Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
WO 2020/188206 1
PCT/FR2020/050541
Description
Titre de rinvention : Procédé de contrôle du freinage des roues d'un avion et
contrôleur de freinage de roues associé
Domaine Technique
L'invention se rapporte au domaine du freinage des avions et concerne plus
particulièrement un procédé amélioré de freinage pour aéronef.
Technique antérieure
Sur un avion, plusieurs sources permettent de freiner l'avion lors de la phase
d'atterrissage ou lors d'un décollage avorté.
Comme le montre la figure 6, il y a principalement deux sources dédiées à
cette
fonction de freinage et dont le déclenchement est effectué indépendamment l'un
de
l'autre depuis le cockpit sur différentes actions du pilote : le système de
freinage
comportant les freins de roues 10 et le système d'inversion de poussée
comportant
les inverseurs de poussée 12. Les freins de roues 10 sont commandés depuis un
contrôleur de freinage des roues 14 qui reçoit une demande de régulation en
décélération 16 en provenance du cockpit 18 et délivre un ordre de régulation
en
décélération 20 pour les freins de roues 10. Les inverseurs de poussée 12 sont
quant
à eux commandés depuis un contrôleur d'inversion de poussée 22 qui reçoit une
demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 en provenance du cockpit
18
d'où proviennent les actions du pilote 26 et délivre un ordre de déploiement
des
inverseurs de poussée 28 pour les inverseurs de poussée 12.
Le système de freinage des roues inclus dans le train d'atterrissage de
l'avion est
capable à lui seul d'assurer la fonction de freinage de l'avion. En effet, la
certification
des distances de freinages ne s'applique que sur le système de freinage des
roues
qui est le seul système pris en compte pour déterminer si un avion peut
atterrir sur
telle ou telle piste. Cependant, afin de faciliter cette certification, le
système
d'inversion de poussée inclus dans les turboréacteurs de l'avion est très
souvent
considéré comme une option utilisée pour réduire l'usure du système de
freinage des
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roues et cela d'autant plus que ces deux systèmes sont développés complètement
indépendamment car chacun touchant à des sous-systèmes avions bien différents
(trains d'atterrissage et turboréacteurs).
L'une des fondions principales du système de freinage des roues est d'assurer
une
régulation en décélération (fonction autobrake ) permettant à l'avion de
décélérer
de manière homogène (sans à-coups) et adaptée à la piste et à la sortie
(fonction
brake to vacate ).
La figure 7 illustre un cas classique d'atterrissage régulé par exemple à un
niveau de
décélération constant avec déploiement des inverseurs de poussée en cours de
freinage.
On observe tout d'abord en 1 l'instant où les roues touchent le sol permettant
l'initialisation des algorithmes de freinage des roues. En 2, une fois ces
algorithmes
de freinage des roues initialisés et une certaine valeur de vitesse roue
atteinte, la
régulation de décélération s'active. Les freins de roues commencent leur
action et
l'avion est alors asservi à la consigne constante de décélération. A un
instant donné
3 non connu du système de freinage des roues, les inverseurs de poussée se
déploient sur une action du pilote. Ce déploiement des inverseurs de poussée
crée
une forte décélération considérée comme une perturbation externe par le
système
de freinage des roues qui doit alors s'adapter en temps réel afin de rejeter
(éliminer)
cette perturbation. Toute cette période crée un court laps de temps pendant
lequel
la décélération n'est plus égale à la consigne et cela provoque également des
secousses (jerk) dans l'avion qui réduit notablement le confort passager. En
4, une
fois les inverseurs de poussée déployés, la régulation de freinage des roues
parvient
à rejeter la perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée
et
régule de nouveau l'avion à la consigne constante de décélération. La vitesse
souhaitée (nulle ou non) est atteinte en 5 et le pilote désactive la fonction
de
décélération automatique du système de freinage des roues, annulant la
décélération.
