基于CAN總線的自動離合器控制器設計

摘要： 設計了一種基于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。設計了離合器執行電機的驅動電路及自動離合器控制程序。針對離合器與發動機協調控制的需要，設計了CAN 總線節點接口電路及一套簡單、實用、高效的CAN 總線通信協議。

　　試驗表明，所設計的自動離合器控制器在功能上滿足實際應用的需要，CAN 通信模塊能夠準確無誤地收發數據，可靠性高。

　　隨著社會的發展， 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， 又會產生坡道起步易熄火、油耗大、離合器磨損嚴重等問題[ 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， 模擬優秀駕駛員的操縱動作和感覺， 實現最佳的離合器結合規律， 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， 沖擊小，不熄火。

　　（3） 熄火保護： 汽車行駛過程中， 車速和發動機轉速低于設定值后離合器自動分離， 車速和發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 總線接口與發動機控制器實現數據通信， 為離合器與發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

　　自動離合器控制器原理框圖如圖1 所示。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27 MHz, 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、執行電機驅動模塊等。

圖1 自動離合器控制器原理圖

　　（1） 電源模塊整車低壓控制系統通過12 V 電池供電，8 位MCU 采用5 V 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 ， 該芯片可提供穩定的5 V 電壓， 誤差在2%以內， 輸入電壓最高可達42 V。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動機控制器之間的數據交換和共享， 為發動機與離合器的協調控制提供數據通信支持。

　　（3） 執行電機驅動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IO 口控制執行電機的轉動方向， 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 實現對執行電機的控制。