CN106945532A - 用于减少车辆中的燃料消耗的系统及方法 - Google Patents

Abstract

驱动系统包括：引擎；交流发电机，与引擎耦合，交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；牵引马达系统，与车辆的驱动车轮在操作上耦合，牵引马达系统配置用于从交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于初级电功率而推进车辆；以及马达，与牵引马达系统电连接，并且，与引擎机械地耦合。马达配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且，在动态制动模式期间，将功率传递至引擎。

Description

用于减少车辆中的燃料消耗的系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请是在2013年12月2日提交的美国申请No.14/094333的部分延续案，其要求在2012年12月1日提交的美国临时申请No.61/732312的优先权，通过引用而将这两个申请全部合并于本文中。

背景。

技术领域

本发明的实施例一般涉及车辆控制。某些实施例涉及用于在操作的动态制动模式中减少车辆中的燃料消耗的系统及方法。

技术讨论

在采矿工业中，大型非公路车辆“OHV”通常采用用于推进车辆或使车辆减速的电机动车轮。具体地，OHV通常包括与交流发电机联合的大马力的柴油引擎、牵引逆变器以及容纳于车辆的后轮胎内的车轮驱动组合件。在操作中，柴油引擎对交流发电机进行驱动，交流发电机给牵引逆变器供电。牵引逆变器包括半导体功率开关，半导体功率开关使交流发电机输出电流换向以便给车轮驱动组合件的例如AC牵引马达的电驱动马达提供电功率，电驱动马达将电功率变换回成机械功率以便对车轮进行驱动并且推进车辆。

如在本领域中理解的，牵引马达提供牵引功率以便推进车辆。牵引马达还配置成提供用于对速度进行控制或用于使车辆减速的制动力。这一般被称为动态制动。简单地说，在不需要牵引马达提供原动力时，它能够被重新配置，使得马达操作为功率发电机。如此被配置，牵引马达生成具有使车辆减速的作用的电能。在某些车辆和系统中，电能存储于电池中供今后使用，或更一般地，经由减速栅而耗散。具体地，一些车辆及系统配置成将在动态制动期间由马达提供的电能存储于能量存储装置或电池中供今后使用。该存储的能量用来在操作的推进模式或空转(idling)期间给辅助装置供电和/或驱动马达，以便使引擎参与最小化并且减少燃料消耗。

对存储配置的有利的备选方案用来经由电阻器和绝缘器的动态制动减速栅而仅仅浪费采取热的形式的能量。然而，该备选方案的缺点是，具有电驱动的鼓风机的栅冷却系统常常有必要帮助从栅耗散热，这增加功率需求，并且因而增加燃料消耗。

即使在动态制动期间，引擎也持续消耗燃料，以满足车辆的电需求和辅助负荷。例如，这包括为牵引马达鼓风机、散热器风扇、操作室加热器或空调的交流发电机鼓风机、液压泵等提供功率。在OHV的情况下，这包括为冷却风扇提供功率以便使牵引驱动系统中的所有的组件冷却。

鉴于上文，存在对于系统及方法的需要,该系统及方法通过回收动态制动能量来在操作的动态制动模式期间减少燃料消耗，并且，改进电驱动机器的总效率。

发明内容

在实施例中，用于车辆的驱动系统包括：引擎；交流发电机，与引擎耦合；以及牵引马达系统。交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电。牵引马达系统与车辆的驱动车轮在操作上耦合，并且配置用于从交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于初级电功率而推进车辆。驱动系统进一步包括马达，该马达与牵引马达系统电连接，并且与引擎机械地耦合。马达配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且在动态制动模式期间，将功率传递至引擎。

在另一实施例中，用于车辆的驱动系统包括：引擎；交流发电机，与引擎耦合；以及牵引马达系统。交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电。牵引马达系统与车辆的驱动车轮在操作上耦合，并且配置用于从交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于初级电功率而推进车辆。驱动系统进一步包括三相逆变器/整流器，三相逆变器/整流器与牵引马达系统和交流发电机电连接。逆变器/整流器配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且将电功率作为转矩馈送至交流发电机以便减少引擎负荷。

在又一实施例中，提供方法。方法包括如下的步骤：在与引擎连接的交流发电机处生成初级电功率；操作以驱动的关系与车辆的车轮耦合的牵引马达以便在操作的推进模式期间，推进车辆，并且，在操作的动态制动模式期间，生成电力，其中，在操作的推进模式中，将初级电功率传输至牵引马达以便给马达供电；以及利用在操作的动态制动模式期间生成的电力，使辅助引擎负荷偏移以便减少车辆的燃料消耗（例如，与其中在动态制动期间生成的电力不用来使辅助引擎负荷偏移的操作模式比较）。

本发明提供一组技术方案,如下:

1．一种用于车辆的驱动系统，包含：

引擎；

交流发电机，与所述引擎耦合，所述交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；

牵引马达系统，与所述车辆的驱动车轮在操作上耦合，所述牵引马达系统配置用于从所述交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于所述初级电功率而推进所述车辆；以及

马达，与所述牵引马达系统电连接，并且与所述引擎机械地耦合，所述马达配置成在所述牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且在所述动态制动模式期间，将功率传递至所述引擎。

2．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述至少一个辅助负荷包括液压泵或控制以及马达冷却风扇中的至少一个。

3．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述马达是DC马达。

4．如技术方案3所述的驱动系统，其中：

所述马达通过可变转矩耦合而与所述引擎机械地耦合。

5．如技术方案4所述的驱动系统，其中：

所述可变转矩耦合包括带、链、齿轮或液压耦合中的至少一个。

6．如技术方案3所述的驱动系统，其中：

所述马达通过直接机械耦合而与所述引擎机械地耦合。

7．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述马达是AC马达；以及

其中，所述系统进一步包括逆变器，所述逆变器居于所述牵引马达系统中用于将来自所述牵引马达系统的DC电功率转换成AC电功率供由所述AC马达使用。

8．如技术方案7所述的驱动系统，进一步包含：

与所述AC马达和所述引擎连接的离合器组合件，所述离合器组合件配置成选择性地变更提供给所述引擎的转矩的幅值。

9．如技术方案7所述的驱动系统，进一步包含：

至少一个鼓风机马达，与所述牵引驱动系统电耦合；以及

至少一个鼓风机，与所述鼓风机马达机械地耦合；

其中，所述鼓风机马达配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且，对所述鼓风机进行驱动以便为所述牵引马达系统提供冷却。

