CN101337511A - 分体式电涡流缓速器控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分体式电涡流缓速器控制器，涉及汽车电涡流缓速器。该控制器由监控器和执行器组成，两者通过单条通讯线缆互通信息。利用监控器接收并判断电涡流缓速器的挡位操作、监测蓄电池电压、ABS控制信号、进行刹车灯控制、显示操作挡位、提供声光报警、计算驾驶员的挡位信息、向执行器传输电涡流缓速器的控制信息等。利用执行器接收来自监控器的控制信息，控制电涡流缓速器输出相应的制动力矩，并监测绝缘栅双极晶体管工作温度的异常情况，向监控器回传。本发明显著减少了控制器上粗线束的使用，不仅减少线束的设计、制作难度，降低线束成本，而且方便布置和调试，并可更换仅损坏的监控器或执行器部分，显著减少使用成本。

Description

分体式电涡流缓速器控制器

技术领域

本发明涉及一种汽车电子控制类产品，适合运输车辆的电涡流缓速器的控制。

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”，采用电力电子技术对车用电涡流缓速器减速进行调节。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，根据汽车速度变化的大小，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。中国专利ZL200710022250.5公告了另一种“一种汽车主制动器与缓速器联合控制器及控制方法”，目的是提供一种汽车主制动器与电涡流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，对汽车上安装的电涡流缓速器的制动力矩进行自动调节。

以上所述的电涡流缓速器的控制器，是整体式的。由于汽车驾驶员的位置比较靠前，操作处于一个比较狭小的空间，而电涡流缓速器通常布置在汽车的传动系统上，空间距离比较长，因此，对于电涡流缓速器的整体式控制器，需要由十几根导线制成的线束将驾驶员的操纵手柄、显示装置、报警装置、各种开关信号和模拟信号等连接到控制器上，结果使控制器的线束又粗又长，不仅制作难度和成本较高，而且设计、布置、连接、调试等都比较麻烦。整体式控制器的另一个缺陷是本身的维护成本高，一旦控制器功能出现问题，必须整体更换。

发明内容

本发明的目的是提供一种线束简单、调试方便、维修成本低的分体式电涡流缓速器控制器。

一种分体式电涡流缓速器控制器，其特征在于：由监控器和执行器两部分组成；上述监控器和执行器之间通过外部通信接口及通信电缆相互联系。

所述监控器主要由微型计算机、刹车灯继电器驱动电路、蜂鸣器的驱动电路、手动开关和脚动开关的转换逻辑电路、蓄电池电平信号、ABS控制信号、油门踏板信号和离合器踏板信号的逻辑电路、外部通信接口电路组成；其中微型计算机内部包含监控器CPU、内部总线、程序存储器、随机存储器、可电擦除存储器、收发器模块、模数转换器模块、定时/计数器模块、中断模块以及输入/输出端口；

挡位指示灯、恒速按钮、联合控制按钮直接与微型计算机的输入/输出端口相连，刹车灯继电器通过刹车灯继电器驱动电路与输入/输出端相连，喇叭通过喇叭驱动电路与输入/输出端口相连，汽车蓄电池信号、ABS控制信号、油门踏板信号、离合器踏板信号通过蓄电池电平信号、ABS控制信号、油门踏板信号和离合器踏板信号的逻辑电路与输入/输出端口相连，手动组合开关和脚动组合开关通过手动开关和脚动开关的转换逻辑电路与输入/输出端口相连；汽车速度信号与微型计算机的计数器模块相连；汽车制动管路压力传感器与微型计算机的模数转换器模块相连。

所述执行器主要由微型计算机、隔离和驱动电路、通信接口电路组成；其中微型计算机包含内部包含执行器CPU、内部总线、存储器、收发器模块、温度传感器、输入/输出端口；每条隔离和驱动电路均包括绝缘栅双极晶体管及其光耦、续流二极管，且绝缘栅双极晶体管的栅极接光耦的输出，漏极接到蓄电池的正极，源极接到电涡流缓速器的定子线圈和续流二极管的负极，续流二极管和电涡流缓速器线圈并联，正极接地，绝缘栅双极晶体管的光耦控制端接微型计算机的输入/输出端口。

本发明的优点是控制器由监控器和执行器两部分组成，两者通过单条通信电缆连接，监控器和执行器可独立更换，通信电缆方便布置。本发明显著减少电涡流缓速器的控制器的线束的直径，使之容易设计、布置、调试，并使控制器可仅更换损坏的部分，降低维护和使用成本。

