用于车辆制动系统的防滑控制单元和数据采集系统的制作方法

专利名称：用于车辆制动系统的防滑控制单元和数据采集系统的制作方法
技术领域：
0001本发明一般涉及车辆制动系统，更具体地是涉及控制车辆车
轮减速以及采集车辆制动系统运行相关信息的防滑系统。
背景技术：
0002在商业及大型涡轮飞机上己有防滑制动系统，着陆时辅助飞 机的减速。现代防滑系统一般通过适应跑道状况及影响制动的其他因 素来使减速最大化，相应飞行员所选制动压力等级优化制动效率。在 传统防滑制动系统中，飞行员一般通过计量阀来实施制动。 一旦车轮 制动压力达到打滑等级时，如探测到打滑开始时，防滑控制系统启动。
0003防滑控制系统的电子控制子系统一般与各种其他飞机电子系 统一起位于飞机的电子装备舱中。尽管距离起落架较远， 一般防滑控 制系统依靠起落架中的传感器的测量值运行。 一种传感器是车轮速度 变换器。车轮速度变换器提供了指示车轮速度的信号。车轮速度变换 器的测量值通过复杂且较长的飞机电线网络输送至防滑控制系统，由 防滑控制单元处理产生车轮速度信号。进一步处理车轮速度信号来控 制位于计量阀下游的防滑阀。
0004其他传感器可位于起落架内，辅助防滑控制过程。例如，可 使用加速度计调整防滑控制系统的参考速度，使参考速度不受起落架 走步或轮架俯仰引起的车轮速度变动的影响。除有关防滑控制系统的 传感器外，另外的传感器如制动温度传感器、轮胎压力传感器和扭矩 传感器也可位于起落架中。这些传感器提供的测量值有利于分析起落 架组件状况以确定如轮胎磨损度与制动块磨损度。这些传感器的测量 值在监控飞行员表现中也很有用。例如，可根据制动温度与轮胎扭矩 数据推测某特定飞行员的着陆表现。所有这些数据在监控制动系统和 起落架组件的寿命周期并评估运行成本中很有用。0005这些传感器提供的数据一般被记录在位于电子装备舱距车轮 相当距离的数据集中器中。这样，传感器的数据也必须经过较长的飞 机电线网络。对于从传感器至防滑控制单元、数据集中器的电线较长 长度需求增加了飞机的成本与重量。采集数据集中器的数据要求访问 电子装备舱的数据输出总线。这对于起落架维护机务人员常常很不方 便，因为数据集中器距离起落架本身较远。
0006因此，本领域技术人员己经认识到需要提供对复杂和较长飞 机布线依赖较少且着陆架维护人员更易访问的防滑控制系统和数据集 中器。本发明满足了这些及其他需要。

发明内容
0007简要并概括地说，本发明是要提供移动车辆的轴上车轮的运 行相关信息的采集系统。该系统包括与轴相联并安装在轴内或轴外侧 的处理器。该系统还包括可向处理器提供车轮速度数据的车轮速度变 换器。数据集中器也可位于轴内或轴外侧，可存储一段时间内的车轮 速度数据。该系统还包括从数据集中器下载包括车轮速度数据的运行 信息的装置。
0008在本发明的详细方面，车轮速度变换器包括与车轮相联的磁 性装置以及与轴相联的传感器装置。传感器装置可感应磁性装置旋转 产生的磁场，并向处理器输出信号。这样，旋转与固定部件不用直接 接触，系统就能探测到车轮速度。磁性传感器的输出信号是车轮速度 数据信号。处理器使用这些信号来执行防滑控制功能。通过将防滑处 理器设置在轴上，而不是在电子装备舱中，且靠近车轮速度变换器， 本发明消除了变换器与处理器之间大量飞机布线的需求，从而大幅减 少了防滑控制系统成本和重量。
0009本发明的另一详细方面，该系统包括一个或多个传感器，用 于向处理器提供附加运行数据存储在数据集中器中。例如，可包括轮 胎压力传感器以提供轮胎压力数据。该轮胎压力传感器可包括一端具 有与轮胎内部通信或连通的压力传感器、另一端具有发射天线用于发 射压力传感器信号的发射装置。传感器还可包括与处理器通信、可接收来自发射天线的信号的接收装置。在更详细的方面，发射装置与轴 相联而接收装置与车轮相联。这样使用发射器与接收器对可允许数据 从旋转的车轮传送至固定轴内的处理器。其他可与系统一起使用的传 感器包括制动温度传感器与制动扭矩传感器。再次，通过将处理器设 置在轴上靠近压力、温度及扭矩传感器，本发明消除了传感器与处理 器之间大量飞机布线的需求，从而大幅减少了系统成本和重量。
