专利名称：用于消除在电驱动机器的动态制动期间的燃料损耗的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及电驱动机器的操作，并且更具体地，涉及在动态制动期间消除燃料损耗的系统和方法。
背景技术：
用于机器的电驱动系统通常包括在期望的转矩选择性地激活电机的电源电路。电机通常连接至轮或其他操作为推进机器的牵引设备。电驱动系统包括驱动发电机的原动机，例如，内燃机。发电机产生用于驱动电机的电功率。当推进机器时，由引擎产生的机械功率在发电机处被转换为电功率。通常在将该电功率提供给电机之前，处理或调整该电功率。该电机将该电功率传送至机械功率以驱动轮并且推进车辆。在操作者期望使机器降低速度的操作期间，以一种操作模式对机器进行减速。为了以这种模式对机器进行减速，降低来自引擎的功率。通常机器也包括制动和其他用于减速以使机器降低速度或停止的机构。随着机器降低速度，通过轮的转动将机器的动量传送给电机。该电机作用为发电机将机器的运动的能量转换为提供给驱动系统的电能量。驱动系统的效率可能依赖于如何处理该电能量。例如为了提高这种机器的效率，为了随后使用将电能量存储在电池中，该电能量通过减速电路耗散，该电能量部分用于为鼓风机提供能量以冷却减速电路，等等。虽然这种用于吸收机器动力的能量的策略可能证明为有用的，但是仍然具有一些明显的缺点。一些机器，诸如一些混合机器，被配置为在减速模式操作中将由电机提供的电能量存储在能量存储装置或电池中供以后使用。更具体地，在空转或推进操作模式期间，所存储的能量被用于为辅助设备供能和/或驱动电机，以最小化引擎的参与以及降低燃料消耗。虽然这样的存储配置在减速模式期间可能会降低燃料消耗，但在推进模式期间附加在车辆上的额外的重量可能会事实上增加燃料消耗。除其他事项之外，实现存储配置还引入了明显的成本和技术的限制。存储配置有利的替代适用于以热的形式经由电阻和绝缘体的动态制动减速电路(retarding grid)简单地废弃能量。为了将过热减到最小，通常使用具有电气驱动鼓风机的电路冷却系统来帮助消耗来自减速电路的热量。在更有效的配置中，由废弃的能量对鼓风机电机进行供电，从而引擎不需要冷却减速电路。因此，在操作的减速模式中这种配置基本消除了能量消耗并且克服了与能量存储设备相关的缺点。然而，减速电路配置引入若干控制限制。除其他之外，这些配置禁止电路冷却系统在没有提供显著的制动力下操作。更具体地，由于在减速模式期间电路冷却系统仅通过由电机在减速模式期间提供的废弃的能量供电，因此一旦机器退出减速模式而没有吸收来自引擎的过高的大量能量并且没有消耗柴油机燃料，电路冷却系统不能操作。这引入了对减速电路的关注，该减速电路易受以下状态的影响，温度过度状态或在其中一旦鼓风机关闭减速电路的电阻元件和绝缘体的温度急剧增加的状态。此外，在低功率减速模式中，或当减速装置操作在少于额定功率时，驱动系统的共享DC母线可能由于相当大的减速要求而崩溃。将在减速或制动模式操作期间来自电机产生的电能量或再生能量重导向电机的控制系统作用为一种降低燃料消耗和增加效率的装置对于本领域的技术人员是已知的。一些现有的控制系统包括在动态制动期间将由牵引电机生成的功率反馈送至主交流发电机以使引擎转动的驱动系统。然而，这种系统的减速电路和电路冷却机构连接到相同的母线，并且因此不能对母线进行独立控制。此外，在动态制动模式期间所有这些系统明确要求转换开关的切换以便将功率重导向引擎。因此，需要在动态制动模式操作期间消除燃料消耗并且改进电驱动机器的整个效率的驱动系统和方法。具体地，需要在动态制动模式期间自动并且更有效地将在牵引电机产生的功率重导向引擎的电驱动系统和方法。还需要提供对电路冷却系统控制的电驱动系统和方法，该电路驱动系统的控制独立于相关的减速电路的控制。
发明内容
