CN105197001A - 电动汽车真空泵控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车真空泵控制器，其真空压力传感器电路获取真空助力器内部的压力值，当压力值小于-50kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路开启电子真空泵，电子真空泵对真空助力器进行抽真空动作；当压力值到达-70kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路关闭真空泵，电子真空泵对真空助力器进行停止抽真空动作；本发明提高了获取真空压力传感器信号的准确性与可靠性，确保了真空泵气压传感器信号的精确度，有效地减少了真空压力传感器信号的失真，提高了真空泵控制器的性能。

Description

电动汽车真空泵控制器

技术领域

本发明涉及一种电动汽车真空泵控制器，尤其涉及一种电动汽车真空助力制动系统控制领域。

背景技术

随着当今车辆动力系统的多样化，直喷式、柴油机、混合动力或者全电动系统日益增加，因而，车辆所产生的真空大量降低。这就要求制动系统能给电动真空泵发送“开/关”指令信号，以扩大真空或在真空耗尽时，提供额外功率的电平供车辆制动之用。所以，及时了解已有的引擎真空量、并将该数据依次传送给制动控制器以产生足够的制动助力是至关重要的。

发明内容

针对以上问题本发明提供了一种成本低，占用空间小，获取真空压力传感器的信号更准确、可靠，且安全性更高、可靠性更强的电动汽车真空泵控制器。本发明包含真空压力传感器压力信号采集，单片机实时监控整个系统，电源多重保护稳定模块和电子真空泵驱动电流检测以及系统异常报警信号等多种安全保护设计的真空泵控制器。

为了解决以上问题本发明提供了一种电动汽车真空泵控制器，其特征在于：包括真空压力传感器电路、单片机电路、电源处理电路、电子真空泵驱动电路、电子真空泵工作电流检测电路、异常报警电路；

真空压力传感器电路获取真空助力器内部的压力值，当压力值小于-50kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路开启电子真空泵，电子真空泵对真空助力器进行抽真空动作；当压力值到达-70kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路关闭真空泵，电子真空泵对真空助力器进行停止抽真空动作；

电源处理电路提供稳定的电压给整个系统；从而保证了系统的高精度性，多重保护的电源转换电路及宽输入电压，保证了系统适用于多种恶劣的环境条件；

电子真空泵工作电流检测电路实时监测真空泵的工作状态，当电子真空泵工作异常时，单片机电路发出命令，异常报警电路输出异常信号；与此同时当整个外围模块如管路漏气等，此系统也能发出异常报警信号。

所述的电源处理电路由两级处理组成，第一级为将电源系统电压处理为需要的电压，此模块包括电源芯片U1，二极管D1、D3，TVS管D2，滤波电容C1、C2，启动电容C3，电感L1，电阻R1，R2，R3，R4；

来自整车的输入电压经过二极管D1到达电源芯片U1的电源引脚VIN，二极管D1的负极与电源芯片U1的电源引脚VIN之间分别连接有TVS管D2到地，滤波电容C2到地，电源芯片U1的电源引脚VIN与逻辑电平关闭输入引脚SHDN之间连接有电阻R1，逻辑电平关闭输入引脚SHDN连接有下拉电阻R2到地，电源芯片U1的SW场效应晶体管栅极偏置电压引脚CB连接启动电容C3到电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW连接电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW与电感L1之间有反接肖特基二极管D3到地；电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin之间有滤波电容C1到地，并且有反馈电阻R4到电源芯片U1的反馈引脚FB，同时电源芯片U1的反馈引脚FB连接有下拉电阻R3到地；输入电压达42V，能满足汽车电源系统瞬间高电压的现象。第二级为+5V稳定电压模块，该稳定电压模块包括滤波电容C4、C5，电源稳定芯片U2；电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin连接有滤波电容C4到地，电源稳定芯片U2的电源输出引脚Vout输出+5V电压并连接有滤波电容C5到地。该模块为后面的真空压力传感器电路、单片机电路、电子真空泵工作电流检测电路等提供稳定的电源。

所述的真空压力传感器电路包括真空压力传感器U3，滤波电容C7，低通电阻R5，低通电容C6；真空压力传感器U3的电源引脚VDD连接到+5V电压，并且真空压力传感器U3的电源引脚VDD有连接滤波电容C7到地，真空压力传感器U3的输出引脚VOUT串联电阻R5到单片机U4的GP2引脚，在串联电阻R5与单片机U4的GP2引脚之间有连接电容C6到地；其中真空压力传感器U3基于电容原理集成电路。它是表面微机械加工用在BICMOS工艺实现单片集成信号调理电路技术。真空压力传感器U3将压力转换成模拟输出信号，并通过低通滤波器将稳定的模拟电压信号传给单片机。

