本发明涉及于航空汽油发动机控制系统开发技术领域，具体涉及一种电动水泵控制的计算方法。
背景技术：
冷却系统是影响发动机输出性能的重要因素，只有将发动机冷却液温度控制在设计要求范围内才能使发动机输出最优功率，降低油耗，优化排放。
通过更改冷却系统的电动水泵转速可以更改发动机冷却液流量从而更改发动机冷却液温度。因此设计控制器更改电动水泵实际转速就可以实现发动机冷却液的温度控制要求，不同电动水泵的控制技术要求不同，目前缺乏一种能够通过实时获取发动机状态对电动水泵进行控制的方法。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是实现一种通过对电动水泵工况识别及发动机当前工况的冷却效果对电动水泵流量控制做调整的控制方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种电动水泵的控制方法，包括以下步骤：
步骤1、对电动水泵工作工况识别；
步骤2、根据当前电动水泵工作工况，以发动机冷却系统设计的最佳温度范围为目标，对电动水泵的流量进行控制；
步骤3、根据流量控制方案获得电机保护策略；
步骤4、将水泵转速控制转变为底层硬件可实现的调速控制信号，实现对电动水泵的流量控制。
所述步骤1中电动水泵的工况包括：电动水泵启动工况、电动水泵正常工作工况、电动水泵保护工况、电动水泵停机工况。
所述步骤2中：
当前电动水泵处于电动水泵启动工况，pwm控制信号为固定的标定值，根据发动机冷却系统设计需求标定；
当前电动水泵处于电动水泵正常工作工况，根据发动机冷却液温度和发动机转速得到主要pwm控制信号，再通过发动机负荷和环境温度进行修正pwm控制信号；
当前电动水泵处于电动水泵保护工况，pwm控制信号的输出根据电动水泵的技术要求设计算法；
当前电动水泵处于电动水泵停机工况，根据电动水泵技术要求中说明的停机占空比需求值作为停机时pwm输出值。
所述电动水泵启动工况指地ecu上电后电动水泵的状态；所述电动水泵正常工作工况指，电动水泵运行过程中除电动水泵启动工况、电动水泵故障工况或进入电动水泵保护工况外均为正常工作工况；所述电动水泵保护工况指在电动水泵出现过电压、低电压、过电流、空转保护、堵转保护、过温、故障情况时需要进入的状态；所述电动水泵停机工况指，发动机停机后冷却液温度满足停机要求时电动水泵进入的状态。
一种基于所述电动水泵控制的方法的仿真测试方法：
步骤a、建立仿真模型，实现不同工况下电动水泵转速需求转变为底层硬件可实现的调速控制信号；
步骤b、数据预设，电动水泵根据工况特殊要求和设计冷却对象的冷却效果进行预设；
步骤c、进行仿真验证。
所述步骤c仿真验证包括硬件电路单元、底层控制单元和应用控制单元设计是否合理。
所述仿真测试方法还包括电动水泵不同工况下的流量需求，根据电动水泵流量特性输出对应的pwm控制信号，确保设计的冷却效果和控制器的可执行性；电动水泵的流量特性与hil设备模拟计算流量特性相差不超过5％，hil设备满足模拟电动水泵的启动、正常工作、保护策略及停机工况需求。
所述仿真测试方法还包括结果验证方法：步骤1)电动水泵选型校验，电动水泵的技术要求中明确指出电动水泵的流量与电动水泵的转速有一一对应关系，电动水泵的实际转速通过pwm控制实现；则调整pwm控制信号，查看发动机冷却液温度范围，检验电动水泵的流量特性是否满足发动机冷却需求，如果发动机冷却液温度无法控制在要求的最佳范围内或者实际电动水泵转速与理论转速差超过±10％，需要重新选择电动水泵；
步骤2)电动水泵控制精度校验，稳定运行发动机更改ecu输出的pwm控制信号，发动机冷却液温度下降或上升，等待发动机冷却液温度稳定后查看其温度，如果实际发动机冷却液温度有与设计的理论冷却液温度超过±10℃需要确认是电动水泵转速更改最小刻度是否在要求范围内，如果不在需要与供应商反馈更改转速控制精度，否则需要更改ecu应用层软件控制精度；
步骤3)电动水泵控制灵敏度校验，稳定运行发动机，更改ecu输出的pwm控制信号，查看发动机冷却液温度变化速度是否满足发动机冷却系统设计要求，如果不满足需要确认是pwm输出响应时间更新频率不满足设计需求还是电动水泵实际转速变化响应时间不满足设计需求。
