CN101049804B - 一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方法，涉及的缓速器包括电涡流缓速器和发动机排气缓速器。其中联合控制器由微型计算机、控制芯片IC、发动机排气缓速器电磁阀驱动电路、功率开关模块和反馈检测电路以及声光报警电路组成。微型计算机的输入/输出接口首先接受汽车加速踏板信号、ABS信号和蓄电池低电压信号，在判断这些信号符合要求后内部计数器接收来自汽车里程表传来的脉冲，内部模数转换器ADC将制动踏板位置传感器的模拟信号转换成数字信号，经判断和数值计算后输出电涡流缓速器和发动机排气缓速器的控制信号。从而达到减轻主制动器热负荷、降低驾驶员疲劳强度和提高汽车行驶安全性能的目的。

Description

一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及一种汽车电子控制类产品，适合运输车辆的主制动器与包含电涡流缓速器和发动机排气缓速器在内的辅助制动装置构成的制动系统的联合控制技术。

背景技术

目前公路运输车辆受法规限制，需要加装辅助制动系统。中国专利ZL01129767.0公告了一种“车用电涡流减速的调节方法”，它的目的是基于电力电子技术的车用电涡流缓速器减速调节方法，该方法能使电涡流制动力在几乎为零的最小值到最大值的范围内作无级调整，操作简便，稳定性好。中国专利ZL200510034403.9公告了另一种“电涡流缓速器驱动控制器及其控制方法”，它的目的提供一种具有输入电流控制及识别和负载电流传感反馈电路，采用智能SIPMOS技术，根据当前速度变化的大小，自动决定电涡流缓速器输出挡位并保持车速恒定，该种方法使控制器上的单片机执行预先编制的驱动控制器检测控制方法的程序来达到目的。汽车与配件(2003(38))刊登了吴修义的文章“Jake Brake发动机排气缓速式辅助制动装置”提供了一种发动机排气缓速器的工作原理和控制方法，该发动机排气缓速器可通过电控使位于排气管中的蝶形阀打开或关闭决定发动机缓速器是否参与制动作用。

以上所述的缓速器控制方法都比较简单，且属于独立于汽车主制动器之外的控制形式。但由于缓速器本身能提供的制动功率都比较小，单独的缓速器制动作用不能满足汽车稳定下长坡行驶的要求。

对制动系统的主制动器以及包含电涡流缓速器和发动机排气缓速器在内的制动装置进行独立控制存在如下问题：1、制动系统的各装置需要驾驶员进行一定的操作，而且这种操作通常与传统的制动操作模式不同，除了增加驾驶员的劳动强度外，还容易造成制动过程中的误操作。2、制动系统的辅助制动装置通常制动功率都比较小，在汽车需要较大制动功率的场合，需要驾驶员操作多个辅助制动装置。3、制动系统各装置的独立操作不利于汽车制动过程中相互之间的配合协调工作，容易造成过制动或不足制动，影响汽车行驶的乘坐舒适性。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车主制动器与缓速器的联合控制器及控制方法，它能够根据汽车运行工况，通过对驾驶员操作制动踏板的程度，及时判断发动机缓速器是否需要参与工作，以及对汽车上安装的电涡流缓速器的制动力矩进行自动调节。

本发明的目的可通过以下所述的联合控制器来达到：

该联合控制器由微型计算机1、开关信号输入电路、汽车行车脉冲信号输入电路、汽车制动踏板位置输入电路、控制芯片IC7、功率场效应管10及其阻容二极管缓冲电路、电流检测电路8、电压检测电路9、排气控制功率管15以及蜂鸣器6和故障灯5组成。联合控制器的特征在于：微型计算机1接收所有的外部开关信号和模拟信号，并经判断和数值计算后输出电涡流缓速器和发动机排气缓速器的控制信号。

联合控制器选用的微型计算机1有多个输入/输出接口2，只读存储器ROM18和随机存储器RAM17，内部嵌入了计数器和模数转换器ADC，中央处理器CPU3通过内部总线4接收输入/输出接口2传来的数字信号、计数器的计数结果以及模数转换器ADC的数字结果，并经逻辑判断和数值运算后通过输入/输出接口2将控制信号输送出去。

汽车蓄电池的低电压信号S1、ABS信号S2和加速踏板信号S3通过微型计算机1的输入/输出接口2输入。

汽车行车脉冲信号输入电路中的汽车行车脉冲信号接到微型计算机1的计数器。

汽车制动踏板位置输入电路的传感器的模拟信号接到微型计算机1的模数转换器ADC。

控制芯片IC 7的前向通道接入微型计算机1的输入/输出接口2，后向通道接到功率场效应管10栅极。

功率场效应管10栅极接到输出端，漏极接到蓄电池的正极，源极接到电涡流缓速器的线圈上，并在功率场效应管10漏极和源极之间并联了阻容二极管缓冲电路。

在功率场效应管10的源极设立了电流检测电路8和电压检测电路9，检测电路的输出端接到控制芯片IC7信号端口。

排气控制功率管15的栅极接到微型计算机1的输入/输出接口2，源极接地，漏极通过发动机排气缓速器电磁阀线圈16接到蓄电池正极。

蜂鸣器6和故障灯5接入微型计算机1的输入/输出接口2。

本发明的优点是能够根据汽车运行工况，通过对驾驶员操作制动踏板的程度，感知汽车需要的制动力矩的大小，及时判断发动机缓速器是否需要参与工作，以及对汽车上安装的电涡流缓速器的制动力矩进行自动调节，达到减轻主制动器热负荷、降低驾驶员疲劳强度和提高汽车行驶安全性能的目的。

