专利名称：联合制动系统电涡流缓速器控制器及控制方法
技术领域：
本发明涉及一种汽车电子控制类产品，适合运输车辆中由主制动器和电涡流缓速 器构成的联合制动系统中电涡流缓速器的控制。
背景技术：
按法规要求，大中型营运车辆必须加装辅助制动装置，消耗汽车在中小程度制动 时的制动负荷，减轻汽车主制动装置的热负荷和接触磨损。同时，在汽车下长坡持续制动过 程中，辅助制动装置可参与制动作用，保证主制动装置在紧急制动情况下的制动效能。电涡 流缓速器是常用的辅助制动装置，但其制动功率相对较小，因此，合理充分地发挥电涡流缓 速器的制动作用能保证汽车安全快速地需要持续制动的路段，提高汽车的运输经济性。专利20071002225. 0提出了 “一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方 法”，其控制器通过制动踏板的位置变化来感知驾驶员操纵汽车主制动器的程度，判断发动 机缓速器是否需要参与工作，并能对电涡流缓速器的制动力矩进行相应地调节。该控制方 法基于驾驶员的制动操作，先按设定比例控制电涡流缓速器的制动力矩，然后根据车速的 变化对电涡流缓速器的制动力矩进行有限调整。这种控制方法可有效减轻驾驶员的操作， 缺点是汽车的主制动装置必须承担一定比例的制动负荷持续工作。专利200810020499. 7提出了“电涡流缓速器与汽车主制动器的联合控制器及控 制方法”，该控制器用联合控制开关来决定电涡流缓速器处于单独控制模式还是联合控制 模式，其中的联合控制模式中，电涡流缓速器与汽车主制动器共同参与制动作用，且电涡流 缓速器的制动力矩在与汽车主制动器的制动力矩成固定比例关系的基础上，根据汽车的行 驶速度作一定限度的调整。持续制动过程中，汽车的主制动器参与工作，也难以充分发挥电 涡流缓速器的辅助制动作用。中国专利ZL200810022546. 1提供了一种“分体式电涡流缓速器控制器”，该控制 器提供了电涡流缓速器空挡模式、挡位模式、恒速模式和联合控制模式，根据驾驶员对各类 开关的操作结果，控制器使电涡流缓速器进入不同的工作状态。其中在联合控制模式中，电 涡流缓速器根据驾驶员操作制动踏板的程度按固定比例输出制动力矩。这种控制器改变了 传统意义上的控制器型式，有利于空间布置与不同车型的设计，但操作比较麻烦，且按固定 比例分担制动负荷，汽车主制动器的持续工作时间也会比较长，难以达到尽可能减轻主制 动器接触磨损与降低接触部件工作温度的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种由电涡流缓速器和汽车主制动器构成的联合制动系统 中电涡流缓速器的控制器及控制方法，驾驶员根据汽车的所处环境，可选择手动操纵组合 开关使控制器对电涡流缓速器进入分级控制模式，或踩下制动踏板，控制器关闭分级控制 模式，并自动进入联合控制模式。其中，控制器处于联合控制模式时，根据电涡流缓速器和汽车主制动器的制动力的大小、汽车行驶速度的变化，控制器首先识别汽车所处的道路坡度，然后根据坡度确定电 涡流缓速器所需承担制动负荷的大小，控制电涡流缓速器输出相应的制动力矩。汽车所处 的坡道坡度为零，电涡流缓速器不承担制动负荷；汽车所处的坡道坡度小于设定值，电涡流 缓速器承担全部的制动负荷；汽车所处的坡道坡度大于或等于设定值，电涡流缓速器承担 满足汽车在坡道上勻速下坡的制动负荷的相应比例部分，且较小的坡度上承担的制动负荷 比例较大。联合制动模式中，驾驶员可根据需要自由操纵制动踏板使汽车的主制动器发挥 相应的制动作用，但是当汽车主制动器的制动作用大于预设的程度时，控制器判定汽车处 于紧急制动状态，禁止电涡流缓速器发挥作用。