10．如技术方案9所述的驱动系统，其中：

所述至少一个鼓风机马达是一对鼓风机马达；以及

所述至少一个鼓风机是一对鼓风机。

11．如技术方案9所述的驱动系统，其中：

所述鼓风机马达通过H桥而与所述牵引马达系统电耦合。

12．如技术方案9所述的驱动系统，进一步包含：

电池，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接；

其中，所述电池配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率以便对所述电池进行再充电，并且，将所存储的电功率供给至所述交流发电机以便摇动所述引擎。

13．如技术方案12所述的驱动系统，进一步包含：

居于所述电池与所述交流发电机中间的斩波器，所述斩波器配置用于在引擎摇动期间的所述交流发电机的场激励。

14．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述车辆是非公路车辆。

15．一种用于车辆的驱动系统，包含：

引擎；

交流发电机，与所述引擎耦合，所述交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；

牵引马达系统，与所述车辆的驱动车轮在操作上耦合，所述牵引马达系统配置用于从所述交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于所述初级电功率而推进所述车辆；以及

三相逆变器/整流器，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接，所述逆变器/整流器配置成在所述牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且将所述电功率作为转矩馈送至所述交流发电机以便减少引擎负荷。

16．如技术方案15所述的驱动系统，进一步包含：

电池，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接；

其中，所述电池配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率以便对所述电池进行再充电，并且将所存储的电功率供给至所述交流发电机以便摇动所述引擎。

17．如技术方案16所述的驱动系统，进一步包含：

居于所述电池与所述交流发电机中间的斩波器，所述斩波器配置成用于引擎摇动期间的所述交流发电机的场激励。

18．如技术方案15所述的驱动系统，进一步包含：

至少一个鼓风机马达，与所述牵引驱动系统电耦合；以及

至少一个鼓风机，与所述鼓风机马达机械地耦合；

其中，所述鼓风机马达配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且，对所述鼓风机进行驱动以便为所述牵引马达系统提供冷却。

19．如技术方案18所述的驱动系统，其中：

所述至少一个鼓风机马达是一对鼓风机马达；以及

所述至少一个鼓风机是一对鼓风机。

20．如技术方案18所述的驱动系统，其中：

所述鼓风机马达通过H桥而与所述牵引马达系统电耦合。

21．一种方法，包含如下的步骤：

在与引擎连接的交流发电机处生成初级电功率；

操作以驱动的关系与车辆的车轮耦合的牵引马达以便在操作的推进模式期间，推进所述车辆，并且在操作的动态制动模式期间，生成电力，其中，在操作的所述推进模式中，将所述初级电功率传输至所述牵引马达以便给所述马达供电；以及

利用在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力，使辅助引擎负荷偏移以便减少所述车辆的燃料消耗。

22．如技术方案21所述的方法，进一步包含如下的步骤：

利用在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力，给与所述引擎机械地耦合的马达供电，所述马达配置成将功率传递至所述引擎。

23．如技术方案22所述的方法，其中：

所述马达是DC马达；以及

所述马达通过可变转矩耦合而与所述引擎机械地耦合。

24．如技术方案22所述的方法，其中：

所述马达是AC马达；以及

其中，所述方法进一步包括如下的步骤：将在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力转换成AC电功率供由所述AC马达使用。

25．如技术方案24所述的方法，进一步包含如下的步骤：

操作与所述AC马达和所述引擎连接的离合器组合件，以变更提供给所述引擎的转矩的幅值。

26．如技术方案25所述的方法，进一步包含如下的步骤：

利用在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力，给与鼓风机连接的鼓风机马达供电，所述鼓风机配置成为所述牵引马达提供冷却。

27．如技术方案25所述的方法，进一步包含如下的步骤：

利用在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力，对所述车辆的电池进行再充电。

28．如技术方案27所述的方法，其中：

所述电池与所述交流发电机电连接；以及

所述方法进一步包括如下的步骤：将所存储的电功率从所述电池供给至所述交流发电机以便在起动期间摇动所述引擎。

29．如技术方案21所述的方法，进一步包含如下的步骤：

在逆变器/整流器处，接收在操作的所述动态制动模式期间生成的所述电力，并且，将所述电力供给至所述交流发电机以便在所述交流发电机处产生转矩。

30．如技术方案21所述的方法，其中：

所述辅助引擎负荷包括液压泵或控制以及马达冷却风扇中的至少一个。

本发明提供另一组技术方案,如下:

1．一种用于车辆的驱动系统，包含：

引擎；

交流发电机，与所述引擎耦合，所述交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；

牵引马达系统，与所述车辆的驱动车轮在操作上耦合，所述牵引马达系统配置用于从所述交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于所述初级电功率而推进所述车辆；以及

马达，与所述牵引马达系统电连接，并且与所述引擎机械地耦合，所述马达配置成在所述牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且在所述动态制动模式期间，将功率传递至所述引擎。

