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摘 要：本文从设计的控制系统组成与原理出发，分析了控制系统的基本结构。接着分析了控制系统的电控单元硬件和发动机控制方式。
关键词：汽车离合器；自动；系统设计
0 引言
在交通负荷大的路况中，传统手动变速器汽车因频繁的踩离合器踏板，使离合器摩擦片磨损严重。因此自动离合器应运而生。目前部分自动离合器存在以下问题：离合器电机尺寸、功率及传动机构尺寸受到车辆内部空间限制，离合器的分离速度慢；车辆在起步换挡过程冲击大；控制单元的芯片、电机、传感器等运行不可靠。汽车自动离合器的研究已经较为成熟，对于控制系统的设计有待进一步发展和创新，因此研究汽车自动离合器具有一定的意义。文章针对这些问题，设计了一种自动控制离合器系统，离合器自动操纵机构由重量轻、体积小、便于维修的执行机构来实施精度高、响应快的控制策略。
1 执行机构组成与原理
汽车自动离合器控制系统执行机构的组成部件很多，较为繁杂，一般说来组成的部件有：蜗杆、涡轮、角度传感器、助力弹簧等。不管是啮合或分离，电机均通过蜗杆蜗轮机构将运动转化为旋转杆的旋转运动带动离合器拉杆进行啮合和分离；啮合或分离完成时，角度传感器将信号传至控制单元，电机停止运动。助力弹簧起到助力作用。离合器拉杆和旋转杆可保证离合器分离、啮合所施力方向恒定。分离过程中，总拉力始终大于分离时的最大力，蜗轮蜗杆机构在啮合时能实现自锁功能，弹簧拉力与电机经蜗轮蜗杆增矩后有效拉力变化实现互补，总拉力变化较小。
2 电控单元硬件
2.1 电源及传感器的要求
对于汽车自动离合器的控制系统而言，最为基础也是最为重要的就是微处理器。它不仅能够为控制系统提供电源还能够转换处处理各种信号，实现信号的调制调解，协助各个传感器和机构原件实现各自的功能，完成离合器的自动作用。
控制系统控制单元的芯片、电机、传感器等所用电源的电压、功率和精度都不一样，因此需设计单独电源模块分别给各个功能部件。高精度的参考电源给AD转换模块供电，才能使转换结果有较高精度；ARM主控芯片需要提供相对精准稳定的电源以保证其可靠、稳定的工作。
车辆所使用的传感器必须适应车内恶劣的环境，因此必须严苛把控其寿命、可靠性和精度，无论环境湿度、温度和气压等外界条件如何变化，供电电源必须可靠及稳定。
2.2 模拟信号、速度信号的处理
系统的模拟信号进行滤波和预处理后，经过A/D转换变为数字信号进入TCU。A/D转换的精度是由转换位数决定。电控机械式自动变速器系统，利用传动机构中的齿轮和电磁式传感器测量发动机、变速箱输入轴和输出轴的转速，通过整形电路，霍尔传感器测量环节以及电平转换环节，最终输出数字信号和方波信号进入主控芯片。
2.3 开关转换及驱动电路
手动/自动转换开关、离合器踏板开关、换挡信息开关等采用的12V信号需要转换成ARM主控芯片能够采集的3.3V信号。驱动电路原理利用H桥电路，进入TCU的控制信号通过控制晶体管的通断时序（晶体管2、3或者1、4导通），进而控制直流电动机的通断电流方向、直流电动机的正反转。若直流电动机运转异常或TCU控制信号受干扰，有可能造成所有晶体管导通，直流电动机两端的工作电压直接加在桥臂的晶体管上，造成短路，烧毁晶体管。若在驱动电路里增加MOS管前级驱动芯片IR2103，就可保证同一侧的MOS管不会同时打开，避免了短路电流的出现和烧毁设备的现象。
电机堵转、MOS管开断状态的滞后性等都会造成短路，晶体管全部导通后承受的是本来应该加在直流电动机上的电压，因此电机控制电路中必须有过热保护，过流保护和死区控制等功能。软件延时可达到目的，但会增大MCU负担，因此需要在驱动电路中加有相关硬件以实现的死区延时，通过改变RC值可以调节延时时间。此外，因电动机频繁的启动、制动及换向，会给旁边设备带来很大的冲击力，因此驱动电路和主控电路必须进行隔离。
