汽車電動(dòng)水泵接口設(shè)計(jì)方案與分析

袁書豪 楊曉荷

摘 要：汽車電動(dòng)水泵（以下簡稱電動(dòng)水泵）作為整車用電器系統(tǒng)的一部分，其接口是與VCU通信的橋梁，故電動(dòng)水泵的接口設(shè)計(jì)尤為重要。本文介紹了不同的電動(dòng)水泵接口設(shè)計(jì)方案，并對各方案的通信協(xié)議、應(yīng)用范圍及優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析說明。本文介紹的方案可有效地指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：電動(dòng)水泵;接口設(shè)計(jì);PWM通信;LIN通信

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.023

1 前言

隨著技術(shù)的不斷革新，整車系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了智能化、數(shù)字化。作為車輛熱管理系統(tǒng)的重要部件，電動(dòng)水泵需要接收VCU的指令完成相應(yīng)動(dòng)作，同時(shí)需將自身的工作狀態(tài)反饋至VCU。因此，接口設(shè)計(jì)具有重要意義，選取合適的接口設(shè)計(jì)方案能夠提高電動(dòng)水泵的可靠性和競爭力。

2 接口設(shè)計(jì)

根據(jù)目前的整車通信協(xié)議要求以及電動(dòng)水泵的實(shí)際應(yīng)用場景，按照端子數(shù)量，電動(dòng)水泵接口主要有2PIN接口、3PIN接口、4PIN接口三種方案。

2.1 2PIN接口

2PIN接口是指電動(dòng)水泵接口端子數(shù)量為2。電動(dòng)水泵的核心是控制器和電機(jī)，因此2PIN接口的PIN定義分別為電源正和電源地，無控制信號引腳，如圖1所示。

VCU控制電動(dòng)水泵的工作狀態(tài)，圖2為2PIN接口電動(dòng)水泵的應(yīng)用電路。VCU通過控制繼電器，從而間接實(shí)現(xiàn)對電動(dòng)水泵的控制。

2.2 3PIN接口

3PIN接口是指電動(dòng)水泵接口端子數(shù)量為3。3PIN接口的PIN定義分別為電源正、電源地，以及控制信號引腳，如圖3所示。

VCU通過控制信號引腳控制電動(dòng)水泵的工作狀態(tài)，3PIN接口的電動(dòng)水泵有兩種控制協(xié)議，分別是PWM控制和LIN控制。

（1）PWM控制。3PIN接口的PWM控制又稱為PWM單線控制。電動(dòng)水泵既通過PWM接口讀取VCU的調(diào)速信號，同時(shí)又將自身的工作狀態(tài)通過PWM接口反饋至VCU，即PWM接口具備雙向通信功能。電動(dòng)水泵和VCU都能讀取PWM接口上的電平，同時(shí)也能控制PWM接口上的電平，在電路上要求電動(dòng)水泵和VCU的PWM接口為開集輸出或開漏輸出，參考電路如圖4所示。PWM線上的電平是由電動(dòng)水泵和VCU共同決定的。

（2）LIN控制。LIN總線（Local Interconnect Network）是針對汽車分布式電子系統(tǒng)而定義的一種低成本的串行通訊網(wǎng)絡(luò)，在整車對網(wǎng)絡(luò)的帶寬、性能或容錯(cuò)功能沒有過高要求的控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。同時(shí)LIN接口為單線控制，大大簡化了整車的電氣連接。

3PIN接口的LIN控制應(yīng)用電路如圖5所示。此方案需要電動(dòng)水泵內(nèi)部具備LIN通信的硬件電路，如LIN收發(fā)器等。

2.3 4PIN接口

4PIN接口是指指電動(dòng)水泵接口端子數(shù)量為4。4PIN接口的PIN定義分別為電源正、電源地，以及控制信號引腳1、控制信號引腳2，如圖6所示。

VCU控制通過兩個(gè)控制信號引腳和電動(dòng)水泵實(shí)現(xiàn)通信功能，4PIN接口的電動(dòng)水泵有兩種控制協(xié)議，分別是PWM控制和CAN控制。

（1）PWM控制。4PIN接口的PWM控制又稱為PWM雙線控制。電動(dòng)水泵通過PWM輸入接口讀取VCU的調(diào)速信號，同時(shí)將自身的工作狀態(tài)通過PWM輸出接口反饋至VCU，即每個(gè)PWM接口都是單向通信，參考電路如圖7所示。

電動(dòng)水泵實(shí)時(shí)檢測VCU發(fā)出的PWM信號（即PWM_IN）的占空比，然后根據(jù)調(diào)速曲線控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速;同時(shí)電動(dòng)水泵在發(fā)生故障時(shí)（如過壓、欠壓、空轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等），可以將故障信息轉(zhuǎn)換為PWM信號的占空比，通過PWM_OUT發(fā)送給VCU。

（2）CAN控制。CAN總線（Controller Area Network）是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡稱，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)總線。

3PIN接口的CAN控制應(yīng)用電路如圖8所示。此方案需要電動(dòng)水泵內(nèi)部具備CAN通信的硬件電路，如CAN收發(fā)器等。同時(shí)，CAN控制對電動(dòng)水泵的軟件設(shè)計(jì)要求較高。

3 接口方案對比

（1）2PIN接口的電動(dòng)水泵又稱為開關(guān)水泵，控制簡單。由于電動(dòng)水泵無控制信號接口，VCU無法與電動(dòng)水泵實(shí)現(xiàn)通信，必須通過繼電器等開關(guān)控制電動(dòng)水泵的工作狀態(tài)。電動(dòng)水泵無調(diào)速功能，也不能將自身的工作狀態(tài)反饋至VCU。

（2）3PIN接口的電動(dòng)水泵設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，特別是PWM單線控制方案，對電動(dòng)水泵和VCU的硬件電路有嚴(yán)格的要求，必須為開集輸出或開漏輸出，否則無法實(shí)現(xiàn)通信功能。LIN控制方案電氣連接簡單，軟件操作方便，可以傳輸更多的信息量。

（3）4PIN接口的電動(dòng)水泵電氣連接要求高，PWM雙線控制方案軟件設(shè)計(jì)簡單，硬件電路無特殊要求。CAN控制方案可靠性高，但是需要和整車的CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行匹配測試，試驗(yàn)較為復(fù)雜。

4 小結(jié)

在整車用電器系統(tǒng)中，VCU控制電動(dòng)水泵的工作，電動(dòng)水泵的接口需要和VCU的接口進(jìn)行包括電氣參數(shù)在內(nèi)的充分匹配，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。本文中的電動(dòng)水泵的多種接口設(shè)計(jì)方案適用于多種電動(dòng)水泵產(chǎn)品，對電動(dòng)水泵的可行性分析和開發(fā)優(yōu)化等有重要意義。在實(shí)際應(yīng)用過程中，應(yīng)根據(jù)客戶需求和電動(dòng)水泵的性能設(shè)計(jì)要求確定合適的接口設(shè)計(jì)方案。

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