尿素泵控制器的制作方法

本实用新型涉及车辆尾气处理技术，尤其涉及尿素泵控制器。

背景技术：

scr(选择性催化还原)电控系统在工作时，先通过尿素泵控制器读取发动机ecu发送的转速、负荷等实时状态信息，并采集scr催化器前后温度、nox浓度等信息，依据设定的程序和控制策略计算最佳尿素溶液喷射量，并控制尿素泵吸取尿素箱内的溶液以及驱动尿素喷嘴的开启，将定量的尿素溶液喷射到发动机排气管中。在高温和催化剂的作用下，进入排气管的尿素溶液会迅速发生水解、热解等一系列的化学反应，生成的氨气与排气混合后一同进入scr催化器。在scr催化器表面，氨气与排气中的nox充分反应，最终生成无害的氮气和水等产物，并随着排气管排出发动机。

尿素泵控制器是scr电控系统的核心，它将各路传感器发送过来的参数信息整合，计算出发动机实时工况下的最佳尿素喷射量，并发出执行指令控制尿素泵和尿素喷嘴等执行器将计算好的尿素量喷射到排气管。现有的尿素泵控制器存在着中间电路多、接口少、可扩展性差、不具备对外部电源的电压信号进行监测的功能、传感器信号采样精度不高等缺点。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电路结构简单、接口多、可扩展性好、能够对外部电源的电压信号进行监测的尿素泵控制器。

本实用新型所要解决的又一技术问题在于提供一种具有较高的传感器信号采样精度的尿素泵控制器。

根据本实用新型实施例的尿素泵控制器，包括微控制器、传感器信号调理电路、执行部件驱动电路和can通信电路；传感器信号调理电路包括若干路温度传感器信号调理电路、若干路压力传感器信号调理电路和一外部电源电压信号调理电路；若干路温度传感器信号调理电路的输出端、若干路压力传感器信号调理电路的输出端和外部电源电压信号调理电路的输出端分别与微控制器的a/d输入端连接；各温度传感器信号调理电路、各压力传感器信号调理电路以及外部电源电压信号调理电路用于分别将温度传感器的输出信号、压力传感器的输出信号和外部电源的输出电压调理成微控制器可以识别的信号后输出给微控制器；执行部件驱动电路包括开关元件驱动电路和若干路电机驱动电路，开关元件驱动电路的输入端和若干路电机驱动电路的输入端分别与微控制器的输出端连接；can通信电路与所述微控制器的can通信接口连接。

进一步地，外部电源电压信号调理电路包括滤波电容c37、分压电路和rc滤波电路；滤波电容c37的一端分别与外部电源的输出端和分压电路的输入端连接，滤波电容c37的另一端接地；分压电路的输出端与rc滤波电路的输入端连接，rc滤波电路的输出端与微控制器的a/d输入端连接。

进一步地，包括电源电路，所述电源电路包括普通供电电路和参考电压供电电路；普通供电电路包括型号为lm2576的稳压芯片u1、电容c11、肖特基二极管d2、储能电感l1、电容c12和电容c13。稳压芯片u1的电压输入端vin和电容c11的一端均与外部电源的输出端连接，电容c11的另一端接地；稳压芯片u1的稳压输出端output分别与肖特基二极管d2的阴极和储能电感l1的一端连接，肖特基二极管d2的阳极接地；储能电感l1的另一端分别与电容c12的一端、电容c13的一端、稳压芯片u1的反馈端fedb和微控制器的第一电源输入端连接，以向微控制器提供5v供电电压；电容c13的另一端和电容c12的另一端均接地；参考电压供电电路包括型号为max675的电压基准芯片u2、可变电阻rp1、电容c14和电容c15；电压基准芯片u2的电压输入端vin与外部电源的输出端连接，电压基准芯片u2的电压输出端vout分别与可变电阻rp1的一端、电容c14的一端、电容c15的一端和所述微控制器的第二电源输入端连接，以向微控制器内部的a/d转换模块提供5v参考电压；可变电阻rp1的另一端、电容c14的另一端和电容c15的另一端均接地；电压基准芯片u2的触发端trim与可变电阻rp1的调节端连接。

本实用新型的至少具有以下优点：

1、本实施例的尿素泵控制器可以根据需要接入多路温度传感器信号、压力传感器信号，并可根据需要驱动多路开关元件，具有电路结构简单、接口多、可扩展性好的优点，通过设置外部电源电压信号调理电路可将外部电源的输出电压调理成微控制器可以识别的信号，从而能够对外部电源的电压信号进行监测；

2、本实施例的电源电路设置了专门为微控制器的a/d模块供电的参考电压供电电路，参考电压供电电路采用了型号为max675的高精度电压基准芯片u2，该芯片具有0.15％的精度，能够为微控制器的a/d转换模块提供更为精确的电源和参考电压，从而使得微控制器具有较高的传感器信号采样精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本实用新型一实施例的尿素泵控制器的原理框图。

