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)點接口電路及一套簡單、實用、高效的CAN 總線通信協(xié)議。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/197485.htm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; 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。
?。?) 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。
?。?) 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
(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。
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