Or cette question de confort lié aux secousses qui se produisent de manière
récurrente pose un problème essentiel qu'il convient de résoudre. Et cela
d'autant
plus, que les correcteurs permettant la régulation en décélération sont
dimensionnés
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sur l'amplitude de ces secousses, ce qui provoque une perte de performance du
système de freinage des roues. En effet, pour correctement éliminer cette
perturbation relativement importante (allant jusqu'à 50% de la décélération),
il faut
un correcteur très dynamique pour garantir le confort du reste du freinage.
Mais, au
s contraire, pour filtrer tout ce qui pourrait être ressenti comme un à-
coup , il faut
un correcteur plutôt peu dynamique. Le compromis entre ces deux contraintes
est
donc difficile à trouver et invite à trouver d'autres solutions permettant
d'assurer un
meilleur confort de ses passagers.
1.0 Exposé de l'invention
La présente invention a pour but de proposer une solution alternative
permettant
d'assurer une décélération plus régulière de l'avion. Un but est d'offrir plus
de degrés
de liberté dans la conception du système de freinage de roues et notamment
relâcher le compromis de réglage du correcteur précité.
15 Ces buts sont atteints par un procédé de contrôle du freinage de roues
d'un aéronef
dans lequel le freinage des roues de l'aéronef est commandé par un contrôleur
de
freinage des roues actionnant les freins de roues de l'aéronef en fonction à
la fois
d'une demande de régulation en décélération et d'une demande de déploiement
des
inverseurs de poussée.
20 Ainsi, en informant le contrôleur de freinage des roues du comportement des
inverseurs de poussée, il est possible de relâcher le compromis de réglage du
correcteur nécessaire dans l'art antérieur.
Selon le mode de réalisation envisagé, la demande de déploiement des
inverseurs de
poussée est reçue soit directement par le contrôleur de freinage des roues
depuis un
25 cockpit de l'aéronef, soit directement par le contrôleur de freinage des
roues et
relayée à un contrôleur des inverseurs de poussée actionnant le déploiement
des
inverseurs de poussée, ou soit directement par un contrôleur des inverseurs de
poussée qui la relai au contrôleur de freinage des roues.
Avantageusement, pour éliminer une perturbation crée par le déploiement des
30 inverseurs de poussée, un ordre de régulation en décélération délivré par
le
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contrôleur de freinage des roues aux freins de roues est maintenu sensiblement
constant soit par une adaptation d'une consigne de décélération en proportion
de la
perturbation créée par le déploiement des inverseurs de poussée soit par une
adaptation d'un gain d'une fonction de transfert de la boucle de régulation du
s freinage des roues en proportion de la perturbation créée par le déploiement
des
inverseurs de poussée.
L'invention concerne également un contrôleur de freinage des roues apte à
actionner
des freins des roues d'un aéronef en fonction d'une demande de régulation en
décélération, caractérisé en ce qu'il est configuré pour actionner les freins
des roues
w de l'aéronef également en fonction d'une demande de déploiement des
inverseurs
de poussée.
De préférence, ce contrôleur est en outre configuré pour recevoir d'un
contrôleur
des inverseurs de poussée une information sur l'état réel des inverseurs de
poussée.
15 Brève description des dessins
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront
de la
description faite ci-dessous, en référence aux dessins annexés qui en
illustrent un
exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif et sur lesquels :
[Fig. 1] La figure 1 montre une architecture simplifiée de systèmes de
freinage des
20 roues et d'inversion de poussée selon un premier mode de réalisation de
l'invention,
[Fig. 2] La figure 2 montre une architecture simplifiée de systèmes de
freinage des
roues et d'inversion de poussée selon un deuxième mode de réalisation de
l'invention,
[Fig. 3] La figure 3 montre une architecture simplifiée de systèmes de
freinage des
25 roues et d'inversion de poussée selon un troisième mode de réalisation de
l'invention,
[Fig. 4] La figure 4 détaille la structure du contrôleur de freinage de roues
de
l'invention,
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[Fig. 5] La figure 5 illustre la courbe de décélération obtenue avec le
contrôleur de
freinage des roues de la figure 4,
[Fig. 6] La figure 6 montre des systèmes de freinage des roues et d'inversion
de
poussée selon une architecture simplifiée classique de l'art antérieur, et
[Fig. 7] La figure 7 illustre la courbe de décélération du système de freinage
de
roues de la figure 6.
