消除滑触操作过程中电驱动机器的燃料使用的方法和设备的制作方法
【专利摘要】提供一种用于具有发动机、发电机、滑触驱动布置、马达、轮和辅助装置的机器的驱动系统。驱动系统包括都可操作地连接到滑触驱动布置的逆变器回路和辅助驱动器。逆变器回路可联接到发电机和马达中的每个。辅助驱动器可联接到发电机和辅助装置中的每个。逆变器回路和辅助驱动器可被构造成在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置的功率和来自辅助装置的任何功率自动连通到马达，并且在动态制动模式中在附接到滑触线的同时将来自马达的功率自动连通到发动机、滑触驱动布置以及任选的混合系统(如果采用的话)，以便在附接到滑触线的同时消除燃料消耗。
【专利说明】消除滑触操作过程中电驱动机器的燃料使用的方法和设备
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及电驱动机器的操作，更具体地涉及消除滑触操作和动态制动过程中燃料消耗的系统和方法。
【背景技术】
[0002]用于机器的电驱动系统通常包括以希望转矩选择性地致动至少一个马达的功率回路。马达通常连接到轮或操作以推进机器的其他牵引装置。电驱动系统包括原动机，例如驱动发电机的内燃发动机。发电机产生用来驱动马达的电功率。在机器被推进时，通过发动机产生的机械功率在发电机处被转换成电功率。此电功率通常在供应到马达之前被处理和/或调节。马达将电功率转换回机械功率以驱动轮并推进车辆。具有电驱动系统的一些机器在一些操作模式过程中采用外部功率源。这种机器例如可以是电驱动矿用卡车。在这种机器在满载推进并连接到滑触系统时，功率馈送到推进马达并转换成机械功率以驱动机器。
[0003]机器在一种操作模式中减缓，在此模式过程中，操作者希望使得机器减速。为了在此模式中使机器减缓，来自发动机的功率被减小。典型机器还可包括维护制动器和用于使得机器减速和/或停止的其他减缓机构。随着机器减速，机器的动能经由轮的转动被传输到马达。马达用作发电机以便将机器的动能转换成供应到驱动系统的电能。此电能通常在电网上消散(浪费)、存储在例如电池或电容器的可充电电池内以随后使用或者部分用来为例如冷却减缓栅极的吹风机的辅助部件供能。
[0004]一些机器(例如一些混合机器)被构造成在操作的减缓模式过程中将马达提供的电能存储在能量存储装置或电池中以随后使用。存储的能量用来在操作的空闲模式或推进模式过程中为辅助装置和/或驱动马达供能，以使发动机涉及最小化并减小燃料消耗。虽然这种存储构型可在减缓模式过程中减小燃料消耗，添加到车辆的额外重量实际上会在推进模式过程中增加燃料消耗。应用存储构型还尤其引入了显著成本和技术局限性。
[0005]存储构型的有利替代用来简单地经由电阻和绝缘体的动态制动减缓栅极以热量形式浪费掉能量。为了使过热最小化，具有电驱动吹风机的栅极冷却系统通常用来帮助消散来自减缓栅极的热量。吹风机马达通过废弃能量供能，使得发动机不需要冷却减缓栅极。但是，减缓栅极构型引入多种控制局限。尤其是，这些构型在不提供显著制动力的情况下妨碍栅极冷却系统操作。更具体地，由于栅极冷却系统在减缓模式过程中只通过由马达供应的废弃能量供能，在不从发动机吸收大量功率并消耗柴油燃料的情况下，一旦机器离开减缓模式，栅极冷却系统不能操作。这些系统容易受到温度过量条件或一旦吹风机关闭则减缓栅极的电阻元件和绝缘体温度急剧增加的条件的影响。另外，在低功率减缓模式中，或在减缓布置以小于标称功率操作时，驱动系统的公用DC总线会由于相对大的减缓需求而崩溃。另外，这些系统也需要发动机以较低RPM操作，并可以减小燃料消耗，但是发动机还需要操作其他辅助装置(即寄生负载)。
[0006]将在操作的减缓模式或制动模式过程中从马达产生的电能或再生能量重新引导返回发动机的控制系统对于本领域普通技术人员已知为减少燃料消耗和改进效率的措施。一些现有的控制系统包括在动态制动过程中将牵引马达产生的功率馈送返回到主要交流发电机以转动发动机的驱动系统。但是，这种系统的减缓栅极和栅极冷却机构链接到相同总线，并且因此不能独立控制。另外，所有这些系统特别需要转换开关的转换以便在动态制动模式过程中重新引导功率到发动机。
[0007]因此，需要一种消除操作的某些推进模式过程中和动态制动模式过程中燃料消耗的驱动系统和方法。具体地，需要一种在动态制动模式过程中自动和更有效地将牵引马达产生的功率重新引导到发动机的电驱动系统和方法。还需要一种提供独立于相关减缓栅极的控制的栅极冷却系统的控制的电驱动系统和方法。