本发明的目的可通过以下所述的控制器来达到控制器由微型计算机、大功率晶体管驱动电路、电流反馈电路、电涡流缓速器组合 开关、制动踏板位置传感器组成。其中微型计算机包含输入/输出端口、内部总线、微型计 算机CPU、PWM控制单元、两个中断控制器、电可擦除可编程存储器、模/数转换器、只读存储 器、随机存储器、计数器、定时器，大功率晶体管驱动电路包含光耦、绝缘栅双极晶体管、续 流二极管，电流反馈电路包含取样电阻、精密电压源、运算放大器，电涡流缓速器组合开关 可提供1、2、3、4挡共四个挡位的开关信号，制动踏板位置传感器内含一个复位开关和一个 线性电位计。电涡流缓速器组合开关的四个挡位输出信号以及蓄电池电压信号Sl连接到微型 计算机的输入/输出端口。制动踏板位置传感器的复位开关连接到2号中断控制器和输入 /输出端口，而线性电位计的输出连接到模/数转换器的输入引脚。PWM控制单元有四路输 出，每路接光耦的控制端，光耦的输出端接绝缘栅双极晶体管的栅极，绝缘栅双极晶体管的 漏极接续流二极管的负极和蓄电池的正极，绝缘栅双极晶体管的源极接续流二极管的正极 和电涡流缓速器线圈。电涡流缓速器线圈共四组，都通过取样电阻接蓄电池负极。电流反 馈电路中，取样电阻输出接运算放大器的负端，精密电压源输出接运算放大器的正端，运算 放大器的输出接1号中断控制器。取自仪表板的汽车速度信号接微型计算机的计数器的输 入端。本发明的优点是驾驶员可根据汽车的运行状况和汽车所处的道路情况，自由选择 手动方式还是脚动方式控制电涡流缓速器，且两种方式的转换是在驾驶员正常操作过程中 由控制器通过开关的开闭状态自动完成。当电涡流缓速器处于联合控制模式时，可根据路 面坡度的大小改变分担的满足汽车勻速下坡的制动负荷的比例，充分发挥作为辅助制动装 置的辅助制动作用，减轻汽车主制动器的热负荷。同时，驾驶员可根据情况单独操纵汽车的 主制动器，调节汽车的行驶速度。
图1是本发明电涡流缓速器控制器的结构方框图。图2是本发明电涡流缓速器控制器的控制方法主流程图。图3是本发明电涡流缓速器控制器的分级控制模式子程序流程图。图4是本发明电涡流缓速器控制器的外部中断服务1流程图。图5是本发明电涡流缓速器控制器的外部中断服务2流程图。图6是本发明电涡流缓速器控制器的联合控制模式子程序流程图。
图7是本发明电涡流缓速器控制器的定时中断服务流程图。图8是本发明电涡流缓速器的制动负荷比例与道路坡度的关系。附图中标注说明1-电涡流缓速器组合开关2-输入/输出端口 3-内部总线4-微 型计算机CPTO-电涡流缓速器控制器6-微型计算机7-PWM控制单元8-光耦9-绝缘栅双 极晶体管10-续流二极管11-电涡流缓速器线圈12-取样电阻13-精密电压源14-运算放 大器15-1号中断控制器16-电可擦除可编程存储器17-2号中断控制器18-模/数转换器 19-只读存储器20-随机存储器21-计数器22-制动踏板位置传感器23-定时器
具体实施例方式以下结合图1说明本发明的联合控制系统电涡流缓速器控制器电路结构如图1所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器由微型计算机6、大功率晶体管驱 动电路、电流反馈电路、电涡流缓速器组合开关1、制动踏板位置传感器22组成。其中微型 计算机6包含输入/输出端口 2、内部总线3、微型计算机CPU4、PWM控制单元7、1号中断控 制器15、2号中断控制器17、电可擦除可编程存储器16、模/数转换器18、只读存储器19、 随机存储器20、计数器21、定时器23，大功率晶体管驱动电路包含光耦8、绝缘栅双极晶体 管9、续流二极管10，电流反馈电路包含取样电阻12、精密电压源13、运算放大器14，电涡流 缓速器组合开关1可提供1、2、3、4挡共四个挡位的开关信号，制动踏板位置传感器22内含 一个复位开关和一个线性电位计。