專(zhuān)利名稱(chēng)：帶多種接口的汽車(chē)電子水泵控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車(chē)用電子水泵，具體地指一種帶多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器。
背景技術(shù)：
隨著國(guó)家對(duì)節(jié)能減排和環(huán)保的日益重視，各汽車(chē)廠針對(duì)傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)采用渦輪增壓的方式來(lái)提高功率或是采用混合動(dòng)カ和純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)的方式達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。伴隨而來(lái)的就是渦輪增壓器的冷卻和電子功率器件的散熱問(wèn)題。為解決冷卻和散熱問(wèn)題，目前主要采用水冷系統(tǒng)，由于該水冷系統(tǒng)需要連續(xù)運(yùn)行而且系統(tǒng)運(yùn)行的好壞直接關(guān)系到汽車(chē)上核心部件是否正常工作，因此對(duì)水冷系統(tǒng)的核心部件——水泵提出了更高的要求，即要求電子水泵具有低能耗、大揚(yáng)程、高效率、低噪音、小體積、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的電子水泵一般采用直流電機(jī)與葉輪直連或是通過(guò)磁耦合器與葉輪連接的驅(qū)動(dòng)方式，前者由于水封的存在使 得水泵的使用壽命大大縮短，后者由于結(jié)構(gòu)的復(fù)雜導(dǎo)致生產(chǎn)成本上升、體積增大等問(wèn)題。為了避免傳統(tǒng)電子水泵的劣勢(shì)，目前主要采用無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方法，公開(kāi)號(hào)為CN102297142A的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)《一種車(chē)用電子水泵》公開(kāi)了ー種汽車(chē)電子水泵，包括動(dòng)カ部分，渦輪，定子部分，轉(zhuǎn)子部分和機(jī)殼部分，但是對(duì)核心的控制器部分并未詳細(xì)說(shuō)明。而目前無(wú)刷直流電機(jī)的控制器研究成果沒(méi)有針對(duì)汽車(chē)電子水泵的，其可靠性難以達(dá)到汽車(chē)電子產(chǎn)品的要求，尤其是缺乏故障診斷功能，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)會(huì)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)失效，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，將會(huì)給汽車(chē)核心部件帶來(lái)毀滅性的災(zāi)難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種帶多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其通用性強(qiáng)，且能夠滿(mǎn)足對(duì)汽車(chē)電子水泵故障的診斷要求，提高汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的可靠性。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的一種帶多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，包括
嵌入式微處理器，通過(guò)通信接ロ模塊與汽車(chē)的ECU或總線連接，用于接收ECU發(fā)出的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，所述通信接ロ模塊為PWM、LIN、CAN中的ー種；
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其輸入端與所述嵌入式微處理器連接、輸出端與電機(jī)連接，用于在嵌入式微處理器的控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；
參數(shù)檢測(cè)電路，包括電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速信號(hào)中的至少ー種檢測(cè)電路，其信號(hào)輸出端與嵌入式微處理器連接，用于采集電機(jī)的工作參數(shù)。上述技術(shù)方案中，所述PWM接ロ模塊為嵌入式微處理器的IO接ロ。上述技術(shù)方案中，所述LIN接ロ模塊為L(zhǎng)IN收發(fā)器，LIN收發(fā)器通過(guò)RXD、TXD、SLP_N接ロ與嵌入式微處理器的三個(gè)IO接ロ相連，并與LIN總線連接通信。進(jìn)ー步地，所述LIN收發(fā)器為T(mén)JA1021芯片。上述技術(shù)方案中，所述CAN接ロ模塊包括CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器，CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器之間通過(guò)收發(fā)數(shù)據(jù)接ロ相連，CAN協(xié)議控制器通過(guò)SPI接ロ與嵌入式微處理器連接，CAN收發(fā)器與CAN總線連接通信。進(jìn)ー步地，所述CAN協(xié)議控制器為MCP2515芯片，CAN收發(fā)器為PCA82C250芯片。上述技術(shù)方案中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為由六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的全橋驅(qū)動(dòng)器，六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別與所述嵌入式微處理器的六個(gè)IO接ロ連接。進(jìn)ー步地，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還包括電壓比較器，電壓比較器的輸入端與電機(jī)的三相電源連接、輸出端與嵌入式微處理器連接，用于檢測(cè)電機(jī)U、V、W三相的反電動(dòng)勢(shì)以判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于
