專利名稱：一種自勵式緩速器用智能控制驅動器及控制方法
技術領域：
本發明涉及公路運輸車輛的輔助制動裝置，尤其涉及大中型旅游客車、公交客車及載貨汽車上安裝使用的自勵式緩速器制動カ矩控制驅動器。
背景技術：
自勵式緩速器在總體結構上分為發電裝置和緩速裝置兩大部分。車輛減速或制動時自勵式緩速器的發電裝置把車輛行駛動能轉化為正弦交流電并利用該正弦交流電為自勵式緩速器緩速裝置的勵磁線圈提供勵磁電流，這就決定了自勵式緩速器制動カ矩的控制 驅動器不同于以蓄電池直流電壓為勵磁電源的電渦流緩速器制動カ矩控制驅動器。目前，日本公司生產的自勵式緩速器控制驅動器采用繼電器作為控制元件，其缺陷是
I、由于繼電器頻繁吸合時產生的拉弧現象使得繼電器觸點燒蝕嚴重，從而導致這種控制器使用壽命短、維修維護成本高。2、制動カ矩檔位僅設有“高”、“低”和“空擋”三個檔位，高檔制動時緩速裝置的勵磁線圈全部參與工作，低檔制動時緩速裝置的部分勵磁線圈參與工作，線圈老化不均勻、轉子容易產生形變，在一定程度上降低了自勵式緩速器的使用壽命；制動カ矩呈現較大的階躍性變化，降低了車輛的制動平穩性和乘坐舒適性。論文《車用自勵式緩速器的工作原理及其使用》(輕型汽車技術.2005，No. 7，P12-15)，公開了自勵式緩速器主要由定子、轉子、控制器及驅動器四個部分組成，傳動軸和后橋凸緣叉與轉子一起轉動，接通開關，則發電機繞組能夠放電，從而繞組能夠形成勵磁磁場。當駕駛員接通緩速器的控制按鈕(即踩下制動踏板)開關進行減速或制動時，自勵式緩速器的發電機繞組自動發電而產生勵磁磁場，轉子盤切割磁力線從而在轉子盤內部產生無數旋渦狀的感應電流，即渦電流。渦電流產生后，磁場就會對帶電的轉子盤產生阻止其轉動的阻力(即制動力)，阻力的合力沿轉子盤軸向形成與其旋轉方向相反的制動カ矩。但《車用自勵式緩速器的工作原理及其使用》并沒有涉及自勵式緩速器制動カ矩的控制驅動器。《自勵式緩速器制動カ矩控制方法》，江蘇大學學報(自然科學版)·2009，30 (3)256 260，公開的自勵式緩速器是ー種無需外接電源，具有自發電功能的車輛輔助制動裝置，其結構包括發電裝置和渦電流緩速裝置兩部分，車輛減速或制動時，發電裝置把汽車行駛的慣性能量轉化為電能，用自發電能給渦電流緩速裝置供電達到緩速制動目的；但該文沒有涉及自勵式緩速器的控制器。公告號為CN101596870B、名稱為“自勵式緩速器驅動控制器”的專利公開的自勵式緩速器驅動控制器及其控制方法，解決了以繼電器為控制元件的自勵式緩速器制動カ矩控制器的缺陷，但其可控硅控制角觸發電路的設計決定了當可控硅控制角較小時可控硅的導通速度較慢，降低了自勵式緩速器的最大制動カ矩以及工作的可靠性
發明內容
本發明的目的在于針對目前自勵式緩速器控制驅動器存在的缺陷提供一種控制效果好、可控硅導通速度快、導通可靠的無觸點自勵式緩速器用智能控制驅動器，本發明同時還提供該智能控制驅動器的控制方法。本發明的一種自勵式緩速器用智能控制驅動器采用的技術方案是包括微處理器及分別通過I/o ロ連接微處理器的開關信號檢測電路、模擬信號檢測電路，其特征是微處理器通過I/o ロ連接可控硅控制極觸發脈沖電路，可控硅控制極觸發脈沖電路與勵磁線圈驅動電路連接，勵磁線圈驅動電路連接自勵式緩速器本體；所述勵磁線圈驅動電路包括橋式整流電路，自勵式緩速器本體輸出的正弦交流電壓通過Portl、Port2兩個端子連接橋式整流電路，可控硅SCR、ニ極管D9、勵磁線圈L與橋式整流電路依次串聯，續流ニ極管D6并接在勵磁線圈L兩端；電阻R1、電容Cl先串接后再并接在可控硅SCR的陽極和陰極之間；電阻R2、電容C2并接在可控硅SCR的控制極和陰極之間；電阻R3的一端通過Port7端子與可控硅控制極觸發脈沖電路中的或門U7輸出端連接，電阻R3另一端通過ニ極管D5連接 