一種純電動(dòng)汽車的電子水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曲少杰，張傳佳，冉秋

（ 1.煙臺(tái)蓋茨勝地有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；2.煙臺(tái)東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000 ）

一種純電動(dòng)汽車的電子水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

曲少杰1，張傳佳2，冉秋1

（ 1.煙臺(tái)蓋茨勝地有限公司，山東 煙臺(tái) 264000；2.煙臺(tái)東方電子股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264000 ）

提出了一種基于LIN總線的水泵控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)，介紹總線在汽車電子水泵控制系統(tǒng)中的應(yīng)用和驅(qū)動(dòng)控制單元的設(shè)計(jì)，對(duì)控制系統(tǒng)中可能產(chǎn)生的故障進(jìn)行分析，并給出了硬件設(shè)計(jì)和軟件流程，實(shí)驗(yàn)表明，該控制器不僅具有良好的驅(qū)動(dòng)能力，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)水泵的故障診斷和故障信息的發(fā)送和檢測(cè)能力。

電子水泵；LIN，控制；設(shè)計(jì)

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)保問題不斷重視，國(guó)家對(duì)于新能源項(xiàng)目扶持力度日漸加大，純電動(dòng)汽車技術(shù)的設(shè)計(jì)和研究正大力推進(jìn)。由于排放標(biāo)準(zhǔn)的要求越來越高，研發(fā)性能卓越的電動(dòng)水泵成為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的著力更新點(diǎn)。電子水泵摒棄了傳統(tǒng)機(jī)械水泵恒定轉(zhuǎn)速的弱勢(shì)，可實(shí)現(xiàn)完整反饋環(huán)的調(diào)節(jié)，在溫度變化的情況下可實(shí)時(shí)處理信號(hào)，減少能量損耗和提高功率輸出。本文設(shè)計(jì)了一種基于S12ZVL微處理器的電子水泵控制系統(tǒng)，可及時(shí)反饋水泵信息，完成LIN通信下的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

純電動(dòng)汽車一般采用ECU作為主控。本方案在采用Lin協(xié)議的支持下，完成系統(tǒng)通訊信號(hào)的采集，方便主控及時(shí)處理水泵各種信息，系統(tǒng)控制原理如圖1所示。

圖1 控制系統(tǒng)原理

2 硬件設(shè)計(jì)

電子水泵控制系統(tǒng)的核心問題即對(duì)電機(jī)的控制和狀態(tài)量的反饋問題。根據(jù)需求，電動(dòng)水泵主要包括：微控制器，電源模塊，通信部分，驅(qū)動(dòng)部分及反饋環(huán)節(jié)。其中，本方案中采用的S12微控制器內(nèi)部具有支持Lin協(xié)議的部分，硬件總體框架如圖2所示。

圖2 硬件系統(tǒng)

2.1 電源模塊

為了保護(hù)電源系統(tǒng)的可靠性和掉電穩(wěn)定性，電源模塊采用純硬件電路設(shè)計(jì)。

輸入的直流電壓經(jīng)過分立元件分壓后，通過穩(wěn)壓二極管進(jìn)行電壓維穩(wěn)。該電壓主要起到兩種作用，一是為驅(qū)動(dòng)芯片的電壓供電，二是為檢測(cè)元件提供供電輸入。

2.2 微處理器

處理器芯片選用NXP的16位單片機(jī)S12ZVL32，該芯片支持lin通訊，內(nèi)部集成128k閃存，8k的RAM，2K的E2PROM，10通道10bit的A/D轉(zhuǎn)換。其獨(dú)特的片上仿真簡(jiǎn)化了調(diào)試過程，加快了汽車電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。此處理器廣泛使用于汽車電子和工業(yè)控制，具備良好的可擴(kuò)展性和高性能。

2.3 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊

為了增加單片機(jī)輸出的驅(qū)動(dòng)能力，產(chǎn)生PWM波驅(qū)動(dòng)Mosfet，選擇MC33931驅(qū)動(dòng)芯片。該芯片為集成H橋電源IC，采用耐用的熱增強(qiáng)型封裝。能夠控制電感負(fù)載，峰值電流達(dá)到8A，可對(duì)輸出負(fù)載進(jìn)行脈寬調(diào)制，具有過流調(diào)節(jié)、輸出短路保護(hù)，低功耗的睡眠模式等特點(diǎn)。其應(yīng)用電路如圖3所示。

圖3 驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)用原理

3 軟件設(shè)計(jì)

根據(jù)系統(tǒng)功能需求，結(jié)合模塊化的設(shè)計(jì)思路，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行如下劃分：系統(tǒng)初始化故障診斷，水泵控制策略和保護(hù)措施；主程序完成水泵控制功能，初始化對(duì)原始數(shù)據(jù)和緩存進(jìn)行處理，通訊功能由控制器完成。軟件流程如圖4所示。

系統(tǒng)初始化：實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)各個(gè)硬件部分的初始化，如AD ，LIN，TPM等，上電即通電運(yùn)行，進(jìn)行診斷是否可正常工作。

通訊：完成通過LIN通訊協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸和控制功能，實(shí)現(xiàn)水泵控制，對(duì)檢測(cè)到的電壓電流溫度轉(zhuǎn)速等物理量進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳，判斷系統(tǒng)工作狀態(tài)。

水泵控制：主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的實(shí)時(shí)控制，及故障狀態(tài)下各個(gè)物理量的傳輸，以供主控處理。正常狀態(tài)下通過發(fā)送報(bào)文進(jìn)行電機(jī)控制，故障狀態(tài)下對(duì)電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速、揚(yáng)程、流量、壓力等信號(hào)進(jìn)行處理。

圖4 主程序流程

4 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

通過以上設(shè)計(jì)過程，搭建一套電子水泵控制系統(tǒng)，其中LIN實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過上位機(jī)監(jiān)測(cè)軟件U2CRBUS抓捕，通過fluke測(cè)試儀取得實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速。圖5～圖7所示分別為電壓、電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)。

圖5 電壓信號(hào)

圖6 電流信號(hào)

圖7 轉(zhuǎn)速信號(hào)

5 結(jié)語(yǔ)

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了良好的LIN通訊功能，有效控制了水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)過程，通過上位機(jī)可及時(shí)判斷發(fā)生故障的狀態(tài)利于迅速處理，該方案的驗(yàn)證為純電動(dòng)汽車電子水泵控制技術(shù)的發(fā)展提供了一種新的應(yīng)用方法。

[1]孟振飛.基于STM32處理器的水泵控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].西安電子科技大學(xué)，2010.

Design of Electronic Water Pump Control System for Pure Electric Vehicles

QuShaojie, Zhang Chuanjia, Ran Qiu

(1.Yantai Gates Resort Co., Ltd., Yantai 264000, China; 2.YantaiDongfang Electronic Co., Ltd., Yantai 264000, China)

This paper presents a scheme of water pump control system based on LIN bus, which introduces the application of bus in the control system of automobile electronic water pump and the design of drive control unit, analysesthe possible faults in the control system while the hardware design and software flow are given. Experiment shows that the controller not only has good driving ability, moreover, it can realize the fault diagnosis of water pump and send the detected fault information.

Electronic water pump, LIN, Control, Design

TM930.2

A

1674-2796（2017）01-0025-03

2016-11-07

曲少杰 （1983--），男，碩士研究生，工程師，主要從事電力電子和汽車電子相關(guān)設(shè)計(jì)工作。