CN104125902A - 用于混合车辆中的燃料优化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一个实施例涉及用于混合车辆中的空转减少的系统。所述系统包括控制系统,其用于响应于工作现场数据而使车辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进行操作;工作现场数据可以包括在工作现场所要求的能量的量的估计。

Description

用于混合车辆中的燃料优化的系统和方法
[0001] 相关申请夺叉引用
[0002] 本申请要求享有由达鲁姆(Dalum)于2011年12月2日提交并且通过引用并入 本文的61/566, 526号美国临时专利申请的权益和优先权。本申请还涉及由Dalum等人 于2010年2月22日提交的12/710,247号美国专利申请(代理人案号096637-0125),其 是:于2008年5月30日提交的12/130,888号美国专利申请的继续申请,所述12/130,888 号美国专利申请根据美国法典第35部分第119(e)条要求于2007年10月12日提交的 60/979, 755号美国临时申请和于2007年12月17日提交的61/014, 406号美国临时申请 的优先权的权益;于2008年7月3日提交的12/217, 407号美国专利申请的部分继续申请, 所述12/217, 407号美国专利申请根据美国法典第35部分第119 (e)条要求于2007年7月 12日提交的60/959, 181号美国临时申请和于2008年5月1日提交的61/126, 118号美国 临时申请的优先权的权益;于2009年11月30日提交的PCT/US2009/066151的部分继续 申请,所述?〇7^52009/066151要求于2009年5月11日提交的61/177,240号美国临时申 请、于2008年12月1日提交的61/118, 980号美国临时申请、于2009年8月21日提交的 61/235, 998号美国临时申请和于2009年10月13日提交的61/251,285号美国临时申请的 优先权的权益;是于2008年7月10日提交的PCT/US2008/008442的部分继续申请;是于 2008年10月9日提交的PCT/US2008/079376的部分继续申请,所述PCT/US2008/079376是 于2008年5月30日提交的12/130, 088号美国申请的继续申请,其要求于2007年10月12 日提交的60/979, 755号美国临时申请、于2007年12月17日提交的61/014, 406号美国临 时申请以及本文所列举的申请中的每一个的优先权的权益;上述参考文献中的每一个的全 部内容通过引用并入本文。
背景技术
[0003] 本公开涉及车辆驱动系统。更具体地,本公开涉及用于针对用于运输和静止 (stationary)操作的混合车辆优化所存储的能量或功率(power)的使用的系统和方法。
[0004] 混合车辆驱动系统普遍采用至少两个原动机,所述至少两个原动机以与传动装置 (transmission)有关的不同配置而布置。一种已知配置发现为以所谓的"串并联"混合。 "串并联"混合布置为使得多个原动机可以单独地或与另一个相结合地为驱动轴供以功率。
[0005] 在混合车辆驱动系统中,第一和第二原动机(例如,内燃机和电动机/发电机)可 以以并联配置进行布置,并且可以用来通过传动装置向驱动轴和动力输出(ΡΤ0)轴提供功 率或者通过传动装置或通过轴和ΡΤ0向传动装置提供功率。ΡΤ0轴通常用来驱动辅助系统、 配件或其他机械(例如泵、混合器、筒(barrel)、绞盘、鼓风机等)。
[0006] 当混合车辆静止诸如在工作现场时,所存储的功率或能量可以用来驱动辅助系统 或其他设备。为了满足各反空转(anti-idle)和排放法规,采用所存储的电功率取代来自 内燃机的功率来为辅助系统和部件供以功率可能是理想的。所存储的能量使用(使功率变 化)或存储的速率以及混合系统中的所存储的能量的量可对整体车辆效率具有变化的影 响,取决于在驾驶期间如何使用能量。如果车辆还是工作卡车或车辆,那么来自混合系统的 所存储的能量的使用也可对在工作现场的效率、或者如果在驾驶模式和工作现场这两者中 使用车辆则对整体效率具有不同的影响。因此,需要对在工作现场和沿着运送路线的所存 储的功率或能量的使用进行优化。因为混合车辆具有有限的功率存储能力,所以需要对在 混合的运输期间和在静止工作需要期间的所存储的电功率的使用进行监视、预测和控制。 进一步地,需要提供用于保持足够量的所存储的功率或能量的系统和方法用于混合车辆的 预期静止工作需要。
发明内容
[0007] 本公开的一个实施例涉及用于混合车辆中的空转减少的系统。所述系统包括控制 系统,其用于响应于工作现场数据而使车辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进行操作;工 作现场数据包括在工作现场所要求的能量的量的估计。
[0008] 本公开的另一个实施例涉及优化混合车辆的能量利用的方法。在一个实施例中, 所述方法可以确定所存储的能量的最佳使用以提高效率或达成其他目标,诸如在工作现场 关闭引擎来操作装备。方法包括接收路线上的多个工作现场的位置;确定在工作现场的预 期能量使用;确定预期能量使用是否大于车辆上可再充电能量源中的所存储的能量;以及 如果预期能量使用小于车辆上可再充电能量源中的所存储的能量,则沿着路线以电荷耗减 模式操作车辆。
[0009] 本公开的再一个实施例涉及包括控制系统的装置,所述控制系统用于响应于命令 而使车辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进行操作。装置还包括命令控制系统,所述命令 控制系统用于响应于工作现场数据提供命令,工作现场数据包括在工作现场所要求的能量 的量的估计。可选地,当车辆在运输中时,装置可以使用其他输入来改变混合系统的电荷耗 减或电荷累积模式连同工作现场数据,以优化车辆的整体效率。
[0010] 将理解的是,前述的一般描述和下面的详细描述这两者仅是示例性的和解释性 的,并且不对如所要求的本发明进行限制。
附图说明
[0011] 本发明的这些和其他特征、方面和优势将从下面的描述、权利要求以及附图中所 示的附随的示例性实施例中变得显而易见,下面将对附图进行简要描述。
[0012] 图1是根据本公开的示例性实施例的、用于具有系统的混合车辆的能量优化系统 的示意性框图。
[0013] 图2是根据本公开的示例性实施例的、用于与图1中所示出的系统一起使用的混 合车辆系统的示意性框图。
[0014] 图3是根据本公开的示例性实施例的、针对混合车辆的起始点和多个工作现场之 间的经优化的路线的示意性表示。
[0015] 图4和图5是根据本公开的示例性实施例的、用于确定到工作现场的经优化的路 线和用于工作现场的预期功率使用、以及根据经优化的路线和预期功率使用来操作图1中 所示出的系统的示例性方法的流程图。
[0016] 图6是示出图1中所示出的能量优化系统的示例性操作的简化状态图。
[0017] 图7是根据示例性实施例的、作为时间的函数的、用于混合车辆的电池荷电状态 的绘图。
[0018] 图8是根据示例性实施例的、作为距离的函数的、用于混合车辆的电池荷电状态 的绘图。
[0019] 图9是示出图1中所示出的能量优化系统的示例性操作的简化状态图。
[0020] 图10是根据本公开的示例性实施例的、用于与图1中所示出的系统一起使用的示 例性混合车辆的示意性框图。
具体实施方式
[0021] 在重于10, 〇〇〇镑额定车辆总重(gvwr)的较大的卡车中所使用的混合系统典型 地一直利用两种基本设计配置--串联设计或并联设计。串联设计配置典型地使用内燃机 (热机)或具有发电机的燃料电池来为电池组和电动机这两者发电。在电串联设计中,典型 地在内燃机或燃料电池(混合动力单元)和车轮之间不存在直接的机械功率连接。并联设 计配置除了电动机之外在内燃机或燃料电池(混合动力单元)和车轮之间具有直接的机械 连接以驱动车轮。虽然本文描述了某些混合布置,但是本发明可以与包括串联、并联和串联 /并联设计的各种混合布置一起使用。基于ΡΤ0的混合未以限制性方式示出。
