéronef lorsque l'aéronef est au sol en fonction d'une consigne de freinage, le procédé comportant une étape de régulation au cours de laquelle une régulation en boucle fermée est mise en oeuvre pour commander le frein à partir d'une consigne de freinage. Selon l'invention, la consigne de freinage est une consigne de décélération de l'aéronef.
En asservissant directement le freinage à une décélération de l'aéronef, on génère un effort de freinage sur lequel les dispersions des caractéristiques du frein et de l'aéronef ont un impact très limité. L'effort de freinage est donc appliqué de manière plus précise et il n'est pas nécessaire de surdimensionner les éléments structurels ou de limiter excessivement la vitesse de variation de l'effort appliqué. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit en référence aux figures des dessins annexés parmi lesquelles : - la figure 1 est un schéma-bloc illustrant le procédé de gestion du freinage de l'invention ; - les figures 2, 3, 4 sont des schémas-bloc 10 illustrant le procédé de gestion du freinage de l'invention selon des aspects particuliers de l'invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION L'invention est ici illustrée en référence à un 15 aéronef 1 comportant un premier atterrisseur principal 2 portant un premier groupe de roues 3 équipées de freins (ici des freins électromécaniques), un deuxième atterrisseur principal 4 portant un deuxième groupe de roues 5 équipées de freins, et un atterrisseur auxiliaire 20 à roues orientables et non freinées. Le procédé de gestion de freinage de l'invention, représenté sur la figure 1, est ici mis en oeuvre au moyen d'une architecture de freinage électrique simplifiée comportant un unique calculateur de freinage 6 et des 25 organes de distribution de puissance, par exemple des onduleurs 7, associés aux freins des roues du premier atterrisseur principal 2 et du deuxième atterrisseur principal 4. Les freins des roues sont commandables pour 30 freiner l'aéronef 1 lorsque l'aéronef 1 est au sol. Le freinage de l'aéronef 1 est commandé ici soit par l'action d'un pilote de l'aéronef 1 sur une première pédale de frein 8 et sur une deuxième pédale de frein 9, soit en réponse à une sélection par le pilote d'un niveau 35 de décélération déterminé (fonction « autobrake »).
La première pédale de frein 8 et la deuxième pédale de frein 9 commandent respectivement un freinage des roues du premier groupe de roues 3 et du deuxième groupe de roues 5. La première pédale de frein 8 et la deuxième pédale de frein 9 sont chacune reliées à un capteur d'enfoncement 10 adapté à mesurer une déflexion de la pédale associée, à acquérir des valeurs de déflexion mesurées et à transmettre lesdites valeurs de déflexion mesurées au calculateur de freinage 6.
Le calculateur de freinage 6 génère alors en fonction de ces valeurs de déflexion mesurées une consigne de freinage, qui est selon l'invention une consigne de décélération Cd de l'aéronef 1. La consigne de freinage est elle-même transformée en une commande d'effort de freinage transmise aux onduleurs 7, qui, en fonction de cette commande d'effort de freinage, fournissent à des actionneurs des freins une puissance telle que les freins génèrent un effort de freinage permettant de freiner et de ralentir l'aéronef dans l'exemple illustré. L'effort de freinage commandé est un effort de presse, appliqué par des actionneurs électromécaniques des freins sur des organes de friction des freins, par exemple sur une pile de disques de carbone.
Le procédé de gestion de freinage de l'invention comporte une étape de régulation, au cours de laquelle une régulation en boucle fermée est mise en oeuvre pour commander le frein à partir de la consigne de freinage. La régulation en boucle fermée est représentée sur la figure 1 par la boucle Bi. Pour générer la consigne de décélération Cd en fonction de la déflexion des pédales, la déflexion de chacune des pédales est mesurée et acquise par les capteurs d'enfoncement 10. Un contrôleur 12 calcule une déflexion moyenne de la première pédale 8 et de la deuxième pédale 9. La consigne de décélération Cd est calculée à partir de cette déflexion moyenne. Le contrôleur 12 est implémenté dans le calculateur de freinage 6.
