电子式电涡流缓速器驱动控制器及其控制方法与流程

本发明涉及一种汽车辅助制动设备中的驱动控制器，具体涉及到电子式电涡流缓速器驱动控制器及其控制方法。

背景技术：

电涡流缓速器俗称电刹，是一种大中型车辆高效制动辅助装置，通过与定子和转子之间的磁场作用达到车辆减速的目的。它有低速大扭矩、维护保养简单、可靠性高等特点。

在20世纪30年代，欧洲的汽车制造厂家和用户就对行驶在山区和事故多发地段的车辆要求安装缓速器，本世纪初电涡流缓速器开始在国内大型客车上使用。我国2012年所颁布的《机动车运行安全技术条件》gb7258这一国家标准中已明确规定车长大于9m的客车必须装备缓速器及其他辅助制动装置；2014年颁布的《gb12676-2014商用车辆和挂车制动系统技术要求及试验方法》中对车辆的缓速制动性能提出更加严格的要求。随着国家政策的重视及终端客户的强烈需求，缓速器制动系统在车辆上的运用将越来越广泛。

can总线是一种控制器局域网，是一种有效支持分布式控制或实时控制的现场总线，具有高性能和高可靠性的特点。随着can网络技术在汽车领域的推广与普及，与can总线类汽车应用匹配的can总线型电涡流缓速器随之诞生，缓速器通过can总线与变速箱、仪表、发动机等车载设备进行信息交互。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种能够根据输入档位信号、车速信号、abs信号、油门信号、温度信号驱动控制电涡流缓速器工作的电涡流缓速器驱动控制器。本发明的第二目的是提供一种能够有效释放掉电涡流缓速器关断瞬间产生的过电压高能量干扰脉冲和外接输入电源传入的过电压瞬态干扰，实现自我保护的电涡流缓速器驱动控制器。本发明的第三目的是提供一种能有效控制电涡流缓速器本体的温度工作在安全范围内，实现高温保护的电子式电涡流缓速器驱动控制器。本发明的第四目的是提供一种实现驾驶员误操作自动提醒及切断电流自我保护，降低因人为误动作对电涡流缓速器造成损害的电子式电涡流缓速器驱动控制器。本发明的第五目的是提供一种能够实现电涡流缓速器工作柔性启动，减少电涡流缓速器启动瞬间对后桥及传动轴齿轮的碰撞损害的电子式电涡流缓速器驱动控制器控制方法。

本发明的第一技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器，其特殊之处在于，

所述控制器包括mcu处理器单元及与其电连接的开关量档位信号输入整形单元、频率车速信号输入整形单元、can通讯单元、ad转换单元、开关量指示灯信号输出控制单元、开关量制动灯信号输出控制单元、开关量功率驱动负载输出控制单元；所述开关量功率驱动负载输出控制单元还电连接模拟电流信号采集单元、负载续流单元和过电压保护单元，所述ad模块采集单元的输入端电连接模拟温度信号采集单元和模拟电流信号采集单元；其中：

开关量档位信号整形单元，用于将采集到的开关量档位输入信号整形滤波后，传送给mcu处理器；

频率车速信号输入整形单元，用于将采集到的频率车速信号整形滤波后，传送给mcu处理器；

can通讯单元，用于驱动控制器与外接can网络进行总线通讯；

模拟温度信号采集单元，用于将输入模拟电阻温度信号转换成模拟电压信号，进行滤波整形处理后，传送给ad转换单元；

模拟电流信号采集单元，用于将输入模拟电流信号转换成模拟电压信号后，传送给ad转换单元；

ad转换单元，将模拟电压信号转换成数字信号，传送给所述mcu处理器；

mcu处理器，将输入的各类信号进行运算分析，再驱动控制输出；

开关量指示灯信号输出控制单元，将所述mcu处理器输出的开关量信号转换为所需的指示灯控制信号；

开关量制动灯信号输出控制单元，将所述mcu处理器输出的开关量信号转换为所需的制动灯控制信号；

开关量功率驱动负载输出控制单元，将所述mcu处理器输出的开关量控制信号转换为所需的负载电流驱动信号，控制外电连接正电源与外电连接的缓速器定子线圈负载导通或关断，并反馈工作电流给模拟电流信号采集单元；在负载出现短路时，能自动切断电流输出，起到短路保护作用；

