专利名称：一种机电式acbs汽车缓速器控制装置及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种新型机电式ACBS汽车缓速器的控制装置及其控制方法，更具体而言是指气路和阀门控制装置及其控制方法与辅助制动控制电路，是一种汽车制动系统的气动装置与控制电路。
背景技术：
缓速器是一种高效汽车制动辅助制动装置，它既可以使汽车在坡道行驶时，方便地实行缓速和恒速行驶，也可以在高速公路或者路况较差的情况下，及时轻松地进行缓速， 因此可极大提高汽车行驶时的安全性与舒适性。目前，最常用的汽车辅助制动器一般为电涡流缓速器、液力缓速器、排气制动装置。电涡流缓速器控制大多采用有触点继电器控制以及PWM脉宽调制，而液力、排气制动装置很少采用控制系统。电涡流缓速器的控制系统可产生阶跃式的或连续可调的励磁电流， 达到制动力矩的连续可调方式。具体实现是电涡流缓速系统主要由电控部分、功率模块、 励磁线圈以及转子组成。电控部分根据驾驶员的制动挡位信号以及速度反馈信号计算出合适的制动力的大小，并控制功率模块的导通，通过功率模块提供给励磁线圈合适的电流，以产生磁场，并在转子当中形成涡流，这种涡流的大小与转子的旋转速度成正比。涡流形成的磁场产生一个与转子旋转方向相同的转矩，由于作用与反作用的关系，转子则产生一个与自己转动方向相反的转矩，该转矩是转子转速和定子磁场电流的函数。磁通量的大小与励磁线圈的匝数以及所通过的励磁电流大小有关。转子安装在传动轴的两端，相当于给传动轴的转动施加了一个制动阻力矩，达到减速的效果。缓速器所需电流直接由汽车蓄电池供给。但使用这种方法仍存在着对速度传感器信号适应性差、保护功能不全、不能在极低速和停止时具有自动关闭等功能，电涡流缓速器的主要缺点在于尺寸庞大、机体沉重、消耗电能且受周围环境温度影响较大，目前只适用于大型商用车辆。目前国产的电涡流缓速器存在加工工艺粗糙，转子热变形厉害、缓速器寿命短、控制装置及其控制方法不够成熟，存在磁场涡流热散热不足，线圈易烧断，档位易产生误操作以及与整车的电气匹配等问题。因此，针对一种新型机械式ACBS汽车缓速器，如何采取最有效的控制装置及其控制方法，既能实现制动力矩的稳定可调，对各类传感器信号进行及时的处理和反馈，又能够在低速情况下自动断开控制及防止驾驶员误操。
发明内容
本发明缓速器控制装置及其控制方法涉及到了增加的气制动系统，能在不影响整车原有制动性能的情况下，充分利用气源来实现对缓速器的供气，并采用水冷循环来解决缓速器温度过高的问题。在电路方面，涉及到了车速、温度、气制动压力、驾驶员操作的判断和防误操作功能，能够实现速度、温度、压力的实时监控以及与ABS的匹配、CAN总线的通信等功能。采用ISP在线编程、电源管理、硬件看门狗等方法，保证了控制器更好的稳定性。本发明为实现上述功能所采用的方案是一套独立的气路，其包括，驻车储气筒、差动继动阀、常闭电磁阀以及PCV调节阀等，其中驻车储气筒通过差动继动阀与缓速器气室相连接，常闭电磁阀和PCV调节阀也通过差动继动阀相连接，提供缓速器气室的另一条气路。该缓速器采用发动机的水循环冷却系统或是独立加装的水箱及其管路来进行缓速器的冷却，满足散热要求。成本小，散热效果好，能够保证缓速器的可靠性。进一步，轮速传感器采用霍尔式接近开关，工作电压宽，测速频率最高可达 ΙΟΟΚΗζ，通过在传动轴上安装小块永磁铁来实现轮速的监控，安装简单，反应速度快，能够在恶劣的工况下长期工作，程序动态对得到的轮速信号进行计算，能自动实现缓速器防抱死功能，又能与ABS共同工作。更进一步，温度传感器采用MAXIM公司的MAX6675带冷端补偿的数字温度转换芯片以及薄膜型K型热电偶来监控温度，精度较高，测温范围大，使用四路模拟开关⑶4056来监控压力开关总成的导通情况，精确的控制制动气室的压力。