跟着社会的开展， 人们对轿车的舒适性和安全性要求越来越高， 而手动档轿车因其深重的选换档及聚散器操作增加了驾驭难度。关于驾驭新手而言， 又会发生坡道起步易熄火、油耗大、聚散器磨损严峻等问题[ 1]。主动档轿车尽管驾驭操作简略， 但其造价高，开发难度大。本文规划的电控主动聚散器ACS（Automatic Clutch System） 是在手动变速箱根底上装置电控体系，撤销聚散踏板，完成主动聚散。ACS 的优势非常显着：与手动挡比较，其驾驭操控更为简略， 具有加快快、驾驭舒适的特色； 与主动变速器轿车比较，ACS 具有造价廉价、修理便利、经济、省油。
1 体系功用
ACS 将现代电子操控技能用于操控干式冲突聚散器， 模仿优异驾驭员的操作动作和感觉， 完成最佳的聚散器结合规则， 其实质是为轿车驾驭员装备一个操作聚散器的机械人， 完成主动聚散器的功用。本文规划的ACS 操控器首要完成了如下几大功用。
（1） 换档聚散： 操控器接纳到换档信号后， 聚散器敏捷主动别离， 换档到位后聚散器主动结合， 结合规则由电控单元根据轿车行进工况确认。
（2） 坡道起步： 驾驭员踩制动踏板， 发动发动机， 将换档手柄置于一档或倒档， 松开手制动器， 免除制动后不踩油门踏板轿车可以主动慢速行进， 起步平稳， 冲击小，不熄火。
（3） 熄火维护： 轿车行进进程中， 车速和发动机转速低于设定值后聚散器主动别离， 车速和发动机转速高于设定值后聚散器再主动结合。
（4）CAN 通讯：ACS 操控器经过CAN 总线接口与发动机操控器完成数据通讯， 为聚散器与发动机的和谐操控供给数据支撑。
2 体系的硬件规划
2.1 操控器组成
主动聚散器操控器原理框图如图1 所示。本体系的微处理器选用英飞凌高功用的8 位微处理器XC878CM， 作业频率最高可达27 MHz, 其片内硬件资源非常丰厚， 片内集成了MultiCAN 操控器、捕获/比较单元6（CCU6） 、高功用ADC 模块等。XC878CM 超卓的功用彻底满意本体系的规划需求。本体系的硬件部分首要包含电源模块、数据收集模块、CAN 通讯模块、履行电机驱动模块等。
图1 主动聚散器操控器原理图
（1） 电源模块整车低压操控体系经过12 V 电池供电，8 位MCU 选用5 V 供电。所以本体系需求选用电源芯片进行电压的转化和阻隔。本体系选用英飞凌电源芯片TLE4290 ， 该芯片可供给安稳的5 V 电压， 差错在2%以内， 输入电压最高可达42 V。经测验， 其作业牢靠， 满意体系要求。
（2）CAN 通讯模块CAN 通讯模块运用XC878CM 片内MultiCAN 操控器和英飞凌高速CAN 收发器IFX1050G作为CAN 通讯的硬件组成。CAN 模块担任聚散器操控器和发动机操控器之间的数据交流和同享， 为发动机与聚散器的和谐操控供给数据通讯支撑。
（3） 履行电机驱动模块本体系运用的履行电机为额外电压为12V 的直流电机。单片机运用一个IO 口操控履行电机的滚动方向， 一路PWM 输出操控电机的转速。
PWM 波由单片机内含的CCU6 模块装备为比较形式发生。单片机经过英飞凌电机驱动芯片BTS7810K 完成对履行电机的操控。
（4） 数据收集模块本体系收集的数据首要有三品种型： 开关量、模仿量、频率量。开关量首要是指焚烧信号和驾驭员的挂档信号等， 经过单片机的I/O 口收集。
XC878CM 单片机片内集成一个带有8 路模仿输入挑选的高功用10 bit 模数转化器， 可便利地用于模仿量的收集。XC878CM 内含的CCU6 模块可装备作业在捕获形式， 用于收集车速传感器发送来的频率量信号。因为轿车环境搅扰较大， 信号收集电路需增加滤波、电压调度等电路。此外， 关于频率量收集， 因为接纳的是脉冲信号， 还需求运用施密特触发器进行脉冲信号的整形。
2.2 电机驱动电路规划
聚散器履行机构选用12 V 直流电机驱动， 单片机选用脉宽调制PWM 技能操控电机转速。PWM 调速办法以操控简略、动态呼应作用好、调速规模宽等长处成为运用非常广泛的调速办法。
对直流电机滚动方向的操控需求经过建立H桥电路完成， 因为自行建立的H 桥电路及栅极驱动电路往往在牢靠性方面很难确保。因而，本文挑选了集成的电机驱动芯片BTS7810K 来驱动聚散器履行电机。芯片BTS7810K 是一款全桥电机驱动芯片， 其内部集成了H 桥电机驱动电路及栅极驱动电路， 其作业频率高达1 kHz 以上，可便利牢靠地完成对直流电机的操控。BTS7810K 正常作业形式的输入输出特性如表1 所示。
