为推动我国乘用车燃料经济性水平的持续改善,国家有关部门联合公布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,汽车的能耗问题愈发受到重视。冷却系统是发动机重要的子系统之一,发动机缸内燃烧接近四分之一的热量是由冷却系统带走的,由于传统的冷却系统中,水泵和风扇的转速均与发动机转速耦合,所以很难在满足散热需求的同时兼顾能量消耗。针对上述问题,需要对传统的冷却系统进行改进,同时零部件电动化以及控制系统智能化是解决问题的关键。本文采用理论分析、数值模拟和试验测试相结合的方法,对电子水泵进行水力设计,提高水泵的运行效率;建立冷却系统仿真模型,对电子水泵和电子风扇制定控制策略,为发动机提供有效冷却,降低冷却系统能耗。本文研究的主要内容和结论如下:1.全面系统地总结了汽车冷却水泵和发动机冷却系统的发展及研究现状;针对电子水泵实际运行需要,基于速度系数法从兼顾尺寸和性能、考虑加工成本和尺寸等方面对电子水泵进行多方案设计,设计出A、B、C三个方案。2.基于CFD数值模拟技术,分别对电子水泵A、B、C三个设计方案进行全流场非定常计算,分析了三个设计方案电子水泵的内部流动特性,并得出以下结论:设计工况下,B方案的效率预测值和C方案的扬程预测值低于设计要求,A、B、C三个方案的最高效率点均向大流量工况偏移;三个方案绝对流速较高的区域集中均在叶片背面靠近出口的位置,在靠近蜗壳扩散管处尤为明显,随着流量增大,高速区面积略微减小,A方案的高速区面积最小;随着流量增大,三个方案流道的静压值均有所减小,静压最低的区域主要集中在叶片背面的进口处,A和C方案的低压区域面积几乎相等但明显小于B方案;小流量工况下,A、B、C三个方案的相对速度分布较差,B方案叶轮的个别流道几乎被漩涡堵住,随着流量增加,A、C两个方案的流态都达到了比较理想的状态,B方案叶轮中的漩涡基本消失,A、C两个方案的流态明显优于B方案;在一个旋转周期内各监测点波峰波谷数与叶片数相同,压力脉动主频均为一倍叶频,A方案的压力脉动幅度略大于B方案但都明显小于C方案。3.经过对比确定A方案为最优设计方案,并对A方案进行加工和试验测试,测试结果表明设计工况下电子水泵的扬程和效率分别为20.23m和60.2%,满足设计要求;将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明模拟值略高于试验值,偏差小于2%,计算方法正确,计算结果具有一定的可靠性。4.基于Flowmaster建立了发动机电控冷却系统稳态计算模型,并根据风洞试验数据对仿真模型的准确性进行验证,分析了该模型在不同环境温度和不同发动机工况下冷却液的温度分布,并对水泵转速和风扇转速进行敏感性分析,为后续控制策略的制定提供依据,结果表明:冷却系统稳态仿真模型具有一定计算准确性,三种验证工况下的计算偏差均小于1%;该冷却系统模型能够满足发动机在极端工况下的冷却需求;常温情况下,对于不同冷却液散热量的工况,电子水泵和电子风扇都能给发动机提供合适的冷却;改变风扇转速和水泵转速对冷却液温度都有控制调节作用,且风扇转速对温度的影响更大。5.基于模糊控制原理,以当前采样温度与目标温度的差值和差值变化率为输入模糊变量,以水泵转速变化和风扇转速变化为输出模糊变量,设计了双输入双输出型模糊控制器,建立了发动机冷却系统模糊控制策略,对比分析了电控冷却系统和传统冷却系统在循环测试工况仿真下的计算结果,结果表明:运转循环路段,传统冷却系统分别在市区和部分市郊路段出现冷却过度和冷却不足的现象,能量消耗较大;电控冷却系统的温度波动小,循环工况下总体能量消耗下降40.6%。