可控硅SCR的控制極；所述可控硅控制極觸發脈沖電路包括變壓器T、電壓比較器U1、施密特觸發器U3、U4、反相器U2、與門U5、U6、或門U7 ;所述正弦交流電壓通過Portl、Port2兩個端子接入變壓器T的兩個輸入端，變壓器T的兩個輸出端分別接入電壓比較器Ul的兩個輸入端，電壓比較器Ul的輸出端與電阻R4、電阻R5依次連接；穩壓ニ極管D7、D8串聯后并接在電壓比較器Ul的同相輸入端與電阻R4的右端A之間；電阻R5的右端B連接施密特觸發器U3的輸入端，施密特觸發器U3的輸出端通過Port3端子接入微處理器1，電阻R5的右端B同時連接反相器U2的輸入端，反相器U2的輸出端連接施密特觸發器U4的輸入端，施密特觸發器U4的輸出端通過Port4端子接入微處理器；與門U5的一個輸入端與電阻R5的右端B連接，與門U5的另ー個輸入端通過Port5端子與微處理器I連接；與門U6的ー個輸入端與反相器U2的輸出端連接,與門U6的另ー個輸入端通過Port6與微處理器I連接；與門U5、U6的輸出端分別連接或門U7的兩個輸入端，或門U7的輸出端通過Port7與勵磁線圈驅動電路連接。本發明的一種自勵式緩速器用智能控制驅動器的控制方法采用的技術方案是包括如下步驟；(I)微處理器分別通過開關信號檢測電路和模擬信號檢測電路實時采集相應的各種信號，計算出與所需制動カ矩相對應的可控硅SCR控制角；(2)在正弦交流電壓的正半周期，電壓比較器Ul輸出正脈沖，施密特觸發器U3輸出負脈沖，施密特觸發器U3輸出的負脈沖觸發微處理器的外中斷I，使微處理器進入外中斷服務程序I ;外中斷服務程序I根據可控硅SCR控制角產生可控硅控制角信號，并將可控硅控制角信號通過Port5端子輸入到與門U5的一個輸入端；與門U5的另ー個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的高電平，與門U5輸出與正弦交流電壓正半周期相対的可控硅控制角信號；與門6的一個輸入端接收反相器U2輸出的低電平，或門U7輸出與正弦交流電壓正半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖；(3)在正弦交流電壓的負半周期，電壓比較器Ul輸出負脈沖，電壓比較器Ul輸出的負脈沖經過反相器U2進行一次非邏輯運算后再經過施密特觸發器U4整形，施密特觸發器U4輸出負脈沖；施密特觸發器U4輸出的負脈沖觸發微處理器的外中斷2,使微處理器進入外中斷服務程序2 ;外中斷服務程序2根據可控硅SCR控制角產生與正弦交流電壓的負半周期相對應的可控硅控制角信號，并將可控硅控制角信號通過Porte端子輸入到與門U6的一個輸入端；與門U6的另ー個輸入端接收反相器U2輸出的高電平，與門U6輸出與正弦交流電壓負半周期相対的可控硅控制角信號；與門5的一個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的低電平；或門7輸出與正弦交流電壓負半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖；(4)橋式整流電路將自勵式緩速器輸出的正弦交流電壓轉換為正弦脈沖信號，可控硅控制極觸發脈沖電路產生的可控硅控制極觸發脈沖經過Port7端子、電阻R3、ニ極管D5連接到可控硅SCR控制扱，可控硅SCR在可控硅控制極觸發脈沖控制下處于關斷或導通。本發明的有益效果是無論可控硅導電角較大還是較小，可控硅控制極觸發脈沖電路中的或門U7輸出的高電平信號均通過上拉電阻R6上拉到電源電壓，為可控硅控制極提供上升沿陡峭、電壓較高的觸發脈沖，實現可控硅快速、可靠的導通；同時避免了繼電器觸點頻繁吸合時的拉弧現象，延長了自勵式緩速器控制驅動器的使用壽命，解決了勵磁線圈老化不均勻、轉子容易形變等問題。