【发明内容】
[0008]在本发明的一个方面，公开一种用于机器的驱动系统，机器具有联接到发电机的发动机、操作地联接到驱动轮的马达和辅助装置。驱动系统包括联接到发电机和马达中的每个的逆变器回路和联接到发电机和辅助装置中的每个的辅助驱动器。滑触驱动布置联接到逆变器回路并被构造成在滑触推进模式中将外部功率自动连通到马达和发动机，并且在动态制动模式中将来自马达的功率自动连通到发动机和滑触驱动布置，以便消除滑触推进和动态制动模式过程中的燃料消耗。
[0009]在本发明的另一方面，公开一种电驱动机器。电驱动机器包括发动机、操作地联接到发动机的发电机、操作地联接到一个或多个驱动轮的马达、联接到发电机和马达中的每个的逆变器回路、滑触驱动布置和联接到发电机和辅助装置中的每个的辅助驱动器。滑触驱动布置联接到逆变器回路。逆变器回路和辅助驱动器被构造成在推进模式中将来自滑触驱动布置的功率自动连通到马达，并且在动态制动模式中将来自马达的功率自动连通到发电机。辅助驱动器被构造成在滑触推进模式和动态制动模式过程中将功率传输到DC总线。电驱动机器另外包括联接到逆变器回路的减缓栅极和联接到DC总线并被构造成选择性地冷却减缓栅极的栅极冷却系统。栅极冷却系统的控制独立于减缓栅极的控制。
[0010]在本发明的又一方面，公开一种用于消除电驱动机器的滑触推进和动态制动过程中燃料消耗的方法。机器至少包括联接到发电机的发动机、操作地联接到驱动轮的马达和辅助装置。该方法提供在发电机和马达之间的电连通的逆变器回路以及发电机和辅助装置之间机电连通的辅助驱动器。该方法还确定电驱动机器的当前操作模式，如果当前操作模式是滑触推进模式，经过逆变器回路和辅助驱动器中的至少一种，在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置的电功率自动引导到马达，并且如果当前操作模式是动态制动模式，经过逆变器回路和辅助驱动器中的至少一种，在动态制动模式中将来自马达的机电功率自动引导到发动机和滑触驱动布置之一。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是应用于电驱动机器的示例性驱动系统的总体示意图；
[0012]图2是另一示例性驱动系统的详细示意图；
[0013]图3是另一示例性驱动系统的详细示意图；
[0014]图4是另一示例性驱动系统的详细示意图；[0015]图5是另一示例性驱动系统的详细示意图；
[0016]图6是用于电驱动系统的示例性控制器的示意图；
[0017]图7是用于消除滑触应用过程中电驱动机器中的燃料消耗的示例性方法的流程图；
[0018]图8是在滑触操作过程中处于推进模式的电驱动机器的简图；
[0019]图9是在滑触操作过程中处于动态制动模式的电驱动机器的简图；以及
[0020]图10是在操作的空闲模式的电驱动机器的简图。
【具体实施方式】
[0021]参考图1，示意表示应用于例如电驱动越野卡车的机器102的示例性驱动系统100。机器102通常包括例如内燃发动机104的原动机103、发电机106、功率电子器件107、一个或多个马达108、一个或多个轮110、减缓栅极112、栅极冷却系统114和一个或多个辅助装置116。在此例子中，驱动系统100还涉及例如滑触线111的滑触驱动布置109，滑触线111包括本产业已知的两个架空线，但未示出。这里应该理解到滑触线111可设置成根据负载和倾卸位置所定位的地点在上山方向或下山方向上推进机器。滑触驱动布置109还包括定位在机器上的受电弓113以便连接到滑触线111，并且滑触仓115通过功率电子器件107与受电弓113交接。如所示，功率电子器件107至少设置逆变器回路118和辅助驱动器120。逆变器回路118可包括一个或多个整流器122、逆变器124或其任何组合，并可布置在发电机106和马达108之间。辅助驱动器120可布置在发电机106和辅助装置116之间，并包括辅助发电机、绕组组件、DC马达或用于允许其之间双向电连通的任何其他装置。
[0022]在操作的标准推进模式过程中，或者在机器102被加速时，功率可从发动机104朝着轮110传输，如实箭头所示，以造成运动。具体地，发动机104可产生到发电机106的输出转矩，发电机继而将机械转矩转换成电功率。电功率可以交流(AC)功率形式产生。AC功率可接着转换成直流(DC)并且通过逆变器回路118再次转换成适当量的AC功率。得到的AC功率可接着用来驱动一个或多个马达108和轮110，如本领域已知。同样，在推进模式过程中，辅助驱动器120可将发电机106供应的任何功率连通到一个或多个辅助装置116，和/或将一个或多个辅助装置116供应的任何功率连通到发电机106，以便如上所述至少部分驱动发动机104和马达108。