附图说明

图1是本发明电涡流缓速器控制器的结构方框图。

图2是本发明控制器的监控器的控制方法主流程图。

图3是本发明控制器的监控器处于空挡情况下的控制方法流程图。

图4是本发明控制器的监控器处于1、2、3、4挡位时的控制方法流程图。

图5是本发明控制器的监控器在恒速按钮按下后的控制方法流程图。

图6是本发明控制器的监控器在联合控制按钮按下后的控制方法流程图。

图7是本发明控制器的监控器外部中断服务程序流程图。

图8是本发明控制器的监控器定时中断服务程序流程图。

图9是本发明控制器的执行器的控制方法流程图。

图10是无级控制时电涡流缓速器的定子线圈的电流随PWM变化的关系。

附图中标注说明：1-执行器、2-监控器、3-监控器CPU、4-内部总线5-程序存储器、6-随机存储器、7-电可擦除可编程存储器、8-监控器的输入/输出端口、9-手、脚动开关转换逻辑电路、10-喇叭驱动电路、11-刹车灯继电器驱动电路、12-挡位组合指示灯、13-刹车灯继电器、14-喇叭、15-手动组合开关、16-脚动组合开关、17-选择开关、18-恒速按钮、19-联合控制按钮、20-制动管路压力传感器、21-与门电路、22-绝缘栅双极晶体管、23-光耦、24-监控器的微型计算机、25-中断模块、26-执行器输入/输出端口、27-计数器模块、28-执行器CPU、29-模数转换器模块ADC、30-执行器的微型计算机、31-收发器模块、32-外部通信接口总线、33-外部通信接口、34-通信电缆、35-续流二极管、36-电涡流缓速器定子线圈、37-执行器内部温度传感器、S1-汽车蓄电池信号、S2-ABS控制信号、S3-油门踏板信号、S4-离合器踏板信号、V-汽车速度信号。

具体实施方式

以下结合图1说明本发明的分体式电涡流缓速器电路结构：

该控制器由监控器2和执行器1两部分构成，两部分分别设计为以微型计算机为核心的应用系统，功能上相互配合，结构上相互独立，某部分损坏可单独更换。控制器的监控器2和执行器1通过通信电缆相互连接，通信电缆为2-3股的铜芯线或双绞线，线径小，容易布置和维护。

控制器选用的微型计算机有多个输入/输出接口，内含程序存储器ROM、数据存储器RAM和电可擦除存储器EEPROM。监控器2的微型计算机内部还嵌入了计数器模块、ADC模块、外部中断控制模块。执行器1的微型计算机内部还嵌入了温度传感器。

如图1所示，监控器2设计了手、脚动开关转换逻辑电路9，该电路外部连接了四挡手动组合开关15和四挡脚动组合开关16，手、脚动开关转换逻辑电路9受选择开关17的控制，决定输入到微型计算机24的输入/输出端口8的信号是来自于四挡手动组合开关15还是四挡脚动组合开关16。

监控器2的微型计算机24的输入/输出端口8还外接了两个开关，一个是恒速按钮开关18，另一个是联合控制开关19，分别提供恒速控制信号和联合控制信号。

监控器2的微型计算机24的输入/输出端口8还连接有刹车灯继电器驱动电路11和喇叭驱动电路10，分别控制刹车灯继电器13的开合和喇叭的鸣叫。

监控器2微型计算机24的输入/输出端口8连接了一组挡位指示灯12，提供驾驶员的操作挡位指示。

制动管路压力传感器20的输出信号连接到监控器24的模数转换模块29。

汽车的速度脉冲信号连接到监控器24的计数器模块27。

汽车蓄电池的电平信号S1、ABS控制信号S2、油门踏板信号S3和离合器踏板信号S4通过与门电路21连接到监控器24的外部中断模块25。

控制器的执行器1由微型计算机30、光耦23、绝缘栅双极晶体管22、外部通信接口33和续流二极管35组成。绝缘栅双极晶体管22的前向通道通过光耦23隔离接入微型计算机30的输入/输出接口26，后向通道接到续流二极管35的负极和电涡流缓速器的定子线圈36上。

监控器2的功能是接收并判断驾驶员的挡位操作、监测蓄电池电压、ABS控制信号、进行刹车灯的控制、显示驾驶员的操作挡位、提供声光报警、计算驾驶员的挡位信息、向执行器传输电涡流缓速器的控制信息等。

执行器1的功能是接受监控器传来的控制信息、监测并向监控器传输大功率晶体管的工作温度等。控制器的监控器和执行器通过电缆进行信息的相互传输。

将电涡流缓速器控制器的监控器2部分安装在驾驶室内部方便看到的部位，而执行器1安装在靠近电涡流缓速器的部位，监控器2和执行器1通过通信电缆34连接，这样可大大减少控制器线束的直径，方便布置。

