DE19528586A1 - Steuersystem für Bremsanlagen von Luftfahrzeugen - Google Patents

Description

Diese Erfindung betrifft ein Steuersystem, das derart be­ treibbar ist, in Antwort auf einen Bedienerbefehl selektiv wenigstens eine Bremse zu betätigen. Die Erfindung betrifft insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, ein Steuersystem für eine selektive Operation derartiger Luftfahrzeugbremsen, die Reibungsscheiben aus kohlenstoffartigem Material umfas­ sen.

Von Kohlenstoffbremsen ist bekannt, daß sie eine merkliche Variation bezüglich des Betrags eines pro Einheit eines auf die Bremskolben einwirkenden Hydraulikflüssigkeitsdrucks er­ zeugten Drehmoments (d. h. Bremswirkung) zeigen. Es wird ange­ nommen, daß diese Variation der Drehmoment/Druck-Verstärkung aus den unterschiedlichen Reibungs-/Temperatureigenschaften des Kohlenstoffmaterials der Art resultiert, die für die Rei­ bungsscheiben der Kohlenstoffbremsen verwendet wird. Eine zu­ sätzliche Verstärkungsvariation resultiert wohl aus einer Änderung der Masse des Luftfahrzeugs. Eine Folge dieser Ver­ stärkungsvariation besteht darin, daß der Pilot unvorhersag­ bare Bremswirkungen erfahren kann.

In einem Luftfahrzeug mit einer herkömmlichen Anordnung der Bremsen an den Haupt-Fahrgestellrädern, die an jeder Seite des Flugzeugrumpfs angeordnet sind, und mit wenigstens einem vorderen (ungebremsten) Bugrad kann eine unvorhersagbare Bremswirkung an den Haupt-Fahrgestellrädern auftreten. Im Fall eines den Haupt-Fahrgestellräder zugefügten übermäßig hohen Bremsdrehmoments kann eine hohe Belastung an den Bugrä­ dern und der zugehörigen Luftfahrzeugstruktur auftreten.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zu schaffen, das geeignet ist, einem Piloten zu ermöglichen, ein Abbremsen eines Luftfahrzeugs genauer zu steuern, und das vorzugsweise noch eine Differentialbrems- Fähigkeit beibehält. Weiterhin soll ein System geschaffen werden, das bei allen Geschwindigkeiten eine unnötige Gleit­ schutzoperation verhindert, und das ein ruhiges Einsetzen ei­ nes Bremsdrehmoments ermöglicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Brems-Steuersystem geschaffen, das folgendes aufweist: eine erste Einrichtung zum Erzeugen eines auf eine geforderte Abbremsung bezogenen Signals, eine zweite Einrichtung zum Erzeugen eines auf eine aktuelle Abbremsung bezogenen Signals und eine Prozessorein­ richtung zum Bearbeiten eines auf die Differenz zwischen den Signalen von der ersten und der zweiten Einrichtung bezogenen Fehlersignals, wobei die Prozessoreinrichtung ein Ausgangs­ signal erzeugt, in Antwort auf welches das Steuersystem be­ treibbar ist, die Bremswirkung zu erhöhen oder zu erniedri­ gen, wobei die Prozessoreinrichtung eine variable Charakteri­ stik zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen bereitstellt.

Die variablen Charakteristiken, die durch die Prozessorein­ richtung bereitgestellt werden, kompensieren vorzugsweise ir­ gendwelche variablen Drehmoment/Druck-Charakteristiken der Bremsen, wie beispielsweise der Kohlenstoffbremsen. Die Ge­ samtcharakteristiken der Prozessoreinrichtung können eine Funktion eines oder mehrerer Parameter sein, die Luftfahr­ zeugmassenänderungen, die Radgeschwindigkeit, das Bremsdrehmoment, die Bremstemperatur, die Änderungsgeschwin­ digkeit der Bremstemperatur oder das Bremsenmaterial umfas­ sen. Die Charakteristiken können bezogen auf Messungen der Luftfahrzeugmasse und/oder bezogen auf das Verhältnis der ge­ forderten oder aktuellen Luftfahrzeugabbremsung zu einem durchschnittlichen geforderten oder aktuellen Bremsdruck ver­ ändert werden.

