[发明专利]车用发动机智能飞轮控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明属于车用控制装置范围，尤其是一种发动机智能飞轮控制器及其控制方法。

背景技术

随着汽车拥有量的快速增加，能源消耗和尾气排放问题也更加突出。汽车发动机上的起动机、发电机及飞轮是三个独立的部件，其作用分别是拖动发动机转动、给车载蓄电池充电和平滑发动机曲轴转速的波动。

采用上述结构的常规车用发动机起动慢，难以实现怠速停机功能，造成车辆起动及怠速时过多的燃油消耗及尾气排放；同时，车辆制动时的动能无法回收，大量的可利用能量被白白浪费。

随着技术的发展，出现了智能飞轮，即将发动机上彼此独立的起动电机、发电机及机械飞轮进行一体化设计，具有原来三个独立部件的功能。这种智能飞轮以感应电机类型居多。由于安装空间严格受限，为提高转矩密度和功率密度，基于永磁电机形式的智能飞轮开始出现，并采用矢量控制算法。

智能飞轮控制器通常设计成一块电路板，这使得控制器的维护、升级相对复杂、成本增加。采用的矢量控制算法，要用到复杂的旋转坐标变换，较大的计算量影响控制的实时性；另外，系统性能受飞轮参数的影响很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种车用发动机智能飞轮控制器及其控制方法。该控制器采用独立的数字核心子板与由外围电路构成的母板相结合的硬件结构，应用直接磁链控制算法分别实现智能飞轮电动与发电状态的控制。控制器可以与多种速度传感器接口；子板、母板独立设计使其维护、升级比较简单；系统性能受飞轮参数的影响小；转矩响应速度快，使得发动机的起动时间更短、带电气负载能力更强。

本发明所述的控制器，适用于5～10kW永磁交流类型的智能飞轮，其特征在于：含有数字核心电路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44；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；功率器件应用MOSFET，由于工作电流较大，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。

所述的速度传感器是编码器或旋转变压器。

本发明所述的控制方法的特征在于：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；