CN108594732A - 单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车冷却风扇领域，涉及一种单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法，通过设计脉宽信号控制单元和故障反馈信号控制单元，将脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，使用一个接插件的接线引脚，减少了接线引脚的数量，降低了制造成本，实现单个引脚控制传输两种不同的信号；而且解决了多种输入信号的控制器无法将冷却风扇运行故障反馈给发动机的问题，能够增加控制器的适用性，降低实现相同功能时控制器的制造成本。

Description

单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车冷却风扇领域，具体而言，涉及一种单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法。

背景技术

发动机冷却风扇主要用于汽车发动机舱内的冷却工作，风扇通过直接向水冷冷凝片吹风的方式，将冷凝片上的热量带出发动机舱，提高发动机舱的整体散热效率，防止发动机过热导致的一系列机械故障以及可能带来的危险隐患，确保行车安全。传统的发动机冷却风扇为4-5档电阻式变速，可调速范围受限大，且没有监控/保护/信息反馈功能，在非正常工作状态下无法有效及时地向驾驶者提供当前风扇的状态信息，因此可能带来行车安全的隐患。且由于变档范围的限定，因此无法对风速实现智能精确调节。脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation简称PWM)控制方式具有精确地风速调节能力。它是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法，通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。只要带宽足够宽，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。其优点在于从处理器到被控系统信号都是数字形式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小；同时，通过数字方式控制模拟电路，可以大幅度降低系统的成本和功耗。此外，许多微控制器(Micro Controller Unit简称MCU)和数字信号处理器(Digital SignalProcessor简称DSP)已经在芯片上包含了PWM控制器，这使数字控制的实现变得更加容易。

发动机冷却风扇控制器需要控制多种信号，包括脉宽输入控制信号、电压输入控制信号、Lin输入控制信号以及多种输出反馈信号，目前现有技术中信号端口大多仅使用了脉宽输入控制信号，也有使用多种输入控制信号的，但是这种控制器检测到设备故障时无法反馈给发动机控制器，会导致发动机在非正常工况下工作，对发动机造成伤害。但是如果要使用故障反馈信号又需要增加接插件引脚数，增加了接插件制造成本，且降低了控制器的适用性。

现有技术中发动机冷却风扇控制器单个接插件(单端口)普遍控制一种输入或输出信号，如果要控制多种信号，通常的技术手段是增加接插件数量和信号端口数量，这会导致控制器的制造成本增加较多，且在某些应用场合，由于空间所限，接插件的数量和引脚数量是有限的，为了满足功能需要，必须在单端口上实现控制多种信号，而在单端口上要实现控制多种信号，最关键的技术手段就是设计出合适的电子元器件组合和连接关系，单端口上需要控制的信号种类越多及信号之间的差异性越大，对于设计出合适的电子元器件组合和连接关系的技术难度就越大，预期实现的可能性就越小。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

本发明提供了一种单引脚双信号冷却风扇控制装置，包括

脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；和

故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；

所述脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，

接线引脚A输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；

所述故障反馈信号控制单元输入端接收一定频率和脉宽的信号，并通过接线引脚A输出。

在本发明较佳的实施例中，还包括微处理器，所述脉宽信号控制单元输出端和故障反馈信号控制单元输入端分别与微处理器的对应引脚电连接。

在本发明较佳的实施例中，所述微处理器包括定时器捕获单元和微控制单元，所述脉宽信号控制单元输出端与定时器捕获单元连接，适于对脉宽信号进行捕捉；

通过微控制单元分析处理捕捉的脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A输出与ECU连接连接。

在本发明较佳的实施例中，所述脉宽信号控制单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电容C39和三极管Q4；

所述三极管Q4的集电极通过电阻R37与脉宽信号控制单元输出端连接，所述三极管Q4的集电极通过电阻R38与+12V电源连接，所述三极管Q4的基极依次连接电阻R40的一端、电容C39的一端和电阻R39的一端，电阻R40和电容C39的另一端与地连接，所述电阻R39的另一端与接线引脚A连接。

在本发明较佳的实施例中，所述故障反馈信号控制单元包括电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R36和三极管Q3，

所述故障反馈信号控制单元输入端与电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端与三极管Q3的基极连接，所述电容C36的一端与故障反馈信号控制单元输入端连接，所述电容C36的另一端与地连接，所述电阻R36一端与三极管Q3的基极连接，另一端与地连接；

所述三极管Q3的集电极通过并联的电阻R31和电阻R34与+12V电源连接，所述三极管Q3的集电极与电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端与接线引脚A连接，所述电容C34的一端和电容C37的一端串联，所述电容C34的另一端与三极管Q3的集电极连接，电容C37的另一端与地连接，所述电容C35的一端和电容C38的一端串联，所述电容C35的另一端与接线引脚A连接，电容C38的另一端与地连接；

所述三极管Q3的发射极接地。

在本发明较佳的实施例中，还包括功率驱动单元，所述微处理器通过功率驱动单元控制无刷电机。

在本发明较佳的实施例中，所述微处理器、脉宽信号控制单元、故障反馈信号控制单元和功率驱动单元集成在一个模块上。

一种单引脚双信号冷却风扇控制装置的控制方法，包括

脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；

故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；和微处理器，

所述脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，

接线引脚A输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；微控制单元分析处理实时捕捉脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A输出。