2．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述马达是DC马达。

3．如技术方案2所述的驱动系统，其中：

所述马达通过可变转矩耦合而与所述引擎机械地耦合,所述可变转矩耦合包括带、链、齿轮或液压耦合中的至少一个。

4．如技术方案2所述的驱动系统，其中：

所述马达通过直接机械耦合而与所述引擎机械地耦合。

5．如技术方案1所述的驱动系统，其中：

所述马达是AC马达；以及

其中，所述系统进一步包括逆变器，所述逆变器居于所述牵引马达系统中用于将来自所述牵引马达系统的DC电功率转换成AC电功率供由所述AC马达使用。

6．如技术方案5所述的驱动系统，进一步包含：

与所述AC马达和所述引擎连接的离合器组合件，所述离合器组合件配置成选择性地变更提供给所述引擎的转矩的幅值。

7．如技术方案5所述的驱动系统，进一步包含：

至少一个鼓风机马达，与所述牵引驱动系统电耦合；以及

至少一个鼓风机，与所述鼓风机马达机械地耦合；

其中，所述鼓风机马达配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且，对所述鼓风机进行驱动以便为所述牵引马达系统提供冷却。

8．如技术方案7所述的驱动系统，其中：

所述至少一个鼓风机马达是一对鼓风机马达；以及

所述至少一个鼓风机是一对鼓风机。

9．如技术方案7所述的驱动系统，其中：

所述鼓风机马达通过H桥而与所述牵引马达系统电耦合。

10．如技术方案7所述的驱动系统，进一步包含：

电池，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接；以及

居于所述电池与所述交流发电机中间的斩波器，所述斩波器配置用于在引擎摇动期间所述交流发电机的场激励;

其中，所述电池配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率以便对所述电池进行再充电，并且，将所存储的电功率供给至所述交流发电机以便摇动所述引擎。

11．一种用于车辆的驱动系统，包含：

引擎；

交流发电机，与所述引擎耦合，所述交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；

牵引马达系统，与所述车辆的驱动车轮在操作上耦合，所述牵引马达系统配置用于从所述交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于所述初级电功率而推进所述车辆；以及

三相逆变器/整流器，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接，所述逆变器/整流器配置成在所述牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且将所述电功率作为转矩馈送至所述交流发电机以便减少引擎负荷。

12．如技术方案11所述的驱动系统，进一步包含：

电池，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接；以及

居于所述电池与所述交流发电机中间的斩波器，所述斩波器配置用于在引擎摇动期间所述交流发电机的场激励;

其中，所述电池配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率以便对所述电池进行再充电，并且将所存储的电功率供给至所述交流发电机以便摇动所述引擎。

13．如技术方案11所述的驱动系统，进一步包含：

至少一个鼓风机马达，与所述牵引驱动系统电耦合；以及

至少一个鼓风机，与所述鼓风机马达机械地耦合；

其中，所述鼓风机马达配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且，对所述鼓风机进行驱动以便为所述牵引马达系统提供冷却。

14．如技术方案13所述的驱动系统，其中：

所述至少一个鼓风机马达是一对鼓风机马达；以及

所述至少一个鼓风机是一对鼓风机。

15．如技术方案13所述的驱动系统，其中：

所述鼓风机马达通过H桥而与所述牵引马达系统电耦合。

附图

从参考附图而阅读非限制性的实施例的下面的描述，将更好理解本发明，其中，以下：

图1是根据本发明的实施例的用于减少车辆中的燃料消耗的系统的简化示意图；

图2是根据本发明的另一实施例的用于减少车辆中的燃料消耗的系统的简化示意图；

图3是根据本发明的另一实施例的用于减少车辆中的燃料消耗的系统的简化示意图；

图4是根据本发明的另一实施例的用于减少车辆中的燃料消耗的系统的简化示意图；

图5是根据本发明的另一实施例的用于减少车辆中的燃料消耗的系统的简化示意图。

具体实施方式

在下文，将详细地参考本发明的示范性的实施例，在附图中图示实施例的示例。在任何可能的情况下，在附图通篇中使用的相同的参考字符指相同或相似的部分。虽然本发明的实施例适合于以移动的实现和固定的实现的使用，但为了便于解释，在本文中详细地描述移动的实现。更具体地，为了说明的清楚,对于移动的实施例的公开，选择了OHV。其他合适的车辆包括例如在道路上的车辆、机车、建筑设备、工业设备以及船舶。如本文中所使用的，“电通信”或“电耦合”意味着，某些组件配置成通过经由直接或间接电连接的直接或间接信令来相互通信。如本文中所使用的，“机械地耦合”指能够支持用于在组件之间传输转矩的必要力的任何耦合方法。如本文中所使用的，“在操作上耦合”指可能是直接或间接的连接。该连接不一定是机械附接。

图1示意地图示用于诸如OHV或其他车辆的电驱动机器的示范性的驱动系统10。驱动系统10包括主电源，例如引擎12（例如，柴油引擎、汽油引擎、多燃料引擎等）和牵引交流发电机/发电机14，牵引交流发电机/发电机14与引擎12机械地耦合，并且，由引擎12驱动。如图1中所图示，牵引交流发电机14与牵引母线16电耦合。交流发电机14配置成将AC电功率提供给一个或多个整流器18，整流器18经由牵引母线16而与例如第一及第二逆变器20、22的一个或多个功率转换器电连接。逆变器20、22分别连接至与车辆的第一及第二车轮相关联的第一及第二牵引马达24、26。如在本领域中所已知的，整流器18配置成将从交流发电机14接收的AC功率转换成DC输出，然后，将DC输出通过牵引母线16而馈送至逆变器20、22。逆变器20、22配置成将三相可变频率AC功率供给至与车辆的第一及第二车轮（通常是车辆的后轮）相关联的第一及第二牵引马达24、26。虽然整流器18图示为与牵引交流发电机14分离，但如在本领域中所已知的，在某些实施例中，整流器可以形成交流发电机的一部分。在实施例中，牵引母线16是1000-1500 V的DC母线。

如同样地在图1中示出的，在实施例中，如在本领域中所已知的，起动器马达28可以与引擎12相关联用于使引擎12旋转，以便发起操作。另外，车辆可以包括电池30，例如24V的电池，电池30通过第三绕组32和场绕组34而与交流发电机14电耦合。电池30配置成起交流发电机的场静态励磁器的作用，以发起车辆的电驱动系统的操作。