Typischerweise sind zum Zwecke des Verlangsamens oder Manö­ vrierens eines Luftfahrzeugs Radbremsen links und rechts von der zentralen Achse des Luftfahrzeugs vorhanden, die vom Pi­ loten jeweils durch linke und rechte Pedale (fern-)gesteuert werden. In diesen Fall kann die Forderung des Piloten bezüg­ lich einer geforderten Abbremsung durch eine Durchschnitts­ bildung von Signalen bestimmt werden, die erhalten werden aus oder bezogen sind auf eine Bewegung der linken und rechten Pedale. Gleichermaßen kann die aktuelle Luftfahrzeugabbrem­ sung erhalten werden durch Durchschnittsbildung der Ände­ rungsgeschwindigkeit einer Pseudo-Luftfahrzeuggeschwindig­ keit, die aus den Drehgeschwindigkeiten der linken und rech­ ten Räder erzeugt wird.

Gemäß der Erfindung ist es wahrscheinlich, daß das Steuersy­ stem den aktuellen Druck der Hydraulikflüssigkeit in Betracht zieht, die auf eine Kolben/Zylinder-Anordnung der Bremse wirkt, um ein Ungleichgewicht des Bremsdrucks zwischen jewei­ ligen die linken und rechten Bremsen betätigenden Servoventi­ len zu vermeiden, wenn der Pilot ein symmetrisches Bremsen fordert und die Servoventil-Druck/Strom-(P/I)-Charakteristi­ ken ungleich sind. Dies wird erreicht durch einzelne Druck­ steuerschleifen um jedes der linken und rechten Servoventile, um dadurch eine aus Toleranzband-Variationen der linken und rechten Servoventile resultierende Unvorhersagbarkeit zu ver­ meiden.

Das Steuersystem kann die Fähigkeit haben, zwischen einer Ab­ brems-Steuerbremseinrichtung und einer Druck-Steuerbrems­ einrichtung umzuschalten, wie z. B. durch automatisches Um­ schalten von einer Abbremssteuerung zu einer Drucksteuerung bei niedrigen Luftfahrzeuggeschwindigkeiten.

Optional kann eine Einrichtung für eine Rampencharakteristik oder für einen anderen Übergang im Steuersystem für eine ru­ hige Operation beim Umschalten zwischen Abbrems- und Druck- Steuerbetriebsmoden und umgekehrt vorgesehen sein.

Das Steuersystem kann auf eine andere Information antworten, wie beispielsweise darauf, ob eine Luftbremse, Bugradbremsen, ein Fallschirm oder eine andere Verzögerungseinrichtung ein­ gesetzt worden sind oder nicht.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nur beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, die ein schematisches Diagramm einer Abbremssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung ist.

Beschreibung der Steuerung

Zum Ableiten eines Luftfahrzeug-Abbremssignals AV_DEC 20 gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten, weshalb kein bestimmtes Verfahren im Detail beschrieben wird. Beispielsweise kann aus Gleitschutzsignalen 21 aus einem Radgeschwindigkeitsspeicher der Durchschnitt gebildet werden, der dann differenziert wer­ den kann, oder es können Luftfahrzeugträgheits- Referenzsignale 22 bezüglich der Geschwindigkeit oder Be­ schleunigung verwendet werden.

Pilot-Pedal-Eingangssignale L_PED 10 und R_PED 11 werden von jeweiligen linken und rechten Pedalumwandlern abgeleitet, die vom Last-, Druck- oder Hub-Meßtyp sein können.

Ausgangssignale 13, 23 der existierenden Funktionen des rech­ ten und des linken gekröpften Pedals werden mit einem kon­ stanten Faktor K multipliziert und dann wird ihr Durchschnitt gebildet, um ein Abbrems-Forderungssignal REQ_DEC 24 abzulei­ ten. Die in Fig. 1 gezeigte Konstante K ist vorzugsweise auf einen Wert einzustellen, der bei maximalem Pedal- Eingangssignal eine geeignete maximale Abbremsung zur Folge hat. K kann eine Funktion der Luftfahrzeuggeschwindigkeit sein; dies kann beispielsweise vorteilhaft sein zum Verhin­ dern eines Schleuderns bei niedrigen Geschwindigkeiten bei trockenen Bedingungen, für welchen Zweck sie zum Ergeben ei­ ner maximalen Abbremsung von sagen wir 0,3 g bei niedrigen Geschwindigkeiten eingestellt werden könnte.

