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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議、應用范圍及優缺點進行了分析說明。本文介紹的方案可有效地指導產品設計及優化。
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，整車系統已實現了智能化、數字化。作為車輛熱管理系統的重要部件，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
根據目前的整車通信協議要求以及電動水泵的實際應用場景，按照端子數量，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，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，3PIN接口的電動水泵有兩種控制協議，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的調速信號，同時又將自身的工作狀態通過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（Local Interconnect Network）是針對汽車分布式電子系統而定義的一種低成本的串行通訊網絡，在整車對網絡的帶寬、性能或容錯功能沒有過高要求的控制系統中應用廣泛。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通信功能，4PIN接口的電動水泵有兩種控制協議，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的調速信號，同時將自身的工作狀態通過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發出的PWM信號（即PWM_IN）的占空比，然后根據調速曲線控制電機的轉速；同時電動水泵在發生故障時（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發送給VCU。（2）CAN控制。CAN總線（Controller Area Network）是控制器局域網絡的簡稱，是國際上應用最廣泛的現場總線之一，CAN總線協議已經成為汽車計算機控制系統的標準總線。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部具備CAN通信的硬件電路，如CAN收發器等。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通信，必須通過繼電器等開關控制電動水泵的工作狀態。電動水泵無調速功能，也不能將自身的工作狀態反饋至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網絡進行匹配測試，試驗較為復雜。
4小結
在整車用電器系統中，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在內的充分匹配，才能保證系統的穩定可靠。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品，對電動水泵的可行性分析和開發優化等有重要意義。在實際應用過程中，應根據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.
作者:袁書豪 楊曉荷 單位:河南省西峽汽車水泵股份有限公司技術中心