牵引马达24、26提供牵引功率以便移动车辆，并且，可以是AC或DC电马达。在使用DC牵引马达时，通常对交流发电机的输出进行整流，以提供适当的DC功率。在使用AC牵引马达时，通常在供给至牵引马达24、26之前，将交流发电机输出整流成DC，并且其后逆变成三相AC。在操作的推进模式期间，可以将功率从引擎12传递至牵引马达24、26，并且因而传递至车辆的车轮，以实现移动。

除了提供原动力之外，牵引马达24、26还提供用于对在其上部署驱动系统10的车辆的速度进行控制的制动力。这一般被称为动态制动。在操作的动态制动模式期间，例如在将使车辆的运动减速时，可以通过驱动车轮的机械旋转而生成功率，并且，该功率指向减速栅36。具体地，可以将车辆的动能转换成驱动车轮处的旋转功率。驱动车轮的旋转可以进一步使马达24、26旋转，以便生成例如采取AC功率的形式的电功率。逆变器20、22可以用作用来通过马达24、26所供给的功率转换成DC功率的桥。由马达24、26所生成的DC功率的耗散可以产生驱动车轮处的反转转矩，以使车辆减速。如所示，通过使由逆变器20、22提供的所生成的电流经过诸如动态制动栅36或减速栅的电阻，可以实现这种耗散。

如在图1中进一步图示的，驱动系统10还包括引擎散热器风扇38，引擎散热器风扇38由引擎12驱动以便为引擎12提供冷却。系统10还可以包括一个或多个控制以及马达冷却风扇40，控制以及马达冷却风扇40与交流发电机14机械地耦合。一个或多个冷却风扇40配置成为牵引驱动系统的所有组件，例如逆变器20、22、牵引马达24、26等提供冷却。牵引交流发电机14还可以与液压泵42耦合，液压泵42提供液压供由车辆的附件或其他组件使用。即，除了将电功率提供给牵引母线16，以使牵引马达24、26的操作能够推进车辆之外，交流发电机14还经由来自引擎12的功率而将电功率提供给诸如液压泵和冷却风扇的其他组件。如将容易地领会，因此，即使在操作的动态制动模式中，这些组件也要求来自引擎12的功率，这总体上增加燃料消耗并且降低车辆的效率。在最大的减速/动态制动力下，在热天里，可能只需要多于200马力来给辅助负荷供电，用于冷却和液压。

在实施例中，系统10配置成将处于操作的动态制动模式中时的动态制动能量回收，并且，使用该回收的能量来抵消引擎负荷（例如，来自液压泵42、一个或多个控制以及马达冷却风扇40等），以便与现有的系统相比而减少燃料消耗。具体地，如图1中所图示，驱动系统10包括DC电马达44，DC电马达44与动态制动栅36电耦合，并且，与引擎12机械地耦合。在实施例中，马达44通过可变转矩型耦合而与引擎机械地耦合，虽然可以备选地采用直接机械耦合。在实施例中，耦合可以包括带、链、齿轮或液压耦合中的至少一个。

因此，DC马达44配置成在车辆的操作的动态制动模式期间，从动态制动栅36接收DC电功率。具体地，马达44利用来自动态制动的DC电功率来生成机械输出，该机械输出用来帮助对引擎12进行驱动并且使引擎12加速。以这种方式，能够利用马达44来‘抵消’操作的动态制动模式期间的辅助引擎负荷，例如冷却风扇负荷和液压泵负荷，由此与只依赖引擎以提供辅助功率的现有的系统相比而减少燃料消耗。

现在，参考图2，图示根据本发明的另一实施例的用于车辆的驱动系统100。驱动系统100通常在操作方式和配置中与在上文中结合图1而描述的驱动系统10类似（即，在操作的推进模式和动态制动模式两者中它是可操作的），其中，相似的参考数字表示相似的部分。然而，系统100配置成将在动态制动期间生成的功率从牵引链路/母线16直接地传递至交流发电机14，以基本上取消引擎12上的辅助负荷，而不是将DC电功率从动态制动栅提供给与引擎12连接的DC马达，以帮助使引擎12加速以便帮助辅助引擎负荷。

如图2中所示，驱动系统100包括三相逆变器/整流器102，三相逆变器/整流器102通过功率反馈的双重隔离的支线104而与牵引链路/母线16的动态制动栅36电耦合。三相逆变器/整流器102转而与牵引交流发电机14电耦合。因此，三相逆变器/整流器102允许将从动态制动收回的功率作为转矩通过交流发电机14反馈以便减少引擎负荷。具体地，三相逆变器/整流器102的使用基本上使第三绕组32变为全三相机器。

如在图2中同样地图示的，系统100进一步包括初级H桥106和次级电池侧H桥108，其用来将电池30与动态制动栅36和逆变器/整流器102两者连接。如所图示，电池30通过功率反馈的双重隔离的支线104而与牵引母线16的动态制动栅36电耦合。该配置促进利用车辆在动态制动模式中操作时的动态制动能量来对电池30进行充电（即，从动态制动栅36至电池30的能量流）。它还允许将功率从电池30（通过逆变器/整流器102）传递至交流发电机14，以便确保用于在起动期间摇动引擎12的充足电压。具体地，电池30的充电能够被利用为升压转换器，该升压转换器用于使低压DC电池高达对于通过交流发电机低压绕组而引擎摇动所要求的电压。结合这点，系统100还包括居于逆变器/整流器102与初级H桥108中间的斩波器110。利用斩波器110用于在引擎摇动期间交流发电机14的场激励。因此，该配置排除利用单独的起动器马达来起动引擎12的需要。

