刹车控制器刹车压力输出异常故障分析

田琳宇，赵 君，郭警涛，王建生

(航空工业西安航空计算技术研究所,陕西 西安710065)

0 引言

刹车系统是飞机的一个不可或缺的子系统,在飞机起飞和安全着陆时起着至关重要的作用。刹车系统性能的好坏直接影响到飞机及机载人员的安全。因此,要求刹车系统必须安全、反应迅速以确保飞机安全刹车。

飞机机轮刹车系统由正常刹车系统和应急刹车系统组成,其中正常刹车系统为数字电传刹车系统,由第II液压系统供压,具备脚蹬刹车、起飞线刹车、收起落架刹车、防滑功能、起飞线刹车保护、接地保护等功能;应急刹车系统由第I液压系统供压,采用机械制动方式,不具备防滑功能。刹车控制器(包括A通道和B通道)实现防滑系统工作状态监测,刹车系统工作状态监测,刹车压力上报,刹车控制,防滑控制,维护监测等功能[1]。

本文主要就刹车控制器中在试车中遇到的刹车压力输出异常的故障模式进行故障定位及分析,并对电路进行改进。

1 故障描述及定位

飞机进行发动机试车,在使用应急刹车时,发动机开车10 min后,左侧刹车压力上升至10 MPa左右,超出了刹车系统压力过大故障判断门限(9 MPa)且持续1s以上,同时报出了“A通道左压力输出故障”、“刹车A通道故障”故障信息。故障时,刹车系统根据双余度会切换至B通道,应急刹车压力下降至正常范围。除此之外,故障发生时,飞参RT数据中无刹车指令及刹车电流输出。

1.1 刹车电流输出电路

刹车控制器刹车电流输出电路由静态电流输出、伺服阀[2-3]驱动电路组成,具体原理如图1所示。

图1 刹车电流输出电路原理

静态电流输出电路为输出固定电压,经过二极管后输出Ui至伺服阀驱动电路。伺服阀驱动电路主要功能为将电压信号转换为电流信号,用于驱动液压伺服阀工作。Ui通过伺服阀驱动电路转换为液压伺服阀静态电流值I0(约1 mA)。1 mA静态电流再输出至左、右伺服阀线圈,图中使用R12模拟伺服阀线圈。

根据运放的虚短和虚断原理有:

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(1)

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(2)

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(3)

若有R4=R5,R6=R7,则Ui与I0的关系为:

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(4)

1.2 故障定位

刹车系统正常工作期间,刹车控制器中,A通道为输出通道,B通道待机。此时,B通道输出为静态电流值。故障发生后,排查发现B通道刹车控制器输出了异常的刹车电流,导致液压伺服阀输出了异常的刹车压力。B通道刹车控制器输出了异常的刹车电流排除软件问题以及焊接问题,进一步定位电路原理故障。

首先,由于故障发生时A通道切换至B通道故障消失,若静态电流输出电路工作异常输出,输出电压增大,则系统输出切换至B通道工作后,静态电路输出电压仍起控制作用,刹车压力应该保持故障状态刹车状态,与故障现象不符因此排除静态电流输出电路故障。

进一步排查伺服阀驱动电路。发现在机上进行故障复现时,发动机开车时间长,温度升高导致伺服阀线圈阻值变大,伺服阀正端电压从静态值缓慢上升至11 V左右保持不变,伺服阀驱动电路输入端电压值与伺服阀线圈电压值相同,驱动电路输入端异常。伺服阀正端电压值会影响伺服阀驱动电路。因此,故障定位在伺服阀驱动电路工作异常。

经检查,伺服阀驱动电路自身工作正常,各元器件均无故障。分析伺服阀正端电压对驱动电路的影响。当油液温度升高,伺服阀线圈电阻随之增大,伺服阀线圈正端对伺服阀驱动电路输入端的反馈电压增大,线圈阻值增大到一定程度时,反馈电压接近静态电路输出电压Ui,开关二极管V1处于截止状态,伺服阀驱动电路输入端呈现高阻态。驱动电路D1的正端电压仅受伺服阀线圈电压反馈影响,近似等于伺服阀线圈正端电压,D1正端输入电压高于负端输入电压,D1输出高电平,控制后端三极管输出饱和电流,使伺服阀线圈正端电压值上升至大于11V。刹车压力受伺服阀驱动电流异常影响而增大,增大至大于刹车系统压力过大报故门限,系统报出“A通道故障”、“A通道左压力输出故障”。

综上所述,故障是由伺服阀线圈阻值增大,使二极管V1截止,伺服阀驱动电路输入电压Ui呈现高组态造成的。

2 故障解决方案

经上述分析,怀疑是由伺服阀线圈阻值随温度升高而增大,造成Ui输入为高阻状态。因此,在Ui处增加10 kΩ的下拉电阻, 避免伺服阀驱动电路输入端因伺服阀线圈反馈电压影响而进入高阻态。对改进前后的电路进行仿真,图1中R12为模拟伺服阀线圈阻值,在伺服阀线圈阻值200 Ω情况下,伺服阀驱动电路输出静态电流约为1 mA。模拟伺服阀线圈阻值受热阻值上升情况,逐步增大R12阻值,左阀电压随R12阻值变化情况如表1,图2。

表1 阀电压随伺服阀线圈阻值变化表

图2 阀电压随伺服阀线圈阻值变化

经仿真改进前,阀电压在阻值增大到一定程度时会有大幅升高,即在电阻大于215 Ω时,阀电压为10.424,此时故障出现,改进后阀电压一直稳定,并不会出现突变,电路故障消失。证实,增加下拉电阻有效解决了该故障。

将更改落实到产品,进行多项试验验证和机上验证,刹车系统工作正常,无故障报出。

3 总结

本文针对刹车控制器的机上故障现象进行分析,并经试验排查,将故障定位至伺服阀驱动电路。即刹车系统装机使用时,伺服阀线圈电阻阻值会随环境温度升高而增大,伺服阀线圈正端对伺服阀驱动电路输入端的反馈电压增大,增大到一定程度时,伺服阀驱动电路输入端呈现高阻态,导致三极管异常输出饱和电流,导致系统压力异常上升,A通道报压力过大故障。针对该问题实行增加下拉电阻的解决措施,经试验验证,该改进措施能够有效避免故障发生。