全電控液壓作動正常/應急剎車系統架構研究

引言：文中介紹了一種正常/應急式全電控液壓作動的飛機剎車系統架構，該系統由相互獨立的正常剎車系統和應急剎車系統組成，且兩個系統均為電控液壓作動。同時，基于該系統架構為系統組件分配了研制保證等級，從而驗證了該架構可在較低地研制成本下滿足飛機安全性要求。

飛機的剎車系統是關乎飛機起飛、著陸安全及其性能的重要組成部分，傳統的剎車系統架構為正常/應急式，應急式采用全機械鋼索控制，維護繁瑣，且會增加重量成本。本文基于傳統的正常/應急式剎車系統架構，給出了一種全電控的正常/應急剎車系統架構。該剎車系統可實現四輪獨控、內外輪控制，且架構中的所有控制指令均由電氣信號發出，在保證系統余度的同時，還可降低維護的繁瑣性。此外，通過研制保證等級（DAL）的分配，驗證了其可在較低研制成本下滿足飛機安全性要求。

一、系統架構

（一）正常剎車系統

正常剎車系統由剎車控制器BCU控制，為實現防滑功能，該控制器選用數字控制器。其采用4個獨立的剎車控制閥，分別用于調節對應單個機輪的剎車壓力，從而實現各機輪剎車壓力的單獨控制。正常剎車系統采用兩個獨立的切斷閥，且控制器內使用獨立的內外側控制模塊，內側和外側機輪剎車分別采用飛機#1和#2液壓系統供壓，可使內/外側兩個機輪剎車均實現完全獨立的剎車壓力控制。

此外，正常剎車系統還包含4個液壓保險、4個壓力傳感器和4個輪速傳感器。液壓保險確保起落架上任意一路剎車液壓管路在發生泄漏或剎車裝置液壓油泄漏的情況下，能及時關閉，從而防止液壓油的繼續泄漏。4個壓力傳感器分別讀取對應機輪的剎車壓力，4個輪速傳感器分別讀取對應機輪的機輪轉速，而剎車控制器當接收到剎車壓力和機輪轉速后，則可實現對4個主機輪的單獨待反饋獨立剎車控制。

（二）應急剎車系統

應急剎車系統由應急剎車控制器EBCU控制，由于該控制器僅執行應急剎車功能，無需具備防滑功能，因此可采用模擬電路設計，降低研發成本。通過雙通道的應急剎車閥控制內側和外側機輪的剎車壓力，應急剎車系統內/外側機輪剎車回路均由壓力傳感器提供剎車壓力信息反饋，從而為飛行員執行應急剎車時提供參考。

該剎車系統總體架構，如圖1所示。

圖1剎車系統總體架構

（三）獨立非相似余度設計

在電氣控制方面，正常剎車系統采用數字式控制器，應急剎車系統則采用模擬電路控制器，二者為獨立非相似設計。正常剎車系統和應急剎車系統均有獨立的輪速傳感器和壓力傳感器，因此實現了信號反饋的獨立性設計；而在機械控制方面，正常剎車系統和應急剎車系統均有獨立的機械控制元件，從而實現了物理上的獨立。

應急剎車系統作為正常剎車系統的備用系統，需在應急情況下使用。正常剎車系統具有剎車系統所需的全部功能，如剎車控制、防滑保護和接地保護等。只有當正常剎車系統失效后，才會啟用應急剎車系統，實現單一的比例控制剎車功能。

二、系統研制保證等級分配

（一）最嚴酷失效狀態

飛機級FHA分配給剎車系統的最嚴酷失效狀態為：著陸時未通告喪失減速功能（Ⅰ級）；

在系統級FHA中落實為：著陸時未通告完全喪失機輪剎車功能（Ⅰ級）。

（二）研制保證等級分配

根據SAEARP4754A提供的研制保證等級分配的一般原則，在一個系統構架內，某些通道作為其他通道的備用，即只有主要通道發生故障后，才會使用備用通道。若主要通道可滿足頂層要求，則備用通道DAL可比頂層DAL低兩級，但>D級。這種分配須得到適航審定機構的同意和認可。結合系統架構特點，本文介紹的剎車系統研制保證等級分配結果如下：

1、根據系統級FHA，著落時“無通告喪失機輪剎車功能”為Ⅰ級，為其分配FDAL為A級；

2、機輪剎車功能可通過正常剎車系統、應急剎車系統完成，正常和應急剎車系統的液壓與電氣控制均不共用，采取獨立設計。應急剎車系統采用模擬電路控制，與正常系統獨立非相似設計。根據DAL分配原則，結合系統構架及工程經驗，為“正常剎車系統故障”分配A級，“應急剎車系統故障”分配C級；

3、飛機#1液壓系統故障、正常剎車系統元件故障和BCU無法按指令控制剎車，其中任一事件發生，則均會導致正常剎車系統故障，因此為這3個事件分配A級；

4、BCU故障引起剎車失效或BCU供電失效，任意一種均會導致BCU無法按指令控制剎車，故為兩中事件分配A級；

5、BCU軟/硬件任意一種失效將均會導致剎車失效，因此為BCU軟、硬件均分配A級。

三、結束語

文中給出了全電控液壓作動式正常/應急剎車控制模式的剎車系統架構，降低了全機械式應急系統的維護難度。通過研制保證等級的分配，應急系統研制保證等級為C，證明了該系統架構可在較低研制成本下完成，并符合飛機安全性要求。

參考文獻

[1]SAE ARP 4754.Certification Consideration for Highly-Integrated or Complex Aircraft Systems [S].U.S.A：SAE International，1996.

[2]SAE ARP 4761.Guidelines and Methods for Conducting the Safety Assessment Process on Civil Airborne Systems and Equipment[S].U.S.A：SAE International，1996.

[3]尚保衛，梁濤年，李玄.基于SAEJ1939的混合動力客車ABS控制系統[J].電子科技，2011（11）：90-93.

[4]崔春淑，金永鎬.基于電子剎車模式的無齒輪裝置智能小型繞線機[J].電子科技，2009（12）：41-43.

（作者單位：上海飛機設計研究院 液壓系統設計研究部）

作者簡介

鄭占君（1984-），男，碩士。研究方向：剎車控制。