一种电动水泵，所述电动水泵包括用于驱动电动水泵的电子控制系统，所述电子控制系统包括硬件电路单元、底层控制单元和应用层控制单元，所述电子控制系统执行如权利要求1-4所述电动水泵控制的方法。
所述电子控制系统设有用于采集信号的传感器，包括安装在发动机冷却系统的进、出口处用的冷却液温度传感器、安装在电动水泵上采集转速的转速传感器，所述电子控制系统采集的数据包括发动机冷却液温度、发动机转速、发动机起动标志位、发动机后运行标志位、电池电压、发动机负荷。
本发明通过更改ecu输出的pwm控制信号实现控制发动机冷却液温度，从而使发动机工作在设计需求温度，使发动机输出最优功率，降低油耗，优化排放。
附图说明
下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容作简要说明：
图1为电动水泵控制电气示意图；
图2为电动水泵仿真测试方法示意图；
图3为电动水泵的控制方法算法流程图；
图4为电动水泵的控制方法具体实施例示意图。
具体实施方式
本发明设计电动水泵转速控制的算法，包括电动水泵工况识别及电动水泵pwm控制需求信号输出的计算，具体内容如下：
首先对电动水泵工况识别，分为四种工况:第一种,电动水泵启动状态；第二种,电动水泵正常工作状态；第三种，电动水泵保护工况状态；第四种，电动水泵停机状态。
电动水泵启动工况，一般地电动水泵在启动工作时，对调速控制信号有特定要求，因此需要识别启动工况，由于发动机启动过程中产生热量，为保护发动机电动水泵在发动机起动前ecu上电后就开始工作，电子控制单元ecu上电(通过继电器上电作为ecu上电标志)并维持一定时间(该时间根据电动水泵启动特性标定)作为启动工况。
电动水泵正常工作工况，电动水泵正常运行工况下，通过电动水泵冷却效果(冷却对象冷却液温度与设计要求对比)和冷却对象不同工况下影响冷却液温度的主要因素设计不同的电动水泵转速控制需求，可以通过脉谱图实现。电动水泵运行过程中除启动工况、电动水泵故障工况或进入保护工况外均为正常工作工况。
电动水泵需要保护工况，在电动水泵出现过电压(工作供电电压超过最高要求的工作电压)、低电压(工作供电电压低于最低要求的工作电压)、过电流(工作电流超过最高要求的工作电流)、空转保护(电动水泵实际转速超过设计允许最高转速)、堵转保护(无其他故障，电动水泵转速低于正常工作的工作范围)、过温(控制板实际温度超过电动水泵设计的最高工作温度)以及电动水泵故障处理在本控制系统中属于需要保护工况。
电动水泵停机工况，电动水泵请求停机的工况，根据水泵特性设计特定的停机转速控制，可以用继电器掉电作为停机工况。
对不同工况下电动水泵转速控制即pwm控制信号的计算，pwm控制信号的输出要以发动机冷却液温度输出尽量靠近或在发动机冷却系统设计的最佳温度范围内为目标，以降低油耗，提高输出功率等。
根据此需求可以得到如下pwm控制信号的计算方法：
1)电动水泵启动工况下pwm控制信号为固定的标定值，根据发动机冷却系统设计需求标定，即ecu上电后多长时间内要求冷却液充满发动机冷却系统，要求时间越短pwm控制信号越大。
2)电动水泵正常工作工况下pwm控制信号输出，根据水泵当前冷却效果即发动机冷却液温度和影响冷却液温度的主要因素发动机转速得到主要pwm控制信号，可通过查脉谱表方式实现。再通过影响冷却液温度的其他次要因素如发动机负荷和环境温度进行修正pwm控制信号，具体数据在台架上标定得到，标定原则：使发动机冷却液温度在最短时间内控制在发动机设计的最佳温度内。
3)电动水泵需要保护工况下pwm控制信号的输出，根据电动水泵的技术要求设计算法，如电动水泵在出现故障或需要保护时要求pwm控制信号给固定的pwm控制信号，确保电动水泵在非停机故障时能持续工作，避免损坏发动机。
4)电动水泵停机工况下pwm控制信号的输出，根据电动水泵技术要求中说明的停机占空比需求值作为停机时pwm输出值即可。
电动水泵的控制方法基于无刷直流电机驱动的离心泵式电子控制系统(ecu)，ecu包括硬件电路单元、底层控制单元和应用层控制单元。电动水泵传感器安装，电动水泵进、出口处安装台架用的冷却液温度传感器，在发动机的进、出口处安装台架用的冷却液温度传感器，在电动水泵转子处安装转速传感器校正电动水泵输出的转速是否正常，以上传感器需严格按照传感器安装技术要求进行安装。
