FR3093993A1 - Procédé de contrôle du freinage des roues d’un avion et contrôleur de freinage de roues associé - Google Patents

Procédé de contrôle du freinage des roues d’un avion et contrôleur de freinage de roues associé Download PDF

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Procédé de contrôle du freinage des roues d’un avion et contrôleur de freinage de roues associé Procédé de contrôle du freinage des roues d’un aéronef dans lequel le freinage des roues de l’aéronef est commandé par un contrôleur de freinage des roues (14) actionnant des freins de roues (10) de l’aéronef en fonction à la fois d’une demande de régulation en décélération (16) et d’une demande de déploiement des inverseurs de poussée (24). Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Procédé de contrôle du freinage des roues d’un avion et contrôleur de freinage de roues associé
L’invention se rapporte au domaine du freinage des avions et concerne plus particulièrement un procédé amélioré de freinage pour aéronef.
Sur un avion, plusieurs sources permettent de freiner l’avion lors de la phase d’atterrissage ou lors d’un décollage avorté.
Comme le montre la figure 6, il y a principalement deux sources dédiées à cette fonction de freinage et dont le déclenchement est effectué indépendamment l’un de l’autre depuis le cockpit sur différentes actions du pilote : le système de freinage comportant les freins de roues 10 et le système d’inversion de poussée comportant les inverseurs de poussée 12. Les freins de roues 10 sont commandés depuis un contrôleur de freinage des roues 14 qui reçoit une demande de régulation en décélération 16 en provenance du cockpit 18 et délivre un ordre de régulation en décélération 20 pour les freins de roues 10. Les inverseurs de poussée 12 sont quant à eux commandés depuis un contrôleur d’inversion de poussée 22 qui reçoit une demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 en provenance du cockpit 18 d’où proviennent les actions du pilote 26 et délivre un ordre de déploiement des inverseurs de poussée 28 pour les inverseurs de poussée 12.
Le système de freinage des roues inclus dans le train d’atterrissage de l’avion est capable à lui seul d’assurer la fonction de freinage de l’avion. En effet, la certification des distances de freinages ne s’applique que sur le système de freinage des roues qui est le seul système pris en compte pour déterminer si un avion peut atterrir sur telle ou telle piste. Cependant, afin de faciliter cette certification, le système d’inversion de poussée inclus dans les turboréacteurs de l’avion est très souvent considéré comme une option utilisée pour réduire l’usure du système de freinage des roues et cela d’autant plus que ces deux systèmes sont développés complètement indépendamment car chacun touchant à des sous-systèmes avions bien différents (trains d’atterrissage et turboréacteurs).
L’une des fonctions principales du système de freinage des roues est d’assurer une régulation en décélération (fonction « autobrake ») permettant à l’avion de décélérer de manière homogène (sans à-coups) et adaptée à la piste et à la sortie (fonction « brake to vacate »).
La figure 7 illustre un cas classique d’atterrissage régulé par exemple à un niveau de décélération constant avec déploiement des inverseurs de poussée en cours de freinage.
On observe tout d’abord en 1 l’instant où les roues touchent le sol permettant l’initialisation des algorithmes de freinage des roues. En 2, une fois ces algorithmes de freinage des roues initialisés et une certaine valeur de vitesse roue atteinte, la régulation de décélération s’active. Les freins de roues commencent leur action et l’avion est alors asservi à la consigne constante de décélération. A un instant donné 3 non connu du système de freinage des roues, les inverseurs de poussée se déploient sur une action du pilote. Ce déploiement des inverseurs de poussée crée une forte décélération considérée comme une perturbation externe par le système de freinage des roues qui doit alors s’adapter en temps réel afin de rejeter (éliminer) cette perturbation. Toute cette période crée un court laps de temps pendant lequel la décélération n’est plus égale à la consigne et cela provoque également des secousses (jerk) dans l’avion qui réduit notablement le confort passager. En 4, une fois les inverseurs de poussée déployés, la régulation de freinage des roues parvient à rejeter la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée et régule de nouveau l’avion à la consigne constante de décélération. La vitesse souhaitée (nulle ou non) est atteinte en 5 et le pilote désactive la fonction de décélération automatique du système de freinage des roues, annulant la décélération.
