电涡流缓速器控制器及其控制方法与流程

本发明涉及汽车零部件技术领域，具体为电涡流缓速器控制器及其控制方法。

背景技术：

对于经常在山区或丘陵地带行驶的汽车，为了使下长坡时长时间而持续地减低或保持稳定车速并减轻或解除行车制动器的负荷，通常需要加装缓速器等辅助制动减速装置。

近几年国内越来越多的客车制造厂把电涡流缓速器作为产品标配或选配，电涡流缓速器提高了客车行驶的安全性、经济性和舒适性，现有的电涡流缓速器大多采用大电流继电器分级控制，继电器分级一般为2级、3级和4级，级与级之间的切换是直接切换的，制动力矩的变化不连续；电涡流缓速器一般是采用机械手柄开关来控制的，而且手柄开关的开关顺序总是固定的，一般为从1档至最后一档顺序进行，这种控制方式总是让靠前的档位优先处于工作状态，使控制继电器和缓速器工作处严重失衡状态，寿命大大缩短。

另外一种状况是在控制手柄没有档位全部开启的情况下，缓速器制动力矩将出现严重偏心，会导致机械结构变化，同时也降低了缓速器的使用寿命，采用继电器控制方式的控制器也无法实现一些诸如恒流、短路保护、温度保护等高级控制功能；而PWM缓速器控制器以PWM控制方式实现缓速的分级控制，在换档时可以实现平滑切换，并且始终(负载异常时例外)是所有档位同时供电，所以不会出现缓速器制动力矩偏心问题，同时还能够实现恒流、短路保护、温度保护功能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供电涡流缓速器控制器及其控制方法，电涡流缓速器是一种新型非接触式减速装置，制动效能高，除可稳定车速外，还可以降低车轮制动器温度、提高摩擦片寿命，提高汽车行驶的安全性、平顺性；以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器及其控制方法，包括钳位电路、电源芯片U1、数字输入采样电路U13、模拟输入采样电路U14、指示灯和报警器驱动电路U6、单片机U4和CAN总线收发芯片U11，钳位电路由稳压二极管Z1，稳压二极管Z2和稳压二极管Z3并联构成；电源芯片U1的Vin端串接电阻R1和二极管D1，电源芯片U1的引脚6和7串接稳压二极管Z4的正极并接地，稳压二极管Z4的负极接到电源芯片U1的Vin端，在稳压二极管Z4上并联接入电容C1；稳压二极管Z4的引脚1接到5V电压上，稳压二极管Z4的引脚2和3并联并接入电容C2接到稳压二极管Z4的引脚1上；

电涡流缓速器控制器的控制方法，包括以下步骤：

S1：当单片机U4从输入电路得到手柄开关1档、2档、3档或4档的信号后，对Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其输出占空比分别为25％、50％、75％、100％的波形，以实现缓速器不同制动力矩的输出；

S2：在档位进行切换时PWM控制波形以平滑渐变的方式逐步变化，以实现制动力矩的平滑渐变；

S3：当电流采样电路发现“缓速器线圈”L1、L2、L3、L4过流或过温时，减小PWM的占空比，以起到恒流和过温保护的目的；当发现“缓速器线圈”短路时立即关断Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“缓速器线圈”损坏；

S4：当ABS有信号输入时，无论手柄开关处于何位置都将关闭控制器输出；当控制器接收到油门踏板信号后，无论手柄开关处于何位置也将关闭控制器输出。

优选的，数字输入采样电路U13的引脚(1-4)分别为手柄开关(1-4)档输入端；数字输入采样电路U13的引脚“Speed”为车辆速度信号输入端，数字输入采样电路U13的引脚“ABS”为车辆ABS信号输入端；数字输入采样电路U13还外接5V电压供电。

优选的，模拟输入采样电路U14的“Temp.”端为缓速器温度输入端，

“Pedal”端为车辆油门信号输入端，模拟输入采样电路U14将车辆信号滤波和转换后输入至单片机U4上。

优选的，指示灯和报警器驱动电路U6中，“PowerLED”为缓速器工作指示灯；“LED1”为缓速器1档工作时指示灯，“LED2”为缓速器2档工作时指示灯，“LED3”为缓速器3档工作时指示灯，“LED4”为缓速器4档工作时指示灯，“Buzzer”为缓速器异常(超过设定温度、短路或断路)时指示灯。

