基于CAN總線的自動(dòng)離合器控制器設(shè)計(jì)

摘要： 設(shè)計(jì)了一種基于CAN 總線的自動(dòng)離合器控制器， 采用高性能微處理器XC878 完成離合器控制器軟硬件開發(fā)。設(shè)計(jì)了離合器執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路及自動(dòng)離合器控制程序。針對(duì)離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)協(xié)調(diào)控制的需要，設(shè)計(jì)了CAN 總線節(jié)點(diǎn)接口電路及一套簡(jiǎn)單、實(shí)用、高效的CAN 總線通信協(xié)議。

　　試驗(yàn)表明，所設(shè)計(jì)的自動(dòng)離合器控制器在功能上滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，CAN 通信模塊能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地收發(fā)數(shù)據(jù)，可靠性高。

　　隨著社會(huì)的發(fā)展， 人們對(duì)汽車的舒適性和安全性要求越來(lái)越高， 而手動(dòng)檔汽車因其繁重的選換檔及離合器操作增加了駕駛難度。對(duì)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(yán)重等問題[ 1]。自動(dòng)檔汽車雖然駕駛操作簡(jiǎn)單， 但其造價(jià)高，開發(fā)難度大。本文設(shè)計(jì)的電控自動(dòng)離合器ACS（Automatic Clutch System） 是在手動(dòng)變速箱基礎(chǔ)上安裝電控系統(tǒng)，取消離合踏板，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)離合。ACS 的優(yōu)勢(shì)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)變速器汽車相比，ACS 具有造價(jià)便宜、維修方便、經(jīng)濟(jì)、省油。

　　1 系統(tǒng)功能

　　ACS 將現(xiàn)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， 實(shí)現(xiàn)最佳的離合器結(jié)合規(guī)律， 其實(shí)質(zhì)是為汽車駕駛員配備一個(gè)操縱離合器的機(jī)械人， 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)離合器的功能。本文設(shè)計(jì)的ACS 控制器主要實(shí)現(xiàn)了如下幾大功能。

　?。?） 換檔離合： 控制器接收到換檔信號(hào)后， 離合器迅速自動(dòng)分離， 換檔到位后離合器自動(dòng)結(jié)合， 結(jié)合規(guī)律由電控單元依據(jù)汽車行駛工況確定。

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

　?。?） 熄火保護(hù)： 汽車行駛過程中， 車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值后離合器自動(dòng)分離， 車速和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高于設(shè)定值后離合器再自動(dòng)結(jié)合。

　?。?）CAN 通信：ACS 控制器通過CAN 總線接口與發(fā)動(dòng)機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信， 為離合器與發(fā)動(dòng)機(jī)的協(xié)調(diào)控制提供數(shù)據(jù)支持。

　　2 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 控制器組成

　　自動(dòng)離合器控制器原理框圖如圖1 所示。本系統(tǒng)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(dá)27 MHz, 其片內(nèi)硬件資源十分豐富， 片內(nèi)集成了MultiCAN 控制器、捕獲/比較單元6（CCU6） 、高性能ADC 模塊等。XC878CM 出色的性能完全滿足本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要。本系統(tǒng)的硬件部分主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、CAN 通信模塊、執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊等。

圖1 自動(dòng)離合器控制器原理圖

　　（1） 電源模塊整車低壓控制系統(tǒng)通過12 V 電池供電，8 位MCU 采用5 V 供電。所以本系統(tǒng)需要采用電源芯片進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)換和隔離。本系統(tǒng)選用英飛凌電源芯片TLE4290 ， 該芯片可提供穩(wěn)定的5 V 電壓， 誤差在2%以內(nèi)， 輸入電壓最高可達(dá)42 V。經(jīng)測(cè)試， 其工作可靠， 滿足系統(tǒng)要求。

　?。?）CAN 通信模塊CAN 通信模塊使用XC878CM 片內(nèi)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(fù)責(zé)離合器控制器和發(fā)動(dòng)機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)交換和共享， 為發(fā)動(dòng)機(jī)與離合器的協(xié)調(diào)控制提供數(shù)據(jù)通信支持。

　?。?） 執(zhí)行電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊本系統(tǒng)使用的執(zhí)行電機(jī)為額定電壓為12V 的直流電機(jī)。單片機(jī)使用一個(gè)IO 口控制執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向， 一路PWM 輸出控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

　　PWM 波由單片機(jī)內(nèi)含的CCU6 模塊配置為比較模式產(chǎn)生。單片機(jī)通過英飛凌電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片BTS7810K 實(shí)現(xiàn)對(duì)執(zhí)行電機(jī)的控制。