劉存香+林土淦+張浩雨

摘 要：結(jié)合手動(dòng)變速箱的經(jīng)濟(jì)性與自動(dòng)變速箱的舒適性便利性，開發(fā)出以手動(dòng)變速箱為基礎(chǔ)的智能離合控制系統(tǒng)控制電路?？刂齐娐芬許TM32為處理器，包含了系統(tǒng)電源處理電路、節(jié)氣門信號(hào)處理電路、剎車信號(hào)處理電路、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路及車速信號(hào)處理電路等。經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，所開發(fā)的智能離合控制系統(tǒng)控制電路性能穩(wěn)定，并確保了智能離合控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：智能；離合控制系統(tǒng)；電路設(shè)計(jì)

0 引言

隨著許許多多全新車型的不斷涌現(xiàn)，作為汽車傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要一環(huán)，離合器也必須適應(yīng)汽車工業(yè)的飛速發(fā)展。現(xiàn)如今汽車上搭載的發(fā)動(dòng)機(jī)的功率越來越大，轉(zhuǎn)速越來越高，面對(duì)這樣的發(fā)展趨勢(shì)，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的能力勢(shì)必也要相應(yīng)地有所提升才能順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展。此外，頻繁的車輛啟停和換擋操作，對(duì)于駕駛員而言絕非一個(gè)輕松的工作。因此，消費(fèi)者的關(guān)注重點(diǎn)明顯向操作簡(jiǎn)單化和控制自動(dòng)化的方向轉(zhuǎn)移。駕駛手動(dòng)變速器的駕駛員強(qiáng)烈呼吁智能離合器的誕生。

結(jié)合手動(dòng)變速箱的經(jīng)濟(jì)性與自動(dòng)變速箱的舒適性便利性，開發(fā)出一種以手動(dòng)變速箱為基礎(chǔ)的智能離合控制系統(tǒng)，成為很多汽車使用者強(qiáng)烈的呼聲。

而對(duì)于智能離合控制系統(tǒng)而言，其控制電路的穩(wěn)定性將影響系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。本文將著重闡述智能離合控制系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)。

1 智能離合控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)

圖1所示本系統(tǒng)采用STM32作為處理器。STM32采用ARM 32位Cortex-3M內(nèi)核，采用執(zhí)行方式為Thumb2指令。STM32芯片有100個(gè)端子，其中的15號(hào)端子接收節(jié)氣門位置信號(hào)，35號(hào)端子接收剎車信號(hào)，24號(hào)端子接收發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)，93號(hào)端子接收汽車車速信號(hào)。

經(jīng)過對(duì)比，STM32系列的處理速度比同級(jí)別的基于ARM7TDMI的產(chǎn)品快30%，在相同的處理性能下，STM32系列的功耗比同級(jí)別產(chǎn)品底75%。

STM32有一套完整的固件開發(fā)包，包含了在STM32開發(fā)過程中所涉及的所有底層操作，在開發(fā)過程中引用這些固件開發(fā)包能夠減少甚至避免復(fù)雜冗余的底層寄存器操作，提高開發(fā)效率。

基于以上特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用STM32系列的ARM芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖2為系統(tǒng)電源處理電路。通過將車用蓄電池12V電壓經(jīng)R14電阻降壓，電容C2濾波后輸入7805三端穩(wěn)壓管降為5V穩(wěn)壓直流電。5V直流電再經(jīng)U4AMS1173.3V三端穩(wěn)壓管成3.3V穩(wěn)壓直流電，再經(jīng)C5、C6、E1、E3重重濾波后供給主控電腦板STM32，以及角度傳感器使用。

圖3為節(jié)氣門信號(hào)處理電路。節(jié)氣門信號(hào)是一個(gè)從0.5～4.7V連續(xù)變化的模擬信號(hào)，該信號(hào)易受原車發(fā)電機(jī)、繼電器等干擾源干擾，因此該信號(hào)需要經(jīng)過由C23、R48、C32組成的濾波處理電路后，成為較穩(wěn)定的、能真實(shí)、準(zhǔn)確反映節(jié)氣門開度的穩(wěn)定模擬信號(hào)，該信號(hào)傳遞給STM32的A/D模塊進(jìn)行采樣分析后，單片機(jī)能準(zhǔn)確獲知發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷值，為離合器結(jié)合速度控制提供可靠數(shù)據(jù)。由于R48阻值非常大，因此可大大減小智能離合控制系統(tǒng)主控電路板對(duì)原車節(jié)氣門信號(hào)的影響。經(jīng)多種工況試驗(yàn)表明，該電路穩(wěn)定可靠，可滿足離合控制系統(tǒng)信息采集要求。