所述的电子真空泵驱动电路包括二极管D4，稳压管D5、D6、D10，三极管Q2，MOS管Q1，电阻R8、R9、R10、R11；单片机U4的GP5引脚输出信号到达电阻R10，单片机U4的GP5引脚与电阻R10之间接有上拉电阻R8到电源VCC，下拉稳压管D10到地，电阻R10的另一端连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接到地，三极管Q2的集电极连接到MOS管Q1的栅极G，三极管Q2的集电极与MOS管Q1的栅极G之间连接有上拉电阻R9到电源VCC，下拉有反向串联稳压管D5、D6到地，MOS管Q1的源极S连接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接到地，MOS管Q1的漏极D连接到二极管D4的正极，二极管D4的负极连接电源VCC；其中二极管D4用来在电机关闭时续流用，反接保护；稳压管D10用来保护单片机引脚；稳压管D5、D6对MOS管栅源GS钳位保护；电阻R11是采样电阻用来采集电子真空泵电流。当单片机引脚GP5输出低电平时，三极管Q2截止，MOS管输入端为高电平，MOS管导通，电子真空泵开启对真空助力器抽气；当单片机引脚GP5输出高电平时，三极管Q2导通，MOS管输入端为低电平，MOS管截止，电子真空泵关闭对真空助力器抽气。

所述的电子真空泵工作电流检测电路包括电阻R12，滤波电容C10、C11，电阻R13、R14、R15，运算放弃U5，稳压管D9；电子真空泵工作时的电流通过MOS管Q1源极S引脚流经与其串联的采样电阻R11，电流在采样电阻R11和MOS管Q1内耗的阻抗上分得的电压流经串联电阻R12达到运算放大器U5的同相输入端，其中电阻R12与运算放大器U5的同相端之间连接有滤波电容C11和稳压管D9到地，运算放大器U5的反向输入端分别连接有电阻R15到地和反馈电阻R14到运算放大器U5的输出端，运算放大器U5的输出端输出的电压信号通过串联电阻R13到达单片机U5的GP1引脚，运算放大器U5的电源引脚8接+5V电压并连接滤波电容C10到地。电子真空泵工作时，电流经采样电阻采样，到达运算放大器放大后，传输给单片机，单片机根据内部程序自动判别电子真空泵的工作状态。

所述的单片机电路包括汽车级8位单片机U4和外围接口电路组成；

外围接口电路包括芯片电源电路、复位电路、异常报警电路；

芯片电源电路包括滤波电容C9，单片机U4的电源输入引脚VDD接+5V电压并连接滤波电容C9到地，用以提供稳定的电源；

复位电路包括上拉电阻R6和滤波电容C8，上拉电阻R6一端连接至+5V电压，并且另一端连接到单片机的复位脚MCLR，单片机的复位脚MCLR还有连接一个电容C8到地；当单片机U4异常时能够接收到来自复位电路的复位信号，避免单片机死机；

异常报警电路包括电阻R7，单片机U4的输出引脚GP4与电阻R7串联，单片机U4输出引脚GP4输出异常报警高电平信号就是通过电阻R7达到ECU的，此异常报警信号及电路可以根据客户端要求制定。

有益效果：本发明内部集成有真空压力传感器，免去了现有很多方案中的真空泵控制器与真空压力传感器之间的线束与插件等之间的连接，这样不仅有效地节省了成本和空间，简化了真空泵控制器的结构，而且提高了获取真空压力传感器信号的准确性与可靠性，确保了真空泵气压传感器信号的精确度，有效地减少了真空压力传感器信号的失真，提高了真空泵控制器的性能。与此同时，真空控制器内部的电流检测和异常报警功能，能实时监测电子真空泵的工作状态和整个外部管路系统的气密性，能有效预防电子真空泵由于异常而损坏真空助力制动系统其他部件，此真空泵控制器保证了整个真空助力制动系统安全性和可靠性。

