CN102673410A

CN102673410A - 一种自励式缓速器用智能控制驱动器及控制方法

Info

Publication number: CN102673410A
Application number: CN2012101809620A
Authority: CN
Inventors: 何仁; 杨效军; 江蕴梅
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Tianhe automotive parts (Shanghai) Co., Ltd.
Priority date: 2012-06-05
Filing date: 2012-06-05
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2032-06-05
Also published as: CN102673410B

Abstract

本发明公开一种车辆的自励式缓速器用智能控制驱动器及控制方法，微处理器实时采集相应的各种信号，计算出与所需制动力矩相对应的可控硅SCR控制角；在正弦交流电压的正半周期，电压比较器U1输出正脉冲，施密特触发器U3输出负脉冲；与门U6的一个输入端接收反相器U2输出的低电平，或门U7输出相对应的可控硅控制极触发脉冲；在正弦交流电压的负半周期，电压比较器U1输出负脉冲，施密特触发器U4输出负脉冲；与门U6输出相对的可控硅控制角信号；或门U7输出相对应的可控硅控制极触发脉冲；无论可控硅导电角较大还是较小，高电平信号均为可控硅控制极提供上升沿陡峭、电压较高的触发脉冲，实现可控硅快速、可靠的导通。

Description

一种自励式缓速器用智能控制驱动器及控制方法

技术领域

本发明涉及公路运输车辆的辅助制动装置，尤其涉及大中型旅游客车、公交客车及载货汽车上安装使用的自励式缓速器制动力矩控制驱动器。

背景技术

自励式缓速器在总体结构上分为发电装置和缓速装置两大部分。车辆减速或制动时自励式缓速器的发电装置把车辆行驶动能转化为正弦交流电并利用该正弦交流电为自励式缓速器缓速装置的励磁线圈提供励磁电流，这就决定了自励式缓速器制动力矩的控制驱动器不同于以蓄电池直流电压为励磁电源的电涡流缓速器制动力矩控制驱动器。目前，日本公司生产的自励式缓速器控制驱动器采用继电器作为控制元件，其缺陷是：

1、由于继电器频繁吸合时产生的拉弧现象使得继电器触点烧蚀严重，从而导致这种控制器使用寿命短、维修维护成本高。

2、制动力矩档位仅设有“高”、“低”和“空挡”三个档位，高档制动时缓速装置的励磁线圈全部参与工作，低档制动时缓速装置的部分励磁线圈参与工作，线圈老化不均匀、转子容易产生形变，在一定程度上降低了自励式缓速器的使用寿命；制动力矩呈现较大的阶跃性变化，降低了车辆的制动平稳性和乘坐舒适性。

论文《车用自励式缓速器的工作原理及其使用》（轻型汽车技术.2005，No.7,P12-15），公开了自励式缓速器主要由定子、转子、控制器及驱动器四个部分组成，传动轴和后桥凸缘叉与转子一起转动，接通开关，则发电机绕组能够放电，从而绕组能够形成励磁磁场。当驾驶员接通缓速器的控制按钮（即踩下制动踏板）开关进行减速或制动时，自励式缓速器的发电机绕组自动发电而产生励磁磁场，转子盘切割磁力线从而在转子盘内部产生无数旋涡状的感应电流，即涡电流。涡电流产生后，磁场就会对带电的转子盘产生阻止其转动的阻力（即制动力），阻力的合力沿转子盘轴向形成与其旋转方向相反的制动力矩。但《车用自励式缓速器的工作原理及其使用》并没有涉及自励式缓速器制动力矩的控制驱动器。

《自励式缓速器制动力矩控制方法》，江苏大学学报（自然科学版）.2009,30（3）：256~260，公开的自励式缓速器是一种无需外接电源，具有自发电功能的车辆辅助制动装置，其结构包括发电装置和涡电流缓速装置两部分，车辆减速或制动时，发电装置把汽车行驶的惯性能量转化为电能，用自发电能给涡电流缓速装置供电达到缓速制动目的；但该文没有涉及自励式缓速器的控制器。