2.4 主控芯片电路
由于AMT系统中对芯片处理能力要求较高，需要实现控制算法快速响应的高性能的处理芯片，本设计的主控芯片采用STM32ARM芯片。该芯片为主控电路体哦给你了高性能的处理工作，提高了电路工作的工作效率和质量。同时 CAN，SPI，UART等外设资源也提供给主控芯片电路来进行功能的实现。
3 发动机控制方式
离合器分离与接合速度的精确控制通过控制1至5挡的不同挡位来实现，离合所传递的扭矩不同，接合速度不同，扭矩的变化率也不同。离合器控制的好坏决定了其自身寿命的长短和乘坐的舒适性与否。为了减小滑磨，提高离合器使用寿命，采用不同的控制阶段采用不同结构的控制算法。起步控制过程开始阶段，采用位置环为内环，速度环为外环的双闭环控制，闭环控制可以及时得到反馈信息，从而对位置和速度进行微调。
4 结语
综合以上所述，文章设计了一种自动控制离合器系统，通过采用助力弹簧助力，能够实现离合快速可靠、精确地分离和接合；电控单元硬件准确采集外部信号，并进行一系列的信号处理，精确控制离合位置和速度，保障了离合器工作稳定、可靠；驱动电路里的保护电路能够使电控单元克服车辆振动剧烈，温度高等恶劣的工作环境；发动机控制方式有效得当，发动机转速和车速平稳，对整个传动系统的零部件冲击小，保证了乘坐的舒适度。
参考文献
[1] 李良，罗映，赵志超. 汽车自动离合器控制系统设计[J]. 山东建筑大学学报，2014，06：578-584.
[2] 朱帆. 汽车自动离合器控制系统的原理与检修[J]. 汽车电器，2008，02：33-38.
[3] 张世义，李光辉. 双离合器自动变速汽车起步模糊控制研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2009，04：794-800.
[4] 杨庆，吴光强，吴小清. 双离合器式自动变速器选换档控制系统的设计[J]. 機电工程技术，2007，01：86-88+104.
关键词：汽车离合器；自动；系统设计
0 引言
在交通负荷大的路况中，传统手动变速器汽车因频繁的踩离合器踏板，使离合器摩擦片磨损严重。因此自动离合器应运而生。目前部分自动离合器存在以下问题：离合器电机尺寸、功率及传动机构尺寸受到车辆内部空间限制，离合器的分离速度慢；车辆在起步换挡过程冲击大；控制单元的芯片、电机、传感器等运行不可靠。汽车自动离合器的研究已经较为成熟，对于控制系统的设计有待进一步发展和创新，因此研究汽车自动离合器具有一定的意义。文章针对这些问题，设计了一种自动控制离合器系统，离合器自动操纵机构由重量轻、体积小、便于维修的执行机构来实施精度高、响应快的控制策略。
1 执行机构组成与原理
汽车自动离合器控制系统执行机构的组成部件很多，较为繁杂，一般说来组成的部件有：蜗杆、涡轮、角度传感器、助力弹簧等。不管是啮合或分离，电机均通过蜗杆蜗轮机构将运动转化为旋转杆的旋转运动带动离合器拉杆进行啮合和分离；啮合或分离完成时，角度传感器将信号传至控制单元，电机停止运动。助力弹簧起到助力作用。离合器拉杆和旋转杆可保证离合器分离、啮合所施力方向恒定。分离过程中，总拉力始终大于分离时的最大力，蜗轮蜗杆机构在啮合时能实现自锁功能，弹簧拉力与电机经蜗轮蜗杆增矩后有效拉力变化实现互补，总拉力变化较小。
2 电控单元硬件
2.1 电源及传感器的要求
对于汽车自动离合器的控制系统而言，最为基础也是最为重要的就是微处理器。它不仅能够为控制系统提供电源还能够转换处处理各种信号，实现信号的调制调解，协助各个传感器和机构原件实现各自的功能，完成离合器的自动作用。
