李興智　劉逸涵　劉衛(wèi)華　林清

【摘要】 ? ?介紹了一種針對(duì)有源的飛機(jī)雙余度輪速傳感器的輪速采集處理方法，通過對(duì)飛機(jī)雙余度的輪速傳感器供電電壓和電流的范圍判斷實(shí)現(xiàn)輪速傳感器供電檢測(cè)，在輪速傳感器無故障的前提下進(jìn)行輪速信號(hào)采集，將輪速信號(hào)值換算為實(shí)際物理值，對(duì)輪速進(jìn)行濾波和野點(diǎn)消除;結(jié)合飛機(jī)主輪載狀態(tài)和飛機(jī)地速進(jìn)行左主、左備、右主、右備輪速的狀態(tài)監(jiān)控和報(bào)故，最終實(shí)現(xiàn)輪速的選取。使用該方法，可有效提高剎車控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

【關(guān)鍵詞】 ? ?雙余度 ? ?輪速傳感器 ? ?濾波

引言：

剎車控制[1]是飛機(jī)著陸滑跑分系統(tǒng)的核心控制環(huán)節(jié);其功能是采集輪速傳感器反饋的機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)、結(jié)合飛機(jī)狀態(tài)和飛機(jī)系統(tǒng)指令調(diào)整剎車輸出壓力來實(shí)現(xiàn)飛機(jī)安全減速。機(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)經(jīng)計(jì)算轉(zhuǎn)換和處理后變?yōu)闄C(jī)輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，簡(jiǎn)稱輪速，輪速作為剎車控制的重要輸入，影響到飛機(jī)減速過程的穩(wěn)定和安全。余度設(shè)計(jì)在飛機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中十分普遍，合理有效的余度設(shè)計(jì)可提高產(chǎn)品安全性、任務(wù)可靠性和生存能力的重要設(shè)計(jì)方法。因此使用雙余度輪速傳感器進(jìn)行輪速獲取并采用合理可靠的輪速處理方法對(duì)飛機(jī)的安全剎車控制起到了至關(guān)重要的作用。

一、輪速傳感器類型

輪速傳感器是將飛機(jī)機(jī)輪的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為可直接計(jì)量的信號(hào)量。轉(zhuǎn)速測(cè)量常用的方式有光電式、電渦流式和電磁式等[4]。綜合考慮價(jià)格、可靠性、抗干擾性等方面，電磁式輪速傳感器具備優(yōu)勢(shì)較大，因此電磁式輪速信號(hào)的采集在汽車行業(yè)、飛機(jī)工業(yè)等方面應(yīng)用較為廣泛。電磁式輪速傳感器可劃分為有源輪速傳感器和無源輪速傳感器，顧名思義，有源輪速傳感器需要外部提供電源供電方可正常工作，而無源輪速傳感器則無需單獨(dú)的電源供電。

本文中飛機(jī)上所采用的雙余度輪速傳感器則屬于有源輪速傳感器，因此本文中基于與雙余度輪速傳感器信號(hào)采集的防滑剎車控制中，輪速傳感器[2]的故障可簡(jiǎn)單分為輪速傳感供電故障和輪速傳感器的信號(hào)故障，任何一個(gè)故障發(fā)生后均認(rèn)為輪速傳感器故障，在雙余度飛機(jī)輪速采集處理過程中，剎車控制輸入中使用的輪速則是依據(jù)輪速傳感器的故障狀態(tài)來確認(rèn)輪速信號(hào)選取的。