测量的变量，台架采集的数据包括：电动水泵进水口温度、电动水泵出水口温度、发动机的进水口温度、发动机的出水口温度、电动水泵输出转速、环境温度、电动水泵实际转速；ecu采集数据包括：发动机冷却液温度、发动机转速、发动机起动标志位、发动机后运行标志位、电池电压、发动机负荷。
如图2所示电动水泵的仿真测试方法：
第一步，功能开发。
由于电子控制系统(以下简称ecu)分软件(底层软件、应用层软件)和硬件，实施方案流程见图2。针对电动水泵的控制算法，ecu需要包括以下功能：
1、ecu硬件，支持温度传感器功能、pwm控制功能并设计响应电路，并且pwm控制信号的占空比范围及通讯频率与电动水泵相符合，支持电动水泵工作的电压范围。
2、底层软件，实现pwm控制信号由应用层软件向底层驱动的转变。
3、应用层软件，需要支持电动水泵工况判断，pwm控制信号的计算，算法流程见图3。
第二步，功能验证。
1、基于模型功能仿真测试，实现不同工况下pwm控制信号的输出计算。
2、数据预设，根据冷却液温度传感器特性曲线对标定量进行预设，预设值由供应商提供，pwm控制信号的输出根据发动机冷却系统设计的理论值和电动水泵的特殊要求进行预设。
3、硬件在环仿真测试，为了确认功能、节约试验成本和试验验证的范围全面性，一般在发动机实体验证前先进行硬件在环仿真测试。本文方案选用在hil(hardware-in-the-loop)上仿真测试。验证内容：
硬件电路设计是否合理，查看经过ecu输出的电压信号、pwm信号是否合理；
底层软件pwm控制信号的输出是否正确，如高低电平定义、通讯频率；
应用层软件算法是否实现不同工况下pwm控制信号；
综合评价标准：
启动时，pwm控制信号为启动设定值；
正常运行时，pwm控制信号根据发动机工况不同输出不同占空比，冷却液温度稳定时，其温度值应在发动机冷却系统设计的最佳工作温度以内，偏差不超过±3度；
故障或出现电机保护时，pwm控制信号为电动水泵故障替代值。
停机时，pwm控制信号为电动水泵要求的停机值。
3、实测验证。
此文选择在发动机台架上验证。需要的仪器有搭载ecu及相关零部件的发动机、发动机台架、缸压传感器、标定设备。
验证步骤如下，
传感器安装：电动水泵进出、口处安装台架用的冷却液温度传感器，在发动机的进、出口处安装台架用的冷却液温度传感器，在电动水泵转子处安装转速传感器校正电动水泵输出的转速是否正确，以上传感器需严格按照传感器安装要求进行安装。
测量的变量：
台架采集的数据包括：电动水泵进水口温度、电动水泵出水口温度、发动机的进水口温度、发动机的出水口温度、电动水泵输出转速、电动水泵实际转速、环境温度；
ecu采集数据包括：发动机冷却液温度、发动机转速、发动机起动标志位、发动机后运行标志位、电池电压、发动机负荷。
结果验证方法：
1)电动水泵选型校验，电动水泵的技术要求中明确指出电动水泵的流量与电动水泵的转速有一一对应关系，电动水泵的实际转速通过pwm控制实现。因此，调整pwm控制信号，查看发动机冷却液温度范围，检验电动水泵的流量特性是否满足发动机冷却需求，如果发动机冷却液温度无法控制在要求的最佳范围内或者实际电动水泵转速与理论转速差超过±10％，需要重新选择电动水泵；
2)电动水泵控制精度校验，稳定运行发动机更改ecu输出的pwm控制信号，发动机冷却液温度下降或上升，等待发动机冷却液温度稳定后查看其温度。如果实际发动机冷却液温度有与设计的理论冷却液温度超过±10℃需要确认是电动水泵转速更改最小刻度是否在要求范围内，如果不在需要与供应商反馈更改转速控制精度，否则需要更改ecu应用层软件控制精度；
3)电动水泵响应速度校验，稳定运行发动机，更改ecu输出的pwm控制信号，稳定运行发动机，更改ecu输出的pwm控制信号发动机冷却液温度变化速度是否满足发动机冷却系统设计要求，如果不满足需要确认是ecu控制信号pwm输出更改响应时间和电动水泵实际转速变化响应时间。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。