下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進ー步詳細說明
圖I是本發明自勵式緩速器用智能控制驅動器的電路結構連接框 圖2是圖I中勵磁線圈驅動電路3的連接 圖3是圖I中可控硅控制極觸發脈沖電路2的連接 圖中1.微處理器；2.可控硅控制極觸發脈沖電路；3.勵磁線圈驅動電路；4.自勵式緩速器本體；5.開關信號檢測電路；6.模擬信號檢測電路。
具體實施例方式如圖I所示，本發明包括微處理器I、開關信號檢測電路5以及模擬信號檢測電路6，將若干開關信號檢測電路5及模擬信號檢測電路6、可控硅(SCR)控制極觸發脈沖電路2分別通過I/O ロ連接到微處理器I ;可控硅控制極觸發脈沖電路2與勵磁線圈驅動電路3連接，勵磁線圈驅動電路3連接自勵式緩速器本體4。開關信號檢測電路5所檢測的開關信號包括空擋、I擋、2擋、3擋、4擋、恒速6個手控擋位的開關信號、ABS開關信號以及車速開關信號；模擬信號檢測電路6所檢測的模擬信號包括與制動管路壓カ成正比的制動踏板壓カ信號和與轉子盤溫度成正比的轉子溫度信號。如圖2所示，勵磁線圈驅動電路3包括由整流ニ極管D1、D2、D3、D4構成的橋式整流電路，自勵式緩速器本體4輸出的正弦交流電壓通過Portl、Port2兩個端子接入由整流ニ極管D1、D2、D3、D4構成的橋式整流電路；可控硅SCR、ニ極管D9、勵磁線圈L與由整流ニ極管D1、D2、D3、D4構成的橋式整流電路依次串聯；續流ニ極管D6并接在勵磁線圈L兩端；電阻Rl、電容Cl先串接后再并接在可控硅SCR的陽極和陰極之間；電阻R2、電容C2并接在可控硅SCR的控制極和陰極之間；電阻R3的一端通過Port7端子與可控硅控制極觸發脈沖電路2中的或門U7輸出端連接，電阻R3另一端通過ニ極管D5連接可控硅SCR的控制極。如圖3所示，可控硅控制極觸發脈沖電路2用于產生可控硅控制極觸發脈沖，可控硅控制極觸發脈沖電路2包括變壓器T、電壓比較器Ul、施密特觸發器U3、施密特觸發器U4、反相器U2、與門U5、與門U6、或門U7。自勵式緩速器自身輸出的正弦交流電壓通過PortU Port2兩個端子接入變壓器T的兩個輸入端；變壓器T的兩個輸出端分別接入電壓比較器Ul的兩個輸入端，電壓比較器Ul的輸出端與電阻R4、電阻R5依次連接；穩壓ニ極管D7、D8串聯后并接在電壓比較器Ul的同相輸入端與電阻R4的右端A之間；電阻R5的右端B連接施密特觸發器U3的輸入端，施密特觸發器U3的輸出端通過Port3端子接入微處理器1，作為微處理器I的一路外部中斷觸發信號；電阻R5的右端B同時連接反相器U2的輸入端，反相器U2的輸出端連接施密特觸發器U4的輸入端，施密特觸發器U4的輸出端通過Port4端子接入微處理器I,作為微處理器I的另一路外部中斷觸發信號；與門U5的ー個輸入端與電阻R5的右端B連接，與門U5的另ー個輸入端通過Port5端子與微處理器I連接；與門U6的一個輸入端與反相器U2的輸出端連接,與門U6的另ー個輸入端通過Port6與微處理器I連接；與門U5、U6的輸出端分別連接或門U7的兩個輸入端，或門U7的輸出端連接上拉電阻R6，過上拉電阻R6將其上拉到電源電壓，或門U7的輸出端同時通過Port7與勵磁線圈驅動電路3連接，為可控硅控制極提供觸發脈沖。對本發明自勵式緩速器用智能控制驅動器進行控制時，采用以下步驟
(1)微處理器I分別通過開關信號檢測電路5和模擬信號檢測電路6實時采集相應的以下各種信號手控檔位信號、ABS信號、車速信號、踏板壓カ信號、轉子溫度信號，計算出與所需制動カ矩相對應的可控硅SCR控制角；