0010另一方面，从数据集中器下载运行信息的装置包括车轮处的
接收天线和轴处的发射天线。发射天线与数据集中器通信并向与数据 端口通信的接收天线发射运行信息数据。数据端口可连接外部装置以 下载来自数据集中器的数据。直接访问车轮处的运行信息数据使数据 采集更有效且更方便。
0011参照以下详细说明与通过示例说明本发明特点的附图，本发
明的这些及其他方面以及优点将很清楚。


0012图1是根据本发明配置的车辆防滑系统的方块示意图，包括 车辆轴处的防滑控制单元和用于存储系统运行数据的数据集中器。
0013图2是车辆轮胎和轴的内部方块图，示出了图1的防滑控制 单元的配置，包括采集车轮运行有关数据的各种传感器；以及
0014图3是防滑控制功能及结合于图1和图2的防滑控制单元中 各种其他传感器功能的方块示意图。
具体实施例方式
0015现参照附图，其中相同数字指相同或相应部件，现特别参照 图l，示出了根据本发明配置的防滑系统IO的方块示意图。虽然在飞 机起落架中示出，但系统10的使用不限于飞机，也可用于其他如火车、 卡车或汽车等非飞机的车辆。
0016如图1所示，防滑系统IO包括左外防滑单元12、左内防滑单 元14、右内防滑单元16以及右外防滑单元18。各防滑单元12、 14、 16和18与飞机起落架的四个车轮20、 22、 24和26之一相联。防滑单
10元12、 14、 16和18的详情如下。防滑系统10也包括左右外防滑阀28、 30和左右内防滑阀32、 34。防滑阀28、 30、 32和34分别接收来自它 们各自防滑单元12、 14、 16和18的控制信号36a。基于控制信号36a， 防滑阀28、 30、 32和34，与左右飞行员计量阀29、 31—起运行，控 制相联车轮20、 22、 24、 26的减速。左右飞行员计量阀29、 31由左 右飞行员踏板33、 35和副飞行员踏板37、 39控制。虽然所示使用了 液压制动系统，防滑系统也可与电子制动系统一起使用。
0017系统10还包括左右备用防滑阀38、 40。备用防滑阀38、 40 安装于独立的液压系统，在正常制动液压系统失效时，控制制动压力。 如果正常制动系统失效，备用制动系统启动。左备用防滑阀38接收来 自各左侧防滑单元12、 14的控制信号36b，而右备用防滑阀40接收来 自各左侧防滑单元16、 18的控制信号36b。左右28直流电源(未示出) 为左右防滑单元12、 14、 16和18供电。左右防滑单元12、 14、 16和 18向正常与备用防滑阀发射同一防滑阀指令。
0018防滑系统10还包括一个或多个数据集中器48、 52。数据集中 器48、 52包括被配置来采集并存储来自防滑单元12、 14、 16和18的 车轮运行信息的存储器装置。在一配置中，系统10包括采集并存储来 自左防滑单元12、 14的数据的左数据集中器48与采集并存储来自右 防滑单元16、 18的数据的右数据集中器52。数据集中器48、 52分别 经各自数据总线50、 54连接防滑单元12、 14、 16和18，并分别经各 自数据总线44、 46连接车辆信息系统42。存储于数据集中器48、 52 的数据可经过信息系统42获取。或者，如下进一步详述，也可经过位 于车轮内的数据端口访问数据。