Description des modes de réalisation
Trois modes de réalisation de l'invention illustrés successivement aux figures
1 à 3
sont envisagés pour assurer cette information du contrôleur de freinage des
roues.
Dans le mode de réalisation de la figure 1, il est simplement proposé que la
demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 qui est, dans les
architectures connues, adressée depuis le cockpit de l'aéronef 18 directement
et
uniquement au contrôleur des inverseurs de poussée 22, soit adressée en
parallèle
également au contrôleur de freinage des roues 14.
Avec cette architecture, le profil de décélération n'est toutefois pas optimal
car le
contrôleur de freinage des roues ne peut pas maîtriser le moment où les
inverseurs
de poussée vont se déployer et il ne connait donc pas leur état réel. Il ne
peut réagir
que par rapport à la demande de déploiement effectuée par le pilote et estimer
que
le déploiement se fait effectivement. Par conséquent, il existe un risque de
prise en
compte de l'ordre de déploiement des inverseurs alors que ceux-ci ne sont pas
déployés, engendrant un transitoire très néfaste au confort et à la
performance du
freinage (avec une décélération effective plus faible que celle commandée). Ce
risque peut toutefois être éliminé en prévoyant la réception d'une information
30 du
contrôleur des inverseurs de poussée sur cet état réel des inverseurs lui
permettant
de vérifier que les inverseurs sont bien déployés.
On notera que cette architecture permet très simplement, dans un mode dégradé
dans lequel la demande de déploiement n'est pas prise en compte, un retour à
l'architecture classique ou le freinage des roues et le déploiement des
inverseurs de
poussée sont gérés indépendamment l'un de l'autre.
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Dans le mode de réalisation de la figure 2, il est proposé que le contrôleur
des
inverseurs de poussée 22 relai la demande de déploiement des inverseurs de
poussée 24 reçue directement du cockpit 18 au contrôleur de freinage des roues
14.
Comme précédemment, avec cette architecture, le profil de décélération n'est
pas
non plus optimal car le contrôleur de freinage des roues ne peut pas maîtriser
le
moment où les inverseurs de poussée vont se déployer et il ne connait donc pas
leur
état réel. Il ne peut réagir que par rapport à la demande de déploiement reçue
du
contrôleur des inverseurs de poussée et estimer que le déploiement se fait
effectivement. Par conséquent, il existe un risque de prise en compte de
l'ordre de
w déploiement des inverseurs alors que ceux-ci ne sont pas déployés,
engendrant un
transitoire très néfaste au confort et à la performance du freinage.
Toutefois, comme
précédemment, ce risque peut être éliminé en prévoyant la réception d'une
information 30 du contrôleur des inverseurs de poussée sur cet état réel des
inverseurs lui permettant de vérifier que les inverseurs sont bien déployés.
Cette architecture permet aussi très simplement un retour à l'architecture
classique
ou le freinage des roues et le déploiement des inverseurs de poussée sont
gérés
indépendamment l'un de l'autre en choisissant dans un mode dégradé de ne pas
prendre en compte la demande de déploiement et l'éventuel état des inverseurs.
Dans le mode de réalisation de la figure 3, la demande de régulation en
décélération
16 et la demande de déploiement des inverseurs de poussée 24 sont toutes deux
adressées au contrôleur de freinage des roues 14 qui peut alors choisir de
relayer la
demande de déploiement des inverseurs de poussée au contrôleur des inverseurs
de
poussée 22 par exemple uniquement lorsqu'il est prêt à prendre en compte son
effet Une fois cette demande relayée au contrôleur des inverseurs de poussée
22,
celui-ci peut confirmer la bonne réception au contrôleur de freinage des roues
et lui
renvoyer une information 30 sur l'état réel des inverseurs de poussée :
inverseur
non-déployés, en déploiement, déployés.
