汽車電動水泵接口設計方案

汽車電動水泵接口設計方案 摘要：汽車電動水泵（以下簡稱電動水泵）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，故電動水泵的接口設計尤為重要。本文介紹了不同的電動水泵接口設計方案，并對各方案的通信協(xié)議、應用范圍及優(yōu)缺點進行了分析說明。本文介紹的方案可有效地指導產(chǎn)品設計及優(yōu)化。關鍵詞：電動水泵；接口設計；PWM通信；LIN通信1前言隨著技術的不斷革新，整車系統(tǒng)已實現(xiàn)了智能化、數(shù)字化。作為車輛熱管理系統(tǒng)的重要部件，電動水泵需要接收VCU的指令完成相應動作，同時需將自身的工作狀態(tài)反饋至VCU。因此，接口設計具有重要意義，選取合適的接口設計方案能夠提高電動水泵的可靠性和競爭力。2接口設計根據(jù)目前的整車通信協(xié)議要求以及電動水泵的實際應用場景，按照端子數(shù)量，電動水泵接口主要有2PIN接口、3PIN接口、4PIN接口三種方案。2.12PIN接口2PIN接口是指電動水泵接口端子數(shù)量為2。電動水泵的核心是控制器和電機，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。VCU控制電動水泵的工作狀態(tài)，圖2為2PIN接口電動水泵的應用電路。VCU通過控制繼電器，從而間接實現(xiàn)對電動水泵的控制。2.23PIN接口3PIN接口是指電動水泵接口端子數(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。VCU通過控制信號引腳控制電動水泵的工作狀態(tài)，3PIN接口的電動水泵有兩種控制協(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。電動水泵既通過PWM接口讀取VCU的調(diào)速信號，同時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。電動水泵和VCU都能讀取PWM接口上的電平，同時也能控制PWM接口上的電平，在電路上要求電動水泵和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水泵和VCU共同決定的。（2）LIN控制。LIN總線（LocalInterconnectNetwork）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，在整車對網(wǎng)絡的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的控制系統(tǒng)中應用廣泛。同時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控制應用電路如圖5所示。此方案需要電動水泵內(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控制通過兩個控制信號引腳和電動水泵實現(xiàn)通信功能，4PIN接口的電動水泵有兩種控制協(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。電動水泵通過PWM輸入接口讀取VCU的調(diào)速信號，同時將自身的工作狀態(tài)通過PWM輸出接口反饋至VCU，即每個PWM接口都是單向通信，參考電路如圖7所示。電動水泵實時檢測VCU發(fā)出的PWM信號（即PWM_IN）的占空比，然后根據(jù)調(diào)速曲線控制電機的轉速；同時電動水泵在發(fā)生故障時（如過壓、欠壓、空轉、堵轉等），可以將故障信息轉換為PWM信號的占空比，通過PWM_OUT發(fā)送給VCU。（2）CAN控制。CAN總線（ControllerAreaNetwork）是控制器局域網(wǎng)絡的簡稱，是國際上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，CAN總線協(xié)議已經(jīng)成為汽車計算機控制系統(tǒng)的標準總線。3PIN接口的CAN控制應用電路如圖8所示。此方案需要電動水泵內(nèi)部具備CAN通信的硬件電路，如CAN收發(fā)器等。同時，CAN控制對電動水泵的軟件設計要求較高。3接口方案對比（1）2PIN接口的電動水泵又稱為開關水泵，控制簡單。由于電動水泵無控制信號接口，VCU無法與電動水泵實現(xiàn)通信，必須通過繼電器等開關控制電動水泵的工作狀態(tài)。電動水泵無調(diào)速功能，也不能將自身的工作狀態(tài)反饋至VCU。（2）3PIN接口的電動水泵設計較為復雜，特別是PWM單線控制方案，對電動水泵和VCU的硬件電路有嚴格的要求，必須為開集輸出或開漏輸出，否則無法實現(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接口的電動水泵電氣連接要求高，PWM雙線控制方案軟件設計簡單，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)絡進行匹配測試，試驗較為復雜。4小結在整車用電器系統(tǒng)中，VCU控制電動水泵的工作，電動水泵的接口需要和VCU的接口進行包括電氣參數(shù)在內(nèi)的充分匹配，才能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠。本文中的電動水泵的多種接口設計方案適用于多種電動水泵產(chǎn)品，對電動水泵的可行性分析和開發(fā)優(yōu)化等有重要意義。在實際應用過程中，應根據(jù)客戶需求和電動水泵的性能設計要求確定合適的接口設計方案。參考文獻：1婁鋒,盧明,陳恩輝.淺析新能源汽車上電動水泵的應用J.汽車實用技術,2018(07):9-11+27.2曹海平.電動水泵在新能源汽車上的應用J.汽車與配件,2013(23):20-21.