Eine Abbremssteuerung 25 arbeitet als die zuvor beschriebene Prozessoreinrichtung und antwortet auf die Differenz zwischen REQ_DEC 24 und AV_DEC 20. Diese Steuerung kann, je nach Her­ vorbringen der besten Steuerleistungsfähigkeit, ein einzelnes Integrierglied, ein Proportional- und Integrierglied oder ein gesamtes PID-(Proportional-Integrier-Differenzier)-Glied auf­ weisen. Die Charakteristiken dieser Steuerung 25 können dyna­ misch geändert werden, um die Variationen der Brems- Drehmoment/Druck-Verstärkung und der Luftfahrzeugmassenände­ rung zu kompensieren. Bei diesem System kann eine Kombination aus den Änderungen der Luftfahrzeugmasse und der Brems- Drehmoment/Druck-Verstärkung als Folge von sowohl einer ver­ wendeten Druck- als auch einer verwendeten Abbremssteuerung erfaßt werden, da das Verhältnis der geforderten oder der ak­ tuellen Abbremsung zu dem durchschnittlichen geforderten oder aktuellen Druck die derzeitige Anlagen-(d. h. abgebremstes Luftfahrzeug-)Verstärkung anzeigt. Dies kann dazu verwendet werden, eine Änderung bezüglich der Charakteristiken der Ab­ bremssteuerung zum Erhalten einer optimalen Steuerung zu be­ wirken.

Weitere Aspekte dieses Ausführungsbeispiels eines Steuersy­ stems werden nun für eine Bremse an der linken Seite eines Luftfahrzeugs beschrieben (da das rechte Steuersystem diesbe­ züglich identisch zum beschriebenen ist). Diese Aspekte kön­ nen separat zur Verwendung bei jeder Bremse an der linken Seite des Luftfahrzeugs vorgesehen sein. Identische Systeme sind zur Verwendung bei Bremsen an der rechten Seite des Luftfahrzeugs vorgesehen.

Gleichermaßen wird es Fachleuten auf dem technischen Gebiet klar sein, daß die Erfindung auf gleiche Weise bei Bugrad­ bremsen angewendet werden kann, und auch bei Bremsen, die am Fahrgestell an der Mittellinie bzw. zentralen Achse des Luft­ fahrzeugs angebracht sind.

Alternativ dazu kann das Steuersystem für jede Bremse inner­ halb eines zentralen Verarbeitungssystems vorgesehen sein, das bestimmte Ausgangssignale entsprechend zuführt, um für eine individuelle Steuerung jeder einer Vielzahl von Bremsen zu sorgen.

Ein Ausgangssignal 27 der Abbremssteuerung wird (unter Ver­ wendung eines Multiplizierers 28) mit einem Ausgangssignal eines Dividierers X multipliziert. Das Ausgangssignal (oder der Quotient) 33 des Dividierers ist ein Pedal- Abbremsforderungssignal L_DEC_R 26 dividiert durch ein Durch­ schnitts-Abbremsforderungssignal REQ_DEC 24 (ein numerischer Wert zwischen 0 und 2). Für den Fall, daß REQ_DEC 0 ist, muß ein Schutz vorgesehen sein, wie z. B. ein Addieren eines klei­ nen Offsets bzw. einer kleinen Zahl zu REQ_DEC vor der Divi­ sion.

Ein resultierendes Druckforderungssignal 34 der linken Ab­ bremssteuerung wird zu einem Schalter 50 übertragen. Im Ab­ bremssteuermodus leitet der Schalter 50 das Signal 34 zu ei­ nem Ausgangssignal 29, das dann unter Verwendung einer Vor­ richtung 37 mit einem Gleitschutzsignal 38 vermischt wird, um ein linkes Druckforderungssignal 44 zu erzeugen. Der Schalter 50 schaltet zu einem Forderungssignal 32 des gekröpften Pe­ dals, um eine Drucksteuerung in Antwort auf Pilot- Pedaleingangssignale bei einem Schwellenpegel, zum Beispiel Geschwindigkeiten unter der Abbremssteuer-Ausfall-(Sperr-) Geschwindigkeit, zu erzeugen.

Das Ausgangssignal 29 des Schalters 50 wird mit einem Gleit­ schutz-Dämpfungssignal 36 und einer Konstanten MAX_PED Y ge­ mischt, um Pedal-Forderungs-Variationen zu verhindern, die eine Wirkung auf den Bremsdruck haben, wenn der Gleitschutz in Betrieb ist, d. h. in dem Fall, in dem Pedal- oder Abbrems­ forderungssignale über dem Schleuderpegeldruck sind. Dies wird erreicht durch Addieren der Gleitschutz-Dämpfungssignale 36 zu dem Ausgangssignal 29 für das ausgewählte Pedal- 32 oder Abbrems-Druckforderungssignal 34 und darauffolgendes Subtrahieren einer Konstanten MAX_PED Y, die dem maximalen Wert der Druck- oder Abbremsforderung entspricht. Ein Aus­ gangssignal 30 dieser Summe wird dann durch eine Einrichtung 35 begrenzt, deren minimaler Wert normalerweise Null ist, so daß kein Ausgangssignal möglich ist, bis der Gleitschutz in Betrieb ist. Ein Ausgangssignal 38 der begrenzten Summe wird dann mittels einer Einrichtung 37 vom individuellen Pedal- oder Abbrems-Druckforderungssignal 29 subtrahiert. Daher wird die variable Wirkung von den Pilotpedalen eliminiert, wenn der Gleitschutz in Betrieb ist, d. h. an den Bremsen werden nur Gleitschutz-Forderungsvariationen gesehen, wenn die Pe­ dalforderungen über dem Schleuderpegeldruck sind.