在本公开的一个方面，公开了一种用于一种机器的驱动系统，该机器具有耦合至发电机的引擎，可操作地耦合至驱动轮的电机，以及辅助设备。该驱动系统包括耦合至每个发电机和电机的逆变器电路，以及耦合至每个发电机和辅助设备的辅助驱动器。该逆变器电路和辅助驱动器被配置为自动将来自引擎的功率和任何来自辅助设备的功率传递至在推进模式中的电机，并且自动将来自电机的功率传递至在动态制动模式中的引擎以便使在动态制动模式期间的燃料消耗最小。在本公开的另一个方面，公开了电驱动机器。该电驱动机器包括引擎，可操作地耦合至引擎的发电机，可操作地耦合至一个或多个驱动轮的电机，耦合至每个发电机和电机的双向逆变器电路，以及耦合至每一个发电机和辅助设备的辅助驱动器。该逆变器电路和辅助驱动器被配置为在推进模式中自动地将来自引擎的功率传递给电机，并且在动态制动模式中自动地将来自电机的能量传递给引擎。该辅助驱动器被配置为在动态制动模式期间将功率传输给DC母线。电驱动机器另外包括耦合至逆变器电路的减速电路(retardinggrid)，以及耦合至DC母线并且配置为选择性地冷却该减速电路的电路冷却系统。电路冷却系统的控制独立于减速电路的控制。在本公开的又一个方面，公开了在电驱动机器的动态制动期间用于消除燃料消耗的方法。该机器至少包括耦合至发电机的引擎，可操作地耦合至驱动轮的电机以及辅助设备。该方法提供了在发电机和电机之间的电交流中的逆变器电路，以及在发电机和辅助设备之间的机电交流中的辅助驱动器。该方法还确定电驱动机器操作的当前模式，如果操作的当前模式在推进模式中，通过逆变器电路和辅助驱动器中的至少一个自动将来自发电机的电功率导向在推进模式中电机，并且如果操作的当前模式在动态制动模式中，通过逆变器电路和辅助驱动器中的至少一个自动将来自电机的机电功率导向在动态制动模式中的引擎。
图1是应用至电驱动机器的驱动系统的示例性实施例的总体示意图；图2是另外一个示例性驱动系统的详细示意图3是另外一个示例性驱动系统的详细示意图；图4是另外一个示例性驱动系统的详细示意图；图5是用于电驱动系统的示例性控制器的示意图；图6是在电驱动机器中用于消除燃料消耗的示意性方法的流程图；图7是在操作的推进模式中电驱动机器的图解性视图；图8是在操作的动态制动模式中电驱动机器的图解性视图；以及图9是在操作的空转模式中的电驱动机器的图解性视图。
具体实施例方式现将详细参考在附图中图示其示例的具体的实施例或特征。通常，将贯穿附图使用相应的参考数字指示相同或相对应的部分。图1示意性地图示了应用至诸如越野车等的电驱动机器102的示例性驱动系统100。电驱动机器102可以包括引擎104，发电机106，一个或多个牵引电机108，一个或多个最终驱动轮110，减速电路112，电路冷却系统114以及一个或多个辅助设备116。如所示的，驱动系统100可以给机器102提供至少逆变器电路118和辅助驱动器120。逆变器电路118可以包括一个或多个整流器122，逆变器124，或任意它们的组合，并且将放置在发电机106和电机108之间。辅助驱动器120可以放置在发电机106和辅助设备116之间并且包括辅助发电机，绕组组件，或用于允许在其间进行双向电力传递的任意其他装置。在操作的推进模式期间，或当机器102被加速时，如实线箭头所指示的，可以将功率从引擎104朝向驱动轮110的方向传送用以引起移动。具体地，引擎104可以产生输出转矩至发电机106，发电机106可以随后将机械转矩转换至电功率。该电功率可以以交流(AC)功率的形式生成。该AC功率然后被转换至直流(DC)并且由逆变器电路118再次被转换至适当量的AC功率。如本领域已知的，结果的AC功率然后可以用于驱动一个或多个电机108和驱动轮110。同样，在推进模式期间，辅助驱动器120可以将由发电机106供应的任何功率传送至一个或多个辅助设备116，和/或将由一个或多个辅助设备116提供的任意功率传送至发电机106，从而如以上所描述地至少部分驱动引擎104和电机108。在操作的动态制动模式期间，或当机器102的运动将被减速时，在驱动轮110处可以通过机械转动生成功率并且将功率导向朝向减速组件112，如虚线箭头所指示的。特别是，移动机器102的运动能量可以在驱动轮110处转换至旋转能量。驱动轮110的旋转还可以使电机108旋转从而生成电功率，例如为AC功率形式的电功率。