[0022] 呈现了根据数个可能的实施例的混合车辆驱动系统。混合车辆驱动系统的一个示 例性实施例的一个特征是可以由一个或多个原动机和配件来单个地或以任何组合地为驱 动轴供以功率。在一些实施例中,原动机和配件自身可以由多种能量源来供以功率,诸如化 学的(例如汽油、柴油燃料等)、液压的、气动的或电气的。优选实施例将液压系统包含在混 合车辆驱动系统中用于最佳的能量存储和使用。注意,如本文所使用的术语发动机可以指 代发动机、泵、发动机/发电机或发动机/泵,并且不一定限于实施只有发动机或只有泵操 作的设备。
[0023] 参考图1-2,根据示例性实施例示意性地示出用于车辆10的车辆驱动系统和附 随的控制系统。车辆10是由混合车辆驱动系统12推进的混合车辆。车辆10可以是如 12/710, 247号美国专利申请或本文通过引用所并入的申请中的任何一个中所公开的混合 车辆。
[0024] 优选地在车辆10上提供控制系统14以优化车辆驱动系统12的操作。控制系统 14可以有利地优化车辆10的燃料消耗和/或用于在工作现场和沿运送路线使用的存储在 车辆10上的能量的消耗。控制系统14可以包括处理器、存储器和通信端口,所述通信端口 用于接收数据并且提供指令到车辆10的子系统。根据一个示例性实施例,控制系统14可 以接收来自车载部件和系统的数据,所述车载部件和系统诸如GPS接收器或单元15和内部 数据库16。其他车载部件诸如加速计、横摆传感器、气压测高计、温度传感器、轮胎压力传感 器、悬挂荷重传感器、J1939数据传送器、蜂窝无线电或wifi位置输入或传感器或其他车载 部件或输入可以使数据对控制系统14可用。GPS接收器15可以与控制系统14分离,或可 以与控制系统14集成。GPS接收器15可以具有接收和传送数据的能力。可以通过各种手 段来发送和/或接收数据,包括但不限于无线连接(wifi、蓝牙、蜂窝、卫星、无线电、IR等) 或经由导体,诸如插入式充电绳或一些其他手段。与插入式混合系统或有时被称为电动车 辆供应装备(EVSE)的电动车辆一起使用的插入式充电绳可以包含各种发送数据的手段, 包括但不限于传达信号的专用导体、光纤电缆或合并的电力线载波(PLC)。EVSE还可以经 由无线信号传送和/或接收数据到车辆控制系统14,或者可以经由无线信号或诸如PLC的 其他手段从电网(智能电网系统的一部分)接收数据或向电网传送数据。
[0025] 车辆10上的部件可以经由有线连接或无线连接交换数据,所述有线连接诸如CAN 总线,所述无线连接诸如蓝牙、wifi、紫蜂(ZigBee)或其他手段。可选地,可以使用设备从 一个源接收和/或传送数据,所述源诸如蜂窝、wifi或其他无线源,并且经由另一手段传送 和/或接收数据到控制系统14。设备可以是蜂窝电话、智能电话或嵌入式收发器。数据可 以经由各种手段从设备传送和/或接收到控制系统14,所述各种手段包括但不限于有线连 接、IR、光纤、无线(wifi、蓝牙、ZigBee等)。
[0026] 根据其他示例性实施例,控制系统14可以接收来自外部源的数据或指令。车辆10 可以是一队车辆的一部分。控制系统14可以用作与具有数据库18的中央车队控制系统 17通信的车载车队管理系统。控制系统14可以直接连接到车队控制系统17和外部数据 库18 (例如,经由有线连接或经由无线连接),或者可以经由另一部件连接到车队控制系统 17,所述另一部件诸如外部调制解调器19。在一个实施例中,膝上型计算机、手持计算机、智 能电话或其他通信设备可以与控制系统14通信并向车队控制系统17提供数据。
[0027] 在使用智能电话的实施例中,可以提供应用或程序用于与控制系统14通信。在一 个实施例中,执行应用的智能电话可以独立于车队控制系统17或与车队控制系统17通信, 并提供与系统17相关联的存储、处理以及命令功能。智能电话或其他无线设备还可以与智 能电网系统和/或车队控制系统17通信。
[0028] 现在参考图2,示出根据示例性实施例的混合车辆驱动系统12。可以在任何类型 的车辆上采用混合车辆驱动系统12。根据一个实施例,车辆10可以是任何类型的轻型、中 型或重型卡车。在一个优选实施例中,车辆10是采用液压系统的卡车,诸如吊杆(boom)卡 车。可替代地,车辆可以是采用混合系统的任何类型的平台。车辆10可以具有多种轮轴配 置,包括但不限于4x2、4x4、或6x6配置,或使用轮胎(tracks)。车辆10可以在公路上或在 公路外使用。
[0029] 在一个优选实施例中,车辆10是诸如国际4300SBA4x2卡车的卡车。车辆包 括液压吊杆。根据示例性实施例,车辆可以进一步包括液压平台旋转体、液压铰接臂 (articulating jib)和绞盘(例如具有lOOOlbs的能力)、液压臂延伸、液压工具出口、以 240VAC提供3和/或6和/或10kW的车载充电器、以及电动空调。
[0030] 在另一个实施例中,车辆10包括液压操作的甲板下空气压缩机。压缩机可以利用 压缩空气存储罐来监视对空气的需求。根据示例性实施例,车辆10可以进一步包括空气软 管卷盘、空气工具出口、液压工具出口、以240VAC提供高达8kW的车载充电器、以及电动空 调。上文的参考功率、空气压缩机以及部件的类型仅是示例性的。
[0031] 系统12包括第一原动机20 (例如内燃机,诸如柴油燃料机等)、第一原动机驱动的 传动装置22、部件28 (例如动力输出(ΡΤ0)、分动器等)、第二原动机30 (例如发动机,诸如 电动机/发电机、具有直连轴(thru-shaft)的液压泵、压缩机、气动鼓风机、真空泵、液体输 送泵等)、以及配件32 (例如液压泵,诸如可变容积排量泵等)。在某些实施例中,配件32 可以充当第三原动机。传动装置22机械地耦连到部件28。部件28耦连到第二原动机30。 第二原动机30耦连到配件32。
[0032] 在一个实施例中,部件28是可以与传动装置22啮合或脱离啮合(disengage)的 PTO。传动装置22可以是手动传动装置、自动化手动传动装置、自动传动装置或另一类型的 传动装置。可以采用离合器机构以适当地使部件28和传动装置22啮合和脱离啮合。
[0033] 在各示例性实施例中可以改变配件32和第二原动机30相对彼此的性质和布置。 第二原动机30在图2中示出为耦连在部件28和配件32之间的电动机(例如,电动机包括 耦连到ΡΤ0和液压泵的直连轴)。然而,在一个示例性实施例中,配件32具体化为液压发动 机并且包括耦连到具体化为ΡΤ0的部件28的直连轴。直连轴随后还耦连到具体化为电动 机的第二原动机30的轴。
[0034] 根据一个实施例,系统12还包括第一可再充电能量源34 (例如电池、电池库、燃料 电池、电容性电池、或其他能量存储设备)、辅助功率单元(APU) 36 (例如可能通过可替代的 低排放燃料(例如生物质、天然气、氢、或具有低排放和低碳输出的一些其他燃料)来为其 供以燃料的内燃机、和发电机、燃料电池等)、第二可再充电能量源38(例如液压蓄电池、超 级电容器、气动蓄电池(压缩气体存储罐)等)、以及车载或外部装备40 (例如液压操作的 装备,诸如空中吊桶(aerial bucket),气动操作的装备,诸如路面破碎机等)。
[0035] 第一可再充电能量源34耦连到第二原动机30,并且为第二原动机30的操作提供 功率。第一可再充电(例如增压的或可再充电的)能量源34可以包括其他辅助部件(例 如为AC发动机所提供的逆变器(inverter)、为DC系统充电的直流-直流(DC-to-DC)转换 器、用于将功率输出给电力网或其他装备的逆变器、用于发动机的控制器、充电器等)。可以 使用来自第一可再充电能量源34或来自车辆底盘能量源(诸如12V电池,其使用直流-直 流转换器从第一可再充电能量源34进行添补)的功率通过逆变器来供应可输出的功率,或 通过一些其他手段来供应可输出的功率。APU36耦连到第一可再充电能量源34,并且给第 一可再充电能量源34提供功率。