图1中，电涡流缓速器组合开关1的四个挡位输出信号以及蓄电池电压信号Sl连 接到微型计算机6的输入/输出端口 2。制动踏板位置传感器22的复位开关连接到2号 中断控制器17和输入/输出端口 2，而线性电位计的输出连接到模/数转换器18的输入 引脚。PWM控制单元7有四路输出，每路接光耦8的控制端，光耦8的输出端接绝缘栅双极 晶体管9的栅极，绝缘栅双极晶体管9的漏极接续流二极管10的负极和蓄电池的正极，绝 缘栅双极晶体管9的源极接续流二极管10的正极和电涡流缓速器线圈11。电涡流缓速器 线圈11共四组，都通过取样电阻12接蓄电池负极。电流反馈电路中的取样电阻12输出接 运算放大器14的负端，精密电压源输出接运算放大器14的正端，运算放大器14的输出接 1号中断控制器15。取自仪表板的汽车速度信号接微型计算机6的计数器21的输入端。微型计算机6的输入/输出端口 2接收来自电涡流缓速器组合开关1的挡位、蓄 电池低电压信号Si、制动踏板位置传感器22中的复位开关等数字信号，经内部总线3送至 微型计算机CPU4，运算后获得驾驶员的操作信息和蓄电池的电压状态，是控制器对电涡流 缓速器进行制动力矩控制的依据之一。微型计算机6的计数器21在定时器23的配合下，记录一定时间内的汽车速度脉 冲数，并与上一时间段内的计数结果一起，计算出汽车加速度。微型计算机6的2号中断控制器17监控制动踏板位置传感器22中复位开关的信 号变化。驾驶员踩下制动踏板时，复位开关打开，2号中断控制器感知来自复位开关的电平 从高到低的变化，微型计算机6将电涡流缓速器转入联合控制模式，并禁止分级控制模式。电流反馈电路将取样电阻12上的电压降与精密电压源13的参考电压输入作为比 较器的运算放大器14，比较结果接入1号中断控制器15。如取样电阻12上的电压降高于 精密电压源13的参考电压，微型计算机6发生外部中断，切断电涡流缓速器的PWM脉冲控制信号。微型计算机6中的只读存储器19存放本发明的程序代码和汽车勻速下坡时电涡 流缓速器的制动负荷比例与坡道的关系，电可擦除可编程存储器16在程序运行过程中存 放一些中间运算结果。本发明的联合制动系统电涡流缓速器控制器对电涡流缓速器设置了两种工作模 式一是分级控制模式，控制器根据驾驶员选定电涡流缓速器组合开关1的1、2、3、4挡，对 电涡流缓速器进行相应占空比的PWM控制；二是联合控制模式，控制器在驾驶员踩下制动 踏板使制动踏板位置传感器22中的复位开关打开后，使电涡流缓速器配合汽车主制动器 工作，其制动力矩的大小与汽车勻速下坡时电涡流缓速器应承担的制动负荷相一致。在汽车上装用本发明的联合制动系统电涡流缓速器控制器后，驾驶员在需要制动 的情况下，只需选择电涡流缓速器的挡位或踩下制动踏板即可，控制器根据汽车所处的工 作环境按预先编制的程序对电涡流缓速器的制动力矩进行控制。本发明所述联合制动系统电涡流缓速器的控制方法通过执行以下编制的程序来 实现。如图2所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器上电后执行以下主程序。(1)联合制动系统电涡流缓速器控制器5从步骤200开始执行主程序。(2)然后进入步骤201进行微型计算机的输入/输出端口分配，按资源配置需要设 置其输入或输出状态。(3)进入步骤202进行定时器和计数器初始化设置。(4)进入步骤203进行中断控制器的初始化设置。(5)进入步骤204进行PWM控制单元的初始化设置。(6)进入步骤205清除EEPROM空间，用来保存中间计算结果。(7)主程序执行到步骤206时，是循环入口。首先判断电涡流缓速器电磁线圈的控 制电流是否过大。如果电流过大，跳转到步骤212进行异常情况处理；否则按顺序执行下一 步操作。