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一种纯电动汽车的电子水泵控制系统设计

微鸿 | 安全储能新能源 2022/11/11 00:29

新知达人, 一种纯电动汽车的电子水泵控制系统设计

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摘要:本文提出了一种基于 CAN/LIN 总线的水泵控制系统方案设计,介绍了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。

关键词:纯电动;电子水泵; CAN/LIN

A electronic water-pump control system design of pure-electronic vehicles

Abstract:The paper presents a control system design about electronic water pump based on CAN/LIN bus It introduces design of control and drive units ,and analysis the variable fault from system Its hardware and software are described in detail The experiments show that the controller not only has excellent drive capability but can realize fault diagnosis from water pump and detect information about sending fault signals

Key words pure electric vehicle electric pump CAN/LIN

随着环境污染的加剧,国家对于新能源项目逐步增大扶持力度,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以实时处理信号,减少能量损耗和输出功率。本文设计了一种基于 Freescale 微处理器的电子水泵控制系统,可及时反馈水泵信息,完成 CAN/LIN 通信下的状态和故障诊断。

1 系统架构设计

纯电动汽车一般采用 ECU 作为主控,其中可实现车用通信 can/lin 协议的支持,在通讯协议的支持下,可完成本系统通讯信号的采集,方便主控及时处理水泵信息。

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2 硬件设计

电子水泵控制系统的核心问题即是对电机的控制和状态量的反馈问题。根据需求,电动水泵主要包括几大部分:微控制器,电源模块,通信部分,驱动部分,及反馈环节。其中,本方案中采用的微控制器内部具有支持 can/lin 协议的部分,总体框图如下图 2 所示。

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2.1 电源模块

为了保护电源系统的可靠性性和掉电稳定性,电源模块采用 MAX813L 进行复位,利用 LM7805 进行电源转换。

MAX813L 电路可以实现上电、瞬时掉电以及程序运行死机时的自动复位和随时的手动复位,并且可以实时处理电源故障,以便及时保存数据。其使用原理图如下:

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2.2 微处理器

处理器芯片选用 Freescale 16 位单片机 S12G240 ,同时支持 can/lin 通讯,内部集成 240k 片上 flash 12k RAM 4K E2PROM, 串行通信接口 SCI ,串行外设接口 SPI,16 通道 10bit A/D 转换, 8 通道 16bit 定时器。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使用,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。它能够控制电感负载,峰值电流达到 5A ,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。其应用电路如下所示。

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3 软件设计

根据系统功能需求,结合模块化的设计思路,可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。软件流程图如下图 5 所示:

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

通讯:完成通过 CAN/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 pwm 波进行电机控制,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。

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故障状态主要有:

电压: 欠压,过压;

电流:过电流,热保护;

转速:堵转,超速,欠速;

扬程、流量和压力信号进行实时监测传递;

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,其中实时数据通过上位机监测软件抓捕。在实现的过程中,由于 pwm 波形可调节性,可通过增大和减少波形实现电机转速调节,通过 fluke 测试仪取得实时转速。

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5 小结

通过实验验证,该控制系统实现了良好的 CAN/LIN 通讯功能,有效的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,该方案的验证成功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。

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