DE69814062T2

DE69814062T2 - Elektronisches flugzeugbremssystem mit verschleissmessung, spielnachstellung und mehreren elektromotor-betätigungseinheiten

Info

Publication number: DE69814062T2
Application number: DE69814062T
Authority: DE
Inventors: Mihai Ralea; C. Franklin CHRIST
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 1997-05-09
Filing date: 1998-02-13
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2018-02-14
Also published as: US20050109565A1; DE69814062D1; DE69836444D1; US7108107B2; US20030029680A1; EP1279854A3; KR100697447B1; DE69836444T2; EP1279854B1; KR20000023678A; KR20050110047A; EP0980480A1; IL127988A0; US6702069B2; IL127988A; KR100574903B1; EP0980480B1; US20070125607A1; US6003640A; WO1998050711A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft generell Bremsensteuersysteme und insbesondere elektronische Bremssysteme, besonders Flugzeugbremssysteme.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Beim Stand der Technik sind Flugzeugrad- und -bremsenanordnungen bekannt, die aufweisen: eine nicht drehbare Radhalterung, ein Rad, das zum Zwecke der Drehung auf der Radhalterung montiert ist, und einen Bremsscheibenstapel mit vorderen und hinteren axialen Enden und alternierenden Rotor- und Statorscheiben, die zwecks relativer axialer Bewegung relativ zu der Radhalterung und dem Rad angeordnet sind. Jede Rotorscheibe ist mitrotierend mit dem Rad gekoppelt, und jede Statorscheibe ist drehfest mit der Radhalterung gekoppelt. Eine Rückplatte befindet sich am hinteren Ende des Scheibenpakets, und ein Bremskopf ist am vorderen Ende angeordnet. Der Bremskopf weist mehrere Aktuatorstößel auf, die im ausgefahrenen Zustand den Bremsscheibenstapel gegen die Rückplatte drücken. Ein Drehmoment wird durch ein statisches Drehmomentrohr oder ähnliches abgenommen.
Bei Verschleiß der Bremsscheiben vergrößert sich das Betriebsspiel der Aktuatorstößel entsprechend. Zum Aufrechterhalten eines akzeptablen Betriebsspiels sind mechanische Einstellvorrichtungen verwendet worden. Obwohl diese Vorrichtungen funktional sind, vergrößern sie das Gewicht und die Komplexität des Bremssystems und müssen normalerweise jedes Mal dann überholt werden, wenn der Bremsscheibenstapel ersetzt wird. Zumindest aus diesen Gründen wäre es wünschenswert, dafür zu sorgen, dass das Betriebsspiel ohne diese mechanischen Einstellvorrichtungen einstellbar ist.
Bei derzeitigen Flugzeugbremssystemen werden auch stiftförmige Verschleißanzeiger zum Messen des Gesamtverschleißes des Bremsscheibenstapels verwendet. Ein Verschleiß der Bremsen wird durch die Länge des Stifts relativ zu einer Referenzplatte angezeigt. Diese Anordnung erfordert eine Sichtprüfung des Stifts zum Feststellen des Verschleißes und ist inhärent ungenau. Es wäre wünschenswert, eine Bremsenverschleißmessung ohne Sichtprüfung und mit größerer Genauigkeit vorzusehen.
Ferner wäre es wünschenswert, ein Bremsenaktuator-Betriebsspiel und eine Bremsenverschleißanzeige mittels einer Einrichtung vorzusehen, die an ein elektromechanisches Bremssystem angeschlossen werden kann. Mit elektromechanischen Bremssystemen werden die Nachteile, die im Zusammenhang mit hydraulischen Bremssystemen auftreten, wie z. B. Fluidleckagen, hohe Wartungsanforderungen, Feuergefahr und höheres Gesamtgewicht, eliminiert.
Elektrisch betätigte Flugzeugbremsen mit unterschiedlichen Konfigurationen sind bekannt und in den US-Patenten Nr. 4,381,049, 4,432,440, 4,542,809 und 4,567,967 beispielhaft beschrieben. Die in diesen Patenten dargestellten Bremsenanordnungen weisen Elektromotore auf, die auf ein elektrisches Steuersignal ansprechen, um eine Drehung eines Zahnkranzelements zu bewirken, das über mehrere Kugeln interagiert, um ein linear bewegbares Stößelelement in kontaktierenden Eingriff mit einem Bremsscheibenstapel zu bewegen, damit dieser zusammengedrückt wird und das Rad bremst.
In dem US-Patent Nr. 4,596,316 wird bei einer weiteren Konfiguration einer elektrisch betätigten Bremse ein Rollenspindelantrieb verwendet, bei dem ein Zahnkranzelement über mehrere Rollenspindeln interagiert, um ein Stößelelement mit der Bremsendruckplatte in Eingriff zu bringen, damit der Bremsscheibenstapel zu Bremszwecken zusammengedrückt wird. Mehrere Elektro motore und die diesen zugeordneten Ritzel versetzen einen Zahnkranz in Drehung, und die mehreren Rollenspindeln bewirken eine lineare axiale Bewegung des Stößelelements.
In dem US-Patent Nr. 4,865,162 wird bei einer weiteren elektrisch betätigten Flugzeugbremse ein Rollenspindel-Antriebsmechanismus verwendet, der über ein entweder der Spindel oder der Mutter eines Rollenspindel-Antriebsmechanismus zugeordnete Getriebe von einem elektrischen Drehmomentmotor angetrieben wird. Durch das Drehen des Getriebes mittels des Drehmomentmotors wird das andere Element von Spindel und Mutter in axialen Eingriff mit einem Bremsscheibenstapel bewegt, um den Stapel zu Bremszwecken zusammenzudrücken. Mehrere Rollenspindel-Antriebsmechanismen und dazugehörige Getriebe und Drehmomentmotore sind in im Gleichgewicht befindlicher Anordnung um die Achse des Rads angebracht, um in Reaktion auf ein den Drehmomentmotoren zugeführtes elektrisches Steuersignal eine Bremsdruckkraft auf den Bremsscheibenstapel aufzubringen und von diesem zu lösen.
Im US-Patent Nr. 4,995,483 ist ein motorbetriebenes Positionsrückkopplungs-Steuersystem für eine elektrisch betätigte Flugzeugbremse beschrieben. Die Systemsteuerungseinrichtung bewirkt ein Feststellen und Lösen der Bremse in Reaktion auf einen durch Positionsrückkopplung gesteuerten Bremsenaktuator, wobei ein elektrischer Drehmomentmotor ein Drehelement eines hin- und hergehenden Antriebsmechanismus antreibt, um ein weiteres Element in und außer Eingriff mit einer Bremsendruckplatte einer Mehrscheiben-Bremsenanordnung zu bewegen. Die Positionsrückkopplung wird durch einen Rotorpositions-Resolver ermöglicht, der Informationen über die relative Position an den Kontroller liefert. Ein solches System macht eine Neukalibrierung des Positionssensors nach einer Leistungsunterbrechung erforderlich, was zu einem Verlust der Bremsleistung, einer langen Erholungszeit und dem Aufbringen einer unerwünschten Bremsenfeststellkraft führen kann.
ZUSAMMENFASSENDER ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisch betätigtes Flugzeugbremssystem bereitzustellen, das eine längere Lebensdauer hat als die dem Stand der Technik entsprechenden Bremsen, bei denen Rollenspindel-Antriebsmechanismen verwendet werden, wodurch eine Verschlechterung der Komponenten minimiert wird, welche zu einer höheren Reibung der zusammenpassenden Spindelkomponenten und einem damit einhergehenden Verlust von Effizienz und Ansprechen der Bremsen führen kann. Ferner wäre es wünschenswert, eine elektrisch betätigte Bremse zu haben, bei der von mehreren Stößelaktuatoren die gleiche Kraft aufgebracht werden kann und das dynamische Ansprechen der Bremsenfeststellkraft optimiert wird.
Das erfindungsgemäße Bremssystem ist in Anspruch 1 und das Verfahren in Anspruch 12 definiert.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bremssystem und ein Verfahren, insbesondere ein elektrisch betätigtes Flugzeugbremssystem und ein Verfahren, das verschiedene Vorteile gegenüber bekannten Bremssystemen und Verfahren bietet.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung sind ein Bremssystem und ein Verfahren vorgesehen, die eine Bremsenverschleißmessung ermöglichen, wobei die bisher verwendeten stiftförmigen Bremsenverschleißanzeiger nicht länger erforderlich sind.