控制系统控制单元的芯片、电机、传感器等所用电源的电压、功率和精度都不一样，因此需设计单独电源模块分别给各个功能部件。高精度的参考电源给AD转换模块供电，才能使转换结果有较高精度；ARM主控芯片需要提供相对精准稳定的电源以保证其可靠、稳定的工作。
车辆所使用的传感器必须适应车内恶劣的环境，因此必须严苛把控其寿命、可靠性和精度，无论环境湿度、温度和气压等外界条件如何变化，供电电源必须可靠及稳定。
2.2 模拟信号、速度信号的处理
系统的模拟信号进行滤波和预处理后，经过A/D转换变为数字信号进入TCU。A/D转换的精度是由转换位数决定。电控机械式自动变速器系统，利用传动机构中的齿轮和电磁式传感器测量发动机、变速箱输入轴和输出轴的转速，通过整形电路，霍尔传感器测量环节以及电平转换环节，最终输出数字信号和方波信号进入主控芯片。
2.3 开关转换及驱动电路
手动/自动转换开关、离合器踏板开关、换挡信息开关等采用的12V信号需要转换成ARM主控芯片能够采集的3.3V信号。驱动电路原理利用H桥电路，进入TCU的控制信号通过控制晶体管的通断时序（晶体管2、3或者1、4导通），进而控制直流电动机的通断电流方向、直流电动机的正反转。若直流电动机运转异常或TCU控制信号受干扰，有可能造成所有晶体管导通，直流电动机两端的工作电压直接加在桥臂的晶体管上，造成短路，烧毁晶体管。若在驱动电路里增加MOS管前级驱动芯片IR2103，就可保证同一侧的MOS管不会同时打开，避免了短路电流的出现和烧毁设备的现象。
电机堵转、MOS管开断状态的滞后性等都会造成短路，晶体管全部导通后承受的是本来应该加在直流电动机上的电压，因此电机控制电路中必须有过热保护，过流保护和死区控制等功能。软件延时可达到目的，但会增大MCU负担，因此需要在驱动电路中加有相关硬件以实现的死区延时，通过改变RC值可以调节延时时间。此外，因电动机频繁的启动、制动及换向，会给旁边设备带来很大的冲击力，因此驱动电路和主控电路必须进行隔离。
2.4 主控芯片电路
由于AMT系统中对芯片处理能力要求较高，需要实现控制算法快速响应的高性能的处理芯片，本设计的主控芯片采用STM32ARM芯片。该芯片为主控电路体哦给你了高性能的处理工作，提高了电路工作的工作效率和质量。同时 CAN，SPI，UART等外设资源也提供给主控芯片电路来进行功能的实现。
3 发动机控制方式
离合器分离与接合速度的精确控制通过控制1至5挡的不同挡位来实现，离合所传递的扭矩不同，接合速度不同，扭矩的变化率也不同。离合器控制的好坏决定了其自身寿命的长短和乘坐的舒适性与否。为了减小滑磨，提高离合器使用寿命，采用不同的控制阶段采用不同结构的控制算法。起步控制过程开始阶段，采用位置环为内环，速度环为外环的双闭环控制，闭环控制可以及时得到反馈信息，从而对位置和速度进行微调。
4 结语
综合以上所述，文章设计了一种自动控制离合器系统，通过采用助力弹簧助力，能够实现离合快速可靠、精确地分离和接合；电控单元硬件准确采集外部信号，并进行一系列的信号处理，精确控制离合位置和速度，保障了离合器工作稳定、可靠；驱动电路里的保护电路能够使电控单元克服车辆振动剧烈，温度高等恶劣的工作环境；发动机控制方式有效得当，发动机转速和车速平稳，对整个传动系统的零部件冲击小，保证了乘坐的舒适度。
参考文献
[1] 李良，罗映，赵志超. 汽车自动离合器控制系统设计[J]. 山东建筑大学学报，2014，06：578-584.
[2] 朱帆. 汽车自动离合器控制系统的原理与检修[J]. 汽车电器，2008，02：33-38.
[3] 张世义，李光辉. 双离合器自动变速汽车起步模糊控制研究[J]. 重庆交通大学学报（自然科学版），2009，04：794-800.
[4] 杨庆，吴光强，吴小清. 双离合器式自动变速器选换档控制系统的设计[J]. 機电工程技术，2007，01：86-88+104.