電渦流緩速器控制器及其控制方法與流程
2023-07-12 19:43:56
本發明涉及汽車零部件技術領域，具體為電渦流緩速器控制器及其控制方法。
背景技術：
對於經常在山區或丘陵地帶行駛的汽車，為了使下長坡時長時間而持續地減低或保持穩定車速並減輕或解除行車制動器的負荷，通常需要加裝緩速器等輔助制動減速裝置。
近幾年國內越來越多的客車製造廠把電渦流緩速器作為產品標配或選配，電渦流緩速器提高了客車行駛的安全性、經濟性和舒適性，現有的電渦流緩速器大多採用大電流繼電器分級控制，繼電器分級一般為2級、3級和4級，級與級之間的切換是直接切換的，制動力矩的變化不連續；電渦流緩速器一般是採用機械手柄開關來控制的，而且手柄開關的開關順序總是固定的，一般為從1檔至最後一檔順序進行，這種控制方式總是讓靠前的檔位優先處於工作狀態，使控制繼電器和緩速器工作處嚴重失衡狀態，壽命大大縮短。
另外一種狀況是在控制手柄沒有檔位全部開啟的情況下，緩速器制動力矩將出現嚴重偏心，會導致機械結構變化，同時也降低了緩速器的使用壽命，採用繼電器控制方式的控制器也無法實現一些諸如恆流、短路保護、溫度保護等高級控制功能；而PWM緩速器控制器以PWM控制方式實現緩速的分級控制，在換檔時可以實現平滑切換，並且始終(負載異常時例外)是所有檔位同時供電，所以不會出現緩速器制動力矩偏心問題，同時還能夠實現恆流、短路保護、溫度保護功能。
技術實現要素：
本發明的目的在於提供電渦流緩速器控制器及其控制方法，電渦流緩速器是一種新型非接觸式減速裝置，制動效能高，除可穩定車速外，還可以降低車輪制動器溫度、提高摩擦片壽命，提高汽車行駛的安全性、平順性；以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器及其控制方法，包括鉗位電路、電源晶片U1、數字輸入採樣電路U13、模擬輸入採樣電路U14、指示燈和報警器驅動電路U6、單片機U4和CAN總線收發晶片U11，鉗位電路由穩壓二極體Z1，穩壓二極體Z2和穩壓二極體Z3並聯構成；電源晶片U1的Vin端串接電阻R1和二極體D1，電源晶片U1的引腳6和7串接穩壓二極體Z4的正極並接地，穩壓二極體Z4的負極接到電源晶片U1的Vin端，在穩壓二極體Z4上並聯接入電容C1；穩壓二極體Z4的引腳1接到5V電壓上，穩壓二極體Z4的引腳2和3並聯並接入電容C2接到穩壓二極體Z4的引腳1上；
電渦流緩速器控制器的控制方法，包括以下步驟：
S1：當單片機U4從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號後，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出佔空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現緩速器不同制動力矩的輸出；
S2：在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現制動力矩的平滑漸變；
S3：當電流採樣電路發現「緩速器線圈」L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的佔空比，以起到恆流和過溫保護的目的；當發現「緩速器線圈」短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和「緩速器線圈」損壞；
S4：當ABS有信號輸入時，無論手柄開關處於何位置都將關閉控制器輸出；當控制器接收到油門踏板信號後，無論手柄開關處於何位置也將關閉控制器輸出。
優選的，數字輸入採樣電路U13的引腳(1-4)分別為手柄開關(1-4)檔輸入端；數字輸入採樣電路U13的引腳「Speed」為車輛速度信號輸入端，數字輸入採樣電路U13的引腳「ABS」為車輛ABS信號輸入端；數字輸入採樣電路U13還外接5V電壓供電。
優選的，模擬輸入採樣電路U14的「Temp.」端為緩速器溫度輸入端，
「Pedal」端為車輛油門信號輸入端，模擬輸入採樣電路U14將車輛信號濾波和轉換後輸入至單片機U4上。
優選的，指示燈和報警器驅動電路U6中，「PowerLED」為緩速器工作指示燈；「LED1」為緩速器1檔工作時指示燈，「LED2」為緩速器2檔工作時指示燈，「LED3」為緩速器3檔工作時指示燈，「LED4」為緩速器4檔工作時指示燈，「Buzzer」為緩速器異常(超過設定溫度、短路或斷路)時指示燈。
優選的，單片機U4的引腳1和2串聯電容C4和電容C5，在電容C4並聯電容C3，在電容C5上並聯電容C6；單片機U4還連接晶振X1、電容C8和C9組成晶體震蕩電路。
