浅谈无人机电传刹车系统的故障诊断与改进措施
浅谈无人机电传刹车系统的故障诊断与改进措
施
摘要：电传刹车系统在中小型无人机上应用广泛。对无人机电传刹车系统组成和原理进行
简述，介绍了电静液系统在机上使用过程中出现无指令压力失控的故障现象。对故障进行深入
研究，提出一套故障分析方法。通过目视检查、印制板 X光检查、工业 CT 检查、仿真计算分
析、试验验证等手段对故障进行定位，并进行了机制分析。开展了故障模拟试验、故障现象复
现，验证了故障原因。针对故障原因提出了解决措施，防止故障发生。
关键词：电静液系统; 压力失控; 单片机电源异常; 虚焊;
Research on Fault Diagnosis of UAV Brake-by-wire System Out of Control
ZHANG Xiaojuan WANG Shan REN Jie SHI Jinhui TU Ling
Technology Center, AVIC Chengdu Aircraft Industrial (Group) Co., Ltd. Guizhou Xin'an Aviation
Machinery Co.,Ltd.
Abstract：The brake-by-wire system is widely applied into small and medium unmanned aerial
vehicle(UAV). The composition and principle of the brake-by-wire system were introduced. The
failure phenomenon that the electro-hydrostatic system was out of control without instruction when it
was used on board was introduced. A new failure analysis method was presented through the deep
study of the fault. The fault was located by methods of visual inspection, PCB X-ray examination,
industrial CT inspection, simulation calculation and analysis, test verification, and the mechanism was
analyzed. The fault simulation test and the recurrence of the fault phenomenon were carried out, and
the fault causes were verified. According to the cause of the failure, the solution measures were put
forward to prevent the failure.
0 前言
中小型无人机发展迅速，目前主要向高空、高速方向发展，自主起降的飞机起飞、着陆速度
快，对刹车系统提出了更高的要求。中小型无人机装配的发动机无附件机匣，不能驱动液压
泵，采用电动泵供压的液压能源系统所能提供的油液流量有限，不能满足刹车所需的大流量需
求，且随着飞机多电/全电技术的发展，飞机上部分机载作动系统已开始逐渐采用电静液作动
及机电作动技术。基于电静液作动技术的电静液系统已成功应用于中小型无人机，它自带液压
源，无需机上提供液压源，系统独立。
本文作者对某无人机电传刹车系统无指令时刹车压力失控故障进行分析，通过通电检查、分解
检查、印制板 X光检查、印制板 CT 检查、仿真计算、高低温试验、振动试验、故障注入试验
等措施，对可能的故障原因逐一排查，确定故障原因，通过故障复现试验，进一步验证故障原
因。
1 电传刹车系统简介
电传刹车系统由电控刹车阀和软管组成。电控刹车阀接收飞控计算机的指令输出刹车压力，经
软管输出至机轮刹车装置，对主机轮进行刹车，一个电控刹车阀控制一侧主机轮刹车。电控刹
车阀采用电静液技术，由贮油杯、阀体、电动机组件、控制器等组成。电控刹车阀原理见图 1:
压力传感器检测输出压力，霍尔传感器检测电机行程位置，防止电动机组件发生过载损坏；微