Or cette question de confort lié aux secousses qui se produisent de manière récurrente pose un problème essentiel qu’il convient de résoudre. Et cela d’autant plus, que les correcteurs permettant la régulation en décélération sont dimensionnés sur l’amplitude de ces secousses, ce qui provoque une perte de performance du système de freinage des roues. En effet, pour correctement éliminer cette perturbation relativement importante (allant jusqu’à 50% de la décélération), il faut un correcteur très dynamique pour garantir le confort du reste du freinage. Mais, au contraire, pour filtrer tout ce qui pourrait être ressenti comme un « à-coup », il faut un correcteur plutôt peu dynamique. Le compromis entre ces deux contraintes est donc difficile à trouver et invite à trouver d’autres solutions permettant d’assurer un meilleur confort de ses passagers.
La présente invention a pour but de proposer une solution alternative permettant d’assurer une décélération plus régulière de l’avion. Un but est d’offrir plus de degrés de liberté dans la conception du système de freinage de roues et notamment relâcher le compromis de réglage du correcteur précité.
Ces buts sont atteints par un procédé de contrôle du freinage de roues d’un aéronef dans lequel le freinage des roues de l’aéronef est commandé par un contrôleur de freinage des roues actionnant les freins de roues de l’aéronef en fonction à la fois d’une demande de régulation en décélération et d’une demande de déploiement des inverseurs de poussée.
Ainsi, en informant le contrôleur de freinage des roues du comportement des inverseurs de poussée, il est possible de relâcher le compromis de réglage du correcteur nécessaire dans l’art antérieur.
Selon le mode de réalisation envisagé, la demande de déploiement des inverseurs de poussée est reçue soit directement par le contrôleur de freinage des roues depuis un cockpit de l’aéronef, soit directement par le contrôleur de freinage des roues et relayée à un contrôleur des inverseurs de poussée actionnant le déploiement des inverseurs de poussée, ou soit directement par un contrôleur des inverseurs de poussée qui la relai au contrôleur de freinage des roues.
Avantageusement, pour éliminer une perturbation crée par le déploiement des inverseurs de poussée, un ordre de régulation en décélération délivré par le contrôleur de freinage des roues aux freins de roues est maintenu sensiblement constant soit par une adaptation d’une consigne de décélération en proportion de la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée soit par une adaptation d’un gain d’une fonction de transfert de la boucle de régulation du freinage des roues en proportion de la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée.
L’invention concerne également un contrôleur de freinage des roues apte à actionner des freins des roues d’un aéronef en fonction d’une demande de régulation en décélération, caractérisé en ce qu’il est configuré pour actionner les freins des roues de l’aéronef également en fonction d’une demande de déploiement des inverseurs de poussée.
De préférence, ce contrôleur est en outre configuré pour recevoir d’un contrôleur des inverseurs de poussée une information sur l’état réel des inverseurs de poussée.
D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquels :
La figure 1 montre une architecture simplifiée de systèmes de freinage des roues et d’inversion de poussée selon un premier mode de réalisation de l’invention,
La figure 2 montre une architecture simplifiée de systèmes de freinage des roues et d’inversion de poussée selon un deuxième mode de réalisation de l’invention,
La figure 3 montre une architecture simplifiée de systèmes de freinage des roues et d’inversion de poussée selon un troisième mode de réalisation de l’invention,
La figure 4 détaille la structure du contrôleur de freinage de roues de l’invention,
La figure 5 illustre la courbe de décélération obtenue avec le contrôleur de freinage des roues de la figure 4,
La figure 6 montre des systèmes de freinage des roues et d’inversion de poussée selon une architecture simplifiée classique de l’art antérieur, et
La figure 7 illustre la courbe de décélération du système de freinage de roues de la figure 6.
Trois modes de réalisation de l’invention illustrés successivement aux figures 1 à 3 sont envisagés pour assurer cette information du contrôleur de freinage des roues.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, il est simplement proposé que la demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 qui est, dans les architectures connues, adressée depuis le cockpit de l’aéronef 18 directement et uniquement au contrôleur des inverseurs de poussée 22, soit adressée en parallèle également au contrôleur de freinage des roues 14.
Avec cette architecture, le profil de décélération n’est toutefois pas optimal car le contrôleur de freinage des roues ne peut pas maîtriser le moment où les inverseurs de poussée vont se déployer et il ne connait donc pas leur état réel. Il ne peut réagir que par rapport à la demande de déploiement effectuée par le pilote et estimer que le déploiement se fait effectivement. Par conséquent, il existe un risque de prise en compte de l’ordre de déploiement des inverseurs alors que ceux-ci ne sont pas déployés, engendrant un transitoire très néfaste au confort et à la performance du freinage (avec une décélération effective plus faible que celle commandée). Ce risque peut toutefois être éliminé en prévoyant la réception d’une information 30 du contrôleur des inverseurs de poussée sur cet état réel des inverseurs lui permettant de vérifier que les inverseurs sont bien déployés.