表1 BTS7810K 输入输出特性
电机驱动电路如图2 所示， 单片机运用一个I/O 口输出操控电机转向， 一路PWM 输出操控电机转速。两路操控信号经过一个与门和两个非门组成的接口电路连接到驱动芯片的输入端IH1、IH2。这样做是为了确保两个输入端不一起为高电平， 避免桥臂直通问题的呈现，进步体系的安全性和牢靠性。
图2 电机驱动电路
2.3 CAN 节点接口规划
CAN 总线是德国Bosch 公司20 世纪90 年代初为处理现代轿车中许多操控与测验仪器之间的信息交流而开发的一种串行通讯协议网络[ 3]。它具有传输速率高、牢靠性强和实时性好等特色， 正好契合ACS 与发动机和谐操控的通讯需求。对发动机和聚散器进行归纳操控，充分使用发动机电子操控体系操控发动机转速及时、精确的特色， 使之与聚散器彼此和谐合作， 将有利于聚散器获得更好的操控作用， 从而进步换挡质量。
CAN 节点硬件电路首要包含： 带有CAN 操控器的微操控器和用于数据收发的CAN 收发器。本文选用的微处理器XC878CM 带有片内的CAN 操控器， 首要担任CAN 的初始化和数据处理。MultiCAN 模块集成了除收发器外CAN 总线操控器的一切功用。此外，MultiCAN 还具有先进的检验滤波功用、先进的数据办理、先进的中止办理等优秀特性。CAN 的收发器品种许多， 本规划中选用英飞凌公司的高速收发器IFX1050G。CAN 节点的接口电路图如图3 所示。
图3 CAN 节点的接口电路图
3 软件规划
电控单元ECU 的操控软件首要由聚散器操控程序和CAN 总线通讯程序组成。
3.1 聚散器操控软件规划
聚散器的操控程序包含三个部分： 聚散器别离操控程序、起步结合操控程序、换挡结合操控程序。其间别离操控程序比较简略，ECU 得到别离指令后， 聚散器全速别离， 而且精确地在彻底别离点中止即可。聚散器的操控难点在于起步结合操控。聚散器的起步结合进程既要确保车辆起步的平稳性、舒适性、起步不熄火， 又要确保起步的快速性， 削减滑摩功的发生， 延伸聚散器运用寿命。因而， 要获得较好的操控作用除了对聚散器的结合量进行操控外， 还要对聚散器的结合速度进行操控， 并经过与发动机的和谐操控， 进步操控作用。图4 为起步结合操控软件流程图。换挡进程中聚散器的结合操控与起步操控在操控战略上相似， 在此不再赘述。
图4 起步结合操控软件流程图
3.2 CAN 通讯协议规划
CAN 通讯协议包含物理层、数据链路层和运用层。物理层和数据链路层是经过硬件完成的， 在运用CAN 通讯时， 需求开发者自行界说运用层协议。结构运用层协议的首要任务是ID 分配、界说音讯周期、确认信号与音讯的映射联系。规划要考虑的首要因素有数据传输的实时性要求、数据的相对重要程度、与数据相关的运用操控算法对数据的时刻要求等。国际上存在一些现有的规范， 如CANopen 、SAE J1939 等。
在一些使用简略的通讯协议就可以满意要求的情况下， 选用杂乱的协议会形成资源糟蹋， 用户在运用时也会觉得诸多不便， 反而约束了灵活性。本文规划的CAN 总线网络中仅有聚散器操控器和发动机操控器两个节点。针对仅有两个节点的实验渠道， 本文从协议完成的代码量、方针体系的信息量、软件的开发本钱等视点动身， 界说一种简略牢靠的CAN 协议。详细的通讯协议界说如表2 所示， 标识符用来表明信息的优先级， 标识符越小优先级越高。
表2 CAN 总线通讯协议
4 CAN 通讯测验实验
本文实验是在自行建立的聚散器模仿实验渠道上进行的。本实验渠道是由聚散器操控板、加快踏板、刹车踏板、相关传感器、聚散器履行机构及发动机模仿操控板组成。聚散器操控板与发动机模仿操控板之间经过CAN 总线通讯。图5 为实验进程中经过CAN 总线传送的档位改变信息， 图6 为经过CAN 总线传递的加快踏板开度信号。
图5 档位信息
图6 加快踏板开度信号
本文提出了一套电控主动聚散器的操控器计划， 并进行了体系的软硬件开发， 开始完成了主动聚散器的基本功用， 规划了CAN 总线接口。在实验渠道上验证了操控器计划及CAN 通讯模块的可行性和牢靠性， 为实车实验打下根底。
