本發(fā)明涉及汽車零部件技術領域，具體為電渦流緩速器控制器及其控制方法。

背景技術：

對于經(jīng)常在山區(qū)或丘陵地帶行駛的汽車，為了使下長坡時長時間而持續(xù)地減低或保持穩(wěn)定車速并減輕或解除行車制動器的負荷，通常需要加裝緩速器等輔助制動減速裝置。

近幾年國內(nèi)越來越多的客車制造廠把電渦流緩速器作為產(chǎn)品標配或選配，電渦流緩速器提高了客車行駛的安全性、經(jīng)濟性和舒適性，現(xiàn)有的電渦流緩速器大多采用大電流繼電器分級控制，繼電器分級一般為2級、3級和4級，級與級之間的切換是直接切換的，制動力矩的變化不連續(xù)；電渦流緩速器一般是采用機械手柄開關來控制的，而且手柄開關的開關順序總是固定的，一般為從1檔至最后一檔順序進行，這種控制方式總是讓靠前的檔位優(yōu)先處于工作狀態(tài)，使控制繼電器和緩速器工作處嚴重失衡狀態(tài)，壽命大大縮短。

另外一種狀況是在控制手柄沒有檔位全部開啟的情況下，緩速器制動力矩將出現(xiàn)嚴重偏心，會導致機械結(jié)構(gòu)變化，同時也降低了緩速器的使用壽命，采用繼電器控制方式的控制器也無法實現(xiàn)一些諸如恒流、短路保護、溫度保護等高級控制功能；而PWM緩速器控制器以PWM控制方式實現(xiàn)緩速的分級控制，在換檔時可以實現(xiàn)平滑切換，并且始終(負載異常時例外)是所有檔位同時供電，所以不會出現(xiàn)緩速器制動力矩偏心問題，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)恒流、短路保護、溫度保護功能。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供電渦流緩速器控制器及其控制方法，電渦流緩速器是一種新型非接觸式減速裝置，制動效能高，除可穩(wěn)定車速外，還可以降低車輪制動器溫度、提高摩擦片壽命，提高汽車行駛的安全性、平順性；以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器及其控制方法，包括鉗位電路、電源芯片U1、數(shù)字輸入采樣電路U13、模擬輸入采樣電路U14、指示燈和報警器驅(qū)動電路U6、單片機U4和CAN總線收發(fā)芯片U11，鉗位電路由穩(wěn)壓二極管Z1，穩(wěn)壓二極管Z2和穩(wěn)壓二極管Z3并聯(lián)構(gòu)成；電源芯片U1的Vin端串接電阻R1和二極管D1，電源芯片U1的引腳6和7串接穩(wěn)壓二極管Z4的正極并接地，穩(wěn)壓二極管Z4的負極接到電源芯片U1的Vin端，在穩(wěn)壓二極管Z4上并聯(lián)接入電容C1；穩(wěn)壓二極管Z4的引腳1接到5V電壓上，穩(wěn)壓二極管Z4的引腳2和3并聯(lián)并接入電容C2接到穩(wěn)壓二極管Z4的引腳1上；

電渦流緩速器控制器的控制方法，包括以下步驟：

S1：當單片機U4從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號后，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出占空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現(xiàn)緩速器不同制動力矩的輸出；

S2：在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現(xiàn)制動力矩的平滑漸變；

S3：當電流采樣電路發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的占空比，以起到恒流和過溫保護的目的；當發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“緩速器線圈”損壞；

S4：當ABS有信號輸入時，無論手柄開關處于何位置都將關閉控制器輸出；當控制器接收到油門踏板信號后，無論手柄開關處于何位置也將關閉控制器輸出。

優(yōu)選的，數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳(1-4)分別為手柄開關(1-4)檔輸入端；數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳“Speed”為車輛速度信號輸入端，數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳“ABS”為車輛ABS信號輸入端；數(shù)字輸入采樣電路U13還外接5V電壓供電。

優(yōu)選的，模擬輸入采樣電路U14的“Temp.”端為緩速器溫度輸入端，

“Pedal”端為車輛油門信號輸入端，模擬輸入采樣電路U14將車輛信號濾波和轉(zhuǎn)換后輸入至單片機U4上。

優(yōu)選的，指示燈和報警器驅(qū)動電路U6中，“PowerLED”為緩速器工作指示燈；“LED1”為緩速器1檔工作時指示燈，“LED2”為緩速器2檔工作時指示燈，“LED3”為緩速器3檔工作時指示燈，“LED4”為緩速器4檔工作時指示燈，“Buzzer”為緩速器異常(超過設定溫度、短路或斷路)時指示燈。

優(yōu)選的，單片機U4的引腳1和2串聯(lián)電容C4和電容C5，在電容C4并聯(lián)電容C3，在電容C5上并聯(lián)電容C6；單片機U4還連接晶振X1、電容C8和C9組成晶體震蕩電路。