优选的，单片机U4的引脚1和2串联电容C4和电容C5，在电容C4并联电容C3，在电容C5上并联电容C6；单片机U4还连接晶振X1、电容C8和C9组成晶体震荡电路。

优选的，CAN总线收发芯片U11，通过单片机U4接收和发送消息；CAN总线收发芯片U11串接限流电阻R18和限流电阻R23，CAN总线收发芯片U11的CANSTB引脚接上拉电阻R17；CAN总线收发芯片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模电感L5、滤波电容C10和C12、二极管D6；CAN总线收发芯片U11的引脚还接电容C11并接地。

优选的，单片机U4还接电流采样芯片，电流采样芯片由芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10组成，芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10分别将电流采样电阻R4、电阻R9、电阻R14、电阻R21端的电压转换为对应的电压值，供单片机U4采样。

优选的，电阻R2、电阻R7、电阻R12、电阻R19均为单片机U4的限流电阻。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器的控制方法，采用单片机以PWM控制的方式控制电涡流缓速器，以实现平滑制动，避免了制动力矩的偏心；稳压二极管Z1、稳压二极管Z2、稳压二极管Z3、稳压二极管Z4采用大功率TVS，为整个电路提供保护；采用低边驱动的方式，以相对较低的成本完成核心控制；同时完成了对每个缓速器线圈电流的采样，通过单片机处理后，以实现恒流和短路保护；并且本模块集成了“速度开关”的功能，同时模块具有CAN总线通信功能。

2、本基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器的控制方法，采用低边驱动的方式控制“缓速器线圈”L1、L2、L3、L4，采用低边驱动的好处是驱动电路结构简单，成本低。能很好的解决控制器和“缓速器线圈”使用寿命的问题，因电子式电涡流缓速器控制器是无触点的，只要设计合理使用寿命将远远超过机械继电器式控制器。而且本发明以单片机为工作核心，完全可以实现恒流、短路保护、温度保护、和档位切换平滑渐变功能，而且可以根据客户的要求来重新编写程序来标定温度保护、恒流和短路保护的值，而不用更改硬件电路，应用更加灵活。

3、本基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器的控制方法，控制器具有CAN总线模块，可以将自身状态信息发送至总线，或者从总线接收车身信号，使模块应用更灵活，功能更完善。

附图说明

图1为本发明的单片机电路原理图；

图2为本发明的钳位电路原理图；

图3为本发明的电源芯片电路原理图；

图4为本发明的数字输入采样电路原理图；

图5为本发明的模拟输入采样电路原理图；

图6为本发明的指示灯和报警器驱动电路原理图；

图7为本发明的CAN总线收发芯片电路原理图；

图8为本发明的Q1以PWM控制的方式图；

图9为本发明的Q2以PWM控制的方式图；

图10为本发明的Q3以PWM控制的方式图；

图11为本发明的Q4以PWM控制的方式图；

图12为本发明的Q1以PWM控制其输出占空比为25％的波形图；

图13为本发明的Q2以PWM控制其输出占空比为50％的波形图；

图14为本发明的Q3以PWM控制其输出占空比为75％的波形图；

图15为本发明的Q4以PWM控制其输出占空比为100％的波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行亲楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-15，本发明提供一种技术方案：电涡流缓速器控制器及其控制方法，包括钳位电路、电源芯片U1、数字输入采样电路U13、模拟输入采样电路U14、指示灯和报警器驱动电路U6、单片机U4和CAN总线收发芯片U11，钳位电路由稳压二极管Z1，稳压二极管Z2和稳压二极管Z3并联构成；电源芯片U1的Vin端串接电阻R1和二极管D1，电源芯片U1的引脚6和7串接稳压二极管Z4的正极并接地，稳压二极管Z4的负极接到电源芯片U1的Vin端，在稳压二极管Z4上并联接入电容C1；稳压二极管Z4的引脚1接到5V电压上，稳压二极管Z4的引脚2和3并联并接入电容C2接到稳压二极管Z4的引脚1上；稳压二极管Z1，稳压二极管Z2，稳压二极管Z3为大功率TVS，构成钳位电路，当输入电源电压过高时，钳位电路将电压钳至合理范围，对整个电路进行保护；电源芯片U1为电路提供稳定的电源，二极管D1只允许电流从电源芯片U1的Vin端灌入，而不会从GND端灌入；电阻R1和稳压二极管Z1构成钳位电路，当输入电源电压过高时，钳位电路将输入至电源芯片U1的电压钳至合理范围；电容C1为滤波电容，对输入电源进行滤波；电容C2为滤波电容，对输出电源进行滤波。

