基于CAN總線的自動離合器控制器設(shè)計

摘要： 設(shè)計了一種基于CAN 總線的自動離合器控制器， 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)計了離合器執(zhí)行電機(jī)的驅(qū)動電路及自動離合器控制程序。針對離合器與發(fā)動機(jī)協(xié)調(diào)控制的需要，設(shè)計了CAN 總線節(jié)點(diǎn)接口電路及一套簡單、實用、高效的CAN 總線通信協(xié)議。

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

　　隨著社會的發(fā)展， 人們對汽車的舒適性和安全性要求越來越高， 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(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(shè)計的電控自動離合器ACS（Automatic Clutch System） 是在手動變速箱基礎(chǔ)上安裝電控系統(tǒng)，取消離合踏板，實現(xiàn)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(diǎn)； 與自動變速器汽車相比，ACS 具有造價便宜、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)秀駕駛員的操縱動作和感覺， 實現(xiàn)最佳的離合器結(jié)合規(guī)律， 其實質(zhì)是為汽車駕駛員配備一個操縱離合器的機(jī)械人， 實現(xiàn)自動離合器的功能。本文設(shè)計的ACS 控制器主要實現(xiàn)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(jié)合， 結(jié)合規(guī)律由電控單元依據(jù)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(jī)， 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。

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

　?。?）CAN 通信：ACS 控制器通過CAN 總線接口與發(fā)動機(jī)控制器實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信， 為離合器與發(fā)動機(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

　　2.1 控制器組成

　　自動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)動模塊等。

圖1 自動離合器控制器原理圖

　?。?） 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)動機(jī)控制器之間的數(shù)據(jù)交換和共享， 為發(fā)動機(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IO 口控制執(zhí)行電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向， 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)動芯片BTS7810K 實現(xiàn)對執(zhí)行電機(jī)的控制。