[0036] 根据一个示例性实施例,第二可再生能量源38是具有高压部分(例如蓄水池)和 低压部件(例如储水罐)的液压系统。根据另一个示例性实施例,配件32可以是压缩机,并 且第二可再生能量源38可以是压缩气体存储罐。第二可再充电能量源38耦连到配件32, 并且为配件32提供所存储的功率。车载或外部装备40可以耦连到配件32或第二可再生 能量源38,并且使用来自配件32或第二可再充电能量源38这二者之一的功率进行操作。 在一个实施例中,车载或外部装备40通过第二可再充电能量源38耦连到配件32。
[0037] 在一个实施例中,第二可再充电能量源38被利用,并且给配件32提供功率。可以 通过配件32将附加的或可替代的功率提供给驱动轴32。例如,配件32可以给驱动轴24提 供功率直到第二可再充电能量源38被放电。可替代地,配件32可以在车辆加速期间给驱 动轴24提供附加的功率。配件32通过第二原动机30、部件28和传动装置22将功率提供 给驱动轴24。在一个实施例中,来自装备40的能量可以在源38或配件32中恢复。例如, 当吊杆降下时,可以从吊杆向液压系统提供功率。
[0038] 当部件28被啮合时,第二原动机30可以操作以经由传动装置22给驱动轴24提 供功率。第二原动机30可以进一步用来为各种车载部件提供功率,所述车载部件诸如压缩 机、水泵、水泥混合器、滚筒(drum)等。
[0039] 与采用第一原动机20对第一可再充电能量源34进行再充电相比,外部电网42允 许采用更清洁、更低成本的功率对第一可再充电能量源34进行再充电。可以以从使用柴油 燃料的内燃机所提供的功率的成本的一部分来提供来自外部电网42的功率。根据一个示 例性实施例,第一可再充电能量源34可从外部电网42再充电近似8小时或更少。一般地, 外部电网能量或功率可以在车辆10的基地、工作现场或停车场是可用的。
[0040] 出于解释的目的,下面将混合车辆驱动系统12描述为利用具体化为电池或超级 电容器的第一可再充电能量源34来存储电功率,并且利用具体化为液压或气动罐的第二 可再充电能量源38来以液压或气动压力的形式存储功率。应该理解,在其他示例性实施例 中,混合车辆系统12可以利用是液压系统、气动系统或电、液压或气动系统的组合的第一 可再充电能量源34,或利用具体化为电池或超级电容器的第二可再充电能量源38来存储 电功率。
[0041] 混合车辆驱动系统12 -般以三种模式进行操作。可以响应于来自控制系统14或 车队控制系统17的命令而进入这三种模式。在第一或电荷耗减模式中,第二原动机30消 耗来自第一可再充电能量源34的功率。第一原动机20通过传动装置22将功率提供到驱 动轴24以驱动车轮26。第二原动机30通过部件28和传动装置22将附加的或可替代的功 率提供到驱动轴24。驱动轴24将功率提供到两个或更多个车轮26,所述车轮26用来向车 辆提供向前和向后的动量。例如,第二原动机30可以可选地将单独的功率的源提供到驱动 轴24。可替代地,第二原动机30可以在车辆加速期间向驱动轴24提供附加的功率。第二 原动机30还可以用于在车辆10静止时或车辆10在运输中时操作设备。例如,第二原动机 30可以操作诸如液压泵的配件32。配件32可随后用于操作诸如液压吊杆的车载装备40。 可替代地,第二原动机30可以用于向其他电设备(例如,空调、风扇、灯、收音机、手持电子 产品等)提供AC或DC功率。当所存储的能量大于工作现场所要求的能量或当车辆10出 行回到具有充电站的工作现场或基地时,可以命令电荷耗减模式。在运输期间,当控制系统 14或17命令第二原动机30从可再充电能量源34中抽出比再生制动、作为由原动机20供 以功率的发电机的第二原动机30的使用或其他手段所取代的更多能量时,也可以使用电 荷耗减模式。控制系统14可以响应于工作周期(duty cycle)而命令电荷耗减模式,在所 述工作周期中附加的功率在驾驶期间比通过使用空转引擎而不是使用来自第一可再充电 能量源34的所存储的能量的在工作现场的较低效率操作的排量(displacement)更重要。 控制系统14或17可以在用于以下车辆的运输期间命令使用附加的功率:往事故出行的紧 急车辆、作战操作期间的防卫车辆、或其他应用。如果使用来自第一可再充电能量源34的 补充能量比针对工作周期的其他部分使用来自第一可再充电能量源34的能量更加提高效 率,则控制系统14或17还可以使用电荷耗减模式用于运输,所述工作周期的其他部分诸如 如果工作卡车不在工作现场操作。在工作现场在静止模式中的车辆操作使用燃料的效率往 往较低,这起因于为了操作小配件负载而在第一原动机20的空转期间所产生的过剩功率, 以及即使诸如液压泵的配件负载趋于间歇性也不断空转第一原动机20的频繁需要。如将 示出的,可以使用各种方法来确定来自第一可再充电能量源34的能量的最适当的使用。
[0042] 在第二或电荷累积模式中,第二原动机30操作为发电机以产生要存储在第一可 再充电能量源34中的电功率。根据系统12的各示例性实施例,可以通过第二原动机30、 APU36或另一适合的源(例如车辆交流发电机、电力网等)为第一可再充电能量源34充电 或供以功率。例如,当车辆10静止时,诸如当通宵停车时,可以将第一可再充电能量源34 插入到外部电网42中。在一个实施例中,用户可以在220-240V再充电、110-120V再充电 以及没有外部能量源对于再充电可用之间进行选择。针对不同的电压,可以计算某时间段 之内(例如,当通宵连接到外部电力网时)可添补的功率的量。超出该功率使用的量,则 使第一原动机20或APU36参与到向第一可再充电能量源34充电或提供功率。如果没有外 部能量源可用,则可在经计算以最小化空转时间的定期有限时段期间自动使第一原动机20 或APU36参与。电荷累积模式可以在所存储的能量小于工作现场所要求的能量时被命令。 如果源34和/或38到达最大存储水平,则可以退出电荷累积模式。如果为第二可再充电 能量源38充电以供应用于在工作现场的操作的能量比在工作现场使用原动机30更有效, 则控制系统14或17可以命令先前所描述的操作。控制系统14或17还可以计入其他优先 级,诸如在车辆10静止而不是运行原动机20时安静地操作的需要。使用来自第一可再充 电能量源34的在工作现场的安静、低排放的操作对于在以下项中静止使用车辆10期间是 尤其重要的:在城市中、在诸如隧道的封闭空间中、在城市地区的夜晚或在工作现场将高优 先级置于最小化原动机20的使用的其他环境中。控制系统14或17还可以响应于经由无 线信号(蜂窝、wifi、无线电等)或与车辆或驾驶员通信的其他手段到车辆10的来自智能电 网信号的输入而命令混合车辆驱动系统12处于电荷累积模式中。智能电网信号可以提供 控制系统14接收的输入,所述输入对于保持高荷电状态水平放置优先级,诸如如果车辆10 将被连接到电网(V2G)并且需要能量从车辆10流动到电网以补充电网或来自建筑物、装备 或其他负载对功率的其他需求。附加的智能电网命令以及其他混合车辆或能量存储设备之 间的通信可以使用无线信号(蜂窝、4GLTE、 Wifi、GSM、SMS或其他)发生,并且由车载控制 系统或以主/从布置使用车辆控制系统的基于云的控制系统来接收、解释和处理。车辆控 制系统14或车队控制系统17可以随后与其他机器通信以协调功率(机器到机器,或m2m) 的最佳存储、使用和递送,或传达其他消息以针对一队车辆增强车辆效率或完成其他活动。 当车辆10经由电动车辆供应装备(EVSE)或其他手段连接到电网时,可以可选地使用控制 系统和其他设备之间的有线通信。
