用于減少車輛中的燃料消耗的系統及方法與流程

相關申請的交叉引用

本申請是在2013年12月2日提交的美國申請no.14/094333的部分延續案，其要求在2012年12月1日提交的美國臨時申請no.61/732312的優先權，通過引用而將這兩個申請全部合并于本文中。

背景。

本發明的實施例一般涉及車輛控制。某些實施例涉及用于在操作的動態制動模式中減少車輛中的燃料消耗的系統及方法。

技術討論

在采礦工業中，大型非公路車輛“ohv”通常采用用于推進車輛或使車輛減速的電機動車輪。具體地，ohv通常包括與交流發電機聯合的大馬力的柴油引擎、牽引逆變器以及容納于車輛的后輪胎內的車輪驅動組合件。在操作中，柴油引擎對交流發電機進行驅動，交流發電機給牽引逆變器供電。牽引逆變器包括半導體功率開關，半導體功率開關使交流發電機輸出電流換向以便給車輪驅動組合件的例如ac牽引馬達的電驅動馬達提供電功率，電驅動馬達將電功率變換回成機械功率以便對車輪進行驅動并且推進車輛。

如在本領域中理解的，牽引馬達提供牽引功率以便推進車輛。牽引馬達還配置成提供用于對速度進行控制或用于使車輛減速的制動力。這一般被稱為動態制動。簡單地說，在不需要牽引馬達提供原動力時，它能夠被重新配置，使得馬達操作為功率發電機。如此被配置，牽引馬達生成具有使車輛減速的作用的電能。在某些車輛和系統中，電能存儲于電池中供今后使用，或更一般地，經由減速柵而耗散。具體地，一些車輛及系統配置成將在動態制動期間由馬達提供的電能存儲于能量存儲裝置或電池中供今后使用。該存儲的能量用來在操作的推進模式或空轉(idling)期間給輔助裝置供電和/或驅動馬達，以便使引擎參與最小化并且減少燃料消耗。

對存儲配置的有利的備選方案用來經由電阻器和絕緣器的動態制動減速柵而僅僅浪費采取熱的形式的能量。然而，該備選方案的缺點是，具有電驅動的鼓風機的柵冷卻系統常常有必要幫助從柵耗散熱，這增加功率需求，并且因而增加燃料消耗。

即使在動態制動期間，引擎也持續消耗燃料，以滿足車輛的電需求和輔助負荷。例如，這包括為牽引馬達鼓風機、散熱器風扇、操作室加熱器或空調的交流發電機鼓風機、液壓泵等提供功率。在ohv的情況下，這包括為冷卻風扇提供功率以便使牽引驅動系統中的所有的組件冷卻。

鑒于上文，存在對于系統及方法的需要,該系統及方法通過回收動態制動能量來在操作的動態制動模式期間減少燃料消耗，并且，改進電驅動機器的總效率。

技術實現要素：

在實施例中，用于車輛的驅動系統包括：引擎；交流發電機，與引擎耦合；以及牽引馬達系統。交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電。牽引馬達系統與車輛的驅動車輪在操作上耦合，并且配置用于從交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于初級電功率而推進車輛。驅動系統進一步包括馬達，該馬達與牽引馬達系統電連接，并且與引擎機械地耦合。馬達配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且在動態制動模式期間，將功率傳遞至引擎。

在另一實施例中，用于車輛的驅動系統包括：引擎；交流發電機，與引擎耦合；以及牽引馬達系統。交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電。牽引馬達系統與車輛的驅動車輪在操作上耦合，并且配置用于從交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于初級電功率而推進車輛。驅動系統進一步包括三相逆變器/整流器，三相逆變器/整流器與牽引馬達系統和交流發電機電連接。逆變器/整流器配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且將電功率作為轉矩饋送至交流發電機以便減少引擎負荷。

在又一實施例中，提供方法。方法包括如下的步驟：在與引擎連接的交流發電機處生成初級電功率；操作以驅動的關系與車輛的車輪耦合的牽引馬達以便在操作的推進模式期間，推進車輛，并且，在操作的動態制動模式期間，生成電力，其中，在操作的推進模式中，將初級電功率傳輸至牽引馬達以便給馬達供電；以及利用在操作的動態制動模式期間生成的電力，使輔助引擎負荷偏移以便減少車輛的燃料消耗（例如，與其中在動態制動期間生成的電力不用來使輔助引擎負荷偏移的操作模式比較）。

本發明提供一組技術方案,如下:

1．一種用于車輛的驅動系統，包含：

引擎；

交流發電機，與所述引擎耦合，所述交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；

牽引馬達系統，與所述車輛的驅動車輪在操作上耦合，所述牽引馬達系統配置用于從所述交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于所述初級電功率而推進所述車輛；以及

馬達，與所述牽引馬達系統電連接，并且與所述引擎機械地耦合，所述馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且在所述動態制動模式期間，將功率傳遞至所述引擎。

2．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述至少一個輔助負荷包括液壓泵或控制以及馬達冷卻風扇中的至少一個。

3．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述馬達是dc馬達。

4．如技術方案3所述的驅動系統，其中：

所述馬達通過可變轉矩耦合而與所述引擎機械地耦合。

5．如技術方案4所述的驅動系統，其中：

所述可變轉矩耦合包括帶、鏈、齒輪或液壓耦合中的至少一個。

6．如技術方案3所述的驅動系統，其中：

所述馬達通過直接機械耦合而與所述引擎機械地耦合。

7．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述馬達是ac馬達；以及

其中，所述系統進一步包括逆變器，所述逆變器居于所述牽引馬達系統中用于將來自所述牽引馬達系統的dc電功率轉換成ac電功率供由所述ac馬達使用。

8．如技術方案7所述的驅動系統，進一步包含：

與所述ac馬達和所述引擎連接的離合器組合件，所述離合器組合件配置成選擇性地變更提供給所述引擎的轉矩的幅值。

9．如技術方案7所述的驅動系統，進一步包含：

至少一個鼓風機馬達，與所述牽引驅動系統電耦合；以及

至少一個鼓風機，與所述鼓風機馬達機械地耦合；

其中，所述鼓風機馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且，對所述鼓風機進行驅動以便為所述牽引馬達系統提供冷卻。