公告号为CN101596870B、名称为“自励式缓速器驱动控制器”的专利公开的自励式缓速器驱动控制器及其控制方法，解决了以继电器为控制元件的自励式缓速器制动力矩控制器的缺陷，但其可控硅控制角触发电路的设计决定了当可控硅控制角较小时可控硅的导通速度较慢，降低了自励式缓速器的最大制动力矩以及工作的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于针对目前自励式缓速器控制驱动器存在的缺陷提供一种控制效果好、可控硅导通速度快、导通可靠的无触点自励式缓速器用智能控制驱动器，本发明同时还提供该智能控制驱动器的控制方法。

本发明的一种自励式缓速器用智能控制驱动器采用的技术方案是：包括微处理器及分别通过I/O口连接微处理器的开关信号检测电路、模拟信号检测电路，其特征是：微处理器通过I/O口连接可控硅控制极触发脉冲电路，可控硅控制极触发脉冲电路与励磁线圈驱动电路连接，励磁线圈驱动电路连接自励式缓速器本体；所述励磁线圈驱动电路包括桥式整流电路，自励式缓速器本体输出的正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子连接桥式整流电路，可控硅SCR、二极管D9、励磁线圈L与桥式整流电路依次串联，续流二极管D6并接在励磁线圈L两端；电阻R1、电容C1先串接后再并接在可控硅SCR的阳极和阴极之间；电阻R2、电容C2并接在可控硅SCR的控制极和阴极之间；电阻R3的一端通过Port7端子与可控硅控制极触发脉冲电路中的或门U7输出端连接，电阻R3另一端通过二极管D5连接可控硅SCR的控制极；所述可控硅控制极触发脉冲电路包括变压器T、电压比较器U1、施密特触发器U3、U4、反相器U2、与门U5、 U6、或门U7；所述正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子接入变压器T的两个输入端，变压器T的两个输出端分别接入电压比较器U1的两个输入端，电压比较器U1的输出端与电阻R4、电阻R5依次连接；稳压二极管D7、D8串联后并接在电压比较器U1的同相输入端与电阻R4的右端A之间；电阻R5的右端B连接施密特触发器U3的输入端，施密特触发器U3的输出端通过Port3端子接入微处理器1，电阻R5的右端B同时连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端连接施密特触发器U4的输入端，施密特触发器U4的输出端通过Port4端子接入微处理器；与门U5的一个输入端与电阻R5的右端B连接，与门U5的另一个输入端通过Port5端子与微处理器1连接；与门U6的一个输入端与反相器U2的输出端连接，与门U6的另一个输入端通过Port6与微处理器1连接；与门U5、U6的输出端分别连接或门U7的两个输入端，或门U7的输出端通过Port7与励磁线圈驱动电路连接。

本发明的一种自励式缓速器用智能控制驱动器的控制方法采用的技术方案是包括如下步骤；（1）微处理器分别通过开关信号检测电路和模拟信号检测电路实时采集相应的各种信号，计算出与所需制动力矩相对应的可控硅SCR控制角；（2）在正弦交流电压的正半周期，电压比较器U1输出正脉冲，施密特触发器U3输出负脉冲，施密特触发器U3输出的负脉冲触发微处理器的外中断1，使微处理器进入外中断服务程序1；外中断服务程序1根据可控硅SCR控制角产生可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port5端子输入到与门U5的一个输入端；与门U5的另一个输入端接收电压比较器U1输出的高电平，与门U5输出与正弦交流电压正半周期相对的可控硅控制角信号；与门6的一个输入端接收反相器U2输出的低电平，或门U7输出与正弦交流电压正半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲；（3）在正弦交流电压的负半周期，电压比较器U1输出负脉冲，电压比较器U1输出的负脉冲经过反相器U2进行一次非逻辑运算后再经过施密特触发器U4整形，施密特触发器U4输出负脉冲；施密特触发器U4输出的负脉冲触发微处理器的外中断2，使微处理器进入外中断服务程序2；外中断服务程序2根据可控硅SCR控制角产生与正弦交流电压的负半周期相对应的可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port6端子输入到与门U6的一个输入端；与门U6的另一个输入端接收反相器U2输出的高电平，与门U6输出与正弦交流电压负半周期相对的可控硅控制角信号；与门5的一个输入端接收电压比较器U1输出的低电平；或门7输出与正弦交流电压负半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲；（4）桥式整流电路将自励式缓速器输出的正弦交流电压转换为正弦脉冲信号，可控硅控制极触发脉冲电路产生的可控硅控制极触发脉冲经过Port7端子、电阻R3、二极管D5连接到可控硅SCR控制极，可控硅SCR在可控硅控制极触发脉冲控制下处于关断或导通。