负载续流单元，连外接负载的两端，在缓速器停止工作瞬间，将外电连接的缓速器定子线圈感性负载存储的能量通过续流方式释放完毕；

过压保护单元，与外接电源及被保护的线路并联，将外电连接的缓速器定子线圈负载切断工作瞬间产生的过压瞬态干扰及通过输入电源带入的外界过压瞬态干扰释放掉，释放过程中产生的热量通过与所述过压保护单元连接的散热片导走。

作为优选：所述开关量功率驱动负载输出控制单元，包括控制芯片、三极管、电阻r1、电阻r2和线圈负载，所述控制芯片的in接电阻r1，电阻r1接入三极管的集电极，三极管的基极顺序连接电阻r2和mcu处理器，三极管的发射极接地，控制芯片的is接入模拟电流采集单元，控制芯片的vbb连接电源正极，控制器的1脚、2脚、6脚、7脚并联后接入线圈负载后接地；所述开关量功率驱动负载输出控制单元将所述mcu处理器输出的开关量弱电控制信号转换为所需的负载大电流驱动控制信号，控制外电连接正电源与外电连接的缓速器定子线圈负载导通或关断，并将工作电流经过模拟电流信号采集单元、ad转换单元处理后，最后反馈给mcu处理器，形成一个电流闭环控制回路；所述开关量功率驱动负载输出控制单元通过硬件电路设置有短路、开路自动保护及故障反馈电路，且在负载续流回路电接触不良时提供过电压瞬态干扰能量释放回路。

作为优选：所述过电压保护单元包括大功率tvs芯片组、散热装置和电解电容，所述大功率tvs芯片组采用多个功率相同的tvs芯片串联为组，以提高钳制电压；再将多个tvs芯片组相互并联，以提升过电流能力，散热装置紧贴大功率tvs芯片组，将释放干扰能量产生的热量通过散热片导走。

作为优选：所述can通讯单元通过报文通讯协议与can网络上连接的其他终端设备进行通讯；所述驱动控制器通过can总线接收abs信号、制动力请求信号、油门信号、车速信号，同时通过总线发送缓速器的工作状态信息、当前故障信息、历史故障信息。

作为优选：所述ad转换单元包括一路温度信号ad转换和四路电流信号ad转换，分别用于处理电涡流缓速器机械本体的温度值和四路功率驱动负载输出的电流值。

作为优选：所述开关量功率驱动负载输出控制单元包括四路功率驱动负载输出，分别对应1～4档档位控制输出。

本发明的第二技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器控制电涡流缓速器的方法，其特殊之处在于，所述驱动控制器通过开关量档位信号输入整形单元采集制动档位信息，通过频率车速信号输入整形单元采集车速信息，并通过can通讯单元接收abs工作状态信息、油门踏板信息，当监测到车速低于5km/h或abs处于工作状态或有踩油门动作时，驱动控制器控制缓速器退出工作；驱动控制器设有多个档位进行电涡流缓速器控制，每个档位输出电流分别占总工作电流的对应值；当车速大于5km/h或无abs工作或没有踩油门时，驱动控制器根据输入的档位信息，输出对应档位的工作电流。

本发明的第三技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器控制释放过电压瞬态干扰能量的方法，其特殊之处在于，电涡流缓速器在停止工作瞬间定子线圈感性负载存储的能量通过负载续流单元、定子线圈负载组成回路以热能的形式释放掉；倘若负载续流单元电接触不良而形成过电压、高能量的瞬态干扰能量则通过过压保护单元、开关量功率驱动负载输出控制单元、定子线圈负载组成回路，以热能的形式释放完毕；外接输入电源导入的瞬态过电压干扰则通过过压保护单元以热能的形式释放。

本发明的第四技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器实现高温保护的方法，其特殊之处在于，所述驱动控制器通过模拟量温度信号采集单元采集缓速器机械本体上温度传感器反馈的温度信息，然后传送给ad转换单元将模拟温度信号转换成数字温度信号，mcu处理器接收到数字温度信号后，进行运算分析，调节输出电流，从而控制缓速器机械本体工作在安全温度范围内。

本发明的第五技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器实现驾驶员误操作提醒及保护的方法，其特殊之处在于，所述驱动控制器通过开关量档位信号输入整形单元采集每个档位的输入信息，mcu处理器将接收到的每个档位信息分别进行时间统计分析，在按照持续档位输入时间控制时，设置了t1、t2两个时间比较点，其中t1<t2；任意档位若在t1时间内持续输入，中途无任何复位动作发生，则认为驾驶员操作异常，该档位开始循环闪烁报警提示；若在t2时间内该档位一直无复位动作，则强制关闭该档位电流输出，该档工作指示灯继续闪烁报警和关断输出进行自我保护，直到有档位复位动作出现，才恢复正常。