優選的，CAN總線收發晶片U11，通過單片機U4接收和發送消息；CAN總線收發晶片U11串接限流電阻R18和限流電阻R23，CAN總線收發晶片U11的CANSTB引腳接上拉電阻R17；CAN總線收發晶片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模電感L5、濾波電容C10和C12、二極體D6；CAN總線收發晶片U11的引腳還接電容C11並接地。
優選的，單片機U4還接電流採樣晶片，電流採樣晶片由晶片U2、晶片U5、晶片U8和晶片U10組成，晶片U2、晶片U5、晶片U8和晶片U10分別將電流採樣電阻R4、電阻R9、電阻R14、電阻R21端的電壓轉換為對應的電壓值，供單片機U4採樣。
優選的，電阻R2、電阻R7、電阻R12、電阻R19均為單片機U4的限流電阻。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
1、本基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，採用單片機以PWM控制的方式控制電渦流緩速器，以實現平滑制動，避免了制動力矩的偏心；穩壓二極體Z1、穩壓二極體Z2、穩壓二極體Z3、穩壓二極體Z4採用大功率TVS，為整個電路提供保護；採用低邊驅動的方式，以相對較低的成本完成核心控制；同時完成了對每個緩速器線圈電流的採樣，通過單片機處理後，以實現恆流和短路保護；並且本模塊集成了「速度開關」的功能，同時模塊具有CAN總線通信功能。
2、本基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，採用低邊驅動的方式控制「緩速器線圈」L1、L2、L3、L4，採用低邊驅動的好處是驅動電路結構簡單，成本低。能很好的解決控制器和「緩速器線圈」使用壽命的問題，因電子式電渦流緩速器控制器是無觸點的，只要設計合理使用壽命將遠遠超過機械繼電器式控制器。而且本發明以單片機為工作核心，完全可以實現恆流、短路保護、溫度保護、和檔位切換平滑漸變功能，而且可以根據客戶的要求來重新編寫程序來標定溫度保護、恆流和短路保護的值，而不用更改硬體電路，應用更加靈活。
3、本基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，控制器具有CAN總線模塊，可以將自身狀態信息發送至總線，或者從總線接收車身信號，使模塊應用更靈活，功能更完善。
附圖說明
圖1為本發明的單片機電路原理圖；
圖2為本發明的鉗位電路原理圖；
圖3為本發明的電源晶片電路原理圖；
圖4為本發明的數字輸入採樣電路原理圖；
圖5為本發明的模擬輸入採樣電路原理圖；
圖6為本發明的指示燈和報警器驅動電路原理圖；
圖7為本發明的CAN總線收發晶片電路原理圖；
圖8為本發明的Q1以PWM控制的方式圖；
圖9為本發明的Q2以PWM控制的方式圖；
圖10為本發明的Q3以PWM控制的方式圖；
圖11為本發明的Q4以PWM控制的方式圖；
圖12為本發明的Q1以PWM控制其輸出佔空比為25％的波形圖；
圖13為本發明的Q2以PWM控制其輸出佔空比為50％的波形圖；
圖14為本發明的Q3以PWM控制其輸出佔空比為75％的波形圖；
圖15為本發明的Q4以PWM控制其輸出佔空比為100％的波形圖。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行親楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖1-15，本發明提供一種技術方案：電渦流緩速器控制器及其控制方法，包括鉗位電路、電源晶片U1、數字輸入採樣電路U13、模擬輸入採樣電路U14、指示燈和報警器驅動電路U6、單片機U4和CAN總線收發晶片U11，鉗位電路由穩壓二極體Z1，穩壓二極體Z2和穩壓二極體Z3並聯構成；電源晶片U1的Vin端串接電阻R1和二極體D1，電源晶片U1的引腳6和7串接穩壓二極體Z4的正極並接地，穩壓二極體Z4的負極接到電源晶片U1的Vin端，在穩壓二極體Z4上並聯接入電容C1；穩壓二極體Z4的引腳1接到5V電壓上，穩壓二極體Z4的引腳2和3並聯並接入電容C2接到穩壓二極體Z4的引腳1上；穩壓二極體Z1，穩壓二極體Z2，穩壓二極體Z3為大功率TVS，構成鉗位電路，當輸入電源電壓過高時，鉗位電路將電壓鉗至合理範圍，對整個電路進行保護；電源晶片U1為電路提供穩定的電源，二極體D1隻允許電流從電源晶片U1的Vin端灌入，而不會從GND端灌入；電阻R1和穩壓二極體Z1構成鉗位電路，當輸入電源電壓過高時，鉗位電路將輸入至電源晶片U1的電壓鉗至合理範圍；電容C1為濾波電容，對輸入電源進行濾波；電容C2為濾波電容，對輸出電源進行濾波。
數字輸入採樣電路U13的引腳(1-4)分別為手柄開關(1-4)檔輸入端；數字輸入採樣電路U13的引腳「Speed」為車輛速度信號輸入端，數字輸入採樣電路U13的引腳「ABS」為車輛ABS信號輸入端；數字輸入採樣電路U13還外接5V電壓供電；數字輸入採樣電路U13將車輛非單片機U4(MCU)能接收的電平，轉換為單片機U4能夠接收的電平。