1)由于本發(fā)明主要是針對(duì)汽車(chē)電子水泵，因此其設(shè)計(jì)規(guī)范與選型均嚴(yán)格按照汽車(chē)電子 的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)和要求進(jìn)行，首先在可靠性上保證了該控制器能在惡劣的環(huán)境下的性能；其次，采用了模塊化設(shè)計(jì)的理念，針對(duì)不同的車(chē)載通信總線協(xié)議可以靈活地配置不同的通信接ロ模塊。因此本發(fā)明不僅可靠性較高，而且在生產(chǎn)時(shí)靈活性也很高，主要模塊可以通用從而降低了生產(chǎn)成本；
2)該控制器無(wú)霍爾傳感器，即采用了無(wú)霍爾驅(qū)動(dòng)的方式，不僅使電機(jī)的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，而且汽車(chē)電子水泵的工作更為可靠，由于汽車(chē)電子水泵的工作環(huán)境最高溫度可能達(dá)到130°C，霍爾傳感器在此溫度時(shí)極易失效；
3)參數(shù)檢測(cè)電路的設(shè)置實(shí)現(xiàn)了對(duì)電子水泵電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)的檢測(cè)，可以對(duì)故障進(jìn)行自我檢測(cè)與排除，并在故障發(fā)生時(shí)及時(shí)對(duì)電子水泵進(jìn)行保護(hù)并輸出故障代碼，自動(dòng)化程度高；通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制還可保證電子水泵的輸出穩(wěn)定性；
4)本發(fā)明采用可編程的單片機(jī)，避免了傳統(tǒng)方案中電機(jī)專(zhuān)用芯片通用性差的弊端，通過(guò)不同的啟動(dòng)算法和參數(shù)修改可以適用于絕大多數(shù)的三相無(wú)刷直流電機(jī)，通用性強(qiáng)。


圖I為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為圖I中電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電路圖。圖3為圖I中通信接ロ模塊的一種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)圖。圖4為圖I中通信接ロ模塊的另ー種實(shí)施方式結(jié)構(gòu)圖。圖5為圖I中通信接ロ模塊第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖。圖6為圖I中參數(shù)檢測(cè)電路的電路原理圖。圖7為圖I控制器的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。如圖I所示，本發(fā)明的一種帶多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，包括嵌入式微處理器、通信接ロ模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和參數(shù)檢測(cè)電路。嵌入式微處理器通過(guò)通信接ロ模塊與汽車(chē)的E⑶連接；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與嵌入式微處理器連接、輸出端與電機(jī)連接，用于在嵌入式微處理器的控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，這里采用三相無(wú)刷直流電機(jī)；參數(shù)檢測(cè)電路的信號(hào)輸出端與嵌入式微處理器連接，用于采集電機(jī)的工作參數(shù)。嵌入式微處理器載有三相無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)、控制程序、通信接ロ驅(qū)動(dòng)程序、參數(shù)檢測(cè)程序和故障診斷程序，它通過(guò)通信接ロ模塊與汽車(chē)的ECU交換數(shù)據(jù)，ECU通過(guò)訪問(wèn)總線或者捕獲PWM信號(hào)的方式獲得數(shù)據(jù)。復(fù)位采用上電復(fù)位，電機(jī)的啟動(dòng)為上電啟動(dòng)或利用ECU啟動(dòng)指令啟動(dòng)。如圖2所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)器包括由六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的全橋驅(qū)動(dòng)器和電壓比較器，嵌入式微處理器則主要完成電機(jī)換向控制、預(yù)驅(qū)動(dòng)器控制和PWM信號(hào)的產(chǎn)生與控制功能。普通嵌入式微處理器的IO驅(qū)動(dòng)能力無(wú)法驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管，需要増加場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)驅(qū)動(dòng)芯片才能驅(qū)動(dòng)，而本實(shí)施例中嵌入式微處理器內(nèi)置有三相場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)功能，可以直接通過(guò)IO接ロ與全橋驅(qū)動(dòng)器相連，并能夠直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管。