逆变器电路118可以用作将由电机108提供的功率转换至DC功率的桥梁。由电机108生成的DC功率的损耗可以在驱动轮110处产生反旋转转矩以使机器102降低速度。这种损耗可以通过使由逆变器电路118提供的产生电流经过电阻诸如所示的减速电路112完成。在减速电路112处生成的过剩的热可以使用电路冷却系统114消除。提供给电路冷却系统114的功率可以由发电机106经由通过辅助驱动器120的传送通道提供。类似地，辅助驱动器120可以将由牵引发电机106提供的功率供应给在机器102上可用的其他辅助设备116中的任意一个或多个。现参考图2，提供了应用至电驱动机器102a的一个电驱动系统IOOa的更详细的示意图。如在图1的实施例中，图2的机器102a也可以包括引擎104a，诸如内燃机等等，其将作用为机器的主要功率来源。引擎104a可以被配置为经过带，液压系统等对寄生负载126提供直接或间接的功率。引擎104a可以通过联轴器128等被机械耦合至主要或牵引发电机106a。机器102a还可以包括一个或多个经由另一个联轴器128机械耦合至一个或多个末级驱动轮IlOa的牵引电机108a。如在典型的电驱动机器102a中，还可以提供减速电路112a,电路冷却系统114a和一个或多个附加辅助设备116a。辅助设备116a可以包括,例如，加热，通风和空调(HVAC)系统130，具有能量存储设备134和调节电路136，电池充电设备138，或任何电气驱动泵或附加物140的混合系统132。如在图2中所示的，电驱动系统IOOa可以给机器102a提供至少逆变器电路118a以提供在发电机106a和电机108a之间的电气传送。逆变器118a可以包括如图1中所示的具有一个或多个整流器122和逆变器124的配置。在可替代的实施例中，逆变器电路118a可以提供逆变器124的并联配置和/或双向逆变器142代替如图1中的整流器122，因此使在发电机106a和电机108a之间的电功率的双向传送成为可能。逆变器电路118a可以另外被电气耦合至减速电路112a以便通过其消耗任意过剩的能量。可替代地，辅助设备116a中的任何一个或多个，诸如混合系统132也可以将从其生成的任意能量导向朝向辅助驱动器120a和/或发电机106a。仍然参考图2，电驱动系统IOOa还可以对机器102a提供辅助驱动器120a以在发电机106a和辅助设备116a之间提供电传递。更具体地，辅助驱动器120a可以包括绕组组件144或一系列耦合至发电机106a的带抽头的绕组以便将由发电机106a供应的任意AC功率变换至例如由单独的辅助设备116a需要的适当量的AC功率。辅助驱动器120a也可以提供逆变器124的并联配置或双向逆变器142以将来自发电机106a的任意AC功率转换至用于驱动辅助设备116a必须的适当DC功率。可以经由DC母线146、链接等将由双向逆变器142提供的DC功率并联供应给每个单独的辅助设备116a。类似地，任意由辅助设备116a提供的DC功率可以经由DC母线146传输至辅助驱动器120a，经由双向逆变器142将该DC功率转换至AC功率，并且经由绕组组件144将该DC功率供应给发电机106a。辅助驱动器102a也可以被配置为选择性地以独立于减速电路112a的控制的方式控制功率经由DC母线146流向逆变器124和/或电路冷却系统114a的鼓风机电机148。由于独立于到减速电路112a的功率，供应经由DC母线146到电路冷却系统114a的功率，因此不考虑机器102a的操作模式，当超出减速电路112a的预定温度阈值时电路冷却系统114a可以启用。转到图3，提供了应用于电驱动机器102b的另一种电驱动系统IOOb的示例性示意图。如之前的实施例，图3的机器102b可以包括被配置为经由带、液压系统等等提供功率至寄生负载126的引擎104b。该引擎104b还可以通过联轴器128等机械耦合至牵引发电机106b。可以通过经由联轴器128机械耦合至一个或多个最终驱动轮的一个或多个牵引电机108b提供机器102b的移动。机器102b可以附加地提供减速电路112b以及用于主动冷却减速电路112b的具有鼓风机逆变器124和鼓风机电机148的电路冷却系统114b。