随着石化等不可再生能源的逐渐消耗,以及民众的环保意识日益强烈,城市车辆的能耗及排放问题亟需改善。中国城市的车辆基数很大,并且城市化进程的加速致使车辆的增长速度加快,车辆在能源消耗及尾气污染方面的问题更加严重。虽然车辆技术的发展很大程度上提高了车辆行驶的能源效率,但是制动能量这一明显的损耗仍未得到很好的解决,而制动能量的回收利用将能够大幅提高车辆整体燃油经济性。在这一社会需求下,作为降低车辆能耗的动能回收系统(KERS)得到迅速的发展。本文介绍了应用于车辆的动能回收系统的主要形式和工作原理,详细给出了沃尔沃机械飞轮式KERS的结构组成、工作原理以及系统的优越性和不足之处。然后基于TRIZ理论对沃尔沃KERS进行充分分析,设计出适合城市车辆的优化功能方案,并通过性能对比评价给出最优功能方案和结构方案。在新结构方案基础上,本文同时以飞轮储能性能和电机性能最优化为目标,完成了飞轮组件的结构设计;然后推导出传动链各环节传动比与动能回收利用率的关系,利用该关系确定了传动链各部分传动比,并完成半环形无级变速器和齿轮传动链的设计。结合Ansoft软件和理论求解完成了电动机、发电机特性分析,得到了电机特性曲线和工作转速下的电磁转矩特性,给出了电机的高效运行范围及其相应效率;基于仿真和理论计算数据,完成飞轮组件的整体设计和基本动力学仿真,验证了飞轮组件结构的合理性。最后求解出飞轮储能制动特性,以及飞轮及电机对车辆匀速、恒加速度加速、恒功率加速等行驶状态的驱动性能结果。