本发明的第六技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器实现柔性启动功能的方法，其特殊之处在于，当驱动控制电涡流缓速器输出时，单个档位均采用pwm进行控制输出，通过调节pwm占空比让工作电流慢慢增大，控制电涡流缓速器输出给传动轴的扭矩慢慢上升，以减少电涡流缓速器启动瞬间对后桥及传动轴齿轮的碰撞损害，输出占空比从零开始呈线性增加，经过较短的时间增加到100％，后续再呈直线稳定输出；当前一个档位100％输出时，才开始执行后一个档位的输出，按照1、2、3、4档位顺序依次输出。

本发明的第七技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴上电启动后，进行温度信号采集，ad转换；

⑵将转换后的数据根据公式进行运算，转换成温度值；

⑶将温度值进行自检判断，是否出现开路或短路故障，若是，则进行温度采集故障报警；

⑷否，则继续判断是否出现严重超温，若是，则限制25％扭矩输出，并进行高温报警；

⑸否，则继续判断是否出现中度超温，若是，则限制50％扭矩输出，并进行高温报警；

⑹否，则继续判断是否出现轻微超温，若是，则限制75％扭矩输出，并进行高温报警；

⑺否，则按照正常扭矩输出，并解除高温报警。

本发明的第八技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器控制驾驶员误操作的方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴上电启动后，首先判断是否有制动档位输入；

⑵否，则计时数t清零，解除报警和强制关断保护；

⑶是，则计时数t累加1，接着判断计时数t是否大于12分钟？是，则执行高温报警，再继续判断计时数t是否大于15分钟？是，则强制关断输出；

⑷判断计时数t是否大于12分钟？否，则强制关断保护；

⑸接着判断计时数t是否大于12分钟？否，则强制关断保护。

本发明的第九技术解决方案是该电子式电涡流缓速器驱动控制器柔性启动控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴驱动控制电涡流缓速器输出，单个档位均采用pwm进行控制输出，输出占空比从零开始呈线性增加，经过0.3秒的时间增加到100％，后续再呈直线稳定输出；

⑵判断1档是否100％输出？是，则执行2档输出，否，则结束；

⑶判断2档是否100％输出？是，则执行3档输出，否，则结束；

⑷判断3档是否100％输出？是，则执行4档输出，否，则结束；

⑸判断4档是否100％输出？是，则结束。

与现有技术相比，本发明的有益效果:

⑴过压保护、可靠性高——电涡流缓速器属于大电流、感性负载用电设备，最大工作直流电流可达到210a。在缓速器关断瞬间，会产生高压、高能量的反向瞬态干扰，若续流回路电接触不良，该干扰产生的破坏力得到成倍放大。现有过压保护技术在续流回路存在超过2.5ω的接触电阻时，产生的过电压就会引起驱动控制器部分元器件击穿失效。而本发明的控制器过压保护电路在续流回路存在的接触电阻大于1000ω时，驱动控制器仍不会失效。

⑵高温保护——现有技术在电涡流缓速器机械本体高温时，进行温度报警提醒驾驶员。而本发明在电涡流缓速器机械本体高温时，不仅能进行高温报警，而且能通过自动控制缓速器工作电流，使缓速器工作在安全温度范围内，能有效延长电涡流缓速器定子线圈的使用寿命。

⑶误操作保护——实时监测缓速器的工作情况，发现异常及时报警提醒和切换输出电流，可有效防止驾驶员忘记手拨开关复位引起的电涡流缓速器长时间持续工作，烧毁缓速器定子线圈或引起车辆其他安全事故。

⑷柔性启动——缓速器启动工作瞬间，输出传递到传动轴上的力矩从零开始，逐步增大，可使传动轴与后桥齿轮间磨合有个缓冲时间。相比现有缓速器刚性启动，柔性启动控制将会延长车辆传动齿轮的使用寿命，减少碰撞损害；缓速器制动时，车辆运行更加平稳舒适。

附图说明

图1是本发明驱动控制器原理框图；

图2是本发明驱动控制器电路原理框图；

图3是本发明高温保护控制方法流程示意图；

图4是本发明驾驶员误操作控制方法流程示意图；

图5是本发明柔性启动控制方法流程示意图；

图6是本发明驱动控制器输出占空比与时间的线性关系示意图；

图7是本发明开关量功率驱动负载输出控制单元的电路原理框图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述：