在实施例中，每个动态制动栅可以具有1MW功率的能力，使得均匀地分离的支线将允许将大约300 KW作为转矩通过交流发电机14而反馈以便减少减速/动态制动模式中的引擎负荷。因此，驱动系统100能够提供许多优点。首先，通过将转矩施加至交流发电机14中，能够基本上取消引擎上的负荷（诸如冷却风扇40和液压泵42）。具体地，利用从动态制动导出的转矩以便有助于对交流发电机14进行驱动来帮助满足这类需求，而不是引擎12必须供给足量的功率以满足辅助负荷需求。因此，由于引擎12不只负责对交流发电机14进行驱动，因而至少在动态制动期间，可以减少由引擎所造成的燃料消耗。除了利用在动态制动期间生成的功率来将转矩提供至交流发电机中之外，还可以利用来自动态制动的功率来对卡车电池30进行充电，然后，能够将卡车电池30联合斩波器110而利用以便摇动并起动引擎。如上文中所讨论的，这排除采用单独的起动器马达来起动引擎12的需要。

现在，转到图3，图示根据本发明的另一实施例的用于车辆的驱动系统200。驱动系统200通常在操作方式和配置中与在上文中结合图1和图2而描述的驱动系统10和驱动系统100类似（即，在操作的推进模式和动态制动模式两者中它是可操作的，其中，相似的参考数字表示相似的部分。

如其中所示，驱动系统200包括初级H桥202和次级H桥204，其与牵引母线16电耦合。次级H桥204与诸如第三逆变器206和第四逆变器208的一对逆变器电耦合。这些逆变器206、208分别与第三及第四AC马达210、212电耦合，第三及第四AC马达210、212与第一及第二鼓风机214、216相关联，并且，配置成对第一及第二鼓风机214、216进行驱动。在实施例中，第一鼓风机214配置成为逆变器20、22、206、208和/或整流器18中的至少一个提供冷却，并且，第二鼓风机216配置成为马达24、26、210、212中的至少一个提供冷却。该配置允许在动态制动期间回收的能量从动态制动栅36通过H桥而传递至逆变器，其中，能够利用该能量来对鼓风机214、216进行驱动，以提供冷却。因此，能够利用在动态制动期间收回的能量，以对单独的鼓风机进行驱动以便满足牵引驱动系统的冷却要求，而不是引擎12必须供给功率，以对风扇/鼓风机进行驱动（通常通过交流发电机来驱动）用于使牵引驱动系统冷却。由于引擎因此不负责提供用于对这类冷却系统组件进行供电的能量，因而可以实现燃料消耗的减少（即，冷却负荷抵消）。

从控制的观点来看，使用逆变器和马达来对单独的鼓风机214、216进行驱动还提供附加的优点。具体地，由马达驱动的单独的鼓风机的使用允许更精确的对鼓风机本身的速度的控制，并且因而允许更精确的对所提供的冷却的水平的控制。这能够在处于推进模式时引起提高的效率。这与利用风扇/鼓风机与引擎/交流发电机之间的机械耦合的系统形成对照，其中，该机械耦合直接地使风扇/鼓风机的速度受约束于引擎的速度。

进一步参考图3，系统200还包括三相逆变器/整流器218，三相逆变器/整流器218通过H桥而与牵引母线16电耦合（并且因而与动态制动栅36电耦合）。三相逆变器/整流器218转而与牵引交流发电机14电耦合。如在上文中结合图2的系统100而讨论的，逆变器/整流器218允许将从动态制动收回的功率作为转矩通过交流发电机14而反馈以便减少引擎负荷。以这种方式将功率推回至交流发电机14中实现一种引擎负荷抵消，因为，能够利用该收回的功率来对交流发电机14（而不是引擎12或除了引擎12之外）进行驱动，以便对冷却风扇40（在利用的情况下）、液压泵42或其他辅助负荷进行驱动。以这种方式，可以减少在动态制动期间由引擎造成的燃料消耗。

如在图3中进一步图示的，系统200（如同系统100）还包括初级侧电池H桥220和次级电池侧H桥222，其用来将电池30与牵引母线16和逆变器/整流器218两者连接。该配置促进利用在车辆在动态制动模式中操作时的动态制动能量来对电池30进行充电（即，从动态制动栅36至电池30的能量流）。它还允许将功率（通过逆变器/整流器218）从电池30传递至交流发电机14，以便确保在起动期间摇动引擎12的充足电压。具体地，电池充电能够被利用为升压转换器，该升压转换器用于使低压DC电池高达对于通过交流发电机低压绕组的引擎摇动所要求的电压。结合这点，系统200还包括斩波器224，斩波器224配置用于在引擎摇动期间交流发电机14的场激励。因此，该配置排除利用单独的起动器马达来起动引擎12的需要。

因此，驱动系统200能够提供许多优点。首先，通过将转矩施加至交流发电机14中，能够基本上取消引擎上的负荷（诸如液压泵42）。具体地，利用从动态制动导出的转矩以便有助于对交流发电机14进行驱动来帮助满足这类需求，而不是引擎12必须供给足量的功率以满足辅助负荷需求。通过动态制动能量而供电的独立的鼓风机214、216的使用还将冷却负荷从引擎除掉。由于上文，可以减少由引擎所造成的燃料消耗。除了利用在动态制动期间生成的功率来将转矩提供至交流发电机中并且用于对独立的鼓风机进行供电之外，还可以利用来自动态制动的功率来对卡车电池30进行充电，然后，能够将卡车电池30联合斩波器224而利用来摇动并且起动引擎。如上文中所讨论的，这排除采用单独的起动器马达来起动引擎12的需要，总体上，导致更大的效率和减少的系统成本和复杂度。

