用于确定飞行器轮胎压力的设备和方法与流程

1.本发明涉及确定飞行器轮胎的轮胎气体压力。


背景技术：

2.轮胎充气压力的监测是飞行器维护的重要部分。充气不足的轮胎更有可能在起飞和/或着陆期间爆裂，并且轮胎爆裂可能对周围的飞行器结构造成严重损坏。因此，强制定期对商用飞行器进行轮胎压力检查。
3.轮胎压力检查的当前方法包括手动方法(使用压力计来手动地测量每个单独的轮胎)和自动方法(询问附接至每个机轮的压力传感器以测量相关的轮胎压力)。
4.为了给出可靠的结果，应在轮胎中的气体处于稳态时测量轮胎压力。着陆会增加轮胎和制动器中的热量，从而使气体的温度升高。为了得到准确的测量值，应在轮胎处于稳态时测量轮胎气体压力。轮胎中的气体可能需要很长时间才能达到稳态，因为它会受到附近制动系统部件、例如制动盘的加热，即使飞行器静止，制动系统部件也会在冷却时辐射热。因此，空中客车在进行轮胎压力测量之前需要在飞行器静止的情况下等待至少三个小时。
5.该三个小时的要求会强加显著的操作限制、尤其在周转时间很短的情况下，因此进行轮胎压力测量的机会可能会受到限制。例如，只有当飞行器在夜间未使用并且已静止了所需的时间量时才有可能。一些在长途航线上运行的飞行器可能在夜间飞行，并且通常周转时间小于三个小时，因此很难计划所需的三个小时等待。
6.希望改进飞行器轮胎维护和/或压力测量。


技术实现要素：

7.根据第一方面，提供了一种设备，该设备用于确定飞行器轮胎的轮胎压力。该设备包括处理系统，该处理系统配置成：获得飞行器的第一组轮胎测量数据和第二组轮胎测量数据，其中，第一组来自飞行周期的起点，并且第二组来自第一组之前的时刻；以及基于第一组测量数据和第二组测量数据确定稳态轮胎压力。
8.自动压力感测装置允许以以前不可用的方式收集关于飞行器轮胎性质的数据。可以在飞行器日常运行中的许多不同时刻自动收集数据。从这些数据中可以深入了解到，飞行器轮胎的气体压力以可预测的方式朝向稳态而降低，因此，即使尚未达到稳态，也可以预测稳态。这可以使稳态轮胎压力能够得以确定，而不必等待三个小时。除了操作益处，这也允许比强制性检查间隔更频繁、例如比每三天一次更频繁地确定稳态压力，从而带来了安全益处。通过使用来自飞行周期的起点的第一组数据，数据点中的一个数据点是触地后尽可能久的数据点，因此将是最接近稳态的。当这一数据点与来自更早时刻的数据相结合时，可以根据压力趋势确定稳态值。此外，第一组数据通常将具有最低的温度数据，因为第一组数据使最大程度的冷却作为基础测量值。
9.飞行周期的起点可以是完成登机后飞行器的初始运动时刻，例如，从机场的登机
口出发的派出(dispatch)时刻。飞行周期的起点可以是飞行器在从机场离开时从静止状态第一次开始移动的时刻。在许多机场，这可以是物理后推(push back)。
10.数据集可以包括飞行器所有轮胎的数据，或者少于所有轮胎、包括单个轮胎的子集。包括所有轮胎的数据允许单一设备来确定飞行器上所有轮胎的轮胎压力并提供单一报告。
11.设备可以采取几种形式，包括：航空电子系统、飞行器中的飞行计算机或驾驶舱系统；维护系统或服务器；以及手持装置，例如手持计算装置。
12.可选地，处理系统进一步配置成将轮胎压力与阈值进行比较；以及基于该比较提供警报。这样的比较和警报可以提高安全性，并且在需要采取行动时及时对轮胎进行维护，例如再充气。阈值可以是再充气阈值，指示压力低于该阈值的轮胎应再充气。阈值也可以是更换阈值，指示压力低于该阈值的轮胎应被替换。在一些示例中，阈值取决于机轮位置，例如，前起落架的阈值与主起落架的阈值相比可能不同，这些不同的阈值反映了这些位置之间不同的推荐充气压力。警报可以是视觉、听觉或触觉警报和/或组合。例如，可以在飞行器驾驶舱和/或维护设备的显示器上提供视觉警告。
13.可选地，处理系统进一步配置成：确定随时间变化的稳态压力趋势；以及基于该压力趋势提供警报。例如，可以在飞行开始时确定稳态压力并确定压力趋势，如果压力趋势表明将来将需要再充气，则可以提供警报。该警报可能警告，在特定的时间范围内、例如在两天、三天、五天或十天内、将需要再充气。
