全电控液压作动正常/应急刹车系统架构研究

引言：文中介绍了一种正常/应急式全电控液压作动的飞机刹车系统架构，该系统由相互独立的正常刹车系统和应急刹车系统组成，且两个系统均为电控液压作动。同时，基于该系统架构为系统组件分配了研制保证等级，从而验证了该架构可在较低地研制成本下满足飞机安全性要求。

飞机的刹车系统是关乎飞机起飞、着陆安全及其性能的重要组成部分，传统的刹车系统架构为正常/应急式，应急式采用全机械钢索控制，维护繁琐，且会增加重量成本。本文基于传统的正常/应急式刹车系统架构，给出了一种全电控的正常/应急刹车系统架构。该刹车系统可实现四轮独控、内外轮控制，且架构中的所有控制指令均由电气信号发出，在保证系统余度的同时，还可降低维护的繁琐性。此外，通过研制保证等级（DAL）的分配，验证了其可在较低研制成本下满足飞机安全性要求。

一、系统架构

（一）正常刹车系统

正常刹车系统由刹车控制器BCU控制，为实现防滑功能，该控制器选用数字控制器。其采用4个独立的刹车控制阀，分别用于调节对应单个机轮的刹车压力，从而实现各机轮刹车压力的单独控制。正常刹车系统采用两个独立的切断阀，且控制器内使用独立的内外侧控制模块，内侧和外侧机轮刹车分别采用飞机#1和#2液压系统供压，可使内/外侧两个机轮刹车均实现完全独立的刹车压力控制。

此外，正常刹车系统还包含4个液压保险、4个压力传感器和4个轮速传感器。液压保险确保起落架上任意一路刹车液压管路在发生泄漏或刹车装置液压油泄漏的情况下，能及时关闭，从而防止液压油的继续泄漏。4个压力传感器分别读取对应机轮的刹车压力，4个轮速传感器分别读取对应机轮的机轮转速，而刹车控制器当接收到刹车压力和机轮转速后，则可实现对4个主机轮的单独待反馈独立刹车控制。

（二）应急刹车系统

应急刹车系统由应急刹车控制器EBCU控制，由于该控制器仅执行应急刹车功能，无需具备防滑功能，因此可采用模拟电路设计，降低研发成本。通过双通道的应急刹车阀控制内侧和外侧机轮的刹车压力，应急刹车系统内/外侧机轮刹车回路均由压力传感器提供刹车压力信息反馈，从而为飞行员执行应急刹车时提供参考。

该刹车系统总体架构，如图1所示。

图1刹车系统总体架构

（三）独立非相似余度设计

在电气控制方面，正常刹车系统采用数字式控制器，应急刹车系统则采用模拟电路控制器，二者为独立非相似设计。正常刹车系统和应急刹车系统均有独立的轮速传感器和压力传感器，因此实现了信号反馈的独立性设计；而在机械控制方面，正常刹车系统和应急刹车系统均有独立的机械控制元件，从而实现了物理上的独立。

应急刹车系统作为正常刹车系统的备用系统，需在应急情况下使用。正常刹车系统具有刹车系统所需的全部功能，如刹车控制、防滑保护和接地保护等。只有当正常刹车系统失效后，才会启用应急刹车系统，实现单一的比例控制刹车功能。

二、系统研制保证等级分配

（一）最严酷失效状态

飞机级FHA分配给刹车系统的最严酷失效状态为：着陆时未通告丧失减速功能（Ⅰ级）；

在系统级FHA中落实为：着陆时未通告完全丧失机轮刹车功能（Ⅰ级）。

（二）研制保证等级分配

根据SAEARP4754A提供的研制保证等级分配的一般原则，在一个系统构架内，某些通道作为其他通道的备用，即只有主要通道发生故障后，才会使用备用通道。若主要通道可滿足顶层要求，则备用通道DAL可比顶层DAL低两级，但>D级。这种分配须得到适航审定机构的同意和认可。结合系统架构特点，本文介绍的刹车系统研制保证等级分配结果如下：

1、根据系统级FHA，着落时“无通告丧失机轮刹车功能”为Ⅰ级，为其分配FDAL为A级；

2、机轮刹车功能可通过正常刹车系统、应急刹车系统完成，正常和应急刹车系统的液压与电气控制均不共用，采取独立设计。应急刹车系统采用模拟电路控制，与正常系统独立非相似设计。根据DAL分配原则，结合系统构架及工程经验，为“正常刹车系统故障”分配A级，“应急刹车系统故障”分配C级；

3、飞机#1液压系统故障、正常刹车系统元件故障和BCU无法按指令控制刹车，其中任一事件发生，则均会导致正常刹车系统故障，因此为这3个事件分配A级；

4、BCU故障引起刹车失效或BCU供电失效，任意一种均会导致BCU无法按指令控制刹车，故为两中事件分配A级；

5、BCU软/硬件任意一种失效将均会导致刹车失效，因此为BCU软、硬件均分配A级。

三、结束语

文中给出了全电控液压作动式正常/应急刹车控制模式的刹车系统架构，降低了全机械式应急系统的维护难度。通过研制保证等级的分配，应急系统研制保证等级为C，证明了该系统架构可在较低研制成本下完成，并符合飞机安全性要求。

参考文献

[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]尚保卫，梁涛年，李玄.基于SAEJ1939的混合动力客车ABS控制系统[J].电子科技，2011（11）：90-93.

[4]崔春淑，金永镐.基于电子刹车模式的无齿轮装置智能小型绕线机[J].电子科技，2009（12）：41-43.

（作者单位：上海飞机设计研究院 液压系统设计研究部）

作者简介

郑占君（1984-），男，硕士。研究方向：刹车控制。