控制电路板利用大功率N沟道增强型VMOS场效应管来进行功率放大，完成电磁阀的驱动。使用DC隔离稳压模块来实现MV蓄电池到控制器电源的隔离，抗干扰性强，数字地和模拟地可隔离。采用Maxim公司的MAX813L芯片来实现电源管理和看门狗功能。进一步，利用程序判断驾驶员在操作端的意图，防止驾驶员出现误操作。采用 AT89S52单片机来实现ISP编程，能够在线修改控制器的程序。采用Philips公司的独立 CAN总线控制器SJA1000及CAN总线驱动器TJA1050，支持CAN 2. OB协议。
本发明提供一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，利用驻车储气筒，安装较少的控制阀门和管路就可以实现缓速器的供气。另外，本发明的电路板采用AT89S52 新型8位单片机及其Maxim、W!ilipS、Atmel系列外围应用芯片，提高了控制系统的稳定性、 可靠性、多功能性，VMOS场效应管驱动电路可作为通用车载器件的驱动电路。霍尔式轮速传感器和薄膜式K型热电偶温度传感器性能较好，成本较低，安装方便，寿命长。下面结合附图和实例对本发明进一步说明；
图1是增加后的车辆制动气路及缓速器电路示意图； 图2是缓速器控制器及外围器件图； 图3是缓速器水循环冷却系统的示意图； 图4是霍尔接近开关在不同磁盘转速下的示波器波形图； 图5是控制器电源模块电路图； 图6是控制器功率驱动模块电路图； 图7是控制器光电隔离模块电路图； 图8是控制器轮速传感器模块电路图； 图9是控制器电源管理模块电路图； 图10是控制器硬件框架图； 图11是控制器程序流程图。图中1.串列双腔气制动阀2.驻车/中央缓速器储气筒3.前制动气室4.驻车制动5.后制动气室6.后轮制动继动阀7.轮速传感器8.点火开关9.缓速器操作手柄 10.鼓温传感器11.压力传感器12.温度报警灯13.压力信号灯14.中央缓速器控制系统15.中央缓速器制动气室16. PCV调节阀17.快放阀18.差动继动阀19.常闭电磁阀20.感载比例阀21.三通管22.前轮制动继动阀23. CAN总线24.汽车电瓶25.电动水泵。
具体实施方案如图1所示的缓速器气路，原车的气制动回路完全由串列双腔气制动阀(1)及前制动继动阀(22)、后制动继动阀(6)来控制，驻车/中央缓速器储气筒(2)只在驻车时起作用。增加后的气路，将串列双腔气制动阀(1)往后制动气室去的气通过感载比例阀 (20)分作两路，一路执行后轮制动功能，另一路用于做控制气路以送往差动继动阀(18)的控制口 A，驻车/中央缓速器储气筒(2)过来的气经过三通管(21)分为两路，一路作为缓速器气室的供气送到差动继动阀(18)的进气口，另一路则经过常闭电磁阀(19)作为控制气路送到差动继动阀(18)的控制口 B。差动继动阀(18)的出气口经快放阀(17)直接连接到 PCV调节阀(16)，PCV调节阀(16)连接到中央缓速器制动气室(15)以实现供气。继动阀又叫加速阀，继动阀用于长管路的末端，使储气筒的压缩空气快速充满制动气室，如在挂车或半挂车制动系统中。在载重汽车的制动系统里，继动阀起缩短反应时间和压力建立时间的作用，差动继动阀则由两条控制气路可做输入。差动继动阀在本新型实例中，进气口接驻车/中央缓速器储气筒(2)，出气口接中央缓速器制动气室(15)。当踩下制动踏板时，串列双腔气制动阀(1)的输出气压作为差动继动阀(18)的控制压力输入，在控制压力作用下， 将进气阀推开，于是压缩空气便由驻车/中央缓速器储气筒(2)直接通过进气口进入中央缓速器制动气室(15)，而不用流经制动阀，这大大缩短了制动气室的充气管路，加速了气室的充气过程。