CN109720556B

CN109720556B - 用于连接到机电制动致动器和机电驱动致动器的电气设备

Info

Publication number: CN109720556B
Application number: CN201811275010.0A
Authority: CN
Inventors: B·戈耶兹
Original assignee: Safran Landing Systems SAS
Current assignee: Safran Landing Systems SAS
Priority date: 2017-10-30
Filing date: 2018-10-30
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2038-10-30
Also published as: US20190126894A1; EP3476677A2; US11608039B2; CN109720556A; FR3072924B1; FR3072924A1; EP3476677B1; EP3476677A3; ES2896300T3

Abstract

一种电气设备，用于连接到至少一个机电制动致动器并且还连接到至少一个机电驱动致动器，该电气设备(13a)包括壳体(30)、用于将壳体紧固到起落架的装置、以及位于壳体内部的：‑处理器单元(32)，被安排为生成制动电机控制信号和驱动电机控制信号；‑电源单元(37)，被安排为生成设备电源电压、制动电源电压和驱动电源电压；‑功率转换器单元(40)，被安排为生成制动控制电压和驱动控制电压；以及‑分配单元，被安排为将制动控制电压分配给机电制动致动器，并将驱动控制电压分配给机电驱动致动器。

Description

用于连接到机电制动致动器和机电驱动致动器的电气设备

本发明涉及用于连接机电制动致动器和机电驱动致动器的电气设备领域。

发明背景

在现代飞行器中，过去通过使用纯机械或液压系统执行的许多功能现在由所谓的“电气”系统执行。

当这些功能的目的是驱动移动部件时，电气系统包括机电致动器或电动液压(electrohydrostatic)致动器。因此，某些现代飞行器配备有电气飞行控制系统或配备有电气制动系统。

在这种情况下，已经提出了为某些现代飞行器配备用于滑行的电气系统的建议。电气滑行系统用于在不使用飞行器的喷气口且不使用飞行器牵引机的情况下在地面上移动飞行器。电气滑行系统驱动飞行器的一些轮子旋转，并且为此目的，它包括驱动设备，该驱动设备包括机电驱动致动器。

这种电气系统的每个机电或电动液压致动器需要通过至少一个电源总线连接到为机电或电动液压致动器的电动机提供功率的电源单元，可选地通过至少一个通信总线连接到控制该电动机的处理器单元，以及可能通过至少一个通信总线连接到接收由机电或电动液压致动器的传感器获取的测量值的数据集中器。因此可以理解，现代飞行器中集成了大量的电源单元、处理器单元和数据集中器，并且在现代飞行器中使用了大量的电源总线和通信总线。

这种电气设备和这种总线的增加往往会增加飞行器的重量和成本，并降低使用它们的电气系统的可靠性。

发明目的

本发明的一个目的是减少飞行器的重量和成本，并提高其可靠性。

发明内容

为了实现该目的，本发明提供了一种电气设备，用于连接到至少一个被安排成制动飞行器起落架的轮子的机电制动致动器并且还连接到至少一个被安排成驱动轮子旋转的机电驱动致动器，该件电气设备包括壳体、用于将壳体紧固到起落架的装置、以及位于壳体内部的：

-处理器单元，被安排为从制动设定点生成制动电机控制信号，并从滑行设定点生成驱动电机控制信号；

-电源单元，被安排为生成用于给电气设备供电的设备电源电压、制动电源电压和驱动电源电压；

-功率转换器单元，被安排为根据制动控制信号和制动电源电压来生成制动控制电压，以及根据驱动电机控制信号和驱动电源电压来生成驱动控制电压；和

-分配单元，被安排成将制动控制电压分配给机电制动致动器，并将驱动控制电压分配给机电驱动致动器。

对于飞行器起落架的一个或多个轮子而言，电气设备由此既管理对制动的控制又管理对滑行的控制。这减少了飞行器用于制动和滑行所需的电气设备的个数。

为了控制该电气设备，需要单个电源总线和单个通信总线。沿着起落架行进并因此相对较长的这种单个电源总线和这种单个通信总线取代了多个具有相同长度的电源总线和通信总线。因此，这有助于显著减少电源总线和通信总线的数量，以及所述总线的总长度。