14.可选地，第二组测量数据来自第一组测量数据之前的10分钟与30分钟之间的时刻。这提高了所确定的稳态压力的准确性：第二组测量数据在时间方面相对地接近于第一组测量数据，使得减少了预测第一组数据与第二组数据之间的路径得到的误差，但在时间方面也足够远，使得可以测量出压力差，从而减少另一潜在误差源。
15.可选地，处理系统配置成基于具有预定时间常数的指数式衰减来确定稳态轮胎压力。例如，预定时间常数可以表征特定轮胎类型和机轮(例如机轮位置)中的一者或两者。轮胎类型可以是轮胎制造商、轮胎型号、轮胎等级和轮胎结构中的一者或更多者。可以使用来自飞行器的过去数据附加地或替代性地预先确定时间常数，该过去数据包括来自下述中的一者或更多者的飞行数据：特定的地理区域(例如，在特定的国家或地区收集的数据)、特定的飞行器操作者、特定的维护供应商、特定的飞行器制造商和特定的飞行器型号。这可以允许更准确地确定稳态压力，因为时间常数基于专用于特定操作因素的数据。随着自动轮胎监测系统变得更常见，可以从正常飞行操作中相对快速地收集到所需的过去数据。也可以使用测试数据。
16.一些示例可以包括学习或校准时段，在此期间收集足够的数据以允许确定可靠的预定时间常数。在某些情况下，该特性可以专用于特定飞行器，并且可以从该飞行器上的使用中记录的数据中得出。
17.可选地，测量数据包括温度数据，并且处理系统配置成通过针对环境温度进行调整来确定稳态压力。这允许在不同稳态温度下的测量值之间进行比较。稳态温度随环境温度和天气而变化。轮胎气体压力与温度成比例，因此，通过在环境温度下表达稳态温度，可以进行更准确的比较。在一些情况下，稳态压力然后可以进一步调整为在参考温度下表达，以允许在不同环境温度下的结果之间进行比较。可以使用任何合适的参考温度，例如15℃
或20℃。
18.可选地，测量数据包括飞行器毛重，并且处理系统配置成通过针对飞行器毛重进行调整来确定稳态压力。加载至多可以导致稳态压力变化的4％，当再充气阈值是、例如推荐稳态压力的95％时，这可能相当大。可以以几种方式估计和/或确定飞行器毛重，包括：通过假设机上的货物以及每个人及其行李的标准重量；通过混合方法，例如通过在装载前称重来知晓行李和货物的结合重量以及通过假设每个人的标准重量；以及通过使用飞行器上的传感器进行测量，例如通过载荷转移至起落架的点处的应变计。
19.可选地，测量数据还可以包括压力高度，并且处理系统配置成通过针对压力高度进行调整来确定稳态压力。这提高了稳态压力的准确性；由于高度的变化，低洼机场的压力高于较高机场的压力。
20.根据第二方面，提供了一种确定飞行器轮胎的轮胎压力的方法。该方法包括：获得飞行器的第一组轮胎测量数据和第二组轮胎测量数据，其中，第一组来自飞行周期的起点，并且第二组来自第一组之前的时刻；以及基于第一组测量数据和第二组测量数据确定稳态轮胎压力。
21.根据第三方面，提供了一种飞行器维护系统，包括通信接口和处理器。通信接口配置成获得飞行器的第一组轮胎测量数据和第二组轮胎测量数据，其中，第一组来自飞行器的派出时间，并且第二组来自第一组之前的10分钟与30分钟之间的时刻。处理器配置成基于第一组测量数据和第二组测量数据使用指数关系确定稳态轮胎压力。
22.第一方面特征中的任何特征可以以同样的方式应用于第二方面和第三方面。
附图说明
23.现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：
24.图1示出了可以实践各实施方式的飞行器的示意图。
25.图2示出了包括轮胎压力传感器的飞行器驾驶舱信息系统的示意图。
26.图3示出了与轮胎压力传感器进行交互的手持装置的示意图。
27.图4示出了与轮胎压力传感器进行交互的维护系统。
28.图5是朝向稳态指数式降低的曲线图。
29.图6是用于确定稳态轮胎压力的方法的流程图。
具体实施方式
