電控自動離合器系統(tǒng)的功能定義與技術(shù)規(guī)范

司洪來 朱臨宇

（中國第一汽車股份有限公司天津技術(shù)開發(fā)分公司）

電控自動離合器，是在傳統(tǒng)機械離合器的基礎(chǔ)上加裝電子控制系統(tǒng)，利用現(xiàn)代電子技術(shù)實現(xiàn)離合器操縱的自動化[1-3]。該結(jié)構(gòu)包含離合器電控單元、操縱機構(gòu)、行程傳感器、換擋意圖傳感器、擋位傳感器及離合器等部件。電控單元通過CAN總線讀取加速踏板、發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機扭矩、車速及制動等信號實時判定汽車運行工況，通過換擋意圖或擋位傳感器識別換擋意圖，實現(xiàn)智能離合手動換擋[4-5]，能夠快速與平順地自動分合離合器，確保汽車不熄火。文章圍繞電控自動離合器系統(tǒng)的特點，對其功能定義和技術(shù)規(guī)范進行闡述。

1 功能定義

1）爬行。汽車發(fā)動機點火、換擋及解除制動后，不踩加速踏板的行駛狀態(tài)。

2）起步。汽車在爬行狀態(tài)時，踩加速踏板的行駛狀態(tài)。

3）換擋離合。判定駕駛員換擋意圖時，離合器快速分離，換擋后平順接合。

4）制動離合。制動過程中，離合器依據(jù)車速變化工況適時分離，再接合。

5）熄火保護。汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低時，離合器快速分離，再依據(jù)轉(zhuǎn)速變化工況適時接合。

6）誤操作保護。駕駛員換擋時機不恰當(dāng)時，擋位信號閃爍，嚴(yán)重時離合器斷續(xù)地分離、接合，蜂鳴器報警或出現(xiàn)其他提示。

7）自動調(diào)整。離合器系統(tǒng)部件使用磨損后，操縱機構(gòu)自動調(diào)整。

8）智能控制。電控單元完成下線自學(xué)習(xí)，判定初始運行參數(shù)，之后轉(zhuǎn)入運行自學(xué)習(xí)，自適應(yīng)工況特性變化，適時優(yōu)化操縱機構(gòu)運行參數(shù)。

9）過熱保護。實時測算離合器溫度，達到設(shè)定限值時，實施離合器安全保護。

10）故障檢測。電控單元自動判別故障并報警，儲存故障碼，用于診斷儀讀取。

11）擋位顯示。擋位或故障碼用數(shù)字、字母在組合儀表顯示，對駕駛員有換擋提示作用。

12）總線通信。通過汽車總線讀取和發(fā)布相關(guān)數(shù)據(jù)信息，共享技術(shù)資源。

13）跛行功能。當(dāng)輸入的工況信息不完整時，仍能維持一部分保證汽車行駛的操縱功能。

14）發(fā)動機啟動控制。電控自動離合系統(tǒng)能夠配合發(fā)動機的無鑰匙進入啟動系統(tǒng)（簡稱PEPS）啟動控制。

15）協(xié)同扭矩控制。根據(jù)工況需要以總線信號的形式請求發(fā)動機管理系統(tǒng)（EMS）協(xié)同扭矩控制。

電控自動離合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。

圖1 電控自動離合器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2 功能技術(shù)規(guī)范

電控自動離合器系統(tǒng)控制的核心是離合器的控制，即對快速分離有嚴(yán)格要求，從而有效控制汽車熄火。其功能技術(shù)規(guī)范如下。

2.1 爬行

2.1.1 由靜止開始爬行

1，2，R擋允許爬行，其他擋禁止爬行，若換入其他擋位，解除制動，進行報警提示，離合器不接合。

1，R擋爬行時，發(fā)動機不應(yīng)由于離合器控制不當(dāng)導(dǎo)致熄火；平路爬行時，依據(jù)汽車負荷和道路負荷，請求發(fā)動機扭矩補償，配合發(fā)動機控制，目標(biāo)穩(wěn)定車速在6～10 km/h。2擋爬行僅應(yīng)用于冰雪路面特殊駕駛工況，其他情況下不推薦使用。