Entsprechend sind bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein Bremssystem und ein Verfahren vorgesehen, das gekennzeichnet ist durch: einen Bremsscheibenstapel, mindestens einen hin- und hergehenden Stößel, eine Bewegungsvorrichtung, die betriebsmäßig mit dem hin- und hergehenden Stößel verbunden ist zum selektiven Bewegen des hin- und hergehenden Stößels in und außer Zwangsangriff mit dem Bremsscheibenstapel zum Aufbringen und Lösen eines Bremsdrehmoments auf ein drehbares Element bringen und Lösen eines Bremsdrehmoments auf ein drehbares Element (z. B. ein Rad) und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Bewegungsvorrichtung zum selektiven Steuern des hin- und hergehenden Stößels und Regeln der von dem hin- und hergehenden Stößel auf den Bremsscheibenstapel aufgebrachten Kraft. Efindungsgemäß liefert ein Positionssensor ein Positionssignal, das die Position des hin- und hergehenden Stößels repräsentiert, und umfasst die Steuereinrichtung eine Einrichtung zum Verschieben des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Positionssensor einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und zum Vergleichen des aktuellen Verschiebungswerts mit einem Referenzwert zur Lieferung eines Messwerts für den Verschleiß des Bremsscheibenstapels.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist ferner gekennzeichnet durch die Verwendung eines Positionssensors, der direkt mit dem Aktuatorstößel verbunden ist, vorzugsweise einen robusten Positionssensor. Ein bevorzugter Positionssensor ist ein LVDT-Wandler, obwohl andere Wandlertypen verwendet werden können, z. B. ein Potentiometer, ein optischer Kodieren, ein RVDT-Wandler mit Drehantrieb, der durch ein geeignetes Getriebe realisiert wird, etc. Bevorzugterweise ist der LVDT-Wandler zwischen dem hin- und hergehenden Stößel und einem Bremsengehäuse geschaltet, an dem die Bewegungsvorrichtung angebracht ist. Die Bewegungsvorrichtung ist vorzugsweise ein elektrischer Servomotor, und die Steuereinrichtung weist vorzugsweise einen Prozessor zum Steuern der Aktuatorposition und der Aufbringkraft auf. Der Prozessor ist vorzugsweise derart programmiert, dass er die vorgenannte Bremsenverschleißmessung sowie ferner eine Messroutine für einen neuen Bremsscheibenstapel zum Erhalten eines Bremsenverschleiß-Referenzwerts für den neuen Bremsscheibenstapel durchführt. Die Messroutine für den neuen Bremsscheibenstapel umfasst folgende Schritte: Durchführen einer Verschiebung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des neuen Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Positionswandler einen neuen Bremsscheibenstapel-Verschiebungswert des Posi tionssignals zu erhalten, und nachfolgendes Speichern, vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Speicher, des neuen Bremsscheibenstapel-Verschiebungswerts als Referenzverschiebungswert, mit dem danach erhaltene aktuelle Verschiebungswerte zwecks Messung des Verschleißes des Bremsscheibenstapels verglichen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Bremssystem und ein Verfahren, insbesondere ein elektrisch betätigtes Flugzeugbremssystem und ein Verfahren, wobei eine Betriebsspieleinstellung ermöglicht wird, bei der die bisher verwendeten mechanischen Einstellvorrichtungen nicht mehr benötigt werden. Die Betriebsspieleinstellung erfolgt durch Durchführung einer Betriebsspiel-Einstellroutine, bei der das Ausgangssignal der Positionserfassungsschaltung analysiert wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform bewirkt die Bremsensteuereinrichtung eine Bewegung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Positionswandler einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und anschließend die Verwendung des aktuellen Verschiebungswerts zum Bestimmen einer Betriebsspielposition des hin- und hergehenden Stößels. Insbesondere ist vorgesehen, den vorbestimmten Spielwert von dem aktuellen Verschiebungswert zu subtrahieren, um einen neuen Betriebsspielwert zu erhalten, den neuen Betriebsspielwert in einem Speicher zu speichern und anschließend den neuen Betriebsspielwert zum Bestimmen der Betriebsspielposition des hin- und hergehenden Stößels zu verwenden.
Es sei darauf hingewiesen, dass durch Anwendung der oben zusammenfassend beschriebenen Verschleißmessung und Betriebsspielmerkmale ein verbessertes Bremssystem realisiert wird. Ferner sind diese Merkmale in Flugzeugbremssystemen und insbesondere in einem elektrisch betätigten Flugzeugbremssystem besonders sinnvoll, bei dem keine hydraulischen Komponenten benötigt werden, die zahlreiche Nachteile aufweisen, einschließlich Fluidleckagen, hohe Wartungsanforderungen, Feuergefahr, höheres Gesamtgewicht etc.
Die oben genannten und weitere Merkmale der Erfindung werden im folgenden detailliert beschrieben und sind insbesondere in den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen aufgeführt, in denen ein oder mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind, die jedoch nur eine Art oder einige wenige Arten zeigen, in denen die Prinzipien der Erfindung realisiert werden können.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 zeigt eine schematische Darstellung eines typischen computergesteuerten Bremsenbetätigungssystems mit mehreren Aktuatoren.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bremsenaktuators und eines diesem zugeordneten Servoverstärkers, die in dem in 1 gezeigten System verwendet werden.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines typischen Bremsengehäuses und einer Aktuatoranordnung für das in 1 gezeigte System.
4 zeigt eine schematische Ansicht mit Darstellung einer Bremsenaktuatoranordnung in Bezug auf einen neuen Bremsscheibenstapel.
5 zeigt eine schematische Ansicht mit Darstellung des Bremsenaktuators in Bezug auf einen verschlissenen Bremsscheibenstapel.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Verfahrens zum Messen des Bremsscheibenstapelverschleißes.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Verfahrens zum Erhalten eines Referenzwerts für einen neuen Bremsscheibenstapel.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Verfahrens zum Messen einer Bremsenaktuatorverschiebung.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Verfahrens zum Durchführen einer Betriebsspieleinstellung.
10 zeigt eine schematische Ansicht mit Darstellung eines Betriebsspiel relativ zu der Aktuatorstößelverschiebung.
11 zeigt eine Endansicht einer weiteren Bremsenaktuatoranordnung für das in 1 gezeigte System.
12 zeigt teilweise eine Seiten-, teilweise eine Schnittansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordnung entlang der Linie 12-12 aus 11.
13 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordnung entlang der Linie 13-13 aus 11.
14 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordung entlang der Linie 14-14 aus 11.
15 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordnung entlang der Linie 15-15 aus 14.
16 zeigt eine geschnittene Teilansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordnung entlang der Linie 16-16 aus 13.
17 zeigt eine Seitenansicht der in 11 gezeigten Bremsenaktuatoranordnung mit einem daran angebauten Drehmoment-Abnahmearm.
18 zeigt eine Randansicht der Bremsenaktuatoranordnung und des Drehmoment-Abnahmearms von der Linie 18-18 aus 17 aus betrachtet.
19 zeigt eine Randansicht der Bremsenaktuatoranordnung und des Drehmoment-Abnahmearms von der Linie 19-19 aus 17 aus betrachtet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUN DER ERFINDUNG
1 der Zeichnungen zeigt eine schematische Darstellung eines typischen computergesteuerten Bremsenbetätigungssystems 20 mit mehreren Aktuatoren, auf das die Prinzipien der Erfindung anwendbar sind. Die wichtigsten Funktionen des Systems 20 werden von einer Steuereinrichtung 21 und einer Bremsenaktuatoranordnung 22 ausgeführt. Die Bremsenaktuatoranordnung 22 kann auf herkömmliche Weise an einer Rad- und Bremsenanordnung 23 angebracht sein, um eine Bremskraft auf ein drehbares Rad 24 einer solchen Rad- und Bremsenanordnung aufzubringen und von diesem zu lösen. Die vorliegende Erfindung ist, wie Fachleute erkennen, besonders für ein Flugzeugbremssystem geeignet.