Das Ausgangssignal L_PRESS_DEM 44 wird zusammen mit einem Si­ gnal 40 für einen an der linken Bremse gemessenen Druck zur linken Drucksteuerung 31 geführt. Weiterhin wird es bei Z mit einer Konstanten A multipliziert. Ein multipliziertes Druck­ forderungssignal 41 wird dann bei einer Einrichtung 39 mit einem Ausgangssignal 42 der Drucksteuerung 31 summiert, um ein Servoventil-Treibersignal SV_L_CMD 43 zu erzeugen. Die Drucksteuerschaltung ermöglicht daher einen Vorwärtsrege­ lungspfad über das multiplizierte Druckanforderungssignal 41, was für die Gleitschutzantwort von Vorteil sein kann, wenn die Drucksteuerung niedrig bzw. langsam ist. Die Drucksteue­ rung kann beispielsweise derart aufgebaut sein, daß sie pri­ mär für die Bremssteuersituation verwendet wird, die vor ei­ ner Gleitschutzhandlung anwendbar ist.

Die Drucksteuerung 31 empfängt als Eingangssignale das linke Druckforderungssignal 44 und das Signal BRK_PRESS_L_SIG 40 für einen an der linken Bremse gemessenen Druck. Die Druck­ steuerung 31 kann vom an sich bekannten herkömmlichen Typ sein und kann eine Kombination von Proportional-, Integrier- und Differenzierelementen enthalten, was die gewünschte Drucksteuerung für diese Anwendung schafft. Jedoch kann das Ausgangssignal von der Steuerung derart begrenzt werden, daß die zulässige Änderung oder Autorität der Steuerung einge­ schränkt wird. Mittels dem Vorwärtsregelungspfad über das multiplizierte Druckforderungssignal kann die Gesamtsteuerung L_PRESS_DEM zu SV_L_CMD alles von einer Drucksteuerung mit vollständiger Autorität über eine Drucksteuerung mit begrenz­ ter Autorität zu einer Drucksteuerung mit keinerlei Autorität sein (d. h. eine Situation, die auftreten kann, wenn kein Druck gemessen ist und eine Abbremssteuerung noch erforder­ lich ist).

Aerodynamische Effekte könnten ein Anlegen des Bremsdrucks verhindern, wenn die Abbremsung des Luftfahrzeugs bei keiner Radabbremsung über der Forderung des Piloten wäre. Dies könn­ te vom Piloten als ein Verlust einer Bremsmöglichkeit begrif­ fen werden, würde aber eine Bremsenergieeingabe auf dieselbe Weise wie bei einem herkömmlichen automatischen Bremssystem reduzieren, wenn vom Piloten niedrige oder mittlere Abbrems­ forderungen ausgewählt werden. Um dies zu berücksichtigen wird vorgeschlagen, daß die durch die durch Piloten-Pedal- Eingangssignale ausgewählte Abbremsung des Luftfahrzeugs und/oder der Abbremsfehler im Cockpit angezeigt werden kön­ nen/kann.

Claims (20)

1. Bremssteuersystem mit einer ersten Einrichtung zum Erzeu­ gen eines auf eine geforderte Abbremsung bezogenen Si­ gnals, einer zweiten Einrichtung zum Erzeugen eines auf eine aktuelle Abbremsung bezogenen Signals und einer Pro­ zessoreinrichtung zum Bearbeiten eines auf die Differenz zwischen den Signalen von der ersten und der zweiten Ein­ richtung bezogenen Fehlersignals, wobei die Prozessorein­ richtung ein Ausgangssignal erzeugt, in Antwort auf wel­ ches das Steuersystem betreibbar ist, um die Bremswirkung zu erhöhen oder zu erniedrigen, wobei die Prozessorein­ richtung eine variable Charakteristik zwischen Ausgangs- und Eingangssignalen bereitstellt.