本发明的有益效果是：无论可控硅导电角较大还是较小，可控硅控制极触发脉冲电路中的或门U7输出的高电平信号均通过上拉电阻R6上拉到电源电压，为可控硅控制极提供上升沿陡峭、电压较高的触发脉冲，实现可控硅快速、可靠的导通；同时避免了继电器触点频繁吸合时的拉弧现象，延长了自励式缓速器控制驱动器的使用寿命，解决了励磁线圈老化不均匀、转子容易形变等问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

图1是本发明自励式缓速器用智能控制驱动器的电路结构连接框图；

图2是图1中励磁线圈驱动电路3的连接图；

图3是图1中可控硅控制极触发脉冲电路2的连接图；

图中：1.微处理器；2.可控硅控制极触发脉冲电路；3.励磁线圈驱动电路；4.自励式缓速器本体；5.开关信号检测电路；6.模拟信号检测电路。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括微处理器1、开关信号检测电路5以及模拟信号检测电路6，将若干开关信号检测电路5及模拟信号检测电路6、可控硅（SCR）控制极触发脉冲电路2分别通过I/O口连接到微处理器1；可控硅控制极触发脉冲电路2与励磁线圈驱动电路3连接，励磁线圈驱动电路3连接自励式缓速器本体4。开关信号检测电路5所检测的开关信号包括空挡、1挡、2挡、3挡、4挡、恒速6个手控挡位的开关信号、ABS开关信号以及车速开关信号；模拟信号检测电路6所检测的模拟信号包括与制动管路压力成正比的制动踏板压力信号和与转子盘温度成正比的转子温度信号。

如图2所示，励磁线圈驱动电路3包括由整流二极管D1、D2、D3、D4构成的桥式整流电路，自励式缓速器本体4输出的正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子接入由整流二极管D1、D2、D3、D4构成的桥式整流电路；可控硅SCR、二极管D9、励磁线圈L与由整流二极管D1、D2、D3、D4构成的桥式整流电路依次串联；续流二极管D6并接在励磁线圈L两端；电阻R1、电容C1先串接后再并接在可控硅SCR的阳极和阴极之间；电阻R2、电容C2并接在可控硅SCR的控制极和阴极之间；电阻R3的一端通过Port7端子与可控硅控制极触发脉冲电路2中的或门U7输出端连接，电阻R3另一端通过二极管D5连接可控硅SCR的控制极。

