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基于FPGA的电涡流缓速器控制系统

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论文导读：这些继电器控制器完全不能够比拟及不可能实现的功能，纵观整个行业发展及从汽车工业长远发展的目光来看，基于FPGA的电涡流缓速器控制系统肯定要取代继电器的控制方式以及目前的模拟电子无触电控制系统，成为电涡流缓速器的控制系统的主流。

关键词：电涡流缓速器控制，FPGA芯片模糊控制系统，FPGA芯片在电涡流缓速器中的应用

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0.引言

随着汽车工业技术的发展，汽车发动机功率逐年增加，车速大幅度提高，意味着在同样的制动条件、同样的时间内，制动器要产生更多的热量，过量的热量会使制动器发生热衰退，以致制动效能降低甚至失效。然而现在的车辆制动器虽经多方面改进，如鼓式制动改为盘式制动、加宽制动鼓和摩擦片的尺寸，改变摩擦片材料配方等，都未能从根本上解决问题。因为受空间尺寸的限制，现有车轮制动器的散热能力始终是有限的。免费论文。

近年来，国内商用汽车重型化、高档化趋势明显，越来越多的尖端科技将应用于现代公路交通，而缓速器作为一种辅助制动装置的先进技术应用于道路运输汽车，并且可与的ABS兼容，其诸多优点使其成为长途客车、公交客车和重型卡车上的基本配置。

电涡流缓速器的工作原理基于电磁感应理论作为一种辅助制动装置，其减少了主制动装置的机械摩擦，既提高了寿命，又提高了车辆行驶的安全性、经济性和舒适性，越来越受到汽车制造厂家的青睐。但是，由于汽车领域对实时性要求较高，且模糊控制算法涉及到频繁的多字节数据的乘除运算，而FPGA在实现算法方面具有巨大的优势，因此本文将基于FPGA进行设计。另外，本文结合基于FPGA的32位精简指令软核Nios编程，能很好地解决实时性与控制灵活性之间的矛盾。

1.汽车辅助制动装置的分类

常用于车辆的辅助制动装置主要有以下5种形式。

1.1发动机缓速器

对行驶中的汽车的发动机停止供给燃料，并将变速器挂入某一前进挡，使汽车得以通过驱动轮和传动系带动发动机曲轴继续旋转。这样，本来是汽车动力源的发动机就变成消耗汽车动能从而对汽车起缓速作用的空气压缩机。在这种情况下，汽车对发动机输人的动能大部分耗损在机内的进气、压缩、排气过程中，小部分消耗于对水泵、油泵、空压机、发电机等附件的驱动上。

1.2发动机排气辅助制动装置

汽车在挂挡前进时，对发动机停止供油，汽车前进的惯性力通过驱动轮和传动系反带发动机曲轴继续旋转。这样，发动机就像空气压缩机那样，对汽车起到了缓速的作用。为了加强发动机这种缓速作用，可设法增加进气、排气、压缩等方面的阻力，如阻塞进气或排气通道或改变进、排气门启闭时刻等。其中，比较常用的方法是在发动机排气管处设置排气阀。在需要缓速时，关闭排气阀，阻塞排气通道。该方法又称为排气缓速。

1.3电涡流缓速器

电涡流缓速器是由转动的圆盘和固定的磁极、线圈组成。线圈在通电后产生磁场，由于圆盘在磁场中转动，因此有电涡流流过，电涡流和磁场间因相互作用而产生方向相反的制动力。免费论文。其中随电涡流而产生的热量由装设在圆盘上的散热风道散发到大气中。电涡流缓速器的发展趋势是:轻量化、集成化、电子控制、自带发电机。

1.4永磁铁电涡流缓速器

永磁铁电涡流式缓速器与使用电磁线圈的电涡流缓速器工作原理相同，使用永久磁铁替换了励磁模块，较电涡流缓速器有以下优点:

1.4.1永久磁铁比电磁铁质量轻，体积小，质量与体积均为电磁铁的1/8左右;

1.4.2不消耗电能，不用考虑发电机或蓄电池的容量大小，永磁式不会发热:

1.4.3永久磁铁的磁力很强，在高速区制动力也不会低下。

但是永磁式力矩不可调节，安装控制较为麻烦。

1.5液力缓速器

液力缓速器的主要零件是固定叶轮和旋转叶轮，一般安装在变速器处。当汽车需要缓速时，汽车通过驱动桥和变速器等反带液力缓速器的旋转叶轮转动，固定叶轮通过流动的液体对旋转叶轮产生阻力矩，使汽车缓速。

2.电涡流缓速器结构及工作原理

电涡流缓速器上午缓速器定子上有8个由高导磁材料的磁极作为磁扼，呈圆周分布形式均匀安装在优质铝板上，8个励磁线圈套于磁极上，圆周上相对的2个磁极的励磁线圈为串联连接而形成的一对磁极，相邻磁极均为北、南相间，这样就形成了相对相互独立的4对磁极。转子由内转子与外转子组成，内外转子均为圆环状，用导磁性能良好的铁磁材料制成，转子通过法兰盘装置在传动轴凸缘上，可随传动轴自由转动，内外转子盘和定子磁扼间保持有极小的、均匀的间隙。

车辆缓速或制动时，定子励磁线圈通入直流电流而励磁，产生的磁力线穿过转子圆盘。根据电磁感应理论，当穿过闭合导线回路所包围的面积的磁通发生变化时，在导线回路中将产生感应电流。缓速器的转子从表面上看不是一个闭合导线，但从微观角度，可以把它看成是一个由数个闭合导线构成的集合体，这样，当转子转动时，其内部无数闭合导线所包围的面积内的磁通量就发生变