图1、图2示出了本发明电子式电涡流缓速器驱动控制器的实施例。

请参阅图1所示，本发明驱动控制器包括控制板和外壳。控制板是整个测试系统的核心单元，负责数据采集(包括can网络数据、输入档位数据、车速传感器数据、温度传感器数据)、运算处理及驱动控制输出(包括缓速器定子线圈负载、缓速器指示灯、制动灯)。外壳用来固定、保护控制板。

请参阅图2所示，本发明驱动控制器控制板，其电路组成结构包括开关量档位信号输入整形单元、频率车速信号输入整形单元、mcu处理器单元、can通信单元、ad转换单元、开关量指示灯信号输出控制单元、开关量功率驱动负载输出控制单元、开关量制动灯信号输出控制单元、负载续流单元、过电压保护单元。

㈠can通信单元，实现驱动控制器与外接can网络进行总线通讯；

㈡开关量档位信号输入单元，将输入的档位信号整形滤波后，传送给mcu处理器。

㈢频率车速信号输入整形单元，将采集到的频率车速信号整形滤波后，传送给mcu处理器。

㈣模拟量温度信号采集单元，将输入模拟电阻温度信号转换成模拟电压信号，进行滤波整形处理后，传送给ad转换单元。

㈤模拟量电流信号采集单元，将输入模拟电流信号转换成模拟电压信号后，传送给ad转换单元。

㈥ad转换单元，将模拟电压信号转换成数字信号，传送给mcu处理器。

㈦开关量指示灯信号输出控制单元，将mcu处理器输出的指示灯开关量信号经三极管等电子元器件处理后，转换为所需的控制信号，连接到外接指示灯。

㈧开关量制动灯信号输出控制单元，将mcu处理器输出的制动灯开关量信号经三极管等电子元器件处理后，转换为所需的控制信号，连接到外接制动灯。

㈨开关量功率驱动负载输出控制单元，将mcu处理器输出的制动灯开关量信号经三极管等电子元器件处理后，转换为所需的控制信号，再经过mos管等集成功率模块进行大电流驱动控制，连接到外接负载。同时将驱动输出的工作电流反馈给模拟量电流信号采集单元，请参阅图7所示。

㈩mcu处理器，将输入的各类信号进行运算分析，再驱动控制输出。是整个系统的运算处理、控制核心单元。

(十一)负载续流单元，连外接负载的两端，将关断瞬间感性负载存留的能量通过功率二极管释放完毕。

(十二)过压保护单元，与外接电源及被保护的线路并联，将缓速器自身产生的过压干扰或外界输入干扰释放掉，保护线路上的电子元件不受损坏。

请参阅图3所示，本发明电涡流缓速器驱动控制器高温保护控制方法，具体工作流程如下：

上电启动后，进行温度信号采集，ad转换；

将转换后的数据根据公式进行运算，转换成温度值；

将温度值进行自检判断，是否出现开路或短路故障，若是，则进行温度采集故障报警；

否则，则继续判断是否出现严重超温，若是，则限制25％扭矩输出，并进行高温报警；

否则，则继续判断是否出现中度超温，若是，则限制50％扭矩输出，并进行高温报警；

否则，则继续判断是否出现轻微超温，若是，则限制75％扭矩输出，并进行高温报警；

否则，则按照正常扭矩输出，并解除高温报警。

请参阅图4所示，本发明电涡流缓速器驱动控制器驾驶员误操作控制方法，其工作流程如下：

上电启动后，首先判断是否有制动档位输入；

若否，则计时数t清零，解除报警和强制关断保护；

若是，则计时数t累加1，接着判断计时数t是否大于12分钟，若是，则执行高温报警；再继续判断计时数t是否大于15分钟，若是，则强制关断输出；

以上流程仅为某单个输入档位的误操作控制方法，其他档位误操作控制方法类似。单个档位出现误操作，不影响其他档位的使用。

请参阅图5、图6所示，本发明电涡流缓速器驱动控制器柔性启动控制方法，具体如下：

驱动控制电涡流缓速器输出时，单个档位均采用pwm进行控制输出，输出占空比从零开始呈线性增加，经过0.3秒的时间增加到100％，后续再呈直线稳定输出。当前一个档位100％输出时，才能开始执行后一个档位的输出，按照1、2、3、4档位顺序依次输出。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。