相对于现有技术，本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例提供了一种单引脚双信号冷却风扇控制装置及其控制方法，通过设计脉宽信号控制单元和故障反馈信号控制单元，将脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，使用一个接插件的接线引脚，减少了接线引脚的数量，降低了制造成本，实现单个引脚控制传输两种不同的信号；而且解决了多种输入信号的控制器无法将冷却风扇运行故障反馈给发动机的问题，能够增加控制器的适用性，降低实现相同功能时控制器的制造成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明提供的单引脚双信号冷却风扇控制装置的系统图；

图2是脉宽信号控制单元和故障反馈信号控制单元的电路图；

图3是本发明提供的单引脚双信号冷却风扇控制装置的原理图；

图4是微处理器与信号输入/输出端的连接关系示意图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

实施例

请参阅图1、2和4，本发明实施例提供了一种单引脚双信号冷却风扇控制装置，包括微处理器、脉宽信号控制单元1和故障反馈信号控制单元2，脉宽信号控制单元1包括脉宽信号控制单元输入端11和脉宽信号控制单元输出端12；故障反馈信号控制单元2包括故障反馈信号控制单元输入端21和故障反馈信号控制单元输出端22；脉宽信号控制单元输出端12和故障反馈信号控制单元输入端21分别与微处理器的对应引脚电连接，如图2和4所示，脉宽信号控制单元输出端12与微处理器LIN0引脚(引脚1)连接，微处理器的LIN0引脚(引脚1)上连接电容C70的一端，其大小为220pF，C70的另一端接地，故障反馈信号控制单元输入端21与微处理器PP0/EVDD1/KWP0/PWM0_0/ECLK/FAULT5引脚(引脚61)连接，脉宽信号控制单元输入端11与故障反馈信号控制单元输出端22连接在同一接线引脚A3上，接线引脚A3输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端12为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端12为高电平；故障反馈信号控制单元输入端21接收一定频率和脉宽的信号，并通过接线引脚A3输出。

在一种具体实施例中，微处理器包括定时器捕获单元和微控制单元，脉宽信号控制单元输出端12与定时器捕获单元连接，适于对脉宽信号进行捕捉；通过微控制单元分析处理捕捉的脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A3输出。与ECU连接

请参考图2，脉宽信号控制单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电容C39和三极管Q4；三极管Q4的集电极通过电阻R37与脉宽信号控制单元输出端12连接，三极管Q4的集电极通过电阻R38与+12V电源连接，三极管Q4的基极依次连接电阻R40的一端、电容C39的一端和电阻R39的一端，电阻R40和电容C39的另一端与地连接，电阻R39的另一端与接线引脚A3连接；故障反馈信号控制单元包括电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R36和三极管Q3，故障反馈信号控制单元输入端21与电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与三极管Q3的基极连接，电容C36的一端与故障反馈信号控制单元输入端21连接，电容C36的另一端与地连接，电阻R36一端与三极管Q3的基极连接，另一端与地连接；三极管Q3的集电极通过并联的电阻R31和电阻R34与+12V电源连接，三极管Q3的集电极与电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端与接线引脚A3连接，电容C34的一端和电容C37的一端串联，电容C34的另一端与三极管Q3的集电极连接，电容C37的另一端与地连接，电容C35的一端和电容C38的一端串联，电容C35的另一端与接线引脚A3连接，电容C38的另一端与地连接；

三极管Q3的发射极接地。

作为优先，还包括功率驱动单元，微处理器通过功率驱动单元控制无刷电机。

作为优先，微处理器、脉宽信号控制单元、故障反馈信号控制单元和功率驱动单元集成在一个模块上。

一种单引脚双信号冷却风扇控制装置的控制方法，包括

脉宽信号控制单元，脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端11和脉宽信号控制单元输出端12；

故障反馈信号控制单元，故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端21和故障反馈信号控制单元输出端22；和微处理器，

脉宽信号控制单元输入端11与故障反馈信号控制单元输出端22连接在同一接线引脚A3上，

接线引脚A3输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端12为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端12为高电平；微控制单元分析处理实时捕捉脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端21发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A3输出。

微处理器通过功率驱动单元控制冷却风扇，微处理器与脉宽信号输入端及故障反馈控制信号输出端的连接关系如图4所示。

故障反馈信号单元可以检测的故障反馈信号包括电源开路故障、电源短路故障、电源电压过压故障、电源电压过低故障、冷却风扇堵转故障、冷却风扇开路故障、冷却风扇失步故障、冷却风扇过流故障，这些故障反馈信号是相同频率不同占空比的信号。

工作原理如下：

请参考图3所示，在上电后，接线引脚A3等待脉宽信号输入，微处理器中定时器捕获单元采集脉宽控制信号并计算采集到的脉冲宽度与频率，根据采集到的脉宽信号的宽度来计算当前发动机无刷电机冷却风扇所需要的转速，在冷却风扇运行的过程中每隔1ms检测是否有故障发生，如果有故障发生则会将无刷电机冷却风扇停止运行，然后每隔3秒钟重新启动，判断是否能够检测到故障的存在，如果连续启动5次均能够检测出故障的存在，那么冷却风扇控制器会根据检测出的故障输出相同频率不同占空比的故障反馈控制信号。

