电控自动离合器系统的功能定义与技术规范

司洪来 朱临宇

（中国第一汽车股份有限公司天津技术开发分公司）

电控自动离合器，是在传统机械离合器的基础上加装电子控制系统，利用现代电子技术实现离合器操纵的自动化[1-3]。该结构包含离合器电控单元、操纵机构、行程传感器、换挡意图传感器、挡位传感器及离合器等部件。电控单元通过CAN总线读取加速踏板、发动机转速、发动机扭矩、车速及制动等信号实时判定汽车运行工况，通过换挡意图或挡位传感器识别换挡意图，实现智能离合手动换挡[4-5]，能够快速与平顺地自动分合离合器，确保汽车不熄火。文章围绕电控自动离合器系统的特点，对其功能定义和技术规范进行阐述。

1 功能定义

1）爬行。汽车发动机点火、换挡及解除制动后，不踩加速踏板的行驶状态。

2）起步。汽车在爬行状态时，踩加速踏板的行驶状态。

3）换挡离合。判定驾驶员换挡意图时，离合器快速分离，换挡后平顺接合。

4）制动离合。制动过程中，离合器依据车速变化工况适时分离，再接合。

5）熄火保护。汽车发动机转速过低时，离合器快速分离，再依据转速变化工况适时接合。

6）误操作保护。驾驶员换挡时机不恰当时，挡位信号闪烁，严重时离合器断续地分离、接合，蜂鸣器报警或出现其他提示。

7）自动调整。离合器系统部件使用磨损后，操纵机构自动调整。

8）智能控制。电控单元完成下线自学习，判定初始运行参数，之后转入运行自学习，自适应工况特性变化，适时优化操纵机构运行参数。

9）过热保护。实时测算离合器温度，达到设定限值时，实施离合器安全保护。

10）故障检测。电控单元自动判别故障并报警，储存故障码，用于诊断仪读取。

11）挡位显示。挡位或故障码用数字、字母在组合仪表显示，对驾驶员有换挡提示作用。

12）总线通信。通过汽车总线读取和发布相关数据信息，共享技术资源。

13）跛行功能。当输入的工况信息不完整时，仍能维持一部分保证汽车行驶的操纵功能。

14）发动机启动控制。电控自动离合系统能够配合发动机的无钥匙进入启动系统（简称PEPS）启动控制。

15）协同扭矩控制。根据工况需要以总线信号的形式请求发动机管理系统（EMS）协同扭矩控制。

电控自动离合系统结构示意图，如图1所示。

图1 电控自动离合器系统结构图

2 功能技术规范

电控自动离合器系统控制的核心是离合器的控制，即对快速分离有严格要求，从而有效控制汽车熄火。其功能技术规范如下。

2.1 爬行

2.1.1 由静止开始爬行

1，2，R挡允许爬行，其他挡禁止爬行，若换入其他挡位，解除制动，进行报警提示，离合器不接合。

1，R挡爬行时，发动机不应由于离合器控制不当导致熄火；平路爬行时，依据汽车负荷和道路负荷，请求发动机扭矩补偿，配合发动机控制，目标稳定车速在6～10 km/h。2挡爬行仅应用于冰雪路面特殊驾驶工况，其他情况下不推荐使用。

2.1.2 行驶进入爬行

以某型车为例，汽车行驶速度小于设定值时（如表1所示），或者离合器输入轴转速小于设定值时（如表2所示），在各挡位都允许转入爬行，发动机不应由于离合器运行控制不当导致熄火。

表1 某型车转入爬行的车速限值 km/h

转入爬行后，如果发动机转速过低，如表3所示，实施熄火保护，离合器分离。

表3 某型车熄火保护的发动机转速限值

高挡位（3，4，5挡）时，车速过低或者发动机转速过低时，应做误操作提醒；车速低于熄火保护点后，不再重新接合离合器，提醒驾驶员重新换入低挡起步或爬行。

2.2 起步

1）车速≥10 km/h，踩加速踏板，汽车在任何挡位下都允许转入起步。

2）车速≤5 km/h，踩加速踏板，汽车允许在 1，2，R挡起步，最大起步坡度要达到汽车爬坡度设计指标，发动机不应熄火；2挡起步仅应用于冰雪路面特殊驾驶工况，其他情况下不推荐使用。在其他挡位禁止起步，若换入其他挡位起步，做报警提示，离合器不接合。

3）5 km/h＜车速＜10 km/h，踩加速踏板，汽车允许在1，2，R挡起步。如换入3，4，5挡，报警提示驾驶员换入低挡，若驾驶员继续踩加速踏板，实施断续地分离、接合控制。

2.3 换挡离合

换挡时离合器应及时、快速与彻底分离，换挡后离合器接合不应有冲击感。

2.4 制动离合

制动过程中，离合器依据车速变化工况适时分离，再接合。

制动时对车速的降低快慢做判定，进入爬行状态，如表1所示。例如在5挡的情况下，紧急制动，加速度＞-3.5 m/s2，当车速＜38 km/h，即进入爬行状态；一般制动，车速＜25 km/h，即进入爬行状态。最终依据发动机转速进行熄火保护，如表3所示。

