仿真技术在飞机防滑刹车系统地面检测中的应用

何学工

● （西安航空制动科技有限公司，西安 710065）

仿真技术在飞机防滑刹车系统地面检测中的应用

何学工

● （西安航空制动科技有限公司，西安 710065）

仿真技术应用于飞机的防滑刹车系统的地面检测以进一步提高其防滑刹车的安全可靠性。结合某刹车系统，从信号的采集、信号的转换以及信号的处理与控制等几方面，讲述了仿真技术模拟飞机在不同路况下的防滑刹车，最终实现其地面检测工作。

防滑刹车系统；地面检测；数据采集；仿真技术

0 引言

防滑刹车系统是瞬态的液压刹车防滑自动控制系统，是充分利用飞机刹车机轮与地面之间的摩擦系数同滑动量之间的对应关系，控制飞机在各种跑道路面情况下，安全可靠地刹车的飞机制动系统。由于飞机防滑控制系统对于飞机安全着陆至关重要，故而对于防滑刹车系统的地面检测尤为重要。传统的检测试验台只能对单个附件（如防滑刹车控制盒、刹车指令传感器等）性能进行测试，无法完成整个防滑刹车系统的测试。基于以上情况，需要发展一种系统仿真技术以对整个防滑刹车系统进行地面检测。

仿真就是设计一种真实系统的模型的程序，并在一系列系统运行准则的约束中，对以了解系统行为或评价各种战略为目的的模型进行实验。起主要优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵，而且更灵活。

1 防滑刹车系统仿真系统构成及工作原理

该仿真系统由防滑刹车系统、信号采集及控制系统两大模块组成。具体防滑刹车系统要由刹车指令传感器、防滑刹车控制盒、电液伺服阀和机轮速度传感器、驱动装置、液压台等附件组成；信号采集和控制系统主要由信号调理电路、信号采集卡和工业用计算机组成。如图1所示。其中采集卡不但具有数据采集功能，还具有信号控制和输出功能。可采用软件触发，内置步进器触发，外部触发等多种触发方式。

图1 防滑刹车仿真系统总体构成

其工作原理为程序初始化时，先设置本次仿真试验的飞机初始速度、地面摩擦系数以及刹车位移等初始参数。试验开始后，软件通过解算飞机初始速度，将其转换为伺服电机的控制指令信号，并发送给伺服电机，使之达到预设速度。机轮速度传感器转速稳定后，软件解算刹车位移，将其转换为步进电机的控制指令信号，使之驱动刹车指令传感器到达预定位移，输出预设的刹车指令信号。

防滑刹车控制盒接收到刹车指令传感器输出的刹车指令信号后，给电液伺服阀发出刹车电流信号，电液伺服阀随之控制刹车压力开始刹车。由于是仿真试验所以无法实现真实的刹车，所以刹车过程必须由软件来间接实现。

软件通过采集到的各项参数（包括机轮速度和刹车电流等信号），通过预设的摩擦系数，分析解算出机轮在下一控制时刻飞机的机轮速度，再将机轮速度信号转换成伺服电机的控制信号传给伺服电机，带动机轮速度传感器变速（模拟刹车）。为实现模拟防滑过程，软件解算出的机轮速度会较原来的速度减小很多，从而模拟机轮在刚开始刹车时机轮速度急速下降的过程。控制盒在接收到减速后的机轮速度信号后，根据设定的程序给出松刹信号，减小刹车电流，降低刹车压力。软件检测到刹车电流减小后，解算出下一控制时刻的机轮速度，模拟真实刹车的松刹过程，逐渐提高机轮速度（以不高于计算出的匀减速的飞机速度为准），完成一次刹车、松刹的过程（图2）。如此循环交替，直至把机轮速度传感器的速度值递减至不防滑时，软件控制步进电机回撤，撤掉刹车指令信号，同时中断输出给伺服电机的控制信号，使得机轮速度传感器停止运动，完成整个仿真试验过程。

以上一套附件在软件的作用下形成了闭环系统，实现了防滑刹车系统模拟不同跑道路面下的仿真试验。

图2 防滑刹车与松刹图示

2 软件设计

实现防滑刹车系统的仿真试验，软件设计是其关键。实际上，驱动采集卡硬件的软件程序设计可以通过3种方式编制：1）硬件级别的编程，即直接对硬件端口的操作；2）驱动程序级别的编程，即通过采集卡附带的驱动程序（通常是DLL编程）；3）使用程序包（已封装过的一系列控件和函数）编程。本文种使用的是采集卡生产商提供的控件，并调用其中的高级函数，开发工具为Visual Basic。