2.1.2 行駛進入爬行

以某型車為例，汽車行駛速度小于設(shè)定值時（如表1所示），或者離合器輸入軸轉(zhuǎn)速小于設(shè)定值時（如表2所示），在各擋位都允許轉(zhuǎn)入爬行，發(fā)動機不應(yīng)由于離合器運行控制不當(dāng)導(dǎo)致熄火。

表1 某型車轉(zhuǎn)入爬行的車速限值 km/h

轉(zhuǎn)入爬行后，如果發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低，如表3所示，實施熄火保護，離合器分離。

表3 某型車熄火保護的發(fā)動機轉(zhuǎn)速限值

高擋位（3，4，5擋）時，車速過低或者發(fā)動機轉(zhuǎn)速過低時，應(yīng)做誤操作提醒；車速低于熄火保護點后，不再重新接合離合器，提醒駕駛員重新?lián)Q入低擋起步或爬行。

2.2 起步

1）車速≥10 km/h，踩加速踏板，汽車在任何擋位下都允許轉(zhuǎn)入起步。

2）車速≤5 km/h，踩加速踏板，汽車允許在 1，2，R擋起步，最大起步坡度要達到汽車爬坡度設(shè)計指標(biāo)，發(fā)動機不應(yīng)熄火；2擋起步僅應(yīng)用于冰雪路面特殊駕駛工況，其他情況下不推薦使用。在其他擋位禁止起步，若換入其他擋位起步，做報警提示，離合器不接合。

3）5 km/h＜車速＜10 km/h，踩加速踏板，汽車允許在1，2，R擋起步。如換入3，4，5擋，報警提示駕駛員換入低擋，若駕駛員繼續(xù)踩加速踏板，實施斷續(xù)地分離、接合控制。

2.3 換擋離合

換擋時離合器應(yīng)及時、快速與徹底分離，換擋后離合器接合不應(yīng)有沖擊感。

2.4 制動離合

制動過程中，離合器依據(jù)車速變化工況適時分離，再接合。

制動時對車速的降低快慢做判定，進入爬行狀態(tài)，如表1所示。例如在5擋的情況下，緊急制動，加速度＞-3.5 m/s2，當(dāng)車速＜38 km/h，即進入爬行狀態(tài)；一般制動，車速＜25 km/h，即進入爬行狀態(tài)。最終依據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行熄火保護，如表3所示。

2.5 熄火保護

汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速＜500 r/min，將要影響穩(wěn)定運轉(zhuǎn)時，離合器應(yīng)及時和快速分離，避免熄火。

2.6 誤操作保護

汽車在以下工況時，擋位信號閃爍，提醒駕駛員換擋。

1）當(dāng)車速＜10 km/h，而擋位為 3，4，5 擋時進行爬行為誤操作，進行誤操作提醒；

2）擋位為3，4，5擋時，踩加速踏板進行起步為誤操作，進行誤操作提醒；

3）低速行駛時，如果3擋車速＜11 km/h，4擋車速＜14 km/h，或者5擋車速＜20 km/h將視為誤操作，進行誤操作提醒；

4）高速行駛時，1擋車速＞38 km/h，2擋車速＞64 km/h，3擋車速＞98 km/h，或者4擋車速＞132 km/h將視為誤操作，進行誤操作提醒。

2.7 自動調(diào)整

操縱機構(gòu)自適應(yīng)從動盤和機械零件磨損會造成分離軸承初始位置變化，離合器完全接合時，操縱機構(gòu)自動調(diào)整主缸活塞位置，保持主缸與油壺在常壓狀態(tài)下連通。

2.8 智能控制

智能控制應(yīng)具備下線自學(xué)習(xí)和運行自學(xué)習(xí)兩部分。其中，下線自學(xué)習(xí)是在汽車裝配線上進行離合器行程傳感器自標(biāo)定、選換擋位置傳感器標(biāo)定及離合臨界值標(biāo)定；運行自學(xué)習(xí)是在汽車使用壽命周期內(nèi)，電控自動離合器系統(tǒng)以一定頻次學(xué)習(xí)離合臨界值，更新標(biāo)定值。