Puis, la vitesse de variation de la consigne de décélération Cd est comparée à une valeur prédéterminée, et est écrêtée par ladite valeur prédéterminée. On limite ainsi la vitesse de variation de la consigne de décélération Cd pour limiter la vitesse de variation de l'effort de freinage commandé, ce qui autorise à réduire la masse de la structure du fuselage de l'aéronef. La limitation de vitesse de variation de la consigne de décélération Cd est ici réalisée par un limiteur 13 implémenté dans le calculateur de freinage 6. La consigne en sortie du limiteur 13 est une consigne de décélération limitée Cdl. Dans la boucle de régulation Bi, on soustrait à la consigne de décélération limitée Cdl une mesure de décélération Md de l'aéronef 1 grâce à un soustracteur 11, ladite mesure de décélération étant réalisée ici au moyen d'un accéléromètre 14 de l'aéronef. En variante, on utilise non pas une mesure de décélération Md de l'aéronef 1, mais une estimation de la décélération de l'aéronef 1, ou encore une mesure ou une estimation d'une décélération représentative d'une décélération de l'ensemble des roues de l'aéronef 1. Une telle estimation peut par exemple prendre la forme d'une moyenne des décélérations des roues de l'aéronef 1. On obtient ainsi une commande de freinage Cf qui est automatiquement adaptée en fonction d'évolutions de certaines caractéristiques du système de freinage : augmentation du coefficient de friction des organes de friction, etc. De plus, une réponse de l'aéronef 1 à l'action du pilote sur les pédales de frein 8, 9 est rendue moins dépendante de paramètres tels la masse de l'aéronef 1 ou la tramée aérodynamique de celui-ci. Selon un aspect particulier de l'invention, visible sur la figure 2, le procédé de gestion du freinage de l'invention comporte l'élaboration par un organe de modulation 15 d'une première commande d'effort de freinage de groupe Cgl pour le premier groupe de roues 3 et d'une deuxième commande d'effort de freinage de groupe Cg2 pour le deuxième groupe de roues 5 à partir de la consigne de décélération Cd et d'un différentiel de déflexion Diff de la première pédale de frein 8 et de la deuxième pédale de frein 9. L'organe de modulation 15 est implémenté dans le calculateur de freinage 6. La première commande d'effort de freinage de groupe Cgl est différente de la deuxième commande d'effort de freinage de groupe Cg2 lorsque les déflexions de la première pédale 8 et de la deuxième pédale 9 sont différentes. Selon un autre aspect particulier de l'invention, visible sur la figure 3, la commande d'effort de freinage pour chacune des roues du premier groupe de roues 3 et pour chacune des roues du deuxième groupe de roues 5 est corrigée en comparant une vitesse de chaque roue à une vitesse moyenne de l'atterrisseur portant cette roue, ou à une vitesse médiane dudit atterrisseur, ou, plus généralement, à toute vitesse représentative de la vitesse dudit atterrisseur. Il est ainsi possible par exemple de réduire l'effort de freinage commandé pour un frein si la vitesse de la roue en question est inférieure à la vitesse de l'atterrisseur portant la roue, ce qui traduit un coefficient de friction des organes de friction du frein supérieur à ceux des freins des autres roues de l'atterrisseur. On uniformise ainsi l'énergie absorbée par les freins, et donc leur échauffement et leur usure, ce qui permet d'une part, d'augmenter une durée de vie des freins, et d'autre part, de réduire un temps nécessaire de maintien de l'aéronef 1 au sol entre un atterrissage donné et le décollage suivant ledit atterrissage donné. Pour cela, l'aéronef 1 comporte des capteurs de vitesse 18 adaptés à mesurer la vitesse de chacun des roues et grâce auxquels on peut obtenir une estimation de la vitesse moyenne des atterrisseurs principaux. Pour chaque atterrisseur principal 2, 4, la commande d'effort de freinage de groupe Cgl, Cg2 est corrigée pour chaque roue en fonction d'une vitesse de la roue. Ainsi, dans l'exemple représenté sur la figure 3 où le premier atterrisseur principal 2 comporte deux roues R1 et R2 et où le deuxième atterrisseur principal 4 comporte deux roues R3 et R4, des commandes d'effort de freinage de groupe