10．如技術方案9所述的驅動系統，其中：

所述至少一個鼓風機馬達是一對鼓風機馬達；以及

所述至少一個鼓風機是一對鼓風機。

11．如技術方案9所述的驅動系統，其中：

所述鼓風機馬達通過h橋而與所述牽引馬達系統電耦合。

12．如技術方案9所述的驅動系統，進一步包含：

電池，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接；

其中，所述電池配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率以便對所述電池進行再充電，并且，將所存儲的電功率供給至所述交流發電機以便搖動所述引擎。

13．如技術方案12所述的驅動系統，進一步包含：

居于所述電池與所述交流發電機中間的斬波器，所述斬波器配置用于在引擎搖動期間的所述交流發電機的場激勵。

14．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述車輛是非公路車輛。

15．一種用于車輛的驅動系統，包含：

引擎；

交流發電機，與所述引擎耦合，所述交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；

牽引馬達系統，與所述車輛的驅動車輪在操作上耦合，所述牽引馬達系統配置用于從所述交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于所述初級電功率而推進所述車輛；以及

三相逆變器/整流器，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接，所述逆變器/整流器配置成在所述牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且將所述電功率作為轉矩饋送至所述交流發電機以便減少引擎負荷。

16．如技術方案15所述的驅動系統，進一步包含：

電池，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接；

其中，所述電池配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率以便對所述電池進行再充電，并且將所存儲的電功率供給至所述交流發電機以便搖動所述引擎。

17．如技術方案16所述的驅動系統，進一步包含：

居于所述電池與所述交流發電機中間的斬波器，所述斬波器配置成用于引擎搖動期間的所述交流發電機的場激勵。

18．如技術方案15所述的驅動系統，進一步包含：

至少一個鼓風機馬達，與所述牽引驅動系統電耦合；以及

至少一個鼓風機，與所述鼓風機馬達機械地耦合；

其中，所述鼓風機馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且，對所述鼓風機進行驅動以便為所述牽引馬達系統提供冷卻。

19．如技術方案18所述的驅動系統，其中：

所述至少一個鼓風機馬達是一對鼓風機馬達；以及

所述至少一個鼓風機是一對鼓風機。

20．如技術方案18所述的驅動系統，其中：

所述鼓風機馬達通過h橋而與所述牽引馬達系統電耦合。

21．一種方法，包含如下的步驟：

在與引擎連接的交流發電機處生成初級電功率；

操作以驅動的關系與車輛的車輪耦合的牽引馬達以便在操作的推進模式期間，推進所述車輛，并且在操作的動態制動模式期間，生成電力，其中，在操作的所述推進模式中，將所述初級電功率傳輸至所述牽引馬達以便給所述馬達供電；以及

利用在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力，使輔助引擎負荷偏移以便減少所述車輛的燃料消耗。

22．如技術方案21所述的方法，進一步包含如下的步驟：

利用在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力，給與所述引擎機械地耦合的馬達供電，所述馬達配置成將功率傳遞至所述引擎。

23．如技術方案22所述的方法，其中：

所述馬達是dc馬達；以及

所述馬達通過可變轉矩耦合而與所述引擎機械地耦合。

24．如技術方案22所述的方法，其中：

所述馬達是ac馬達；以及

其中，所述方法進一步包括如下的步驟：將在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力轉換成ac電功率供由所述ac馬達使用。

25．如技術方案24所述的方法，進一步包含如下的步驟：

操作與所述ac馬達和所述引擎連接的離合器組合件，以變更提供給所述引擎的轉矩的幅值。

26．如技術方案25所述的方法，進一步包含如下的步驟：

利用在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力，給與鼓風機連接的鼓風機馬達供電，所述鼓風機配置成為所述牽引馬達提供冷卻。

27．如技術方案25所述的方法，進一步包含如下的步驟：

利用在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力，對所述車輛的電池進行再充電。

28．如技術方案27所述的方法，其中：

所述電池與所述交流發電機電連接；以及

所述方法進一步包括如下的步驟：將所存儲的電功率從所述電池供給至所述交流發電機以便在起動期間搖動所述引擎。

29．如技術方案21所述的方法，進一步包含如下的步驟：

在逆變器/整流器處，接收在操作的所述動態制動模式期間生成的所述電力，并且，將所述電力供給至所述交流發電機以便在所述交流發電機處產生轉矩。

30．如技術方案21所述的方法，其中：

所述輔助引擎負荷包括液壓泵或控制以及馬達冷卻風扇中的至少一個。

本發明提供另一組技術方案,如下:

1．一種用于車輛的驅動系統，包含：

引擎；

交流發電機，與所述引擎耦合，所述交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；

牽引馬達系統，與所述車輛的驅動車輪在操作上耦合，所述牽引馬達系統配置用于從所述交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于所述初級電功率而推進所述車輛；以及

馬達，與所述牽引馬達系統電連接，并且與所述引擎機械地耦合，所述馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且在所述動態制動模式期間，將功率傳遞至所述引擎。