图2示出了根据本实用新型一实施例的普通供电电路的电路原理图。

图3示出了根据本实用新型一实施例的参考电压供电电路的电路原理图。

图4示出了根据本实用新型一实施例的温度传感器信号调理电路的电路原理图。

图5示出了根据本实用新型一实施例的压力传感器信号调理电路的电路原理图。

图6示出了根据本实用新型一实施例的外部电源电压信号调理电路的电路原理图。

图7示出了根据本实用新型一实施例的通信电路的电路原理图。

图8示出了根据本实用新型一实施例的开关元件驱动电路的电路原理图。

图9示出了根据本实用新型一实施例的电机驱动电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。

图1示出了根据本实用新型一实施例的尿素泵控制器的原理框图。如图1所示，根据本实用新型一实施例的尿素泵控制器100包括微控制器1、电源电路2、传感器信号调理电路3、can通信电路4和执行部件驱动电路5。

微控制器1作为scr控制系统的核心，一方面要采集所有的传感器信号，并将传感器信号转换成数字信号，同时还要与发动机ecu保持通信，获取需要的信息，并且还需要对执行部件进行驱动。除了性能之外，还要考虑微控制器的功耗、成本、集成度、市场普及程度等方面因素。本实施例中的微控制器1采用了lqfp封装形式的16位双核高性能微控制器mc9s12xep100，其具有片内工作主频及协处理器总线频率高的优点，能够减轻主处理器的计算负荷。其主要特性为具有八个级别的嵌套中断、24路a/d转换通道、8通道的输入捕捉/输出比较以及8/16位可编程pwm通道，同时还具有sci、spi、iic以及can通信接口。微控制器内部包含高达1m的flasheeprom、4kb的ram和64kb的eeprom。

电源电路2用于为整个尿素泵控制器提供稳定的电源输入电压和参考电压。

在本实施例中，将处理后稳定的车载+12v电源作为整个系统的电源输入，将其分成三路：一路直接作为部分执行部件的电源输入；一路稳压成+5v，作为微控制器的电源输入；另一路稳压成精度较高的+5v，作为传感器信号输入的比较电压。

电源电路2包括普通供电电路21和参考电压供电电路22。如图2所示，普通供电电路21包括型号为lm2576的稳压芯片u1、电容c11、肖特基二极管d2、储能电感l1、电容c12和电容c13；稳压芯片u1的电压输入端vin和电容c11的一端均与外部电源的输出端连接，电容c11的另一端接地。稳压芯片u1的稳压输出端output分别与肖特基二极管d2的阴极和储能电感l1的一端连接，肖特基二极管d2的阳极接地。储能电感l1的另一端分别与电容c12的一端、电容c13的一端、稳压芯片u1的反馈端fedb和微控制器1的第一电源输入端连接，以向微控制器1提供5v供电电压。电容c13的另一端和电容c12的另一端均接地。普通供电电路的输入为+12v，输出+5v。设置在普通供电电路21的电压输入端和输出端的滤波电容可以防止输入端和输出端出现电压波动，而储能电感可以输出使电压稳定。

为了避免电源中的波动对模拟信号产生的干扰，需要给微控制器1内部的a／d转换模块提供更为精确的电源和参考电压。如图3所示，传感器参考电压供电电路22包括型号为max675的电压基准芯片u2、可变电阻rp1、电容c14和电容c15。电压基准芯片u2的电压输入端vin与外部电源的输出端连接，电压基准芯片u2的电压输出端vout分别与可变电阻rp1的一端、电容c14的一端、电容c15的一端和微控制器1的第二电源输入端连接，以向微控制器内部的a/d转换模块提供5v参考电压；可变电阻rp1的另一端、电容c14的另一端和电容c15的另一端均接地；电压基准芯片u2的触发端trim与可变电阻rp1的调节端连接。可调电阻rp可实现对输出电压的微调，电容c14和电容c15可对输出电压滤波。将输入电源地和输出电源地分开，能够避免相互干扰。高精度max675稳压芯片可以将12v电压稳压成5v，并具有0.15％的精度，能够为微控制器1的a/d转换模块提供更为精确的电源和参考电压，从而使得微控制器1具有较高的传感器信号采样精度。

请结合图4至图6所示。传感器信号调理电路3包括若干路温度传感器信号调理电路31、若干路压力传感器信号调理电路32和一外部电源电压信号调理电路33，此处所说的“若干路”的含义为一路或多路。若干路温度传感器信号调理电路31的输出端、若干路压力传感器信号调理电路32的输出端和外部电源电压信号调理电路33的输出端分别与微控制器1的a/d输入端连接；各温度传感器信号调理电路31、各压力传感器信号调理电路32以及外部电源电压信号调理电路33用于分别将温度传感器的输出信号、压力传感器的输出信号和外部电源的输出电压调理成微控制器1可以识别的信号后输出给微控制器1。

图4示出了根据本实用新型一实施例的温度传感器信号调理电路31的电路原理图。如图4所示，温度传感器通过热敏电阻阻值变化反映出温度的变化，有的是正温度系数热敏电阻，有的是负温度系数热敏电阻。温度传感器信号调理电路31主要用于将其电阻值的变化转化成电压值的变化，最简单的方法就是上拉电阻分压法。同时，为了保证输入到微控制器a／d转换模块的信号比较纯净，因此需要进行滤波处理。本实施例中采用了最简单的rc一阶滤波。