(2)在正弦交流電壓的正半周期，可控硅控制極觸發脈沖電路2中的電壓比較器Ul輸出正脈沖，施密特觸發器U3輸出負脈沖；施密特觸發器U3輸出的負脈沖觸發微處理器I的外中斷1，使微處理器I進入外中斷服務程序I ;外中斷服務程序I根據微處理器I計算出的可控硅SCR控制角產生可控硅控制角信號，并將可控硅控制角信號通過Port5端子輸入到與門U5的一個輸入端；與門U5的另ー個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的高電平，從而與門U5輸出與正弦交流電壓正半周期相対的可控硅控制角信號；與門U6的一個輸入端接收反相器U2輸出的低電平，因此與門U6輸出低電平；根據所述的可控硅控制極觸發脈沖電路2，或門U7輸出與正弦交流電壓正半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖，并通過上拉電阻R6將其上拉到電源電壓；
(3)在正弦交流電壓的負半周期，可控硅控制極觸發脈沖電路2中的電壓比較器Ul輸出負脈沖，電壓比較器Ul輸出的負脈沖經過反相器U2進行一次非邏輯運算后再經過施密特觸發器U4整形，施密特觸發器U4輸出負脈沖；施密特觸發器U4輸出的負脈沖觸發微處理器I的外中斷2，使微處理器I進入外中斷服務程序2 ;外中斷服務程序2根據微處理器I計算出的可控硅SCR控制角產生與正弦交流電壓的負半周期相對應的可控硅控制角信號，并將可控娃控制角信號通過Port6端子輸入到與門U6的一個輸入端；與門U6的另ー個輸入端接收反相器U2輸出的高電平，從而與門U6輸出與正弦交流電壓負半周期相対的可控娃控制角信號；與門U5的一個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的低電平，因此與門5輸出低電平；或門U7輸出與正弦交流電壓負半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖，并通過上拉電阻R6將其上拉到電源電壓；
(4)所述勵磁線圈驅動電路3中，整流ニ極管Dl、D2、D3、D4構成的橋式整流電路將自勵式緩速器輸出的正弦交流電壓轉換為正弦脈沖信號；可控硅控制極觸發脈沖電路2產生的可控硅控制極觸發脈沖經過Port7端子、電阻R3、ニ極管D5連接到可控硅SCR控制扱，可控硅SCR在可控硅控制極觸發脈沖控制下處于關斷或導通。在以下3種情況下，可控硅控制極觸發脈沖電路2輸出的可控硅控制極觸發脈沖保持為低電平，使得可控硅SCR的控制角等于π，自勵式緩速器沒有制動カ矩輸出(1)車速低于設定值；
(2)ABS控制器發出制動輪抱死信號； (3)緩速器不工作。
權利要求
1.一種自勵式緩速器用智能控制驅動器，包括微處理器及分別通過I/O 口連接微處理器的開關信號檢測電路、模擬信號檢測電路，其特征是微處理器通過I/o 口連接可控硅控制極觸發脈沖電路，可控硅控制極觸發脈沖電路與勵磁線圈驅動電路連接，勵磁線圈驅動電路連接自勵式緩速器本體；所述勵磁線圈驅動電路包括橋式整流電路，自勵式緩速器本體輸出的正弦交流電壓通過P0rtl、Port2兩個端子連接橋式整流電路，可控硅SCR、二極管D9、勵磁線圈L與橋式整流電路依次串聯，續流二極管D6并接在勵磁線圈L兩端；電阻R1、電容Cl先串接后再并接在可控硅SCR的陽極和陰極之間；電阻R2、電容C2并接在可控硅SCR的控制極和陰極之間；電阻R3的一端通過Port7端子與可控硅控制極觸發脈沖電路中的或門U7輸出端連接，電阻R3另一端通過二極管D5連接可控硅SCR的控制極；所述可控硅控制極觸發脈沖電路包括變壓器T、電壓比較器Ul、施密特觸發器U3、U4、反相器U2、與門U5、U6、或門U7 ;所述正弦交流電壓通過Portl、Port2兩個端子接入變壓器T的兩個輸入端，變壓器T的兩個輸出端分別接入電壓比較器Ul的兩個輸入端，電壓比較器Ul的輸出端與電阻R4、電阻R5依次連接；穩壓二極管D7、D8串聯后并接在電壓比較器Ul的同相輸入端與電阻R4的右端A之間；電阻R5的右端B連接施密特觸發器U3的輸入端，施密特觸發器U3的輸出端通過Port3端子接入微處理器1，電阻R5的右端B同時連接反相器U2的輸入端，反相器U2的輸出端連接施密特觸發器U4的輸入端，施密特觸發器U4的輸出端通過Port4端子接入微處理器；與門U5的一個輸入端與電阻R5的右端B連接，與門U5的另一個輸入端通過Port5端子與微處理器I連接；與門U6的一個輸入端與反相器U2的輸出端連接，與門U6的另一個輸入端通過Port6與微處理器I連接；與門U5、U6的輸出端分別連接或門U7的兩個輸入端，或門U7的輸出端通過Port7與勵磁線圈驅動電路連接。
2.一種如權利要求I所述自勵式緩速器用智能控制驅動器的控制方法，其特征是包括如下步驟； (1)微處理器分別通過開關信號檢測電路和模擬信號檢測電路實時采集相應的各種信號，計算出與所需制動力矩相對應的可控硅SCR控制角； (2)在正弦交流電壓的正半周期，電壓比較器Ul輸出正脈沖，施密特觸發器U3輸出負脈沖，施密特觸發器U3輸出的負脈沖觸發微處理器的外中斷I，使微處理器進入外中斷服務程序I ;外中斷服務程序I根據可控硅SCR控制角產生可控硅控制角信號，并將可控硅控制角信號通過Port5端子輸入到與門U5的一個輸入端；與門U5的另一個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的高電平，與門U5輸出與正弦交流電壓正半周期相對的可控硅控制角信號；與門U6的一個輸入端接收反相器U2輸出的低電平，或門U7輸出與正弦交流電壓正半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖； (3)在正弦交流電壓的負半周期，電壓比較器Ul輸出負脈沖，電壓比較器Ul輸出的負脈沖經過反相器U2進行一次非邏輯運算后再經過施密特觸發器U4整形，施密特觸發器U4輸出負脈沖；施密特觸發器U4輸出的負脈沖觸發微處理器的外中斷2,使微處理器進入外中斷服務程序2 ;外中斷服務程序2根據可控硅SCR控制角產生與正弦交流電壓的負半周期相對應的可控硅控制角信號，并將可控硅控制角信號通過Porte端子輸入到與門U6的一個輸入端；與門U6的另一個輸入端接收反相器U2輸出的高電平，與門U6輸出與正弦交流電壓負半周期相對的可控硅控制角信號；與門U5的一個輸入端接收電壓比較器Ul輸出的低電平；或門U7輸出與正弦交流電壓負半周期相對應的可控硅控制極觸發脈沖；(4)橋式整流電路將自勵式緩速器輸出的正弦交流電壓轉換為正弦脈沖信號，可控硅控制極觸發 脈沖電路產生的可控硅控制極觸發脈沖經過Port7端子、電阻R3、二極管D5連接到可控硅SCR控制極，可控硅SCR在可控硅控制極觸發脈沖控制下處于關斷或導通。
全文摘要
本發明公開一種車輛的自勵式緩速器用智能控制驅動器及控制方法，微處理器實時采集相應的各種信號，計算出與所需制動力矩相對應的可控硅SCR控制角；在正弦交流電壓的正半周期，電壓比較器U1輸出正脈沖，施密特觸發器U3輸出負脈沖；與門U6的一個輸入端接收反相器U2輸出的低電平，或門U7輸出相對應的可控硅控制極觸發脈沖；在正弦交流電壓的負半周期，電壓比較器U1輸出負脈沖，施密特觸發器U4輸出負脈沖；與門U6輸出相對的可控硅控制角信號；或門U7輸出相對應的可控硅控制極觸發脈沖；無論可控硅導電角較大還是較小，高電平信號均為可控硅控制極提供上升沿陡峭、電壓較高的觸發脈沖，實現可控硅快速、可靠的導通。
文檔編號H02K49/04GK102673410SQ20121018096
公開日2012年9月19日 申請日期2012年6月5日 優先權日2012年6月5日
發明者何仁, 楊效軍, 江蘊梅 申請人:江蘇大學