(8)步骤207处，微型计算机提取输入端口信息。(9)步骤208，微型计算机对输入端口信息进行处理，计算出驾驶员对电涡流缓速 器组合开关操作的挡位编码，并将其保存在EEPROM中。(10)步骤209处判断计算出来的挡位编码有无变化。如果没有，表明驾驶员没有 改变对电涡流缓速器组合开关的操作，程序跳转回步骤206循环入口处；否则按顺序执行 下一步操作。(11)步骤210处判断蓄电池电压情况，如果蓄电池电压过低，程序跳转到步骤212 处进行异常情况处理；否则程序按顺序进入到步骤211，调用电涡流缓速器控制器的分级 控制模式子程序。调用完该子程序后，程序跳转到步骤206循环入口处进行下一次循环的 执行。(12)步骤212处进行异常情况处理，具体为清除电涡流缓速器电磁线圈的PWM控 制信号，使电涡流缓速器的制动力矩输出为零。然后进入步骤213，清除已保存的挡位编码。 异常情况处理完后，程序跳转到步骤206循环入口处进行下一次循环的执行。如图3所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器调用分级控制模式子程序
(1)子程序从步骤300开始执行。(2)进入步骤301，控制器根据挡位编码判断驾驶员对电涡流缓速器组合开关的 操作，识别1、2、3、4挡或空挡。(3)进入步骤302，控制器根据不同的挡位操作，对电涡流缓速器电磁线圈施加相 应的PWM控制脉冲，使电涡流缓速器输出相应等级的制动力矩。(4)进入步骤303，分级控制模式子程序调用返回。如图4所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器执行外部中断服务1程序电涡流缓速器控制器在执行图2所示的主程序时，如来自电流反馈电路的信号满 足中断条件，控制器进入外部中断服务1程序。(1)外部中断服务1程序从步骤400开始执行。(2)进入步骤401，微型计算机关闭外部中断1。(3)进入步骤402，微型计算机清除电涡流缓速器电磁线圈的PWM控制信号，使电 涡流缓速器的制动力矩输出为零。(4)进入步骤403，微型计算机设立电涡流缓速器电磁线圈电流过大标志位。(5)进入步骤404，微型计算机重新打开外部中断1。(6)进入步骤405，程序从外部中断服务1返回，继续执行主程序。如图5所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器执行外部中断服务2程序电涡流缓速器控制器在执行图2所示的主程序时，如驾驶员踩下制动踏板，使制 动踏板位置传感器中的复位开关断开，信号满足中断条件，控制器进入外部中断服务2程 序。(1)外部中断服务2程序从步骤500开始执行。(2)进入步骤501，微型计算机关闭外部中断2。(3)进入步骤502，微型计算机清除电涡流缓速器电磁线圈的PWM控制信号，使电 涡流缓速器的制动力矩输出为零。(4)步骤503处调用联合控制模式子程序。(5)执行到步骤504处进行制动踏板是否复位的判断。如制动踏板没有复位，表明 联合制动模式没有结束，程序跳转到步骤503处继续；否则程序按顺序进行到下一步。(6)进入步骤505，微型计算机开外部中断2。(7)进入步骤506，程序从外部中断服务2程序返回。如图6所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器调用联合控制模式子程序(1)联合控制模式子程序从步骤600开始执行。(2)进入步骤601，微型计算机取当前电涡流缓速器电磁线圈PWM控制信号的占空 比。(3)进入步骤602，微型计算机计算相应占空比时电涡流缓速器的制动力。(4)进入步骤603，微型计算机通过模/数转换器驾驶员踩下制动踏板的程度。(5)进入步骤604，根据上一步结果，计算汽车主制动器的制动力。(6)步骤605处进行判断，汽车主制动器的制动力是否大于设定值。如大于，程序 跳转到步骤609处执行；否则按顺序进入下一步。(7)进入步骤606，微型计算机从内部随机存储器中获取当前汽车的加速度值。