附图说明

图1为本发明电动汽车真空泵控制器的方框图。

图2为本发明电源处理电路原理图。

图3为本发明真空压力传感器电路原理图。

图4为本发明电子真空泵驱动电路原理图。

图5为本发明电子真空泵工作电流检测电路原理图。

图6为本发明单片机电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

如图1所示，本发明提供了一种电动汽车真空泵控制器，包括真空压力传感器电路、单片机电路、电源处理电路、电子真空泵驱动电路、电子真空泵工作电流检测电路、异常报警电路；

真空压力传感器获取真空助力器内部的压力值，当压力值小于-50kpa时，真空压力传感器传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路开启电子真空泵，电子真空泵对真空助力器进行抽真空动作；当压力值到达-70kpa时，真空压力传感器传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路关闭真空泵，电子真空泵对真空助力器进行停止抽真空动作；

电源处理电路提供稳定的电压给整个系统；从而保证了系统的高精度性，多重保护的电源转换电路及宽输入电压，保证了系统适用于多种恶劣的环境条件；

电子真空泵工作电流检测电路实时监测真空泵的工作状态，当电子真空泵工作异常时，单片机电路发出命令，异常报警电路输出异常信号；与此同时当整个外围模块如管路漏气等，此系统也能发出异常报警信号。

如图2所示，所述的电源处理电路由两级处理组成，第一级为将电源系统电压处理为需要的电压，此模块包括电源芯片U1，二极管D1、D3，TVS管D2，滤波电容C1、C2，启动电容C3，电感L1，电阻R1，R2，R3，R4；来自整车的输入电压经过二极管D1到达电源芯片U1的电源引脚VIN，二极管D1的负极与电源芯片U1的电源引脚VIN之间分别连接有TVS管D2到地，滤波电容C2到地，电源芯片U1的电源引脚VIN与逻辑电平关闭输入引脚SHDN之间连接有电阻R1，逻辑电平关闭输入引脚SHDN连接有下拉电阻R2到地，电源芯片U1的SW场效应晶体管栅极偏置电压引脚CB连接启动电容C3到电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW连接电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚SW与电感L1之间有反接肖特基二极管D3到地；电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin之间有滤波电容C1到地，并且有反馈电阻R4到电源芯片U1的反馈引脚FB，同时电源芯片U1的反馈引脚FB连接有下拉电阻R3到地；此功能模块具有电源极性反接保护，短路保护，宽输入电压达42V，能满足汽车电源系统瞬间高电压的现象。第二级为+5V稳定电压模块，该稳定电压模块包括滤波电容C4、C5，电源稳定芯片U2；电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin连接有滤波电容C4到地，电源稳定芯片U2的电源输出引脚Vout输出+5V电压并连接有滤波电容C5到地；该模块为后面的真空压力传感器电路、单片机电路、电子真空泵工作电流检测电路等提供稳定的电源。

如图3所示，所述的真空压力传感器电路包括真空压力传感器U3，滤波电容C7，低通电阻R5，低通电容C6；真空压力传感器U3的电源引脚VDD连接到+5V电压，并且真空压力传感器U3的电源引脚VDD有连接滤波电容C7到地，真空压力传感器U3的输出引脚VOUT串联电阻R5到单片机U4的GP2引脚，在串联电阻R5与单片机U4的GP2引脚之间有连接电容C6到地；其中真空压力传感器U3基于电容原理集成电路；它是表面微机械加工用在BICMOS工艺实现单片集成信号调理电路技术；真空压力传感器U3将压力转换成模拟输出信号，并通过低通滤波器将稳定的模拟电压信号传给单片机。

如图4所示，所述的电子真空泵驱动电路包括二极管D4，稳压管D5、D6、D10，三极管Q2，MOS管Q1，电阻R8、R9、R10、R11；

单片机U4的GP5引脚输出信号到达电阻R10，单片机U4的GP5引脚与电阻R10之间接有上拉电阻R8到电源VCC，下拉稳压管D10到地，电阻R10的另一端连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接到地，三极管Q2的集电极连接到MOS管Q1的栅极G，三极管Q2的集电极与MOS管Q1的栅极G之间连接有上拉电阻R9到电源VCC，下拉有反向串联稳压管D5、D6到地，MOS管Q1的源极S连接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接到地，MOS管Q1的漏极D连接到二极管D4的正极，二极管D4的负极连接电源VCC；