30.图1描绘了可以实施本发明的实施方式的飞行器。飞行器100包括带有轮胎102的前起落架和带有轮胎104的主起落架。在飞行器的使用和操作期间，轮胎102、104保持充气到正确的压力很重要。不正确充气的轮胎可能意外爆裂，导致潜在的安全问题。如下文将详细解释的，本发明的实施方式接收关于测量所得轮胎压力的数据并计算出当前稳态压力，可以针对各种因素对该当前稳态压力进行修正以提高准确性。一旦确定了稳态轮胎压力，则可以将其与可接受的限度和阈值进行比较，并根据需要计划维护行动，例如再充气。图1描绘了具有双通道的飞行器，在这种情况下为空中客车a350。将理解的是，本发明可以应用于任何飞行器。
31.每个轮胎102、104均设置有轮胎监测装置。轮胎监测装置在不同时间记录压力和
相关温度。例如，轮胎监测装置可以以定期的间隔或者在限定的特定事件、例如触地时生成并保存数据。在一些示例中，轮胎监测装置仅测量压力。
32.飞行器100还可以包括除轮胎监测装置外的其他系统，这些系统提供传感器数据。虽然该传感器数据中大部分用于飞行控制目的，但一些数据也可用于确定稳态轮胎压力，例如用于测量飞行器载荷的传感器数据。来自飞行器上所有传感器的数据可以聚合到单一的数据系统中，该数据系统可以以定期间隔或在特定事件发生时提供传感器状态报告。替代性地或附加地，轮胎中的传感器可以与其他飞行器系统分开地进行询问。现在将参照图2至图4来描述能够接收传感器数据并使用该传感器数据来确定轮胎压力的系统的更多细节。
33.图2描述了飞行器轮胎监测系统200。该系统包括驾驶舱系统202，驾驶舱系统202包括处理器204、通信接口206和存储器208。处理器204可以是任何合适的处理器，包括单核处理器或多核处理器、处理系统等。存储器208是固态驱动器或硬盘，它既可以存储由处理器204执行的计算机程序指令，也可以存储从整个飞行器的传感器系统接收的数据。通信接口206是有线通信接口，经由数据网络连接至整个飞行器的传感器。驾驶舱系统202还与位于驾驶舱的显示器210连接。经由显示器210，驾驶舱系统202可以显示信息和/或警告。
34.通信接口206接收来自位于整个飞行器上的传感器的数据。这包括轮胎监测装置212和其他传感器，例如载荷传感器214。为了清楚起见，仅描述了单个轮胎监测装置212和载荷传感器214。将理解的是，这些项目可能多于一个，例如，飞行器的每个轮胎通常将具有相关的轮胎监测装置212。
35.轮胎监测装置212包括温度传感器216和气体压力传感器218。气体压力传感器218配置成测量轮胎内的气体压力。温度传感器216不与轮胎内的气体直接接触，因此测量指示气体温度的温度，而不是实际气体温度。例如，温度216可以用于提供轮胎附近的环境温度的数据。一些示例可以省去温度传感器216。
36.轮胎气体压力与气体温度成比例，但由于气体温度没有被直接测量，因此难以将测量所得气体压力转换为已知参考温度下的压力。这使得难以将测量所得压力与用于安全操作的预期的参考压力进行比较。因此，目前规定飞行器必须停放三个小时以允许轮胎、机轮和制动系统达到稳态，从而减少着陆时的热量影响。如下文将更详细解释的，本发明的实施方式应用了新颖技术来分析来自轮胎压力传感器的数据，使得可以确定稳态下的预期(likely)轮胎压力，而不必等待三个小时。
37.驾驶舱系统202可以经由通信接口206直接从传感器获得信息，和/或从存储器208检索历史数据。然后，处理器204可以处理这些数据以确定稳态下的轮胎压力。一旦知晓该参考温度下的轮胎压力，就可以与安全阈值进行比较，如果已经超过阈值，就可以经由显示器210提供警告。
38.驾驶舱系统202可以根据测量所得的稳态温度提供各种警告或指示。例如，一旦轮胎气体压力下降到推荐充气压力的95％以下，则可以推荐对轮胎进行再充气。如果轮胎气体压力已经下降到推荐充气压力的90％以下，则可以指示更换轮胎。这样，驾驶舱信息系统可以指示可能影响飞行员安全的紧急维护要求。
39.在某些情况下，驾驶舱系统也可以分析历史趋势。例如，可以确定稳态轮胎压力随时间的变化率。使用本文所述的方法，可以确定稳态压力，而不必等待三个小时，因此有可