(8)进入步骤607，根据力学原理计算汽车所处坡道的坡度值。(9)步骤608处进行判断，汽车所处的坡度是否为零。如是，程序执行步骤609，清 除电涡流缓速器电磁线圈的PWM控制信号，使电涡流缓速器的制动力矩输出为零；否则程 序执行步骤610。(10)先看步骤610。微型计算机查询只读存储器，根据已知的坡度值查出相应汽 车勻速下坡时电涡流缓速器应承担的制动负荷的比例。(11)进入步骤611，计算并输出电涡流缓速器电磁线圈PWM控制信号的占空比，使 电涡流缓速器输出相应制动负荷比例的制动力矩。(12)进入步骤612。步骤609执行完毕以后也进入该步骤。该步骤在随机存储器 中保存电涡流缓速器电磁线圈PWM控制信号的占空比。(13)进入步骤613，联合控制模式子程序调用返回。如图7所示，联合制动系统电涡流缓速器控制器执行定时中断服务程序(1)定时中断服务程序从步骤700处开始执行。(2)进入步骤701，关闭定时中断。(3)进入步骤702，微型计算机从计数器中获取汽车速度脉冲信号的计数结果。(4)进入步骤703，计算当前汽车的速度。(5)进入步骤704，取上一阶段汽车速度。(6)进入步骤705，计算汽车的加速度。(7)进入步骤706，将汽车加速度结果保存在随机存储器中。(8)进入步骤707，将汽车速度也保存在随机存储器中。(9)进入步骤708，开定时中断。(10)进入步骤709，从定时服务程序中断返回。图8是汽车勻速行驶时，电涡流缓速器承担的制动负荷比例与汽车所处坡度的对 应关系。图8显示，当汽车所处坡度小于某值时，电涡流缓速器承担汽车下坡时的制动负 荷的全部比例，而大于或等于该值时，电涡流缓速器承担的制动负荷的比例随道路坡度变 化，坡度小时，比例较大。
权利要求
1.一种联合制动系统电涡流缓速器控制器，其特征在于控制器由微型计算机(6)、 大功率晶体管驱动电路、电流反馈电路、电涡流缓速器组合开关(1)、制动踏板位置传感 器0 组成。其中微型计算机(6)包含输入/输出端口 O)、内部总线(3)、微型计算机 CPU 0)、PWM控制单元(7)、1号中断控制器(15)、2号中断控制器(17)、电可擦除可编程存 储器(16)、模/数转换器(18)、只读存储器(19)、随机存储器(20)、计数器(21)、定时器 (23)，大功率晶体管驱动电路包含光耦(8)、绝缘栅双极晶体管(9)、续流二极管(10)，电流 反馈电路包含取样电阻(12)、精密电压源(13)、运算放大器(14)，电涡流缓速器组合开关(I)可提供1、2、3、4挡共四个挡位的开关信号，制动踏板位置传感器0 内含一个复位开 关和一个线性电位计。电涡流缓速器组合开关(1)的四个挡位输出信号以及蓄电池电压信号Sl连接到微型 计算机(6)的输入/输出端口(2)；制动踏板位置传感器02)的复位开关连接到2号中断 控制器(17)和输入/输出端口 O)，而线性电位计的输出连接到模/数转换器(18)的输 入引脚。PWM控制单元(7)有四路输出，每路接光耦(8)的控制端，光耦(8)的输出端接绝 缘栅双极晶体管(9)的栅极，绝缘栅双极晶体管(9)的漏极接续流二极管(10)的负极和蓄 电池的正极，绝缘栅双极晶体管(9)的源极接续流二极管(10)的正极和电涡流缓速器线圈(II)；电涡流缓速器线圈(11)共四组，都通过取样电阻(12)接蓄电池负极。电流反馈电路 中，取样电阻(1 输出接运算放大器(14)的负端，精密电压源输出接运算放大器(14)的 正端，运算放大器(14)的输出接1号中断控制器(1 ；取自仪表板的汽车速度信号接微型 计算机(6)的计数器的输入端。