On notera que cette architecture permet très simplement, dans un mode dégradé dans lequel la demande de déploiement n’est pas prise en compte, un retour à l’architecture classique ou le freinage des roues et le déploiement des inverseurs de poussée sont gérés indépendamment l’un de l’autre.
Dans le mode de réalisation de la figure 2, il est proposé que le contrôleur des inverseurs de poussée 22 relai la demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 reçue directement du cockpit 18 au contrôleur de freinage des roues 14.
Comme précédemment, avec cette architecture, le profil de décélération n’est pas non plus optimal car le contrôleur de freinage des roues ne peut pas maîtriser le moment où les inverseurs de poussée vont se déployer et il ne connait donc pas leur état réel. Il ne peut réagir que par rapport à la demande de déploiement reçue du contrôleur des inverseurs de poussée et estimer que le déploiement se fait effectivement. Par conséquent, il existe un risque de prise en compte de l’ordre de déploiement des inverseurs alors que ceux-ci ne sont pas déployés, engendrant un transitoire très néfaste au confort et à la performance du freinage. Toutefois, comme précédemment, ce risque peut être éliminé en prévoyant la réception d’une information 30 du contrôleur des inverseurs de poussée sur cet état réel des inverseurs lui permettant de vérifier que les inverseurs sont bien déployés.
Cette architecture permet aussi très simplement un retour à l’architecture classique ou le freinage des roues et le déploiement des inverseurs de poussée sont gérés indépendamment l’un de l’autre en choisissant dans un mode dégradé de ne pas prendre en compte la demande de déploiement et l’éventuel état des inverseurs.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la demande de régulation en décélération 16 et la demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 sont toutes deux adressées au contrôleur de freinage des roues 14 qui peut alors choisir de relayer la demande de déploiement des inverseurs de poussée au contrôleur des inverseurs de poussée 22 par exemple uniquement lorsqu’il est prêt à prendre en compte son effet. Une fois cette demande relayée au contrôleur des inverseurs de poussée 22, celui-ci peut confirmer la bonne réception au contrôleur de freinage des roues et lui renvoyer une information 30 sur l’état réel des inverseurs de poussée : inverseur non-déployés, en déploiement, déployés.
Ce fonctionnement de type maitres (pour les freins) esclaves (pour les inverseurs) permet d’optimiser au maximum la décélération de l’aéronef car l’algorithme de régulation en décélération peut être parfaitement adapté à partir de l’état réel des inverseurs. Il est aussi possible de recréer (par un modèle inverse qui renvoie par exemple le delta de décélération instantanée ou prévue avec un certain temps d’avance au contrôleur de freinage des roues) la décélération induite par les inverseurs de poussée et l’intégrer directement dans la régulation en décélération afin de pouvoir rejeter facilement la perturbation due au déploiement des inverseurs de poussée. Cela peut être fait dans le contrôleur des inverseurs de poussée ou dans le contrôleur de freinage des roues sous réserve d’un partage des données de modèle nécessaire à la régulation.
La figure 4 illustre un exemple de réalisation du contrôleur de freinage de roues 14 qui délivre l’ordre de régulation en décélération 20 pour les freins de roues 10 à partir de la demande de régulation en décélération 16. Ce contrôleur comporte un correcteur 32 qui agit comme il est connu sur un écart de régulation entre une consigne 34 et une valeur mesurée de cette décélération 21. Toutefois, cette consigne n’est pas une consigne de décélération nominale 36 mais une consigne de décélération adaptée délivrée par un module d’adaptation de la consigne 38 qui reçoit la demande déploiement des inverseurs de poussée 24 et éventuellement l’information 30 sur l’état réel de ces inverseurs de poussée 12. Ce module 38 permet donc de passer de la consigne de décélération nominale à la consigne de décélération adaptée. Le contrôleur de freinage des roues peut ainsi directement modifier sa consigne de décélération en adéquation avec la demande de déploiement des inverseurs de poussée afin que l’effet de freinage des inverseurs et la consigne de freinage des roues coïncident avec la valeur demandée au niveau du cockpit de l’avion.