六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別與嵌入式微處理器的六個(gè)IO接ロ連接，其中高端的三個(gè)IO接ロ可以由嵌入式微處理產(chǎn)生PWM波來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，PWM波由圖2所示的PWM控制器產(chǎn)生，本實(shí)施例所采用的嵌入式微處理器芯片帶有3個(gè)可編程的PWM單元，基頻為5(Tl00KHz，可以直接設(shè)置寄存器的值來(lái)控制PWM的占空比和基頻。低端的三個(gè)IO接ロ通過(guò)控制N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的開(kāi)關(guān)來(lái)控制電機(jī)線圈的導(dǎo)通。六個(gè)IO接ロ的開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)由圖2中的電機(jī)控制器通過(guò)電壓比較器反饋的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)計(jì)算得出，并通過(guò)對(duì)電機(jī)預(yù)驅(qū)動(dòng)控制器的控制實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例中的電壓比較器如圖 2所示，三路電壓比較器的輸入端與電機(jī)的三相電源直接連接、輸出端與嵌入式微處理器的數(shù)字IO接ロ直接連接，通過(guò)檢測(cè)電機(jī)U、V、W三相的反電動(dòng)勢(shì)，判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，為六個(gè)IO接ロ提供開(kāi)關(guān)時(shí)機(jī)。如圖3至圖5所示，通信接ロ模塊可以為PWM、LIN、CAN中的ー種。如圖3所示，PWM的接收和發(fā)送直接由嵌入式微處理器的IO接ロ完成，PWM的接收由嵌入式微處理器捕獲的PWM信號(hào)通過(guò)定時(shí)器計(jì)算后解碼，PWM的編碼通過(guò)對(duì)嵌入式微處理器的PWM寄存器的設(shè)置生成，并映射到IO接ロ發(fā)送。如圖4所示，LIN接ロ模塊為L(zhǎng)IN收發(fā)器，本實(shí)施例選用TJA1021芯片，它通過(guò)RXD、TXD、SLP_N接ロ與嵌入式微處理器的三個(gè)IO接ロ相連，它是LIN主/從協(xié)議控制器和LIN物理總線之間的接ロ，嵌入式微處理器通過(guò)它接收或發(fā)送LIN總線上的信息。如圖5所示，CAN接ロ模塊包括CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器，CAN總線采用雙絞線，分別稱(chēng)為CANH和CANL。本實(shí)施例選用PCA82C250作為CAN收發(fā)器與雙絞線連接，提供對(duì)CAN總線的差分發(fā)送和接收功能，并完成差分信號(hào)CANH、CANL和邏輯電平信號(hào)TX、RX之間的轉(zhuǎn)換；選用MCP2515作為CAN協(xié)議控制器，它通過(guò)SPI接ロ與嵌入式微處理器連接，完成總線上的報(bào)文接收和發(fā)送。如圖6所示，參數(shù)檢測(cè)電路主要完成對(duì)電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速信號(hào)的檢測(cè)功能，為電機(jī)的故障診斷提供參數(shù)。本實(shí)施例中，電壓直接通過(guò)分壓電阻檢測(cè)電源電壓，電流通過(guò)4mQ的電阻檢測(cè)其兩端電壓間接測(cè)量系統(tǒng)的電流值。電壓、電流的測(cè)量值均為模擬量，因此需要AD轉(zhuǎn)換芯片才能完成對(duì)信號(hào)的采集，本實(shí)施例中嵌入式微處理器自帶IObitADC轉(zhuǎn)換器，通過(guò)不同的AD通道可以完成對(duì)電壓、電流值的采集。溫度值通過(guò)數(shù)字溫度傳感器完成采集，本實(shí)施例中采用DS18B20。轉(zhuǎn)速信號(hào)則可以通過(guò)圖2所示三路電壓比較器測(cè)得的反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)，計(jì)算其頻率，通過(guò)轉(zhuǎn)速與換向頻率之間的關(guān)系計(jì)算得到。如圖7所示，結(jié)合本實(shí)施例的軟件流程，本控制器工作原理為首先，通信模塊和檢測(cè)模塊初始化，完成與汽車(chē)ECU的組網(wǎng)功能、等待接收指令；當(dāng)接收到ECU啟動(dòng)指令后，進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)算法，通過(guò)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的判斷，啟動(dòng)電機(jī)并判斷其是否正常啟動(dòng)，如果正常啟動(dòng)則按照接收的速度指令運(yùn)行，并通過(guò)PID調(diào)節(jié)，使水泵保持設(shè)定的轉(zhuǎn)速輸出；接收到ECU啟動(dòng)指令、進(jìn)入電機(jī)啟動(dòng)算法的同時(shí)，參數(shù)檢測(cè)電路開(kāi)始采集電流、電壓、轉(zhuǎn)速、溫度信號(hào)，通過(guò)故障診斷算法，判斷電子水泵的工作狀態(tài)，如正常、過(guò)壓、過(guò)流、欠壓、干轉(zhuǎn)、堵轉(zhuǎn)等，如有故障，則將故障代碼發(fā)送給ECU，并使電機(jī)停止工作，如果工作正常，將運(yùn)行速度發(fā)送給ECU。本發(fā)明的核心在于針對(duì)汽車(chē)電子水泵，配置了嵌入式微處理器及多種通信接ロ模塊、參數(shù)檢測(cè)電路，具有良好的通用性，并能夠滿(mǎn)足對(duì)汽車(chē)電子水泵故障的診斷要求。