0019在本发明的优选实施例中，数据集中器48、52与防滑单元12、 14、 16和18 —起位于轴56内。尽管图1中与防滑单元12、 14、 16 和18分离，数据集中器48、 52可结合于左右防滑单元之一内。例如， 左数据集中器48可位于左外防滑单元12内，而右数据集中器可位于 右外防滑单元18内。将数据集中器设置在外防滑单元12、 18内使得 可通过左右外车轮20、 26上的数据端口方便地访问数据。
0020参照图2，各防滑单元12、 14、 16、 18与飞机起落架的轴56相联。对于具有空心轴56的起落架，防滑单元12、 14、 16、 18可被 安装在轴内。或者，对于实心轴(未示出)，防滑单元12、 14、 16、 18可被安装在轴的外侧，封入密封的箱子内。各防滑单元12、 14、 16 和18内装有微型处理器58，可提供以下参照图3所述防滑控制功能和 数据采集功能。
0021继续参照图2，各防滑单元12、 14、 16和18内还装有传感器 60，用于感应位于车轮毂盖64内旋转的磁性装置62的磁场。磁性装 置62和传感器60形成了车轮速度变换器65，如转让给Eldec公司的、 名为《位置指示系统》的美国专利第6,690,159号，其全文结合于此以 供参考。旋转的磁性装置62和固定的传感器60之间不必直接接触， 车轮速度变换器65就可探测车轮速度并提供微型处理器58的防滑控 制功能所需的车轮速度数据。
0022参照图3，车轮速度变换器65的输出被输入速度转换器66 并转换为旋转车轮速度数据。在速度比较器68中将速度转换器66的 输出与所需参考速度进行比较，生成指示来自各制动轮的车轮速度信 号与参考速度信号82间差异的车轮速度误差信号。速度比较器68的 输出被称为滑动速度或速度误差(e)。速度误差信号由压力偏置调节 控制装置(PBM)积分器70、瞬态控制装置72以及校正网络74调整， 其输出由求和点76求和，提供防滑控制信号36a、 36b。防滑控制信号 36a、 36b被输入相关防滑阀28、 30、 32和34以及备用防滑阀38、 40， 从而控制车辆的减速。防滑控制信号36a、 36b也可被输入数据采集器 /询问器78，数据采集器/询问器78再将控制数据传送至数据集中器48、 52存储。
0023数据采集器/询问器78被编程为，使其通过查询一定时间内如 飞机起飞与着陆期间内的速度转换器66来采集车轮速度有关数据，并 将数据加上时间戳，再将其传送至数据集中器48、 52存储。将数据记 录为时间函数时，单元保持制动系统、起落架组件和飞行员表现的起 飞、着陆特征记录。例如，在起飞时，数据提供飞机加速度率的指示， 同样，在着陆时，提供飞机减速度率的指示。
0024在本发明的另一实施例中，防滑单元12、 14、 16和18包括
12测量轴的加速度率的加速度计80。来自加速度计80的信号被用于使防 滑速度参考82 (图3)不受起落架走步和轮架俯仰引起的车轮速度变 动的影响。来自加速度计80的数据也可被输入数据采集器/询问器78。
0025再次参照图2，各车轮均有制动轮86且在本发明的另一实施 例中，制动扭矩传感器84连接各制动轮86。在优选实施例中，传感器 84为线性应变计，可来自各种不同来源。制动扭矩传感器84生成指示 施加于车轮上制动扭矩的数据。传感器84直接接线至防滑单元12、 14、 16和18并接收来自单元的电子电流激励。传感器84持续向单元输出 扭矩数据以存储于数据集中器48、 52。防滑单元微型处理器58包括转 换来自扭矩传感器84的数据为制动扭矩信号的扭矩转换器92 (图3 )。