图4图示根据本发明的又一实施例的用于车辆的驱动系统300。如同图3的驱动系统200，驱动系统300包括初级H桥302和次级H桥304，其与牵引母线16电耦合。次级H桥304与诸如第三逆变器306和第四逆变器308的一对逆变器电耦合。这些逆变器306、308分别与第三及第四AC马达310、312电耦合，第三及第四AC马达310、312与第一及第二鼓风机314、316相关联，并且，配置成对第一及第二鼓风机314、316进行驱动。在实施例中，如在上文中所讨论的，第一鼓风机314配置成为逆变器20、22、306、308和/或整流器18中的至少一个提供冷却，并且，第二鼓风机316配置成为马达24、26、310、312中的至少一个提供冷却。如同样地在上文中讨论的，该配置允许在动态制动期间回收的能量从动态制动栅36通过H桥而传递至逆变器，其中，能够利用该能量来对鼓风机314、316进行驱动，以提供冷却。因此，能够利用在动态制动期间收回的能量，以对单独的鼓风机进行驱动以便满足牵引驱动系统的冷却要求，而不是引擎12必须供给功率，以对风扇/鼓风机进行驱动（通常通过交流发电机来驱动）用于使牵引驱动系统冷却。由于引擎因此不负责提供用于对这类冷却系统组件进行供电的能量，因而可以实现燃料消耗中的减少。

如先前所讨论的，从控制的观点来看，使用逆变器和马达来对单独的鼓风机314、316进行驱动还提供附加的优点。具体地，由AC马达驱动的单独的鼓风机的使用允许更精确的对鼓风机本身的速度的控制，并且因而允许更精确的对所提供的冷却的水平的控制。这能够在处于推进模式时引起提高的效率。这与利用风扇/鼓风机与引擎/交流发电机之间的机械耦合的系统形成对照，其中，该机械耦合直接地使风扇/鼓风机的速度受约束于引擎的速度。

进一步参考图4，系统300还包括：第五逆变器318，通过H桥而与牵引母线16电耦合（并且因而与动态制动栅36电耦合）；和AC马达320，与逆变器318电连接。如所图示，AC马达320与引擎12机械地耦合。在实施例中，耦合可以是直接耦合。在其他实施例中，耦合可以是间接耦合，比如例如使用带驱动等。在实施例中，马达320是能够产生大约3900 rpm下的大约128 lb·ft的转矩的75马力的马达。在操作的动态制动模式中，来自动态制动栅36的DC电功率由逆变器318转换成AC功率，然后，将其供给至AC马达320。AC马达产生机械输出，该机械输出用来帮助对引擎12进行驱动并且使引擎12加速。以这种方式，能够利用马达320来在操作的动态制动模式期间‘抵消’辅助引擎负荷，例如冷却风扇负荷和液压泵负荷，由此与只依赖于引擎来提供辅助功率的现有的系统相比，减少燃料消耗。

如将容易地领会，系统300通常与在上文中结合图1而讨论的系统10类似，然而，利用逆变器318和AC马达320来代替DC马达44。使用AC马达320，而不是DC马达允许速度及转矩控制。具体地，通过使用AC马达，与图1的系统10形成对照，能够对输入至引擎的速度和转矩更精确地进行控制，这允许对实现引擎负荷抵消的量的更精确的控制。

最后，参考图5，图示根据本发明的又一实施例的用于车辆的驱动系统400。驱动系统400包括初级H桥402和次级H桥404，其与牵引母线16电耦合。次级H桥404与诸如第三逆变器406和第四逆变器408的一对逆变器电耦合。这些逆变器406、408分别与第三及第四马达410、412电耦合，第三及第四马达410、412与第一及第二鼓风机414、416相关联，并且，配置成对第一及第二鼓风机414、416进行驱动。在实施例中，第一鼓风机414配置成为逆变器20、22、406、408和/或整流器18中的至少一个提供冷却，并且，第二鼓风机416配置成为马达24、26、410、412中的至少一个提供冷却。如在上文中结合图3和图4的系统200和系统300所指示的，该配置允许在动态制动期间回收的能量从动态制动栅36通过H桥而传递至逆变器，其中，能够利用该能量来对鼓风机414、416进行驱动，以提供冷却。因此，能够利用在动态制动期间收回的能量，以对单独的鼓风机进行驱动以便满足牵引驱动系统的冷却要求，而不是引擎12必须供给功率，以对风扇/鼓风机进行驱动（通常通过交流发电机来驱动）用于使牵引驱动系统冷却。由于引擎因此不负责提供用于对这类冷却系统组件进行供电的能量，因而可以实现燃料消耗中的减少（即，冷却负荷抵消）。

从控制的观点来看，使用逆变器和AC马达来对单独的鼓风机414、416进行驱动还提供附加的优点。具体地，由AC马达驱动的单独的鼓风机的使用允许更精确的对鼓风机本身的速度的控制，并且因而允许更精确的对所提供的冷却的水平的控制。这能够在处于推进模式时引起提高的效率。这与利用风扇/鼓风机与引擎/交流发电机之间的机械耦合的系统形成对照，其中，该机械耦合直接地使风扇/鼓风机的速度受约束于引擎的速度。

进一步参考图5，系统200还包括初级侧电池H桥418和次级电池侧H桥420，其用来将电池30与牵引母线16连接。该配置促进利用车辆在动态制动模式中操作时的动态制动能量来对电池30进行充电（即，从动态制动栅36至电池30的能量流）。它还允许将功率从电池30传递至交流发电机，以便确保用于在起动期间摇动引擎12的充足电压。具体地，电池充电兼作升压转换器，该升压转换器用于使低压DC电池高达对于通过交流发电机低压绕组的引擎摇动所要求的电压。结合这点，系统400还包括斩波器422，斩波器422居于电池30与交流发电机14中间。斩波器配置用于在引擎摇动期间交流发电机14的场激励。因此，该配置排除利用单独的起动器马达来起动引擎12的需要，由此总体上降低驱动系统400的复杂度并且提高其效率。该配置同样地排除采用用于交流发电机14的场激励的交流发电机场静态励磁器的需要。