图5示出了根据本实用新型一实施例的压力传感器信号调理电路32的电路原理图。如图5所示，压力传感器属于电压型传感器，输出电压范围是0-5v，但需要独立的5v供电，因此其调理电路不需要激励电压，只需要简单的滤波即可。

尿素泵等大电流执行部件需要电源供电，在电源电压不稳定的情况下，将会出现执行部件运动不稳定等情况，从而会导致尿素量喷射偏差，因此需要对外部电源输入的电压进行监测，以便对大电压执行部件的驱动进行修正。由于外部电源的输出电压为12v，所以必须转换到微控制器1所能承受的最高电压5v以下。图6示出了根据本实用新型一实施例的外部电源电压信号调理电路33的电路原理图。如图6所示，外部电源电压信号调理电路33包括滤波电容c37、由电阻r26和电阻r27组成的分压电路和由电阻r28和电容c38组成的rc滤波电路；滤波电容c37的一端分别与外部电源的输出端和分压电路的输入端连接，滤波电容c37的另一端接地；分压电路的输出端与rc滤波电路的输入端连接，rc滤波电路的输出端与微控制器1的a/d输入端连接。

can通信电路4与微控制器1的can通信接口连接。can通信电路4一方面使得尿素泵控制器可以同外界的管理软件进行信息交互，同时还要和发动机ecu以及nox传感器进行通信，以便获取需要的信息。请参考图7。can通信电路4分别用于与发动机电控单元、nox传感器、监控系统通信。can控制器封装需要发送的数据，然后传输给can收发器将数据发送到总线上，同时也接收来自can收发器收到的数据。

执行部件驱动电路5用于将微控制器1输出的控制信号进行功率放大，以便驱动执行部件。执行部件驱动电路5包括开关元件驱动电路51和若干路电机驱动电路52，开关元件驱动电路51的输入端和若干路电机驱动电路52的输入端分别与微控制器1的输出端连接。此处所说的“若干路”的含义为一路或多路。

scr系统涉及到多种执行部件，例如电磁继电器、尿素泵电机、尿素回流泵、尿素喷射电磁阀以及冷却液电磁阀等，针对不同的执行部件，需要提供不同的执行部件驱动电路。

对于继电器和电磁阀类开关元件而言，为了满足系统设计的集成化和节省主控制器片内资源的要求，本实施例的开关元件驱动电路采用了集成驱动的方式来对执行部件进行驱动。如图8所示，在本实施例中，对开关元件的驱动选用了英飞凌公司的tle6220集成功率驱动芯片。微控制器1通过单个pwm通道直接并行控制tle6220的4个低边开关。spi接口将tle6220的故障诊断信息传送到微控制器1。在本实施例中，使用了两片tle6220进行级联，微控制器1通过对tle6220芯片的cs脚置零进行片选。

对于尿素泵和反抽泵之类大功率执行器件，采用mosfet直接驱动泵电机的方法。图9示出了一路电机驱动电路52的电路原理图。电机驱动电路52包括开关管q1、分压电路521、续流二极管d6和rcd吸收电路523。

续流二极管d6用于并联连接待驱动的直流电机m（如尿素泵、反抽泵以及喷嘴的电机）的输入端，续流二极管d6的阴极与外部电源的输出端连接，续流二极管d6的阳极与开关管q1的第一端连接，开关管q1的第二端接地。分压电路521的输入端与微控制器1的pwm信号输出端连接，分压电路521的输出端与开关管q1的控制端连接。rcd电路523并联在开关管q1的第一端与第二端之间。

本实施例中，开关管q1为nmos管，nmos管的栅极、漏极和源极分别构成开关管q1的控制端、第一端和第二端。

分压电路521包括电阻r44和电阻r45，电阻r44的一端与微控制器1的pwm信号输出端连接，电阻r44的另一端分别与开关管q1的控制端和电阻r45的一端连接，电阻r45的另一端接地。

rcd吸收电路523包括二极管d7、电阻r46和电容c60，二极管d7的阳极和电阻r46的一端均连接于续流二极管d6的阳极与开关管q1的第一端的共接点，二极管d7的阴极和电阻r46的另一端与电容c60的一端连接，电容c60的另一端与开关管q1的第二端连接。

开关管q1放置在低端，可控制尿素泵、反抽泵、喷嘴的开启、关闭以及转速。续流二极管d6可以吸收尿素泵、反抽泵、喷嘴断电瞬间产生的感应电压，rcd吸收电路可以吸收关断时产生的尖峰脉冲，因此，本实施例的泵电机驱动方式更稳定，可靠性高，故障率低。

在本实施例中，前述的外部电源为电池，电池的输出电压为12v。

本实施例的尿素泵控制器可以根据需要接入多路温度传感器信号、压力传感器信号，并可根据需要驱动多路开关元件，具有电路结构简单、接口多、可扩展性好的优点，通过设置外部电源电压信号调理电路可将外部电源的输出电压调理成微控制器可以识别的信号，从而能够对外部电源的电压信号进行监测。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。