基于PIC單片機(jī)的六擋調(diào)控電渦流緩速器的設(shè)計(jì)

　　針對(duì)國(guó)內(nèi)重卡的制造工藝，設(shè)計(jì)了一種基于PIC單片機(jī)的新型電渦流緩速器。該緩速器分六擋位調(diào)控，可很好地實(shí)現(xiàn)恒速、現(xiàn)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制動(dòng)輔助裝置，它既可以使汽車在坡道行駛時(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行駛時(shí)的安全性與舒適性。

　　目前國(guó)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(xiàn)的，稱為“液力緩速器”，液力緩速器存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維護(hù)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(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維護(hù)方便。但國(guó)外的電渦流緩速器大多采用繼電器作為控制元件(如法國(guó)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(xù)均勻調(diào)節(jié)。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(guó)的KLOFT等)，元件的壽命雖然大大提高，但使用在國(guó)內(nèi)的車輛上時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)故障問(wèn)題。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)故障原因是國(guó)外的制造商并沒(méi)有考慮到國(guó)內(nèi)車輛的制造工藝，以及駕駛員的操作習(xí)慣等問(wèn)題，使得產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上和控制方式上不適用于國(guó)內(nèi)的情況。本文介紹的這種電渦流緩速器是針對(duì)以上問(wèn)題而專門研制出的一種適合國(guó)內(nèi)汽車的輔助制動(dòng)裝置。

電渦流緩速器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)

　　該電渦流緩速器采用離散式的結(jié)構(gòu)，將電控單元和功率模塊各自獨(dú)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車底后橋上。由于汽車上的工作環(huán)境比較惡劣，這種結(jié)構(gòu)可以大大減少電磁干擾以及環(huán)境對(duì)控制單元的影響，設(shè)計(jì)中只選用兩根信號(hào)線傳輸控制信號(hào)。系統(tǒng)的控制核心選用了美國(guó)Microchip公司開(kāi)發(fā)的CMOS單片機(jī)PIC16C63A，系統(tǒng)硬件電路如圖2所示。

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

　　電壓檢測(cè)電路將LM393的兩個(gè)比較器輸出端構(gòu)成“線與”邏輯關(guān)系，形成了一個(gè)過(guò)欠電壓保護(hù)，當(dāng)電壓范圍超出18～30V，輸出信號(hào)給單片機(jī)實(shí)現(xiàn)電壓保護(hù)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，考慮到不同車輛和路況所需制動(dòng)力不一致，設(shè)計(jì)中編了8套不同的制動(dòng)力參數(shù)，由于PIC16C63A的程序存儲(chǔ)器是4K