Da die Erfindung zur Anwendung in einem Flugzeugbremssystem und insbesondere in Zusammenhang mit dem System 20 geplant und entwickelt worden ist, wird sie hier hauptsächlich in diesem Zusammenhang beschrieben. Die Prinzipien der Erfindung sind jedoch im weiteren Sinne auch auf andere Arten von Systemen anwendbar, einschließlich z. B. Hydrauliksysteme, bei denen hydraulische Aktuatoren verwendet und entweder hydraulisch oder elektrisch gesteuert werden. Ferner darf die nachstehende Beschreibung eines typischen computergesteuerten Bremsenbetätigungssystems, mit mehreren Aktuatoren nur als Erläuterung und nicht als Einschränkung angesehen und nur so interpretiert werden, wie in den am Ende der dieser Spezifikation folgenden Patentansprüchen festgelegt. Entsprechend werden nur allgemeine betriebsmäßige Details und Merkmale eines solchen Systems beschrieben, um die Lehren der vorliegenden Erfindung nicht durch Details zu verschleiern, die je nach spezieller Anwendung variieren können.
Bei dem dargestellten typischen System 20 weist die Bremsenaktuatoranordnung 22 mindestens einen und vorzugsweise mehrere elektromechanische Aktuatoren 27 auf. Die Steuereinrichtung 21 weist eine entsprechende Anzahl von unabhängigen Servoverstärkern 28, einen Mikroprozessor 29 mit diesem zugeordneten Peripherieeinrichtungen und eine Dateneingabe/-ausgabe(I/O-) Schaltung 30 auf. Wie dargestellt, arbeiten mehrere (z. B. vier) unabhängige lineare elektromechanische Servoschleifen in einem Positionsmodus, d. h. die lineare Position jedes Aktuators ist eine Funktion einer analogen Eingangsspannung (oder des digitalen Äquivalents bei einem Digitalsignalprozessor), die an ein Positionsführungsgrößen-Eingangssignal angelegt wird.
2 zeigt eine genauere Darstellung eines repräsentativen elektromechanischen Bremsenaktuators 27 und eines diesem zugeordneten Servoverstärkers 28. Der Bremsenaktuator 27 weist einen elektrischen Servomotor 33, einen Getriebezug 34 und einen hin- und hergehenden Abtriebsstößel 35 auf. Dem Bremsenaktuator ist ein Abtriebsstößel-Positionssensor 36 zugeordnet, der, wie dargestellt, eine Aktuatorpositionsrückkopplung bewirkt. Obwohl dies nicht gezeigt ist, ist dem Bremsenaktuator 27 ferner ein Tachometer zugeordnet, um eine Geschwindigkeitsrückkopplung zu ermöglichen.
Der Servoverstärker 28 weist Servoschleifen-Kompensationsnetze und Verstärker 39 und einen DC-Motortreiber 40 mit diesem zugeordneter Steuerlogik und Stromsteuerschaltung auf. Insbesondere kann der Positions-Servoverstärker 28 eine innenliegende Motorstromsteuer-Servoschleife 40, eine mittlere Motorgeschwindigkeits-Servoschleife 43 und eine Stößelpositions-Servoschleife 44 aufweisen. Jede Schleife kann kompensiert werden, um eine gewünschte Leistung hinsichtlich der Bandbreite und zum Bewirken eines gleichmäßigen dynamischen Ansprechens sämtlicher Bremsenaktuatoren 27 zu erreichen. Ferner weist der Servoverstärker 28 eine Einrichtung zum Steuern des Motorstroms und somit der Abtriebskraft des Bremsenaktuators in Reaktion auf ein Kraftsteuer-Eingangssignal auf. Das Kraftsteuer-Eingangssignal kann ein analoges Eingangssignal sein, dass den Motorstrompegel steuert, während das oben genannte Positionsführungsgrößen-Eingangssignal die Aktuatorverschiebung steuert. Es sei darauf hingewiesen, dass die analogen Eingangssignale durch digitale Eingangssignale ersetzt werden können, wenn zur Aktuatorsteuerung ein Digitalsignalprozessor in dem Servoverstärker verwendet wird.
Wie bereits gesagt, wird die Verschiebung jedes Aktuators 27 von der elektronischen Steuereinrichtung 21 (1) gesteuert. Der Mikroprozessor 29 der Steuereinrichtung ist zur Verarbeitung des Bremssteueralgorithmus, temporären Datenspeicherung in einem RAM, einem Programmspeicher, einem nichtflüchtigen Datenspeicher, und zum Steuern der Servoverstärker 28 über die Eingangs-/Ausgangsschaltung 30 vorgesehen. Die Eingangs-/Ausgangsschaltung 30 ist zum Konvertieren von digitalen in analoge Signale, Erzeugen der analogen Positionsführungsgrößen und der analogen Motorstromsteuerungs-Führungsgrößen für die vier Aktuatoren, Konvertieren von analogen in digitale Daten zum Überwachen der Aktuatorpositionserfassungs- und Motorstrom-Rückkopplungssignale und Signaldiskretisierung für Hilfsfunktionen, wie z. B. Motorbremsensteuerung vorgesehen. Der Mikroprozessor kann ferner erforderlichenfalls über eine serielle Kommunikationsverbindung an andere Steuerkomponenten angeschlossen werden, wie z. B. an eine Antischlupf-Bremsensteuereinheit. Obwohl bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform ein Mikroprozessor verwendet wird, kann, falls gewünscht, das Verarbeiten alternativ auf analoge statt auf digitale Weise oder gemischt mit digitaler Verarbeitung. erfolgen.
Bei dem dargestellten System sind die vier Servoverstärker 28 (2) voneinander unabhängig und funktionell identisch, wobei jeder Verstärker von dem Mikroprozessor 29 gesteuert wird, auf die Positionsführungsgrößen und Motorstrom-Steuersignale von dem Prozessor anspricht und die Aktuatorposition und Motorstrom-Erfassungssignale über die I/O-Schaltung 30 an den Prozessor liefert.
Die Steuereinrichtung kann zwei separate Energiequellen verwenden: z. B. eine 28 VDC-Versorgung zum Antreiben der Kleinleistungs-Elektronikschaltung und 28 bis 270 VDC-Versorgung zum Antreiben der vier Aktuatormotore über die Motortreiber-Leistungsstufe. Die 28 VCD-Aktuatorleistung kann in Notfällen verwendet werden, wenn die 270 VDC bei einer Störung in dem Energiesystem nicht zur Verfügung stehen.
Weitere Details einer typischen Bremsenaktuatoranordnung 22 sind in 3-5 gezeigt. Die Bremsenaktuatoranordnung weist ein Gehäuse 47 auf, an dem ein elektromechanischer Aktuator 27 befestigt ist, wobei darauf hingewiesen sei, dass typischerweise mehrere Aktuatoren an dem Gehäuse befestigt sind, wie z. B. vier funktionell identische Aktuatoren, die jeweils in Quadranten des Gehäuses angeordnet sind. Das dargestellte Gehäuse weist einen aus Lochkreis 48 zum Befestigen an der gesamten Rad- und Bremsenanordnung 23 (1) auf. Jeder Aktuator 27 kann einen bürstenlosen DC-Servomotor 50 und ein geeignetes Untersetzungsgetriebe 52 aufweisen, das eine Drehbewegung des Motors in eine lineare Bewegung des Stößels 35 umsetzt (die Stößel sind in 3 verdeckt). Der bürstenlose DC-Servomotor 50 kann eine integrierte oder anderweitig damit verbundene ausfallsichere (bei Stromunterbrechung in Eingriff befindlich) (nicht separat gezeigte) Reibungsbremse und einen (nicht separat gezeigten) Resolver zur Motorrotor-Kommutierung und Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit aufweisen. Der Resolver liefert Motorpositionsrückkopplungs- und Geschwindigkeitsinformationen. Insbesondere liefert der Resolver ein elektrisches Signal, das sich proportional zu der Motorwellenposition verhält.