Ce fonctionnement de type maitres (pour les freins) esclaves (pour les
inverseurs)
permet d'optimiser au maximum la décélération de l'aéronef car l'algorithme de
régulation en décélération peut être parfaitement adapté à partir de l'état
réel des
inverseurs. Il est aussi possible de recréer (par un modèle inverse qui
renvoie par
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exemple le delta de décélération instantanée ou prévue avec un certain temps
d'avance au contrôleur de freinage des roues) la décélération induite par les
inverseurs de poussée et l'intégrer directement dans la régulation en
décélération
afin de pouvoir rejeter facilement la perturbation due au déploiement des
inverseurs
s de poussée. Cela peut être fait dans le contrôleur des inverseurs de
poussée ou dans
le contrôleur de freinage des roues sous réserve d'un partage des données de
modèle nécessaire à la régulation.
La figure 4 illustre un exemple de réalisation du contrôleur de freinage de
roues 14
qui délivre l'ordre de régulation en décélération 20 pour les freins de roues
10 à
partir de la demande de régulation en décélération 16. Ce contrôleur comporte
un
correcteur 32 qui agit comme il est connu sur un écart de régulation entre une
consigne 34 et une valeur mesurée de cette décélération 21. Toutefois, cette
consigne n'est pas une consigne de décélération nominale 36 mais une consigne
de
décélération adaptée délivrée par un module d'adaptation de la consigne 38 qui
reçoit la demande déploiement des inverseurs de poussée 24 et éventuellement
l'information 30 sur l'état réel de ces inverseurs de poussée 12. Ce module 38
permet donc de passer de la consigne de décélération nominale à la consigne de
décélération adaptée. Le contrôleur de freinage des roues peut ainsi
directement
modifier sa consigne de décélération en adéquation avec la demande de
déploiement des inverseurs de poussée afin que l'effet de freinage des
inverseurs et
la consigne de freinage des roues coïncident avec la valeur demandée au niveau
du
cockpit de l'avion.
Le passage de la consigne de décélération nominale à la consigne de
décélération
adaptée permettant de garantir un ordre de régulation en décélération 20 sans
à-
coups est illustré à la figure 5 qui présente le cas idéal dans lequel la
consigne de
décélération adaptée 34 diminue instantanément dès que l'on sait à un instant
T1
que les inverseurs bougent (demande de déploiement des inverseurs de poussée
24
reçue). Ensuite cette consigne évolue de façon exactement opposée à l'effet de
décélération produit par les inverseurs de poussée (la zone hachurée 40
correspond
ao à la compensation de l'effet aérodynamique des inverseurs). L'objectif
étant bien
évidemment d'avoir une décélération constante correspondant à la valeur
demandée
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par le pilote. Une fois le déploiement des inverseurs de poussée terminé à un
instant
T2, la consigne de décélération reprend la valeur constante de la consigne
nominale
36 afin de ne pas trop accélérer et avoir un minimum d'oscillations durant les
transitoires.
On notera qu'il existe d'autres types d'adaptation qui peuvent avoir le même
résultat
que l'adaptation de consigne précitée. Par exemple, une adaptation du gain de
la
fonction de transfert du système en boucle fermée est aussi envisageable. Pour
cela,
les gains de la boucle de régulation sont modifiés au moment des évènements
définis par la demande de déploiement des inverseurs de poussée et l'état de
ces
io inverseurs de poussée.
L'avantage principal de cette solution est donc d'obtenir une décélération
avion très
régulière et donc d'augmenter le confort passager durant les phases
d'atterrissage.
Ainsi, le transfert de données entre les deux contrôleurs permet de prévoir le
comportement de l'avion.
Chacun de ces trois modes de réalisation implique l'augmentation de signaux à
faire
transiter entre le cockpit et les deux contrôleurs et donc notamment une
augmentation de câblages. Cet inconvénient est toutefois à relativiser car
dépendant
essentiellement du réseau de communication présent dans l'aéronef. Or, avec
les
réseaux actuels de type AFDX (pour Avionics Full DupleX ), la nécessité de
rajouter du câblage tend à disparaitre.