可以看出，本发明的电气设备既可以显著减少飞行器的重量和成本，又可以提高飞行器电气制动和滑行系统的可靠性。

本发明还提供了一种系统，包括两个如上所述的电气设备，以及将这两个电气设备连接在一起的通信总线和电源总线、机电制动致动器和机电驱动致动器。

本发明还提供了一种包括如上所述系统的起落架。

本发明的其他特性和优点将在阅读下面对本发明的特定、非限制性实施例的描述时显见。

附图简述

参见附图，在附图中：

图1示出了一种系统，该系统包括位于起落架上的两个本发明的电气设备，以及起落架的两个轮子，每个轮子都设有制动器和用于驱动轮子的设备；和

图2示出了本发明的电气设备。

发明的详细描述

参考图1，本发明被描述应用于具有两个轮子2a和2b的飞行器起落架1。

每个轮子2具有用于制动轮子2的制动器3。制动器3包括两个摩擦构件，具体而言是碳盘堆叠5，以及安装在致动器支架上的四个机电制动致动器4。

四个机电制动致动器4被用来向碳盘堆叠5施加制动力，由此在轮子2上施加制动扭矩，使得轮子2减速并因此在飞行器在地面上时制动该飞行器。

每个机电制动致动器4包括推动器和固定到致动器支架的主体。

电动机和机械模块被集成在机电制动致动器4的主体内部。

机械模块将电动机的输出轴的旋转运动转换成推动器的线性运动。

推动器由电动机通过机械模块致动，以便滑动并将制动力施加在碳盘堆叠5上。

每个机电制动致动器4还具有用于提供驻车制动的阻挡构件。阻挡构件被安排成将电动机的输出轴保持在任何给定位置，以便将推动器阻挡在原地。

用于驱动轮子2的驱动设备6被定位在起落架1的底部。驱动设备6包括机电驱动致动器7。机电驱动致动器7包括电动机并且被安排成在飞行器在地面上时驱动轮子2旋转。

传感器8集成在每个轮子2中。对于每个轮子2，这些传感器8包括用于感测轮子2的轮胎10内部压力的压力传感器、用于感测碳盘堆叠5内部的温度的温度传感器、以及用于感测轮子2的旋转速度的旋转速度传感器。自然地，可以提供其他传感器，例如用于感测轮子2的制动器的磨损的传感器。

数据集中器11与每个轮子2相关联。数据集中器11被定位在起落架1上。数据集中器11接收由传感器8取得的测量，它们处理并存储这些测量值，并且它们基于测量值执行监视功能。

制动风扇12集成在每个轮子2中。制动风扇12用于在着陆和着陆之后的起飞之间冷却碳盘堆叠5。应该观察到，在飞行器上安装制动风扇12是可选的。

本发明的两个电气设备13a、13b被定位在起落架1上。“左边”的电气设备13a与位于起落架1左侧(相对于起落架1的支腿的纵轴)上的轮子2a相关联，而“右边”的电气设备13b与位于起落架1右侧上的轮子2b相关联。

然而，应该观察到驱动设备6(以及因此机电驱动致动器7)由该电气设备13a控制。在该电气设备13a失效的情况下，另一电气设备13b接管该控制。

参考图2，以下是与轮子2a相关联的该件电气设备13a的描述。自然地，下面的描述对于与另一个轮子2b相关联的另一电气设备13b同样有效。

该电器设备13a：经由高功率电缆15和经由模拟通信电缆16连接到轮子2a的制动器3的四个机电制动致动器4中的每一个；通过高功率电缆17和通过模拟通信电缆18连接到驱动设备6；经由低功率电缆19连接到制动风扇12；经由低功率电缆20、数字通信电缆21和模拟通信电缆22连接到传感器8；经由低功率电缆23和经由数字通信电缆24连接到数据集中器11；并且经由低功率总线34和经由数字通信总线35连接到另一电气设备13b。每条数字通信电缆包括传送数字信号的一根或多根电线。每条模拟通信电缆包括传送模拟信号的一根或多根电线。

该件电气设备13a还经由高功率总线26和经由数字通信总线27连接到飞行器的其余部分。

高功率总线26传输来自飞行器的主电箱28的功率。

数字通信总线27将该件电气设备13a连接到计算机29。集成在飞行器的航空电子网络中的计算机29被定位在位于飞行器机身内部的舱室中。计算机29构成ATA42集成模块化航空电子系统的一部分。例如，数字通信总线27是AFDX类型或μAFDX类型的数字总线。

该件电气设备13a包括壳体30和用于将壳体30紧固到起落架1的装置。具体而言，壳体30被紧固到起落架1的支腿。

壳体30具有机柜的形式。机柜具有门，该门被安排成允许地面上的操作者进入壳体30的内部。

术语“门”在本文中用于表示可以在打开位置和关闭位置之间移动的任何进入装置，在打开位置可以进入壳体30的内部，在关闭位置，进入装置关闭壳体30。进入装置可以可选地是可移除的。

