ＤＯＩ:１０.３９６９/ｊ.ｉｓｓｎ.２０９５－５０９Ｘ.２０１９.０２.００８
王华生１ꎬ朱㊀昊２ꎬ花㊀１ꎬ徐开芸２
(１.盐城海纳汽车零部件有限公司ꎬ江苏盐城㊀２２４１００) 发热手套(２.南京工程学院江苏省先进数控技术重点实验室ꎬ江苏南京㊀２１１１６７)
摘要：针对传统机械型发动机冷却水泵无法根据各种温度以及发动机负荷的变化控制水泵流量ꎬ从而造成发动机散热量控制不准确的缺点ꎬ设计了具有自适应自诊断功能的发动机电子冷却泵控制器ꎮ讨论了水泵控制系统的基本架构㊁核心电路原理㊁参数推导以及软件结构ꎮ该系统可以自适应于自然吸气燃油车㊁涡轮增压燃油车以及电动车ꎬ可通过Ｌｉｎ总线或ＣＡＮ总线进行通信ꎮ关键词：发动机电子冷却泵ꎻ自适应控制ꎻ自诊断功能 中图分类号:ＴＰ２４２.２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:２０９５－５０９Ｘ(２０１９)０２－００２９－０４㊀㊀发动机冷却泵是汽车正常行驶时不可缺少的设备ꎬ主要功能是利用叶轮的旋转带动冷却水循环运行ꎬ冷却水流经汽车发动机及动力系统ꎬ防止其温度过高而损坏ꎮ传统机械式发动机冷却水泵只能通过发动机转速调整水泵流量ꎬ无法根据各种温度以及发动机状态的变化控制水泵流量ꎬ对发动机
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散热量控制并不准确[１]ꎮ通常参考车辆发动机的最高热负荷进行各项指标设计ꎬ虽然具有结构简单㊁可靠性强的优点ꎬ但是由于发动机与水泵之间的传动比固定ꎬ在大多数运行工况下ꎬ发动机冷却泵输送的冷却液流量超过实际需求ꎬ造成能量损失㊁能源浪费[２]ꎮ另一方面ꎬ在发动机冷启动后的最初几分钟内ꎬ发动机自身需要预热ꎬ此时发动机并不需要冷却水泵为其降温ꎮ因此上述固定流量水泵无法通过调整其冷却能力ꎬ来缩短发动机的预热时间ꎬ减少废气排放[３]ꎮ由此可知ꎬ根据发动机工作时的冷却需求来提供冷却液流量ꎬ不仅能够减少发动机燃油消耗ꎬ还可以有效改善废气排放ꎮ目前改变水泵流量主要依靠离合器来进行ꎬ无法实现流量的连续可调ꎮ近年来ꎬ发动机电子冷却水泵问世ꎬ然而目前的普通发动机用电子冷却水泵均为开环控制ꎬ仅通过环境参数的检测来控制电机转速ꎬ当控制系统自身出现故障时无法自诊断并更新工作状态ꎬ且功能单一ꎬ只能用于燃油汽车或电动汽车ꎮ为此ꎬ本文设计了具有自适应自诊断功能的发
动机电子冷却泵控制器ꎮ
１㊀电子水泵控制系统架构设计
机械式冷却水泵没有控制系统ꎬ而电子水泵中控制系统是其最重要模块之一ꎮ本文设计的水泵控制系统包括控制核心㊁电机驱动器以及检测分析电路ꎮ其中控制核心选用汽车专用微控制器ꎮ汽车专用微控制器具有诸多汽车专用数据接口ꎬ同时具备良好的抗干扰特性ꎮ由于水泵工作环境温度经常超过１００ħ
ꎬ在此环境下ꎬ霍尔传感器极易失效[４]ꎬ且相比传统有刷电机水泵ꎬ无刷电机水泵效率可以提高３０％~５０％ꎬ电机体积小ꎬ通过控制芯片可以实现对转速㊁转矩㊁输出功率的控制[５]ꎬ因此本文设计的无刷直流电机(ｂｒｕｓｈｌｅｓｓｄｉｒｅｃｔｃｕｒ￣ｒｅｎｔｍｏｔｏｒꎬＢＬＤＣＭ)驱动电路不含霍尔传感器ꎮ检测分析电路主要接收发动机状态检测传感器组和水泵工作状态检测传感器组信号ꎬ反馈控制水泵工作参数ꎮ控制系统结构框图如图１所示ꎮ
２㊀电子水泵控制核心电路设计
电缆架空支架水泵控制系统的控制核心电路包括核心控制单元㊁环境温度采集系统㊁散热器出水口温度采集系统㊁电动机电流采集比较系统㊁电动机位置采集系统㊁冷却水温采集系统以及无刷直流电机ꎮ控制核心包括微处理器ＭＬＸ８１２００㊁总线控制器
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收稿日期:２０１８－１０－２９
作者简介：王华生(１９７４ )ꎬ男ꎬ高级工程师ꎬ硕士ꎬ主要研究方向为汽车冷却系统设计ꎬ１９４１４２６７＠ｑｑ.ｃｏｍ.通讯作者：朱昊ꎬｚｈｕｈａｏ＠ｎｊｉｔ.ｅｄｕ.ｃｎ.
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９２ ２０１９年２月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀机械设计与制造工程㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｆｅｂ.２０１９第４８卷第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＭａｃｈｉｎｅＤｅｓｉｇｎ
飞机部件修理ａｎｄＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.４８Ｎｏ.２
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