模擬輸入採樣電路U14的「Temp.」端為緩速器溫度輸入端，「Pedal」端為車輛油門信號輸入端，模擬輸入採樣電路U14將車輛信號濾波和轉換後輸入至單片機U4上。
指示燈和報警器驅動電路U6中，「PowerLED」為緩速器工作指示燈；「LED1」為緩速器1檔工作時指示燈，「LED2」為緩速器2檔工作時指示燈，「LED3」為緩速器3檔工作時指示燈，「LED4」為緩速器4檔工作時指示燈，「Buzzer」為緩速器異常(超過設定溫度、短路或斷路)時指示燈。
單片機U4的引腳1和2串聯電容C4和電容C5，在電容C4並聯電容C3，在電容C5上並聯電容C6；單片機U4(MCU)為電路的核心器件，通過執行燒入晶片內部的程序來完成信號的處理工作，電容C3、電容C4、電容C5、電容C6和電容C7均為濾波電容，為單片機電源濾波；單片機U4還連接晶振X1、電容C8和C9組成晶體震蕩電路，為單片機U4提供穩定的工作頻率。
CAN總線收發晶片U11，通過單片機U4接收和發送消息；CAN總線收發晶片U11串接限流電阻R18和限流電阻R23，CAN總線收發晶片U11的CANSTB引腳接上拉電阻R17；CAN總線收發晶片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模電感L5、濾波電容C10和C12、二極體D6；CAN總線收發晶片U11的引腳還接電容C11並接地；共模電感L5為CAN_H和CAN_L濾除共模幹擾。
單片機U4還接電流採樣晶片，電流採樣晶片由晶片U2、晶片U5、晶片U8和晶片U10組成，晶片U2、晶片U5、晶片U8和晶片U10分別將電流採樣電阻R4、電阻R9、電阻R14、電阻R21端的電壓轉換為對應的電壓值，供單片機U4採樣；電阻R2、電阻R7、電阻R12、電阻R19均為單片機U4的限流電阻。
一種基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，包括以下步驟：
第一步：當單片機U4從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號後，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出佔空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現緩速器不同制動力矩的輸出；
第二步：在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現制動力矩的平滑漸變；
第三步：當電流採樣電路發現「緩速器線圈」L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的佔空比，以起到恆流和過溫保護的目的；當發現「緩速器線圈」短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和「緩速器線圈」損壞；
第四步：當ABS有信號輸入時，無論手柄開關處於何位置都將關閉控制器輸出；當控制器接收到油門踏板信號後，無論手柄開關處於何位置也將關閉控制器輸出。
本發明集成了速度開關的功能，即當車速過低時即使有手柄開關信號輸入，控制器也將關閉緩速器，以防止消耗整車電源；當單片機從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號後，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出佔空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現緩速器不同制動力矩的輸出；在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現制動力矩的平滑漸變。當電流採樣電路發現「緩速器線圈」L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的佔空比，以起到恆流和過溫保護的目的；當發現「緩速器線圈」短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和「緩速器線圈」損壞。
上述基於PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法的第四部中，控制器同樣也適用於2檔或3檔的控制器，只要本發明上去除不需要的電路便可完成改造。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。