除了电路冷却系统114b，其他辅助设备116b可以包括加热、通风和空调(HVAC)系统130、具有能量存储装置134和调节电路136的混合系统132、电池充电装置138或任何其他的电驱动的泵或配件140。如在图2的实施例中，图3的电动驱动系统IOOb可能提供机器102b，其至少具有逆变器118b用以在发电机106b和电机108b之间提供电传递。该逆变器电路118b可以提供逆变器124的并联配置和/或双向逆变器142来代替例如图1中的整流器122，以便使发电机106b和电机108b之间的电功率的双向传递成为可能。逆变器电路118b可以另外被电耦合至减速电路112b并且逆变器电路118b可以被配置为经过其消耗任意多余的能量。可替代地，一个或多个辅助设备116b，诸如混合系统132也可以将从其中产生的任意能量导向朝向辅助发电机150。驱动系统IOOb还可以提供辅助驱动器120b以提供在发电机106b和辅助设备116b之间的电传递。与图2中的绕组组件144相反，辅助驱动器120b可以包括如所示的机械耦合至主要的或牵引发电机106b的辅助发电机150。与绕组组件144类似，辅助发电机106b可以作用为将发电机106a供应的任意AC功率转换至例如单独辅助设备116b需要的适当量的AC功率。也可以提供逆变器124的并联配置或双向逆变器142以转换任意来自辅助发电机150的AC功率至用于驱动辅助设备116b必须的适当的DC功率。由双向逆变器提供的DC功率可以经由DC母线146、链接等等被并联供应至每个单独辅助设备116b。类似地，任意由辅助设备116b提供的DC功率可以经由DC母线146被传输至辅助驱动器120b，该DC功率可以经由双向逆变器142被转换至AC功率并且经由辅助发电机150供应给发电机106a。辅助驱动器120b也可以被配置为以独立于减速电路112b的控制的方式选择性地控制功率经由DC母线146至电路冷却系统114b。在可替代的实施例中，电驱动系统IOOc可以被修改并且装配至具有预先存在的电驱动配置的机器102c上，例如如在图4中所示。如在之前的实施例中，图4的机器102c可以包括被配置为经由带、液压系统等等供应功率至寄生负载126，同样经由机械联轴器128等供应功率至牵引发电机106c的引擎104c。机器102c还可以包括用于经由机械联轴器128驱动一个或多个最终驱动轮IlOc的一个或多个牵引电机108c。此外，机器102c可以支持减速电路112c以及用于主动冷却减速电路112c的具有鼓风机逆变器124和鼓风机电机148的电路冷却系统114c。除了电路冷却系统114c，辅助设备116c可以包括加热、通风和空调(HVAC)系统130、具有能量存储设备134和调节电路136的混合系统132、电池充电设备138、或任何其他的电驱动的泵或配件140。与图2和图3的实施例相反，图4的电驱动系统IOOc可以对应于预先存在的逆变器配置，或所示的逆变器电路118c。此外，逆变器电路118c可以包括至少一个整流器122和逆变器124，这两者都被配置为从引擎104c单向传输功率并且朝着牵引电机108c的方向。逆变器电路118c可以另外被电耦合至减速电路112c并且被配置为消耗任意经过其的多余的能量。由于在动态制动或减速模式期间，图4中的逆变器电路118c阻止由牵引电机108c生成的任意电能量的返回，因此如所示，辅助驱动器120c可以被配置为将任意这种能量重导向引擎104c。具体而言，除了机械耦合至引擎104c和/或牵引发电机106c的辅助发电机150，辅助驱动器120c还可以包括机械耦合至牵引电机108c、最终驱动轮IlOc和/或任意其他用于引起运动的装置的电机发电机152。电机发电机152可以被配置传输任意机械能量，该机械能量由电机108c和/或最终驱动轮IlOc在动态制动期间通过逆变器124供应以被转换至DC功率。所转换的电能量可以通过共享DC母线146传送并且然后被传输至耦合至辅助发电机150的第二逆变器124。在动态制动模式期间该辅助发电机150可以将所接收的电能量转换至用于驱动引擎104c的机械能量。DC母线146还可以被配置为将所转换的DC功率供应至任意一个或多个包括电路冷却系统114c的辅助设备116c。如在之前的实施例中，电驱动系统IOOc可以使得独立于减速电路112c的控制的电路冷却系统114c的选择性控制成为可能。可替代地，诸如混合系统132的辅助设备116c中的任意一个或多个也可以将从其生成的任意能量朝向辅助发电机150传递。