当缓速器电路将常闭电磁阀(19)通电时，驻车/中央缓速器储气筒(2)的出气口经三通管(21)分为两路，一路作为差动继动阀(18)的气源接进气口，另一路便由常闭电磁阀(19)的导通而作为控制气路输入到差动继动阀(18)，从而使压缩空气由驻车/中央缓速器储气筒(2)进入中央缓速器制动气室(15)。中央缓速器制动气室(15)的断气刹经后制动快放阀后于整车驻车制动系统相连。如图2所示的缓速器电路，PCV调节阀(16)、常闭电磁阀(19)与中央缓速器控制系统(14)的驱动模块相连接，轮速传感器(7)，压力传感器(11)、鼓温传感器(10)直接连接到中央缓速器控制系统(14)的光电隔离及信号处理模块。缓速器操作手柄(9)的信号以及CAN总线(23)信号分别输入到中央缓速器控制系统(14)的光电隔离及CAN总线控制器模块。如图1、图2所示，可得控制过程1 辅助制动形式，电磁阀关闭，缓速器靠制动踏板起作用踩下制动踏板时，通过拉杆机构操纵串列双腔气制动阀(1)，使制动阀上、下两腔的进气口分别与本腔的出气口相通，使前刹车储气筒(3)的压缩空气得以分别通过制动阀的下腔分别输入到左、右前制动气室；后刹车储气筒(5)的压缩空气通过制动阀上腔，经过感载比例阀(20)的分压，一路作为差动继动阀(18)的控制气路，使驻车/中央缓速器储气筒(5)的压缩气体直接通过差动继动阀(18)，穿过快放阀(17)及PCV调节阀(16)，进入中央缓速器制动气室(15)，使缓速器制动启动，感载比例阀(20)的另一条气路作为后轮制动的控制气路送往后轮制动继动阀(6 )。松开脚踏板后，中央缓速器制动气室中的气体可通过快放阀(17)放入大气，后制动气室中的气体可通过继动阀(6)后的快放阀放入大气，前制动气室的气体直接通过前制动快放阀(22)放入大气。在下长坡过程中，采用缓速器单独作用来保持汽车的行驶速度，驾驶员可以拨动缓速器操作手柄(9)，若程序在采集信号后，判断此时的工况满足缓速器工作的所有条件， 则常闭电磁阀(19)通电，驻车/中央缓速器储气筒(5)的压缩气体通过常闭电磁阀(19)、差动继动阀(18 )、快放阀(17 )、PCV调节阀(16 )进入中央缓速器制动气室(15 )，在此过程中， 选好档位后，汽车以程序设定下坡速度和缓速器压力为目标，中央缓速器控制系统(14)通过接受安装在传动轴附近的轮速传感器(7)的转速信号，得到汽车的车速并计算出整个汽车的滑移率及相应的制动压力值，从而发出电信号控制PCV调节阀(16)来调节中央缓速器制动气室(15)的压力，保证制动力矩，使车达到设定的车速范围内变化。并保证在此过程中，传动轴不会被抱死，不会引起车轮的滑移。在此过程中，压力传感器(11)监控气室压力， 当得到的压力值低于程序设定值时，使压力信号灯(13)闪烁；鼓温传感器(10)会监控中央缓速器制动轮鼓的温度高低，会在缓速器热衰退的温度临界点，使温度报警灯(12)闪烁，表明持续制动系统无法保持稳定车速，提醒驾驶员必须采用主摩擦制动器才能保证汽车以希望的车速行驶。如图3所示的水循环冷却系统，在水箱与发动机回路的两根管路之间并联了缓速器的水循环管路，实现了发动机与缓速器的共同散热，由于汽车在下长坡时发动机不提供驱动力力，发动机不会导致水温过高，下长坡时，控制器一旦检测到缓速器档位信号，就通过功率驱动模块给电动水泵(25)供电，使水循环冷却系统能在缓速器工作的过程中不停的带走缓速器产生的热量。在图4所示实施例中，采用示波器测量了霍尔式接近开关在不同转速的磁盘下的波形图，在程序和硬件设计的时候我们选用M/T法来计算车速。M/T法是同时测量检测时间和在此检测时间内脉冲发生器发送的脉冲数来确定被测转速，它是用规定时间间隔Tg以后的第一个测速脉冲去终止时钟脉冲计数器，并由此计数器的示数m2来确定检测时间T。 