如在图5中进一步图示的，系统500还采用逆变器（例如，第五逆变器424）和AC马达426，AC马达426配置成帮助对引擎12进行驱动并且使引擎12加速，以便减少动态制动期间的引擎燃料消耗。在实施例中，马达426是能够产生大约3900 rpm下的大约128 lb·ft的转矩的75马力的马达。如所图示，AC马达426经由离合器428而与引擎12机械地耦合。在实施例中，离合器428可以包括允许精确地控制对引擎的马达输出的多个齿轮或带。在实施例中，离合器428是具有第一级和第二级的双齿轮/离合器,第一级具有大约15.625:1的传动比,第二级具有1:1的传动比。离合器428因此允许对引擎的输入在大约3125 rpm下的128 lb·ft的转矩与大约200 rpm下的2000 lb·ft的转矩之间。

在操作中，将来自牵引母线16的动态制动能量馈送至逆变器424，其中，将该能量转换成AC功率，以便给马达426供电。马达426将AC电功率转换成机械输出，该机械输出提供给引擎12。如上文中所讨论的，离合器28可操作以选择性地改变马达426的机械输出的速度和转矩。因此，可以利用AC马达426来在起动期间摇动引擎12，以及在减速期间提供引擎负荷抵消（针对辅助引擎负荷）。实际上，该配置实现每小时多次可靠地起动，使得能够在空转时使引擎停止运转，以便节省燃料。

因此，上述的实施例提供用于如下的各种系统及方法： 用于回收动态制动能量，使得能够将这种能量推回至机械引擎旋转负荷中（例如，机械负荷和引擎自旋损失）。能够利用能量来对卡车电池进行充电来对引擎进行驱动/使引擎加速，和/或为辅助引擎负荷提供功率（即，引擎负荷抵消），而不是通过电阻器栅而耗散该能量。另外，可以利用能量来给用于电驱动系统的独立的鼓风机供电，由此从引擎去除这类负荷。因此，本文中所描述的各种实施例可以提供用于简化的驱动系统,例如其中，能够排除对单独的起动器马达的需要，同样地提供用于在动态制动模式中操作时的燃料消耗中的显著的减少的需要。

虽然未图示，但如在本领域中所已知的，上述的每个实施例中的驱动系统包括控制器，该控制器配置成对牵引马达系统及其各种组件以及供给至牵引马达系统和来自牵引马达系统供给的电力进行控制。

在实施例中，提供用于车辆的驱动系统。驱动系统包括：引擎；交流发电机，与引擎耦合，交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；牵引马达系统，与车辆的驱动车轮在操作上耦合，牵引马达系统配置用于从交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于初级电功率而推进车辆；以及马达，与牵引马达系统电连接，并且，与引擎机械地耦合。马达配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且在动态制动模式期间，将功率传递至引擎。在实施例中，至少一个辅助负荷包括液压泵和控制以及马达冷却风扇中的至少一个。在实施例中，马达是DC马达。在实施例中，马达通过可变转矩耦合而与引擎机械地耦合。可变转矩耦合可以包括带、链、齿轮以及液压耦合中的至少一个。在实施例中，马达通过直接机械耦合而与引擎机械地耦合。在另一实施例中，马达是AC马达。系统可以进一步包括逆变器，该逆变器居于牵引马达系统用于将来自牵引马达系统的DC电功率转换成AC电功率供由AC马达使用。在实施例中，系统包括与AC马达和引擎连接的离合器组合件，离合器组合件配置成选择性地变更提供给引擎的转矩的幅值。在实施例中，系统包括：鼓风机马达，与牵引驱动系统电耦合；和鼓风机，与鼓风机马达机械地耦合。鼓风机马达可以配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且，对鼓风机进行驱动以便为牵引马达系统提供冷却。在实施例中，鼓风机马达是一对鼓风机马达，并且，鼓风机是一对鼓风机。在实施例中，鼓风机马达通过H桥而与牵引马达系统电耦合。在实施例中，系统可以包括电池，该电池与牵引马达系统电连接并且与交流发电机电连接。电池可以配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率以便对电池进行再充电，并且，将所存储的电功率供给至交流发电机来摇动引擎。在实施例中，系统包括居于电池与交流发电机中间的斩波器，斩波器配置用于在引擎摇动期间交流发电机的场激励。在实施例中，车辆是非公路车辆。

在另一实施例中，提供用于车辆的驱动系统。驱动系统包括：引擎；交流发电机，与引擎耦合，交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；牵引马达系统，与车辆的驱动车轮在操作上耦合，牵引马达系统配置用于从交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于初级电功率而推进车辆；以及三相逆变器/整流器，与牵引马达系统电连接并且与交流发电机电连接。逆变器/整流器配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且，将电功率作为转矩馈送至交流发电机，以便减少引擎负荷。在实施例中，驱动系统还可以包括电池，该电池与牵引马达系统电连接并且与交流发电机电连接。电池配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率以便对电池进行再充电，并且，将所存储的电功率供给至交流发电机来摇动引擎。在实施例中，系统还包括居于电池与交流发电机中间的斩波器，斩波器配置用于在用引擎摇动期间交流发电机的场激励。在实施例中，系统可以包括：鼓风机马达，与牵引驱动系统电耦合；和鼓风机，与鼓风机马达机械地耦合。鼓风机马达配置成在牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从牵引马达系统接收电功率，并且，对鼓风机进行驱动来为牵引马达系统提供冷却。在实施例中，鼓风机马达是一对鼓风机马达，并且，鼓风机是一对鼓风机。在实施例中，鼓风机马达通过H桥而与牵引马达系统电耦合。