电驱动系统100以及机器102的整个控制可以通过机器102的嵌入的或集成的中央控制器200管理，如图5中所示。控制器200可以采取一个或多个处理器、微处理器、微控制器、电子控制模块(ECM)、电子控制单元(ECU)、或任何其它用于驱动系统100和/或机器102的电子控制功能的合适的装置的形式。该控制器200可以被配置为基于机器102的各种操作状态，根据预定算法或一组用于控制驱动系统100的指令进行操作。这样的算法或指令集可以被读入控制器200的板载存储器中，或被预编程到控制器200可访问的存储介质或存储器中，例如，以软盘、硬盘、光学介质、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(R0M)，或在本领域中常用的任何其他合适的计算机可读存储介质的形式。
如在图5中所示，控制器200可以与引擎104、发电机106、逆变器电路118、辅助驱动器120、减速电路112、电路冷却系统114等等进行电气交流。控制器200也可以被耦合至机器102的各种其他组件、系统或子系统。利用这种连接，控制器200可以接收关于驱动系统100和机器102的当前操作参数的数据作为输入信号。该输入信号可以由例如与每个组件相关的多个传感器提供。响应于这种输入，控制器200可以执行必要的确定并且传输对应于需要被执行的动作的任意输出信号。该输出信号可以是被传输至与有关组件相关的各种致动器或电子设备诸如晶体管或致动器的集成指令。控制器200还可以被电气耦合至可以与逆变器电路118、辅助驱动器120、减速电路112、电路冷却系统114等相关的机器102的任何其他组件或设备。
在机器102的操作期间，控制器200可以接收来至输入节点202的减速命令。可以响应于取代机器102的操作者的手工控制生成在输入节点202提供的减速命令。减速命令可以可替代地为由控制器200、或监视或掌控机器102的速度的机器的另一个控制器，例如速度调节器或速度限制器生成的命令信号。控制器200可以根据控制系统或其中的操作算法接收并且中断减速命令。控制系统可以确定被命令的减速的幅度，例如，以能量或功率为单位。基于该数据，控制器200可以确定将消耗的能量以及相应的响应的程度。在具有两个减速电路112的实施例中，例如，控制器200可以确定是否第一、第二、或两个减速电路112将对减速能量消耗提供贡献。该确定或计算可以基于各种机器操作参数。该参数可以包括当前速度、有效负载、加速度率、期望的速度、用以减速机器102的命令变化的速率等等，这些可以经由一个或多个附加输入节点204输入至控制器200。
图6示意性地图示了一种示例性方法，通过该方法控制器200可以操作电驱动系统100。在初始步骤中，控制器200可以确定机器102操作的当前模式。例如，基于在节点202,204处的输入信号，控制器200可以确定是否机器102在推进模式、动态制动或减速模式、空转模式、或任何其他在机器102上可用的操作模式。基于在节点202、204处的输入信号，控制器200还可以确定是否在操作模式中将有变化。具体地，控制器200可以基于例如，当前的速度、有效负载、加速度率、期望的速度、用以减速机器102的命令变化的速率等等确定当前和/或下一个操作模式。在推进模式中，驱动系统100可以被配置为至少对来自发电机106的功率以及由辅助设备116供应的任意功率自动导向牵引电机108用以驱动最终驱动轮110。此外，驱动系统100可以允许来自发电机106的功率到辅助设备116的任意传递，并且，如果可应用，允许从辅助设备116到发电机106的传递。