[发明专利]一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及机轮刹车系统控制领域，具体是一种轮胎与地面最佳刹车滑移点的确定方法，用于对防滑刹车系统的工作效率进行评价。

背景技术

常见汽车或者飞机的刹车系统，为了缩短刹车距离，提高工作效率，保证对行驶方向的控制能力和飞机的刹车安全，大都配有防滑控制系统，飞机的防滑刹车系统主要由刹车指令传感器、刹车控制器(综合完成刹车控制和防滑控制功能)、液压伺服阀、刹车装置、机轮、机轮速度传感器等组成，防滑刹车系统结构原理见图1。

刹车指令传感器安装在座舱内，一般由飞行员脚踩刹车踏板进行控制，飞行员脚踩刹车，通过连接管路给刹车装置施加一定的刹车压力，便机轮由于受到刹车装置产生的刹车力矩而减速，从而造成轮胎与地面之间的相对滑动，由此产生的摩擦力给飞机一个向后的阻力即制动力，刹车系统中称其为结合力，结合力与机轮滚动半径的乘积就构成结合力矩，机轮的转动其实就是由结合力矩和刹车装置产生的刹车力矩来共同控制的，当结合力矩大于刹车力矩时，机轮转动加速，机轮的相对滑移率逐步减小；当结合力矩小于刹车力矩时，机轮处于减速状态，机轮的相对滑移率逐渐增大；当结合力矩等于刹车力矩时，机轮恒速转动。机轮轮胎与地面的摩擦系数在刹车系统中被称为结合系数，它与很多因素都有关系，尤其是轮胎与地面之间的相对滑移率；所述的相对滑移率是指飞机速度与机轮在与地面结合部位的线速度的差值与飞机速度的比，显然滑移率最小为0，代表机轮自由滚动，最大为1，代表机轮完全刹死。不同速度阶段相对滑移率λ与结合系数μ的大致关系见图2，曲线1为高速阶段，曲线2为中速阶段，曲线3为低速阶段。

由图2可见：当飞行员施加的刹车压力较小时，机轮的线速度与飞机的速度差也就小，滑移率较小时，说明轮胎滑移的工作点在峰值点的左侧偏下的位置，对应图中所示可以看出这时地面提供给机轮的结合系数较小，所以产生的制动力也就不是很大；随着刹车压力的增大，机轮进一步减速，滑移率相应增大，轮胎滑移的工作点沿着曲线朝着结合系数的峰值点方向向右向上攀升，结合系数也逐渐变大，地面提供给飞机的制动力也随之增加，工作效率逐步提高，当刹车压力增加到使机轮产生的滑移率达到对应于最大的峰值结合系数的滑移率时，达到最佳刹车滑移点，此时不仅地面提供给机轮的制动力达到最大，而且轮胎的摩擦也很小，系统的工作效率也就上升至100％；如果还继续提高刹车压力，机轮继续减速，轮胎滑移工作点便会沿图2所示曲线朝着远离最佳刹车滑移点的方向向右向下漂移，导致结合系数的下降，并加剧机轮的减速，机轮滑移率进一步增大，若防滑系统还不能及时解除刹车，则机轮很快便会刹死，出现所谓的拖胎现象；若机轮出现刹死趋势时，防滑系统能控制刹车压力快速下降，则机轮会逐渐加速，轮胎滑移工作点便会朝着最佳刹车滑移点的方向沿图2所示曲线向左向上移动，到达结合系数峰值点；如果机轮工作在峰值点时，结合力矩仍然大于刹车力矩，机轮会继续加速，滑移率继续减小，轮胎滑移工作点便会朝着远离最佳刹车滑移点的方向沿图2所示曲线向左向下移动，直到本轮防滑过程结束，刹车系统又重新升压，让轮胎滑移的工作点沿着图2所示曲线朝着结合系数的峰值点方向再一次向右向上攀升。

刹车系统的防滑控制过程就是要实时调节控制刹车压力，使轮胎滑移的工作点保持在结合系数的峰值点附近，使轮胎和地面之间结合系数产生的结合力矩达到或者说接近最大值以提高工作效率的过程。

在机轮完全刹死时，相对滑移率达到最大值l，这时不仅工作效率很低，而且轮胎磨损非常严重，对飞机来说，由于飞机的惯性极大，飞机的动能要全部在轮胎上转化为刹车热，因此拖胎稍一严重就会发生爆胎，威胁到飞机的安全，很可能由此引发事故，因此必须及时快速地降压，并待机轮转速恢复以后再次进行刹车，逐步再一次逼近最大工作效率点。而对于象汽车、摩托车等地面交通工具，除了轮胎发生拖胎后刹车距离将大幅延长，工作效率低下以外，还会让机动车失去对方向的操控能力。

真实的机轮轮胎与跑道之间的摩擦特性远比图2要复杂得多，图2仅示出了随着飞机速度的降低和滑移率的改变，曲线在幅值上和形状上发生的变化；而跑道在干、湿、积水及结冰状态下其结合系数曲线还会有类似图3的变化，曲线4为结冰状态，曲线5为湿跑道状态，曲线6为干跑道状态。另外跑道的材料(水泥、沥清或者土跑道)也极大地影响着μ值的大小(见图1-2)；除此之外，轮胎的弹性、材质、花纹、充气压力对其也有不同程度的影响，而且在刹车过程申，由于刹车时轮胎要产生大量的磨擦热，会造成轮胎弹性的降低，因此μ值还要不断地发生变化，使对应于最佳滑移点的相对滑移率和峰值结合系数实时地发生变化，因此这个最佳刹车滑移点是非常难以确定的。