優(yōu)選的，CAN總線收發(fā)芯片U11，通過單片機U4接收和發(fā)送消息；CAN總線收發(fā)芯片U11串接限流電阻R18和限流電阻R23，CAN總線收發(fā)芯片U11的CANSTB引腳接上拉電阻R17；CAN總線收發(fā)芯片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模電感L5、濾波電容C10和C12、二極管D6；CAN總線收發(fā)芯片U11的引腳還接電容C11并接地。

優(yōu)選的，單片機U4還接電流采樣芯片，電流采樣芯片由芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10組成，芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10分別將電流采樣電阻R4、電阻R9、電阻R14、電阻R21端的電壓轉(zhuǎn)換為對應的電壓值，供單片機U4采樣。

優(yōu)選的，電阻R2、電阻R7、電阻R12、電阻R19均為單片機U4的限流電阻。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，采用單片機以PWM控制的方式控制電渦流緩速器，以實現(xiàn)平滑制動，避免了制動力矩的偏心；穩(wěn)壓二極管Z1、穩(wěn)壓二極管Z2、穩(wěn)壓二極管Z3、穩(wěn)壓二極管Z4采用大功率TVS，為整個電路提供保護；采用低邊驅(qū)動的方式，以相對較低的成本完成核心控制；同時完成了對每個緩速器線圈電流的采樣，通過單片機處理后，以實現(xiàn)恒流和短路保護；并且本模塊集成了“速度開關”的功能，同時模塊具有CAN總線通信功能。

2、本基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，采用低邊驅(qū)動的方式控制“緩速器線圈”L1、L2、L3、L4，采用低邊驅(qū)動的好處是驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。能很好的解決控制器和“緩速器線圈”使用壽命的問題，因電子式電渦流緩速器控制器是無觸點的，只要設計合理使用壽命將遠遠超過機械繼電器式控制器。而且本發(fā)明以單片機為工作核心，完全可以實現(xiàn)恒流、短路保護、溫度保護、和檔位切換平滑漸變功能，而且可以根據(jù)客戶的要求來重新編寫程序來標定溫度保護、恒流和短路保護的值，而不用更改硬件電路，應用更加靈活。

3、本基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，控制器具有CAN總線模塊，可以將自身狀態(tài)信息發(fā)送至總線，或者從總線接收車身信號，使模塊應用更靈活，功能更完善。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的單片機電路原理圖；

圖2為本發(fā)明的鉗位電路原理圖；

圖3為本發(fā)明的電源芯片電路原理圖；

圖4為本發(fā)明的數(shù)字輸入采樣電路原理圖；

圖5為本發(fā)明的模擬輸入采樣電路原理圖；

圖6為本發(fā)明的指示燈和報警器驅(qū)動電路原理圖；

圖7為本發(fā)明的CAN總線收發(fā)芯片電路原理圖；

圖8為本發(fā)明的Q1以PWM控制的方式圖；

圖9為本發(fā)明的Q2以PWM控制的方式圖；

圖10為本發(fā)明的Q3以PWM控制的方式圖；

圖11為本發(fā)明的Q4以PWM控制的方式圖；

圖12為本發(fā)明的Q1以PWM控制其輸出占空比為25％的波形圖；

圖13為本發(fā)明的Q2以PWM控制其輸出占空比為50％的波形圖；

圖14為本發(fā)明的Q3以PWM控制其輸出占空比為75％的波形圖；

圖15為本發(fā)明的Q4以PWM控制其輸出占空比為100％的波形圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行親楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1-15，本發(fā)明提供一種技術方案：電渦流緩速器控制器及其控制方法，包括鉗位電路、電源芯片U1、數(shù)字輸入采樣電路U13、模擬輸入采樣電路U14、指示燈和報警器驅(qū)動電路U6、單片機U4和CAN總線收發(fā)芯片U11，鉗位電路由穩(wěn)壓二極管Z1，穩(wěn)壓二極管Z2和穩(wěn)壓二極管Z3并聯(lián)構(gòu)成；電源芯片U1的Vin端串接電阻R1和二極管D1，電源芯片U1的引腳6和7串接穩(wěn)壓二極管Z4的正極并接地，穩(wěn)壓二極管Z4的負極接到電源芯片U1的Vin端，在穩(wěn)壓二極管Z4上并聯(lián)接入電容C1；穩(wěn)壓二極管Z4的引腳1接到5V電壓上，穩(wěn)壓二極管Z4的引腳2和3并聯(lián)并接入電容C2接到穩(wěn)壓二極管Z4的引腳1上；穩(wěn)壓二極管Z1，穩(wěn)壓二極管Z2，穩(wěn)壓二極管Z3為大功率TVS，構(gòu)成鉗位電路，當輸入電源電壓過高時，鉗位電路將電壓鉗至合理范圍，對整個電路進行保護；電源芯片U1為電路提供穩(wěn)定的電源，二極管D1只允許電流從電源芯片U1的Vin端灌入，而不會從GND端灌入；電阻R1和穩(wěn)壓二極管Z1構(gòu)成鉗位電路，當輸入電源電壓過高時，鉗位電路將輸入至電源芯片U1的電壓鉗至合理范圍；電容C1為濾波電容，對輸入電源進行濾波；電容C2為濾波電容，對輸出電源進行濾波。