0026在本发明的另一实施例中，系统包括轮胎压力传感器94。在 一配置中，压力传感器94为无线、无源表面声波(SAW)传感器94。 轮胎压力传感器94的传感器端96位于轮胎98内，提供指示轮胎内气 压的数据。该数据经过位于毂盖64内发射天线88发射的射频(RF) 脉冲传送至防滑单元12、 14、 16和18。防滑单元12、 14、 16和18 内的接收天线卯接收数据并将数据传送至压力转换器100 (图3)， 压力转换器100将数据转换为压力数据。数据采集器/询问器78查询压 力传感器94以采集压力数据存储于数据集中器48、 52。压力传感器 94的查询通过将射频信号从单元12、 14、 16和18发射至压力传感器 94发生。射频信号启动轮胎压力传感器94。
0027在另一配置中，压力传感器94包括无线、无源专用集成电路 (ASIC) 。 ASIC附在电容性隔膜以感应轮胎压力。来自数据采集器/
询问器78的询问脉冲提供了运行ASIC以感应轮胎压力并通过发射天
线88将信号返回至询问器所必须的电源。
0028在本发明的另一实施例中，系统包括制动温度传感器102。温 度传感器102可为直接接线于单元12、 14、 16和18的热电偶传感器。 制动温度传感器102的传感器端位于车轮制动器86处，持续输出指示 制动器温度的数据。防滑单元12、 14、 16和18接收数据并将数据传 送至温度转换器106 (图3)，温度转换器106将数据转换为温度数据 存储于数据集中器48、 52。0029在飞机着陆期间，系统采集并记录防滑数据，包括车轮速度 变换器65的车轮速度数据、防滑阀指令信号36a和36b以及加速度计 80的轴加速度数据。系统也采集并记录压力传感器94、温度传感器102 和扭矩传感器84的数据，以及飞机用途相关数据。
0030飞机降落时，每个防滑单元12、 14、 16和18内的微型处理 器58 (图3)开始测量车轮速度数据来执行前述防滑控制功能。通过 防滑控制功能的部件、车轮速度变换器65持续测量车轮速度数据。系 统数据采集功能的部件、数据采集器/询问器78定期地或周期性地查询 速度转换器66并记录车轮速度数据(wh一sp)。例如可每分钟记录车 轮速度数据，直至飞机停止。数据采集器/询问器78也为正常和备用阀 接收各防滑控制信号(ant-skd)并记录为时间函数。
0031各车轮的轮胎压力(prs)数据由相关数据采集器/询问器78 通过定期地或周期性地査询各压力传感器94采集。扭矩(trq)和温度
(tmp)数据通过持续监控相关扭矩和温度转换器92、 106提供的扭矩 传感器84和温度传感器102的输出采集。
0032如前所述，存储于左右数据集中器48、 52中的数据可通过位 于车轮上的数据端口 108 (图2)访问。数据端口 108为射频(RF)数 据端口，包括发射天线IIO和接收天线112。来自适当左右数据集中器 48、 52的数据经过数据总线114被下载至发射天线110。数据被发射 至接收天线112并下载至外部存储器装置(未示出)，如连接于数据 端口 108的膝上型计算机硬盘驱动器。飞机制造业和航空公司可使用 系统提供的飞机运行数据来监控飞行员的操作和装备的寿命周期，从 而改进运行成本。该系统的好处之一是其可兼容于任何飞机结构，不 论是远程数据集中器、整体飞机航空电子系统或大型商业运输飞机上 常见的传统联合控制单元结构。
0033从前述中可明显看出，虽然说明描述了本发明的特殊形式， 但可对本发明作出各种修改，而不背离本发明的精神与范围。因此， 除所附权利要求外，本发明不受限制。
1权利要求
1. 一种采集移动车辆的轴上车轮运行有关的信息的系统，所述系统包括与所述轴相联的处理器；适于为所述处理器提供车轮速度数据的车轮速度变换器；存储一段时间内的车轮速度数据的数据集中器；以及用于从所述数据集中器下载包括车轮速度数据的运行信息的装置。
2. 根据权利要求1所述的系统，其中所述轴为空心的，所述处理 器位于所述轴内。
3. 根据权利要求1所述的系统，其中所述轴为空心的，所述数据 集中器位于所述轴内。