corrigées Cg R1, Cg R2, Cg R3, Cg R4 potentiellement différentes sont émises pour chacune des roues R1, R2, R3, R4. Selon une autre variante de l'invention, on corrige la commande d'effort de freinage de groupe en fonction d'écarts de température entre les freins de différentes roues, ou en fonction d'écarts d'usure entre les organes de friction des freins de différentes roues, ou encore en fonction d'écarts entre des couples de freinage effectivement générés par les freins de différentes roues, de manière à compenser ces écarts. On utilise alors à la place des capteurs de vitesse 18 des capteurs de température des freins, des capteurs d'usure des organes de friction des freins, ou des capteurs de couple. Selon un autre aspect particulier de l'invention, visible sur la figure 4, on compare cette fois la consigne de décélération limitée Cdl à une mesure ou à une estimation de la décélération de chaque roue Ri. L'aéronef 1 comporte alors d'estimer une accélération boucle de régulation B2 est un capteur 20 permettant pour chaque roue Ri. Une mise en oeuvre pour calculer une commande d'effort de freinage individuelle Ci propre à chaque roue Ri. La consigne de décélération Cdl est corrigée pour chaque roue Ri par une mesure Mdi ou une estimation de la décélération de ladite roue de manière à obtenir une commande d'effort de freinage individuelle Ci propre à ladite roue Ri. On adapte ainsi pour chaque frein pris individuellement la commande d'effort de freinage, et on réduit ainsi cette commande si le coefficient de friction des organes de friction du frein de la roue Ri augmente, avant que la décélération de l'aéronef n'ait été impactée. Enfin, avantageusement, on prévoit de transmettre la consigne de décélération Cd à un système de régulation automatique de freinage préexistant sur l'aéronef, réalisant la fonction « autobrake ». On peut ainsi réutiliser une fonction de régulation connue et préalablement implémentée, ce qui permet d'améliorer un contrôle du freinage sans complexifier des algorithmes du système de régulation préexistant. On note qu'en cas de panne conduisant à la neutralisation du freinage d'une ou de plusieurs roues d'un atterrisseur (panne d'un ou de plusieurs actionneurs électromécaniques, d'organes de puissance, etc.), le procédé de gestion du freinage commande automatiquement le freinage des autres roues du même atterrisseur avec une commande de freinage plus importante pour compenser le freinage des roues défaillantes. Il n'est donc pas nécessaire d'implémenter dans le calculateur de freinage une logique de reconfiguration complexe en cas de panne. Lors d'un atterrissage de l'aéronef, au moment où l'aéronef se pose, seules certaines roues sont en contact avec le sol pendant une certaine durée relativement courte. Le procédé de gestion de l'invention augmente automatiquement les commandes de freinage associées aux roues en contact avec le sol pendant la certaine durée, compensant ainsi le freinage non effectué par les autres roues. Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, le procédé de gestion du freinage de l'invention comporte une étape au cours de laquelle, pendant la certaine durée, la consigne de décélération est diminuée pour que la commande de freinage associée à chaque roue corresponde à une commande dans une situation normale dans laquelle toutes les roues freinées sont en contact avec le sol. Par exemple, si la moitié des roues freinées est en contact avec le sol pendant la certaine durée, la consigne de décélération est divisée par deux. L'invention n'est pas limitée aux modes de mise en oeuvre particuliers qui viennent d'être décrits, mais, bien au contraire, couvre toute variante entrant dans le cadre de l'invention telle que définie par les revendications. Le contrôleur, le limiteur, l'organe de modulation sont implémentés dans le calculateur de freinage via des fonctions logicielles et ne correspondent pas nécessairement à des composants distincts. Bien que l'on ait choisi d'illustrer l'invention dans une application de freinage électrique, celle-ci peut bien sûre être mise en oeuvre dans une application différente, par exemple au sein d'un système de freinage hydraulique.