附图说明

图1是本发明汽车主制动器与缓速器的联合控制器的结构方框图。

图2是本发明联合控制器的控制方法流程图。

图3是无级控制的电涡流缓速器的定子线圈的电流随PWM变化的关系。

图4是本发明在紧急制动时汽车前后地面制动力分配图。

附图中标注说明：1-微型计算机；2-输入/输出接口；3-中央处理器CPU；4-内部总线；故障灯-5；6-蜂鸣器；7-控制芯片IC；8-电流检测电路；9-电压检测电路；10-功率场效应管；14-电涡流缓速器励磁线圈；15-排气控制功率管；16-发动机排气缓速器电磁阀线圈；17-随机存储器RAM；18-只读存储器ROM；19-制动踏板位置传感器；20-行车速度脉冲信号；S1-低电压信号；S2-ABS信号；S3-加速踏板信号。

具体实施方式

在汽车上装用本发明的汽车主制动器与缓速器的联合控制器后，驾驶员在需要进行减速制动的场合，按传统的操作方式踩下制动踏板，联合控制器采用完全自动的方式对电涡流缓速器的输出力矩进行控制和对发动机排气缓速器是否参与制动进行控制。

如图1所示，微型计算机1实时采集行车速度脉冲信号20、制动踏板位置传感器19输出信号、低电压信号S1、ABS信号S2和加速踏板信号S3，计算出汽车需要的制动力的大小，及时转换成适当占空比的PWM控制信号，经内部总线4由输入/输出接口2传输到控制芯片IC 7控制各个功率场效应管10的通断和排气控制功率管15的通断，从而控制电涡流缓速器的各组电涡流缓速器励磁线圈14中的平均电流和发动机排气缓速器电磁阀线圈16。电涡流缓速器励磁线圈14的PWM控制信号如图3所示。

当微型计算机1检测出下列情况之一时，通过输入/输出接口2输出占空比为0的PWM控制信号，结果会使电涡流缓速器的输出力矩为0：

1、汽车的行车速度高于或低于设定的界限值；

2、汽车的加速踏板被踩下发出加速踏板信号S3；

3、ABS控制器发出的汽车驱动轮滑转的ABS信号S2；

4、汽车蓄电池的电压低于设定的低电压信号S1。

在汽车应用本发明后，在汽车需要制动的场合，汽车的主制动器和缓速器会同时参与制动，汽车的主制动器和缓速器会相互之间分担制动过程中产生的热负荷，相对来说，汽车主制动器和缓速器的关键部件的温度都会适当的降低，从而能保证制动装置都能正常发挥制动效能。

当汽车处于紧急制动工况时，本发明可由微型计算机1随制动过程中制动程度增加实时调整控制信号PWM的占空比从最小值变化到汽车后轮附着力对应的数值，使得汽车前后地面制动力的大小适合理想的制动力分配，保证汽车制动的稳定性。如图4。

本发明所述联合控制器采用微型计算机1执行以下编制的程序步骤进行控制：

(1)联合控制器加电后开始运行步骤200；

(2)设定计数器初值步骤201；

(3)设定模数转换器步骤202；

(4)确定汽车目标速度步骤203，微型计算机会自动取默认值，转到步骤204；

(5)通过ADC测取制动踏板位置的步骤204；

(6)检测有无异常电流或电压步骤205，如检测结果为是，进入微型计算机通过输入/输出接口2进行相应的声、光报警的步骤206，，然后返回到步骤204重新测取制动踏板位置；如检测结果为否，进入步骤207；

(7)检测制动踏板是否离开原始位置的步骤207，如检测结果为是，进入步骤210；如检测结果为否，表明制动开始，进入步骤208；

(8)检测有无加速踏板信号S3的步骤208，如检测结果为是，进入电涡流缓速器励磁线圈14的PWM控制占空比均输出0％的步骤210；如检测结果为否，进入步骤209；

(9)检测有无ABS信号S2的步骤209，如检测结果为是，进入步骤210；如检测结果为否，进入步骤212；

以上步骤207、208、209进入步骤210后，电涡流缓速器励磁线圈14的PWM控制占空比均输出0％，然后进入步骤211：通过微型计算机1输入/输出接口2在发动机排气缓速器电磁阀的控制功率管栅极输入低电平，然后转到步骤204；