4. 根据权利要求1所述的系统，其中所述轴为实心的，所述处理 器位于所述轴之外。
5. 根据权利要求1所述的系统，其中所述轴为实心的，所述数据 集中器位于所述轴之外。
6. 根据权利要求1所述的系统，其中所述车轮速度变换器包括 与所述车轮相联的磁性装置；以及与所述轴相联的、可感应所述磁性装置产生的磁场并向所述处理 器输出信号的传感器装置。
7. 根据权利要求6所述的系统，其中所述轴为空心的，所述传感 器装置位于所述轴内。
8. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括适于为所述处理器提 供轮胎压力数据的轮胎压力传感器，其中所述运行信息包括轮胎压力。
9. 根据权利要求8所述的系统，其中所述轮胎压力传感器包括 发射装置，其一端具有一个与所述轮胎内部连通的压力传感器，另一端具有一个用于发射压力传感器信号的发射天线；以及接收装置，其与所述处理器通信，并适于接收来自所述发射天线 的信号。
10. 根据权利要求9所述的系统，其中所述压力传感器包括无源表 面声波传感器。
11. 根据权利要求8所述的系统，其中所述轮胎压力传感器包括 发射装置，其一端具有与所述轮胎的内部连通的电容性隔膜，并且具有输入端连接到所述隔膜的无源专用集成电路ASIC，以及连接到 所述ASIC的输出端的用于发射所述ASIC输出的压力传感器信号的发 射天线；以及接收装置，其与处理器通信并适于接收来自所述发射天线的信号。
12. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括适于为所述处理器提 供制动温度数据的制动温度传感器，其中所述运行信息包括所述温度 数据。
13. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括适于为所述处理器提 供制动扭矩数据的制动扭矩传感器，其中所述运行信息包括所述扭矩 数据。
14. 根据权利要求1所述的系统，进一步包括适于为所述处理器提 供加速度数据的加速度计，其中所述运行信息包括所述加速度数据。
15. 根据权利要求1所述的系统，其中所述下载装置包括.-发射装置，其与所述处理器和存储装置通信；以及 接收装置，其与数据总线连接器通信并适于接收来自所述发射装置的信号。
16. 根据权利要求15所述的系统，其中所述发射装置与所述轴相联。
17. 根据权利要求15所述的系统，其中所述接收装置与所述车轮 相联。
18. —种采集与移动车辆的轴上车轮运行有关的信息的系统，所述 车轮上安装有一个磁性装置，所述系统包括与所述轴相联的处理器；传感器装置，其与所述轴相联，并适于感应所述磁性装置产生的 磁场，并向所述处理器输出速度信号，所述处理器适于将所述速度信 号转换为车轮速度数据；存储所述车轮速度数据的数据集中器；以及总线装置，其用于从所述数据集中器下载包括所述车轮速度数据 的运行信息。
19. 根据权利要求18所述的系统，其中所述处理器包括 速度转换器，其与所述磁性传感器通信，并适于将所述速度信号为速度数据；以及数据询问器，其适于从所述速度转换器采集速度数据，并将所述 数据传送至所述数据集中器。
20. 根据权利要求19所述的系统，其中所述数据询问器适于定期 地或周期性地采集速度数据并为所述数据加上时间戳。
21. 根据权利要求18所述的系统，进一步包括轮胎压力传感器， 其适于感应所述轮胎内的压力并向所述处理器输出压力信号。
22. 根据权利要求21所述的系统，其中所述处理器包括 压力转换器，其与所述轮胎压力传感器通信，并适于将所述压力信号转换为压力数据；以及数据询问器，其适于从所述压力转换器采集压力数据，并将所述 数据传送至所述数据集中器。