Claims (11)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de gestion du freinage d'un aéronef (1) comportant au moins une roue munie d'un frein commandable pour freiner l'aéronef (1) lorsque l'aéronef (1) est au sol en fonction d'une consigne de freinage, le procédé comportant une étape de régulation au cours de laquelle une régulation en boucle fermée (B1, B2) est mise en oeuvre pour commander le frein à partir d'une consigne de freinage, caractérisé en ce que la consigne de freinage est une consigne de décélération (Cd) de l'aéronef (1).
  2. 2. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 1, dans lequel la consigne de décélération (Cd) est comparée à une mesure (Md) ou à une estimation d'une décélération de l'aéronef (1).
  3. 3. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 1, dans lequel la consigne de décélération (Cd) est comparée à une mesure ou à une estimation d'une décélération représentative d'une décélération de l'ensemble des roues de l'aéronef (1).
  4. 4. Procédé de gestion du freinage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'aéronef (1) comporte une pluralité de roues équipées de freins regroupées en un premier groupe de roues (3) et en un deuxième groupe de roues (5), le freinage du premier groupe de roues (3) étant commandé par une première pédale de frein (8) et le freinage du deuxième groupe de roues (5) étant commandé par une deuxième pédale de frein (9), le procédé de gestion du freinage comportant une étape au cours de laquelle une déflexion moyenne de la première pédale de frein (8) et de la deuxième pédale de frein (9) est calculée, et au cours de laquelle la consigne de décélération (Cd) est calculée à partir de cette déflexion moyenne.
  5. 5. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 4, comportant en outre une étape au cours de laquelle une première commande d'effort de freinage de groupe (Cgl) et une deuxième commande d'effort de freinage de groupe (Cg2) sont calculées à partir de la consigne de décélération (Cd) et d'un différentiel (Diff) de déflexion de la première pédale de frein (8) et de la deuxième pédale de frein (9), la première commande d'effort de freinage de groupe (Cgl) étant destinée à commander le freinage du premier groupe de roues (3) et la deuxième commande d'effort de freinage de groupe (Cg2) étant destinée à commander le freinage du deuxième groupe de roues (5).
  6. 6. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 5, comportant en outre une étape au cours de laquelle, à l'intérieur de chaque groupe de roues (3,5), la commande d'effort de freinage de groupe (Cgl, Cg2) est corrigée pour chaque roue en fonction d'une vitesse de la roue.
  7. 7. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 5, comportant en outre une étape au cours de laquelle, pour chaque groupe de roues (3, 5), la commande d'effort de freinage de groupe est corrigée pour chaque roue en fonction d'une température du frein de la roue ou d'une usure d'organes de friction du frein de la roue ou d'un couple de freinage effectivement généré par le frein de la roue.
  8. 8. Procédé de gestion du freinage selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque roue (Ri), la consigne de décélération (Cd) est comparée à une mesure ou à une estimation d'une décélération de la roue, et dans lequel une commande d'effort de freinage individuelle est calculée pour chaque roue, chaque commande d'effort de freinage individuelle étant destinée à commander le freinage de la roue en question.
  9. 9. Procédé de gestion du freinage selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape de limitation de vitesse de variation de la consigne de décélération (Cd).
  10. 10. Procédé de gestion du freinage selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre une étape au cours de laquelle la consigne de décélération (Cd) est transmise à un système de régulation automatique de freinage préexistant sur l'aéronef.
  11. 11. Procédé de gestion du freinage selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la consigne de décélération est réduite au moment d'un atterrissage de l'aéronef pendant une durée au cours de laquelle seules certaines roues de l'aéronef sont en contact avec le sol.
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