需要汽车的主制动器和电涡流缓速器共同起制动作用时，需要在制动管路上加装压力传感器。

在汽车上装用本发明的电涡流缓速器的控制器后，驾驶员在需要进行减速制动的场合，松开油门踏板和离合器踏板，可根据需要选择四挡手动组合开关1或四挡脚动组合开关(由选择开关17决定手动组合开关还是脚动组合开关起作用)，或按下恒速按钮，或按下联合控制按钮，控制器的监控器2和执行器1部分的微型计算机会按照预先编制的程序对电涡流缓速器的制动力矩进行调节。

本发明的电涡流缓速器控制器设置了三种工作模式：一是挡位模式，控制器根据驾驶员选定的1、2、3、4挡，对电涡流缓速器进行相应占空比的PWM控制；二是恒速模式，控制器根据当前汽车速度和设定的目标速度的差别，自动对电涡流缓速器进行适当占空比的PWM控制；三是和汽车主制动器的联合控制模式，控制器根据驾驶员施加制动的程度，按一定比例计算PWM控制的占空比。

控制器的监控器部分利用计数器模块接收来自里程表的汽车速度脉冲信号，模数转换器感知驾驶员施加制动的程度，输入/输出接口接收接受驾驶员的分挡操作信号，根据逻辑电路的设置情况和预先编制的程序，判别驾驶员的操作意图，计算出电涡流缓速器PWM控制信号的占空比，利用指示灯及时显示挡位，控制刹车灯继电器闭合并将计算结果通过电缆传输给执行器，由执行器控制绝缘栅双极晶体管的通断，使电涡流缓速器输出相应的制动力矩。执行器随时监测绝缘栅双极晶体管的工作温度，一旦出现异常，将结果传输给监控器，由监控器通过声、光报警的方式通知驾驶员采取适当的措施。监控器可随时监测蓄电池电平、ABS控制信号、油门踏板信号和离合器踏板信号，一旦出现任一信号，便通过通信电缆让执行器切断绝缘栅双极晶体管，使电涡流缓速器停止输出制动力矩。

本发明所述电涡流缓速器的控制器采用微型计算机执行以下编制的程序步骤进行控制。

如图2所示，控制器的监控器2在上电以后循环执行以下的主程序。

(a)监控器2的主程序从步骤100开始执行。

(b)然后进入步骤101检查异常情况字节，如有异常情况，转到步骤102发出声、光报警后进入空挡模式106。如无异常情况，进入步骤103进行挡位开关扫描。

(c)然后进入到步骤104，对挡位开关的动作情况进行编码后进入下一步。

(d)执行到105步时，程序对挡位开关的编码进行识别，判别驾驶员对电涡流缓速器是进行了分挡控制、恒速控制、联合控制，还是没有进行操作或撤消操作，并相应进入挡位模式107、恒速模式108、联合控制模式109，或是空挡模式106。

驾驶员对电涡流缓速器进行分挡控制的操作是拨动四挡手动组合开关15，或是踩下四挡脚动组合开关16，进行恒速控制的操作是按下恒速按钮18，进行联合控制的操作是按下联合控制按钮19，否则，程序判断驾驶员没有对电涡流缓速器进行操作，程序应进入空挡模式。

(e)执行完电涡流缓速器的不同控制模式，进入步骤110，控制器的监控器(2)向执行器发送PWM控制信号的占空比。

(f)到步骤110，监控器进行了主程序的一次循环，然后重新从步骤101开始执行主程序。

如图3所示，监控器执行主程序中的空挡模式时，从步骤200开始执行，然后执行201步，清空PWM控制信号的占空比字节，执行步骤202返回到主程序。

如图4所示，监控器执行主程序中的挡位模式时：

(a)从步骤300开始进入挡位模式程序段。

(b)然后执行步骤301，判别电涡流缓速器控制手柄的挡位编码是1、2、3、或4挡。

(c)执行步骤302，对不同的挡位设置PWM控制信号的不同的占空比。

(d)执行返回步骤303。

如图5所示，监控器执行主程序中的恒速模式时：

(a)从步骤400开始进入恒速模式程序段。

(b)进入步骤401，从计数器模块27取汽车的速度脉冲信号，进入下一步。

(c)执行步骤402，计算汽车的速度和加速度。

(d)然后执行步骤403，根据汽车的速度和加速度计算PWM控制信号的占空比。

(e)执行步骤404返回主程序。

如图6所示，监控器执行主程序中的联合控制模式时：

(a)从步骤500开始进入联合控制模式程序段。

(b)进入步骤501，从模数转换器模块ADC 29取汽车制动管路压力信号，进入下一步。

(c)执行步骤502，计算汽车制动管路压力的数值。

(d)然后执行步骤503，按汽车制动管路压力一定比例计算PWM控制信号的占空比。

(e)执行步骤504返回主程序。

图7是本发明控制器的监控器外部中断服务程序流程图。控制器的监控器执行主程序时，如果汽车蓄电池电平信号S1、ABS信号S2、油门踏板信号S3或离合器踏板信号S4出现之一，外部中断模块25向CPU 3申请执行外部中断服务程序，如图7所示。