所以，其保護(hù)范圍并不限于上述實(shí)施例。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的范圍和精神，例如通信接ロ模塊的具體芯片選取不限于實(shí)施例所述，參數(shù)檢測(cè)電路的具體設(shè)置也可根據(jù)具體情況采用其他電壓、電流、溫度和轉(zhuǎn)速的檢測(cè)電 路等。倘若這些改動(dòng)和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于，它包括 嵌入式微處理器，通過(guò)通信接ロ模塊與汽車(chē)的ECU或總線連接，用于接收ECU發(fā)出的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，所述通信接ロ模塊為PWM、LIN、CAN中的ー種； 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其輸入端與所述嵌入式微處理器連接、輸出端與電機(jī)連接，用于在嵌入式微處理器的控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作； 參數(shù)檢測(cè)電路，包括電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速信號(hào)中的至少ー種檢測(cè)電路，其信號(hào)輸出端與嵌入式微處理器連接，用于采集電機(jī)的工作參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述PWM接ロ模塊為嵌入式微處理器的IO接ロ。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述LIN接ロ模塊為L(zhǎng)IN收發(fā)器，LIN收發(fā)器通過(guò)RXD、TXD、SLP_N接ロ與嵌入式微處理器的三個(gè)IO接ロ相連，并與LIN總線連接通信。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述LIN收發(fā)器為T(mén)JA1021芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述CAN接ロ模塊包括CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器，CAN協(xié)議控制器和CAN收發(fā)器之間通過(guò)收發(fā)數(shù)據(jù)接ロ相連，CAN協(xié)議控制器通過(guò)SPI接ロ與嵌入式微處理器連接，CAN收發(fā)器與CAN總線連接通信。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述CAN協(xié)議控制器為MCP2515芯片，CAN收發(fā)器為PCA82C250芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任ー權(quán)利要求所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在干所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為由六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的全橋驅(qū)動(dòng)器，六個(gè)N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的柵極分別與所述嵌入式微處理器的六個(gè)IO接ロ連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器還包括電壓比較器，電壓比較器的輸入端與電機(jī)的三相電源連接、輸出端與嵌入式微處理器連接，用于檢測(cè)電機(jī)U、V、W三相的反電動(dòng)勢(shì)以判斷電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至6中任ー權(quán)利要求所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述嵌入式微處理器為可編程的單片機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的帶有多種接ロ的汽車(chē)電子水泵控制器，其特征在于所述嵌入式微處理器為可編程的單片機(jī)。
全文摘要
一種帶多種接口的汽車(chē)電子水泵控制器，涉及汽車(chē)用電子水泵，它包括嵌入式微處理器，通過(guò)通信接口模塊與汽車(chē)的ECU或總線連接，用于接收ECU發(fā)出的轉(zhuǎn)速控制信號(hào)，所述通信接口模塊為PWM、LIN、CAN中的一種；電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其輸入端與所述嵌入式微處理器連接、輸出端與電機(jī)連接，用于在嵌入式微處理器的控制下驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作；參數(shù)檢測(cè)電路，包括電壓、電流、溫度、轉(zhuǎn)速信號(hào)中的至少一種檢測(cè)電路，其信號(hào)輸出端與嵌入式微處理器連接，用于采集電機(jī)的工作參數(shù)。本發(fā)明的通用性強(qiáng)，且能夠滿(mǎn)足對(duì)汽車(chē)電子水泵故障的診斷要求，提高汽車(chē)?yán)鋮s系統(tǒng)的可靠性。
文檔編號(hào)F04B49/06GK102777367SQ20121029555
公開(kāi)日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者曾春年, 梁紅, 王軍營(yíng), 羅杰, 薛文蕾 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué), 河南省西峽汽車(chē)水泵股份有限公司