[0043] 在第三或电荷维持模式,混合车辆驱动系统12中的一个或多个设备被间歇性地 激活以在第一可再充电能量源34中保持预定的电荷,或者以在上限和下限荷电状态的范 围内操作,使得在较长时间段内平均荷电状态保持不变。在一个实施例中,系统12配置为 当所存储的能量减小到某一量时,自动使APU36或第一原动机20通过部件28或配件32参 与到为第一可再充电能量源34充电。可以基于控制系统14和/或车队控制系统17所估 计的水平来确定所存储的能量的可允许的减少。进一步地,随着第一可再充电能量源34中 的电荷接近预定的阈值时,可以不同地操作混合车辆驱动系统12以避免消耗来自第一可 再充电能量源34的功率。例如,当混合车辆驱动系统处于电荷维持模式时,可以不使用第 二原动机30来协助车辆10的正加速,或可以采用减少的功率来操作第二原动机30。然而, 第二原动机30可以仍操作为发电机以取回(recapture)能量,诸如采用再生制动。电荷维 持模式可以在所存储的能量处于工作现场所要求的能量时被命令。如果源34和/或38已 经到达最大存储水平(例如,由于在充电站充电或由于在电荷累积模式中操作),则系统14 可以命令电荷维持模式。控制系统14可以实现迟滞以减少开/关循环。
[0044] 控制系统14可以不断地监视源34和38以及沿着路线和在工作现场的能量要求, 以针对适当的操作模式做出命令。如果沿着路线和在工作现场的能量要求大于或小于所预 测的,控制系统14可以适当地改变操作模式。
[0045] 控制系统14还可以允许车辆10在规则混合操作模式中操作,其中车辆10根据常 规混合算法进行操作。可以实现这类模式而不是电荷维持模式。
[0046] 现在参考图3,车辆10可以是存放在起始位置(例如车库、总部、基地等)52的多 用途车辆。可以在起始位置52处将车辆10插入到外部电力网42。混合车辆驱动系统12 处于电荷累积模式以对第一可再充电能量源34进行再充电。在典型操作中,车辆10开出 起始位置52在返回到起始位置52之前到一个或多个远程工作现场54。除了在沿着路线 56运输期间向驱动轴26提供功率以推进车辆10之外,存储在第一可再充电能量源34中 的功率可以用来在工作现场54操作诸如配件32和/或车载装备40的设备。然而,当车辆 10静止在工作现场54时,以无空转模式(例如,第一原动机20关闭)提供功率可能是理想 的。以无空转模式操作车辆10可能对遵守地方或国家条例来说是必要的,并且减少车辆10 所产生的排放和噪音的量。因此,给配件32和/或装备40提供功率可能优先于给车轮26 提供推进功率。在离开起始位置52之前,针对车辆10的所估计的功率使用,在沿着起始位 置52和工作现场54之间的路线56的运输中和在工作现场54的功率使用这两者。车辆驱 动系统12的操作可以因此而被优化以在第一可再充电能量源34中保持足够的功率水平用 于在工作现场54的预期功率使用。优化可以涉及使混合车辆驱动系统12在电荷耗减和电 荷维持模式之间切换。
[0047] 图3示出了根据示例性实施例的区域50中的起始位置52和一个或多个工作现场 54之间的经优化的路线。要由车辆10访问的工作现场54的位置通过手动确定或者可以通 过控制系统14和/或车队控制系统17自动确定。如果车辆10是一队车辆的一部分,那么 由每个车辆10所访问的工作现场54可以通过若干标准来确定,包括工作类型、工作紧急程 度和工作现场位置。
[0048] 随后设置车辆在起始位置52和工作现场54之间采取的经优化路线56。可以使用 不同的标准来初始地绘制路线,包括交通模式、地形、交通密度等。路线56可被优化例如以 最小化运输时间、最小化燃料使用、最大化来自再生制动的能量返回等。可以使用多种标准 来估计沿着路线56运输期间混合车辆驱动系统12的相对效率以及第一可再充电能量源34 的能量的净增益或损耗,所述多种标准包括但不限于车辆重量或质量;总的车辆出行距离; 燃料经济性、制动使用、巡航控制使用;以及混合车辆驱动系统12中各设备的转矩、旋转速 度、温度以及操作时间。如下面将更详细描述的,可以将来自车辆10沿着路线56的运输中 的数据收集到数据库中,以改善能量使用估计和路线优化用于未来的车辆。
[0049] 一旦针对车辆10确定工作现场54的位置和特性并且确定到工作现场54的经优 化路线56,则可以估计用于工作现场54的所估计的功率使用。最初,可以由司机或车队管 理者基于如预期的工作长度以及要在工作现场完成的任务的类型的这类标准来估计用于 工作现场的功率使用。可选地,系统14可以对在工作现场的功率使用做出自动估计、或协 助人员基于常在工作现场使用的车辆10上的装备的类型选择功率估计、使用基于先前事 件的平均、或者可以使用基于附加标准的估计,所述附加标准诸如附近其他车辆的类型和 数目、工作现场的位置、季节(例如,冬季、夏季等)、日期/ 一天的时间、吊杆移动的典型数 目、或如果装备用来在地中挖洞或钻孔时土地的类型和/或密度。可以使用多种标准来估 计混合车辆驱动系统12在工作现场54操作和/或驾驶期间的相对效率以及用于第一可再 充电能量源34的能量的净增益或损耗,所述各种标准包括但不限于燃料经济性;加速踏板 位置;混合车辆驱动系统12中的各设备的转矩、旋转速度、温度和操作时间;第一可再充电 能量源34电压或电荷;以及车载设备的活动,诸如空调活动、ePTO活动;加热器活动、充电 器活动等。如下面将更详细描述的,可以将来自车辆10在每个工作现场54的数据收集到 数据库中以改善能量使用估计。
[0050] 控制系统14和/或车队控制系统17可以操作混合车辆驱动系统12 (例如以电荷 耗减、电荷累积以及电荷维持模式)以优化车辆10的能量利用并且利用存储在可再充电能 量源34中的能量的最小值返回起始位置52。例如,用于车辆10的路线56可以包括到众多 工作现场54的主要密集城市驾驶(具有多个预期的启动和停止),在每个工作现场54花费 少量时间。在这类场景中,所估计的工作现场能量使用可能相对低,并且当沿着路线56运 输时可以以电荷耗减模式来操作混合车辆驱动系统12以消耗来自第一可再充电能量源34 的能量。控制系统14和/或车队控制系统17不限于系统12的操作,并且可以操作在其中 混合系统可以将能量存储在可再充电能量存储系统中的其他混合车辆驱动系统,其中来自 可再充电能量系统的功率可能变化以提高车辆的整体效率用于各工作周期。在另一个实施 例中,混合系统12可以仅能够在驾驶模式期间和/或在工作现场通过交流发电机、通过再 生制动、通过将一些功率从原动机20转移到充当发电机的第二原动机30、或通过一些其他 手段来对可再充电能量源34进行再充电。控制系统14和/或车队控制系统17可影响系 统12的操作以便通过基于各种输入标准选择最高效的方法对电池系统(例如源34)进行 再充电来优化整体能量效率,所述各种输入标准诸如但不限于当原动机20操作在更高效 的rpm或功率范围时在公路驾驶期间作为发电机的第二原动机30的激活。系统14和17 可以随后使用可再充电能量系统34中的能量来消除原动机20在较低效的操作模式中操作 的需要,所述较低效的操作模式诸如车辆的低速空转移动、当车辆10静止时引擎的空转、 为车辆10上的装备和其他负载提供功率的热机的低效使用、或当原动机20不是最高效功 率源时的其他场景。当原动机20关闭时,使用可再充电能量源34为车辆10上的所需要的 功能提供功率,结果是整体燃料消耗减少、整体有害排放较低、车辆10的操作期间的噪音 减少以及其他益处。
[0051] 针对混合车辆驱动系统12的能量优化可以包括在车辆10静止诸如在工作现场54 时最小化第一原动机20的空转以将能量提供给辅助部件。为了减少第一原动机20的空转 时间,控制系统14和/或车队控制系统17可以操作混合车辆驱动系统12以储备存储在第 一可再充电能量源34中的能连用于在工作现场54使用,并且在沿着路线56运输时对在电 荷耗减模式中的混合车辆驱动系统12的操作进行限制。