在动态制动或减速模式中，驱动系统100可以被配置为至少自动将由牵引电机108生成的功率导向发电机106用以至少部分驱动引擎104。驱动系统100还可以将来自发电机106的功率导向辅助设备116。在可选的空转模式中，驱动系统100可以自动允许在发电机106和辅助设备116之间功率的任意双向传递。在这种空转模式期间，混合系统132可以存储足够的电荷以允许引擎104被关闭，或停止燃料注入，并且进一步允许辅助设备116操作而不用来自发电机106的任意功率。在这种方式中，辅助设备116可以提供足够的功率以使引擎104旋转并且驱动引擎104的寄生负载126，当转向推进模式时快速加快引擎的旋转，或甚至启动完全停止的引擎104，全部不用任何燃料的消耗。
图7示意性地图示了在操作在推进模式中示例行机器102。如果被提供至控制器200的参数的组合指示，例如，期望的速度比现有所检测的速度快和/或机器102将被加速，则可以期望推进模式。在推进模式期间，引擎104可以作用为功率的主要来源并且继续消耗燃料以驱动牵引发电机106。然后由发电机106生成的电能量可以被自动通过逆变器电路118以驱动一个或多个牵引电机108以及相应的最终驱动轮110。在推进模式期间，辅助驱动器120可以允许在牵引发电机106和辅助设备116之间的双向传递。例如，由发电机106生成的电能量可以穿过辅助驱动器120用以被转换至DC功率并被传输至由辅助设备116共享的DC母线。可替代地，由任意代替能量源生成的能量，诸如混合系统132，可以通过DC母线146和发电机106供应功率以协助引擎104。因此，经过辅助驱动器120流动的功率的方向可以取决于瞬时需要和/或驱动系统100的容量。在推进模式期间减速电路112和电路冷却系统114可能是无效的。
图8图示了操作在动态制动或减速模式中的示例性机器102。如果提供给控制器200的参数的组合指示了，例如，期望的速度低于目前所检测到的速度和/或机器102将要被降低速度，动态制动模式可能是期望的。在动态制动模式期间，一个或多个最终驱动轮110以及牵引电机108可以作用为主要功率源。此外，最终驱动轮110的转动可以转动一个或多个牵引电机108并且导致电机108以例如AC功率的形式供应电能量。由于逆变器电路118是双向的，逆变器电路118可以接收由电机108提供的电能量并且转换该AC功率至DC。然后该DC功率可以被调整，被转换回AC功率，并且被供应至牵引发电机106。逆变器电路118还可以将DC功率应用至减速电路112、或减速电路112的斩波器和/或接触器电路154，使该DC功率以热的形式消耗。供应至牵引发电机106的功率可以用于机械驱动引擎104。因此，在操作的动态制动模式期间燃料消耗可以被暂时消除。供应至牵引发电机106的功率还可以用于通过辅助驱动器120供应能量至辅助设备116。特别地，辅助驱动器120可以转换由发电机106提供的AC功率至DC功率使其沿着DC母线146传送。该DC功率可以用于对依附于DC母线146的各种辅助设备116进行供电。除了其他之外，该DC功率可以用于供应能量至电路冷却系统114、或鼓风机逆变器和电机148，从而冷却减速电路112。在这种方式下，至电路冷却系统114的功率可以被独立于减速电路112而控制。这允许在作为需要的任何其他操作模式期间电路冷却特性经由辅助驱动器120是可利用的。由于电路冷却系统114的控制不限制于减速模式，减速电路112甚至在退出减速模式之后可以被冷却以便最小化例如，一般与减速电路112的电阻性元件和/或绝缘体相关的温度过度条件。