显然，检测时间为T=Tg十Δ T，1利用51定时器TO定时0.2s，并在此段时间内对Tl 口输入的脉冲做计数，结合传动轴转盘磁块的安装数、车辆的传动比，车轮的半径，便可以计算出车辆的瞬时速度，如图3所示，分别在实验中测量了以2km/h、8km/h、15km/h、10km/h旋转的磁块盘下的霍尔式接近开关的输出脉冲波。如图5所示的电源模块，汽车电瓶经二极管D5，在功率地之间并上了 TVS 二极管， 电解电容C7，电容C8，接入到DC-DC模块U9，稳压后可输出5V。同时在TVS 二极管的负极、 C7正极前并入DC-DC模块U10，输出接电容C9，电解电容ClO后，再接入稳压模块LMl，LMl 的输出并入电解电容Cll与电容C12，输出5V，实现了数字和模拟电源的隔离，电路中数字地和模拟地采用单点连接。如图6所示的功率驱动模块，5V电源分别经电阻R12、R13、R14、R15经光电隔离 01连接到单片机的I/O 口 Pl. 7、Pl. 5、Pl. 0、Pl. 2，P2输出口的1 口接01内部三极管的集电极、2 口接到Ql的D脚。Ql的S脚入功率地，Ql的G脚接R15后到01内部三极管的发射极。P4输出口的1 口接01内部三极管的集电极，2 口接到Q4的D脚。Q4的S脚入功率地，Q4的G脚接R18后到01内部三极管的发射极。P3 口输出口的1，2 口分别接到继电器 RELAY-BI的输出口，继电器的输入口接MV电源，两个继电器的线圈分别并上D3、D4，D3、D4的负极接到01内部三极管的集电极，01内部三极管的发射极分别接到R17、R16、Q2的 G脚、Q3的G脚后入功率地，D3、D4的正极接到Q3、Q2的D脚，Q3、Q2的S脚入功率地。采用Q2、Q3驱动继电器的线圈，使Q2、Q3工作在截止和饱和状态。在驱动器的输出由“0"变为“1"，继电器从接通变为关断时，由于它的线圈是感性负载，所以会产生很高的感应电势， 此时二极管D3、D4提供的续流回路保护场效应管不被反电势击穿。D3、D4的额定电流大十继电器线圈的工作电流，满足工作要求。继电器的工作电压为MV，触点可承受^VDC/10A， 完全满足电流要求。如图7所示的光电隔离模块，P7接入24V或功率地信号，输入口分别经R21、R22、 R23、R24接入Ql的输入正极，Ql输入负极接功率地，5V电源分别接R25、R26、R27、R28输入到01内部三极管的集电极，同时集电极接到单片机I/O 口 P2. 0、Ρ2· 1、Ρ2· 2、Ρ2· 3，01内
部三极管的发射极接地。如图8所示的轮速传感器模块，霍尔接近式开关Sl的红线接5V电源，蓝线接地， 黄线为接近开关输出信号经R18后接入到光耦U7的输入负极，U7的输入正极接5V电源。 5V电源接R20后接到U7内部三极管的集电极，同时集电极接到U8A的输入口，U8A的输出到单片机的定时器Tl，U7内部三极管的发射极串R19后接地。如图9所示的电源管理模块为MAX813L集成模块。该模块第一个功能为，通过手动开关Sl来实现系统复位；该模块第二个功能为，监视看门狗输入引脚“WD1”在1. 6S内没有电平变化，则其RST引脚会产生复位输出信号，如果CPU因某种原因进入死循环，则Pl. 1 无脉冲输入到看门狗的输入端WDI，等待1. 6s后，在MAX813的WDO脚输出低电平，该低电平加到MR脚后，MAX813产生复位信号输出至AT89S52的复位端，使CPU有效复位。如图10所示的硬件框架，虚线内为控制电路总成，集成控制器盒内，虚线外部为传感器、电磁阀、电动水泵、操作手柄、报警显示电路等外围。具体表现为传感器信号作为控制器输入，电磁阀、电动水泵驱动信号作为控制器输出，控制器电路包含光电隔离、信号处理电路、大功率驱动模块、电源模块、看门狗电路、电源管理模块、CAN总线控制器、ISP编程输出接口等。如图11所示的软件流程图，程序指令按如下步骤执行
