基于CAN總線的電控自動離合器控制器設計

　　進入21世紀，隨著汽車的普及，人們對汽車的舒適性和安全性的要求也越來越高，而手動檔汽車因其繁重的選換檔及離合器操作增加了駕駛難度。對于駕駛新手而言，又會產生坡道起步易熄火、油耗大、離合器磨損嚴重等問題。自動檔汽車雖然駕駛操作簡單，但其造價高，開發(fā)難度大。本文設計的電控自動離合器ACS(Automatic Clutch System)是在手動變速箱基礎上安裝電控系統，取消離合踏板，實現自動離合。ACS的優(yōu)勢十分明顯：與手動擋相比，其駕駛操控更為簡單，具有加速快、駕駛舒適的特點；與自動變速器汽車相比，ACS具有造價便宜、維修方便、經濟、省油。

　　1 系統功能

　　ACS將現代電子控制技術用于控制干式摩擦離合器，模擬優(yōu)秀駕駛員的操縱動作和感覺，實現最佳的離合器結合規(guī)律，其實質是為汽車駕駛員配備一個操縱離合器的機械人，實現自動離合器的功能。本文設計的ACS控制器主要實現了如下幾大功能。

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

　　(2)坡道起步：駕駛員踩制動踏板，啟動發(fā)動機，將換檔手柄置于一檔或倒檔，松開手制動器，解除制動后不踩油門踏板汽車能夠自動慢速行駛，起步平穩(wěn)，沖擊小，不熄火。

　　(3)熄火保護：汽車行駛過程中，車速和發(fā)動機轉速低于設定值后離合器自動分離，車速和發(fā)動機轉速高于設定值后離合器再自動結合。

　　(4)CAN通信：ACS控制器通過CAN總線接口與發(fā)動機控制器實現數據通信，為離合器與發(fā)動機的協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(zhí)行電機驅動模塊等。

　　(1)電源模塊整車低壓控制系統通過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(wěn)定的5V電壓，誤差在2%以內，輸入電壓最高可達42V。經測試，其工作可靠，滿足系統要求。

　　(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)動機控制器之間的數據交換和共享，為發(fā)動機與離合器的協調控制提供數據通信支持。

　　(3)執(zhí)行電機驅動模塊本系統使用的執(zhí)行電機為額定電壓為12V的直流電機。單片機使用一個IO口控制執(zhí)行電機的轉動方向,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生。單片機通過英飛凌電機驅動芯片BTS7810K實現對執(zhí)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型：開關量、模擬量、頻率量。開關量主要是指點火信號和駕駛員的掛檔信號等,通過單片機的I/O口采集。XC878CM單片機片內集成一個帶有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，用于采集車速傳感器發(fā)送來的頻率量信號。由于汽車環(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)器進行脈沖信號的整形。

　　2.2 電機驅動電路設計

　　離合器執(zhí)行機構采用12V直流電機驅動，單片機采用脈寬調制PWM技術控制電機轉速。PWM調速方法以控制簡單、動態(tài)響應效果好、調速范圍寬等優(yōu)點成為應用十分廣泛的調速方法。對直流電機轉動方向的控制需要通過搭建H橋電路實現，由于自行搭建的H橋電路及柵極驅動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芯片BTS7810K來驅動離合器執(zhí)行電機。芯片BTS7810K是一款全橋電機驅動芯片，其內部集成了H橋電機驅動電路及柵極驅動電路，其工作頻率高達1kHz以上，可方便可靠地實現對直流電機的控制。