(10)微型计算机1检测延时时间的判断步骤212，如没到，继续延时；如延时时间到，进入步骤213；

(11)取内部计数器的值的步骤213，进入步骤214；

(12)计算汽车的行车速度的步骤214，进入步骤215；

(13)取ADC的转换结果的步骤215，进入步骤216；

(14)计算制动管路的制动压力的步骤216，进入步骤217；

(15)按制动管路压力一定比例计算电涡流缓速器所需的制动功率的的步骤217，进入步骤218；

(16)根据电涡流缓速器的制动功率计算其线圈控制PWM的占空比并通过微型计算机1的输入/输出接口2输出的步骤218，进入步骤219；

(17)发动机排气缓速器电磁阀的控制功率管栅极输入高电平使其开始工作的步骤219，进入步骤220；

(18)判断目前速度与目标速度是否相差10％的步骤220，如没有，返回步骤204重新下一轮程序；如有相差10％以上，电涡流缓速器控制PWM的占空比相应减增10％并设立标志位，然后返回步骤204重新下一轮程序。

Claims (8)

1.一种汽车主制动器与缓速器联合控制器，所述缓速器包括电涡流缓速器和发动机排气缓速器，联合控制器由微型计算机(1)、开关信号输入电路、汽车行车脉冲信号输入电路、汽车制动踏板位置输入电路、控制芯片IC(7)、功率场效应管(10)及其阻容二极管缓冲电路、电流检测电路(8)、电压检测电路(9)、排气控制功率管(15)以及蜂鸣器(6)和故障灯(5)组成，开关信号输入电路、汽车行车脉冲信号输入电路、汽车制动踏板位置输入电路与微型计算机(1)相连，控制芯片IC(7)的前向通道接入微型计算机的输入/输出接口(2)，后向通道接到功率场效应管(10)栅极，功率场效应管(10)栅极接到输出端，漏极接到蓄电池的正极，源极接到电涡流缓速器的线圈上，并在功率场效应管(10)漏极和源极之间并联了阻容二极管缓冲电路，在功率场效应管(10)的源极设立了电流检测电路(8)和电压检测电路(9)，检测电路的输出端接到控制芯片IC(7)信号端口；排气控制功率管(15)的栅极接到微型计算机(1)的输入/输出接口(2)，源极接地，漏极通过发动机排气缓速器电磁阀线圈(16)接到蓄电池正极；蜂鸣器(6)和故障灯(5)接入微型计算机(1)的输入/输出接口(2)。

2.根据权利要求1所述的汽车主制动器与缓速器的联合控制器，其特征在于：联合控制器选用的微型计算机(1)有多个输入/输出接口(2)，只读存储器ROM(18)和随机存储器RAM(17)，内部嵌入了计数器和模数转换器ADC，中央处理器CPU(3)通过内部总线(4)接收输入/输出接口(2)传来的数字信号、计数器的计数结果以及模数转换器ADC的数字结果，并经逻辑判断和数值运算后通过输入/输出接口(2)将控制信号输送出去。

3.根据权利要求1所述的汽车主制动器与缓速器的联合控制器，其特征在于：开关信号输入电路中的汽车蓄电池的低电压信号(S1)、ABS信号(S2)和加速踏板信号(S3)通过微型计算机(1)的输入/输出接口(2)输入。

4.根据权利要求1所述的汽车主制动器与缓速器的联合控制器，其特征在于：汽车行车脉冲信号输入电路的汽车行车脉冲信号接到微型计算机(1)的计数器。

5.根据权利要求1所述的汽车主制动器与缓速器的联合控制器，其特征在于：汽车制动踏板位置输入电路中汽车的制动踏板位置传感器(19)的模拟信号接到微型计算机(1)的模数转换器ADC。

6.一种汽车主制动器与缓速器联合控制方法，其特征在于：微型计算机(1)实时采集行车速度脉冲信号(20)、制动踏板位置传感器(19)输出信号、低电压信号(S1)、ABS信号(S2)和加速踏板信号(S3)，计算出汽车需要的制动力的大小，及时转换成适当占空比的PWM控制信号，经内部总线(4)由输入/输出接口(2)传输到控制芯片IC(7)控制各个功率场效应管(10)的通断和排气控制功率管(15)的通断，从而控制各组电涡流缓速器励磁线圈(14)中的平均电流和发动机排气缓速器的电磁线圈。

7.根据权利要求6所述的汽车主制动器与缓速器联合控制方法，其特征在于：当微型计算机(1)检测出下列情况之一时，通过输入/输出接口(2)输出占空比为0的PWM控制信号，结果会使电涡流缓速器的输出力矩为0：

(1)汽车的行车速度脉冲信号(20)高于或低于设定的界限值；

(2)汽车的加速踏板被踩下发出加速踏板信号(S3)；

(3)ABS控制器发出的汽车驱动轮滑转的ABS信号(S2)；

(4)汽车蓄电池的电压低于设定的低电压信号(S1)。

8.根据权利要求6所述的汽车主制动器与缓速器联合控制方法，其特征在于：当汽车处于紧急制动工况时，由微型计算机(1)随制动过程中制动程度增加实时调整控制信号PWM的占空比从最小值变化到汽车后轮附着力对应的数值。

Images