[0052] 根据另一个实施例,控制系统14可以提供指示可再充电能量源34和38中剩余的 能量的量的能量存储信息,并且将能量存储信息提供给车队控制系统17。车队控制系统17 可以基于能量存储信息选择车辆10或车队中的其他车辆用于下一个工作。在车辆10上的 传感器可以经由电压参数、压力参数等感应源34和38中的能量,并且将这类参数提供给系 统14。如果两个车辆到下一个工作现场是类似的距离,那么车队控制系统17可以选择具有 较多能量存储在源34和38中的一个车辆用于下一个工作现场。进一步地,如果下一个工 作现场包括加油站或用于源34和38的进入电网的入口,那么系统17可以选取具有较少存 储的能量的车辆。优选地,系统17具有访问关于每个工作现场的数据的权限。这类数据可 以包括其位置、用于在工作现场的工作类型的时间长度、用于在工作现场的工作类型的能 量使用、在工作现场加油站是否可用、在工作现场来自电网的功率可用等。
[0053] 参考图6,简化状态图600示出系统10的操作的示例性实施例以及响应于所存储 的能量水平和所预测的能量使用在能量或电荷累积模式602、能量或电荷耗减模式604以 及能量或电荷维持模式606之间的转变。状态图600仅是示例性的。可以考虑附加的或不 同的标准用于模式602、604和606之间的转变而不脱离本发明的范围。
[0054] 电荷维持模式606可以包括电荷累积子模式607和电荷耗减子模式609,用于在 车辆运送期间使用。在一个实施例中,电荷维持模式606可以包括分开的充电和耗减模式 或子模式,其随着车辆10出行穿过路线的各部分而被挑选。在另一个实施例中,维持模式 606可以使用模式604和602以在电荷维持模式606期间优化燃料消耗和能量存储。
[0055] 根据一个实施例,电荷维持模式606可以在电荷累积子模式607和电荷耗减子模 式609之间交替以在某时间段之内保持功率源34或38中的能量水平。例如,在山脚下之 前可以到达电荷累积子模式607并且当车辆行进上山时可以进入电荷耗减子模式609。一 旦到达山顶,则可以恢复电荷累积子模式607。可以由控制系统14或车队控制系统17使 用路线地图以实现适当的子模式。路线地图可以包括高程(elevation)数据或基于经验数 据。经验数据可以通过系统14和系统17对穿过工作路线的RPM负载收集。此外,系统14 和17可以利用车辆重量数据来挑选子模式607和609。根据一个实施例,随着车辆10沿着 路线以优选的速度行进上山和下山,原动机20可以以其最高效的恒定RPM来操作。当不要 求较高引擎输出时使用电荷累积子模式607,并且当需要来自原动机20的高于最佳输出时 使用电荷耗减子模式609。
[0056] 在一个实施例中,如果可再充电能量源34被完全耗减或到达能量的最小可允许 水平(例如低电池荷电状态),则系统10可以从电荷耗减模式604改变到电荷维持模式606 或电荷累积模式602。进一步地,如果不能操作原动机20以高效地将能量存储在可再充电 源34中(例如,车辆正在上山,车辆需要全部功率用于产生功率,或原动机20正以低效rpm 操作),则系统10可以从电荷累积模式602改变到电荷维持模式606。一旦可再充电源34 已经完全耗减或到达能量的最小水平,则算法确定以电荷累积模式602或以电荷维持模式 606操作是否更高效。
[0057] 在一个实施例中,图600还可以包括停止模式,在停止模式中空转被撞击(bump) 以达成车辆10的更高效操作。在这类实施例中,当车辆10停止时,来自第二原动机30或 配件32的功率增大与发动机(原动机20)相关联的RPM。原动机20的RPM的这类增大导 致正由车辆10的电子控制模块(ECM)所提供的燃料的减少。优选地,将增大的RPM控制到 低于阈值,使得传动装置32响应于增大的RPM而不开始正常的向前操作。在这类配置中, 系统10有利地减少了引擎空转燃料消耗而不要求车辆10的重大改变。当车辆10停止时, 撞击空转提供减少原动机20的能量消耗的有利方式。一旦压下车辆油门,ECM就将燃料提 供给原动机20或原动机30或配件32提供功率给传动装置,使得车辆10根据正常操作而 操作。当原动机30在出行期间提供功率并且原动机20也参与时,ECM还可以减少出行期 间的燃料消耗。
[0058] 参考图9,简化状态图900示出系统10的操作的示例性实施例以及响应于车辆加 速和减速在引擎运行模式902、制动再生模式904以及发动协助模式906之间的转变。状态 图900仅是示例性的。可以考虑附加的或不同的标准用于模式902、904和906之间的转变 而不脱离本发明的范围。
[0059] 图900还包括ePTO模式912、ePTO充电模式914。当期望ΡΤ0的电子使用时,从 在模式920的点火上进入模式912。当停车制动打开并且传动装置22处于空档位时可以进 入ePTO模式912。当停车制动关闭或者传动装置从空档移动时或者如果取消选择ePTO模 式,则可以从模式912进入模式920。系统10可以基于荷电状态从模式912和914进行交 替。当断开连接充电绳时,可以从插入充电模式918进入混合系统关闭模式916。当连接充 电绳时可以进入模式918。当引擎启动时可以从模式920进入模式902。可从任何状态进 入故障模式930。操作者可以经由用户接口选择ePTO模式912。
[0060] 参考图4和图5,方法估计用于工作现场54以及沿着至和自工作现场54的经优化 路线56的运输的车辆能量使用。首先确定工作现场54的位置以及至和自工作现场54的 经优化路线56 (步骤60)。分析用于预期工作现场54的可用数据(步骤62)。如果历史数 据对工作现场可用(例如存储在内部数据库16和/或外部数据库18中的历史数据),则使 用其来估计总的预期工作现场能量使用。如果没有历史数据可用,则使用诸如工作的预期 持续时间和类型的可用数据来估计总的预期工作现场使用(步骤63)。分析用于预期路线 56的可用数据(步骤64)。如果历史数据对路线可用(例如存储在内部数据库16和/或 外部数据库18中的历史数据),则使用其来估计总的预期运输能量数据。如果没有历史数 据可用,则使用诸如路线长度、车辆重量、道路类型、交通模式等的可用数据来估计总的预 期运输使用(步骤65)。随后将总的预期工作现场能量使用与车辆10的能量存储能力(例 如第一可再充电能量源34的当前电荷水平和能力)相比较(步骤66)。可以调整车辆10 的能量存储能力以负责在沿着路线56到工作现场54的运输中时当车辆10正以电荷累积 模式操作时的预期增益。
[0061] 如果总的预期工作现场能量使用大于能量存储能力,则可以在运输中以电荷维持 或电荷累积模式操作混合车辆驱动系统12并且储备所有所存储的能量用于工作现场使用 (步骤67)。可以在工作现场54操作第一原动机30和/或APU以提供附加的能量。如果 总的预期工作现场能量使用小于能量存储能力,则可以在运输中以电荷耗减模式周期性地 操作混合车辆驱动系统12 (步骤68)。可以利用控制系统14来监视存储在可再充电能量源 34中的能量的量并且保持足够的能量水平用于预期工作现场使用。在一个优选实施例中, 以通过确保在工作现场用于装备40的足够能量存在于源34和38中来减少为车辆10和装 备40供以功率的现场空转为目标来控制车辆10。车辆10的效率模型可以驻留在控制系统 14、车队管理系统17的软件中,或在诸如基于云的程序或存储区的另一系统中。在一个实 施例中,模型可以是仿真各混合部件、车辆动力传动系和其他输入的性能的数学表示。可以 针对各部件和整体系统的实际性能来对仿真进行验证。一旦模型在工作,就可以调整影响 车辆驱动系统12的性能的可调整的参数或软件以确定车辆10的整体效率是否将增大,或 依据一个实施例满足的其他目标。模型可以很可能驻留在基于地面的服务器或云中,但还 可以位于车辆10的控制器(例如控制系统14)或车辆10的其他部件中。