3 功能策略

此功能策略針對配置PEPS的搭載電控自動離合器系統(tǒng)的汽車。功能策略包含發(fā)動機啟動及協(xié)同扭矩控制。

3.1 發(fā)動機啟動控制

電控自動離合器系統(tǒng)能夠配合PEPS控制發(fā)動機的啟動。

3.1.1 正常啟動（N擋）

汽車在N擋情況下正常啟動流程圖，如圖2所示。在這種模式下，汽車從整車點火開關(guān)OFF到發(fā)動機正常啟動，需要先點按2次啟動按鈕，踩下制動踏板，待“點火開關(guān)開（IG ON）”按鍵變綠之后，點按啟動按鈕，發(fā)動機正常啟動。若無法啟動，繼續(xù)踩踏板，點按啟動按鈕直至啟動為止。

圖2 搭載電控自動離合器汽車N擋的正常啟動流程圖

3.1.2 快速啟動（N擋）

汽車在N擋情況下快速啟動流程圖，如圖3所示。與正常啟動流程不同，駕駛員直接踩制動踏板，待“IG ON”按鍵變綠之后直接點按啟動按鈕啟動發(fā)動機，若不能啟動，繼續(xù)踩制動踏板點按啟動按鈕，直至啟動為止。

圖3 搭載電控自動離合器汽車N擋快速啟動流程圖

3.2 協(xié)同扭矩控制

為了提高汽車爬行起步性能，從離合器電控單元（CCU）接收擋位和離合器扭矩信號，計算出爬行起步補正扭矩。為實現(xiàn)不松開油門踏板即可換擋的功能，通過從CCU接收的降扭要求標(biāo)志位和要求降扭量，實現(xiàn)換擋過程中降扭控制。根據(jù)離合器負荷，發(fā)送離合器扭矩請求給EMS，EMS對輸出扭矩進行補正，實現(xiàn)增扭或降扭；CCU發(fā)送離合器狀態(tài)給EMS，離合器包含：0（離合器分離）、1（離合器滑摩）及2（離合器完全接合）3個狀態(tài)。發(fā)動機增扭與降扭的運行曲線，如圖4所示。

圖4 發(fā)動機協(xié)同扭矩控制策略運行曲線

3.2.1 爬行

整車爬行策略包含制動情況下的爬行和非制動情況下的爬行。某型車不同情況下的爬行進入條件，如表4所示。

表4 某型車爬行策略進入條件

汽車未啟動時（制動情況），駕駛員踩下制動踏板，點按2次啟動按鈕啟動發(fā)動機，將變速器置于1，2，R擋，再松開制動踏板（同時不踩加速踏板），汽車即進入爬行模式。在此過程中，離合器扭矩設(shè)置為1 N·m，目的是為了釋放制動踏板后，離合器能夠迅速接合。

汽車在已啟動狀態(tài)下（非制動情況），駕駛員不踩制動器，并將變速器置于1，2，R擋，汽車也可進入爬行模式。在這種模式下，發(fā)動機的轉(zhuǎn)速與扭矩均可變，離合器根據(jù)變速器擋位的不同，提供不同的扭矩。離合器的目標(biāo)扭矩設(shè)定值確保離合器在平路上不發(fā)生滑摩。

3.2.2 起步

整車起步策略包含從爬行到怠速、從爬行到加速、從爬行到行駛中換擋3種情況。

3.2.3 換擋

汽車行車過程中無論踩油門踏板與否，均可換擋。

4 結(jié)論

文章所闡述的電控自動離合器系統(tǒng)，與傳統(tǒng)搭載手動變速箱的離合器系統(tǒng)相比，行駛方式除了不踩離合器踏板之外其他方面基本一致；與搭載自動變速器汽車相比，起步過程基本一致。同時該系統(tǒng)還會根據(jù)駕駛員的操作習(xí)慣進行調(diào)整，這讓搭載電控自動離合器系統(tǒng)的汽車兼具兩者的優(yōu)點——駕駛簡便、具有更好的燃油經(jīng)濟性。文章針對搭載電控自動離合器系統(tǒng)汽車的研發(fā)問題，提出了該系統(tǒng)產(chǎn)品功能規(guī)范，分別從功能定義以及功能要求兩大方面來闡述這一問題。本規(guī)范對該系統(tǒng)研發(fā)各環(huán)節(jié)具有普遍指導(dǎo)意義，并具備持續(xù)性、繼承性、橫向可比性，以及和國際標(biāo)準(zhǔn)、國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之間的相容性。