2．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述馬達是dc馬達。

3．如技術方案2所述的驅動系統，其中：

所述馬達通過可變轉矩耦合而與所述引擎機械地耦合,所述可變轉矩耦合包括帶、鏈、齒輪或液壓耦合中的至少一個。

4．如技術方案2所述的驅動系統，其中：

所述馬達通過直接機械耦合而與所述引擎機械地耦合。

5．如技術方案1所述的驅動系統，其中：

所述馬達是ac馬達；以及

其中，所述系統進一步包括逆變器，所述逆變器居于所述牽引馬達系統中用于將來自所述牽引馬達系統的dc電功率轉換成ac電功率供由所述ac馬達使用。

6．如技術方案5所述的驅動系統，進一步包含：

與所述ac馬達和所述引擎連接的離合器組合件，所述離合器組合件配置成選擇性地變更提供給所述引擎的轉矩的幅值。

7．如技術方案5所述的驅動系統，進一步包含：

至少一個鼓風機馬達，與所述牽引驅動系統電耦合；以及

至少一個鼓風機，與所述鼓風機馬達機械地耦合；

其中，所述鼓風機馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且，對所述鼓風機進行驅動以便為所述牽引馬達系統提供冷卻。

8．如技術方案7所述的驅動系統，其中：

所述至少一個鼓風機馬達是一對鼓風機馬達；以及

所述至少一個鼓風機是一對鼓風機。

9．如技術方案7所述的驅動系統，其中：

所述鼓風機馬達通過h橋而與所述牽引馬達系統電耦合。

10．如技術方案7所述的驅動系統，進一步包含：

電池，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接；以及

居于所述電池與所述交流發電機中間的斬波器，所述斬波器配置用于在引擎搖動期間所述交流發電機的場激勵;

其中，所述電池配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率以便對所述電池進行再充電，并且，將所存儲的電功率供給至所述交流發電機以便搖動所述引擎。

11．一種用于車輛的驅動系統，包含：

引擎；

交流發電機，與所述引擎耦合，所述交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；

牽引馬達系統，與所述車輛的驅動車輪在操作上耦合，所述牽引馬達系統配置用于從所述交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于所述初級電功率而推進所述車輛；以及

三相逆變器/整流器，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接，所述逆變器/整流器配置成在所述牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且將所述電功率作為轉矩饋送至所述交流發電機以便減少引擎負荷。

12．如技術方案11所述的驅動系統，進一步包含：

電池，與所述牽引馬達系統和所述交流發電機電連接；以及

居于所述電池與所述交流發電機中間的斬波器，所述斬波器配置用于在引擎搖動期間所述交流發電機的場激勵;

其中，所述電池配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率以便對所述電池進行再充電，并且將所存儲的電功率供給至所述交流發電機以便搖動所述引擎。

13．如技術方案11所述的驅動系統，進一步包含：

至少一個鼓風機馬達，與所述牽引驅動系統電耦合；以及

至少一個鼓風機，與所述鼓風機馬達機械地耦合；

其中，所述鼓風機馬達配置成在所述牽引馬達系統的操作的所述動態制動模式中，從所述牽引馬達系統接收電功率，并且，對所述鼓風機進行驅動以便為所述牽引馬達系統提供冷卻。

14．如技術方案13所述的驅動系統，其中：

所述至少一個鼓風機馬達是一對鼓風機馬達；以及

所述至少一個鼓風機是一對鼓風機。

15．如技術方案13所述的驅動系統，其中：

所述鼓風機馬達通過h橋而與所述牽引馬達系統電耦合。

附圖

從參考附圖而閱讀非限制性的實施例的下面的描述，將更好理解本發明，其中，以下：

圖1是根據本發明的實施例的用于減少車輛中的燃料消耗的系統的簡化示意圖；

圖2是根據本發明的另一實施例的用于減少車輛中的燃料消耗的系統的簡化示意圖；

圖3是根據本發明的另一實施例的用于減少車輛中的燃料消耗的系統的簡化示意圖；

圖4是根據本發明的另一實施例的用于減少車輛中的燃料消耗的系統的簡化示意圖；

圖5是根據本發明的另一實施例的用于減少車輛中的燃料消耗的系統的簡化示意圖。

具體實施方式

在下文，將詳細地參考本發明的示范性的實施例，在附圖中圖示實施例的示例。在任何可能的情況下，在附圖通篇中使用的相同的參考字符指相同或相似的部分。雖然本發明的實施例適合于以移動的實現和固定的實現的使用，但為了便于解釋，在本文中詳細地描述移動的實現。更具體地，為了說明的清楚,對于移動的實施例的公開，選擇了ohv。其他合適的車輛包括例如在道路上的車輛、機車、建筑設備、工業設備以及船舶。如本文中所使用的，“電通信”或“電耦合”意味著，某些組件配置成通過經由直接或間接電連接的直接或間接信令來相互通信。如本文中所使用的，“機械地耦合”指能夠支持用于在組件之間傳輸轉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”指可能是直接或間接的連接。該連接不一定是機械附接。

圖1示意地圖示用于諸如ohv或其他車輛的電驅動機器的示范性的驅動系統10。驅動系統10包括主電源，例如引擎12（例如，柴油引擎、汽油引擎、多燃料引擎等）和牽引交流發電機/發電機14，牽引交流發電機/發電機14與引擎12機械地耦合，并且，由引擎12驅動。如圖1中所圖示，牽引交流發電機14與牽引母線16電耦合。交流發電機14配置成將ac電功率提供給一個或多個整流器18，整流器18經由牽引母線16而與例如第一及第二逆變器20、22的一個或多個功率轉換器電連接。逆變器20、22分別連接至與車輛的第一及第二車輪相關聯的第一及第二牽引馬達24、26。如在本領域中所已知的，整流器18配置成將從交流發電機14接收的ac功率轉換成dc輸出，然后，將dc輸出通過牽引母線16而饋送至逆變器20、22。逆變器20、22配置成將三相可變頻率ac功率供給至與車輛的第一及第二車輪（通常是車輛的后輪）相關聯的第一及第二牽引馬達24、26。雖然整流器18圖示為與牽引交流發電機14分離，但如在本領域中所已知的，在某些實施例中，整流器可以形成交流發電機的一部分。在實施例中，牽引母線16是1000-1500v的dc母線。