[0062] 输入可以仅来自车辆10(通过调整软件中的参数和测量结果的车辆"学习")或来 自外部源。可以由模型来使用来自远程信息处理(telematics)系统的输入参数和/或基 于路线、天气、交通或可能影响效率的其他因素的参数以确定输入到混合、车辆和/或传送 装置控制系统14的输出参数。参数可以由控制系统14或车辆10上的其他设备来确定,或 者可以经由远程信息处理或机器到机器的一些其他手段传送到控制系统14。取代用于控 制系统软件的输入参数,可能将更全面的软件指令集或全新的代码集传送到控制系统14, 旨在改善车辆性能、减少车辆燃料使用、降低排放、改善系统性能、优化某些车辆部件的性 能、纠正软件中的错误、或一些其他益处。来自车辆系统的数据诸如J1939数据、来自混合 车辆驱动系统12或其他车辆系统中的传感器的数据诸如第二原动机转矩、可再充电能量 存储系统荷电状态、电池温度、可再充电能量存储的输入或输出电流和/或电压、车辆负载 信息、排放数据或其他数据(外部温度、等级、湿度、高度、加速对比功率或转矩对估计负载 等)可存储在控制器系统14中,和/或传送到车队管理控制系统17,和/或发送到远程数 据存储和处理设备或系统,诸如基于云的存储和软件程序。数据随后被存储并用于模型和 输出参数的进一步优化用于未来的车辆。
[0063] 操作在驾驶模式和/或工作现场模式中的许多车辆可以将针对许多路线和条件 的数据存储在车载数据库或外部数据库中,诸如基于云的数据库。数据库可随后用来更好 地估计最佳参数用于操作在相同区域中、或不同区域中但处于类似的条件、地形和/或工 作现场活动下的其他车辆。可以随后使用用于系统14的改进的软件或参数来进一步提高 燃料效率和/或先前所描述的益处的成就。无线系统发送和接收数据的日益增加的能力诸 如蜂窝4G LTE网络或更先进的无线技术可以减少成本并且增大发送大量数据的速度,所述 数据可以用来增强所存储的信息的数据库并且导致系统14的改进的操作用于许多车辆。 这类系统对于具有限定操作区域、类似的操作车辆以及类似的工作周期和/或在工作现场 实施的活动的大型商业车队来说是特别有利的。历史操作参数的存储和使用可以导致具有 针对最佳驾驶和/或工作现场性能和效率而预配置的控制系统14的较新车辆,所述最佳驾 驶和/或工作现场性能和效率在使用新车辆代替较旧车队车辆时可以是特别有利的。更新 控制器用于具体工作周期的方法还可以在车队车辆从一个区域移动到其中驾驶条件、地形 和诸如在工作现场的活动的其他因素可能大不相同的另一个区域时提供优势。
[0064] 来自进入区域的新的或不同车辆的信号还可以被发送到附近的其他车辆或车队 管理系统17,以帮助确定通过电网对可再充电能量源进行再充电的优先级。
[0065] 再充电的优先级可以基于电池系统的荷电状态、上次再充电的时间或日期、未来 工作周期的知识(下次将有可能何时使用车辆10和有可能如何使用车辆)以及不进行再 充电的影响(增加的燃料消耗估计)、最大性能的重要性(例如急救车辆可以被认为具有较 高优先级,因为其可再充电能量源可能用来增强加速并且为事故现场的工作提供安静的生 产率更高的环境)、或其他标准。
[0066] 控制系统14可以使用车载逻辑来确定是否进行再充电(确定电网是否超载以及 能量是否处于高成本、或电网是否有较低成本或由较低排放发电源提供的过剩发电、与诸 如使用来自原动机20的功率对可再充电能量源进行再充电的其他替代方案相比较)、何时 进行再充电,并且可以与智能电网进行通信以便协调以各功率水平或在各时间处哪些车辆 进行再充电以限制电网上的整体负载,或者如果电网未充分利用或具有对于在对车载电池 系统进行再充电中使用可用的可再生能量则存储最大量的能量。可替代地,控制系统14可 以将参数传送到中央车队管理控制系统17或其他控制系统,所述其他控制系统可以远程 确定车队的充电方法(例如时间、速率、电网再充电的量)并且将指令传送回到控制系统 14,其可响应于远程输入而影响车载车辆充电器的操作。
[0067] 中央车队管理系统或车队控制系统17或其他系统可以发送其他信号到EVSE (电 动车辆供应装备)或连接到智能电网的其他装备,以评估一队车辆是否应该以及应该如何 充电或放电(如果至和自电网的双向功率转移可用)。如果电网对于在任何一次可从电网 中汲取的功率的量有限制,那么传送附近车辆之间的信息以传达对于再充电的请求并且传 达紧急情况和/或与再充电的需要的优先级相关的信息的方法可能是尤其有用的;例如, 为了减少变压器或其他电网部件上的超载,需要被再充电的电网发电设备车辆或电网能量 存储设备可以交错充电时间、改变充电持续时间或放弃再充电。智能电网还可以将数据传 送回到控制器或控制系统14、有权操作车载充电器的其他车载设备、或到有能力直接与车 辆10通信以影响车载充电的操作的远程系统。传送到车辆的信息可以协助控制设备来确 定车载充电器操作,诸如能量速率信息、电网负载信息或其他信息。
[0068] 如果车辆10具有用于从可再充电能量源到电网的功率的双向转移的装置,则附 加数据诸如与电网峰值功率相关的信息(更好的是减少到电网的负载)、对于电网功率谷 填充的需要(更好的是添加到电网的负载)、或电网频率调制数据(车辆到电网接口可以协 助维持适当的电网频率)可被发送到控制器或控制系统14或影响双向车载充电器的操作 的其他设备。
[0069] 如果车辆输入或输出dc功率,则可以使用其他车载和/或固定控制系统,诸如 EVSE。如先前所描述的,传送数据的方法可以变化,包括但不限于无线(蜂窝、wifi、蓝牙、 ZigBee、4G LTE、CDMA、GSM或其他)、有线(电力线载波、导电低电压、脉宽调制、或其他数字 或模拟信号)、光学(光纤、或其他手段)、那些的组合和/或其他手段。
[0070] 使用充电期间来自传感器的数据收集来优化的类似方法可以用来存储来自一个 或多个车辆和电网的信息、测量对电网的实际影响、通过模型计算对车辆可再充电能量系 统和电网的影响、并且随后改变参数或控制车队充电的方法以优化未来再充电事件。优化 可以包括在低电网利用的时段期间更好地捕获可再生能量、减少起因于对车队(或其他) 车辆再充电的对电网部件的压力、或与更好地控制连接到电网的一个或多个车辆相关的其 他益处,诸如整体系统的能量效率的优化,包括车队的电网再充电过程和车队操作效率。
[0071] 参考图5,可以监视车辆10沿着路线56的进展(步骤70)。如果车辆10已离开 最终工作现场54并且正向起始位置52返回,则可以以电荷耗减模式来操作混合车辆驱动 系统12以利用存储在第一可再充电能量源34中的任何剩余能量(步骤72)。与大量采用 部分充满且尚未用来抵消燃料消耗的可再充电能量源返回车队存储相比,使用剩余的可再 充电能量更大程度地减少燃料使用。使用电网功率对可再充电能量存储系统进行再充电典 型地比不使用可再充电能量对减少燃料消耗更高效。如果车辆10仍然必须访问一个或多 个附加的工作现场,则确定第一可再充电能量源34中所存储的能量的量(步骤74)。随后 将所存储的能量与所估计的剩余工作现场54所需要的能量进行比较(步骤76)。如果用 于剩余工作现场的总的预期能量使用大于所存储的能量,则可以在运输中以电荷维持或电 荷累积模式操作混合车辆驱动系统12并且储备所有所存储的能量用于工作现场使用(步 骤77)。储备可再充电能量源34中的能量用于在工作现场使用以减少第一原动机20的操 作典型地比在运输期间以电荷耗减模式使用可再充电能量更高效,因为不必空转第一原动 机20典型地比通过利用来自可再充电能量源的能量补充第一原动机的功率来增量地增加 卡车的效率节省更多燃料。如果用于剩余工作现场的预期能量使用大于所存储的能量(例 如,如果工作现场能量使用被低估),则可以在剩余工作现场54操作第一原动机20和/或 以提供附加的能量。如果用于剩余工作现场的总的预期能量小于所存储的能量,则可以 在运输中以电荷耗减模式周期性地操作混合车辆驱动系统12 (步骤78)。
[0072] 参考图4,方法中可以包括可选决策块84和86。在步骤84,系统10可以确定在 工作现场再发电是否是可能的。某些工作现场可能由于噪音和空气质量问题而不利于再发 电。如果不是可能的,则系统10前进到步骤67并且储备所有所存储的能量用于工作现场。 如果是可能的,则系统10可以前进到步骤72或前进到另一个决策块86。
[0073] 在决策块86,系统10可以确定在工作现场的再发电是否比在运送期间的再发电 更高效。系统10可以考虑用于该决策的各种因素,包括地形的类型和与出行到工作现场相 关联的路线。如果不是,则系统10可以前进到步骤67,在此处储备所有能量用于工作现场。 如果是,则系统10可以前进到步骤72并且利用剩余的所存储的能量协助推进,从而在该路 线的最高效的部分--工作现场使用再发电。采用这类操作,系统1〇可以最小化沿着其中 再发电不为最高效的路线的再发电。