Der Stößel 35 jedes Aktuators ist z. B. über einen Befestigungsarm 75 mechanisch mit einem LVDT-Positionssensor 74 verbunden. Die LVDT-Vorrich tung 76 kann durch geeignete Mittel, mit denen eine LVDT-Einstellung und -Positionskalibrierung durchgeführt werden können, einstellbar an dem Befestigungsarm (oder der Sensorkörper an dem Bremsengehäuse) angebracht sein. Eine (nicht gezeigte) Abdeckung o. ä. kann zum Schutz des LVDT-Befestigungsmechanismus vorgesehen sein. Obwohl ein LVDT-Sensor bevorzugt wird, können, falls für eine spezielle Anwendung gewünscht, andere Arten von Positionssensoren/-wandlern verwendet werden.
Der/die Bremsensaktuator/Bremsenaktuatoren 27 dient/dienen zum Aufbringen einer Feststellkraft auf den Stapel 80 aus Bremsscheibenelementen. Der/ die elektromechanische/elektromechanischen (EM) Aktuator/Aktuatoren arbeiten gleichzeitig, um eine Feststellkraft zwischen der Bremsen-Reaktionsplatte 78 und den Aktuator-Abtriebsstößeln 35 zu erzeugen. Bei einem typischen System werden vier Aktuatoren verwendet, die gleichzeitig arbeiten, um die gesamte erforderliche Bremsenfeststellkraft zu erzeugen. Die Größe und Anzahl von Aktuatoren können jedoch variieren, um die gesamte erforderliche Bremsenfeststellkraft zu erzeugen. Die Aktuatoren können in einem Modus zur gesteuerten Verschiebung arbeiten, so dass sich die Feststellkraft proportional zu der Durchbiegung der Reaktionsplatte verhält. Obwohl jeder Aktuator unabhängig arbeiten kann, können die Aktuatoren in Paaren (oder anderweitig) Befehle empfangen, wobei sich die Aktuatoren jedes Paars physisch auf diametral entgegengesetzten Seiten des Bremsengehäuses befinden.
Der Bremsscheibenstapel 80 weist alternierend Rotorscheiben 81 und Statorscheiben 82 auf, die zwecks relativer axialer Bewegung relativ zu einem Drehmomentrohr 83 oder einem ähnlichen Element und dem (nicht gezeigten) Rad angebracht sind. Jede Rotorscheibe 81 ist mitrotierend mit dem Rad gekoppelt, und jede Statorscheibe 82 ist drehfest mit dem Drehmomentrohr 83 gekoppelt. Eine Rückplatte 85 befindet sich am hinteren Ende des Bremsscheibenstapels und dient über die Reaktionsplatte 78 als Kraft-Reaktionselement. Der Bremsenaktuator 27 ist an dem Bremsengehäuse 47 angebracht, das relativ zu dem Drehmomentrohr fixiert ist. Der Stößel 35 des Aktuators fährt aus, um den Bremsscheibenstapel 80 gegen die Rückplatte 85 zu drücken, und ein Drehmoment wird von den Statorscheiben 82 durch das statische Drehmomentrohr 83 (oder ähnliches) abgenommen.
Da die Bremsscheiben verschleißen, verringert sich die gesamte axiale Dicke der Scheiben. Erfindungsgemäß ist die Steuereinrichtung 21 (1) auf geeignete Weise programmiert, um eine Verschleiß-Messroutine, die in dem in 6 gezeigten Ablaufdiagramm dargestellt ist, und eine Betriebsspiel-Einstellroutine, die in dem in 9 gezeigten Ablaufdiagramm dargestellt ist, durchzuführen. Bei der Verschleiß-Messroutine wird vorzugsweise ein einem Verschleiß von Null entsprechender Referenzwert benutzt, der der Dicke eines neuen Bremsscheibenstapels entspricht. Der neue Bremsstapel-Referenzwert wird von der Steuereinrichtung gemäß einer in dem in 7 gezeigten Ablaufdiagramm dargestellten Routine bestimmt. Sowohl bei der Verschleiß-Messroutine als auch bei der Routine für eine Referenzmessung eines neuen Bremsscheibenstapels wird vorzugsweise eine weitere Routine zum Messen der Aktuatorverschiebung angewandt; diese Routine ist in dem in 8 gezeigten Ablaufdiagramm dargestellt.
In 8 beginnt die Messung der Aktuatorverschiebung bei Schritt 88, bei dem die Aktuatorstößel (oder der Stößel bei einem Einzelaktuatorsystem) von der Steuereinrichtung ausgefahren werden, um den Bremsscheibenstapel in einem vorbestimmten Ausmaß zu belasten. Das Ausmaß der Belastung braucht nur so groß zu sein, dass gewährleistet ist, dass die einzelnen Scheiben des Bremsscheibenstapels gegeneinander gehalten werden, um ein mögliches Spiel aus dem Stapel zu eliminieren. Zu diesem Zweck bringen die Aktuatorstößel vorzugsweise ungefähr 10% der maximalen Bremskraft auf den Bremsscheibenstapel auf. Bei Schritt 89 wird die Verschiebung (die Strecke) X jedes Aktuatorstößels mittels des jeweiligen Positionssensors 74 (4 und 5) gemessen. Dann wird vorzugsweise eine durchschnittliche Aktuatorstößelverschiebung bei Schritt 90 berechnet, und bei Schritt 91 wird die durchschnittliche Aktuatorstößelverschiebung Xave benutzt, um den Aktuatorver schiebungswert Xd zu bestimmen. Insbesondere wird bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform, bei der die Steuereinrichtung die Aktuatoren paarweise (wobei jedes Paar einander diametral gegenüberliegende Aktuatoren aufweist) betreibt, die Aktuatorstößelverschiebung der Aktuatoren jedes Paars gemessen und zum Berechnen eines durchschnittlichen Aktuatorverschiebungswerts für dieses Aktuatorpaar verwendet. Somit werden durchschnittliche Aktuatorverschiebungen für jeden Aktuatorpaar-Satz berechnet. Der Grund dafür ist, dass die Positionen der Stößel bei gleichem Antrieb variieren können, wenn ein Aktuator möglicherweise stärker drückt als der andere Aktuator des Paars.
In 7 beginnt die Referenzmessroutine für den neuen Bremsscheibenstapel bei Schritt 93, bei dem die in 8 dargestellte Aktuatorverschiebungs-Messroutine angewandt wird, um eine Aktuatorstößel-Verschiebungsmessung Xd für einen neuen Bremsscheibenstapel zurückzuführen. Bei Schritt 94 wird der Referenzmesswert Xref für den neuen Bremsscheibenstapel (siehe 4) dann von der Steuereinrichtung auf das gemessene Spiel Xd eingestellt. Bei Schritt 95 wird der Referenzwert für den neuen Bremsscheibenstapel dann gespeichert, vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Speicher, und zwar zur Verwendung für die Bremsenverschleiß-Messroutine.
In 6 beginnt die Bremsverschleißmessung bei Schritt 97, bei dem die in 8 dargestellte Aktuatorverschiebungs-Messroutine angewandt wird, um eine Aktuatorstößelverschiebungsmessung Xd für den Bremsscheibenstapel, der einen Verschleiß aufweist, wie in 5 dargestellt, zurückzuführen. Dann wird bei Schritt 98 der Bremsscheibenstapelverschleiß Xw durch Subtrahieren des Bremsscheibenstapel-Referenzmesswerts Xref von der gemessenen Stößelverschiebung Xd berechnet. Der Bremsscheibenstapelverschleiß Xw kann dann bei Schritt 99 im Speicher gespeichert werden. Der Bremsscheibenstapelverschleiß Xw kann ferner von der Steuereinrichtung zum Erzeugen eines Warnsignals verwendet werden, wenn der Bremsscheibenstapelverschleiß ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt. Wenn z. B. der Bremsscheibenstapel um ei nen vorbestimmten Prozentsatz seiner ursprüngliche Dicke verschlissen ist, kann ein Signal ausgegeben werden, das anzeigt, dass der Bremsscheibenstapel ersetzt werden muss.