其中二极管D4用来在电机关闭时续流用，反接保护；稳压管D10用来保护单片机引脚；稳压管D5、D6对MOS管栅源GS钳位保护；电阻R11是采样电阻用来采集电子真空泵电流；当单片机引脚GP5输出低电平时，三极管Q2截止，MOS管输入端为高电平，MOS管导通，电子真空泵开启对真空助力器抽气；当单片机引脚GP5输出高电平时，三极管Q2导通，MOS管输入端为低电平，MOS管截止，电子真空泵关闭对真空助力器抽气。

如图5所示，所述的电子真空泵工作电流检测电路包括电阻R12，滤波电容C10、C11，电阻R13、R14、R15，运算放弃U5，稳压管D9；电子真空泵工作时的电流通过MOS管Q1源极S引脚流经与其串联的采样电阻R11，电流在采样电阻R11和MOS管Q1内耗的阻抗上分得的电压流经串联电阻R12达到运算放大器U5的同相输入端，其中电阻R12与运算放大器U5的同相端之间连接有滤波电容C11和稳压管D9到地，运算放大器U5的反向输入端分别连接有电阻R15到地和反馈电阻R14到运算放大器U5的输出端，运算放大器U5的输出端输出的电压信号通过串联电阻R13到达单片机U5的GP1引脚，运算放大器U5的电源引脚8接+5V电压并连接滤波电容C10到地。

电子真空泵工作时，电流经采样电阻采样，到达运算放大器放大后，传输给单片机，单片机根据内部程序自动判别电子真空泵的工作状态。

如图6所示，所述所述的单片机电路包括汽车级8位单片机U4和外围接口电路组成；

外围接口电路包括芯片电源电路、复位电路、异常报警电路；

芯片电源电路包括滤波电容C9，单片机U4的电源输入引脚VDD接+5V电压并连接滤波电容C9到地，用以提供稳定的电源；

复位电路包括上拉电阻R6和滤波电容C8，上拉电阻R6一端连接至+5V电压，并且另一端连接到单片机的复位脚MCLR，单片机的复位脚MCLR还有连接一个电容C8到地；当单片机U4异常时能够接收到来自复位电路的复位信号，避免单片机死机；

异常报警电路包括电阻R7，单片机U4的输出引脚GP4与电阻R7串联，单片机U4输出引脚GP4输出异常报警高电平信号就是通过电阻R7达到ECU的，此异常报警信号及电路可以根据客户端要求制定。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不限制于本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (6)

1.一种电动汽车真空泵控制器，其特征在于：包括真空压力传感器电路、单片机电路、电源处理电路、电子真空泵驱动电路、电子真空泵工作电流检测电路、异常报警电路；

真空压力传感器电路获取真空助力器内部的压力值，当压力值小于-50kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路开启电子真空泵，电子真空泵对真空助力器进行抽真空动作；当压力值到达-70kpa时，真空压力传感器电路传送信号给单片机电路，单片机电路发出命令给电子真空泵驱动电路，电子真空泵驱动电路关闭真空泵，电子真空泵对真空助力器进行停止抽真空动作；

电源处理电路提供稳定的电压给整个系统；

电子真空泵工作电流检测电路实时监测真空泵的工作状态，当电子真空泵工作异常时，单片机电路发出命令，异常报警电路输出异常信号；与此同时当整个外围模块出现异常时，异常报警电路也会发出异常报警信号。

2.根据权利要求1所述的电动汽车真空泵控制器，其特征在于：所述的电源处理电路由两级处理组成，第一级为将电源系统电压处理为需要的电压，此模块包括电源芯片U1，二极管D1、D3，TVS管D2，滤波电容C1、C2，启动电容C3，电感L1，电阻R1，R2，R3，R4；

第二级为+5V稳定电压模块，该稳定电压模块包括滤波电容C4、C5，电源稳定芯片U2；

来自整车的输入电压经过二极管D1到达电源芯片U1的电源引脚VIN，二极管D1的负极与电源芯片U1的电源引脚VIN之间分别连接有TVS管D2到地，滤波电容C2到地，电源芯片U1的电源引脚VIN与逻辑电平关闭输入引脚SHDN之间连接有电阻R1，逻辑电平关闭输入引脚SHDN连接有下拉电阻R2到地，电源芯片U1的Sw场效应晶体管栅极偏置电压引脚CB连接启动电容C3到电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚Sw，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚Sw连接电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin，电源芯片U1的功率场效应晶体管输出引脚Sw与电感L1之间有反接肖特基二极管D3到地；电感L1到电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin之间有滤波电容C1到地，并且有反馈电阻R4到电源芯片U1的反馈引脚FB，同时电源芯片U1的反馈引脚FB连接有下拉电阻R3到地；