能在每个飞行周期内确定稳态压力。如果稳态压力趋势表明未来压力将低于阈值中的一个阈值的时刻，则可以经由显示器给出信息、警告或警报。例如，轮胎压力趋势可能表明，尽管当前测量所得轮胎压力是可接受的，但它将在两天内下降到95％以下，因此应在接下来两天内对轮胎再充气。
40.在图2的系统200中，使用驾驶舱系统202进行处理和发出警告。这对于向飞行员提供警告是方便的，但是对于维护人员则不太方便。例如，维护人员不太可能在驾驶舱内接收显示器上的信息或警告。在图3的实施方式中，手持装置302取代了驾驶舱系统202。手持装置302可以是便携式计算装置，例如智能手机、平板电脑或膝上型计算机，并且包括通信接口304——在这种情况下为具有天线312的无线通信接口，以及集合有存储器308的处理器306，其方式与驾驶舱信息系统202类似。然而，由于该手持装置更加便携，它可以被携带到需要维护的地方。手持装置不是永久地连接至飞行器内的传感器系统。手持装置可以通过直接对传感器本身进行查询来获得传感器数据，例如直接对轮胎监测装置进行查询，轮胎监测装置本身存储有历史测量数据。替代性地或另外地，手持装置也可以对驾驶舱系统202进行查询来接收传感器数据。
41.一旦手持装置接收到数据，手持装置则可以以与上述驾驶舱系统202大致相同的方式处理数据。例如，手持装置可以在手持装置的显示器310上提供警告。
42.驾驶舱系统202和手持装置302两者均在飞行器附近操作。在图4的实施方式中，远程维护系统402、在这种情况下为远程维护服务器、取代了驾驶舱系统202。维护服务器402并未位于飞行器附近，而是远离飞行器。与驾驶舱系统类似，维护服务器402包括处理系统404、通信接口406和存储器408。维护系统402经由通信接口406接收传感器数据，例如，当进行飞行器维护时，数据可以经由互联网412从飞行器上传，也可能通过经由图3的实施方式的手持装置302转送而接收传感器数据。维护系统402也可以从飞行器接收数据，例如，无线数据遥测连接。这样的遥测连接可以以定期间隔发送传感器数据，无论是否进行维护。
43.维护服务器402可以以各种方式提供警报和指示。例如，信息可以经由网页或电子邮件系统提供给服务中心的操作员。维护服务器402也可以使用接收到的传感器数据以基于传感器数据计划维护行动，例如轮胎再充气或更换。
44.现在将参照图5描述一种方法，通过该方法，诸如以上描述的驾驶舱系统、手持装置或维护服务器的设备可以建立稳态压力，而不必等待3小时来使系统达到稳态。
45.根据对由轮胎监测装置收集的数据的分析，已经观察到，当飞行器的轮胎朝向稳态冷却时，其遵循指数路径。这种指数关系可以基于过去的数据进行表征，因此，可以通过在两个时间点处测量压力使用以下关系式来简单地确定稳态压力：
[0046][0047]
其中，ps为稳态压力，p1为时刻t1处测量所得的气体压力，p2为时刻t2处测量所得的气体压力，并且k为根据过去的数据确定的常数。时刻t1晚于时刻t2，并且时刻t1接近于飞行器静止期结束时。例如，t1可以对应于在机场从登机口出发的派出时刻或后推时刻。通过这种方式，可以确定更准确的稳态压力，因为该时刻更接近于稳态压力。例如，时刻t2是时刻t2之前的15分钟至30分钟。这些时刻在图5中以图形方式示出。
[0048]
可以使用在役或试飞航班根据历史飞行数据确定常数k。利用自动轮胎监测装置，
可以在各种时间点测量轮胎气体压力并从数据中观察到稳态。使用已知的最终稳态压力和两个时刻t1和t2处的压力，再次参照图5，使得t1在t2之后，常数k可以计算如下：
[0049][0050]
常数k通常将专用于至少一种飞行器模型，但在一些示例中，常数k可以更专用于特定的轮胎和机轮系统。可以建立k的值库，用于整个机队。例如，库可以具有用于特定轮胎型号(品牌或零件号)、潜在地特定机轮位置的k的参考值。在另一示例中，可以通过、例如在飞行器整夜停放时、首先记录导致稳态的压力数据来计算每个特定轮胎的k。
[0051]
通过这种方式，无需等待达到稳态即可计算稳态压力。因此，可以在比以前短得多的时段内测量稳态轮胎压力。作为另一益处，这意味着可以收集每个飞行周期的稳态轮胎压力，从而能够建立趋势和其他信息，而这些是现有的每三天进行一次手动测量所无法做到的。