如同樣地在圖1中示出的，在實施例中，如在本領域中所已知的，起動器馬達28可以與引擎12相關聯用于使引擎12旋轉，以便發起操作。另外，車輛可以包括電池30，例如24v的電池，電池30通過第三繞組32和場繞組34而與交流發電機14電耦合。電池30配置成起交流發電機的場靜態勵磁器的作用，以發起車輛的電驅動系統的操作。

牽引馬達24、26提供牽引功率以便移動車輛，并且，可以是ac或dc電馬達。在使用dc牽引馬達時，通常對交流發電機的輸出進行整流，以提供適當的dc功率。在使用ac牽引馬達時，通常在供給至牽引馬達24、26之前，將交流發電機輸出整流成dc，并且其后逆變成三相ac。在操作的推進模式期間，可以將功率從引擎12傳遞至牽引馬達24、26，并且因而傳遞至車輛的車輪，以實現移動。

除了提供原動力之外，牽引馬達24、26還提供用于對在其上部署驅動系統10的車輛的速度進行控制的制動力。這一般被稱為動態制動。在操作的動態制動模式期間，例如在將使車輛的運動減速時，可以通過驅動車輪的機械旋轉而生成功率，并且，該功率指向減速柵36。具體地，可以將車輛的動能轉換成驅動車輪處的旋轉功率。驅動車輪的旋轉可以進一步使馬達24、26旋轉，以便生成例如采取ac功率的形式的電功率。逆變器20、22可以用作用來通過馬達24、26所供給的功率轉換成dc功率的橋。由馬達24、26所生成的dc功率的耗散可以產生驅動車輪處的反轉轉矩，以使車輛減速。如所示，通過使由逆變器20、22提供的所生成的電流經過諸如動態制動柵36或減速柵的電阻，可以實現這種耗散。

如在圖1中進一步圖示的，驅動系統10還包括引擎散熱器風扇38，引擎散熱器風扇38由引擎12驅動以便為引擎12提供冷卻。系統10還可以包括一個或多個控制以及馬達冷卻風扇40，控制以及馬達冷卻風扇40與交流發電機14機械地耦合。一個或多個冷卻風扇40配置成為牽引驅動系統的所有組件，例如逆變器20、22、牽引馬達24、26等提供冷卻。牽引交流發電機14還可以與液壓泵42耦合，液壓泵42提供液壓供由車輛的附件或其他組件使用。即，除了將電功率提供給牽引母線16，以使牽引馬達24、26的操作能夠推進車輛之外，交流發電機14還經由來自引擎12的功率而將電功率提供給諸如液壓泵和冷卻風扇的其他組件。如將容易地領會，因此，即使在操作的動態制動模式中，這些組件也要求來自引擎12的功率，這總體上增加燃料消耗并且降低車輛的效率。在最大的減速/動態制動力下，在熱天里，可能只需要多于200馬力來給輔助負荷供電，用于冷卻和液壓。

在實施例中，系統10配置成將處于操作的動態制動模式中時的動態制動能量回收，并且，使用該回收的能量來抵消引擎負荷（例如，來自液壓泵42、一個或多個控制以及馬達冷卻風扇40等），以便與現有的系統相比而減少燃料消耗。具體地，如圖1中所圖示，驅動系統10包括dc電馬達44，dc電馬達44與動態制動柵36電耦合，并且，與引擎12機械地耦合。在實施例中，馬達44通過可變轉矩型耦合而與引擎機械地耦合，雖然可以備選地采用直接機械耦合。在實施例中，耦合可以包括帶、鏈、齒輪或液壓耦合中的至少一個。

因此，dc馬達44配置成在車輛的操作的動態制動模式期間，從動態制動柵36接收dc電功率。具體地，馬達44利用來自動態制動的dc電功率來生成機械輸出，該機械輸出用來幫助對引擎12進行驅動并且使引擎12加速。以這種方式，能夠利用馬達44來‘抵消’操作的動態制動模式期間的輔助引擎負荷，例如冷卻風扇負荷和液壓泵負荷，由此與只依賴引擎以提供輔助功率的現有的系統相比而減少燃料消耗。

現在，參考圖2，圖示根據本發明的另一實施例的用于車輛的驅動系統100。驅動系統100通常在操作方式和配置中與在上文中結合圖1而描述的驅動系統10類似（即，在操作的推進模式和動態制動模式兩者中它是可操作的），其中，相似的參考數字表示相似的部分。然而，系統100配置成將在動態制動期間生成的功率從牽引鏈路/母線16直接地傳遞至交流發電機14，以基本上取消引擎12上的輔助負荷，而不是將dc電功率從動態制動柵提供給與引擎12連接的dc馬達，以幫助使引擎12加速以便幫助輔助引擎負荷。

如圖2中所示，驅動系統100包括三相逆變器/整流器102，三相逆變器/整流器102通過功率反饋的雙重隔離的支線104而與牽引鏈路/母線16的動態制動柵36電耦合。三相逆變器/整流器102轉而與牽引交流發電機14電耦合。因此，三相逆變器/整流器102允許將從動態制動收回的功率作為轉矩通過交流發電機14反饋以便減少引擎負荷。具體地，三相逆變器/整流器102的使用基本上使第三繞組32變為全三相機器。