电源稳定芯片U2的电源输入引脚Vin连接有滤波电容C4到地，电源稳定芯片U2的电源输出引脚Vout输出+5V电压并连接有滤波电容C5到地。

3.根据权利要求1所述的电动汽车真空泵控制器，其特征在于：所述的真空压力传感器电路包括真空压力传感器U3，滤波电容C7，低通电阻R5，低通电容C6；真空压力传感器U3的电源引脚VDD连接到+5V电压，并且真空压力传感器U3的电源引脚VDD有连接滤波电容C7到地，真空压力传感器U3的输出引脚VOUT串联电阻R5到单片机U4的GP2引脚，在串联电阻R5与单片机U4的GP2引脚之间有连接电容C6到地；

其中真空压力传感器U3基于电容原理集成电路；它是表面微机械加工用在BICMOS工艺实现单片集成信号调理电路技术；真空压力传感器U3将压力转换成模拟输出信号，并通过低通滤波器将稳定的模拟电压信号传给单片机。

4.根据权利要求1所述的电动汽车真空泵控制器，其特征在于：所述的电子真空泵驱动电路包括二极管D4，稳压管D5、D6、D10，三极管Q2，MOS管Q1，电阻R8、R9、R10、R11；

单片机U4的GP5引脚输出信号到达电阻R10，单片机U4的GP5引脚与电阻R10之间接有上拉电阻R8到电源VCC，下拉稳压管D10到地，电阻R10的另一端连接到三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极连接到地，三极管Q2的集电极连接到MOS管Q1的栅极G，三极管Q2的集电极与MOS管Q1的栅极G之间连接有上拉电阻R9到电源VCC，下拉有反向串联稳压管D5、D6到地，MOS管Q1的源极S连接到电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接到地，MOS管Q1的漏极D连接到二极管D4的正极，二极管D4的负极连接电源VCC；

其中二极管D4用来在电机关闭时续流用，反接保护；稳压管D10用来保护单片机引脚；稳压管D5、D6对MOS管栅源GS钳位保护；电阻R11是采样电阻用来采集电子真空泵电流；当单片机引脚GP5输出低电平时，三极管Q2截止，MOS管输入端为高电平，MOS管导通，电子真空泵开启对真空助力器抽气；当单片机引脚GP5输出高电平时，三极管Q2导通，MOS管输入端为低电平，MOS管截止，电子真空泵关闭对真空助力器抽气。

5.根据权利要求4所述的电动汽车真空泵控制器，其特征在于：电子真空泵工作电流检测电路包括电阻R12，滤波电容C10、C11，电阻R13、R14、R15，运算放弃U5，稳压管D9；电子真空泵工作时的电流通过MOS管Q1源极S引脚流经与其串联的采样电阻R11，电流在采样电阻R11和MOS管Q1内耗的阻抗上分得的电压流经串联电阻R12达到运算放大器U5的同相输入端，其中电阻R12与运算放大器U5的同相端之间连接有滤波电容C11和稳压管D9到地，运算放大器U5的反向输入端分别连接有电阻R15到地和反馈电阻R14到运算放大器U5的输出端，运算放大器U5的输出端输出的电压信号通过串联电阻R13到达单片机U5的GP1引脚，运算放大器U5的电源引脚8接+5V电压并连接滤波电容C10到地；

电子真空泵工作时，电流经采样电阻采样，到达运算放大器放大后，传输给单片机，单片机根据内部程序自动判别电子真空泵的工作状态。

6.根据权利要求1所述的电动汽车真空泵控制器，其特征在于：所述的单片机电路包括汽车级8位单片机U4和外围接口电路；

外围接口电路包括芯片电源电路、复位电路、异常报警电路；

芯片电源电路包括滤波电容C9，单片机U4的电源输入引脚VDD接+5V电压并连接滤波电容C9到地；

复位电路包括上拉电阻R6和滤波电容C8，上拉电阻R6一端连接至+5V电压，并且另一端连接到单片机的复位脚MCLR，单片机的复位脚MCLR还有连接一个电容C8到地；当单片机U4异常时能够接收到来自复位电路的复位信号；

异常报警电路包括电阻R7，单片机U4的输出引脚GP4与电阻R7串联，单片机U4输出引脚GP4输出异常报警高电平信号就是通过电阻R7达到ECU的。