2. Bremssteuersystem nach Anspruch 1, wobei die durch die Prozessoreinrichtung bereitgestellte variable Charakteri­ stik eine Variation der Drehmoment/Druck-Charakteristik in den Bremsen kompensiert.

3. Bremssteuersystem nach Anspruch 1 oder 2 für die Steue­ rung von Luftfahrzeugbremsen, wobei die Charakteristik der Prozessoreinrichtung eine Funktion eines oder mehre­ rer aus einer Gruppe von Radgeschwindigkeit, Bremsdrehmo­ ment, Bremstemperatur, Änderungsgeschwindigkeit der Brem­ stemperatur, Bremsmaterial und Änderung der Luftfahrzeug­ masse ist.

4. Bremssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3 für die Steuerung von Luftfahrzeugbremsen, wobei die Charak­ teristik der Prozessoreinrichtung auf eine Messung der Luftfahrzeugmasse bezogen ist.

5. Bremssteuersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Charakteristik der Prozessoreinrichtung auf das Ver­ hältnis der geforderten oder aktuellen Abbremsung zu ei­ nem geforderten oder aktuellen Bremsdruck bezogen ist.

6. Bremssteuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche für die Steuerung der Bremsen eines Luftfahrzeugs mit Radbremsen, die an den linken und rechten Seiten der Mit­ tellinie des Luftfahrzeugs vorhanden sind, wobei die Rad­ bremsen jeweils durch linke und rechte Pedale vom Piloten gesteuert bzw. ferngesteuert werden.

7. Bremssteuersystem nach Anspruch 6, wobei eine Pilotenfor­ derung einer geforderten Abbremsung durch Bilden eines Durchschnitts dauerhafter Signale bestimmt wird, die er­ halten werden aus oder bezogen sind auf eine Bewegung der linken und rechten Bremspedale.

8. Bremssteuersystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine ak­ tuelle Luftfahrzeugabbremsung erhalten wird aus der Ände­ rungsgeschwindigkeit einer Pseudo-Luftfahrzeuggeschwin­ digkeit, die aus den Drehgeschwindigkeiten der linken und rechten Räder erzeugt wird.

9. Bremssteuersystem nach Anspruch 6 oder 7, wobei die aktu­ elle Luftfahrzeugabbremsung bestimmt wird durch eine Ein­ richtung, die ein Trägheits-Referenzsystem umfaßt.

10. Bremssteuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Bremsen hydraulisch betätigt werden, und das Steuersystem auf den aktuellen Druck der Hydraulikflüs­ sigkeit antwortet, die auf eine Bremsanordnung aus Kolben und Zylinder einwirkt.

11. Bremssteuersystem nach Anspruch 10, wobei die Antwort des Steuersystems durch Drucksteuerschleifen um linke und rechte Servoventile erreicht wird.

12. Bremssteuersystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei eine Einrichtung vorgesehen ist, um dem Steuersy­ stem zu ermöglichen, zwischen einem Abbrems-Steuermodus und einem Druck-Steuermodus automatisch umzuschalten.

13. Bremssteuersystem nach Anspruch 12 für die Steuerung von Luftfahrzeugbremsen, wobei das Steuersystem geeignet ist, bei niedrigen Luftfahrzeuggeschwindigkeiten in den Druck- Steuermodus zu schalten.

14. Bremssteuersystem nach Anspruch 12 oder 13, das eine Übergangseinrichtung umfaßt, die dafür betreibbar ist, ein Beruhigen einer Operation zu schaffen, bei der das Steuersystem zwischen den Abbrems- und Druck-Steuermoden umschaltet.

15. Bremssteuersystem nach Anspruch 1 und wie es im wesentli­ chen hierin beschrieben ist.

16. Luftfahrzeug-Bremssystem mit einem Bremssteuersystem ge­ mäß einem der vorangehenden Ansprüche.

17. Luftfahrzeug-Bremssystem nach Anspruch 16, wobei das Steuersystem auf Information antwortet, die auf eine Ver­ wendung einer oder mehrerer aus einer Gruppe von Luft­ bremsen, Bugradbremsen, eines Fallschirms oder einer an­ deren Verzögerungseinrichtung bezogen ist.

18. Luftfahrzeug-Bremssystem nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Steuersystem die Operation der Bremsen einer Art steuert, die Reibungsscheiben aus Kohlenstoffmaterial um­ faßt.

19. Luftfahrzeug-Bremssystem nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Bremsen unter Steuerung des Steuersystems hydraulisch betätigt werden.

20. Luftfahrzeug-Bremssystem nach Anspruch 16 und wie es im wesentlichen hierin beschrieben ist.