2.5 熄火保护

汽车发动机转速＜500 r/min，将要影响稳定运转时，离合器应及时和快速分离，避免熄火。

2.6 误操作保护

汽车在以下工况时，挡位信号闪烁，提醒驾驶员换挡。

1）当车速＜10 km/h，而挡位为 3，4，5 挡时进行爬行为误操作，进行误操作提醒；

2）挡位为3，4，5挡时，踩加速踏板进行起步为误操作，进行误操作提醒；

3）低速行驶时，如果3挡车速＜11 km/h，4挡车速＜14 km/h，或者5挡车速＜20 km/h将视为误操作，进行误操作提醒；

4）高速行驶时，1挡车速＞38 km/h，2挡车速＞64 km/h，3挡车速＞98 km/h，或者4挡车速＞132 km/h将视为误操作，进行误操作提醒。

2.7 自动调整

操纵机构自适应从动盘和机械零件磨损会造成分离轴承初始位置变化，离合器完全接合时，操纵机构自动调整主缸活塞位置，保持主缸与油壶在常压状态下连通。

2.8 智能控制

智能控制应具备下线自学习和运行自学习两部分。其中，下线自学习是在汽车装配线上进行离合器行程传感器自标定、选换挡位置传感器标定及离合临界值标定；运行自学习是在汽车使用寿命周期内，电控自动离合器系统以一定频次学习离合临界值，更新标定值。

3 功能策略

此功能策略针对配置PEPS的搭载电控自动离合器系统的汽车。功能策略包含发动机启动及协同扭矩控制。

3.1 发动机启动控制

电控自动离合器系统能够配合PEPS控制发动机的启动。

3.1.1 正常启动（N挡）

汽车在N挡情况下正常启动流程图，如图2所示。在这种模式下，汽车从整车点火开关OFF到发动机正常启动，需要先点按2次启动按钮，踩下制动踏板，待“点火开关开（IG ON）”按键变绿之后，点按启动按钮，发动机正常启动。若无法启动，继续踩踏板，点按启动按钮直至启动为止。

图2 搭载电控自动离合器汽车N挡的正常启动流程图

3.1.2 快速启动（N挡）

汽车在N挡情况下快速启动流程图，如图3所示。与正常启动流程不同，驾驶员直接踩制动踏板，待“IG ON”按键变绿之后直接点按启动按钮启动发动机，若不能启动，继续踩制动踏板点按启动按钮，直至启动为止。

图3 搭载电控自动离合器汽车N挡快速启动流程图

3.2 协同扭矩控制

为了提高汽车爬行起步性能，从离合器电控单元（CCU）接收挡位和离合器扭矩信号，计算出爬行起步补正扭矩。为实现不松开油门踏板即可换挡的功能，通过从CCU接收的降扭要求标志位和要求降扭量，实现换挡过程中降扭控制。根据离合器负荷，发送离合器扭矩请求给EMS，EMS对输出扭矩进行补正，实现增扭或降扭；CCU发送离合器状态给EMS，离合器包含：0（离合器分离）、1（离合器滑摩）及2（离合器完全接合）3个状态。发动机增扭与降扭的运行曲线，如图4所示。

图4 发动机协同扭矩控制策略运行曲线

3.2.1 爬行

整车爬行策略包含制动情况下的爬行和非制动情况下的爬行。某型车不同情况下的爬行进入条件，如表4所示。

表4 某型车爬行策略进入条件

汽车未启动时（制动情况），驾驶员踩下制动踏板，点按2次启动按钮启动发动机，将变速器置于1，2，R挡，再松开制动踏板（同时不踩加速踏板），汽车即进入爬行模式。在此过程中，离合器扭矩设置为1 N·m，目的是为了释放制动踏板后，离合器能够迅速接合。

汽车在已启动状态下（非制动情况），驾驶员不踩制动器，并将变速器置于1，2，R挡，汽车也可进入爬行模式。在这种模式下，发动机的转速与扭矩均可变，离合器根据变速器挡位的不同，提供不同的扭矩。离合器的目标扭矩设定值确保离合器在平路上不发生滑摩。

3.2.2 起步

整车起步策略包含从爬行到怠速、从爬行到加速、从爬行到行驶中换挡3种情况。

3.2.3 换挡

汽车行车过程中无论踩油门踏板与否，均可换挡。

4 结论

文章所阐述的电控自动离合器系统，与传统搭载手动变速箱的离合器系统相比，行驶方式除了不踩离合器踏板之外其他方面基本一致；与搭载自动变速器汽车相比，起步过程基本一致。同时该系统还会根据驾驶员的操作习惯进行调整，这让搭载电控自动离合器系统的汽车兼具两者的优点——驾驶简便、具有更好的燃油经济性。文章针对搭载电控自动离合器系统汽车的研发问题，提出了该系统产品功能规范，分别从功能定义以及功能要求两大方面来阐述这一问题。本规范对该系统研发各环节具有普遍指导意义，并具备持续性、继承性、横向可比性，以及和国际标准、国内标准、行业标准之间的相容性。