汽車電動(dòng)水泵接口設(shè)計(jì)方案
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汽車電動(dòng)水泵接口設(shè)計(jì)方案
汽車電動(dòng)水泵接口設(shè)計(jì)方案 摘要:汽車電動(dòng)水泵(以下簡(jiǎn)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(duì)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(jìng)爭(zhēng)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(chǎng)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。2.12PIN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(hào)引腳。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(duì)電動(dòng)水泵的控制。2.23PIN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(hào)引腳。VCU通過控制信號(hào)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(hào),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(LocalInterconnectNetwork)是針對(duì)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(duì)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(jiǎn)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。2.34PIN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(hào)引腳1、控制信號(hào)引腳2,如圖6所示。VCU控制通過兩個(gè)控制信號(hào)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(hào),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(cè)VCU發(fā)出的PWM信號(hào)(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(hào)的占空比,通過PWM_OUT發(fā)送給VCU。(2)CAN控制。CAN總線(ControllerAreaNetwork)是控制器局域網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱,是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)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(duì)電動(dòng)水泵的軟件設(shè)計(jì)要求較高。3接口方案對(duì)比(1)2PIN接口的電動(dòng)水泵又稱為開關(guān)水泵,控制簡(jiǎn)單。由于電動(dòng)水泵無控制信號(hào)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(duì)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(jiǎn)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(jiǎn)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(cè)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(duì)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。參考文獻(xiàn):1婁鋒,盧明,陳恩輝.淺析新能源汽車上電動(dòng)水泵的應(yīng)用J.汽車實(shí)用技術(shù),2018(07):9-11+27.2曹海平.電動(dòng)水泵在新能源汽車上的應(yīng)用J.汽車與配件,2013(23):20-21.