23. 根据权利要求22所述的系统，其中所述数据询问器，其适于 定期或周期性地采集压力数据，并为所述数据加上时间戳。
24. 根据权利要求18所述的系统，进一步包括扭矩传感器，其适 于感应所述车轮制动器处的扭矩，并向所述处理器输出扭矩信号。
25. 根据权利要求24所述的系统，其中所述处理器包括 扭矩转换器，其与所述扭矩传感器通信，并适于将所述扭矩信号转换为扭矩数据；以及数据询问器，其适于从所述扭矩转换器采集扭矩数据，并将所述 数据传送至所述数据集中器。
26. 根据权利要求25所述的系统，其中所述数据询问器适于定期 地或周期性地采集扭矩数据，并为所述数据加上时间戳。
27. 根据权利要求18所述的系统，进一步包括温度传感器，其适 于感应所述车轮制动器处的温度，并向所述处理器输出温度信号。
28. 根据权利要求27所述的系统，其中所述处理器包括 温度转换器，其与所述温度传感器通信，并适于将所述温度信号转换为温度数据；以及数据询问器，其适于从所述温度转换器采集温度数据，并将所述 数据传送至所述数据集中器。
29. 根据权利要求28所述的系统，其中所述数据询问器适于定期 地或周期性地采集温度数据，并为所述数据加上时间戳。
30. 根据权利要求18所述的系统，其中所述总线装置包括 接收天线，其位于所述车轮处并与数据端口通信；以及发射天线，其位于所述轴处并与所述数据集中器通信。
31. —种提供与移动车辆的轴上的车轮的运行有关的信息的方法，所述方法包括测量车轮速度、轮胎压力、制动扭矩和制动温度数据中的至少一 个数据；存储所述数据；以及 在所述车轮处提供对所述数据的访问。
32. 根据权利要求31所述的方法，其中测量车轮速度数据包括-在所述车轮的旋转部分设置一个磁性装置； 感应所述车轮旋转时所述磁性装置产生的磁场；以及 将所感应的磁场转换为车轮速度数据。
33. 根据权利要求32所述的方法，其中感应所述磁场包括将传感 器装置设置在所述车轮的轴上。
34. 根据权利要求31所述的方法，其中测量轮胎压力数据包括 在所述轮胎内设置一个压力传感器；将压力传感器数据发射至所述车轮轴处的一个处理器；以及 将所述压力传感器数据转换为压力数据。
35. 根据权利要求31所述的方法，其中测量制动扭矩数据包括 在车轮制动器处设置一个扭矩传感器； 将扭矩传感器数据输出至所述车轮轴的一个处理器；以及 将所述扭矩传感器数据转换为扭矩数据。
36. 根据权利要求31所述的方法，其中测量制动温度数据包括 在所述车轮制动器处设置一个温度传感器； 将温度传感器数据输出至所述车轮轴处的一个处理器；以及 将所述温度传感器数据转换为温度数据。
37. 根据权利要求31所述的方法，其中存储数据包括定期地或周 期性地记录车轮速度、轮胎压力、制动扭矩和制动温度数据中至少一 个的测量值。
38. 根据权利要求31所述的方法，其中在所述车轮处提供对所述 数据的访问包括在所述车轮处设置一个接收天线，所述接收天线与数据端口通信；以及从所述车轮的轴处的一个位置发射所述数据。
全文摘要
一种车轮速度变换器，其包括与车轮相联的磁性装置以及与车轮的轴相联的传感器装置，所述车轮速度变换器提供了指示车轮速度的数据。位于轴处的处理器接收并处理车轮速度数据，以执行防滑控制功能。速度数据被存储在也与轴相联的数据集中器中。各自与车轮相联的轮胎压力传感器、制动温度传感器和制动扭矩传感器向轴的处理器发射数据，存储在数据集中器中。与轴相联、与数据集中器通信的发射天线发射存储的数据至与车轮相联的接收天线。车轮处与接收天线通信的数据端口提供了外部装置的接口，以接收数据。
文档编号G01P1/16GK101427240SQ200580014518
公开日2009年5月6日 申请日期2005年5月4日 优先权日2004年5月6日
发明者G·戴卫利格, J·高恩 申请人:海卓-艾尔公司