In 9 beginnt die Betriebsspiel-Einstellroutine, wenn das System bei Schritt 102 zum ersten Mal eingeschaltet wird. Nach der Initialisierung geht die Operation bei Schritt 103 zu einer im Hintergrundschleife über. Die Hintergrundschleife umfasst als eines ihrer Verfahren (weitere Verfahren können z. B. Gesundheitsüberwachungsverfahren und Befehlsbestätigungsverfahren umfassen) einen Schritt 104, bei dem die Steuereinrichtung prüft, ob eine Betriebsspieleinstellung erfolgen soll. Bei dem dargestellten System wird dies durch das Bremsensteuersystem bestimmt, das zu einem geeigneten Zeitpunkt einen Freigabebefehl für die Betriebsspieleinstellung ausgeben kann, z. B. wenn vor dem Landen das Fahrwerk ausgefahren wird oder wenn sich das Flugzeug auf dem Boden befindet. Wenn das vorgeschriebene Kriterium nicht erfüllt ist, kehrt die Steuereinrichtung zu der Hintergrundschleife 103 zurück. Wenn das vorgeschriebene Kriterium erfüllt ist, geht die Steuereinrichtung zu Schritt 105 über, bei dem sämtliche Aktuatoren in der dann aktiven Betriebsspielposition positioniert sind. Danach werden bei Schritt 106 die Aktuatorstößel (oder der Stößel bei einem Einzelaktuatorsystem) ausgefahren, um den Bremsscheibenstapel in einem vorbestimmten Ausmaß zu belasten. Wie zuvor braucht das Ausmaß der Belastung nur so groß zu sein, dass gewährleistet ist, dass die einzelnen Scheiben des Bremsscheibenstapels gegeneinander gehalten werden, um wiederum ein mögliches Spiel aus dem Stapel zu eliminieren. Zu diesem Zweck bringen die Aktuatorstößel vorzugsweise ungefähr 10% der maximalen Bremskraft auf den Bremsscheibenstapel auf. Bei Schritt 107 wird die Verschiebung (die Strecke) Xd jedes Aktuatorstößels (oder die durchschnittliche Verschiebung eines Aktuatorpaars) mittels des jeweiligen Positionssensors 74 (4 und 5) gemessen. Dann wird bei Schritt 108 ein neues Betriebsspiel PRCLN für jeden Aktuator (oder jedes Aktuatorpaar) durch Subtrahieren einer festen Verschiebung Xclr von der gemessenen Stößelverschiebung Xd (oder der durchschnittlichen Verschiebung) berechnet. Bei Schritt 109 wird der neue Betriebsspielwert PRCLN als das aktive Betriebsspiel PRCL eingestellt, das vorzugsweise in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird. Schließlich positioniert die Steuereinrichtung bei Schritt 110 jeden Aktuator in der aktiven Betriebsspielposition, und danach kehrt die Steuereinrichtung zu der Hintergrundschleife zurück.
Es sei darauf hingewiesen, dass, obwohl der Positionssensor zur Lieferung von Informationen über die Position des Stößels verwendet wird, der Resolver zur Durchführung der Betriebsspieleinstellung verwendet werden kann. Das heißt, dass die Steuereinrichtung das Ausgangssignal des Resolvers benutzen kann, um die Betriebsspielposition der Stößel zu bestimmen. Vorzugsweise wird jedoch ein Absolutpositionskodierer verwendet. Der Absolutpositionssensor (z. B. LVDT 74) ist unempfindlich gegenüber einem Energieverlust, wohingegen bei Verwendung eines Resolvers oder eines anderen auf der relativen Position basierenden Systems die Stößelposition verloren gehen kann (der Resolver kann die Position verändern, ohne dass ein entsprechendes Ausgangssignal von der Steuereinrichtung registriert wird).
Gemäß 11 und 12 ist eine weitere typische Bremsenanordnung generell mit dem Bezugszeichen 122 bezeichnet. Die Bremsenaktuatoranordnung 122 weist ein Gehäuse 147 auf, an dem mehrere elektromechanische Aktuatoren angebracht sind, wie z. B. die dargestellten vier funktionell identischen Aktuatoren 127, die in jeweiligen Quadranten des Gehäuses angeordnet sind. Das dargestellte Gehäuse weist einen Lochkreis 148 zum Befestigen an einer Rad- und Bremsenanordnung auf, z. B. auf bekannte Weise an einem in einer solchen Anordnung vorgesehenen Drehmomentrohr. Jeder Aktuator 127 weist vorzugsweise einen bürstenlosen DC-Servomotor 150, ein mittleres Zahnradblockelement 151 und eine Kugelspindelanordnung 152 auf. Der bürstenlose DC-Servomotor 150 kann eine integrierte oder anderweitig damit verbundene elektrisch betätigte (nicht separat gezeigte) Reibungsbremse und einen (nicht separat gezeigten) Resolver zur Motorrotor-Kommutierung und Erfassung einer Winkelgeschwindigkeit aufweisen. Der Resolver liefert Motorpositionsrück kopplungs- und Geschwindigkeitsinformationen. Insbesondere kann der Resolver ein elektrisches Signal liefern, das sich unter normalen Betriebsbedingungen proportional zu der Motorwellenposition verhält. Die Motorbremse kann je nach gewünschter Anwendung eine Bremse des angetriebenen oder antriebslosen Typs sein. Die Motorbremse ist zum Parken eines Flugzeugs geeignet. Zu diesem Zweck können sämtliche Aktuatorstößel ausgefahren werden, um an den Bremsen anzugreifen, und anschließend kann an den Motorbremsen angegriffen werden, um die Aktuatorstößel in ihren Ausfahr-/Angreifpositionen zu halten. Wenn an den Motorbremsen angegriffen worden ist, kann die Energie für die Motorkomponenten des Servomotors 150 (die Stößelantriebsmotorkomponenten) abgeschaltet werden. Die Auswahl des spezifischen Motors ist abhängig von den Anforderungen hinsichtlich einer vorgegebenen Anwendung der Bremsen. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die Servomotorkomponenten, die Reibungsbremse und der Resolver in einem gemeinsamen Motorgehäuse untergebracht und können kollektiv als Servomotor bezeichnet werden.
Gemäß 12-15 bildet das mittlere Zahnradblockelement 151 zwei Stufen des Untersetzungsgetriebes und weist ein Zahnrad 155 der ersten Stufe und ein Zahnrad 156 der zweiten Stufe auf. Das Zahnrad der ersten Stufe, das die erste Stufe eines Untersetzungsgetriebes bildet, ist ein Kegelrad, das mit einem einstückig mit der Antriebswelle 158 des Motors ausgebildeten Kegelrad 157 kämmt. Das Zahnrad 156 der zweiten Stufe ist ein geradverzahntes Stirnrad, das mit einem einstückig mit der Kugelspindel 162 ausgebildeten Kugelspindelrad 159 kämmt. Das mittlere Zahnradblockelement wird an seinen Enden von Kugellagern 160 und 161 gehalten. Obwohl hier bestimmte Strukturen als vorzugsweise einstückig ausgebildet beschrieben sind, sei darauf hingewiesen, dass solche Strukturen alternativ diskrete Komponenten aufweisen können, die zur Bildung einer funktionell äquivalenten Struktur miteinander verbunden sind.
Die Kugelspindelanordnung 152 weist die Kugelspindel 162 mit dem einstückig angeformten Zahnrad 159, eine hexagonale Kugelmutter 163, die die Drehbewegung in eine lineare Bewegung der Kugelmutter umsetzt, und ein Pad 164 auf, das an dem Ende der Kugelmutter angebracht ist und die Grenzfläche mit der Bremsscheiben-Druckplatte bildet. Die Kugelspindel und die Kugelmutter, die eine dritte Stufe des Untersetzungsgetriebes bilden, können eine bekannte Konfiguration haben, und daher sind die jeweiligen spiralförmigen Nuten und die dazugehörigen Kugeln nicht dargestellt, da diese für Fachleute sofort offensichtlich sind. Die Kugelmutter (nachstehend auch als Stößel oder Stößelmutter bezeichnet) ist bei Drehung der Kugelspindel frei entlang der Achse der Kugelspindel verschiebbar, jedoch nicht drehbar, da die Kugelmutter in einer hexagonalen Bohrung 165 in dem Gehäuse 147 geführt wird.