數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳(1-4)分別為手柄開關(1-4)檔輸入端；數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳“Speed”為車輛速度信號輸入端，數(shù)字輸入采樣電路U13的引腳“ABS”為車輛ABS信號輸入端；數(shù)字輸入采樣電路U13還外接5V電壓供電；數(shù)字輸入采樣電路U13將車輛非單片機U4(MCU)能接收的電平，轉(zhuǎn)換為單片機U4能夠接收的電平。

模擬輸入采樣電路U14的“Temp.”端為緩速器溫度輸入端，“Pedal”端為車輛油門信號輸入端，模擬輸入采樣電路U14將車輛信號濾波和轉(zhuǎn)換后輸入至單片機U4上。

指示燈和報警器驅(qū)動電路U6中，“PowerLED”為緩速器工作指示燈；“LED1”為緩速器1檔工作時指示燈，“LED2”為緩速器2檔工作時指示燈，“LED3”為緩速器3檔工作時指示燈，“LED4”為緩速器4檔工作時指示燈，“Buzzer”為緩速器異常(超過設定溫度、短路或斷路)時指示燈。

單片機U4的引腳1和2串聯(lián)電容C4和電容C5，在電容C4并聯(lián)電容C3，在電容C5上并聯(lián)電容C6；單片機U4(MCU)為電路的核心器件，通過執(zhí)行燒入芯片內(nèi)部的程序來完成信號的處理工作，電容C3、電容C4、電容C5、電容C6和電容C7均為濾波電容，為單片機電源濾波；單片機U4還連接晶振X1、電容C8和C9組成晶體震蕩電路，為單片機U4提供穩(wěn)定的工作頻率。

CAN總線收發(fā)芯片U11，通過單片機U4接收和發(fā)送消息；CAN總線收發(fā)芯片U11串接限流電阻R18和限流電阻R23，CAN總線收發(fā)芯片U11的CANSTB引腳接上拉電阻R17；CAN總線收發(fā)芯片U11的CAN_H和CAN_L嵌位接共模電感L5、濾波電容C10和C12、二極管D6；CAN總線收發(fā)芯片U11的引腳還接電容C11并接地；共模電感L5為CAN_H和CAN_L濾除共模干擾。

單片機U4還接電流采樣芯片，電流采樣芯片由芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10組成，芯片U2、芯片U5、芯片U8和芯片U10分別將電流采樣電阻R4、電阻R9、電阻R14、電阻R21端的電壓轉(zhuǎn)換為對應的電壓值，供單片機U4采樣；電阻R2、電阻R7、電阻R12、電阻R19均為單片機U4的限流電阻。

一種基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法，包括以下步驟：

第一步：當單片機U4從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號后，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出占空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現(xiàn)緩速器不同制動力矩的輸出；

第二步：在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現(xiàn)制動力矩的平滑漸變；

第三步：當電流采樣電路發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的占空比，以起到恒流和過溫保護的目的；當發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“緩速器線圈”損壞；

第四步：當ABS有信號輸入時，無論手柄開關處于何位置都將關閉控制器輸出；當控制器接收到油門踏板信號后，無論手柄開關處于何位置也將關閉控制器輸出。

本發(fā)明集成了速度開關的功能，即當車速過低時即使有手柄開關信號輸入，控制器也將關閉緩速器，以防止消耗整車電源；當單片機從輸入電路得到手柄開關1檔、2檔、3檔或4檔的信號后，對Q1、Q2、Q3、Q4以PWM控制的方式，控制其輸出占空比分別為25％、50％、75％、100％的波形，以實現(xiàn)緩速器不同制動力矩的輸出；在檔位進行切換時PWM控制波形以平滑漸變的方式逐步變化，以實現(xiàn)制動力矩的平滑漸變。當電流采樣電路發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”L1、L2、L3、L4過流或過溫時，減小PWM的占空比，以起到恒流和過溫保護的目的；當發(fā)現(xiàn)“緩速器線圈”短路時立即關斷Q1、Q2、Q3、Q4以避免其和“緩速器線圈”損壞。

上述基于PWM控制方式的電渦流緩速器控制器的控制方法的第四部中，控制器同樣也適用于2檔或3檔的控制器，只要本發(fā)明上去除不需要的電路便可完成改造。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。