如图2和图4所示，在接线引脚A3接入PWM脉宽信号时，当输入的PWM脉宽信号为高电平时，此时高电平经过电阻R39与电阻R40分压之后连接至三极管Q4的基极，此时三极管Q4处于饱和状态三极管的集电极电压为低电平，此信号与电阻R37串联，连接至微处理器输入口的PWM_IN信号也为低电平，当输入的PWM脉宽信号为低电平时，此时低电平经过电阻R39与电阻R40分压之后连接至三极管Q4的基极，此时三极管Q4处于截止状态三极管的集电极电压为高电平，此信号与电阻R37串联，连接至微处理器输入口的PWM_IN信号也为高电平。脉宽信号的输入端，经过脉宽控制单元转换之后连接至微处理器的定时器捕获单元对输入的脉宽信号进行捕获。控制器检测到有故障发生时，故障反馈信号会通过微处理器的输出端口输出一定频率与脉宽的信号，此信号再通过故障反馈控制单元输出至故障反馈接口。故障信号输出一定频率的脉宽信号，故障反馈信号的频率与输入的脉宽信号的频率不同，故障反馈信号输出至发动机控制器ECU，经过发动机控制器ECU硬件与软件滤波之后，方便发动机ECU控制单元区分是故障反馈信号还是脉宽输出信号，故障反馈信号的频率与脉宽可以通过微处理器的PWM控制器设定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于：包括

脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；和

故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；

所述脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，

接线引脚A输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；

所述故障反馈信号控制单元输入端接收一定频率和脉宽的信号，并通过接线引脚A输出。

2.如权利要求1所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于，

还包括微处理器，所述脉宽信号控制单元输出端和故障反馈信号控制单元输入端分别与微处理器的对应引脚电连接。

3.如权利要求2所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于，

所述微处理器包括定时器捕获单元和微控制单元，所述脉宽信号控制单元输出端与定时器捕获单元连接，适于对脉宽信号进行捕捉；

通过微控制单元分析处理捕捉的脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A输出。

4.如权利要求3所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于：

所述脉宽信号控制单元包括电阻R37、电阻R38、电阻R39、电阻R40、电容C39和三极管Q4；

所述三极管Q4的集电极通过电阻R37与脉宽信号控制单元输出端连接，所述三极管Q4的集电极通过电阻R38与+12V电源连接，所述三极管Q4的基极依次连接电阻R40的一端、电容C39的一端和电阻R39的一端，电阻R40和电容C39的另一端与地连接，所述电阻R39的另一端与接线引脚A连接。

5.如权利要求3所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于，

所述故障反馈信号控制单元包括电容C34、电容C35、电容C36、电容C37、电容C38、电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R36和三极管Q3，

所述故障反馈信号控制单元输入端与电阻R35的一端连接，所述电阻R35的另一端与三极管Q3的基极连接，所述电容C36的一端与故障反馈信号控制单元输入端连接，所述电容C36的另一端与地连接，所述电阻R36一端与三极管Q3的基极连接，另一端与地连接；

所述三极管Q3的集电极通过并联的电阻R31和电阻R34与+12V电源连接，所述三极管Q3的集电极与电阻R32的一端连接，电阻R32的另一端与接线引脚A连接，所述电容C34的一端和电容C37的一端串联，所述电容C34的另一端与三极管Q3的集电极连接，电容C37的另一端与地连接，所述电容C35的一端和电容C38的一端串联，所述电容C35的另一端与接线引脚A连接，电容C38的另一端与地连接；

所述三极管Q3的发射极接地。

6.如权利要求2所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于，

还包括功率驱动单元，所述微处理器通过功率驱动单元控制无刷电机。

7.如权利要求8所述的单引脚双信号冷却风扇控制装置，其特征在于，

所述微处理器、脉宽信号控制单元、故障反馈信号控制单元和功率驱动单元集成在一个模块上。

8.一种单引脚双信号冷却风扇控制装置的控制方法，其特征在于，包括

脉宽信号控制单元，所述脉宽信号控制单元包括脉宽信号控制单元输入端和脉宽信号控制单元输出端；

故障反馈信号控制单元，所述故障反馈信号控制单元包括故障反馈信号控制单元输入端和故障反馈信号控制单元输出端；和微处理器，

所述脉宽信号控制单元输入端与故障反馈信号控制单元输出端连接在同一接线引脚A上，

接线引脚A输入为PWM脉宽信号，当PWM脉宽信号输入为高电平时，脉宽信号控制单元输出端为低电平，当PWM脉宽信号输入为低电平时，脉宽信号控制单元输出端为高电平；微控制单元分析处理实时捕捉脉宽信号，当检测到有故障时，微控制单元向故障反馈信号控制单元输入端发送一定频率与脉宽的信号，并通过接线引脚A输出。