Wie am besten aus 16 ersichtlich, haben die hexagonale Bohrung oder Führung 165 bzw. die Kugelmutter 163 bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform entsprechende polygonale Querschnitte, die durch mehrere Innen-/Außenseitenflächen (die normalerweise durch das Bezugszeichen 166 bezeichnet sind) gebildet sind und die drehend miteinander interferieren, um ein Drehen der Stößelmutter 163 relativ zu dem Gehäuse zu verhindern. Wie bevorzugt und dargestellt, sind eine oder mehrere der Seitenflächen, vorzugsweise sämtliche Seitenflächen, planar und bilden regelmäßige Polyeder, die einen satten Gleitsitz zwischen der Kugelmutter und der Führung bewirken. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass andere Konfigurationen verwendet werden können, obwohl dies weniger bevorzugt wird. So kann z. B. die Anzahl von Seiten von den dargestellten sechsseitigen Polygonen (Hexagonen) abweichen, wie es für eine spezielle Anwendung wünschenswert sein kann. Die sechsseitige Polyeder-Konfiguration bietet die gewünschten Charakteristiken hinsichtlich der Gleitfähigkeit und der Drehfestigkeit.
Vorzugsweise wird ein Schmiermittel, insbesondere ein geeignetes Fett zum Schmieren dieser relativ gleitenden Flächen 166 der Kugelmutter 163 und der Führung 165 verwendet. Es hat sich herausgestellt, dass das Fett und das ge ringe Spiel zwischen der Kugelmutter und der Führung das Eintreten einer nennenswerten Menge an Schmutz oder anderen Fremdkörpern an der Grenzfläche der Gleitflächen und somit eine wesentliche Leistungsverschlechterung verhindern. Falls gewünscht, kann jedoch eine geeignete Dichtung, wie z. B. eine Wischerdichtung oder eine Membrandichtung, zur Abdichtung gegen das Eintreten von Schmutz oder anderen unerwünschten Materialien zwischen den Gleitflächen verwendet werden. Ein typisches Fett für die Kugelspindel- und Stößelmutteranordnung ist MIL-G-81322, und ein typisches Fett für den Getriebezug ist MIL-G-81827.
Das Abtriebsdrehmoment wird über das einstückig angeformte Zahnrad 159, das die Kugelspindel 162 antreibt und somit ein Verschieben der Kugelmutter 163 bewirkt, wodurch das Antriebsdrehmoment in eine lineare Abtriebskraft umgesetzt wird, auf den Mechanismus aufgebracht. Die sich verschiebende Kugelmutter berührt den vorderen Teil des Bremsscheibenstapels über das die Grenzfläche bildende Pad 164 und dient als Aktuatorstößel 135. Die Kugelspindel wird von drei Lagern gehalten, und zwar von einem radialen Lager 167 und einem Druckrollenlager 168 am Außenende der Kugelspindel und einem radialen Kugellager 169 zwischen dem an der Mutter angreifenden Gewindeteil der Kugelspindel und dem einstückig damit ausgebildeten Zahnrad 158. Eine Lagerplatte 170 dient zum Halten des Kugellagers 169 in dem Gehäuse. Eine Aktuatorabdeckung 171 fixiert die radialen Lager und die Drucklager und bildet eine mechanischen Druckhalterung für die Kugelspindel. Die Abdeckung ist mit geeigneten Mitteln, wie z. B. Schrauben 172 (11), an dem Gehäuse angebracht.
Jede Kugelmutter 163 (jeder Aktuatorstößel 135) ist z. B. durch einen Befestigungsarm 175 mechanisch mit einem LVDT-Positionssensor 174 verbunden. Die LVDT-Vorrichtung 176 kann durch geeignete Mittel, mit denen eine LVDT-Einstellung und Positionskalibrierung durchgeführt werden können, einstellbar an dem Befestigungsarm (oder der Sensorkörper an dem Bremsengehäuse) angebracht sein. Eine Abdeckung 177 kann zum Schutz des LVDT-Befesti gungsmechanismus vorgesehen sein. Obwohl ein LVDT-Sensor bevorzugt wird, können, falls für eine spezielle Anwendung gewünscht, andere Arten von Positionssensoren/-wandlern verwendet werden.
Wie die Bremsenaktuatoren 27 (4 und 5) ist/sind der/die Bremsensaktuator/Bremsenaktuatoren 127 zum Aufbringen einer Feststellkraft auf den Stapel aus Bremsscheibenelementen vorgesehen. Der/die elektromechanische/ elektromechanischen (EM) Aktuator/Aktuatoren arbeiten gleichzeitig, um eine Feststellkraft zwischen der Bremsen-Reaktionsplatte und den Aktuator-Abtriebsstößeln 135 zu erzeugen. Auch hier können die Größe und Anzahl von Aktuatoren variieren, um die gesamte erforderliche Bremsenfeststellkraft zu erzeugen. Die Position der Stößel wird im Gegensatz zu dem Motorstrom vorzugsweise benutzt, um die gewünschte Bremslast zu erhalten. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass das oben beschriebene Betriebkalibrierverfahren in einem Strommodus durchgeführt wird, jedoch unter Verwendung des Positionswandlers.
Die Anwendung der Positionserfassung und der Positions-Servoeinrichtung zum Steuern der Aufbringung der Bremskraft bietet Vorteile gegenüber anderen Steuerverfahren. Ein Vorteil liegt in der Eliminierung oder Reduzierung der mit anderen Steuereinrichtungen, wie z. B. der Kraftsteuerung, bei der das Aufbringen der Feststellkraft über das Anlegen eines Motorstroms gesteuert wird, in Zusammenhang stehenden Hysterese. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Positionsmodussteuerung ein optimales dynamisches Ansprechen der Bremsenfeststellkraft bewirkt. Durch Erfassen der Position an dem Aktuatorstößel und Anwendung der Erfassung der absoluten Position gegenüber der Erfassung der relativen Position (siehe z. B. US-Patent Nr. 4,995,483) werden die Leistungsaspekte des Systems verbessert. Das System erholt sich unverzüglich von Störungen, wie z. B. Energieausfällen während des Bremsens, ohne dass eine mögliche unerwünschte Bremswirkung erfolgt. Wie oben gesagt, macht das dem Stand der Technik entsprechende Erfassen der relativen Position (siehe z. B. US-Patent Nr. 4,995,483) eine Neukalibrierung des Positions sensors nach einer Energieunterbrechung erforderlich, was zu einem Verlust der Bremsleistung, einer langen Erholungszeit und möglicherweise unerwünschtem Aufbringen einer Bremsenfeststellkraft führen kann.
Es ist für Fachleute offensichtlich, dass das Aufbringen der Bremsenfeststellkraft von der Federkonstanten des Bremsdrehmomentrohrs abhängig ist, da die Bremsenfeststellkraft eine Funktion der Aktuatorstößelverschiebung und der Federkonstanten des Drehmomentrohrs ist. Beim Aufbringen einer Feststellkraft berechnet die Bremsen-Steuereinrichtung die erforderliche Position für eine vorgegebene Feststellkraft mittels der Federkonstanten des Drehmomentrohrs als proportionaler Konstante. Der Wert für die Drehmomentrohrkonstante kann der theoretische Wert sein oder direkt von dem System unter Anwendung einer Kalibrierroutine als Erweiterung der Betriebsspiel-Kalibrierroutine gemessen werden. Das heißt, dass die Federkonstanten-Kalibrierroutine die Stößelverschiebung ΔX für jeden Stößel, für eine volle Kraftführungsgröße ΔForce messen und die Federkonstante, ausgedrückt als ΔX/ΔForce, berechnen kann.
Ein weiterer Vorteil, den die vorliegende Erfindung bietet, liegt in der Möglichkeit des Ausgleichens mittels der vorgenannten Kalibrierung der Bremsenfeststellkraft zwischen den vier (mehreren) Stößeln, ohne dass eine Erfassung der Kraft an jedem Aktuatorstößel erforderlich ist.
Obwohl jeder Aktuator 127 unabhängig arbeiten kann, können die Aktuatoren paarweise (oder anderweitig) von zwei Steuereinrichtungen Befehle empfangen, wobei die Aktuatoren jedes Paars physisch auf diametral entgegengesetzten Seiten des Bremsengehäuses angeordnet sind. Wenn eine Steuereinrichtung ausfällt, funktioniert die andere Steuereinrichtung weiterhin. Die Steuereinrichtungen können ferner derart programmiert sein, dass sie den Ausfall eines oder mehrerer Positionssensoren 174 kompensieren können, und zwar durch Anwendung der Strom- und Drehmomentrückkopplung zum Steuern der Position des entsprechenden Aktuatorstößels oder der Stößel. Das heißt, dass die Steuereinrichtung derart programmiert sein kann, dass sie in einem Positionsmodus (dem bevorzugten normalen Betriebsmodus) und einem Strommodus (Unterstützungssmodus bei Ausfall des Positionssensors) arbeitet.