(a)外部中断服务程序从步骤600开始执行。

(b)首先执行步骤601，关闭外部中断。(c)执行步骤602，使PWM控制信号的占空比为零。

(d)执行步骤603，向执行器发送WM控制信号的占空比。

(e)执行步骤604，打开外部中断。

(f)执行步骤605，返回主程序。

图8是本发明控制器的监控器定时中断服务程序流程图。控制器的监控器执行主程序时，如果出现定时器溢出，CPU 3申请执行定时中断服务程序，如图8所示。

(a)定时中断服务程序从步骤700开始执行。

(b)执行步骤701，关闭定时器中断。

(c)执行步骤702，CPU 3从计数器模块27中取出汽车的速度脉冲数。

(d)执行步骤703，CPU 3保存汽车的速度脉冲。

(e)执行步骤704，打开定时器中断。

(f)执行步骤705，返回主程序。

图9是本发明控制器的执行器的控制方法流程图。控制器的执行器1在上电后循环执行预先编制程序，流程图如图9所示。

(a)主程序从步骤800开始执行。

(b)执行步骤801，从温度传感器37中取出转换结果，进入下一步802。

(c)判别温度是否超过一定的限值，如超过限值，转到步骤803，向监控器2发送异常情况，然后执行步骤804清PWM控制信号的占空比后，转到步骤806。如温度没有超过限值，执行步骤805，从缓冲区取出监控器2发来的占空比，转到步骤806。

(d)通过输入/输出端口26输出占空比，控制电涡流缓速器的制动力矩，进入下一步。

(e)执行步骤807，一次主循环结束，转入步骤801重新执行主程序流程。

图10是无级控制时电涡流缓速器的定子线圈的电流随PWM变化的关系。

Claims (3)

1、一种分体式电涡流缓速器控制器，其特征在于：由监控器(2)和执行器(1)两部分组成；上述监控器(2)和执行器(1)之间通过外部通信接口(33)及通信电缆(34)相互联系。

2、根据权利要求1所述的分体式电涡流缓速器控制器，其特征在于：所述监控器(2)主要由微型计算机(24)、刹车灯继电器驱动电路(11)、蜂鸣器的驱动电路(10)、手动开关和脚动开关的转换逻辑电路(9)、蓄电池电平信号、ABS控制信号、油门踏板信号和离合器踏板信号的逻辑电路(21)、外部通信接口电路(33)组成；其中微型计算机(24)内部包含监控器CPU(3)、内部总线(4)、程序存储器(5)、随机存储器(6)、可电擦除存储器(7)、收发器模块(31)、模数转换器模块(29)、定时/计数器模块(27)、中断模块(25)以及输入/输出端口(8)；

挡位指示灯(12)、恒速按钮(18)、联合控制按钮(19)直接与微型计算机(24)的输入/输出端口(8)相连，刹车灯继电器通过刹车灯继电器驱动电路(11)与输入/输出端(8)相连，喇叭通过喇叭驱动电路(11)与输入/输出端口(8)相连，汽车蓄电池信号(S1)、ABS控制信号(S2)、油门踏板信号(S3)、离合器踏板信号(S4)通过蓄电池电平信号、ABS控制信号、油门踏板信号和离合器踏板信号的逻辑电路(21)与输入/输出端口(8)相连，手动组合开关(15)和脚动组合开关(16)通过手动开关和脚动开关的转换逻辑电路(9)与输入/输出端口(8)相连；汽车速度信号与微型计算机(24)的计数器模块(27)相连；汽车制动管路压力传感器(20)与微型计算机(24)的模数转换器模块(29)相连。

3、根据权利要求1所述的分体式电涡流缓速器控制器，其特征在于：所述执行器(1)主要由微型计算机(30)、隔离和驱动电路、通信接口电路(32)组成；其中微型计算机(30)包含内部包含执行器CPU(28)、内部总线、存储器、收发器模块、温度传感器(37)、输入/输出端口(26)；每条隔离和驱动电路均包括绝缘栅双极晶体管(22)及其光耦(23)、续流二极管(35)，且绝缘栅双极晶体管(22)的栅极接光耦(23)的输出，漏极接到蓄电池的正极，源极接到电涡流缓速器的定子线圈(36)和续流二极管(35)的负极，续流二极管(35)和电涡流缓速器线圈(36)并联，正极接地，绝缘栅双极晶体管(22)的光耦(23)控制端接微型计算机(30)的输入/输出端口(26)。

Images