[0074] 参考回图1,用来控制混合车辆驱动系统12的控制系统14可以采取种种形式。在 一个示例性实施例中,车辆10的驾驶员可以手动控制混合车辆驱动系统12的操作。例如, 可以为驾驶员提供开关以在电荷耗减、电荷维持或电荷累积状态之间手动改变混合车辆驱 动系统12的操作。驾驶员可以利用记录表和计量表来监视混合车辆驱动系统12的操作并 且估计功率使用。在另一个示例性实施例中,车队管理者可以(例如使用车队控制系统17) 远程地控制混合车辆驱动系统12的操作。车队管理者可以基于预期的工作类型、位置和数 目来指挥车辆10的操作。车队管理者可以进一步使用无线通信系统监视混合车辆驱动系 统12的操作。在又一个示例性实施例中,控制系统14可以是计算设备,其自动监视混合车 辆驱动系统12并且利用各种算法来控制混合车辆驱动系统12的操作。
[0075] 具体化为计算设备的控制系统14还可以用于混合车辆驱动系统12的其他优化操 作。这类控制系统14可用于控制系统12中的各部件(离合器、发动机、传动装置等)。可 以利用电子控制系统、机械控制系统以及液压控制系统。这类控制系统可以包括耦连到每 个部件的控制设备和传感器。控制设备可以包括开关、离合器、螺线管、转换器和用于实现 本文所描述的功能的其他控制设备。此外,可以提供控制器以指示操作配件或其他装备的 请求。
[0076] 控制系统14可以利用各种输入标准来确定和指挥所要求的或要被存储的功率的 量,输入标准可以输入操作员制动和加速踏板、配件要求、存储能力、转矩要求、液压压力、 车辆速度等。根据示例性实施例,输入标准可以是外部输入,诸如来自车队管理系统或来自 智能电网接口或控制信号。
[0077] 根据其他示例性实施例,控制系统14可以用于其他目的(例如将部件28耦连到 传动装置22 ;监视第一可再充电能量源34和第二可再充电能量源38的电荷状态;监视并 管理各部件(例如原动机、可再充电能量源、电子产品等)的热状态;操作第一原动机20、 第二原动机30以及配件32以添补第一可再充电能量源34和第二可再充电能量源38中的 能量和/或将功率供应给装备40 ;按需要操作APU36 ;或控制其他功能)。关于系统的状态 的信息诸如操作效率、可再充电能量源的状态以及某些操作员控制可被显示或由驾驶员访 问。
[0078] 仍然参考图1,根据示例性实施例,控制系统14可以监视诸如GPS单元15的传感 器设备,以在车辆沿着路线56运输时优化系统12的操作。控制系统可以利用来自GPS15 的地形数据来监视即将来临的高程改变。例如,如果车辆10沿着路线56将接近山,控制系 统14可以指挥车辆驱动系统以电荷累积模式操作以对第一可再充电能量源34充电。所存 储的能量随后可用于随着车辆10攀登山而驱动车轮26。根据另一个示例性实施例,控制系 统14可以利用来自GPS单元15的数据以绘制在可能时避免高程改变的路线56。
[0079] 仍然参考图1,控制系统14可以监视系统12沿着路线56的操作并且收集数据以 更好地估计系统12沿着路线56和在工作现场54的预期功率使用。例如,控制系统14可 以监视多种参数,诸如总的车辆出行距离;燃料经济性、制动使用;巡航控制使用;加速器 踏板位置;以及混合车辆驱动系统12中各设备的转矩、旋转速度、温度以及操作时间;第一 可再充电能量源34电压;以及车载设备的活动诸如空调活动、ePTO活动;加热器活动、充 电器活动等。可以利用所记录的参数来改善初始估计并且创建历史数据库以提供更精确的 估计用于后续行程。可以将所记录的参数存储在内部数据库16中或将其转移到外部数据 库18 (例如经由车队控制系统17)。当具有有线连接的车辆10已经返回到起始位置或具 有无线连接时,可以通过调制解调器19将所记录的参数转移到外部数据库18。例如,控制 系统14可以使用无线接口将关于车辆性能的数据传送到车队控制系统17,所述无线接口 诸如蜂窝、卫星或无线区域网络。还可以使用有线接口通过起始位置处的充电站传送外部 数据。充电站将来自电网42的外部功率提供给车辆10以对第一可再充电能量源34进行 再充电。这类信号可以通过低电压通信电线(导体)或通过连接到高电压导体的数字接口 来发送。在一个示例性实施例中,控制系统14可以经由无线技术与智能电话无线地通信, 所述无线技术诸如蓝牙连接或Wi-Fi连接。智能电话可以装载有软件以存储和/或分析数 据,或可以利用智能电话来将数据无线地转移到外部数据库18。通过将数据上传到外部数 据库18,车队控制系统17可以接收并分析来自许多车辆的所收集的数据,并且实时改善功 率使用估计和优化路线。
[0080] 还可以通过相同手段来传送来自车辆10上的其他系统的附加信息。例如,可以在 车辆10上操作装备40以帮助识别电力网的潜在问题。可以使用GPS接收器或单元15和 其他传感器来识别电网的可能问题连同那些可能的故障的时间和位置。随后将信息发送到 外部系统,诸如车队控制系统17,其从在车队内操作的各车辆采集该信息,以帮助在地图上 标出要求维护或修复的电网的区域。以该方式,一队车辆变成监视电力网的状态和预测的 可靠性的诊断工具。
[0081] 在一个实施例中,当车辆10在空转减少模式中时,可以通过测量通过原动机30的 电流消耗而不是测量在装备40处的压力和流量来监视在工作现场的功率的使用。进一步 地,如果装备由原动机20供以功率,则还可以监视由原动机20所提供的功率。监视在工作 现场的能量或功率使用允许由控制系统14进行更好的优化。
[0082] 在一个实施例中,控制系统14可以计算车辆10的质量。质量可以用来针对能量 的耗减和能量的累积优化对车辆10的控制,并且可以是由系统14所使用的模型中的参数。 高度精确的GPS可以测量加速度与从原动机20和30输出的功率相比,以了解车辆10是具 有较高质量还是较低质量(例如,f = ma)。可替代地,可以通过关于沿着路线的高程比较 功率消耗来测量质量。在一个实施例中,可以关于速度考虑沿着路线的高程的改变以计算 质量。
[0083] 可替代地,低成本设备可以将CAN码传送到手机。在一个实施例中,使用手机中的 加速计和CAN码的手机应用可以近似车辆的质量。
[0084] 其他像高度、等级、轮胎压力等的因素也可被监视并被计入到质量计算中。通过从 车辆10向不同方向前进时使用加速计算平均可以达成对风和一些其他可变物的补偿。虽 然本文利用术语质量,但是可以取代质量利用重量而不脱离本发明的范围。
[0085] 近似车辆10的质量允许控制系统14更好地预测用于在驾驶周期的各部分的可再 充电能量的最佳存储水平。在一个实施例中,与其中原动机20将需要产生更多功率上山 的较重负载车辆相比较,较轻的车辆可以使用相对于加速器踏板位置的更高的耗减速率上 山。在这两种情况中目标将是到山的顶部大致耗减可再充电能量源34,使得下山回来的途 中可以恢复能量,这使整体效率最大化。还可以通过使GPS位置覆盖有可用作到控制系统 14的输入的地图和地形信息或一些耗减指令已经被编程入其中的地图来控制耗减。在一个 实施例中,系统14将可再生能量水平耗减到等级上某一定位的某百分比。
[0086] 还可以使用驾驶信息来提高车辆效率。可以使用诸如在某些位置的转矩、燃料消 耗、消耗速率、引擎功率、加速器定位、制动定位、以及GPS位置标示等的使用信息来增加效 率。在一个实施例中,每个测量的记录可以匹配到路线。可以经由蓝牙将CAN码从低成本设 备发送到手机。可以将路线信息发送到手机。手机可以使用蓝牙将标度(calibration)上 传到插入式混合控制器或到常规动力卡车上的控制器,以针对各种驾驶条件(交通)、地形 (山)、路线(长度、停和走的数目、先前车辆针对季节性、天气、星期几、一天中的时间、在相 同路线上被发送的其他信号的数目而进行的路线潜在调整所要求的平均功率)提高效率。 可以为每个设备(CAN消息发射器、手机、具有可选路线信息的GPS驾驶员显示器、与动力传 动系接合的车辆控制模块)做出分开的蜂窝连接。可以采集数据并将其汇集到数据库中。 随后分析数据中的一些并将其发送到车队管理者。其他数据可以用作专有数据以通过实时 下载到车辆来提高车辆的性能和效率。例如,可以调整电荷耗减算法或标度以最佳地使用 混合能量(例如电、液压、空气、动力(诸如通过陀螺仪)、或那些的组合等)以抵消最多的 燃料(例如柴油、汽油、生物燃料、CNG、丙烷、或其他)。