该件电气设备13a包括处理器单元32。处理器单元32包括一个或多个处理器组件，其中编程有制动控制模块、制动电机控制模块、滑行控制模块和驱动电机控制模块。

在该示例中，处理器组件包括微控制器和/或现场可编程门阵列(FPGA)和/或专用集成电路(ASIC)和/或处理器。

处理器单元32经由数字通信总线27从计算机29接收制动设定点。制动控制模块接收制动设定点并应用与慢速回路的高级制动控制关系，以产生制动控制信号。制动电机控制模块获取制动控制信号并执行快速伺服控制回路以控制电机，以便为制动电机产生控制信号。

处理器单元32还接收用于阻挡轮子2a的机电制动致动器4的构件的控制信号。

处理器单元32还经由数字通信总线27从计算机29接收滑行设定点。

滑行控制模块接收滑行设定点并应用与慢速回路的高级滑行控制关系以产生滑行控制信号。驱动电机控制模块获取滑行控制信号并执行快速伺服控制回路以控制电机，以便产生驱动电机控制信号。

处理器单元32还接收用于激活制动风扇12的控制信号。

处理器单元32经由数字通信电缆21接收由传感器8产生的数字数据，它经由模拟通信电缆22接收由传感器8产生的模拟数据，并且它经由数字通信电缆24与数据集中器11交换数字数据。

该件电气设备13a的处理器单元32还经由数字通信总线35与另一件电气设备13b的处理器单元32交换数字数据。

该件电气设备13a包括电源单元37。电源单元37经由高功率总线26从主电箱28接收一般电源，即它在一般电源电压下接收一般电源电流。

从一般电源电压，电源单元37产生低电源电压和高电源电压。

低电源电压同时构成：用于为该件电气设备13a的电气组件供电的设备电源电压；用于为制动风扇12供电的风扇电源电压；用于为传感器8供电的传感器电源电压；用于为数据集中器11供电的数据集中器电源电压；和输出电源电压。

高电源电压构成用于为机电制动致动器4供电的制动电源电压和用于为机电驱动致动器7供电的驱动电源电压。

在这个例子中，高电源电压是540伏(V)的直流(DC)电压Vdc，但它可以是一些其他电压，例如200Vdc，270Vdc，300Vdc等。在这个例子中，低电源电压是28Vdc，但它可以是一些其他电压，例如10Vdc、50Vdc等。

电源单元37还具有保护装置38。保护装置38防止返回功率返回到位于电气设备13a上游的飞行器的电气系统。术语“上游”被用于表示更靠近飞行器的机身，与更靠近轮子2a的情况形成对比。在该示例中，所讨论的电气系统包括主电箱28，其经由高功率总线26连接到电气设备13a。

举例来说，返回功率可以由功率转换器单元40的逆变器生成(如下所述)。保护装置38用于吸收这种返回功率。

电源单元37还具有监视电源单元37的操作的监视装置。

电气设备13a包括功率转换器单元40。在该示例中，功率转换器单元40包括四个功率转换器构件41，即每个机电制动致动器4一个。每个功率转换器构件41包括逆变器和数字通信模块。

每个功率转换器构件41首先旨在用于控制轮子2a的制动器3的机电制动致动器4。

因此，功率转换器构件41的数字通信模块接收用于制动电机的控制信号(如由处理器单元32产生)和制动电源电压(即由电源单元37产生的高电源电压)，并且，基于制动电机控制信号和制动电源电压，它产生用于机电制动致动器4的制动控制电压。

制动控制电压是三相交流电压。

功率转换器构件41中的一个还用于控制驱动设备6的机电驱动致动器7。因此，该功率转换器构件41的数字通信模块接收制动电机控制信号(如由处理器单元32产生)和驱动电源电压(即由电源单元37生成的高电源电压)，并且基于驱动电机控制信号和驱动电源电压，它产生用于机电驱动致动器7的驱动控制电压。

驱动控制电压是三相交流电压。

应该观察到，制动控制电压和驱动控制电压是相同的，使得功率转换器构件41中的一个可以同样良好地用于控制机电制动致动器4和用于控制机电驱动致动器7。这也是由于机电制动致动器4和机电驱动致动器7不被同时激活的事实使得这一点成为可能。

