SCR空气辅助系统尿素泵控制器 |
|||||||
申请号 | CN201610038669.9 | 申请日 | 2016-01-20 | 公开(公告)号 | CN105484839A | 公开(公告)日 | 2016-04-13 |
申请人 | 无锡威孚力达催化净化器有限责任公司; | 发明人 | 张小平; 沈卫东; 温任林; 王灯照; 王雪; 吴姿; | ||||
摘要 | 本 发明 提供一种SCR空气辅助系统尿素 泵 控制器 ,包括一个起控制作用的MCU,还包括: 电池 反接保护 电路 ,直流电源转换电路,用于将防反保护 蓄电池 电压 VBAT降压输出供电电压VCC;并根据钥匙 开关 信号 输入电压PWRONIN产生一个钥匙开关信号PWRON;钥匙信号输入电路, 电机 零位信号输入电路,泵腔 温度 信号输入电路,泵腔压 力 信号输入电路,步进电机驱动电路,空气电磁 阀 驱动电路,泵加热器驱动电路,通信 接口 电路,与MCU连接,用于与外部控制器的通信。该控制器可可靠实现尿素泵的信号采集与处理、泵电机驱动、控制尿素泵工作,实现泵对尿素溶液的预注、喷射和吹扫;泵加热控制、OBD(On-Board Diagnostic) 自诊断 、CAN通信管理等功能。 | ||||||
权利要求 | 1.一种SCR空气辅助系统尿素泵控制器,包括一个起控制作用的MCU,其特征在于,还包括: |
||||||
说明书全文 | SCR空气辅助系统尿素泵控制器技术领域[0001] 本发明涉及一种车载控制设备,尤其是一种尾气处理设备。 背景技术[0002] 随着空气质量的恶化,阴霾天气现象增多,危害越来越重,而影响空气质量的主要原因之一则为汽车尾气。为解决环境及能源问题,国Ⅳ排放法规在国内开始逐步实施,节能减排已成为车辆技术革新的热点。在重型车面对日益严格的排放法规应对策略中,SCR技术路线表现出较好的经济性、排放法规继承性并保持了良好的车辆动力性,且对燃料中硫的含量不敏感等诸多优点,适合我国现阶段的基本国情。 [0003] 随着国家对汽车排放标准的提高,越来越多的柴油发动机汽车需要配备SCR系统;SCR(Selective Catalyst Reduction):选择性催化还原系统,用在对柴油机进行国四级别的尾气净化,因使用尿素做还原剂,且只对其中的NOx(NO和NO2,具有相当的毒性)进行处理,所以叫选择性催化还原。 [0004] SCR空气辅助系统尿素泵内部控制器(以下简称SCU)作为空气辅助尿素泵(以下简称尿素泵)的控制单元,用于控制尿素泵工作,实现泵对尿素溶液的预注、喷射和吹扫。目前市场上的SCR空气辅助系统尿素泵存在可靠性差、故障率高的问题。对于SCU来说,主要存在以下问题:尿素泵自诊断的故障不够全面;泵腔温度等数据没有接口;电机驱动方式不够稳定,可靠性差。 发明内容[0005] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足,提供一种SCR空气辅助系统尿素泵控制器,实现信号采集与处理、泵电机驱动、控制尿素泵工作,实现泵对尿素溶液的预注、喷射和吹扫;泵加热控制、OBD(On-Board Diagnostic)自诊断、CAN通信管理。本发明采用的技术方案是: [0006] 一种SCR空气辅助系统尿素泵控制器,包括一个起控制作用的MCU,还包括: [0009] 钥匙信号输入电路,用于根据一个钥匙开关信号PWRON产生一个衰减后钥匙开关信号VBATAD并发送给MCU的输入端口; [0010] 电机零位信号输入电路,用于检测尿素泵电机的起始位置,产生步进电机零位信号ZPOSI并发送给MCU的输入端口; [0011] 泵腔温度信号输入电路,用于检测泵腔温度并产生泵腔温度信号PumpT发送给MCU的输入端口; [0012] 泵腔压力信号输入电路,用于检测泵腔压力并产生泵腔压力信号AccPAD发送给MCU的输入端口; [0013] 步进电机驱动电路,与MCU连接,用于驱动尿素泵电机,并向MCU反馈电机驱动故障诊断信号和驱动电流信号; [0015] 泵加热器驱动电路,与MCU连接,用于驱动泵加热器,并向MCU反馈加热驱动诊断信号HEATERR; [0016] 通信接口电路,与MCU连接,用于与外部控制器的通信。 [0017] 本发明的优点在于: [0018] 1)尿素泵自诊断故障比较完善。 [0019] 2)可靠性好,故障率低。 [0020] 3)泵电机驱动方式更稳定,可靠性高。 [0022] 图1为本发明的逻辑结构图。 [0023] 图2为本发明的电池反接保护电路原理图。 [0024] 图3为本发明的直流电源转换电路原理图。 [0025] 图4为本发明的钥匙信号输入电路原理图。 [0026] 图5为本发明的电机零位信号输入电路原理图。 [0027] 图6为本发明的泵腔温度信号输入电路原理图。 [0028] 图7为本发明的泵腔压力信号输入电路原理图。 [0029] 图8a为本发明的步进电机驱动电路的A相驱动电路原理图。 [0030] 图8b为本发明的步进电机驱动电路的B相驱动电路原理图。 [0031] 图9为本发明的空气电磁阀驱动电路原理图。 [0032] 图10为本发明的泵加热器驱动电路原理图。 [0033] 图11为本发明的通信接口电路原理图。 [0034] 图12为本发明的MCU及外围电路原理图。 具体实施方式[0035] 下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。 [0036] 本发明提供了一种SCR空气辅助系统尿素泵控制器,以下简称尿素泵控制器;如图1所述,包括: [0037] 一个主要起控制作用的MCU,该MCU采用单片机MC9S12P32MFT; [0038] 电池反接保护电路,所述电池反接保护电路的输入端接蓄电池电压VBATIN,输出端输出防反保护蓄电池电压VBAT; [0039] 直流电源转换电路,用于将防反保护蓄电池电压VBAT降压输出供电电压VCC;并根据钥匙开关信号输入电压PWRONIN产生一个钥匙开关信号PWRON; [0040] 钥匙信号输入电路,用于根据一个钥匙开关信号PWRON产生一个衰减后钥匙开关信号VBATAD并发送给MCU的输入端口; [0041] 电机零位信号输入电路,用于检测尿素泵电机的起始位置,产生步进电机零位信号ZPOSI并发送给MCU的输入端口; [0042] 泵腔温度信号输入电路,用于检测泵腔温度并产生泵腔温度信号PumpT发送给MCU的输入端口; [0043] 泵腔压力信号输入电路,用于检测泵腔压力并产生泵腔压力信号AccPAD发送给MCU的输入端口; [0044] 步进电机驱动电路,与MCU连接,用于驱动尿素泵电机,并向MCU反馈电机驱动故障诊断信号和驱动电流信号; [0045] 空气电磁阀驱动电路,与MCU连接,用于驱动尿素泵的空气电磁阀,并向MCU反馈空气电磁阀驱动诊断信号AIRVERR; [0046] 泵加热器驱动电路,与MCU连接,用于驱动泵加热器,并向MCU反馈加热驱动诊断信号HEATERR; [0047] 通信接口电路,与MCU连接,用于与外部控制器的通信。 [0048] 本发明的SCR空气辅助系统尿素泵控制器主要安装在大型车辆上,大型车辆的蓄电池电压VBATIN一般是24v,经过直流电源转换电路产生的低压VCC是5v;通信接口电路是一个CAN通讯电路; [0050] [0051] 尿素泵的执行器如下表所示: [0052] [0054] 输入信号: [0055] [0056] [0057] 输出信号: [0058] [0059] 通讯信号: [0060] [0061] 电池反接保护电路如图2所示,包括:二极管D1和D10,电容C1、C2,电阻R1,稳压二极管Z1,PMOS管Q9;蓄电池电压正极VBATIN接D1的阳极和C1的一端,以及Q9的漏极;D1的阴极接D10的阴极,D10的阳极和C1另一端接地;Q9的栅极接Z1的阳极并通过电阻R1接地;Q9的源极接Z1的阴极并通过C2接地;从Q9的源极输出防反保护蓄电池电压VBAT; [0062] 功能描述 [0063] [0064] 信号描述 [0065] [0066] [0067] 直流电源转换电路如图3所示,包括:电源转换芯片U1,电阻R3、R8、R9、R10,电容C9、C14、C20;二极管D12;U1采用TLE4267G;U1的输入端(1脚)接防反保护蓄电池电压VBAT,输出端(7脚)输出供电电压VCC;VCC为+5v;钥匙开关信号输入电压PWRONIN接二极管D12的阳极;二极管D12的阴极输出钥匙开关信号PWRON;D12的阴极接电阻R9的一端,电阻R9的另一端接U1的禁止端(2脚),并通过电阻R8和电容C9接地;来自MCU的电源延时控制信号PWRCTRL通过电阻R3接至U1的保持端(6脚);U1的复位输出端(3脚)通过电阻R10向MCU输出复位信号RST#;U1的接地端接地,U1的复位延迟端(5脚)通过电容C14接地;电容C20一端接U1的输出端,另一端接地; [0068] 电源转换芯片U1的2脚高电平时芯片工作,低电平时芯片不工作。 [0069] 功能描述:直流电源转换电路可产生+5V给单片机和其它电路供电;能够被单片机控制,实现尿素泵控制器延时断电; [0070] 信号描述 [0071] [0072] 钥匙信号输入电路如图4所示,包括电阻R51、R52、R56,电容C8;钥匙开关信号PWRON接电阻R52的一端,电阻R52的另一端接电阻R56的一端,电容C8的一端,以及电阻R51的一端;电阻R56的另一端和电容C8的另一端接地;电阻R51的另一端输出衰减后钥匙开关信号VBATAD并发送给MCU的输入端口; [0073] 功能描述:钥匙信号输入电路可检测钥匙开关信号的有无,还可以在钥匙上电后,通过衰减后钥匙开关信号VBATAD测量蓄电池电压的大小; [0074] 信号描述 [0075] [0076] [0077] 电机零位信号输入电路如图5所示,包括霍尔传感器U8,电阻R18、R60,电容C10、C56、C57;U8采用TLE4968-1K; [0078] 霍尔传感器U8的电源端和接地端分别接供电电压VCC和地,且电容C10并联在U8的电源端和接地端;尿素泵电机采用步进电机;霍尔传感器U8的Q端接电阻R18的一端、电阻R60的一端和电容C56的一端;电阻R18的另一端接供电电压VCC;电容C56的另一端接地;电阻R60的另一端接电容C57的一端并向MCU输出步进电机零位信号ZPOSI;电容C57的另一端接地; [0079] 功能描述:电机零位信号输入电路检测步进电机的起始位置,输出到单片机; [0080] 信号描述 [0081] [0082] 泵腔温度信号输入电路如图6所示,包括电阻R4、R62,电容C12、C58;泵腔温度传感器信号PUMPTIN接电阻R62的一端和电阻R4的一端,电阻R62的另一端接供电电压VCC;电容C58一端接供电电压VCC,另一端接地;电阻R4的另一端接电容C12的一端并向MCU输出泵腔温度信号PumpT;电容C12另一端接地。 [0083] 功能描述:检测泵腔温度并产生泵腔温度信号PumpT发送给MCU; [0084] 信号描述 [0085] [0086] 泵腔压力信号输入电路如图7所示,包括电阻R58、R6、R6A、R7,电容C13;泵腔压力传感器信号AccPin接电阻R58的一端和电阻R6、R6A的一端;电阻R58的另一端接供电电压VCC;供电电压VCC接泵腔压力传感器的电源端;电阻R6A的另一端接地;电阻R6的另一端接电阻R7的一端并通过电容C13接地;电阻R7的另一端向MCU输出泵腔压力信号AccPAD。 [0087] 功能描述:连接泵腔压力传感器,产生泵腔压力信号发送给MCU。同时给泵腔压力传感器供电。 [0088] 信号描述 [0089] [0090] 步进电机驱动电路,包括一个A相驱动电路和一个B相驱动电路; [0091] A相驱动电路如图8a所示,包括电机驱动芯片U6,比较器U10A,PNP三极管Q1;U6采用TLE6284;NMOS管Q3A、Q3B、Q4A、Q4B; [0092] 比较器U10A的同相输入端接参考电压ITURNING,反向输入端接电阻R42的一端;比较器U10A的输出端接电阻R28A的一端并通过电阻R76接供电电压VCC;电阻R28A的另一端接三极管Q1的基极;从MCU发出的电机A相H桥使能信号XDIS、电机A相H桥驱动PWM控制信号XPWM、电机A相H桥驱动方向控制信号XDIR分别通过电阻R28接Q1基极,直接连接U6第4脚,直接连接U6第3脚;三极管Q1的集电极连接电阻R14A的一端和U6的第1脚,并通过电阻R14接地;三极管Q1的发射极接电阻R14A的另一端和U6的第10脚,并通过电阻R34接地;U6的第10脚还连接供电电压VCC;U6的第2脚和第6脚分别通过电阻R24和R25向MCU发送A相组合故障诊断信号一XER1和A相组合故障诊断信号二XER2;U6的第2脚和第6脚分别通过电阻R31和R30接供电电压VCC;U6的第8脚通过电阻R40接防反保护蓄电池电压VBAT;U6的接地端接地并通过电容C27接U6的第8脚; [0093] 