如图3所示，可控硅控制极触发脉冲电路2用于产生可控硅控制极触发脉冲，可控硅控制极触发脉冲电路2包括变压器T、电压比较器U1、施密特触发器U3、施密特触发器U4、反相器U2、与门U5、与门U6、或门U7。自励式缓速器自身输出的正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子接入变压器T的两个输入端；变压器T的两个输出端分别接入电压比较器U1的两个输入端，电压比较器U1的输出端与电阻R4、电阻R5依次连接；稳压二极管D7、D8串联后并接在电压比较器U1的同相输入端与电阻R4的右端A之间；电阻R5的右端B连接施密特触发器U3的输入端，施密特触发器U3的输出端通过Port3端子接入微处理器1，作为微处理器1的一路外部中断触发信号；电阻R5的右端B同时连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端连接施密特触发器U4的输入端，施密特触发器U4的输出端通过Port4端子接入微处理器1，作为微处理器1的另一路外部中断触发信号；与门U5的一个输入端与电阻R5的右端B连接，与门U5的另一个输入端通过Port5端子与微处理器1连接；与门U6的一个输入端与反相器U2的输出端连接，与门U6的另一个输入端通过Port6与微处理器1连接；与门U5、U6的输出端分别连接或门U7的两个输入端，或门U7的输出端连接上拉电阻R6，过上拉电阻R6将其上拉到电源电压，或门U7的输出端同时通过Port7与励磁线圈驱动电路3连接，为可控硅控制极提供触发脉冲。

对本发明自励式缓速器用智能控制驱动器进行控制时，采用以下步骤：

（1）微处理器1分别通过开关信号检测电路5和模拟信号检测电路6实时采集相应的以下各种信号：手控档位信号、ABS信号、车速信号、踏板压力信号、转子温度信号，计算出与所需制动力矩相对应的可控硅SCR控制角；

（2）在正弦交流电压的正半周期，可控硅控制极触发脉冲电路2中的电压比较器U1输出正脉冲，施密特触发器U3输出负脉冲；施密特触发器U3输出的负脉冲触发微处理器1的外中断1，使微处理器1进入外中断服务程序1；外中断服务程序1根据微处理器1计算出的可控硅SCR控制角产生可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port5端子输入到与门U5的一个输入端；与门U5的另一个输入端接收电压比较器U1输出的高电平，从而与门U5输出与正弦交流电压正半周期相对的可控硅控制角信号；与门U6的一个输入端接收反相器U2输出的低电平，因此与门U6输出低电平；根据所述的可控硅控制极触发脉冲电路2，或门U7输出与正弦交流电压正半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲，并通过上拉电阻R6将其上拉到电源电压；

（3）在正弦交流电压的负半周期，可控硅控制极触发脉冲电路2中的电压比较器U1输出负脉冲，电压比较器U1输出的负脉冲经过反相器U2进行一次非逻辑运算后再经过施密特触发器U4整形，施密特触发器U4输出负脉冲；施密特触发器U4输出的负脉冲触发微处理器1的外中断2，使微处理器1进入外中断服务程序2；外中断服务程序2根据微处理器1计算出的可控硅SCR控制角产生与正弦交流电压的负半周期相对应的可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port6端子输入到与门U6的一个输入端；与门U6的另一个输入端接收反相器U2输出的高电平，从而与门U6输出与正弦交流电压负半周期相对的可控硅控制角信号；与门U5的一个输入端接收电压比较器U1输出的低电平，因此与门5输出低电平；或门U7输出与正弦交流电压负半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲，并通过上拉电阻R6将其上拉到电源电压；

（4）所述励磁线圈驱动电路3中，整流二极管D1、D2、D3、D4构成的桥式整流电路将自励式缓速器输出的正弦交流电压转换为正弦脉冲信号；可控硅控制极触发脉冲电路2产生的可控硅控制极触发脉冲经过Port7端子、电阻R3、二极管D5连接到可控硅SCR控制极，可控硅SCR在可控硅控制极触发脉冲控制下处于关断或导通。