[0023]替代地，在机器102被加速时的操作的滑触推进模式过程中，功率可从滑触线111朝着轮110传输到功率电子器件107，如黑实箭头所示，以造成运动。具体地，来自滑触线111的直流(DC)形式的电功率通过逆变器124被转换成适当量的AC功率。得到的AC功率接着用来如上所述驱动一个或多个马达108和轮110。同样，在推进模式过程中，从滑触线111供应的功率反过来驱动发电机106，因此供应功率到辅助驱动器120、一个或多个辅助装置116和/或将一个或多个辅助装置116供应的任何功率连通到发电机106，以便如上所述至少部分驱动发动机104和马达108。来自一个或多个辅助装置116的功率也可提供回到滑触线111。
[0024]在操作的动态制动模式过程中，或者在机器102的运动被减缓时，功率可通过轮110处的机械转动产生并朝着减缓栅极112引导，如虚箭头所示，和/或返回到滑触线111。特别是，机器102的动能可转换成轮110处的转动功率。轮110的转动可进一步转动马达108，以便产生电功率，例如AC功率形式。逆变器回路118可用作桥，以便将马达108供应的功率转换成DC功率。通过马达108产生的DC功率的消散可产生轮110处的反向转动转矩，以减速机器102。这些消散可通过使逆变器回路118提供的产生电流经过例如所示的减缓栅极112的电阻来实现，并也可将功率供应回到滑触线111。过多的电力可通过滑触线111连通回到分电站(未示出)处的中央充电单元，或转换成减缓栅极112处产生的热量，并使用栅极冷却系统114排出。到栅极冷却系统114的功率可以经过辅助驱动器120经由连通路径通过发电机106或滑触线111供应。类似地，辅助驱动器120可将发电机106或滑触线111提供的功率提供给机器102上可用的辅助装置116的任何一个或多个。
[0025]现在参考图2，提供应用于机器102的驱动系统100的例子的更详细的示意图。如图1的例子中，图2的机器102也包括例如发动机104的原动机103，其用作机器的主要功率源。发动机104可以被构造成经由带、液压系统等提供直接或间接功率到寄生负载126。发动机104可以经过联接器128机械地联接到发电机106。机器102具有经由另一联接器128机械联接到一个或多个轮110的一个或多个马达108。机器102也可包括减缓栅极112，也可提供栅极冷却系统114和辅助装置116。辅助装置116可包括例如加热、通风和空气调节(HVAC)系统130、具有能量存储装置134和调节回路136的混合系统132、电池充电装置138或任何电驱动泵或附件140。
[0026]如图2所示，驱动系统100可为机器102提供至少逆变器回路118，以便在发电机106和/或滑触线111与马达108之间提供电连通。逆变器回路118可包括图1所示的一个或多个整流器122和逆变器124的构型。在替代例子中，逆变器回路118提供平行构型的逆变器124和/或双向逆变器142来代替例如图1的逆变器122，以使发电机106和/或滑触线111与马达108之间的电功率双向连通。逆变器回路118可另外电联接到减缓栅极112，以便经过其中消散任何过多能量，和/或将电功率的一部分发送回到滑触线111。替代地，任何一个或多个辅助装置116(例如混合系统132)也可将从中产生的任何能量朝着辅助驱动器120和/或发电机106引导。
[0027]仍参考图2，驱动系统100可进一步为机器102提供辅助驱动器120，以便在发电机106和辅助装置116之间提供电连通。更具体地，辅助驱动器120可包括绕组组件144或电联接到发电机106的一系列抽头绕组，以便将发电机106供应的AC功率转换成辅助装置116所需的适当量的AC功率。辅助驱动器120也可提供平行构型的逆变器124或双向逆变器142，以便将来自发电机106的AC功率转换成用于驱动辅助装置116所需的适当DC功率。另外，在滑触推进模式时，来自滑触线111的DC功率通过双向逆变器142转换成AC功率，以便作为马达操作发电机106和绕组组件144，从而将通过滑触线111供应的AC功率转换成辅助装置116所需的适当量的AC功率。如上所述，辅助驱动器120可使用来自滑触线111的转换成驱动辅助装置116所需的适当DC功率的AC功率。