处理器对输入信号进行处理解算，输出 PWM 等信号给驱动芯片，控制电动机组件正转、反
转、停转，正转时电动机组件上的滚珠螺母向前移动，刹车压力增加，反转时刹车压力减小。
图1 电控刹车阀原理
2 故障现象
某型无人机在当日进行第 2次滑行试验时，在起飞线对各系统进行检查，刹车系统自检正常；
自检完成后进行停机刹车，刹车系统工作正常；给刹车系统清零指令，刹车压力下降至 0,此时
系统工作均正常。2 s 后左刹车压力突然上升至 9 MPa 且保持在 9 MPa, 检查左机轮处于刹车状
态，说明实际有压力输出，左刹车系统故障。出现该故障后，给左刹车系统输入不同指令，电
控刹车阀不动作，刹车压力依然为9 MPa; 对全机下电再上电，左刹车系统依然不执行指令，
压力保持 9 MPa。人为将刹车导管接头处拧松，系统泄漏使刹车松掉，将飞机牵引离开跑道。
根据系统原理，判定为电传刹车系统中电控刹车阀故障。
此故障现象在该型无人机电传刹车系统中首次出现。
3 故障分析
3.1 返厂测试和分解检查
用稳压电源给电控刹车阀通电，刹车指令为0,未听到电动机组件工作声音，观察稳压电源电流
为5.6 A,因产品正常工作电流不超过1 A,并且软件设置堵转电流为3 A,故初步分析为电动机组
件发生了堵转，控制器进行了过流保护，产品无法正常工作。
分解产品，将阀体剥离开，经检查知：电动机组件已超出支座组件端面，正常情况下，不应超
出支座组件端面；电动机组件上减速器存在较大的轴向窜动，减速器已损坏。检查阀体知：阀
体内装在活塞上的弹簧发生倾斜，活塞上固定弹簧挡圈已脱出挡圈槽(见图 2),活塞挡圈槽损
坏。
图2 活塞组件(挡圈槽损坏)
因阀体内活塞组件已损坏，故断开阀体，给产品施加刹车压力指令，产品能正常工作。通电及
分解检查表明：电动机组件异常工作，超出限位行程发生堵转，导致阀体内活塞组件受损。电
动机组件是执行机构，若无电机控制信号输入，其本身不会自动工作，分析是控制器故障，且
经过 300 余次的工作循环，故障未复现，判断是控制器印制板偶发故障导致。
3.2 控制器印制板分析
控制器主要由压力传感器、霍尔传感器、驱动芯片、电源模块、运算放大器、单片机组成。压
力传感器检测输出压力，并用于控制器进行控制律解算，故障现象说明传感器工作正常，故可
排除压力传感器故障。霍尔传感器用于对电动机组件进行限位保护，仅霍尔传感器故障不会导
致电机不受控动作。因此，对控制器其他部分进行分析及验证。
3.2.1 驱动芯片损坏或虚焊
驱动芯片直接控制电机的正转、反转、停转，其电路图见图 3。根据芯片工作原理分析：刹车
指令为0且反馈压力为0时，正常工作应是4脚输入高电平，3脚输入 50%占空比；若3、4脚
虚焊，则其处于高阻状态，输入信号为中间不确定态。通过将3、4脚悬空模拟 3、4脚虚焊进
行空载试验，通电后给 0刹车指令，电动机组件持续正转，刹车压力上升，且电流超过2 A(正
常应是电动机反转或不动作，电流不超过1 A),试验表明3、4脚虚焊会导致电机不受控且压力
上升的故障。
图3 驱动芯片电路图
对驱动芯片引脚进行目视检查，不存在虚焊；对 3、4脚与单片机之间的连接铜箔线进行检
查，没有出现断裂现象；为检查芯片内部引脚是否出现裂纹，进行了 X光检测，检查结果表明
芯片本身没有明显缺陷，见图 4。
图4 驱动芯片 X光检测
3.2.2 单片机损坏或虚焊
摘要：
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浅谈无人机电传刹车系统的故障诊断与改进措施 摘要：电传刹车系统在中小型无人机上应用广泛。对无人机电传刹车系统组成和原理进行简述，介绍了电静液系统在机上使用过程中出现无指令压力失控的故障现象。对故障进行深入研究，提出一套故障分析方法。通过目视检查、印制板X光检查、工业CT检查、仿真计算分析、试验验证等手段对故障进行定位，并进行了机制分析。开展了故障模拟试验、故障现象复现，验证了故障原因。针对故障原因提出了解决措施，防止故障发生。 关键词：电静液系统;压力失控;单片机电源异常;虚焊;ResearchonFaultDiagnosisofUAVBrake-by-wireSystemOutofCon...
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