在又一实施例中，提供方法。方法包括如下的步骤：提供引擎；在与引擎连接的交流发电机处生成初级电功率；操作以驱动的关系与车辆的车轮耦合的牵引马达以便在操作的推进模式期间，推进车辆，并且，在操作的动态制动模式期间，生成电力，其中，在操作的推进模式下，将初级电功率传输至牵引马达以便给马达供电；以及利用在操作的动态制动模式期间生成的电力来使辅助引擎负荷偏移，以减少车辆的燃料消耗。在实施例中，方法还可以包括如下的步骤：利用在操作的动态制动模式期间生成的电力来给与引擎机械地耦合的马达供电，其中，马达配置成将功率传递至引擎。在实施例中，马达是DC马达，并且，马达通过可变转矩耦合而与引擎机械地耦合。在实施例中，马达是AC马达，并且，方法进一步包括如下的步骤：将在操作的动态制动模式期间生成的电力转换成AC电功率供由AC马达使用。在实施例中，方法还包括如下的步骤：操作与AC马达和引擎连接的离合器组合件，以变更提供给引擎的转矩的幅值。在实施例中，方法还包括利用在操作的动态制动模式期间生成的电力来给与鼓风机连接的鼓风机马达供电，鼓风机配置成为牵引马达提供冷却。在实施例中，方法还包括利用在操作的动态制动模式期间生成的电力来对车辆的电池进行再充电。在实施例中，电池与交流发电机电连接，并且，方法进一步包括如下的步骤：将所存储的电功率从电池供给至交流发电机以便在起动期间，摇动引擎。在实施例中，方法还可以包括如下的步骤：在逆变器/整流器处接收在操作的动态制动模式期间生成的电力；和将电力供给至交流发电机来在交流发电机处产生转矩。在实施例中，辅助引擎负荷包括液压泵和控制以及马达冷却风扇中的至少一个。

要理解,上面描述意图是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可彼此结合使用。另外，可进行多种修改以使具体状况或材料适合本发明的教导，而没有背离其范围。虽然本文所述材料的尺寸和类型意图定义本发明的参数，但是它们决不是限制性的，而是示范的实施例。在审查上面描述时，许多其他实施例对于本领域的一个技术人员将是显而易见的。因此，应参考所附权利要求书连同这类权利要求书所被赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。在所附权利要求书中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“其中”的易懂英语等同物。此外，在下面权利要求书中， 诸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“顶部”等的术语只不过用作标记，而不是意图对其对象强加数字要求。此外，下面的条款的限制没有以方法加功能形式来书写并且不意图基于35 U.S.C.§ 112第六段来解释，除非并且直到这类条款限制确切地使用后面是缺乏进一步结构的功能陈述的短语“用于…的部件”。

本书面描述使用包括最佳模式的示例来公开本发明的几个实施例，并且，还使本领域的技术人员能够实施本发明的实施例，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的可取得的专利范围由权利要求书定义，并且，可包括本领域的技术人员想到的其他示例。如果这类其他示例具有没有不同于权利要求的文字语言的结构元件，或者如果它们包括具有与权利要求的文字语言的无实质差异的等效结构元件，则它们意图处于条款的范围之内。

如本文所使用的，以单数叙述并且以单词"一"或“一个”进行的元素或步骤应理解为不排除多个所述元素或步骤，除非明确规定此种排除。此外，对本发明的 “一个实施例”的提及不意图解释为排除也合并所述特征的附加实施例的存在。此外，除非有明确相反地规定，否则，“包含”、“包括”、"带有"或“具有”具有特定属性的元素或多个元素的实施例可包括不具有那个属性的附加此类元素。

由于可在上述系统和方法中进行某些变化而不脱离本文中涉及的本发明的精神和范围，因此，意图上面描述或附图中示出的所有主题将只理解为图示本文中本发明概念的示例，并且将不视为限制本发明。

Claims (10)

1.一种用于车辆的驱动系统，包含：

引擎；

交流发电机，与所述引擎耦合，所述交流发电机配置成给至少一个辅助负荷供电；

牵引马达系统，与所述车辆的驱动车轮在操作上耦合，所述牵引马达系统配置用于从所述交流发电机接收初级电功率，并且用于响应于所述初级电功率而推进所述车辆；以及

马达，与所述牵引马达系统电连接，并且与所述引擎机械地耦合，所述马达配置成在所述牵引马达系统的操作的动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且在所述动态制动模式期间，将功率传递至所述引擎。

2.如权利要求1所述的驱动系统，其中：

所述马达是DC马达。

3.如权利要求2所述的驱动系统，其中：

所述马达通过可变转矩耦合而与所述引擎机械地耦合,所述可变转矩耦合包括带、链、齿轮或液压耦合中的至少一个。

4.如权利要求2所述的驱动系统，其中：

所述马达通过直接机械耦合而与所述引擎机械地耦合。

5.如权利要求1所述的驱动系统，其中：

所述马达是AC马达；以及

其中，所述系统进一步包括逆变器，所述逆变器居于所述牵引马达系统中用于将来自所述牵引马达系统的DC电功率转换成AC电功率供由所述AC马达使用。

6.如权利要求5所述的驱动系统，进一步包含：

与所述AC马达和所述引擎连接的离合器组合件，所述离合器组合件配置成选择性地变更提供给所述引擎的转矩的幅值。

7.如权利要求5所述的驱动系统，进一步包含：

至少一个鼓风机马达，与所述牵引驱动系统电耦合；以及

至少一个鼓风机，与所述鼓风机马达机械地耦合；

其中，所述鼓风机马达配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率，并且，对所述鼓风机进行驱动以便为所述牵引马达系统提供冷却。

8.如权利要求7所述的驱动系统，其中：

所述至少一个鼓风机马达是一对鼓风机马达；以及

所述至少一个鼓风机是一对鼓风机。

9.如权利要求7所述的驱动系统，其中：

所述鼓风机马达通过H桥而与所述牵引马达系统电耦合。

10.如权利要求7所述的驱动系统，进一步包含：

电池，与所述牵引马达系统和所述交流发电机电连接；以及

居于所述电池与所述交流发电机中间的斩波器，所述斩波器配置用于在引擎摇动期间所述交流发电机的场激励;

其中，所述电池配置成在所述牵引马达系统的操作的所述动态制动模式中，从所述牵引马达系统接收电功率以便对所述电池进行再充电，并且，将所存储的电功率供给至所述交流发电机以便摇动所述引擎。