每个功率转换器构件41还具有用于感测电参数(电流，电压)的传感器。由电参数传感器进行的测量被功率转换器单元41的数字通信模块返回到处理器单元32。

电气设备13a还包括位于处理器单元32、电源单元37和电源转换器单元40的各输出端的滤波器块43。滤波器块43用于满足关于电磁兼容性以及由飞行器制造商规定的承受雷电的能力的要求。

该件电气设备13a包括分配单元。分配单元具有带有输入端、输出端和输入端/输出端的接触器阵列45。

来自电源单元37的输出端经由滤波器块43连接到接触器阵列45的输入端E1。低电源电压被施加到该输入端E1。

功率转换器单元40的四个功率转换器构件41中的每一个的输出端连接到接触器阵列45的相应输入端E2。也是驱动控制电压的制动控制电压被施加到这些输入端E2中的每一个。

处理器单元32的输出端连接到接触器阵列45的输入端/输出端E/S1。处理器单元32通过该输入端/输出端E/S1交换模拟或数字数据。

接触器阵列45的输出端S1经由低功率电缆19连接到制动风扇12。接触器阵列45的输出端S2经由低功率电缆20连接到传感器8。接触器阵列45的输出端S3经由低功率电缆23连接到数据集中器11。对于四个机电制动致动器4中的每一个，接触器阵列45的输出端S4经由高功率电缆15连接到所述机电制动致动器4，并且接触器阵列45的输入端/输出端E/S2经由模拟通信电缆16连接到所述机电制动致动器4。

接触器阵列45的输出端S5经由高功率电缆17连接到驱动设备6，并且接触器阵列45的输入端/输出端E/S3经由模拟通信电缆18连接到驱动设备6。

接触器阵列45的输入端/输出端E/S4连接到电气设备13a的输入端/输出端端口46，其经由低功率总线34连接到另一电气设备13b。

接触器阵列45可由处理器单元32配置。

当处理器单元32接收制动设定点时，接触器阵列45可被配置成使得电气设备13a控制轮子2a的制动。接触器阵列45然后将由每个功率转换器构件41产生的制动控制电压分配到相应的机电制动致动器4。模拟数据经由模拟通信电缆16、输入端/输出端E/S2和接触器阵列45的输入端/输出端E/S1在处理器单元32和机电制动致动器4之间被交换。

当处理器单元32接收滑行设定点时，接触器阵列45可被配置成使得电气设备13a控制轮子2a的驱动。然后，接触器阵列45将由一个功率转换器构件41产生的驱动控制电压分配给驱动设备6，并因此分配给机电驱动致动器7。

模拟数据经由模拟通信电缆18、输入端/输出端E/S3和输入端/输出端E/S1在处理器单元32和驱动设备6之间被交换。

自然地，功率的传输和与驱动设备6的数据交换仅涉及负责控制滑行的电气设备，即在正常模式下为电气设备13a，或者在电气设备13a发生故障的情况下为电气设备13b。在电气设备13a发生故障的情况下，是另一电气设备13b来控制滑行，即对驱动设备6的机电驱动致动器7供电并控制驱动设备6的机电驱动致动器7。因此，在丢失电气设备件13a和13b中的一个的情况下，观察不到滑行功能的损失或退化。

在另一电气设备13b的电源单元发生故障的情况下，接触器阵列45可以被配置为在输入端/输出端E/S4上并且因此在输入端/输出端端口上施加输出电源电压。输出电源电压是低电源电压。因此，电气设备13a用输出电源电压为另一电气设备13b供电。

同样地，在电气设备13a的电源单元37发生故障的情况下，来自另一电气设备13b的输入电源电压被施加到输入端/输出端端口46和接触器阵列45的输入端/输出端E/S4。然后，电气设备13a由另一电气设备13b提供的输入电源电压供电。输入电源电压同样等于低电源电压。

应该观察到，输入电源电压和输出电源电压两者都通过相同的低功率总线34传输。

接触器阵列45被配置成使得当处理器单元32接收到用于激活制动风扇12的控制信号时，接触器阵列45将低电源电压施加到接触器阵列45的输出端S1。低电源电压然后经由低功率电缆19被传输到制动风扇12。

接触器阵列45被永久地配置，使得电气设备13a为传感器8和数据集中器11供电。接触器阵列45因此将低电源电压施加到接触器阵列45的输出端S2和S3。低电源电压经由低功率电缆20和23被传输到传感器8和数据集中器11。

