基于CAN總線(xiàn)的電控自動(dòng)離合器控制器設計

　　進(jìn)入21世紀，隨著(zhù)汽車(chē)的普及，人們對汽車(chē)的舒適性和安全性的要求也越來(lái)越高，而手動(dòng)檔汽車(chē)因其繁重的選換檔及離合器操作增加了駕駛難度。對于駕駛新手而言，又會(huì )產(chǎn)生坡道起步易熄火、油耗大、離合器磨損嚴重等問(wèn)題。自動(dòng)檔汽車(chē)雖然駕駛操作簡(jiǎn)單，但其造價(jià)高，開(kāi)發(fā)難度大。本文設計的電控自動(dòng)離合器ACS(Automatic Clutch System)是在手動(dòng)變速箱基礎上安裝電控系統，取消離合踏板，實(shí)現自動(dòng)離合。ACS的優(yōu)勢十分明顯：與手動(dòng)擋相比，其駕駛操控更為簡(jiǎn)單，具有加速快、駕駛舒適的特點(diǎn)；與自動(dòng)變速器汽車(chē)相比，ACS具有造價(jià)便宜、維修方便、經(jīng)濟、省油。

　　1 系統功能

　　ACS將現代電子控制技術(shù)用于控制干式摩擦離合器，模擬優(yōu)秀駕駛員的操縱動(dòng)作和感覺(jué)，實(shí)現最佳的離合器結合規律，其實(shí)質(zhì)是為汽車(chē)駕駛員配備一個(gè)操縱離合器的機械人，實(shí)現自動(dòng)離合器的功能。本文設計的ACS控制器主要實(shí)現了如下幾大功能。

　　(1)換檔離合：控制器接收到換檔信號后，離合器迅速自動(dòng)分離，換檔到位后離合器自動(dòng)結合，結合規律由電控單元依據汽車(chē)行駛工況確定。

　　(2)坡道起步：駕駛員踩制動(dòng)踏板，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機，將換檔手柄置于一檔或倒檔，松開(kāi)手制動(dòng)器，解除制動(dòng)后不踩油門(mén)踏板汽車(chē)能夠自動(dòng)慢速行駛，起步平穩，沖擊小，不熄火。

　　(3)熄火保護：汽車(chē)行駛過(guò)程中，車(chē)速和發(fā)動(dòng)機轉速低于設定值后離合器自動(dòng)分離，車(chē)速和發(fā)動(dòng)機轉速高于設定值后離合器再自動(dòng)結合。

　　(4)CAN通信：ACS控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)接口與發(fā)動(dòng)機控制器實(shí)現數據通信，為離合器與發(fā)動(dòng)機的協(xié)調控制提供數據支持。

　　2 系統的硬件設計

　　2.1 控制器組成

　 本系統的微處理器選用英飛凌高性能的8位微處理器XC878CM，工作頻率最高可達27MHz，其片內硬件資源十分豐富，片內集成了MultiCAN控制器、捕獲/比較單元6(CCU6)、高性能ADC模塊等。XC878CM出色的性能完全滿(mǎn)足本系統的設計需要。本系統的硬件部分主要包括電源模塊、數據采集模塊、CAN通信模塊、執行電機驅動(dòng)模塊等。

　　(1)電源模塊整車(chē)低壓控制系統通過(guò)12V電池供電，8位MCU采用5V供電。所以本系統需要采用電源芯片進(jìn)行電壓的轉換和隔離。本系統選用英飛凌電源芯片TLE4290，該芯片可提供穩定的5V電壓，誤差在2%以?xún)?，輸入電壓最高可達42V。經(jīng)測試，其工作可靠，滿(mǎn)足系統要求。

　　(2)CAN通信模塊CAN通信模塊使用XC878CM片內MultiCAN控制器和英飛凌高速CAN收發(fā)器IFX1050G作為CAN通信的硬件組成。CAN模塊負責離合器控制器和發(fā)動(dòng)機控制器之間的數據交換和共享，為發(fā)動(dòng)機與離合器的協(xié)調控制提供數據通信支持。

　　(3)執行電機驅動(dòng)模塊本系統使用的執行電機為額定電壓為12V的直流電機。單片機使用一個(gè)IO口控制執行電機的轉動(dòng)方向,一路PWM輸出控制電機的轉速。PWM波由單片機內含的CCU6模塊配置為比較模式產(chǎn)生。單片機通過(guò)英飛凌電機驅動(dòng)芯片BTS7810K實(shí)現對執行電機的控制。

　　(4)數據采集模塊本系統采集的數據主要有三種類(lèi)型：開(kāi)關(guān)量、模擬量、頻率量。開(kāi)關(guān)量主要是指點(diǎn)火信號和駕駛員的掛檔信號等,通過(guò)單片機的I/O口采集。XC878CM單片機片內集成一個(gè)帶有8路模擬輸入選擇的高性能10bit模數轉換器,可方便地用于模擬量的采集。XC878CM內含的CCU6模塊可配置工作在捕獲模式，用于采集車(chē)速傳感器發(fā)送來(lái)的頻率量信號。由于汽車(chē)環(huán)境干擾較大，信號采集電路需添加濾波、電壓調理等電路。此外，對于頻率量采集，由于接收的是脈沖信號，還需要使用施密特觸發(fā)器進(jìn)行脈沖信號的整形。

　　2.2 電機驅動(dòng)電路設計

　　離合器執行機構采用12V直流電機驅動(dòng)，單片機采用脈寬調制PWM技術(shù)控制電機轉速。PWM調速方法以控制簡(jiǎn)單、動(dòng)態(tài)響應效果好、調速范圍寬等優(yōu)點(diǎn)成為應用十分廣泛的調速方法。對直流電機轉動(dòng)方向的控制需要通過(guò)搭建H橋電路實(shí)現，由于自行搭建的H橋電路及柵極驅動(dòng)電路往往在可靠性方面很難保證。因此，本文選擇了集成的電機驅動(dòng)芯片BTS7810K來(lái)驅動(dòng)離合器執行電機。芯片BTS7810K是一款全橋電機驅動(dòng)芯片，其內部集成了H橋電機驅動(dòng)電路及柵極驅動(dòng)電路，其工作頻率高達1kHz以上，可方便可靠地實(shí)現對直流電機的控制。