(1)单片机初始化步骤521后进入I/O口初始化步骤522 ；
(2)设置中断入口步骤523与堆栈、看门狗指针设置步骤524；
(3)设置片内寄存器初始状态步骤(525);
(4)设置定时器寄存器初值与限定速度初值步骤(526)与关定时器，设置计数初值步骤(527)；
(5)循环监视P3口输入步骤(5 )与水泵驱动、防误操作子程序(5 );
(6)判断P3口的值是否等于OEH (530)，结果为是，则初始化电磁阀状态(531)，然后进入FMOD (532)，随后进入开启定时器(533)以及读取Tl计数(5；34)、计算速度(5；34)，计算完速度后进入判断速度是否大于5Km/h，结果为是，则关闭定时器、重设初值(537)后返回(527)后继续执行，结果为否，则设置电磁阀放气(538)后执行(537)并随后返回(527) 后继续执行；
(7)若(6)中判断P3口的值是否等于OEH (530)结果为否，则继续判断P3的值是否等于0CH(539)，结果为是则设定S2 (MO)后进入(545)开启定时器，P3不等于0CH，则继
8续判断P3是否等于08H (541)，结果为是则设定S2 642)后进入(545)开启定时器，P3不等于08H，再继续判断P3是否等于OOH (543)，结果为是则设定S2 644)后进入(545)开启定时器；
(8)开启定时器(545)后，读取Tl的计数值(546)并随即计算速度(547)。然后将得到的速度进行计算，首先判断速度是否大于5Km/h，结果为是则继续判断得到的速度是否大于设定的速度S2 (549)，若速度小于5Km/h则设置电磁阀放气(552)后进入关定时器，重设初值步骤(551)，然后返回(527)后继续执行，649)之后若结果为是，设定电磁阀进气后 (550)进入(551)返回(527)继续执行。
权利要求
1.一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于增加的气路以及控制阀，其包括驻车/中央缓速器储气筒(2)、PCV调节阀(16)、快放阀(17)差动继动阀 (18)、常闭电磁阀(19)、三通管(21)；所述的驻车/中央缓速器储气筒(2)的出气口先连接一个三通管(21)，三通管(21)出来的两条气路分别与常闭电磁阀(19)和差动继动阀(18) 连接，串列双腔制动阀(1)出来的后制动气路经感载比例阀(20)连接到差动继动阀(18)， 差动继动阀(18)经快放阀(17)、PCV调节阀(16)连接到中央缓速器制动气室(15)；缓速器水冷系统及控制阀，其包括电动水泵(25)，及与发动机水冷循环系统的管路连接亦或是独立的水箱及其管路；缓速器控制电路，其包括轮速传感器(7)、点火开关(8)、缓速器操作手柄(9)、鼓温传感器(10)、压力传感器(11)、温度报警灯(12)、压力信号灯(13)、中央缓速器控制系统(14)、CAN总线(23);通过将传感器信号、操作手柄信号及CAN总线信号反馈到控制电路进行信号计算处理，然后通过大功率驱动模块来驱动常闭电磁阀(19)与PCV 调节阀(16)，汽车电瓶(24)经点火开关(8)给中央缓速器控制系统(14)供电，轮速传感器 (7)、缓速器操作手柄(9)、鼓温传感器(10)、压力传感器(11)、温度报警灯(12)、压力信号灯(13)、PCV调节阀(16)、常闭电磁阀(19)、CAN总线(23)等外围电路直接与中央缓速器控制系统内的处理电路相连。
2.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于差动继动阀(18)在气路中起控制作用，中央缓速器制动气室(1 的进气通过差动继动阀(18)控制，放气则通过快放阀(17)和PCV调节阀(16)，常闭电磁阀(19)单独导通了驻车/中央缓速器储气筒(2)到中央缓速器制动气室(15)的控制气路，不需要经过串列双腔制动阀(1)。