二、輪速傳感器供電檢

雙余度輪速采集是指在同一機(jī)輪上同時(shí)安裝兩個(gè)輪速傳感器用來采集同一個(gè)輪速信號(hào)，以飛機(jī)兩側(cè)各一個(gè)機(jī)輪為例，在飛機(jī)每側(cè)機(jī)輪各安裝兩個(gè)輪速傳感器，安裝在左機(jī)輪的輪速傳感器分別為左主輪速傳感器和左備輪速傳感器，安裝在右機(jī)輪的輪速傳感器右主輪速傳感器和右備輪速傳感器。四個(gè)輪速傳感器的為同型號(hào)的輪速傳感器，其差別僅在于安裝位置的不同，其結(jié)構(gòu)、供電特性完全一致，因此四個(gè)輪速傳感器的供電檢測(cè)方法和檢測(cè)內(nèi)容一致。四個(gè)輪速傳感器均安裝有供電電壓和供電電流的AD采集電路，針對(duì)輪速采集處理的處理器則會(huì)實(shí)時(shí)獲取到各傳感器的供電電壓和電流的碼值。因輪速傳感器的型號(hào)差異，本文中輪速傳感器的額定供電電壓12V，供電電流范圍為50mA～100mA的為例，具體檢測(cè)內(nèi)容和方法如下：

1.分別將AD采集端采集的左主輪速傳感器、左備輪速傳感器、右主輪速傳感器和右備輪速傳感器供電電壓碼值換算為實(shí)際電壓值。

2.分別將AD采集端采集的左主輪速傳感器、左備輪速傳感器、右主輪速傳感器和右備輪速傳感器供電電流碼值換算為實(shí)際電流值。

3.實(shí)時(shí)判斷輪速傳感器供電狀態(tài)：如果輪速傳感器供電小于11V或者大于13.0V或者電流不在[50，100]mA范圍之內(nèi)，則當(dāng)前輪速傳感器供電異常，否則，當(dāng)前周期輪速傳感器供電為正常狀態(tài)。

4.輪速傳感器供電故障判斷：如果輪速傳感器供電連續(xù)處于異常狀態(tài)的時(shí)間大于200ms，則設(shè)置“當(dāng)前輪速傳感器供電狀態(tài)”為故障。

5.按照a、b項(xiàng)的檢測(cè)內(nèi)容分別對(duì)左主輪速傳感器、左備輪速傳感器、右主輪速傳感器和右備輪速傳感器進(jìn)行供電狀態(tài)檢測(cè)和故障記錄。

輪速傳感器供電狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，為排除噪聲等偶發(fā)因素的干擾，輪速傳感器故障判斷必須進(jìn)行濾波處理。

三、輪速的計(jì)算

輪速的計(jì)算是指將輪速傳感器采集的信號(hào)量換算為飛機(jī)機(jī)輪旋轉(zhuǎn)的實(shí)際物理量。根據(jù)機(jī)輪半徑R、輪速傳感器分辨率P（P脈沖/轉(zhuǎn)）、傳感器計(jì)數(shù)周期T（單位為ms）、采集的輪速完整波形個(gè)數(shù)n進(jìn)行物理速度的換算和濾波[3]兩項(xiàng)內(nèi)容。其具體方法如下：

1.計(jì)算當(dāng)前拍輪速：根據(jù)公式1進(jìn)行計(jì)算得到工程量為km/h的輪速V;

（1）

2.濾波處理：對(duì)輪速采取平滑濾波方式濾波即取最近五個(gè)周期的輪速取平均值后得到當(dāng)前輪速傳感器采集的輪速。

四、輪速傳感器的信號(hào)檢測(cè)

輪速傳感器信號(hào)檢測(cè)是一種結(jié)合飛機(jī)系統(tǒng)下發(fā)的飛機(jī)地速對(duì)輪速信號(hào)是否正常進(jìn)行判斷的一種檢測(cè)方式，其檢測(cè)是在地面且在滑跑狀態(tài)下進(jìn)行檢測(cè)的，輪速傳感器信號(hào)的檢測(cè)方法如下：

1.地面狀態(tài)判斷：在左和右主輪載連續(xù)同時(shí)接地時(shí)間≥2.5s后，飛機(jī)為地面狀態(tài)，否則為非地面狀態(tài)。使用飛機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)中的左和右主輪載，若該信號(hào)無效，則設(shè)為接地（地面）狀態(tài);