数字输入采样电路U13的引脚(1-4)分别为手柄开关(1-4)档输入端；数字输入采样电路U13的引脚“Speed”为车辆速度信号输入端，数字输入采样电路U13的引脚“ABS”为车辆ABS信号输入端；数字输入采样电路U13还外接5V电压供电；数字输入采样电路U13将车辆非单片机U4(MCU)能接收的电平，转换为单片机U4能够接收的电平。

模拟输入采样电路U14的“Temp.”端为缓速器温度输入端，“Pedal”端为车辆油门信号输入端，模拟输入采样电路U14将车辆信号滤波和转换后输入至单片机U4上。

指示灯和报警器驱动电路U6中，“PowerLED”为缓速器工作指示灯；“LED1”为缓速器1档工作时指示灯，“LED2”为缓速器2档工作时指示灯，“LED3”为缓速器3档工作时指示灯，“LED4”为缓速器4档工作时指示灯，“Buzzer”为缓速器异常(超过设定温度、短路或断路)时指示灯。

单片机U4的引脚1和2串联电容C4和电容C5，在电容C4并联电容C3，在电容C5上并联电容C6；单片机U4(MCU)为电路的核心器件，通过执行烧入芯片内部的程序来完成信号的处理工作，电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7均为滤波电容，为单片机电源滤波；单片机U4还连接晶振X1、电容C8和C9组成晶体震荡电路，为单片机U4提供稳定的工作频率。

CAN总线收发芯片U11，通过单片机U4接收和发送消息；CAN总线收发芯片U11串接限流电阻R18和限流电阻R23，CAN总线收发芯片U11的CANSTB引脚接上拉电阻R17；CAN总线收发芯片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模电感L5、滤波电容C10和C12、二极管D6；CAN总线收发芯片U11的引脚还接电容C11并接地；共模电感L5为CAN_H和CAN_L滤除共模干扰。

单片机U4还接电流采样芯片，电流采样芯片由芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10组成，芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10分别将电流采样电阻R4、电阻R9、电阻R14、电阻R21端的电压转换为对应的电压值，供单片机U4采样；电阻R2、电阻R7、电阻R12、电阻R19均为单片机U4的限流电阻。

一种基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器的控制方法，包括以下步骤：

第一步：当单片机U4从输入电路得到手柄开关1档、2档、3档或4档的信号后，对Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其输出占空比分别为25％、50％、75％、100％的波形，以实现缓速器不同制动力矩的输出；

第二步：在档位进行切换时PWM控制波形以平滑渐变的方式逐步变化，以实现制动力矩的平滑渐变；

第三步：当电流采样电路发现“缓速器线圈”L1、L2、L3、L4过流或过温时，减小PWM的占空比，以起到恒流和过温保护的目的；当发现“缓速器线圈”短路时立即关断Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“缓速器线圈”损坏；

第四步：当ABS有信号输入时，无论手柄开关处于何位置都将关闭控制器输出；当控制器接收到油门踏板信号后，无论手柄开关处于何位置也将关闭控制器输出。

本发明集成了速度开关的功能，即当车速过低时即使有手柄开关信号输入，控制器也将关闭缓速器，以防止消耗整车电源；当单片机从输入电路得到手柄开关1档、2档、3档或4档的信号后，对Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其输出占空比分别为25％、50％、75％、100％的波形，以实现缓速器不同制动力矩的输出；在档位进行切换时PWM控制波形以平滑渐变的方式逐步变化，以实现制动力矩的平滑渐变。当电流采样电路发现“缓速器线圈”L1、L2、L3、L4过流或过温时，减小PWM的占空比，以起到恒流和过温保护的目的；当发现“缓速器线圈”短路时立即关断Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“缓速器线圈”损坏。

上述基于PWM控制方式的电涡流缓速器控制器的控制方法的第四部中，控制器同样也适用于2档或3档的控制器，只要本发明上去除不需要的电路便可完成改造。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。