如在圖2中同樣地圖示的，系統100進一步包括初級h橋106和次級電池側h橋108，其用來將電池30與動態制動柵36和逆變器/整流器102兩者連接。如所圖示，電池30通過功率反饋的雙重隔離的支線104而與牽引母線16的動態制動柵36電耦合。該配置促進利用車輛在動態制動模式中操作時的動態制動能量來對電池30進行充電（即，從動態制動柵36至電池30的能量流）。它還允許將功率從電池30（通過逆變器/整流器102）傳遞至交流發電機14，以便確保用于在起動期間搖動引擎12的充足電壓。具體地，電池30的充電能夠被利用為升壓轉換器，該升壓轉換器用于使低壓dc電池高達對于通過交流發電機低壓繞組而引擎搖動所要求的電壓。結合這點，系統100還包括居于逆變器/整流器102與初級h橋108中間的斬波器110。利用斬波器110用于在引擎搖動期間交流發電機14的場激勵。因此，該配置排除利用單獨的起動器馬達來起動引擎12的需要。

在實施例中，每個動態制動柵可以具有1mw功率的能力，使得均勻地分離的支線將允許將大約300kw作為轉矩通過交流發電機14而反饋以便減少減速/動態制動模式中的引擎負荷。因此，驅動系統100能夠提供許多優點。首先，通過將轉矩施加至交流發電機14中，能夠基本上取消引擎上的負荷（諸如冷卻風扇40和液壓泵42）。具體地，利用從動態制動導出的轉矩以便有助于對交流發電機14進行驅動來幫助滿足這類需求，而不是引擎12必須供給足量的功率以滿足輔助負荷需求。因此，由于引擎12不只負責對交流發電機14進行驅動，因而至少在動態制動期間，可以減少由引擎所造成的燃料消耗。除了利用在動態制動期間生成的功率來將轉矩提供至交流發電機中之外，還可以利用來自動態制動的功率來對卡車電池30進行充電，然后，能夠將卡車電池30聯合斬波器110而利用以便搖動并起動引擎。如上文中所討論的，這排除采用單獨的起動器馬達來起動引擎12的需要。

現在，轉到圖3，圖示根據本發明的另一實施例的用于車輛的驅動系統200。驅動系統200通常在操作方式和配置中與在上文中結合圖1和圖2而描述的驅動系統10和驅動系統100類似（即，在操作的推進模式和動態制動模式兩者中它是可操作的，其中，相似的參考數字表示相似的部分。

如其中所示，驅動系統200包括初級h橋202和次級h橋204，其與牽引母線16電耦合。次級h橋204與諸如第三逆變器206和第四逆變器208的一對逆變器電耦合。這些逆變器206、208分別與第三及第四ac馬達210、212電耦合，第三及第四ac馬達210、212與第一及第二鼓風機214、216相關聯，并且，配置成對第一及第二鼓風機214、216進行驅動。在實施例中，第一鼓風機214配置成為逆變器20、22、206、208和/或整流器18中的至少一個提供冷卻，并且，第二鼓風機216配置成為馬達24、26、210、212中的至少一個提供冷卻。該配置允許在動態制動期間回收的能量從動態制動柵36通過h橋而傳遞至逆變器，其中，能夠利用該能量來對鼓風機214、216進行驅動，以提供冷卻。因此，能夠利用在動態制動期間收回的能量，以對單獨的鼓風機進行驅動以便滿足牽引驅動系統的冷卻要求，而不是引擎12必須供給功率，以對風扇/鼓風機進行驅動（通常通過交流發電機來驅動）用于使牽引驅動系統冷卻。由于引擎因此不負責提供用于對這類冷卻系統組件進行供電的能量，因而可以實現燃料消耗的減少（即，冷卻負荷抵消）。

從控制的觀點來看，使用逆變器和馬達來對單獨的鼓風機214、216進行驅動還提供附加的優點。具體地，由馬達驅動的單獨的鼓風機的使用允許更精確的對鼓風機本身的速度的控制，并且因而允許更精確的對所提供的冷卻的水平的控制。這能夠在處于推進模式時引起提高的效率。這與利用風扇/鼓風機與引擎/交流發電機之間的機械耦合的系統形成對照，其中，該機械耦合直接地使風扇/鼓風機的速度受約束于引擎的速度。

進一步參考圖3，系統200還包括三相逆變器/整流器218，三相逆變器/整流器218通過h橋而與牽引母線16電耦合（并且因而與動態制動柵36電耦合）。三相逆變器/整流器218轉而與牽引交流發電機14電耦合。如在上文中結合圖2的系統100而討論的，逆變器/整流器218允許將從動態制動收回的功率作為轉矩通過交流發電機14而反饋以便減少引擎負荷。以這種方式將功率推回至交流發電機14中實現一種引擎負荷抵消，因為，能夠利用該收回的功率來對交流發電機14（而不是引擎12或除了引擎12之外）進行驅動，以便對冷卻風扇40（在利用的情況下）、液壓泵42或其他輔助負荷進行驅動。以這種方式，可以減少在動態制動期間由引擎造成的燃料消耗。

如在圖3中進一步圖示的，系統200（如同系統100）還包括初級側電池h橋220和次級電池側h橋222，其用來將電池30與牽引母線16和逆變器/整流器218兩者連接。該配置促進利用在車輛在動態制動模式中操作時的動態制動能量來對電池30進行充電（即，從動態制動柵36至電池30的能量流）。它還允許將功率（通過逆變器/整流器218）從電池30傳遞至交流發電機14，以便確保在起動期間搖動引擎12的充足電壓。具體地，電池充電能夠被利用為升壓轉換器，該升壓轉換器用于使低壓dc電池高達對于通過交流發電機低壓繞組的引擎搖動所要求的電壓。結合這點，系統200還包括斬波器224，斬波器224配置用于在引擎搖動期間交流發電機14的場激勵。因此，該配置排除利用單獨的起動器馬達來起動引擎12的需要。

