基于PIC單片機的六擋調控電渦流緩速器的設計

　　針對國內重卡的制造工藝，設計了一種基于PIC單片機的新型電渦流緩速器。該緩速器分六擋位調控，可很好地實(shí)現恒速、現場(chǎng)編程以及聲光提示擋位等功能。

　　電渦流緩速器是一種高效汽車(chē)制動(dòng)輔助裝置，它既可以使汽車(chē)在坡道行駛時(shí)，方便地實(shí)行緩速和恒速行駛，也可以在高速公路或者路況較差的情況下，及時(shí)輕松地進(jìn)行緩速，因此可極大提高汽車(chē)行駛時(shí)的安全性與舒適性。

　　目前國外使用的緩速器有兩種形式，一種是利用液體的壓力來(lái)實(shí)現的，稱(chēng)為“液力緩速器”，液力緩速器存在著(zhù)結構復雜，維護困難等諸多缺點(diǎn)。另一種是“電渦流緩速器”，相比液力緩速器，它結構簡(jiǎn)單，維護方便。但國外的電渦流緩速器大多采用繼電器作為控制元件(如法國的TELMA等)，由于繼電器頻繁吸合，觸點(diǎn)壽命較低，而且制動(dòng)力無(wú)法連續均勻調節。還有些產(chǎn)品采用大功率無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)作為控制元件(如德國的KLOFT等)，元件的壽命雖然大大提高，但使用在國內的車(chē)輛上時(shí)，經(jīng)常出現故障問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間的調研，發(fā)現故障原因是國外的制造商并沒(méi)有考慮到國內車(chē)輛的制造工藝，以及駕駛員的操作習慣等問(wèn)題，使得產(chǎn)品在結構上和控制方式上不適用于國內的情況。本文介紹的這種電渦流緩速器是針對以上問(wèn)題而專(zhuān)門(mén)研制出的一種適合國內汽車(chē)的輔助制動(dòng)裝置。

電渦流緩速器的系統結構

　　電渦流緩速系統主要由電控部分、功率模塊、勵磁線(xiàn)圈以及轉子組成。電控部分根據駕駛員的制動(dòng)擋位信號以及速度反饋信號計算出合適的制動(dòng)力的大小，并控制功率模塊的導通，通過(guò)功率模塊提供給勵磁線(xiàn)圈合適的電流，以產(chǎn)生磁場(chǎng)，并在轉子當中形成渦流，這種渦流的大小與轉子的旋轉速度成正比。渦流形成的磁場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)與轉子旋轉方向相同的轉矩，由于作用與反作用的關(guān)系，轉子則產(chǎn)生一個(gè)與自己轉動(dòng)方向相反的轉矩，該轉矩是轉子轉速和定子磁場(chǎng)電流的函數。磁通量的大小與勵磁線(xiàn)圈的匝數以及所通過(guò)的勵磁電流大小有關(guān)。轉子安裝在傳動(dòng)軸的兩端，相當于給傳動(dòng)軸的轉動(dòng)施加了一個(gè)制動(dòng)阻力矩，達到減速的效果。緩速器所需電流直接由汽車(chē)蓄電池供給。原理圖如圖1所示。

系統的硬件實(shí)現

　　該電渦流緩速器采用離散式的結構，將電控單元和功率模塊各自獨立開(kāi)來(lái)，電控部分安裝在駕駛室中，功率模塊安裝在汽車(chē)車(chē)底后橋上。由于汽車(chē)上的工作環(huán)境比較惡劣，這種結構可以大大減少電磁干擾以及環(huán)境對控制單元的影響，設計中只選用兩根信號線(xiàn)傳輸控制信號。系統的控制核心選用了美國Microchip公司開(kāi)發(fā)的CMOS單片機PIC16C63A，系統硬件電路如圖2所示。

　　來(lái)自擋位控制手柄的控制信號必須經(jīng)過(guò)輸入整形和去干擾電路才能輸送給單片機，然后由單片機經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)計算得出合適的制動(dòng)力大小，輸出相應的PWM控制信號，實(shí)現緩速。

　　電壓檢測電路將LM393的兩個(gè)比較器輸出端構成“線(xiàn)與”邏輯關(guān)系，形成了一個(gè)過(guò)欠電壓保護，當電壓范圍超出18～30V，輸出信號給單片機實(shí)現電壓保護功能。

　　為了方便駕駛員操作，電控部分安裝了6個(gè)紅色發(fā)光二極管和一個(gè)綠色發(fā)光二極管以及蜂鳴器提供聲光顯示擋位。

　　此外，考慮到不同車(chē)輛和路況所需制動(dòng)力不一致，設計中編了8套不同的制動(dòng)力參數，由于PIC16C63A的程序存儲器是4K