電控自動離合器系統(tǒng)的功能定義與技術規(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)機械離合器的基礎上加裝電子控制系統(tǒng)，利用現代電子技術實現離合器操縱的自動化[1-3]。該結構包含離合器電控單元、操縱機構、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)動機轉速過低時，離合器快速分離，再依據轉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時，擋位信號閃爍，嚴重時離合器斷續(xù)地分離、接合，蜂鳴器報警或出現其他提示。

7）自動調整。離合器系統(tǒng)部件使用磨損后，操縱機構自動調整。

8）智能控制。電控單元完成下線自學習，判定初始運行參數，之后轉入運行自學習，自適應工況特性變化，適時優(yōu)化操縱機構運行參數。

9）過熱保護。實時測算離合器溫度，達到設定限值時，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)布相關數據信息，共享技術資源。

13）跛行功能。當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)結構示意圖，如圖1所示。

圖1 電控自動離合器系統(tǒng)結構圖

2 功能技術規(guī)范

電控自動離合器系統(tǒng)控制的核心是離合器的控制，即對快速分離有嚴格要求，從而有效控制汽車熄火。其功能技術規(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)動機不應由于離合器控制不當導致熄火；平路爬行時，依據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，目標穩(wěn)定車速在6～10 km/h。2擋爬行僅應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定值時（如表1所示），或者離合器輸入軸轉速小于設定值時（如表2所示），在各擋位都允許轉入爬行，發(fā)動機不應由于離合器運行控制不當導致熄火。

表1 某型車轉入爬行的車速限值 km/h

轉入爬行后，如果發(fā)動機轉速過低，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)動機轉速限值

高擋位（3，4，5擋）時，車速過低或者發(fā)動機轉速過低時，應做誤操作提醒；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計指標，發(fā)動機不應熄火；2擋起步僅應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

換擋時離合器應及時、快速與徹底分離，換擋后離合器接合不應有沖擊感。

2.4 制動離合

制動過程中，離合器依據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)。最終依據發(fā)動機轉速進行熄火保護，如表3所示。

2.5 熄火保護

汽車發(fā)動機轉速＜500 r/min，將要影響穩(wěn)定運轉時，離合器應及時和快速分離，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 自動調整

操縱機構自適應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，操縱機構自動調整主缸活塞位置，保持主缸與油壺在常壓狀態(tài)下連通。

2.8 智能控制

智能控制應具備下線自學習和運行自學習兩部分。其中，下線自學習是在汽車裝配線上進行離合器行程傳感器自標定、選換擋位置傳感器標定及離合臨界值標定；運行自學習是在汽車使用壽命周期內，電控自動離合器系統(tǒng)以一定頻次學習離合臨界值，更新標定值。

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接收的降扭要求標志位和要求降扭量，實現換擋過程中降扭控制。根據離合器負荷，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)動機的轉速與扭矩均可變，離合器根據變速器擋位的不同，提供不同的扭矩。離合器的目標扭矩設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)還會根據駕駛員的操作習慣進行調整，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)具有普遍指導意義，并具備持續(xù)性、繼承性、橫向可比性，以及和國際標準、國內標準、行業(yè)標準之間的相容性。