因此，驅動系統200能夠提供許多優點。首先，通過將轉矩施加至交流發電機14中，能夠基本上取消引擎上的負荷（諸如液壓泵42）。具體地，利用從動態制動導出的轉矩以便有助于對交流發電機14進行驅動來幫助滿足這類需求，而不是引擎12必須供給足量的功率以滿足輔助負荷需求。通過動態制動能量而供電的獨立的鼓風機214、216的使用還將冷卻負荷從引擎除掉。由于上文，可以減少由引擎所造成的燃料消耗。除了利用在動態制動期間生成的功率來將轉矩提供至交流發電機中并且用于對獨立的鼓風機進行供電之外，還可以利用來自動態制動的功率來對卡車電池30進行充電，然后，能夠將卡車電池30聯合斬波器224而利用來搖動并且起動引擎。如上文中所討論的，這排除采用單獨的起動器馬達來起動引擎12的需要，總體上，導致更大的效率和減少的系統成本和復雜度。

圖4圖示根據本發明的又一實施例的用于車輛的驅動系統300。如同圖3的驅動系統200，驅動系統300包括初級h橋302和次級h橋304，其與牽引母線16電耦合。次級h橋304與諸如第三逆變器306和第四逆變器308的一對逆變器電耦合。這些逆變器306、308分別與第三及第四ac馬達310、312電耦合，第三及第四ac馬達310、312與第一及第二鼓風機314、316相關聯，并且，配置成對第一及第二鼓風機314、316進行驅動。在實施例中，如在上文中所討論的，第一鼓風機314配置成為逆變器20、22、306、308和/或整流器18中的至少一個提供冷卻，并且，第二鼓風機316配置成為馬達24、26、310、312中的至少一個提供冷卻。如同樣地在上文中討論的，該配置允許在動態制動期間回收的能量從動態制動柵36通過h橋而傳遞至逆變器，其中，能夠利用該能量來對鼓風機314、316進行驅動，以提供冷卻。因此，能夠利用在動態制動期間收回的能量，以對單獨的鼓風機進行驅動以便滿足牽引驅動系統的冷卻要求，而不是引擎12必須供給功率，以對風扇/鼓風機進行驅動（通常通過交流發電機來驅動）用于使牽引驅動系統冷卻。由于引擎因此不負責提供用于對這類冷卻系統組件進行供電的能量，因而可以實現燃料消耗中的減少。

如先前所討論的，從控制的觀點來看，使用逆變器和馬達來對單獨的鼓風機314、316進行驅動還提供附加的優點。具體地，由ac馬達驅動的單獨的鼓風機的使用允許更精確的對鼓風機本身的速度的控制，并且因而允許更精確的對所提供的冷卻的水平的控制。這能夠在處于推進模式時引起提高的效率。這與利用風扇/鼓風機與引擎/交流發電機之間的機械耦合的系統形成對照，其中，該機械耦合直接地使風扇/鼓風機的速度受約束于引擎的速度。

進一步參考圖4，系統300還包括：第五逆變器318，通過h橋而與牽引母線16電耦合（并且因而與動態制動柵36電耦合）；和ac馬達320，與逆變器318電連接。如所圖示，ac馬達320與引擎12機械地耦合。在實施例中，耦合可以是直接耦合。在其他實施例中，耦合可以是間接耦合，比如例如使用帶驅動等。在實施例中，馬達320是能夠產生大約3900rpm下的大約128lb·ft的轉矩的75馬力的馬達。在操作的動態制動模式中，來自動態制動柵36的dc電功率由逆變器318轉換成ac功率，然后，將其供給至ac馬達320。ac馬達產生機械輸出，該機械輸出用來幫助對引擎12進行驅動并且使引擎12加速。以這種方式，能夠利用馬達320來在操作的動態制動模式期間‘抵消’輔助引擎負荷，例如冷卻風扇負荷和液壓泵負荷，由此與只依賴于引擎來提供輔助功率的現有的系統相比，減少燃料消耗。

如將容易地領會，系統300通常與在上文中結合圖1而討論的系統10類似，然而，利用逆變器318和ac馬達320來代替dc馬達44。使用ac馬達320，而不是dc馬達允許速度及轉矩控制。具體地，通過使用ac馬達，與圖1的系統10形成對照，能夠對輸入至引擎的速度和轉矩更精確地進行控制，這允許對實現引擎負荷抵消的量的更精確的控制。

最后，參考圖5，圖示根據本發明的又一實施例的用于車輛的驅動系統400。驅動系統400包括初級h橋402和次級h橋404，其與牽引母線16電耦合。次級h橋404與諸如第三逆變器406和第四逆變器408的一對逆變器電耦合。這些逆變器406、408分別與第三及第四馬達410、412電耦合，第三及第四馬達410、412與第一及第二鼓風機414、416相關聯，并且，配置成對第一及第二鼓風機414、416進行驅動。在實施例中，第一鼓風機414配置成為逆變器20、22、406、408和/或整流器18中的至少一個提供冷卻，并且，第二鼓風機416配置成為馬達24、26、410、412中的至少一個提供冷卻。如在上文中結合圖3和圖4的系統200和系統300所指示的，該配置允許在動態制動期間回收的能量從動態制動柵36通過h橋而傳遞至逆變器，其中，能夠利用該能量來對鼓風機414、416進行驅動，以提供冷卻。因此，能夠利用在動態制動期間收回的能量，以對單獨的鼓風機進行驅動以便滿足牽引驅動系統的冷卻要求，而不是引擎12必須供給功率，以對風扇/鼓風機進行驅動（通常通過交流發電機來驅動）用于使牽引驅動系統冷卻。由于引擎因此不負責提供用于對這類冷卻系統組件進行供電的能量，因而可以實現燃料消耗中的減少（即，冷卻負荷抵消）。