2.1 信号采集

本系统信号采集使用两种方式：程序控制方式和中断方式。在进行防滑刹车系统联试试验时主要使用中断触发方式。程序使用研华提供的控件DAQAI的中断触发方式，每隔10ms中断触发一次，传出从起始通道到终了通道采集的90个信号值。

控件的具体设置如下：

以上设置解释如下：设置采样率为 9000，采样数为90（即每隔 90个数触发一次，亦即触发的时钟周期为0.01s），起始通道为6通道，终了通道为14通道，每次触发每个通道扫描10次获得10个信号值，为中断触发方式，采集方式为循环采集（所谓循环采集工作方式，就是指设置好采样率和采样点数后，采集卡将持续循环采集数据，直至发生硬件错误或者用户发出中止指令）。

2.2 信号转换

通常通过信号采集卡获得的信号是模拟电压值，实际的软件不能够直接对其进行分析，必须通过信号转换将其设置成为与实际相符的参量。本系统在设计之初就对各个信号通道进行了信号校验，通过采集的信号值与实际参量值进行比较计算，获得各信道的比例因子和零位值。试验过程中，软件通过比例因子和零位值将采集的信号值转换为实际参量值。具体公式为：

2.3 信号处理与控制

采集到信号后，必须通过软件的解算，转换为实际的各种参数值。软件通过设定好的飞机初始速度、摩擦系数以及刹车位移，根据一系列的公式计算出下一控制时刻的飞机的速度（即速度传感器的转速），通过给伺服电机发送指令信号，以使速度传感器的信号不断得以调整刹车电流，从而控制电液伺服阀。这样，控制软件就和防滑刹车系统构成了一个闭环系统，通过不断调整直至把速度传感器刹停。

控制程序的主体概要如下：

下面就各模块功能进行介绍：

DataDeal（数据处理模块）：1）信号过滤：本系统每隔10ms输出一次采集的信号，每个信道各有10个信号值，为剔除掉畸变点，软件采用了剔除最大和最小点后将剩余的8个点去平均值的方法，获得一次信号值；2）参量转换：通过不同通道的比例因子和零位值，将不同通道的信号值转换为实际的参量值；3）分析计算：根据不同的参量，根据初始设定的摩擦系数，计算出下一控制时刻的机轮速度值。

DataDisplay（图形显示模块）：1）图形滤波：通常采集的信号是连续的，如果某一个参量在某一时刻异常的话就可能导致曲线异常，图形滤波的功能就是要剔除这些不规则点；2）图形显示：由于防滑刹车仿真试验中，不仅需要监控防滑过程，还需要对试验的数据进行实时监视，故而程序中加入了各项数据的实时图形显示，将不同的参量按不同的比例在图线坐标系中实时绘制出来，以使试验过程更为直观化、形象化，为做完试验后对整个试验进行分析处理做好准备。

DataControl（数据控制模块）：根据数据处理模块计算出来的下一时刻的机轮速度值，向伺服电机发送控制指令信号。

3 试验

根据以上原理，搭建了某型飞机的刹车系统并进行了试验，试验结果如图3所示。由图3可以看出，试验台实测曲线与较真实的防滑刹车曲线十分贴近，满足系统的测试要求。

图3 防滑仿真系统模拟防滑刹车曲线（左侧）

4 结论

防滑刹车仿真系统模拟了飞机在不同跑道路面上的防滑刹车过程，便于整个防滑刹车系统在地面可以进行系统的联试试验，可以对整个防滑刹车系统进行地面检测，有效地降低了防滑刹车系统的装机故障率。

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[6]颜庆津. 数值分析[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 1992.

The Application of Simulation Technology in Aircraft Anti-skid Brake System in Ground Examination

HE Xue-gong
(Xi'an Aviation Brake Technology Limited Company, Xi'an 710065, China)

The application of simulation technology in aircraft anti-skid brake system in ground examination is to improve the antiskid braking safety and reliability further. Combined with a brake system, the paper introduces aircraft anti-skid brake system simulation analysis under different road conditions from signal acquisition, signal conversion, signal processing and control, and finally realizes ground examination.

simulation, anti-skid brake system, data acquisition

V226

A

何学工（1968-），男，高级工程师。研究方向：机轮刹车系统。