在进一步的修改中，电驱动机器102可以操作在如图9中图示出的可选的空转模式中。如果提供给控制器200的参数的组合指示，例如，期望和当前速度是空和/或不需要加速或降低速度，空转模式可以是被期望的。在空转模式期间，可以用足够的燃料供应给引擎104以维持空转。可选地，当混合能量存储设备134完全被充电，控制器200可以自动使引擎关闭以保存燃料，而由引擎存储设备134供应的能量可以用于维持空转。由于在空转模式期间在最终驱动轮110中没有运动，因此逆变器电路118和减速电路112可以暂时失效。在具有安装在其上的混合系统132的机器102中，可以由混合能量存储设备134初始供应功率用以操作，例如，电池充电设备138以及电泵和配件140。如果能量存储设备134的电荷达到预设的最小阈值，控制器200可以使辅助驱动器120的逆变器124能够供应功率至牵引发电机106并且引起引擎104启动。而引擎104空转时，辅助驱动器120的逆变器124可以开始从牵引发电机106提取功率以操作电泵和配件140，并且也可以对混合能量存储设备134再充电。
工业实用件
通常，上述公开在各种工业应用中得到利用，诸如建筑和采矿工业在工作车辆和/或机器，诸如挖掘装载机、压实机、伐木归堆机、林业机械、工业装载机、滑移装载机、轮式装载机等提供改善的燃料效率。适合于公开的系统和方法的使用的一个示例性机器是大型越野卡车，诸如自动倾卸卡车。示例性的越野卡车通常用在采矿、建筑工地和采石场中。越野卡车可以具有100吨或以上的有效负载能力并且当满负载时在每小时40英里或更快的速度下行驶。
这样的工作卡车或者机器必须能够越过陡峭的斜坡并且操作在各种不同的环境中。在这样的条件下，这些机器必须在时间的延持期频繁地进入操作的动态制动或减速模式。在这种减速模式期间最小化或消除消耗的燃料以及有效利用由牵引电机生成的功率而不会不利地影响整个机器的性能是共享的益处。此处公开的系统和方法允许电驱动机器的驱动系统在减速模式期间完全消除燃料消耗同时供应再生成的功率至机器子系统和配件。所公开的系统和方法还允许至少电路冷却系统的独立控制以不考虑操作模式而最小化减速电路的过热。
从前述，将理解为虽然为了图示的目的仅阐明某些实施例，但替代方法和修改从以上描述中对于本领域的技术人员将是显而易见的。这些和其他可替代方案可以在本公开以及附加权利要求的精神和范围中考虑为等效的。
权利要求
1.一种用于机器的驱动系统(100)，所述机器具有耦合至发电机(106)的引擎(104)，可操作地耦合至驱动轮(110)的电机(108)，以及辅助设备(116)，所述驱动系统(100)包括: 逆变器电路(118)，耦合至所述发电机(106)和所述电机(108)中的每一个；以及 辅助驱动器(120)，耦合至所述发电机(106)和所述辅助设备(116)所述逆变器电路(118)中的每一个，并且所述辅助驱动器(120)被配置为在推进模式中将来自所述引擎(104)的功率和来自所述辅助设备(116)的任意功率自动传递至所述电机(108)，并且在动态制动模式中将来自所述电机(108)的功率自动传递至所述引擎(104)从而最小化在所述动态制动模式期间的燃料消耗。
2.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中所述辅助驱动器(120)包括辅助发电机(150)以及机械耦合至所述发电机(106)并且电气耦合至所述辅助设备(116)的绕组组件(144)中的至少一个。
3.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中所述逆变器电路(118)包括逆变器(124)和整流器(122)中的一个或多个，所述逆变器(124)和整 流器(122)被配置为在所述推进模式期间将来自所述发电机(106)的电功率自动传递至所述电机(108)从而至少部分地驱动所述驱动轮(110)，以及自动配置为在所述动态制动模式期间将来自所述电机(108)的电功率传递至所述发电机(106)从而传输功率至所述引擎(104)。
4.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中所述逆变器电路(118)包括双向逆变器(142)，所述双向逆变器被配置为在所述推进模式期间将来自所述发电机(106)的电功率自动传递至所述电机(108)以便至少部分地驱动所述驱动轮(110)，并且在所述动态制动模式期间自动将来自所述电机(108)的电功率自动传递至所述发电机(106)以便传输功率至所述引擎(104)。
