一種基于飛機雙余度輪速傳感器的輪速采集處理方法

李興智　劉逸涵　劉衛(wèi)華　林清

【摘要】 ? ?介紹了一種針對有源的飛機雙余度輪速傳感器的輪速采集處理方法，通過對飛機雙余度的輪速傳感器供電電壓和電流的范圍判斷實現(xiàn)輪速傳感器供電檢測，在輪速傳感器無故障的前提下進行輪速信號采集，將輪速信號值換算為實際物理值，對輪速進行濾波和野點消除;結(jié)合飛機主輪載狀態(tài)和飛機地速進行左主、左備、右主、右備輪速的狀態(tài)監(jiān)控和報故，最終實現(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輪轉(zhuǎn)動信號、結(jié)合飛機狀態(tài)和飛機系統(tǒng)指令調(diào)整剎車輸出壓力來實現(xiàn)飛機安全減速。機輪轉(zhuǎn)動信號經(jīng)計算轉(zhuǎn)換和處理后變?yōu)闄C輪轉(zhuǎn)動速度，簡稱輪速，輪速作為剎車控制的重要輸入，影響到飛機減速過程的穩(wěn)定和安全。余度設(shè)計在飛機系統(tǒng)的設(shè)計中十分普遍，合理有效的余度設(shè)計可提高產(chǎn)品安全性、任務(wù)可靠性和生存能力的重要設(shè)計方法。因此使用雙余度輪速傳感器進行輪速獲取并采用合理可靠的輪速處理方法對飛機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機輪的旋轉(zhuǎn)量轉(zhuǎn)換為可直接計量的信號量。轉(zhuǎn)速測量常用的方式有光電式、電渦流式和電磁式等[4]。綜合考慮價格、可靠性、抗干擾性等方面，電磁式輪速傳感器具備優(yōu)勢較大，因此電磁式輪速信號的采集在汽車行業(yè)、飛機工業(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的電源供電。

本文中飛機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采集的防滑剎車控制中，輪速傳感器[2]的故障可簡單分為輪速傳感供電故障和輪速傳感器的信號故障，任何一個故障發(fā)生后均認為輪速傳感器故障，在雙余度飛機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)來確認輪速信號選取的。

二、輪速傳感器供電檢

雙余度輪速采集是指在同一機輪上同時安裝兩個輪速傳感器用來采集同一個輪速信號，以飛機兩側(cè)各一個機輪為例，在飛機每側(cè)機輪各安裝兩個輪速傳感器，安裝在左機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，安裝在右機輪的輪速傳感器右主輪速傳感器和右備輪速傳感器。四個輪速傳感器的為同型號的輪速傳感器，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，因此四個輪速傳感器的供電檢測方法和檢測內(nèi)容一致。四個輪速傳感器均安裝有供電電壓和供電電流的AD采集電路，針對輪速采集處理的處理器則會實時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際電流值。

3.實時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)，則當前輪速傳感器供電異常，否則，當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)的時間大于200ms，則設(shè)置“當前輪速傳感器供電狀態(tài)”為故障。

5.按照a、b項的檢測內(nèi)容分別對左主輪速傳感器、左備輪速傳感器、右主輪速傳感器和右備輪速傳感器進行供電狀態(tài)檢測和故障記錄。

輪速傳感器供電狀態(tài)實時進行監(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行濾波處理。

三、輪速的計算

輪速的計算是指將輪速傳感器采集的信號量換算為飛機機輪旋轉(zhuǎn)的實際物理量。根據(jù)機輪半徑R、輪速傳感器分辨率P（P脈沖/轉(zhuǎn)）、傳感器計數(shù)周期T（單位為ms）、采集的輪速完整波形個數(shù)n進行物理速度的換算和濾波[3]兩項內(nèi)容。其具體方法如下：

1.計算當前拍輪速：根據(jù)公式1進行計算得到工程量為km/h的輪速V;

（1）

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

四、輪速傳感器的信號檢測

輪速傳感器信號檢測是一種結(jié)合飛機系統(tǒng)下發(fā)的飛機地速對輪速信號是否正常進行判斷的一種檢測方式，其檢測是在地面且在滑跑狀態(tài)下進行檢測的，輪速傳感器信號的檢測方法如下：

1.地面狀態(tài)判斷：在左和右主輪載連續(xù)同時接地時間≥2.5s后，飛機為地面狀態(tài)，否則為非地面狀態(tài)。使用飛機狀態(tài)數(shù)據(jù)中的左和右主輪載，若該信號無效，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，飛機狀態(tài)數(shù)據(jù)中的飛機地速在規(guī)定[Vmin，Vmax]范圍內(nèi)（不同飛機該范圍不同）為滑跑狀態(tài);

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

4.如果左主輪速傳感器信號狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時間大于或等于10個剎車周期，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狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時間大于或等于個剎車周期，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狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時間大于或等于個剎車周期，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狀態(tài)連續(xù)處于故障狀態(tài)的時間大于或等于個剎車周期，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。

輪速傳感器信號的檢測流程如圖1所示。

五、雙余度輪速信號選取

雙余度輪速信號選取的基本原則就是當某一輪速傳感器故障后，若雙余度設(shè)計中的另外一個輪速傳感器在正常狀態(tài)，則故障將不會影響剎車系統(tǒng)的運行。由于考慮到飛機剎車系統(tǒng)剎車頻次低，單次剎車時間相對較長且可靠性要求較高，所以一旦確定某一輪速傳感器故障后則認為該傳感器永久故障，故障不可恢復。

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輪速傳感器的故障裝狀態(tài)或者是輪速故障計數(shù)值選取的，設(shè)A、和B為飛機一側(cè)的一個雙余度輪速傳感的兩個輪速傳感器單元，NA和NB分別為A和B兩個輪速傳感器單元的瞬時故障計數(shù)，Nmax為連續(xù)故障次數(shù)的門限（兩個輪速傳感器單元均無故障即認為NA和NB均未超過連續(xù)故障次數(shù)的門限Nmax，當NA或者NB超過故障次數(shù)門限Nmax后認為該輪速傳感器單元發(fā)生故障），兩個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）：向上位機上傳發(fā)生輪速傳感器故障信息。

六、結(jié)束語

本文針對一種基于有源輪速傳感器的飛機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和故障的連續(xù)確認后記錄供電故障信息，然后將輪速信息換算為機輪速度后結(jié)合飛機地速信息進行信號檢測，判斷出輪速傳感器的信號故障;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

[1] 張慶利，孔文秦，彭波，張濤，徐方舟.基于滑模變結(jié)構(gòu)電驅(qū)動防滑剎車控制系統(tǒng)設(shè)計[J].高技術(shù)通訊，2019，29（3）257-265

[2] 李欣玉，梁品. 輪速傳感器概述及可靠性測試方法研究[J].汽車電器，2016，（8）55-57

[3] 劉金龍，黃賢丞，輪速傳感器類型及信號處理[J].傳感器世界2018，24（20）：20-25

[4] ?厲樸 ，宋健，于良耀 . ABS 輪速信號抗干擾處理方法[J].汽車技術(shù)，2001（ 5） ：15 - 17.

李興智（1984—） ，男，工程師。研究方向：計算機設(shè)計與應(yīng)用。