电机驱动芯片U6的第12脚和第19脚分别输出电机A相驱动信号正MOTXP和电机A相驱动信号负MOTXN; [0094] U6的第13脚和第11脚分别接NMOS管Q3A和Q3B的栅极;U6的第18脚和第20脚分别接NMOS管Q4A和Q4B的栅极;U6的第14脚通过电容C35接第12脚;U6的第17脚通过电容C36接第19脚; [0095] NMOS管Q3A的源极接Q3B的漏极,并连接U6的第12脚、二极管D2的阳极、二极管D3的阴极、电阻R36A的一端和电阻R38的一端;电阻R36A的另一端接电阻R36的一端,并连接U6的第15脚;电阻R38的另一端接电阻R38A的一端并连接U6的第9脚;NMOS管Q3A的漏极接二极管D2的阴极、电阻R36的另一端和防反保护蓄电池电压VBAT;NMOS管Q3B的源极接二极管D3的阳极;电阻R38A的另一端接地; [0096] NMOS管Q4A的源极接Q4B的漏极,并连接U6的第19脚、二极管D4的阳极、二极管D5的阴极、电阻R37A的一端和电阻R39的一端;电阻R37A的另一端接电阻R37的一端,并连接U6的第16脚;电阻R39的另一端接电阻R39A的一端并连接U6的第5脚;NMOS管Q4A的漏极接二极管D4的阴极、电阻R37的另一端和防反保护蓄电池电压VBAT;NMOS管Q4B的源极接二极管D5的阳极;电阻R39A的另一端接地; [0097] 电阻R42的一端接NMOS管Q3B和Q4B的源极,以及比较器U10A的反向输入端,R42另一端接地;电阻R42的一端通过电阻R63向MCU反馈A相驱动电流信号IAAD;电阻R63一端接电阻R42的一端,另一端通过电容C18接地; [0098] B相驱动电路如图8b所示,包括电机驱动芯片U7,比较器U10B,PNP三极管Q2;U7采用TLE6284;NMOS管Q5A、Q5B、Q6A、Q6B; [0099] B相驱动电路的结构同A相驱动电路,接收MCU发出的电机B相H桥使能信号YDIS、电机B相H桥驱动PWM控制信号YPWM、电机B相H桥驱动方向控制信号YDIR;并向MCU反馈B相组合故障诊断信号一YER1和B相组合故障诊断信号二YER2,以及B相驱动电流信号IBAD;输出电机B相驱动信号正MOTYP和电机B相驱动信号负MOTYN。 [0100] 功能描述: [0101] 驱动双极性两相混合步进电机(尿素泵电机);支持相电流检测;支持负载短路保护;支持故障诊断。 [0102] A相驱动电路信号描述: [0103] [0104] B相驱动电路信号描述: [0105] [0107] 从MCU输出的空气电磁阀控制信号AIRCTRL接高边驱动器Q7的信号控制端(2脚),Q7的诊断端(4脚)通过电阻R21向MCU发送空气电磁阀驱动诊断信号AIRVERR,Q7的诊断端还通过电阻R16接供电电压VCC;Q7的接地端接地;Q7的正电源端接防反保护蓄电池电压VBAT;Q7的输出端通过电阻R47接防反保护蓄电池电压VBAT;Q7的输出端输出空气电磁阀驱动信号AIRVAV; [0108] 功能描述:驱动空气电磁阀;支持故障保护;支持故障诊断。 [0109] 信号描述 [0110] [0111] 泵加热器驱动电路如图10所示,包括:高边驱动器Q8,电阻R17、R22、R48;高边驱动器Q8采用BTS441RG; [0112] 从MCU输出的加热器控制信号HEATCTRL接高边驱动器Q8的信号控制端(2脚),Q8的诊断端(4脚)通过电阻R22向MCU发送加热驱动诊断信号HEATRR,Q8的诊断端还通过电阻R17接供电电压VCC;Q8的接地端接地;Q8的正电源端接防反保护蓄电池电压VBAT;Q8的输出端通过电阻R48接防反保护蓄电池电压VBAT;Q8的输出端输出加热器驱动信号PUMPHEAT; [0113] 功能描述:驱动泵加热器;支持故障保护;支持故障诊断。 [0114] 信号描述 [0115] [0116] 通信接口电路如图11所示,是一个CAN总线接口电路;实现CAN通讯电平转换; [0117] 信号描述 [0118] [0119] MCU的电路如图12所示,主要起以下作用:采集输入信号,存储和执行程序;产生输出的各控制信号; [0120] 信号描述 [0121] [0122] [0123] 系统工作过程: [0124] 初始化过程: [0126] 预注过程: [0127] 发动机启动后,尿素泵开始接收外部控制器的启动程序。由于进液管中存有空气将对尿素泵精度造成影响,因此发动机启动时尿素泵会收到外部控制器的指令以启动预注程序。预注状态持续30秒,尿素溶液由进液管进入泵腔,回液管回液,排空泵腔内的空气。 [0128] 喷射过程: [0129] 预注成功后,泵自动进入喷射状态,空气电磁阀打开,使空气由进气管进入泵腔与尿素溶液混合,尿素泵根据系统需要计量喷射。 [0130] 吹扫过程: |