通过双向逆变器142提供的DC功率可以经由DC总线146、链接等平行于每个辅助装置116供应。类似地，通过辅助装置116提供的DC功率可经由DC总线146传输到辅助驱动器120，经由双向逆变器142转换成AC功率，并经由绕组组件144供应到发电机106。此AC功率也可通过双向逆变器142转换，并供应回到滑触线111，以便在分电站(未示出)的中央充电单元处存储。辅助驱动器120也可被构造成以独立于减缓栅极112的控制的方式选择性地控制到逆变器124和/或经由DC总线146到栅极冷却系统114的吹风机马达148的功率。由于经由DC总线146到栅极冷却系统114的功率独立于到减缓栅极112的功率供应，栅极冷却系统114可以在超过减缓栅极112的预定温度阈值时启用，而不考虑机器102的操作模式。
[0028]参考图3，提供应用于机器102的另一驱动系统100的示例性示意图。如同前面的例子，图3的机器102可包括被构造成经由带、液压系统等提供功率到寄生负载126的发动机104。发动机104也可经由联接器128等机械联接到发电机106。机器102的运动可通过经由联接器128机械联接到一个或多个轮110的一个或多个马达108提供。机器102可另外提供减缓栅极112和具有逆变器124和吹风机马达148以主动冷却减缓栅极112的栅极冷却系统114。除了栅极冷却系统114之外，辅助装置116可包括加热、通风和空气调节(HVAC)系统130、具有能量存储装置134和调节回路136的混合系统132、电池充电装置138或任何其他电驱动泵或附件140。
[0029]如图2的例子，图3的驱动系统100可为机器102至少提供逆变器回路118以便在发电机106和/或滑触线111与马达108之间提供电连通。逆变器回路118可提供平行构型的逆变器124和/或双向逆变器142来代替例如图1的整流器122，以使发电机106和/或滑触线111与马达108之间的电功率双向连通。逆变器回路118可另外电联接到减缓栅极112，并构造成经过其中消散任何过多能量，和/或将电功率的一部分发送回到滑触线111。替代地，任何一个或多个辅助装置116 (例如混合系统132)也可将从中产生的任何能量朝着辅助发电机150引导。
[0030]驱动系统100还可提供辅助驱动器120以便在发电机106或滑触线111和辅助装置116之间提供电连通。与图2的绕组组件144相比较，辅助驱动器120可包括辅助发电机150，其如所示地机械联接到主要发电机106。类似于绕组组件144，辅助发电机150可用来将通过发电机106供应的任何AC功率转换成例如辅助装置116所需的适当量的AC功率。类似地，来自滑触线111的DC功率可通过双向逆变器142转换成AC功率，从而根据辅助装置116所需的适当量的AC功率，驱动作为马达作用的发电机106，以驱动辅助发电机150。也可提供平行构型的逆变器124或双向逆变器142，以便将来自辅助发电机150的任何AC功率转换成用于驱动辅助装置116所需的适当DC功率。通过双向逆变器提供的DC功率可经由DC总线146、链接等平行地供应到每个辅助装置116。类似地，通过辅助装置116提供的任何DC功率可经由DC总线146传输到辅助驱动器120，经由双向逆变器142转换成AC功率，并经由辅助发电机150供应到发电机106。此AC功率还可通过双向逆变器142转换，并供应回到滑触线111，以便在分电站(未示出)处的中央充电单元处存储。辅助驱动器120还可被构造成以独立于减缓栅极112的控制的方式选择性地控制经由DC总线146到栅极冷却系统114的功率。
[0031]在替代例子中，驱动系统100可被调整和配合到具有预先存在的电驱动构型的机器102上，如例如图4所示。如同之前的例子，图4的机器102包括被构造成经由带、液压系统等供应功率到寄生负载126并经由机械联接器128等供应到发电机106的发动机104。机器102还可包括用于经由机械联接器128驱动一个或多个轮110的一个或多个马达108。另外，机器102可支承减缓栅极112和具有逆变器124和用于主动冷却减缓栅极112的吹风机马达148的栅极冷却系统114。除了栅极冷却系统114，辅助装置116可包括加热、通风和空气调节(HVAC)系统130、具有能量存储装置134和调节回路136的混合系统132、电池充电装置138和任何其他电驱动泵或附件140。[0032]与图2和3的例子比较，图4的驱动系统100可对应于预先存在逆变器构型或所示的逆变器回路118。此外，逆变器回路118可包括至少一个整流器122和逆变器124，两者都被构造成单向地从发电机106和/或滑触线111朝着马达108传输功率。逆变器回路118可另外电联接到减缓栅极112，并被构造成经过其中消散任何过多能量。