從控制的觀點來看，使用逆變器和ac馬達來對單獨的鼓風機414、416進行驅動還提供附加的優點。具體地，由ac馬達驅動的單獨的鼓風機的使用允許更精確的對鼓風機本身的速度的控制，并且因而允許更精確的對所提供的冷卻的水平的控制。這能夠在處于推進模式時引起提高的效率。這與利用風扇/鼓風機與引擎/交流發電機之間的機械耦合的系統形成對照，其中，該機械耦合直接地使風扇/鼓風機的速度受約束于引擎的速度。

進一步參考圖5，系統200還包括初級側電池h橋418和次級電池側h橋420，其用來將電池30與牽引母線16連接。該配置促進利用車輛在動態制動模式中操作時的動態制動能量來對電池30進行充電（即，從動態制動柵36至電池30的能量流）。它還允許將功率從電池30傳遞至交流發電機，以便確保用于在起動期間搖動引擎12的充足電壓。具體地，電池充電兼作升壓轉換器，該升壓轉換器用于使低壓dc電池高達對于通過交流發電機低壓繞組的引擎搖動所要求的電壓。結合這點，系統400還包括斬波器422，斬波器422居于電池30與交流發電機14中間。斬波器配置用于在引擎搖動期間交流發電機14的場激勵。因此，該配置排除利用單獨的起動器馬達來起動引擎12的需要，由此總體上降低驅動系統400的復雜度并且提高其效率。該配置同樣地排除采用用于交流發電機14的場激勵的交流發電機場靜態勵磁器的需要。

如在圖5中進一步圖示的，系統500還采用逆變器（例如，第五逆變器424）和ac馬達426，ac馬達426配置成幫助對引擎12進行驅動并且使引擎12加速，以便減少動態制動期間的引擎燃料消耗。在實施例中，馬達426是能夠產生大約3900rpm下的大約128lb·ft的轉矩的75馬力的馬達。如所圖示，ac馬達426經由離合器428而與引擎12機械地耦合。在實施例中，離合器428可以包括允許精確地控制對引擎的馬達輸出的多個齒輪或帶。在實施例中，離合器428是具有第一級和第二級的雙齒輪/離合器,第一級具有大約15.625:1的傳動比,第二級具有1:1的傳動比。離合器428因此允許對引擎的輸入在大約3125rpm下的128lb·ft的轉矩與大約200rpm下的2000lb·ft的轉矩之間。

在操作中，將來自牽引母線16的動態制動能量饋送至逆變器424，其中，將該能量轉換成ac功率，以便給馬達426供電。馬達426將ac電功率轉換成機械輸出，該機械輸出提供給引擎12。如上文中所討論的，離合器28可操作以選擇性地改變馬達426的機械輸出的速度和轉矩。因此，可以利用ac馬達426來在起動期間搖動引擎12，以及在減速期間提供引擎負荷抵消（針對輔助引擎負荷）。實際上，該配置實現每小時多次可靠地起動，使得能夠在空轉時使引擎停止運轉，以便節省燃料。

因此，上述的實施例提供用于如下的各種系統及方法：用于回收動態制動能量，使得能夠將這種能量推回至機械引擎旋轉負荷中（例如，機械負荷和引擎自旋損失）。能夠利用能量來對卡車電池進行充電來對引擎進行驅動/使引擎加速，和/或為輔助引擎負荷提供功率（即，引擎負荷抵消），而不是通過電阻器柵而耗散該能量。另外，可以利用能量來給用于電驅動系統的獨立的鼓風機供電，由此從引擎去除這類負荷。因此，本文中所描述的各種實施例可以提供用于簡化的驅動系統,例如其中，能夠排除對單獨的起動器馬達的需要，同樣地提供用于在動態制動模式中操作時的燃料消耗中的顯著的減少的需要。

雖然未圖示，但如在本領域中所已知的，上述的每個實施例中的驅動系統包括控制器，該控制器配置成對牽引馬達系統及其各種組件以及供給至牽引馬達系統和來自牽引馬達系統供給的電力進行控制。

在實施例中，提供用于車輛的驅動系統。驅動系統包括：引擎；交流發電機，與引擎耦合，交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；牽引馬達系統，與車輛的驅動車輪在操作上耦合，牽引馬達系統配置用于從交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于初級電功率而推進車輛；以及馬達，與牽引馬達系統電連接，并且，與引擎機械地耦合。馬達配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且在動態制動模式期間，將功率傳遞至引擎。在實施例中，至少一個輔助負荷包括液壓泵和控制以及馬達冷卻風扇中的至少一個。在實施例中，馬達是dc馬達。在實施例中，馬達通過可變轉矩耦合而與引擎機械地耦合。可變轉矩耦合可以包括帶、鏈、齒輪以及液壓耦合中的至少一個。在實施例中，馬達通過直接機械耦合而與引擎機械地耦合。在另一實施例中，馬達是ac馬達。系統可以進一步包括逆變器，該逆變器居于牽引馬達系統用于將來自牽引馬達系統的dc電功率轉換成ac電功率供由ac馬達使用。在實施例中，系統包括與ac馬達和引擎連接的離合器組合件，離合器組合件配置成選擇性地變更提供給引擎的轉矩的幅值。在實施例中，系統包括：鼓風機馬達，與牽引驅動系統電耦合；和鼓風機，與鼓風機馬達機械地耦合。鼓風機馬達可以配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且，對鼓風機進行驅動以便為牽引馬達系統提供冷卻。在實施例中，鼓風機馬達是一對鼓風機馬達，并且，鼓風機是一對鼓風機。在實施例中，鼓風機馬達通過h橋而與牽引馬達系統電耦合。在實施例中，系統可以包括電池，該電池與牽引馬達系統電連接并且與交流發電機電連接。電池可以配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率以便對電池進行再充電，并且，將所存儲的電功率供給至交流發電機來搖動引擎。在實施例中，系統包括居于電池與交流發電機中間的斬波器，斬波器配置用于在引擎搖動期間交流發電機的場激勵。在實施例中，車輛是非公路車輛。