2.滑跑狀態(tài)判斷：確定為地面狀態(tài)時(shí)，飛機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)中的飛機(jī)地速在規(guī)定[Vmin，Vmax]范圍內(nèi)（不同飛機(jī)該范圍不同）為滑跑狀態(tài);

3.飛機(jī)地速與輪速差值大于Vx（不同飛機(jī)差值）則當(dāng)前周期輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)為故障狀態(tài)，否則，當(dāng)前周期輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)為正常狀態(tài);

4.如果左主輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時(shí)間大于或等于10個(gè)剎車周期，則設(shè)置“左主輪速傳感器故障”為故障狀態(tài);

5.如果左備輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時(shí)間大于或等于個(gè)剎車周期，則設(shè)置“左備輪速傳感器故障”為故障狀態(tài);

6.如果右主輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時(shí)間大于或等于個(gè)剎車周期，則設(shè)置“右主輪速傳感器故障”為故障狀態(tài);

7、如果右備輪速傳感器信號(hào)狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時(shí)間大于或等于個(gè)剎車周期，則設(shè)置“右備輪速傳感器故障”為故障狀態(tài);

8、左主輪速傳感器且左備輪速傳感器故障則左主輪速傳感器故障;

9、右主輪速傳感器且右備輪速傳感器故障則右主輪速傳感器故障。

輪速傳感器信號(hào)的檢測(cè)流程如圖1所示。

五、雙余度輪速信號(hào)選取

雙余度輪速信號(hào)選取的基本原則就是當(dāng)某一輪速傳感器故障后，若雙余度設(shè)計(jì)中的另外一個(gè)輪速傳感器在正常狀態(tài)，則故障將不會(huì)影響剎車系統(tǒng)的運(yùn)行。由于考慮到飛機(jī)剎車系統(tǒng)剎車頻次低，單次剎車時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)且可靠性要求較高，所以一旦確定某一輪速傳感器故障后則認(rèn)為該傳感器永久故障，故障不可恢復(fù)。

作為防滑剎車控制的輸入數(shù)據(jù)，輪速的選取主要是依照每個(gè)輪速傳感器的故障裝狀態(tài)或者是輪速故障計(jì)數(shù)值選取的，設(shè)A、和B為飛機(jī)一側(cè)的一個(gè)雙余度輪速傳感的兩個(gè)輪速傳感器單元，NA和NB分別為A和B兩個(gè)輪速傳感器單元的瞬時(shí)故障計(jì)數(shù)，Nmax為連續(xù)故障次數(shù)的門限（兩個(gè)輪速傳感器單元均無故障即認(rèn)為NA和NB均未超過連續(xù)故障次數(shù)的門限Nmax，當(dāng)NA或者NB超過故障次數(shù)門限Nmax后認(rèn)為該輪速傳感器單元發(fā)生故障），兩個(gè)輪速傳感器選取原則如下：

1.主和備輪速傳感器均無故障（NA

2.主和備輪速傳感器一個(gè)有故障（NA≥Nmax且NB

3、主和備輪速傳感器均故障（NA≥Nmax且NB≥Nmax）：向上位機(jī)上傳發(fā)生輪速傳感器故障信息。

六、結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)一種基于有源輪速傳感器的飛機(jī)雙余度輪速傳感器輪速采集方式開展研究，首先通過輪速傳感器的供電檢測(cè)和故障的連續(xù)確認(rèn)后記錄供電故障信息，然后將輪速信息換算為機(jī)輪速度后結(jié)合飛機(jī)地速信息進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)，判斷出輪速傳感器的信號(hào)故障;最后結(jié)合所記錄的各路傳感器故障信息選取合適的輪速數(shù)據(jù)作為防滑剎車控制的輪速輸入數(shù)據(jù)，使用該方法，可有效提高剎車控制系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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李興智（1984—） ，男，工程師。研究方向：計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)與應(yīng)用。