在以下3种情况下，可控硅控制极触发脉冲电路2输出的可控硅控制极触发脉冲保持为低电平，使得可控硅SCR的控制角等于π，自励式缓速器没有制动力矩输出：

（1）车速低于设定值；

（2）ABS控制器发出制动轮抱死信号；

（3）缓速器不工作。

Claims

1.一种自励式缓速器用智能控制驱动器，包括微处理器及分别通过I/O口连接微处理器的开关信号检测电路、模拟信号检测电路，其特征是：微处理器通过I/O口连接可控硅控制极触发脉冲电路，可控硅控制极触发脉冲电路与励磁线圈驱动电路连接，励磁线圈驱动电路连接自励式缓速器本体；所述励磁线圈驱动电路包括桥式整流电路，自励式缓速器本体输出的正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子连接桥式整流电路，可控硅SCR、二极管D9、励磁线圈L与桥式整流电路依次串联，续流二极管D6并接在励磁线圈L两端；电阻R1、电容C1先串接后再并接在可控硅SCR的阳极和阴极之间；电阻R2、电容C2并接在可控硅SCR的控制极和阴极之间；电阻R3的一端通过Port7端子与可控硅控制极触发脉冲电路中的或门U7输出端连接，电阻R3另一端通过二极管D5连接可控硅SCR的控制极；所述可控硅控制极触发脉冲电路包括变压器T、电压比较器U1、施密特触发器U3、U4、反相器U2、与门U5、 U6、或门U7；所述正弦交流电压通过Port1、Port2两个端子接入变压器T的两个输入端，变压器T的两个输出端分别接入电压比较器U1的两个输入端，电压比较器U1的输出端与电阻R4、电阻R5依次连接；稳压二极管D7、D8串联后并接在电压比较器U1的同相输入端与电阻R4的右端A之间；电阻R5的右端B连接施密特触发器U3的输入端，施密特触发器U3的输出端通过Port3端子接入微处理器1，电阻R5的右端B同时连接反相器U2的输入端，反相器U2的输出端连接施密特触发器U4的输入端，施密特触发器U4的输出端通过Port4端子接入微处理器；与门U5的一个输入端与电阻R5的右端B连接，与门U5的另一个输入端通过Port5端子与微处理器1连接；与门U6的一个输入端与反相器U2的输出端连接，与门U6的另一个输入端通过Port6与微处理器1连接；与门U5、U6的输出端分别连接或门U7的两个输入端，或门U7的输出端通过Port7与励磁线圈驱动电路连接。

2.一种如权利要求1所述自励式缓速器用智能控制驱动器的控制方法，其特征是包括如下步骤；

（1）微处理器分别通过开关信号检测电路和模拟信号检测电路实时采集相应的各种信号，计算出与所需制动力矩相对应的可控硅SCR控制角；

（2）在正弦交流电压的正半周期，电压比较器U1输出正脉冲，施密特触发器U3输出负脉冲，施密特触发器U3输出的负脉冲触发微处理器的外中断1，使微处理器进入外中断服务程序1；外中断服务程序1根据可控硅SCR控制角产生可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port5端子输入到与门U5的一个输入端；与门U5的另一个输入端接收电压比较器U1输出的高电平，与门U5输出与正弦交流电压正半周期相对的可控硅控制角信号；与门U6的一个输入端接收反相器U2输出的低电平，或门U7输出与正弦交流电压正半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲；

（3）在正弦交流电压的负半周期，电压比较器U1输出负脉冲，电压比较器U1输出的负脉冲经过反相器U2进行一次非逻辑运算后再经过施密特触发器U4整形，施密特触发器U4输出负脉冲；施密特触发器U4输出的负脉冲触发微处理器的外中断2，使微处理器进入外中断服务程序2；外中断服务程序2根据可控硅SCR控制角产生与正弦交流电压的负半周期相对应的可控硅控制角信号，并将可控硅控制角信号通过Port6端子输入到与门U6的一个输入端；与门U6的另一个输入端接收反相器U2输出的高电平，与门U6输出与正弦交流电压负半周期相对的可控硅控制角信号；与门U5的一个输入端接收电压比较器U1输出的低电平；或门U7输出与正弦交流电压负半周期相对应的可控硅控制极触发脉冲；

（4）桥式整流电路将自励式缓速器输出的正弦交流电压转换为正弦脉冲信号，可控硅控制极触发脉冲电路产生的可控硅控制极触发脉冲经过Port7端子、电阻R3、二极管D5连接到可控硅SCR控制极，可控硅SCR在可控硅控制极触发脉冲控制下处于关断或导通。