在另一實施例中，提供用于車輛的驅動系統。驅動系統包括：引擎；交流發電機，與引擎耦合，交流發電機配置成給至少一個輔助負荷供電；牽引馬達系統，與車輛的驅動車輪在操作上耦合，牽引馬達系統配置用于從交流發電機接收初級電功率，并且用于響應于初級電功率而推進車輛；以及三相逆變器/整流器，與牽引馬達系統電連接并且與交流發電機電連接。逆變器/整流器配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且，將電功率作為轉矩饋送至交流發電機，以便減少引擎負荷。在實施例中，驅動系統還可以包括電池，該電池與牽引馬達系統電連接并且與交流發電機電連接。電池配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率以便對電池進行再充電，并且，將所存儲的電功率供給至交流發電機來搖動引擎。在實施例中，系統還包括居于電池與交流發電機中間的斬波器，斬波器配置用于在用引擎搖動期間交流發電機的場激勵。在實施例中，系統可以包括：鼓風機馬達，與牽引驅動系統電耦合；和鼓風機，與鼓風機馬達機械地耦合。鼓風機馬達配置成在牽引馬達系統的操作的動態制動模式中，從牽引馬達系統接收電功率，并且，對鼓風機進行驅動來為牽引馬達系統提供冷卻。在實施例中，鼓風機馬達是一對鼓風機馬達，并且，鼓風機是一對鼓風機。在實施例中，鼓風機馬達通過h橋而與牽引馬達系統電耦合。

在又一實施例中，提供方法。方法包括如下的步驟：提供引擎；在與引擎連接的交流發電機處生成初級電功率；操作以驅動的關系與車輛的車輪耦合的牽引馬達以便在操作的推進模式期間，推進車輛，并且，在操作的動態制動模式期間，生成電力，其中，在操作的推進模式下，將初級電功率傳輸至牽引馬達以便給馬達供電；以及利用在操作的動態制動模式期間生成的電力來使輔助引擎負荷偏移，以減少車輛的燃料消耗。在實施例中，方法還可以包括如下的步驟：利用在操作的動態制動模式期間生成的電力來給與引擎機械地耦合的馬達供電，其中，馬達配置成將功率傳遞至引擎。在實施例中，馬達是dc馬達，并且，馬達通過可變轉矩耦合而與引擎機械地耦合。在實施例中，馬達是ac馬達，并且，方法進一步包括如下的步驟：將在操作的動態制動模式期間生成的電力轉換成ac電功率供由ac馬達使用。在實施例中，方法還包括如下的步驟：操作與ac馬達和引擎連接的離合器組合件，以變更提供給引擎的轉矩的幅值。在實施例中，方法還包括利用在操作的動態制動模式期間生成的電力來給與鼓風機連接的鼓風機馬達供電，鼓風機配置成為牽引馬達提供冷卻。在實施例中，方法還包括利用在操作的動態制動模式期間生成的電力來對車輛的電池進行再充電。在實施例中，電池與交流發電機電連接，并且，方法進一步包括如下的步驟：將所存儲的電功率從電池供給至交流發電機以便在起動期間，搖動引擎。在實施例中，方法還可以包括如下的步驟：在逆變器/整流器處接收在操作的動態制動模式期間生成的電力；和將電力供給至交流發電機來在交流發電機處產生轉矩。在實施例中，輔助引擎負荷包括液壓泵和控制以及馬達冷卻風扇中的至少一個。

要理解,上面描述意圖是說明性的而不是限制性的。例如，上述實施例(和/或其方面)可彼此結合使用。另外，可進行多種修改以使具體狀況或材料適合本發明的教導，而沒有背離其范圍。雖然本文所述材料的尺寸和類型意圖定義本發明的參數，但是它們決不是限制性的，而是示范的實施例。在審查上面描述時，許多其他實施例對于本領域的一個技術人員將是顯而易見的。因此，應參考所附權利要求書連同這類權利要求書所被賦予的等同物的全部范圍來確定本發明的范圍。在所附權利要求書中，術語“包括”和“其中”用作相應術語“包含”和“其中”的易懂英語等同物。此外，在下面權利要求書中，諸如“第一”、“第二”、“第三”、“上部”、“下部”、“底部”、“頂部”等的術語只不過用作標記，而不是意圖對其對象強加數字要求。此外，下面的條款的限制沒有以方法加功能形式來書寫并且不意圖基于35u.s.c.§112第六段來解釋，除非并且直到這類條款限制確切地使用后面是缺乏進一步結構的功能陳述的短語“用于…的部件”。

本書面描述使用包括最佳模式的示例來公開本發明的幾個實施例，并且，還使本領域的技術人員能夠實施本發明的實施例，包括制作并使用任何裝置或系統和執行任何合并的方法。本發明的可取得的專利范圍由權利要求書定義，并且，可包括本領域的技術人員想到的其他示例。如果這類其他示例具有沒有不同于權利要求的文字語言的結構元件，或者如果它們包括具有與權利要求的文字語言的無實質差異的等效結構元件，則它們意圖處于條款的范圍之內。

如本文所使用的，以單數敘述并且以單詞"一"或“一個”進行的元素或步驟應理解為不排除多個所述元素或步驟，除非明確規定此種排除。此外，對本發明的“一個實施例”的提及不意圖解釋為排除也合并所述特征的附加實施例的存在。此外，除非有明確相反地規定，否則，“包含”、“包括”、"帶有"或“具有”具有特定屬性的元素或多個元素的實施例可包括不具有那個屬性的附加此類元素。

由于可在上述系統和方法中進行某些變化而不脫離本文中涉及的本發明的精神和范圍，因此，意圖上面描述或附圖中示出的所有主題將只理解為圖示本文中本發明概念的示例，并且將不視為限制本發明。