[發明專利]車用發動機智能飛輪控制器及其控制方法

無效

• 申請號: 200810056404.7
• 申請日: 2008-01-18
• 公開（公告）號: CN101229769A
• 公開（公告）日: 2008-07-30
• 發明（設計）人: 許家群;劉帥
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B60K6/10
• 分類號: B60K6/10;B60W20/00;F02D29/00
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于車用控制裝置范圍，尤其是一種發動機智能飛輪控制器及其控制方法。

背景技術

隨著汽車擁有量的快速增加，能源消耗和尾氣排放問題也更加突出。汽車發動機上的起動機、發電機及飛輪是三個獨立的部件，其作用分別是拖動發動機轉動、給車載蓄電池充電和平滑發動機曲軸轉速的波動。

采用上述結構的常規車用發動機起動慢，難以實現怠速停機功能，造成車輛起動及怠速時過多的燃油消耗及尾氣排放；同時，車輛制動時的動能無法回收，大量的可利用能量被白白浪費。

隨著技術的發展，出現了智能飛輪，即將發動機上彼此獨立的起動電機、發電機及機械飛輪進行一體化設計，具有原來三個獨立部件的功能。這種智能飛輪以感應電機類型居多。由于安裝空間嚴格受限，為提高轉矩密度和功率密度，基于永磁電機形式的智能飛輪開始出現，并采用矢量控制算法。

智能飛輪控制器通常設計成一塊電路板，這使得控制器的維護、升級相對復雜、成本增加。采用的矢量控制算法，要用到復雜的旋轉坐標變換，較大的計算量影響控制的實時性；另外，系統性能受飛輪參數的影響很大。

發明內容

本發明的目的是提供一種車用發動機智能飛輪控制器及其控制方法。該控制器采用獨立的數字核心子板與由外圍電路構成的母板相結合的硬件結構，應用直接磁鏈控制算法分別實現智能飛輪電動與發電狀態的控制。控制器可以與多種速度傳感器接口；子板、母板獨立設計使其維護、升級比較簡單；系統性能受飛輪參數的影響小；轉矩響應速度快，使得發動機的起動時間更短、帶電氣負載能力更強。

本發明所述的控制器，適用于5～10kW永磁交流類型的智能飛輪，其特征在于：含有數字核心電路1、接插件電路2、CAN通訊電路3、PWM信號轉換與功率驅動4、轉子信息檢測及處理電路5、電壓、電流檢測及處理電路6和電源電路7，其中：

數字核心電路1與接插件電路2連接，通過接插件電路2接收整車控制器10和智能飛輪8的信息，并發送控制信號給飛輪8。

接插件電路2，用來將由數字核心電路1構成的子板與由CAN通訊電路3、PWM信號轉換與功率驅動4、轉子信息檢測及處理電路5、電壓、電流檢測及處理電路6和電源電路7構成的母板的相關電源、信號相連接。

CAN通訊電路3，分別與整車控制器10和接插件電路2連接，可以接收整車控制器10發出的指令，并將其通過接插件電路2傳送給數字核心電路1；也可以將飛輪的信息通過接插件電路2發送給整車控制器10。

PWM信號轉換與功率驅動電路4，分別與接插件電路2、智能飛輪8以及儲能元件9相連接。來自數字核心電路1的控制信號經接插件電路2送入PWM信號轉換與功率驅動44；當飛輪8處于電動狀態時，電能由儲能元件9經電路4流向飛輪8；當飛輪8處于發電狀態時，電能由飛輪8經電路4流向儲能元件9；功率器件應用MOSFET，由于工作電流較大，采用MOSFET并聯方案。

轉子信息檢測及處理電路5，分別與接插件電路2和智能飛輪8相連接。來自飛輪8上轉子速度傳感器輸出信號送入電路5，再經接插件電路2送入數字核心電路1，從而獲得飛輪的轉子位置和速度信息；

電壓、電流檢測及處理電路6，分別與接插件電路2和智能飛輪8相連接。來自飛輪8上的電壓、電流傳感器輸出信號送入電路6進行處理，再經過接插件電路2送入數字核心電路1，從而獲得飛輪的電壓、電流信息；

電源電路7，其輸入來自儲能元件9，電壓等級為直流36V～42V；其輸出為多路隔離和不隔離的直流電源，一路輸出經接插件電路2送入數字核心電路1，另一部分輸出分別直接送入CAN通訊電路3、PWM信號轉換與功率驅動4、轉子信息檢測及處理電路5、電壓、電流檢測及處理電路6。

所述的速度傳感器是編碼器或旋轉變壓器。

本發明所述的控制方法的特征在于：是一種直接磁鏈控制方法，控制飛輪分別工作在電動或發電運行狀態，其中：

電動運行方式的控制方法如下：

(1)控制算法是轉速、轉矩、磁鏈三閉環結構；

(2)發動機起動速度由整車控制器10發出，經CAN通訊電路3、接插件電路2送入數字核心電路1；飛輪實際轉速由飛輪8上轉子位置傳感器輸出，經轉子信息檢測及處理電路5、接插件電路2送入數字核心電路1；

(3)上述兩轉速差值送入速度調節器ASR模塊11，其輸出作為轉矩給定值，ASR模塊11采用PI調節器結構；