一种纯电动汽车的电子水泵控制系统设计

曲少杰，张传佳，冉秋

（ 1.烟台盖茨胜地有限公司，山东 烟台 264000；2.烟台东方电子股份有限公司，山东 烟台 264000 ）

一种纯电动汽车的电子水泵控制系统设计

曲少杰1，张传佳2，冉秋1

（ 1.烟台盖茨胜地有限公司，山东 烟台 264000；2.烟台东方电子股份有限公司，山东 烟台 264000 ）

提出了一种基于LIN总线的水泵控制系统方案设计，介绍总线在汽车电子水泵控制系统中的应用和驱动控制单元的设计，对控制系统中可能产生的故障进行分析，并给出了硬件设计和软件流程，实验表明，该控制器不仅具有良好的驱动能力，而且可实现对水泵的故障诊断和故障信息的发送和检测能力。

电子水泵；LIN，控制；设计

0 引言

随着我国对环保问题不断重视，国家对于新能源项目扶持力度日渐加大，纯电动汽车技术的设计和研究正大力推进。由于排放标准的要求越来越高，研发性能卓越的电动水泵成为汽车发动机技术的着力更新点。电子水泵摒弃了传统机械水泵恒定转速的弱势，可实现完整反馈环的调节，在温度变化的情况下可实时处理信号，减少能量损耗和提高功率输出。本文设计了一种基于S12ZVL微处理器的电子水泵控制系统，可及时反馈水泵信息，完成LIN通信下的状态监测和故障诊断。

1 系统架构

纯电动汽车一般采用ECU作为主控。本方案在采用Lin协议的支持下，完成系统通讯信号的采集，方便主控及时处理水泵各种信息，系统控制原理如图1所示。

图1 控制系统原理

2 硬件设计

电子水泵控制系统的核心问题即对电机的控制和状态量的反馈问题。根据需求，电动水泵主要包括：微控制器，电源模块，通信部分，驱动部分及反馈环节。其中，本方案中采用的S12微控制器内部具有支持Lin协议的部分，硬件总体框架如图2所示。

图2 硬件系统

2.1 电源模块

为了保护电源系统的可靠性和掉电稳定性，电源模块采用纯硬件电路设计。

输入的直流电压经过分立元件分压后，通过稳压二极管进行电压维稳。该电压主要起到两种作用，一是为驱动芯片的电压供电，二是为检测元件提供供电输入。

2.2 微处理器

处理器芯片选用NXP的16位单片机S12ZVL32，该芯片支持lin通讯，内部集成128k闪存，8k的RAM，2K的E2PROM，10通道10bit的A/D转换。其独特的片上仿真简化了调试过程，加快了汽车电子产品的设计。此处理器广泛使用于汽车电子和工业控制，具备良好的可扩展性和高性能。

2.3 电机驱动模块

为了增加单片机输出的驱动能力，产生PWM波驱动Mosfet，选择MC33931驱动芯片。该芯片为集成H桥电源IC，采用耐用的热增强型封装。能够控制电感负载，峰值电流达到8A，可对输出负载进行脉宽调制，具有过流调节、输出短路保护，低功耗的睡眠模式等特点。其应用电路如图3所示。

图3 驱动电路应用原理

3 软件设计

根据系统功能需求，结合模块化的设计思路，对系统进行如下划分：系统初始化故障诊断，水泵控制策略和保护措施；主程序完成水泵控制功能，初始化对原始数据和缓存进行处理，通讯功能由控制器完成。软件流程如图4所示。

系统初始化：实现对系统各个硬件部分的初始化，如AD ，LIN，TPM等，上电即通电运行，进行诊断是否可正常工作。

通讯：完成通过LIN通讯协议进行数据的传输和控制功能，实现水泵控制，对检测到的电压电流温度转速等物理量进行数据上传，判断系统工作状态。

水泵控制：主要实现对电机的实时控制，及故障状态下各个物理量的传输，以供主控处理。正常状态下通过发送报文进行电机控制，故障状态下对电压、电流、温度、转速、扬程、流量、压力等信号进行处理。

图4 主程序流程

4 实验验证

通过以上设计过程，搭建一套电子水泵控制系统，其中LIN实时数据通过上位机监测软件U2CRBUS抓捕，通过fluke测试仪取得实时转速。图5～图7所示分别为电压、电流和转速信号。

图5 电压信号

图6 电流信号

图7 转速信号

5 结语

通过实验验证，该控制系统实现了良好的LIN通讯功能，有效控制了水泵的运转过程，通过上位机可及时判断发生故障的状态利于迅速处理，该方案的验证为纯电动汽车电子水泵控制技术的发展提供了一种新的应用方法。

[1]孟振飞.基于STM32处理器的水泵控制系统设计与实现[D].西安电子科技大学，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，硕士研究生，工程师，主要从事电力电子和汽车电子相关设计工作。