[0052]
图6描述了示例方法，根据实施方式，可以通过该示例方法计算稳态轮胎压力。在图6的方法中，使用常数k根据指数曲线计算出的稳态压力进一步根据其他因素进行调整，以便稳态压力更准确地代表实际的稳态轮胎压力。
[0053]
首先，在框602处，获得或接收时刻t1和时刻t2的传感器数据。例如，可以通过查询用于传感器数据的数据存储器或者通过直接查询轮胎监测装置来获得数据，如果这些装置也存储轮胎压力数据的话。
[0054]
接下来，在框604处，使用检索到的数据和已知的预定常数k的来计算稳态压力。这给出了初始稳态读数ps，在接下来的步骤中，该初始稳态读数ps的准确性得到提高。
[0055]
在框606处，针对环境温度对稳态压力进行调整。环境温度改变轮胎气体压力，因为随着温度的升高，气体压力根据理想气体定律的应用而增加。通常在参考温度、例如15℃或20℃下表达期望的轮胎气体压力。在该框中，通过乘以因子1来对压力进行调整，其中：
[0056][0057]
并且t1为时刻t1处的环境温度，单位为开尔文。基于单位为开尔文的参考温度确定分母。在上面的等式中，参考温度为15℃或288k。可以通过传感器确定环境温度。在一些情况下，该传感器可以是通常飞行器上的温度传感器，在轮胎监测装置中的温度传感器(尽管这可能受到着陆时热效应的影响)或来自机场的天气数据。
[0058]
在框608处，稳态压力通过乘以因子2而进一步针对飞行器载荷进行调整。飞行器载荷通过提供更大的重量可以影响轮胎压力，并且因此轮胎压力增加以支持该重量。
[0059][0060]
其中，gw为飞行器在时刻t1的毛重，并且mtow为飞行器的最大法定毛重。gw可以直接感测或从其他地方获得，例如，根据飞行器空重、加上燃料、乘客和行李的数据确定。在一些示例中，这种数据可以从飞行器的飞行管理计算机中获得。
[0061]
最后，在框610处，通过乘以第三因子——因子3来调整稳态压力，该因子考虑了压力高度差异。高度也会影响轮胎中的气体压力，其中更高的高度对应于轮胎中的更低的气体压力：
[0062]
因子3＝e-0.00012h
[0063]
其中，h为飞行器在时刻t1的压力高度(单位为米)。
[0064]
应用所有三个校正因子提高了稳态压力的准确性。通过在每次飞行后或以定期间隔、例如至少每天一次地确定稳态压力，可以确定压力趋势并指出维护行动。
[0065]
如果稳态压力低于安全的绝对阈值，例如需要再充气或需要更换时，可以立即发出警报。例如，该方法在后推时刻或派出时刻测量时最为准确。在该时刻，飞行器即将进入飞行周期。如果计算出的稳态压力较低并且需要采取行动，则驾驶舱系统可以向飞行员提供警告或警报，以便可以立即采取补救行动。替代性地，或者附加地，当轮胎压力的趋势表明需要采取补救行动，或者建议未来将需要采取补救行动时，维护系统可以采取行动以计划所需的补救行动，而不需要在驾驶舱内立即通知。
[0066]
将理解的是，虽然通过针对所有三个因子进行调整提高了准确性，但其他实施方式可以应用一个或更多个附加因子，或者不应用因子。类似地，尽管图6示出了以特定顺序应用的因子，但其他实施方式可以以不同的顺序应用这些因子。
[0067]
在已经描述的方法中，可以通过计算机程序来实现这些方法。计算机可读介质可以存储指令，这些指令在由处理系统执行时指导处理系统执行该方法。计算机可读介质可以是非暂态计算机可读介质。
[0068]
应当注意的是，除非另有明确说明，否则本文中所使用的术语“或”应当被解释为表示“和/或”。
[0069]
以上实施方式应理解为本发明的说明性示例。应当理解的是，关于任何一个实施方式所描述的任何特征可以被单独使用、或者与描述的其他特征结合使用，并且也可以与实施方式中的任何其他实施方式或者实施方式中的任何其他实施方式的任何组合的一个或更多个特征结合使用。此外，在不脱离本发明的于所附权利要求书中限定的范围的情况下，也可以采用上面未描述的等同物和改型。