In einem Energieausfallmodus sollte ein daraus resultierendes Zurückziehen eines in Angriff befindlichen Aktuatorstößels 135 recht schnell erfolgen (und zwar aufgrund der hohen Effizienz und Reversibilität der Kugelspindel und der Kugelmutter und anderer Getriebe und aufgrund der hohen Federkraft, die unter Bremsbedingungen in dem Drehmomentrohr gespeichert werden kann). Das schnelle Zurückziehen des Stößels kann für das System einen beträchtlichen Schock bedeuten, da der Stößel über das Ende seiner zulässigen Strecke hinausläuft, was bei der dargestellten Ausführungsform das Angreifen an der ringförmigen Schulterfläche des Gehäuses 178 am Außenende der Stößelführung bedeutet. Vorzugsweise wird die Rückbewegung des Stößels langsam abgestoppt, um ein "weiches Stoppen" zu realisieren. Dies kann mechanisch durch Anordnen von Federn zwischen dem rückwärtigen (äußeren) Ende des Stößels und der Schulterfläche erreicht werden. Dadurch werden jedoch das Gewicht und die Größe der Aktuatoranordnung erhöht. Eine bevorzugtere Vorgehensweise gemäß der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines weichen Stoppens jedes Stößels. Dies erfolgt durch Koppeln des Motors mit einer Dämpfungsschaltung (die vorzugsweise in der Steuereinrichtung vorgesehen ist) in einem Energieausfallmodus, so dass die verzögerte Bewegung des Motors den Stößel verlangsamt, um ein weiches Auftreffen zu ermöglichen. Die Dämpfungsschaltung leitet die in der Motormasse gespeicherte Energie plus die von der Lastfeder induzierten Lasten ab, so dass die tatsächliche Stößelgeschwindigkeit auf einen sicheren Pegel reduziert ist, wenn der Aktuatorstößel den Anschlag für die Rückbewegung (d. h. welche Struktur auch immer zum Begrenzen der maximalen Zurückziehung des Stößels verwendet wird) erreicht. Die das weiche Stoppen bewirkende Schaltung weist ein Widerstandselement für die Energieableitung, Festkörperschalter und eine Energieüberwachungs- und Steuerlogikschaltung auf, um den Motor unter ge eigneten Betriebsbedingungen mit dem Widerstandselement zu koppeln. Insbesondere wenn die Energieüberwachungslogik einen Energieausfall detektiert, wird der Motor zum Reduzieren der Motordrehzahl auf einen sicheren Pegel von dem Festkörperschalter (oder einer anderen geeignete Einrichtung) mit den Widerstandskomponenten gekoppelt.
Bei Normalbetrieb ist die Position des Stößels anhand des Positionswandlers bekannt, und somit kann die Steuereinrichtung ein hartes Auftreffen des Stößels verhindern.
17-19 zeigen einen Drehmoment-Abnahmearm 185, der an der Bremsenaktuatoranordnung 122 angebracht ist. Der Drehmoment-Abnahmearm 185 verläuft diametral über das Gehäuse 147 und dient als Grenzfläche zwischen der Bremsenaktuatoranordnung und einer (nicht gezeigten) Fahrwerkachsenstruktur. Die Fahrwerkstruktur kann, wie auf dem Sachgebiet bekannt, eine Radachse, ein Lenkgestänge und insbesondere einen Drehmoment-Reaktionsarm aufweisen. Der Drehmoment-Reaktionsarm und der Drehmoment-Abnahmearm 185 weisen ineinander eingreifende Vorrichtungen auf, die eine Übertragung des Drehmoments von dem Drehmoment-Abnahmearm zu dem Drehmoment-Reaktionsarm bewirken, wenn eine Bremskraft von der Bremsenaktuatoranordnung auf den Bremsscheibenstapel aufgebracht wird. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Abnahmearm 185 auf seiner Außenseite eine axiale Ausnehmung (Buchse) 187 zum Aufnehmen eines Drehmoment-Reaktionsansatzes auf dem Reaktionsarm auf. Die Ausnehmung 187 befindet sich in Nachbarschaft zu dem radial äußeren Teil 189 des Gehäuses, der eine Ausnehmung 190 (11) in einer Außenseitenfläche 191 (12) aufweist, in der das angrenzende Ende des Abnahmearms aufgenommen ist. Auf diese Weise sind der Drehmoment-Reaktionsarm und der Drehmoment-Abnahmearm drehend miteinander verriegelt.
Die Ausnehmung 190 ist in dem radial äußeren Peripherieteil 189 des Gehäuses 147 ausgebildet, der kontinuierlich am Umfang verläuft und Gehäuse kammern umschreibt, in denen die Motore 150 und Führungen 165 angeordnet sind, in welchen die Aktuatorstößelmuttern 163 aufgenommen sind, wie am besten aus 1 und 17 ersichtlich. Auf der Seite des Gehäuses und diametral gegenüber der Ausnehmung ist eine weitere Ausnehmung 193 für eine Ladezelle 194 vorgesehen. Vorzugsweise ist das Gehäuse an seinem der Ausnehmung für die Ladezelle 193 benachbarten Ende leicht länglich ausgebildet, so dass eine zusätzliche Gehäusestruktur von dem kreisförmigen Peripherieteil des Gehäuses radial nach außen vorsteht und eine radial vergrößerte Aufnahme für die Ladezelle bildet. Es sei darauf hingewiesen, dass diese Anordnung durch die Verwendung des oben beschriebenen mittleren Zahnradblockelement 151 ermöglicht wird. Zusätzlich zu dem Vorsehen zweier Stufen der Getriebeuntersetzung ermöglicht es das mittlere Zahnradblockelement 151, dass die Motore von dem ringförmigen Außenperipherieteil des Gehäuses radial nach innen positioniert sind, und bildet somit mit dem Lastsensor und dem Drehmoment-Ansatz ein radiales Spiel.
Die Ladezelle 194 ist an dem Ende des Drehmoment-Abnahmearms, der die den Drehmoment-Reaktionsausnehmung 187 aufweisenden Arm diametral entgegengesetzt ist, an dem Drehmoment-Abnahmearm angebracht. Entsprechend dient die Ladezelle als sekundärer Ansatz zur Drehmomentabnahme, und somit zeigt das Ausgangssignal der Ladezelle das Bremsmoment an.
Es ist für Fachleute offensichtlich, dass anstelle der bevorzugten Kugelspindelantriebe andere Arten von Spindelantrieben verwendet werden können. Entsprechend handelt es sich um den Bezug, der hier auf eine Leitspindel genommen wird, um einen generischen Bezug auf Spindelantriebsvorrichtungen u. ä.
Bei den unterschiedlichen Funktionen, die von den oben genannten Entitäten (Komponenten, Anordnungen, Vorrichtungen, Strukturen etc.) ausgeführt werden, beziehen sich die Ausdrücke (einschließlich des Bezugs auf eine "Einrichtung") auf solche Entitäten, die, falls nichts anderes angegeben ist, einer Entität entsprechen, welche die spezifizierte Funktion der beschriebenen Entität ausführt (d. h. funktionell äquivalent ist), selbst wenn diese kein strukturelles Äquivalent zu der offenbarten Struktur darstellt, die die Funktionen bei der hier dargestellten typischen Ausbildungsform oder bei den hier dargestellten typischen Ausbildungsformen der Erfindung ausführt. Obwohl ferner vorstehend möglicherweise ein spezielles Merkmal mit Bezug auf nur eine der mehreren dargestellten Ausführungsformen beschrieben ist, kann dieses Merkmal mit einem oder mehreren anderen Merkmalen der anderen Ausführungsformen kombiniert werden, wie es bei vorgegebenen oder speziellen Anwendungen wünschenswert und vorteilhaft ist.