2.一种联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于电涡流缓速器控制器 (5)可以使电涡流缓速器工作于分级控制模式和联合控制模式，且联合控制模式执行时，分 级控制模式被禁止；电涡流缓速器控制器( 在驾驶员踩下制动踏板使制动踏板位置传感 器0 的复位开关张开后，进入联合控制模式，并关闭分级控制模式；电涡流缓速器进入 联合控制模式后，电涡流缓速器控制器( 根据坡度大小分配电涡流缓速器承担制动负荷 比例的多少。
3.根据权利要求2所述的联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于分级 控制模式是电涡流缓速器控制器( 根据驾驶员对电涡流缓速器组合开关(1)的挡位操作 对绝缘栅双极晶体管(9)输出相应的确定占空比的控制脉冲，使电涡流缓速器输出一定的 制动力矩。
4.根据权利要求2所述的联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于联合 控制模式是电涡流缓速器控制器( 在驾驶员踩下制动踏板使制动踏板位置传感器02) 的复位开关张开后，微型计算机(6)通过PWM控制单元获取电涡流缓速器控制信号的占空 比、模/数转换器(18)提取制动踏板位置传感器0 的输入、计数器和定时器03) 计算汽车速度脉冲的变化，先计算汽车实际制动力的大小，然后计算出汽车所处的坡度，再 查询出预存于内部只读存储器(19)中与坡道值相对应的电涡流缓速器分担汽车勻速下坡 制动力的比例，对电涡流缓速器线圈(11)施加相应占空比的PWM控制信号，输出一定制动 力矩，使电涡流缓速器满足正常工作条件时在不同的坡道上完全发挥其辅助制动作用。
5.根据权利要求4所述的联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于电涡 流缓速器控制器( 进入联合控制模式后，如果汽车所处坡道值为零，电涡流缓速器控制器( 控制电涡流缓速器不提供制动力。
6.根据权利要求4所述的联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于电涡 流缓速器控制器( 进入联合控制模式后，如果汽车所处坡道小于设定的值，由电涡流缓 速器提供汽车所需的制动力。
7.根据权利要求4所述的联合制动系统电涡流缓速器的控制方法，其特征在于电涡 流缓速器控制器( 进入联合控制模式后，在制动踏板位置传感器0 的输入数值超过一 定的数值时，使电涡流缓速器不提供制动力。
全文摘要
本发明联合制动系统电涡流缓速器控制器及控制方法，涉及汽车电涡流缓速器。该控制器由微型计算机、大功率晶体管驱动电路、制动踏板位置传感器、电流反馈电路、电涡流缓速器组合开关组成。控制器在制动踏板被踩下后，关断挡位分级控制，并根据电涡流缓速器PWM控制信号、制动踏板位置传感器的输入、汽车速度脉冲的变化，先计算汽车实时制动力的大小，然后计算汽车所处的坡度，再查询出预存于内部存储器中与坡度值相对应的电涡流缓速器分担汽车下坡制动力的比例，对电涡流缓速器电磁线圈施加相应占空比的PWM控制信号，输出一定制动力矩，使电涡流缓速器满足正常工作条件时在不同的坡道上完全发挥其辅助制动作用，同时减轻驾驶员操作强度。
文档编号B60L7/28GK102120424SQ201010590330
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月9日 优先权日2010年12月9日
发明者赵迎生 申请人:浙江师范大学