汽车电子水泵常转问题分析与解决方案

王晓丽 侯丽 孙萧

【摘  要】汽车用主电子水泵集无位置传感器的永磁无刷直流电机为一体的水泵，永磁无刷电机主要由电机本体以及逆变器和控制器组成的电子换相电路组成。本文主要探讨汽车电子水泵常转问题与解决方案，希望为相关问题的解决提供参考。

【关键词】电子水泵；控制器；主芯片

中图分类号：U463.6    文献标志码：B    文章编号：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

水泵控制器主要通过印刷于电路板上的主芯片控制来依次触发6个功率元器件两两导通，在绕组中建立旋转的磁场，并使该磁场与转子永磁体的磁场成一定角度，以产生电磁转矩来驱动电机旋转，从而实现水泵的功能，而主芯片作为控制器的大脑，主导着水泵作为一个智能元器件的运行及反馈等。

1  引言

随着国家排放法规的日趋严格及新能源的快速发展，汽车领域智能化控制水泵和油泵的应用越来越广泛，已达到更高标准的节能减排；智能化程度越高越广，对智能化的核心部件控制器芯片的需求就越高越多，而受全球经济形势及资源紧缺的影响，车规级通用可刷写芯片更是成为了当仁不让的紧俏之首。本文通过对实际应用过程中控制器芯片的失效案例进行分析，提出解决方案。

智能化控制水泵即电子水泵，其控制器主芯片多为16位或者更高位数的单片机，以高效实现其无刷直流电机控制的FOC算法。芯片的失效故然有本身品质问题导致的，也有其生产过程中管控不合理导致的，更多的原因是由于在电路设计过程中，其不合理的匹配设计造成的。下文就控制器的失效实例进行分析并提出解决方案。

2  问题描述与分析

某电子水泵在车辆熄火且ECM休眠后出现异常高速运转，在车辆上电或启动恢复正常通信后故障消失，且水泵恢复正常通信状态，当再次熄火休眠后仍异常运转，同时车辆蓄电池为亏电状态。故障原理如图1所示。

原因分析：通过水泵异常转速检测确定水泵转速为额定转速，同时ECM为休眠状态，LIN通信无转速需求信号发出，故障可能为PWM通信发生异常导致水泵紧急运行。首先进行PWM回路检查，根据PWM回路原理图进行分析，确定排查方向，总结出图2所示的失效故障树。

电子水泵正极针脚接常电KL30，电源端12V电压通过芯片集成的电源转换电路转换为芯片所用的5V电压后，通过芯片引脚VDDEXT输出，而此水泵PWM回路在判断蓄电池高低时调用了此引脚，通过VDDEXT引脚输入电压高低，并在取反后输入PWM IN端，从而实现PWM正常通信。PWM回路工作原理如图3所示。

芯片VDDEXT引脚为芯片5V电压转换引脚，为保护芯片，此引脚设定了3种自保护策略，详见图4，触发引脚自保护策略阈值后，芯片自动关断进行芯片的自我保护，PWM端因此误读其为高电平状态，因此启动紧急运行模式运转。

3  故障复现

锁定故障机理后，通过故障模拟器对电子水泵进行故障复现，发现在水泵端输入电压Vs降低到一定数值后，且芯片VDDEXT引脚端电压降低到2.8V以下，触发芯片自保护功能而关断该引脚以保护芯片自身，此时VDDEXT实际上处于低电平状态，PWM通过电路取反原理误判为高电平且此时LIN通信处于无输出状态，因此输出高电平指令，从而水泵进行紧急运行。该故障模式只有在芯片重新复位后才能恢复正常，芯片复位的两个条件只有同时满足后才会执行复位操作，即Vs电压在＜3V瞬间，且VDDEXT达到0V。

在整车实车上同时按蓄电池亏电或线束虚接两种工况进行故障复现模拟，均能触发芯片此种故障模式，且VDDEXT电压不归零情况下，此种故障模式永远存在，见图5。

因此，最终确定整车蓄电池在亏电或虚接两种工况条件下，整车在启动瞬间拉低输入电压3V以下且未达到芯片VDDEXT引脚自动复位条件下就触发了芯片VDDEXT引脚自保护功能，水泵误判，从而导致PWM执行了错误操作进行紧急运行。

4  措施实施

总结以上调查结果，通过综合分析，制定以下两种整改方案。

1）硬件优化：增加外部电压转换电路来代替芯片自带转换电路，屏蔽掉VDDEXT自保护功能，如图6所示。

2）软件优化：硬件电路不做调整，在软件上调用芯片上其他引脚替代VDDEXT對PWM高低蓄电池判断功能，屏蔽掉其自保护功能，如图7所示。

两种方案从技术角度验证均可解决此故障，但硬件优化方案需要将电路板上硬件电路进行重新设计，周期较长且设计不当会导致EMC等问题，经可实施性及经济性评估后，确定最终优化方案为软件更新，此方案不需要将整个电路板硬件上做较大的调整，同时避免了芯片的自保护。

措施实施后，各个车型实车在亏电及虚接工况下进行清零重设的多次验证，措施验证有效。

5  经验总结

电控芯片由于其核心的制造工艺及控制逻辑，很少为外界所熟知，因此不同芯片厂家在确定芯片型号过程中会提供相应的技术支持，控制器供应商会根据其推荐的方案进行匹配设计，然而由于终端客户用车的不确定性，因此在芯片运用过程中会出现很多超出常规的意外情况，因此后期在电控芯片选用时，需详细了解各芯片供应商提供的产品规格书及推荐技术方案与实际应用环境的匹配性，以防因应用不当导致的故障问题。

（编辑  凌  波）