Claims

Flugzeugbremssystem mit: einem Bremsscheibenstapel (80); einem hin- und hergehenden Stößel (35,135); einem elektromechanischen Aktuator (50,150), der betriebsmäßig mit dem hin- und hergehenden Stößel verbunden ist zum selektiven Andrücken und Zurückziehen des hin- und hergehenden Stößels an den bzw. von dem Bremsscheibenstapel zum Aufbringen und Lösen einer Bremskraft auf ein drehbares Rad bzw. von einem drehbaren Rad; einer Steuereinrichtung (21) zum Steuern der Bewegungsvorrichtung zum selektiven Steuern des hin- und hergehenden Stößels und Regeln der von dem hin- und hergehenden Stößel auf den Bremsscheibenstapel aufgebrachten Kraft; und einem Absolutpositionssensor (74,174), der ein Positionssignal liefert, das die absolute Position des hin- und hergehenden Stößels repräsentiert, wobei die Steuereinrichtung eine Einrichtung (28,29,30) zum Verschieben des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und zum Vergleichen des aktuellen Verschiebungswerts mit einem Referenzwert zur Lieferung eines Messwerts für den Verschleiß des Bremsscheibenstapels aufweist.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1, bei dem der Absolutpositionssensor einen LVDT-Wandler (74,174) aufweist.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 2, mit einem Bremsengehäuse (47,147), an dem die Bewegungsvorrichtung montiert ist, wobei der LVDT-Wandler zwischen dem hin- und hergehenden Stößel und dem Bremsengehäuse geschaltet ist.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1, bei dem der elektromechanische Aktuator einen Servomotor (50,150) aufweist.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 4, bei dem die Steuereinrichtung einen Prozessor (29) zum Steuern der Position des Aktuatorstößels und der von dem Stößel auf den Bremsscheibenstapel aufgebrachten Last aufweist.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung eine Einrichtung (29) zum Durchführen einer Messroutine für einen neuen Bremsscheibenstapel mit folgenden Schritten aufweist: Durchführen einer Verschiebung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des neuen Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen neuen Bremsscheibenstapel-Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und nachfolgendes Speichern des neuen Bremsscheibenstapel-Verschiebungswerts als Referenzwert, mit dem danach erhaltene aktuelle Verschiebungswerte zwecks Messung des Verschleißes des Bremsscheibenstapels verglichen werden.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 6, bei dem der Referenzwert in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1, bei dem die Steuereinrichtung eine Einrichtung (29) zum Durchführen einer Betriebsspiel-Einstellroutine mit folgenden Schritten aufweist: Durchführen der Bewegung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und nachfolgendes Verwenden des aktuelle Verschiebungswerts zum Bestimmen einer Betriebsspielposition des hin- und hergehenden Stößels.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 8, bei dem der Schritt des Verwendens der Betriebsspiel-Einstellroutine folgende Schritte umfasst: Subtrahieren eines vorbestimmten Spielwerts von dem aktuellen Verschiebungswert, um einen neuen Betriebsspielwert zu erhalten, Speichern des neuen Betriebsspielwerts im Speicher und nachfolgendes Verwenden des neuen Betriebsspielwerts zum Bestimmen der Betriebsspielposition der hin- und hergehenden Stößel.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1, mit mehreren Aktuatoranordnungen (27,127), die jeweils einen hin- und hergehenden Stößel aufweisen, einem elektromechanischen Aktuator, der betriebsmäßig mit dem hin- und hergehenden Stößel verbunden ist zum selektiven Andrücken und Zurückziehen des hin- und hergehenden Stößels an den bzw. von dem Bremsscheibenstapel zum Aufbringen und Lösen einer Bremskraft auf ein drehbares Rad bzw. von einem drehbaren Rad, und einem Absolutpositionssensor, der ein Positionssignal liefert, das die absolute Position des hin- und hergehenden Stößels repräsentiert.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 10, bei dem jeder elektromechanische Aktuator einen Servomotor (50,150) aufweist und jedem Servomotor eine elektrische Motorbremse zugeordnet ist, und zwar zum Halten des Stößels in einer Bremskraft-Aufbringposition, so dass dem Servomotor zugeführte Leistung abgeschaltet werden kann.
Flugzeugbremssystem nach Anspruch 1 in Kombination mit einer Flugzeugradanordnung (23).
Verfahren zum Messen des Verschleißes eines Flugzeug-Bremsscheibenstapels (80) in einem Flugzeugbremssystem (20), wobei das Flugzeugbremssystem aufweist: einen elektromechanischen Aktuator (50,150), der betriebsmäßig mit einem hin- und hergehenden Stößel (35,135) verbunden ist zum selektiven Andrücken und Zurückziehen des hin- und hergehenden Stößels an den bzw. von dem Flugzeug-Bremsscheibenstapel zum Aufbringen und Lösen einer Bremskraft auf ein drehbares Element (24) bzw. von einem drehbaren Element (24), und eine Steuereinrichtung (21) zum Steuern des elektromechanischen Aktuators zum selektiven Steuern des hin- und hergehenden Stößels und Regeln der von dem hin- und hergehenden Stößel auf den Flugzeug-Bremsscheibenstapel aufgebrachten Kraft, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Verwenden eines Absolutpositionssensors (74,174) zum Liefern eines Positionssignals, das die absolute Position des hin- und hergehenden Stößels repräsentiert; Betätigen des elektromechanischen Aktuators zum Durchführen einer Verschiebung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Flugzeug-Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten; und nachfolgendes Vergleichen des aktuellen Verschiebungswerts mit einem Referenzwert zum Messen des Verschleißes des Flugzeug-Bremsscheibenstapels.
Verfahren nach Anspruch 13, mit dem Schritt des Erzeugens eines Warnsignals, wenn der Messwert ein vorbestimmtes Kriterium erfüllt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem der Schritt des Verwendens eines Absolutpositionssensors das Verwenden eines LVDT-Wandlers (74,174) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem ein Drehmomentmotor (50,150) als elektromechanischer Aktuator zum selektiven Andrücken und Zurückziehen des hin- und hergehenden Stößels an den bzw. von dem Bremsscheibenstapel verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, mit den Schritten des Betätigen des elektromechanischen Aktuators zum Durchführen einer Verschiebung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des neuen Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen neuen Bremsstapel-Verschiebungswert zu erhalten, und des nachfolgenden Speicherns des neuen Bremsscheibenstapel-Verschiebungswerts als Referenzwert, mit dem die danach erhaltenen aktuellen Verschiebungswerte zwecks Messung des Verschleißes des Bremsscheibenstapels verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 17, bei dem der Referenzwert in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 13, mit den Schritten des Betätigens des elektromechanischen Aktuators zum Durchführen einer Bewegung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von den Absolutpositionssensor einen aktuellen Verschiebewert des Positionssignals zu erhalten, und des nachfolgenden Verwendens des aktuellen Verschiebungswerts zum Bestimmen einer Betriebsspielposition des hin- und hergehenden Stößels.
Verfahren nach Anspruch 19, bei dem der Verwendungsschritt die Schritte des Subtrahierens eines vorbestimmten Betriebsspielwerts von dem aktuellen Verschiebungswert umfasst, um einen neuen Betriebsspielwert zu erhalten, des Speicherns des neuen Betriebsspielwerts im Speicher, und des nachfolgenden Verwendens des neuen Betriebsspielwerts zum Bestimmen der Betriebsspielposition der hin- und hergehenden Stößel.
Rad- und Bremssystem mit: einem drehbaren Rad (24); und einem Bremssystem nach einem der Ansprüche 1–2, das zum Aufbringen und Lösen eines Bremsdrehmoments auf das drehbare Rad und von dem drehbaren Rad betriebsmäßig mit dem Rad verbunden ist.
Rad- und Bremssystem nach Anspruch 21, bei dem die Steuereinrichtung eine Einrichtung (29) zum Durchführen einer Betriebsspiel-Einstellroutine mit folgenden Schritten aufweist: Durchführen einer Bewegung des hin- und hergehenden Stößels zum Belasten des Bremsscheibenstapels in einem vorbestimmten Ausmaß, um von dem Absolutpositionssensor einen aktuellen Verschiebungswert des Positionssignals zu erhalten, und nachfolgendes Verwenden des aktuellen Verschiebungswerts zum Bestimmen einer Betriebsspielposition des hin- und hergehenden Stößels.