5.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中所述逆变器电路(118)电气耦合至减速电路(112)并且所述辅助驱动器(120)与电路冷却系统(114)电传递，所述电路冷却系统(114)的控制独立所述减速电路(112)的控制。
6.一种在电驱动机器(102)的动态制动期间用于消除燃料消耗的方法，所述电驱动机器(102)具有耦合至发电机(106)的引擎(104)，可操作地耦合至驱动轮(110)的电机(108)，以及辅助设备(116)，所述方法包括以下步骤: 在所述发电机(106)和所述电机(108)之间的电传递中提供逆变器电路(118)； 在所述发电机(106)和所述辅助设备(116)之间的机电传递中提供辅助驱动器(120)； 确定所述电驱动机器(102)的操作的当前模式； 如果操作的所述当前模式是在推进模式中，通过所述逆变器电路(118)和所述辅助驱动器(120)中的至少一个在推进模式中自动将来自所述发电机(106)的电功率导向所述电机(108);以及 如果操作的所述当前模式是在动态制动模式中，通过所述逆变器电路(118)和所述辅助驱动器(120)中的至少一个在动态制动模式中自动将来自所述电机(108)的机电功率导向所述引擎(104)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述辅助驱动器(120)包括耦合至所述发电机(106)和辅助设备(116)中的每一个的辅助发电机(150)和绕组组件(144)中的至少一个。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述逆变器电路(118)包括双向逆变器(142)，所述双向逆变器被配置为在所述推进模式期间将来自所述发电机(106)的电功率自动传递至所述电机(108)以便至少部分地驱动所述驱动轮(110)，并且在所述动态制动模式期间将来自所述电机(108)的电功率自动传递至所述发电机(106)以便传输功率至所述引擎(104)。
9.根据权利要求6所述的方法，其中所述逆变器电路(118)被电气耦合至减速电路(112)并且所述辅助驱动器(120)与电路冷却系统(114)电传递，所述电路冷却系统(114)的控制独立于所述减速电路(112)的控制。
10.根据权利要求6所述的方法，还包括步骤:如果操作的所述当前模式在空转模式中，仅在所述辅助设备(116)和所述引擎(104)之间经由所述发电机(106)自动传递功率。
全文摘要
提供了一种用于电驱动机器(102，102a-c)的驱动系统(100，100a-c)，该电驱动机器具有引擎(104，104a-c)、发电机(106，106a-c)、电机(108，108a-c)、最终驱动轮(110，110a-c)以及辅助设备(116，116a-c)。驱动系统(100，100a-c)可以包括逆变器电路(118，118a-c)和辅助驱动器(120，120a-c)。逆变器电路(118，118a-c)可以被耦合至每个发电机(106，106a-c)以及电机(108，108a-c)。辅助驱动器(120，120a-c)可以被耦合至每个发电机(106，106a-c)和辅助设备(116，116a-c)。逆变器电路(118，118a-c)和辅助驱动器(120，120a-c)可以被配置为在推进模式中将来自引擎(104，104a-c)的功率和来自辅助设备(116，116a-c)的任意功率自动传递至电机(108，108a-c)，并且在动态制动模式期间将来自电机(108，108a-c)的功率自动传递至引擎(104，104a-c)，并且如果可应用可选地传递至混合系统(132)从而最小化燃料消耗。
文档编号B60L1/00GK103153681SQ201180046714
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月16日 优先权日2010年8月20日
发明者D·G·玛钱德, D·C·塞尔维 申请人:卡特彼勒公司