接触器阵列45还可以被配置成执行减载，即断开一个或多个机电制动致动器4或驱动设备6或其他各个设备中的一个(制动风扇12、数据集中器11等)。在这些各件设备之一发生故障的情况下或者在ATA24设备(主电箱28、发电机、电力存储装置等)发生故障的情况下，这种减载可能是必要的。

有利地，处理器单元32和/或电源单元37和/或功率转换器单元40和/或分配单元是可现场更换的。因此，在这些单元中的一个发生故障或者在维护操作是必要的情况下，地面上的操作者可以通过机柜的门容易地进入所讨论的单元并继续移除该单元并更换它。

自然地，本发明不限于所描述的实施例，而是覆盖落在由所附权利要求限定的本发明的范围内的任何变体。

在一个电气设备中，功率转换器构件的数量可以是不同的。

制动电源电压和驱动电源电压可以是不同的，制动控制电压和驱动控制电压也可以是不同的。同样，设备电源电压、风扇电源电压、传感器电源电压、数据集中器电源电压和/或输出电源电压可以是不同的。

驱动电源电压不一定由也生成制动控制电压的功率转换器构件生成。还可以通过并联两个或更多个转换器构件41来生成驱动控制电压，这由接触器阵列45完成。

描述的架构可以是不同的。例如，每个起落架可以有单个电气设备，每个制动器可以有一些其他数量的机电制动执行器等等。

Claims

1.一种电气设备，用于连接到至少一个被安排成对飞行器起落架(1)的轮子(2a,2b)制动的机电制动致动器(4)以及连接到至少一个被安排成驱动轮子旋转的机电驱动致动器(7)，所述电气设备(13a,13b)包括壳体(30)、用于将所述壳体紧固到所述起落架(1)的装置、以及位于所述壳体内部的：

-处理器单元(32)，被安排为从制动设定点生成制动电机控制信号，并从滑行设定点生成驱动电机控制信号；

-电源单元(37)，被安排为生成用于给所述电气设备(13a,13b)供电的设备电源电压、制动电源电压和驱动电源电压；

-功率转换器单元(40)，被安排为根据所述制动电机控制信号和所述制动电源电压来生成制动控制电压，以及根据所述驱动电机控制信号和所述驱动电源电压来生成驱动控制电压；以及

-分配单元，被安排成将所述制动控制电压分配给所述机电制动致动器(4)，并将所述驱动控制电压分配给所述机电驱动致动器(7)。

2.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述壳体具有门，所述门被安排成使得地面上的操作者能够进入所述壳体的内部。

3.如权利要求2所述的电气设备，其特征在于，所述处理器单元32和/或所述电源单元(37)和/或所述功率转换器单元(40)和/或所述分配单元是可现场更换的单元。

4.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，制动控制模块、制动电机控制模块、滑行控制模块和驱动电机控制模块被编程在所述处理器单元(32)中。

5.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电源单元(37)还被安排成产生用于连接到所述电气设备的数据集中器(11)和/或传感器(8)和/或制动风扇(12)的电源电压。

6.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述功率转换器单元(40)包括多个功率转换器构件(41)，每个功率转换器构件包括逆变器。

7.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述分配单元包括可由所述处理器单元(32)配置的接触器阵列(45)。

8.如权利要求7所述的电气设备，其特征在于，所述接触器阵列(45)能被配置成使得所述电气设备控制所述轮子的制动或所述轮子的旋转驱动。

9.如权利要求7所述的电气设备，其特征在于，所述接触器阵列(45)可被配置为在所述电气设备(13a)的输入端/输出端端口(46)上施加输出电源电压，所述输出电源电压用于为另一电气设备(13b)供电。

10.如权利要求9所述的电气设备，其特征在于，所述接触器阵列(45)和所述输入端/输出端端口(46)以这样的方式被安排：来自所述另一电气设备(13b)的输入电源电压能以在所述电气设备(13a)的所述电源单元(37)发生故障的情况下为所述电气设备(13a)供电的方式被施加到所述输入端/输出端端口。

11.如权利要求7所述的电气设备，其特征在于，所述接触器阵列(45)能被配置为执行减载。

12.如权利要求1所述的电气设备，其特征在于，所述电源单元(37)包括保护装置(38)，所述保护装置(38)被安排成防止功率返回到位于所述电气设备(13a,13b)上游的所述飞行器的电气系统。

13.一种电气系统，包括两个根据任一前述权利要求所述的电气设备(13a,13b)以及将所述两个电气设备连接在一起的通信总线(35)和电源总线(34)、机电制动致动器(4)、以及机电驱动致动器(7)。

14.一种包括根据权利要求13所述的电气系统的起落架。