[发明专利]车用发动机智能飞轮控制器及其控制方法

权利要求书

1.车用发动机智能飞轮控制器，其特征在于：包括有数字核心电路(1)、接插件电路(2)、CAN通讯电路(3)、PWM信号转换与功率驱动(4)、转子信息检测及处理电路(5)、电压、电流检测及处理电路(6)和电源电路(7)，其中：

数字核心电路(1)与接插件电路(2)连接，通过接插件电路(2)接收整车控制器(10)和智能飞轮(8)的信息，并发送控制信号给飞轮(8)；

接插件电路(2)，用来将由数字核心电路(1)构成的子板与由CAN通讯电路(3)、PWM信号转换与功率驱动(4)、转子信息检测及处理电路(5)、电压、电流检测及处理电路(6)和电源电路(7)构成的母板的相关电源、信号相连接；

CAN通讯电路(3)，分别与整车控制器(10)和接插件电路(2)连接，可以接收整车控制器(10)发出的指令，并将其通过接插件电路(2)传送给数字核心电路(1)；也可以将飞轮的信息通过接插件电路(2)发送给整车控制器(10)；

PWM信号转换与功率驱动电路(4)，分别与接插件电路(2)、智能飞轮(8)以及储能元件(9)相连接；来自数字核心电路(1)的控制信号经接插件电路(2)送入PWM信号转换与功率驱动(4)；当飞轮(8)处于电动状态时，电能由储能元件(9)经电路(4)流向飞轮(8)；当飞轮(8)处于发电状态时，电能由飞轮(8)经电路(4)流向储能元件(9)；功率器件采用MOSFET并联方案；

转子信息检测及处理电路(5)，分别与接插件电路(2)和智能飞轮(8)相连接；来自飞轮(8)上转子速度传感器输出信号送入电路(5)，再经接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，从而获得飞轮的转子位置和速度信息；电压、电流检测及处理电路(6)，分别与接插件电路(2)和智能飞轮(8)相连接；来自飞轮(8)上的电压、电流传感器输出信号送入电路(6)进行处理，再经过接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，从而获得飞轮的电压、电流信息；

电源电路(7)，其输入来自储能元件(9)，电压等级为直流36V～42V；其输出为多路隔离和不隔离的直流电源，一路输出经接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，另一部分输出分别直接送入CAN通讯电路(3)、PWM信号转换与功率驱动(4)、转子信息检测及处理电路(5)、电压、电流检测及处理电路(6)。

2.根据权利要求1所述的车用发动机智能飞轮控制器，其特征在于：所述的速度传感器是编码器或旋转变压器。

3.权利要求1所述的车用发动机智能飞轮控制器的控制方法，其特征在于，该方法是一种直接磁链控制方法，控制飞轮分别工作在电动或发电运行状态，其中：

电动运行方式的控制方法如下：

(1)控制算法是转速、转矩、磁链三闭环结构；

(2)发动机起动速度由整车控制器(10)发出，经CAN通讯电路(3)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)；飞轮实际转速由飞轮(8)上转子位置传感器输出，经转子信息检测及处理电路(5)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)；

(3)上述两转速差值送入速度调节器ASR模块(11)，其输出作为转矩给定值，ASR模块(11)采用PI调节器结构；

(4)来自飞轮(8)上电压、电流传感器的输出信号经电压、电流检测及处理电路(6)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，得到飞轮两相电流信号和直流母线电压信号，通过坐标变换模块(14)将上述信号转换为静止α-β坐标系下的电压与电流分量；

(5)上述电压与电流分量送入定子磁链计算模块(13)，获得静止α-β坐标系下的定子磁链分量、幅值及其空间位置；

(6)定子磁链分量和定子电流分量分别送入转矩计算模块(12)，该模块输出为飞轮(8)的实际转矩值；

(7)定子磁链的给定值为飞轮的转子磁链值；磁链给定值与实际幅值的差值、转矩给定值与实际转矩值的差值、定子磁链的空间位置一起送入电压矢量选择模块(15)，电压矢量选择模块(15)的输出为6路PWM信号；

(8)6路PWM信号经接插件电路(2)送入PWM信号转换与功率驱动(4)，控制电能由储能元件(9)经PWM信号转换与功率驱动(4)流向飞轮(8)，从而实现飞轮(8)电动状态的控制；

发电运行方式的控制方法如下：

(1)算法是电压、转矩、磁链三闭环系统结构；

(2)母线电压给定值由整车控制器(10)发出，经CAN通讯电路(3)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)；飞轮(8)上电压传感器的输出信号经电压、电流检测及处理电路(6)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，得到直流母线的实际电压；

(3)上述两电压差值送入电压调节器AUR模块(11)，其输出作为转矩给定值，AUR模块(11)采用PI调节器结构；

(4)来自飞轮(8)上电压、电流传感器的输出信号经电压、电流检测及处理电路(6)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)，得到飞轮两相电流信号和直流母线电压信号，通过坐标变换模块(14)将上述信号转换为静止α-β坐标系下的电压与电流分量；

(5)上述电压与电流分量送入定子磁链计算模块(13，获得静止α-β坐标系下的定子磁链分量、幅值及其空间位置；

(6)定子磁链分量和定子电流分量分别送入转矩计算模块(12)，该模块输出为飞轮(8)的实际转矩值；

(7)飞轮(8)实际转速由飞轮(8)上转子位置传感器输出，经转子信息检测及处理电路(5)、接插件电路(2)送入数字核心电路(1)而获得；

(8)飞轮(8)实际转速送入速度调节器ASR16，其输出为定子磁链的给定值；磁链给定值与实际幅值的差值、转矩给定值与实际转矩值的差值、定子磁链的空间位置一起送入电压矢量选择模块(15)，电压矢量选择模块(15)的输出为6路PWM信号；

(9)6路PWM信号经接插件电路(2)送入PWM信号转换与功率驱动(4)，控制电能由飞轮(8)经PWM信号转换与功率驱动(4)流向储能元件(9)，从而实现飞轮(8)发电状态的控制。