[发明专利]一种飞机地面综合控制系统及控制方法

权利要求书

1.一种飞机地面综合控制系统，其特征在于，包括飞机地面综合控制器、显示模块、警告模块、记录模块、和电驱动执行器、刹车执行器、停机执行器、传感器、障碍物检测及定位系统和机场跑道信息模块；

其中，所述机场跑道信息模块的输出端与飞机地面综合控制器的第一输入端口联通，飞机地面综合控制器接收机场跑道信息模块发送的跑道信息；所述飞机地面综合控制器第一输入端口接收信息后通过AD模块进行处理；障碍物检测及定位系统与飞机地面综合控制器的第二输入端口联通；该障碍物检测及定位系统将检测到的飞机的实时位置信息以及跑道范围内的障碍物的位置、速度信息发送到飞机地面综合控制器，该飞机地面综合控制器第二输入端口接收信息后通过AD模块进行处理；传感器的输出端与飞机地面综合控制器的第三输入端口联通，提供机轮速度信号和刹车压力信号；

显示模块的输入端与飞机地面综合控制器的第一输出端口联通；该显示模块接收飞机地面综合控制器输出的飞机处于驱动模式、刹车模式、停机模式或转弯模式以及飞机相对跑道的位置信息，用于显示飞机的地面信息；警告模块的输入端与飞机地面综合控制器的第二输出端口联通；该警告模块接收地面综合控制输出的听觉警告信息，包括警报和语音告警；记录模块的输入端与飞机地面综合控制器的第三输出端口联通，通过该记录模块接收并记录飞机地面综合控制器发出的系统信息；所述系统信息包括刹车指令、驱动指令、机轮速度、飞机信息、障碍物信息、停机信息、跑道信息以及故障信息；

飞机地面综合控制器的第四输出端口与电驱动执行器的输入端联通；所述飞机地面综合控制器通过驱动电流控制驱动电机，驱动飞机的机轮加速转动；

飞机地面综合控制器的第五输出端口与刹车执行器的输入端联通，飞机地面综合控制器通过刹车电流控制刹车执行器，实现机轮刹车；

飞机地面综合控制器的第六输出端口与停机执行器的输入端联通，飞机地面综合控制器通过开关量信号控制停机执行器，使飞机实现停机功能；

所述飞机地面综合控制系统的控制方法具体过程是：

步骤一、确定飞机的刹停距离：

在判断飞机的刹停距离时，通过机场跑道信息模块，获取跑道的长度、布局、廊桥停机坪位置、跑道粘着系数以及设定着陆轨迹，并根据得到的跑道黏着系数μ以及飞机的着陆速度V，计算刹停飞机所需的刹停距离L_r；

对得到的刹停距离L_r及跑道长度L_m进行对比，如果飞机所需的刹停距离大于跑道长度，显示所需的刹停距离，并向飞行员告警；如果停所需的刹距离小于等于跑道长度，则显示刹停飞机所需的距离；

通过公式(1)和(2)确定刹停飞机所需的刹停距离L_r：

a_m＝n*μ*G/m           (1)

L_r＝V ² /2a_m            (2)

其中，其中n为起落架个数，G为每个起落架分别承受的重力，m为飞机质量，a_m为跑道提供的飞机实施的最大减速率；

步骤二、实施飞机的恒减速运动：

根据得到的跑道长度L_m，通过公式(3)计算飞机所需减速率a _t；

通过公式(3)计算飞机所需减速率a_t

a_t＝2*L_m/V²              (3)

按照减速率a_t控制飞机实施恒减速运动；

步骤三、激活电驱动器：

飞机地面综合控制器根据传感器检测到的各机轮的速度，通过综合对比各个机轮速度，控制飞机的电驱动执行器的状态；

所述综合对比是根据不同的机型选取机轮数量的50％或者75％的机轮，并根据选取机轮的速度进行安全性评估；

在进行所述安全性评估时，若有50％或者75％的机轮速度均大于飞机的速度阈值V_e，则保持电驱动执行器的关闭状态；若有50％或者75％的机轮速度均小于等于飞机的速度阈值V_e，则激活电驱动执行器，电驱动执行器在接收到驱动指令时，实现加速功能；

步骤四、飞机滑行阶段的控制：

当飞机进入滑行道滑行时，根据获取的跑道布局，按照设定滑行路线，使飞机按照预设的滑行速度V _a行驶；当机轮速度传感器检测到飞机速度降低到V_a-ΔV以下时，飞机地面综合控制器输出驱动指令，控制电驱动执行器，直到飞机速度达到V_a，飞机地面综合控制器不再输出驱动指令；反之，当机轮速度传感器检测到飞机速度上升到V_a+ΔV以上时，飞机地面综合控制器输出刹车指令，控制刹车执行器，使飞机减速到V_a，控制器不再输出刹车指令；

其中，V_a为滑行速度，ΔV为滑行速度偏差值；

步骤五、滑行中的转弯控制：

获取飞机预定的轨迹转弯信息，包括转弯角度α、转弯起始位置坐标以及终止位置坐标；

当飞机在滑行中转弯时，当飞机到达转弯起始位置时，通过控制飞机各主机轮的速度实施转弯；当飞机在滑行中转弯时，当飞机到达转弯起始位置时，通过控制飞机各主机轮的速度实施转弯；在机轮减速或加速时，该机轮的速度满足确定的减速机轮的速度V _b、加速机轮的速度V _d；

根据公式(4)和公式(5)分别确定减速机轮的速度V_b、加速机轮的速度V_d：

其中，L_n为飞机前机轮到主机轮的纵向距离；L_m为飞机前机轮到主机轮的横向距离；V _a是飞机转弯速度，α为偏转角度；

当飞机到达转弯终止位置时，飞机地面综合控制器控制左机轮和右机轮的速度均为V_a，使飞机继续匀速行驶；

步骤六、障碍物检测：

根据所述飞机地面综合控制系统中的障碍物检测及定位系统获取飞机滑行路径中的障碍物信息以及飞机的当前位置信息；所述障碍物信息包括障碍物的位置、速度、方位；

根据获取的障碍物信息确定飞机按照当前速度是否在与障碍物安全距离通过；如果是，则控制飞机按照预定轨迹继续匀速行驶；反之，飞机地面综合控制器输出刹车指令，使飞机按照固定减速率刹停；显示障碍物信息并警告；

步骤七、飞机的机位停放：

根据预定轨迹的停机信息以及获取的廊桥停机坪信息，使飞机停止；

根据预定轨迹的停机位置信息，通过控制刹车系统使飞机停止在预定的停机位置，并通过停机执行器锁死机轮；

若飞机的未完全达到停机位置，飞机地面综合控制器松刹并驱动飞机前进，驱动飞机进入停机位置；若飞机超过停机位置，飞机地面综合控制器松刹并驱动飞机后退，驱动飞机至预设的停机位置；

至此，完成了飞机地面综合控制的全过程。