剎車信號(hào)是離合控制系統(tǒng)控制離合器結(jié)合、分離的重要依據(jù)，但是剎車信號(hào)本身會(huì)有較大的干擾信號(hào)，需要進(jìn)行電磁隔離處理。電磁隔離電路如圖4所示。當(dāng)踩下剎車時(shí)該信號(hào)電壓為12V，不踩剎車時(shí)為0V。在信號(hào)調(diào)理中，該信號(hào)經(jīng)C14、R39、R42構(gòu)成的電路濾波后，控制D7二極管的通與斷。當(dāng)踩下剎車時(shí)，剎車信號(hào)為12V，由于D7陽極為3.3V，陰極為剎車信號(hào)電壓12V，D7處于反向截至狀態(tài)，因此D7不導(dǎo)通。由于R34上拉電阻作用，使得圖中STM35節(jié)點(diǎn)處的電壓為3.3V，該電壓經(jīng)過C25濾波后傳送給STM32單片機(jī)，單片機(jī)采集到高電平信號(hào)后，得知此時(shí)處于剎車狀態(tài)。當(dāng)不踩剎車時(shí)，剎車信號(hào)為0V，經(jīng)由C4、R39、R42構(gòu)成的濾波電路傳送到D7陰極，此時(shí)由于R43上拉電阻的存在，二極管陽極電位比陰極電位高，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，故此圖4中STM35節(jié)點(diǎn)電壓變?yōu)榈碗娖?，該低電平信?hào)經(jīng)C25濾波后傳送給單片機(jī)STM32，當(dāng)STM32檢測(cè)到低電平時(shí)，即可判斷此時(shí)駕駛員沒踩剎車，該電路由于D7二極管的單向?qū)щ娞匦?，使得剎車信號(hào)與單片機(jī)I/O引腳實(shí)現(xiàn)隔離，剎車信號(hào)的干擾源無法竄擾到單片機(jī)，該電路經(jīng)多種工況試驗(yàn)該電路穩(wěn)定可靠符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖5為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路。經(jīng)過電容C16，C4濾波后傳送給由U1運(yùn)算放大器，R4、R2、R6構(gòu)成的同相放大電路進(jìn)行信號(hào)放大，成為峰值約3V的正弦波信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)由D1運(yùn)算放大器，R12、R16構(gòu)成的電壓比較器進(jìn)行整形、限幅處理成為標(biāo)準(zhǔn)3.3V方波，該方波頻率與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系。該方波信號(hào)傳送到單片機(jī)STM32分析，將獲知方波頻率，從而計(jì)算得到發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)速。發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)是本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)離合器結(jié)合、分離控制的重要依據(jù)，經(jīng)多種工況試驗(yàn)表明，該電路穩(wěn)定可靠，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

圖6為車速信號(hào)處理電路，其信號(hào)調(diào)理原理與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)處理電路原理相似。

2 結(jié)語

結(jié)合手動(dòng)變速箱的經(jīng)濟(jì)性與自動(dòng)變速箱的舒適性便利性，開發(fā)出以手動(dòng)變速箱為基礎(chǔ)的智能離合控制系統(tǒng)控制電路。其特點(diǎn)如下：

（1）控制電路采用32位的嵌入式芯片，處理能力是8位處理器的4倍；

（2）有效控制驅(qū)動(dòng)芯片的通電電流，有效降低驅(qū)動(dòng)芯片的發(fā)熱量、提升了對(duì)電機(jī)的控制速度、優(yōu)化離合器的離合速度；

（3）使得駕駛者的駕駛感受更佳，有效提高汽車的經(jīng)濟(jì)性能。

基金項(xiàng)目：2015年廣西交通科技項(xiàng)目（桂教科教2015-261-8）。

參考文獻(xiàn)

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[3]劉存香，何仁.電磁制動(dòng)與摩擦制動(dòng)集成系統(tǒng)測(cè)試臺(tái)架設(shè)計(jì)及試驗(yàn)研究[J].汽車技術(shù)，2012（1）：51-55.

作者簡(jiǎn)介

劉存香（1981-），男，教授，研究方向：汽車機(jī)電一體化技術(shù)。