摘要：汽车电动水泵（以下简称电动水泵）作为整车用电器系统的一部分，其接口是与VCU通信的桥梁，故电动水泵的接口设计尤为重要。本文介绍了不同的电动水泵接口设计方案，并对各方案的通信协议、应用范围及优缺点进行了分析说明。本文介绍的方案可有效地指导产品设计及优化。
关键词：电动水泵；接口设计；PWM通信；LIN通信
1前言
随着技术的不断革新，整车系统已实现了智能化、数字化。作为车辆热管理系统的重要部件，电动水泵需要接收VCU的指令完成相应动作，同时需将自身的工作状态反馈至VCU。因此，接口设计具有重要意义，选取合适的接口设计方案能够提高电动水泵的可靠性和竞争力。
2接口设计
根据目前的整车通信协议要求以及电动水泵的实际应用场景，按照端子数量，电动水泵接口主要有2PIN接口、3PIN接口、4PIN接口三种方案。
2.12PIN接口
2PIN接口是指电动水泵接口端子数量为2。电动水泵的核心是控制器和电机，因此2PIN接口的PIN定义分别为电源正和电源地，无控制信号引脚。VCU控制电动水泵的工作状态，图2为2PIN接口电动水泵的应用电路。VCU通过控制继电器，从而间接实现对电动水泵的控制。
2.23PIN接口
3PIN接口是指电动水泵接口端子数量为3。3PIN接口的PIN定义分别为电源正、电源地，以及控制信号引脚。VCU通过控制信号引脚控制电动水泵的工作状态，3PIN接口的电动水泵有两种控制协议，分别是PWM控制和LIN控制。（1）PWM控制。3PIN接口的PWM控制又称为PWM单线控制。电动水泵既通过PWM接口读取VCU的调速信号，同时又将自身的工作状态通过PWM接口反馈至VCU，即PWM接口具备双向通信功能。电动水泵和VCU都能读取PWM接口上的电平，同时也能控制PWM接口上的电平，在电路上要求电动水泵和VCU的PWM接口为开集输出或开漏输出，参考电路如图4所示。PWM线上的电平是由电动水泵和VCU共同决定的。（2）LIN控制。LIN总线（Local Interconnect Network）是针对汽车分布式电子系统而定义的一种低成本的串行通讯网络，在整车对网络的带宽、性能或容错功能没有过高要求的控制系统中应用广泛。同时LIN接口为单线控制，大大简化了整车的电气连接。3PIN接口的LIN控制应用电路如图5所示。此方案需要电动水泵内部具备LIN通信的硬件电路。
2.34PIN接口
4PIN接口是指指电动水泵接口端子数量为4。4PIN接口的PIN定义分别为电源正、电源地，以及控制信号引脚1、控制信号引脚2，如图6所示。VCU控制通过两个控制信号引脚和电动水泵实现通信功能，4PIN接口的电动水泵有两种控制协议，分别是PWM控制和CAN控制。（1）PWM控制。4PIN接口的PWM控制又称为PWM双线控制。电动水泵通过PWM输入接口读取VCU的调速信号，同时将自身的工作状态通过PWM输出接口反馈至VCU，即每个PWM接口都是单向通信，参考电路如图7所示。电动水泵实时检测VCU发出的PWM信号（即PWM_IN）的占空比，然后根据调速曲线控制电机的转速；同时电动水泵在发生故障时（如过压、欠压、空转、堵转等），可以将故障信息转换为PWM信号的占空比，通过PWM_OUT发送给VCU。（2）CAN控制。CAN总线（Controller Area Network）是控制器局域网络的简称，是国际上应用最广泛的现场总线之一，CAN总线协议已经成为汽车计算机控制系统的标准总线。3PIN接口的CAN控制应用电路如图8所示。此方案需要电动水泵内部具备CAN通信的硬件电路，如CAN收发器等。同时，CAN控制对电动水泵的软件设计要求较高。
3接口方案对比
（1）2PIN接口的电动水泵又称为开关水泵，控制简单。由于电动水泵无控制信号接口，VCU无法与电动水泵实现通信，必须通过继电器等开关控制电动水泵的工作状态。电动水泵无调速功能，也不能将自身的工作状态反馈至VCU。（2）3PIN接口的电动水泵设计较为复杂，特别是PWM单线控制方案，对电动水泵和VCU的硬件电路有严格的要求，必须为开集输出或开漏输出，否则无法实现通信功能。LIN控制方案电气连接简单，软件操作方便，可以传输更多的信息量。（3）4PIN接口的电动水泵电气连接要求高，PWM双线控制方案软件设计简单，硬件电路无特殊要求。CAN控制方案可靠性高，但是需要和整车的CAN网络进行匹配测试，试验较为复杂。
4小结
在整车用电器系统中，VCU控制电动水泵的工作，电动水泵的接口需要和VCU的接口进行包括电气参数在内的充分匹配，才能保证系统的稳定可靠。本文中的电动水泵的多种接口设计方案适用于多种电动水泵产品，对电动水泵的可行性分析和开发优化等有重要意义。在实际应用过程中，应根据客户需求和电动水泵的性能设计要求确定合适的接口设计方案。
参考文献：
[1]娄锋,卢明,陈恩辉.浅析新能源汽车上电动水泵的应用[J].汽车实用技术,2018(07):9-11+27.
[2]曹海平.电动水泵在新能源汽车上的应用[J].汽车与配件,2013(23):20-21.
作者:袁书豪 杨晓荷 单位:河南省西峡汽车水泵股份有限公司技术中心
