车载飞轮电池是一种高效能量储存和转换装置,由磁悬浮轴承支承,具有储能密度大、充电速度快、使用寿命长、清洁环保等特点,还能够实现车辆动能的回收与再利用。但是汽车运动复杂多变,影响车载飞轮电池的稳定运行。本文首先根据系统要求对飞轮及转子进行了结构设计,分析了金属材料轮毂和复合材料轮缘的内部应力分布规律,完成了飞轮在高速旋转条件下的材料强度校核,分别计算了磁轴承动环、电机动环和推力盘等零部件与转子间配合的过盈量。分析了飞轮转子的固有频率和模态振型。利用ADAMS软件建立了飞轮转子与等效基础的机械模型,并利用MATLAB软件建立了不完全微分PID和交叉反馈的控制器模型。通过联合仿真分析了基础的加速、减速、转弯和爬坡运动,以及因路面不平整引起的基础纵向振动、横向振动和俯仰振动对高速飞轮转子系统动态性能的影响。最后编写了基于TMS320F28335 DSP数字控制器的不完全微分PID和交叉反馈的控制程序,并在磁悬浮轴承转子系统试验台上完成了静态悬浮和高速旋转试验,验证了交叉反馈控制策略的减振效果。研究结果表明:本文对飞轮及转子的结构设计和材料选用在高速旋转条件下可以满足强度要求,基础的不同运动状态均会对高速飞轮转子的稳定性产生显著影响,所设计的磁轴承可以承受外界冲击力以及转子不平衡力,交叉反馈控制策略可以在一定程度上抑制陀螺效应的影响。研究结果可对车载飞轮电池的设计提供有益参考,为后续车载飞轮电池的实际应用打下基础。