石助利，蘇成志，徐洪吉

(長春理工大學 機電工程學院，吉林 長春 130022)

0 引言

目前電渦流緩速器的控制方式分為機械式，單片機式與電子式［1］。由于機械式控制動作緩慢，實際應用較少。單片機式控制雖然智能，但單片機容易在高溫復雜的工作環(huán)境中出現(xiàn)程序跑飛問題，造成制動失靈，會帶來生命危險。本文為了回避上述兩種控制方式的缺陷，提出電子式新型控制方法。該方法避免了以往電子式控制的單一，不連續(xù)。而且它具有低速限制功能，且隨檔位增加工作制動效果增強，結(jié)構簡單，經(jīng)濟適用，同樣可以達到智能式控制效果。

1 控制器的系統(tǒng)結(jié)構

系統(tǒng)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由車速信號轉(zhuǎn)換電路、檔位信號加法電路和SG3525主控電路組成。此控制結(jié)構是由脈寬調(diào)制(PWM)電路作為控制模塊的核心，它由SG3525調(diào)制出的PWM信號來控制緩速器線圈的電流作用強度。在圖1中首先將檔位信號加法電路產(chǎn)生的信號與系統(tǒng)設定參考電壓進行比較，在SG3525控制模塊中進行誤差放大。將誤差放大信號與SG3525內(nèi)部的鋸齒波信號進行比較形成對應的PWM信號，用此PWM信號去控制功率模塊中的MOSFET的通斷，達到控制線圈的勵磁強度。同時車速信號轉(zhuǎn)換電路將車速信號(角速度頻率信號)轉(zhuǎn)換為所需的電壓信號，再將此信號與系統(tǒng)設定的參考電壓進行比較(為了實現(xiàn)低速限制)，來決定PWM驅(qū)動信號能否輸入到功率模塊電路(主要是MOSFET組成)。當PWM信號通過時，根據(jù)檔位自動調(diào)節(jié)其占空比達到調(diào)節(jié)制動力矩大小。同時聯(lián)合ABS信號控制PWM模塊與功率模塊的通斷實現(xiàn)防抱死功能。

圖1 系統(tǒng)原理結(jié)構框圖

2 系統(tǒng)電路設計

2.1 檔位信號電路

本文只針對具有四檔制動的汽車，當檔位全部撥通時信號輸出最大幅值為24V。為了實現(xiàn)檔位信號輸入時，PWM信號能夠自動根據(jù)其調(diào)整占空比，本文將檔位信號進行求和處理。根據(jù)不同的檔位信號輸入，可得到幅值不同信號輸出，這樣就可與設定的電壓信號進行后續(xù)的作差處理。電路如圖2所示。

根據(jù)信號的布爾運算可知，檔位信號電路輸出Uo1為

其中RP=R13//R14/R15//R16，由于在數(shù)值上RP=R18//R19，故

當檔位全閉合時，Uo1max≈24V。

圖2 檔位信號電路

2.2 車速信號轉(zhuǎn)換設計

此電路主要將車速信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，與系統(tǒng)設定的電壓比較控制SG3525的PWM驅(qū)動信號的輸出，達到低速限制功能。電路如圖3所示，電路中采用LM2917進行頻壓轉(zhuǎn)換，速度信號接其1腳。電路關鍵點在于對R32和C10的選擇，電阻R32的大小直接影響到圖中U1中3腳的輸出阻抗和紋波電壓，且3腳的輸出電流是內(nèi)部固定的，VO/R32需小于等于此值。電容C10大小取值影響電流誤差，應滿足大于50pF。3腳對應的紋波電壓公式為［2］:

其中K為增益常數(shù)，實際應用中通常取1。

在圖3中電容C9的值取決于紋波電壓的大小和實際應用中需要的響應時間。在本系統(tǒng)中，取工作電壓VCC=15V，定時電容C10=4.7μF，輸出電阻R32=2.8KΩ，K=1，計算可得輸出電壓Vo與輸入頻率fIN的對應關系式為:

圖3 車速信號轉(zhuǎn)換電路

由已知的車速與角速度關系式w=45.2v得，當車速為5km/h時，對應的頻率fIN≈10Hz，為此設定的比較器門限電壓為1.95V，當車速沒有達到5km/h時，比較器輸出高電平經(jīng)非門后給SG3525的10腳，禁止其輸出PWM驅(qū)動信號從而有低速限制功能。

2.3 PWM 驅(qū)動設計

在對功率管驅(qū)動時，采用PWM方式驅(qū)動。通過控制相同周期內(nèi)MOSFET的導通時間長短達到控制電渦流緩速器的勵磁線圈電流的強度，實現(xiàn)分級控制，電路如圖4所示。圖中采用SG3525的1、2腳誤差放大器構成減法電路，產(chǎn)生隨檔位變化，幅值變化的信號。此信號與5腳接的振蕩器定時電容產(chǎn)生的鋸齒波比較產(chǎn)生PWM信號，用此PWM信號通過TLP250控制MOSFET的柵極開斷。

圖4 PWM驅(qū)動電路

SG3525的產(chǎn)生的振蕩器信號的頻率為

則可以得出PWM驅(qū)動信號的頻率為10kHz。為了實現(xiàn)圖中TLP250對MOSFET管驅(qū)動時快速關斷，需要在MOSFET管的G、E提供一負的偏壓。由于圖中ZD5兩端為5V，采用15V供電時，在MOSFET管導通時，在G、E端產(chǎn)生約+10V的驅(qū)動電壓，關斷時產(chǎn)生約－5V的偏壓。

3 實驗結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)

圖5、圖6、圖7、圖8分別為1～4檔對應下的PWM驅(qū)動波形，由示波器截取。從圖上可以看出PWM驅(qū)動波形頻率均為10kHz，幅值在－5V～10V之間變化，且占空比隨檔位增大而增大，說明渦流線圈上相同時間內(nèi)電流作用時間越長，強度越強。將控制器接到緩速器定子線圈，在不同檔位，不同車速下測得的線圈兩端電壓，線圈總電流值，如表1所示。

圖5 一檔對應的PWM驅(qū)動波形

圖6 二檔對應的PWM驅(qū)動波形

圖7 三檔對應的PWM驅(qū)動波形

圖8 四檔對應的PWM驅(qū)動波形

表1 定子線圈電壓、電流值

4 結(jié)語

從上述的實驗與數(shù)據(jù)可以看出控制器具有隨汽車檔位增大，達到控制制動的強度越大。而且在相同時間內(nèi)作用的時間越長。在低于10Hz(即5km/h)時緩速器不制動，具有低速限制功能;同時在四檔檔位全閉合時，最大制動功率約為1195W。

［1］ 羅治中.電渦流緩速器在公交大客車上的應用［J］.城市公共交通，2003(1):19－21.

［2］ 齊永利.LM2907頻率/電壓轉(zhuǎn)換器原理及其應用［J］.國外電子元器件，2005(5):71－72.

［3］ 孫薇.基于PIC單片機的六擋調(diào)控電渦流緩速器的設計［J］.今日電子，2005(8):68－70.