Le passage de la consigne de décélération nominale à la consigne de décélération adaptée permettant de garantir un ordre de régulation en décélération 20 sans à-coups est illustré à la figure 5 qui présente le cas idéal dans lequel la consigne de décélération adaptée 34 diminue instantanément dès que l’on sait à un instant T1 que les inverseurs bougent (demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 reçue). Ensuite cette consigne évolue de façon exactement opposée à l’effet de décélération produit par les inverseurs de poussée (la zone hachurée 40 correspond à la compensation de l’effet aérodynamique des inverseurs). L’objectif étant bien évidemment d’avoir une décélération constante correspondant à la valeur demandée par le pilote. Une fois le déploiement des inverseurs de poussée terminé à un instant T2, la consigne de décélération reprend la valeur constante de la consigne nominale 36 afin de ne pas trop accélérer et avoir un minimum d’oscillations durant les transitoires.
On notera qu’il existe d’autres types d’adaptation qui peuvent avoir le même résultat que l’adaptation de consigne précitée. Par exemple, une adaptation du gain de la fonction de transfert du système en boucle fermée est aussi envisageable. Pour cela, les gains de la boucle de régulation sont modifiés au moment des évènements définis par la demande de déploiement des inverseurs de poussée et l’état de ces inverseurs de poussée.
L’avantage principal de cette solution est donc d’obtenir une décélération avion très régulière et donc d’augmenter le confort passager durant les phases d’atterrissage. Ainsi, le transfert de données entre les deux contrôleurs permet de prévoir le comportement de l’avion.
Chacun de ces trois modes de réalisation implique l’augmentation de signaux à faire transiter entre le cockpit et les deux contrôleurs et donc notamment une augmentation de câblages. Cet inconvénient est toutefois à relativiser car dépendant essentiellement du réseau de communication présent dans l’aéronef. Or, avec les réseaux actuels de type AFDX (pour « Avionics Full DupleX »), la nécessité de rajouter du câblage tend à disparaitre.

Claims (10)

  1. Procédé de contrôle du freinage des roues d’un aéronef dans lequel le freinage des roues de l’aéronef est commandé par un contrôleur de freinage des roues (14) actionnant des freins de roues (10) de l’aéronef en fonction à la fois d’une demande de régulation en décélération (16) et d’une demande de déploiement des inverseurs de poussée (24).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la demande de déploiement des inverseurs de poussée (24) est reçue directement par le contrôleur de freinage des roues depuis un cockpit (18) de l’aéronef.
  3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel la demande de déploiement des inverseurs de poussée (24) reçue directement par le contrôleur de freinage des roues est relayée à un contrôleur des inverseurs de poussée (22) actionnant le déploiement des inverseurs de poussée (12).
  4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la demande de déploiement des inverseurs de poussée (24) est reçue directement par un contrôleur des inverseurs de poussée (22) qui la relai au contrôleur de freinage des roues (14).
  5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, pour éliminer une perturbation crée par le déploiement des inverseurs de poussée (12), un ordre de régulation en décélération (20) délivré par le contrôleur de freinage des roues (14) aux freins de roues (10) est maintenu sensiblement constant par une adaptation d’une consigne de décélération (36) en proportion de la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée.
  6. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, pour éliminer une perturbation crée par le déploiement des inverseurs de poussée (12), un ordre de régulation en décélération (20) délivré par le contrôleur de freinage des roues (14) aux freins de roues (10) est maintenu sensiblement constant par une adaptation d’un gain d’une fonction de transfert de la boucle de régulation du freinage des roues en proportion de la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée.
  7. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel une information (30) sur l’état réel des inverseurs de poussée est transmise au contrôleur de freinage des roues (14).
  8. Contrôleur de freinage des roues (14) apte à actionner des freins des roues (10) d’un aéronef en fonction d’une demande de régulation en décélération (16), caractérisé en ce qu’il est configuré pour actionner les freins des roues (10) de l’aéronef également en fonction d’une demande de déploiement des inverseurs de poussée (24).
  9. Contrôleur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu’il est en outre configuré pour recevoir d’un contrôleur des inverseurs de poussée (22) une information (30) sur l’état réel des inverseurs de poussée.
  10. Aéronef comportant un contrôleur de freinage des roues (14) selon la revendication 8 ou la revendication 9.
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