汽車電子水泵常轉問題分析與解決方案

王曉麗 侯麗 孫蕭

【摘? 要】汽車用主電子水泵集無位置傳感器的永磁無刷直流電機為一體的水泵，永磁無刷電機主要由電機本體以及逆變器和控制器組成的電子換相電路組成。本文主要探討汽車電子水泵常轉問題與解決方案，希望為相關問題的解決提供參考。

【關鍵詞】電子水泵；控制器；主芯片

中圖分類號：U463.6? ? 文獻標志碼：B? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）04-0064-02

【Abstract】The main electronic water pump for automobile is a permanent magnet BLDC motor without position sensor as a whole. The permanent magnet BLDC motor mainly consists of the motor body and electronic commutation circuit composed of inverter and controller. This paper mainly discusses the problems and solutions of automotive electronic water pump，hoping to provide reference for solving related problems.

【Key words】electronic water pump；controller；main chip

水泵控制器主要通過印刷于電路板上的主芯片控制來依次觸發6個功率元器件兩兩導通，在繞組中建立旋轉的磁場，并使該磁場與轉子永磁體的磁場成一定角度，以產生電磁轉矩來驅動電機旋轉，從而實現水泵的功能，而主芯片作為控制器的大腦，主導著水泵作為一個智能元器件的運行及反饋等。

1? 引言

隨著國家排放法規的日趨嚴格及新能源的快速發展，汽車領域智能化控制水泵和油泵的應用越來越廣泛，已達到更高標準的節能減排；智能化程度越高越廣，對智能化的核心部件控制器芯片的需求就越高越多，而受全球經濟形勢及資源緊缺的影響，車規級通用可刷寫芯片更是成為了當仁不讓的緊俏之首。本文通過對實際應用過程中控制器芯片的失效案例進行分析，提出解決方案。

智能化控制水泵即電子水泵，其控制器主芯片多為16位或者更高位數的單片機，以高效實現其無刷直流電機控制的FOC算法。芯片的失效故然有本身品質問題導致的，也有其生產過程中管控不合理導致的，更多的原因是由于在電路設計過程中，其不合理的匹配設計造成的。下文就控制器的失效實例進行分析并提出解決方案。

2? 問題描述與分析

某電子水泵在車輛熄火且ECM休眠后出現異常高速運轉，在車輛上電或啟動恢復正常通信后故障消失，且水泵恢復正常通信狀態，當再次熄火休眠后仍異常運轉，同時車輛蓄電池為虧電狀態。故障原理如圖1所示。

原因分析：通過水泵異常轉速檢測確定水泵轉速為額定轉速，同時ECM為休眠狀態，LIN通信無轉速需求信號發出，故障可能為PWM通信發生異常導致水泵緊急運行。首先進行PWM回路檢查，根據PWM回路原理圖進行分析，確定排查方向，總結出圖2所示的失效故障樹。

電子水泵正極針腳接常電KL30，電源端12V電壓通過芯片集成的電源轉換電路轉換為芯片所用的5V電壓后，通過芯片引腳VDDEXT輸出，而此水泵PWM回路在判斷蓄電池高低時調用了此引腳，通過VDDEXT引腳輸入電壓高低，并在取反后輸入PWM IN端，從而實現PWM正常通信。PWM回路工作原理如圖3所示。

芯片VDDEXT引腳為芯片5V電壓轉換引腳，為保護芯片，此引腳設定了3種自保護策略，詳見圖4，觸發引腳自保護策略閾值后，芯片自動關斷進行芯片的自我保護，PWM端因此誤讀其為高電平狀態，因此啟動緊急運行模式運轉。

3? 故障復現

鎖定故障機理后，通過故障模擬器對電子水泵進行故障復現，發現在水泵端輸入電壓Vs降低到一定數值后，且芯片VDDEXT引腳端電壓降低到2.8V以下，觸發芯片自保護功能而關斷該引腳以保護芯片自身，此時VDDEXT實際上處于低電平狀態，PWM通過電路取反原理誤判為高電平且此時LIN通信處于無輸出狀態，因此輸出高電平指令，從而水泵進行緊急運行。該故障模式只有在芯片重新復位后才能恢復正常，芯片復位的兩個條件只有同時滿足后才會執行復位操作，即Vs電壓在＜3V瞬間，且VDDEXT達到0V。

在整車實車上同時按蓄電池虧電或線束虛接兩種工況進行故障復現模擬，均能觸發芯片此種故障模式，且VDDEXT電壓不歸零情況下，此種故障模式永遠存在，見圖5。

因此，最終確定整車蓄電池在虧電或虛接兩種工況條件下，整車在啟動瞬間拉低輸入電壓3V以下且未達到芯片VDDEXT引腳自動復位條件下就觸發了芯片VDDEXT引腳自保護功能，水泵誤判，從而導致PWM執行了錯誤操作進行緊急運行。

4? 措施實施

總結以上調查結果，通過綜合分析，制定以下兩種整改方案。

1）硬件優化：增加外部電壓轉換電路來代替芯片自帶轉換電路，屏蔽掉VDDEXT自保護功能，如圖6所示。

2）軟件優化：硬件電路不做調整，在軟件上調用芯片上其他引腳替代VDDEXT對PWM高低蓄電池判斷功能，屏蔽掉其自保護功能，如圖7所示。

兩種方案從技術角度驗證均可解決此故障，但硬件優化方案需要將電路板上硬件電路進行重新設計，周期較長且設計不當會導致EMC等問題，經可實施性及經濟性評估后，確定最終優化方案為軟件更新，此方案不需要將整個電路板硬件上做較大的調整，同時避免了芯片的自保護。

措施實施后，各個車型實車在虧電及虛接工況下進行清零重設的多次驗證，措施驗證有效。

5? 經驗總結

電控芯片由于其核心的制造工藝及控制邏輯，很少為外界所熟知，因此不同芯片廠家在確定芯片型號過程中會提供相應的技術支持，控制器供應商會根據其推薦的方案進行匹配設計，然而由于終端客戶用車的不確定性，因此在芯片運用過程中會出現很多超出常規的意外情況，因此后期在電控芯片選用時，需詳細了解各芯片供應商提供的產品規格書及推薦技術方案與實際應用環境的匹配性，以防因應用不當導致的故障問題。

（編輯? 凌? 波）