3.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于缓速器工作时，控制系统打开电动水泵(25)，从发动机水箱或独立加装的水箱出来的冷却水经管路流入到缓速器水冷循环系统，吸收热量后回到水箱再进行冷却。
4.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于通过控制系统的大功率驱动模块来实现气路的控制、常闭电磁阀(19)和PCV调节阀 (16)控制气路的进气以及放气，可以通过电路单独实现缓速器的气制动操作。
5.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于驾驶员通过缓速器操作手柄(9)给缓速器控制电路发出相应的信号，实现相应的操作，共有脚制动模式及三种恒速下长坡模式可选；缓速器控制电路通过CAN总线(23)接口上接受到的信号来实现相应功能；通过传感器来实现缓速器压力控制、温度和速度装置的监控，压力、温度、速度传感器通过屏蔽线与控制器内的信号处理电路相连，只要缓速器工作，轮速、温度、压力信号实时反馈到控制器电路。
6.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于采用霍尔接近式轮速传感器(7)，安装式K型热电偶鼓温传感器(10)，压力开关式压力传感器(11);霍尔接近式轮速传感器(7)通过一定的间隙安装到后桥上，轮速传感器的形式由齿轮电感式变成了磁盘电感式，响应频率更快；鼓温传感器(10)采用的安装式K型热电偶为薄膜状，测温范围大，延迟低，便于安装；压力传感器(11)为通用的压力开关总成。
7.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于安装式K型热电偶鼓温传感器(10)安装到缓速器的蹄片内侧以及支架下端的齿轮组油封处。
8.根据权利要求1所述的一种机电式ACBS汽车缓速器控制装置及其控制方法，其特征在于该控制电路采用AT89S52新型8位单片机作为控制核心，AT89S52单片机能够实现ISP在线编程，便于调试和维护；对于单片机的外围电路，采用了 MAX813L、CD4056、 MAX6675、DC稳压、大功率N沟道VMOS和TLP521光耦，配备了 CAN总线模块SJA1000，通过硬狗和DC稳压模块来保证电路部分的稳定性和可靠性。
全文摘要
本发明涉及一种机电ACBS(Anti-lockCentralBrakingSystem)缓速器控制装置及其控制方法，主要包括气路控制与电子控制，气路在原有的气制动回路上加装了PCV调节阀(16)与常闭电磁阀(19)作为控制阀，控制缓速器气室的气压，并在不影响整车原有制动性能的情况下，利用驻车储气筒来完成缓速器的供气。缓速器采用循环冷却水来进行冷却，通过电动水泵(25)冷却水的循环利用。中央缓速器控制系统能够判断驾驶员操作、防误操作，能够实现速度、温度、压力的实时监控、缓速器制动防抱死、CAN总线通信、显示和报警等功能。通过大功率驱动模块实现对PCV调节阀(16)与常闭电磁阀(19)的控制，控制电路的ECU采用ISP编程方法、电源管理、硬件看门狗等方法，保证控制器更好的稳定性。
文档编号B60T11/10GK102294996SQ201110151189
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月8日 优先权日2011年6月8日
发明者唐应时, 黄道兵 申请人:唐应时, 黄道兵