微车自动离合器电子控制单元研究及其应用

摘要

本文在微车传统干式摩擦离合器的基础上，取消离合器踏板，实现离合器的自动控制，设计了电控自动离合器(Automatic Clutch System，ACS)。它既保留了原手动档车成本低、结构简单、传动效率高等优点，又具有全自动档车操纵简易的长处，是一项非常适合于低成本的微车的产品，适合于我国消费者对汽车的需求。
　　 本文主要论述了以下内容：自动离合器控制系统构架及原理；电控单元硬件平台的设计与调试；电控单元软件系统的设计；起步控制分析。
　　 本控制系统采用永磁直流电机驱动离合器执行机构，以螺杆螺母传动方式将电机的旋转运动转化为直线运动，从而实现离合器的自动分离与接合。以AVR单片机为微处理器，充分利用该单片机丰富的IO口功能，完成了电控单元的设计。利用K线通信及传感器完成信号的传递，以ZLG7290芯片来显示控制单元中的各种数据，通过PWM信号来控制电机的运转。PWM信号由大功率智能驱动芯片BTS7960提供，两片BTS7960构成一个H桥，因而可以控制电机的启动、正反转、加减速。对电机的控制，直接反映了执行机构拉索的动作，故而控制了离合器的动作。
　　 为了便于编写与调试，电控单元的整个软件系统采用模块化设计方法，实现了硬件平台所需的各种功能。软件模块主要包括按键模块、调速模块、显示模块及信号采集模块。信号采集又主要分为两大类：一类为传感器模拟信号数据，通过单片机模数转换接口输入，通过程序对采样结果进行滤波处理：另一类是可以直接从发动机ECU读取的数字信号，它们主要通过K线通讯来传递。本文深入研究了KWP2000协议的体系结构，解决在实现过程中的时序处理、仲裁处理等关键问题，完成了发动机ECU与ACS电控单元的通讯。
　　 最后，以起步控制为例，提出了起步控制策略。由于离合器--发动机系统的复杂性，对电控系统的控制策略提出了较高的要求。本文首先分析了离合器接合过程，提出了“快-慢-快”的接合规律。在此基础上，采用以节气门开度、发动机转速为主要参数，提出发动机恒转速控制策略。通过对模糊控制方法的研究，以节气门开度、发动机转速变化率、目标转速与发动转速相对偏差、离合器接合行程为参数，通过局部模糊控制方法来实现起步控制。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 离合器自动控制技术的发展

1.2.2 ACS电控系统关键技术

1.3 课题研究目的与意义

1.4 论文结构

第2章 ACS控制系统性能分析

2.1 离合器原理

2.2 电控自动离合器构成及原理

2.3 自动离合器驱动机构设计

2.3.1 执行机构设计

2.3.2 电机选型

2.4 本章小结

第3章 电控单元硬件系统设计

3.1 电子控制系统构成

3.1.1 微处理器选型

3.1.2 硬件系统总体构成

3.2 控制系统硬件电路设计

3.2.1 供电模块

3.2.2 电机驱动模块

3.2.3 显示报警模块

3.2.4 K线通信模块

3.3 传感器及其信号特征

3.3.1 传感器类型

3.3.2 模数转换相关电路

3.4 本章小结

第4章 电控单元软件系统设计

4.1 电机运转调试模块

4.1.1 按键扫描程序

4.1.2 调速原理

4.1.3 调速程序

4.2 信号采集转换模块

4.3 显示模块

4.3.1 数据传送

4.3.2 数据显示

4.4 K线通信模块

4.4.1 KWP2000协议分析

4.4.2 K线通信的实现

4.5 本章小结

第5章 起步控制

5.1 离合器接合规律研究

5.2 起步控制策略

5.3 模糊控制原理

5.4 起步模糊控制

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录A 研究生期间发表的论文

附录B 研究生期间参与的项目

附录C 位移传感器测试数据表

附录D 部分程序