[0087] 可以为其他车辆创建并使用增加燃料效率的参数的明细图以提高他们的效率。可 随后使该数据对顾客可用以提高车队,或为驾驶员提供行为基准。手机应用的优势是能够 使车队管理得到即时更新(或当超过某些参数(例如最大速度、离开路线的英里、某时段之 后卡车不移动等)时更新)并且允许车队话务员呼叫驾驶员或离车辆最近的人员。
[0088] 参考图7和图8,针对离开起始位置、沿着示例性路线出行到两个工作现场、并且 返回至起始位置的车辆各自示出作为时间和距离的函数的电池荷电状态的绘图。如图7所 示,车辆可带着完全充电的电池(S0C = 100% )离开起始位置700。在第一时段702期间, 所存储的能量的一部分在运输至第一工作现场期间被利用。在第二时段704期间,附加的 所存储的能量被车辆在第一工作现场利用。在示例性实施例中,第一工作现场和第二工作 现场之间的路线的一部分包括一座大山。在接近山的过程706中,可以以电荷累积模式来 操作混合驱动系统12以在电池中存储能量。可以使用诸如在先前行程中所收集的地形数 据或历史数据的数据来预测沿着路线的高程的改变。随后随着车辆攀爬山708,所存储的能 量被利用。如所示的,随着车辆下山一些能量可被取回并存储在电池中。附加的所存储的 能量在时段710中被利用,在该时段中车辆在第二工作现场。任何附加的所存储的能量可 随后在时段712中被利用,在该时段中车辆返回到起始位置。混合驱动系统12配置为分配 所存储的能量,使得一经返回到起始位置716电池就完全放电。在其中操作诸如液压吊杆 的装备的工作现场操作一般表示第一原动机20的最低效的使用。第一原动机20在工作现 场的使用可能由于污染和噪音考虑而较不理想。如图8所示,可以在运输期间以电荷累积 模式或电荷维持模式来操作车辆,使得足够的所存储的能量对于在第一工作现场800和第 二工作现场802的使用是可用的,以最小化对第一原动机的空转。
[0089] 可以利用基于过去历史的基于节奏的算法或预测性算法来选择在各时间和位置 处的适当模式。算法可以使用地形地图/信息。算法还可以包括温度或天气输入。根据 一个实施例,算法可以减轻在炎热天气期间的电荷耗减并且减轻在寒冷天气期间的电荷耗 减。在一个实施例中,算法可以优化效率以节省足够的所存储的能量用于在工作现场使用 以减少工作现场噪音。工作现场可以是任何静止的或低能量操作,在此处原动机20的使用 是较低效的或不理想的。算法还可以考虑地理工作现场考虑诸如土地类型。例如,在挖掘 机起重机应用中可以储备较多能量用于具有岩石土地条件的工作现场。
[0090] 参考图10,示出示例性车辆10。车辆10包括原动机20、传动装置22、部件28、辅 助功率单元36、可再充电能量系统34、控制系统14以及第二原动机30。虽然示出了基于 ΡΤ0的混合系统,但是可以利用其他混合车辆系统而不脱离本发明的范围。
[0091] 也很重要的是,注意如所示的混合车辆驱动系统和控制系统仅是例示性的。虽 然仅已详细描述了本公开的几个实施例,但是查看本公开的本领域技术人员将容易理解, 许多修改是可能的(例如,各元件的大小、尺寸、结构、形状和比例、参数的值、装配布置、材 料、颜色、定向等的变化),而在实质上不脱离本文所叙述的主题的新颖教导和优势。例如, 虽然图中示出双向箭头来表示两个方向上的功率流,但是可以将系统设计为具有单一方向 上的功率流(例如,可以用单向箭头来替代某些双向箭头而不脱离本发明的范围)。因此, 所有这类修改旨在包括在如本文所描述的本公开的范围内。任何过程或方法步骤的次序或 顺序可以根据可替代实施例而变化或重新排序。可以在优选的和其他示例性实施例的设 计、操作条件和布置中做出其他替换、修改、改变和/或省略而不脱离如本文所表达的本公 开的示例性实施例。

Claims (20)

1. 一种用于混合车辆中的空转减少的系统,所述系统包括: 控制系统,用于响应于工作现场数据而使所述车辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进 行操作,所述工作现场数据包括在所述工作现场所要求的能量的量的估计。
2. 根据权利要求1所述的系统,其中所述控制系统包括车辆控制系统和远程控制系 统,所述车辆控制系统与所述远程控制系统无线通信。
3. 根据权利要求2所述的系统,其中所述远程控制系统是车队控制系统,其中所述车 队控制系统至少部分响应于在下一个工作现场所要求的能量的量而选择用于所述下一个 工作现场的车辆。
4. 根据权利要求2所述的系统,其中所述车辆控制系统通过无线通信设备与所述远程 控制系统通信。
5. 根据权利要求1所述的系统,其中无线连接设备是具有到所述车辆控制系统的蓝牙 连接的电话。
6. 根据权利要求1所述的控制系统,其中所述控制系统路线响应于路线数据使所述车 辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进行操作,所述控制系统基于所述路线数据估计出行到 所述工作现场的能量使用。
7. 根据权利要求6所述的控制系统,其中所述路线数据包括地形数据和交通数据中的 至少一个。
8. 根据权利要求1所述的控制系统,其中电荷耗减模式在所述车辆返回到基地时被选 择。
9. 根据权利要求1所述的控制系统,其中所述工作现场数据包括用于工作类型的能量 数据。
10. 根据权利要求7所述的控制系统,其中所述路线数据基于由所述控制系统所存储 的历史数据。
11. 一种优化混合车辆的能量利用的方法,所述方法包括: 接收路线上的多个工作现场的位置; 确定在所述工作现场的预期能量使用; 确定所述预期能量使用是否大于所述车辆上的可再充电能量源中的所存储的能量;以 及 如果所述预期能量使用小于所述车辆上的可再充电能量源中的所存储的能量,则沿着 所述路线以电荷耗减模式操作所述车辆。
12. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括: 如果所述预期能量使用大于所述车辆上的可再充电能量源中的所存储的能量,则沿着 所述路线以电荷累积模式操作所述车辆。
13. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括: 在已访问最后一个工作现场之后,如果所述可再充电能量源中存在所存储的能量,则 沿着所述路线以电荷耗减模式操作所述车辆。
14. 根据权利要求11所述的方法,进一步包括确定沿着所述路线的所述预期能量使 用。
15. 根据权利要求11所述的方法,其中车队控制系统将所述预期能量使用提供给所述 车辆。
16. 根据权利要求11所述的方法,其中所述方法所述预期能量使用和所述所存储的能 量被更新。
17. -种装置,包括: 控制系统,用于响应于命令而使车辆以电荷耗减模式或电荷累积模式进行操作; 命令控制系统,用于响应于工作现场数据提供所述命令,所述工作现场数据包括在所 述工作现场所要求的能量的量的估计。
18. 根据权利要求17所述的装置,其中所述命令控制系统响应于可再充电能量源中的 所存储的能量而提供所述命令。
19. 根据权利要求18所述的装置,其中所述命令随着贯穿具有多个工作现场的路线使 用所述车辆而连续提供。
20. 根据权利要求17所述的装置,其中所述命令控制系统包括车辆命令系统和远程命 令系统,所述远程命令系统存储历史能量使用数据。
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