[0033]由于图4的逆变器回路118在动态制动或减缓模式过程中禁止马达108产生的任何电能返回，辅助驱动器120可被构造成如所示地重新引导任何这样的能量回到发电机104。具体地，除了机械联接到发动机104和/或发电机106的辅助发电机150之外，辅助驱动器120还可包括马达发电机152，其机械联接到马达108、轮110和/或用于造成运动的任何其他装置。马达发电机152可被构造成在操作的动态制动和/或滑触模式过程中使马达108和/或轮110供应的任何机械能量传输经过逆变器124以便转换成DC功率。转换的电能可以经过DC总线146，并接着传输到联接到辅助发电机150的第二逆变器124。辅助发电机150可将接收的电能转换成用来在动态制动和滑触模式过程中驱动发动机104的机械能。DC总线146还可被构造成供应转换的DC功率到包括栅极冷却系统114的任何一个或多个辅助装置116。如之前的例子，驱动系统100可启用独立于减缓栅极112控制的栅极冷却系统114的选择性控制。替代地，任何一个或多个辅助装置116 (例如混合系统132)也可将从中产生的任何能量朝着辅助发电机150连通。
[0034]在类似例子中，驱动系统100可被调整并配合到具有预先存在的电驱动构型的机器102上，如例如图5所示。如同之前的例子，图5的机器102包括被构造成经由带、液压系统等供应功率到寄生负载126并经由机械联接器128等供应功率到发电机106的发动机104。机器102还可包括用于经由机械联接器128驱动一个或多个轮110的一个或多个马达108。另外，机器102可支承减缓栅极112和具有逆变器124和用于主动冷却减缓栅极112的吹风机马达148的栅极冷却系统114。除了栅极冷却系统114，辅助装置116可包括加热、通风和空气调节(HVAC)系统130、具有能量存储装置134和调节回路136的混合系统132、电池充电装置138和任何其他电驱动泵或附件140。
[0035]与图2和3的例子比较，图5的驱动系统100可对应于预先存在逆变器构型或所示的逆变器回路118。此外，逆变器回路118可包括至少一个整流器122和逆变器124，两者都被构造成单向地从发电机106和/或滑触线111朝着马达108传输功率。逆变器回路118可另外电联接到减缓栅极112，并被构造成经过其中消散任何过多能量。
[0036]由于图5的逆变器回路118在动态制动或减缓模式过程中禁止马达108产生的任何电能返回，辅助驱动器120可被构造成如所示地重新引导任何这样的能量回到发动机104。具体地，除了机械联接到发电机发动机104和/或发电机106的DC马达154之外，辅助驱动器120还可包括例如电联接到逆变器回路118的降压斩波器156的DC/DC转换器。DC/DC转换器156被构造成将动态制动或减缓模式过程中通过滑触驱动布置109供应的任何电能在操作的滑触模式过程中传输到辅助装置116。电能可经过DC总线146，并接着传输经过接触器158并供应到DC马达154。DC马达154通过联接器128连接到发电机106，并用来在动态制动和滑触模式过程中驱动发动机104。DC总线146还可被构造成供应DC功率到包括栅极冷却系统114的任何一个或多个辅助装置116。如之前的例子，驱动系统100可启用独立于减缓栅极112控制的栅极冷却系统114的选择性控制。替代地，任何一个或多个辅助装置116 (例如混合系统132)也可将从中产生的任何能量朝着辅助DC马达154连通到发电机106。
[0037]驱动系统100以及机器102的总体控制可以通过机器102的控制器200管理，如图6所示。控制器200可采取一个或多个处理器、微型处理器、微型控制器、电子控制模块(ECM)、电子控制单元(ECU)或用于电子控制驱动系统100和/或机器102的功能的任何其他适当装置。控制器200可被构造成根据预定算法或成组指令操作，以便基于机器102的多种操作条件控制驱动系统100。这种算法或成组指令可被读取到控制器200的机载存储器或预先编程到可以通过控制器200访问的存储介质或存储器(例如软盘、硬盘、光学介质、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或本领域通常使用的任何其他适当的计算机可读存储介质上)。
[0038]如图6所示，控制器200可以与发动机104、发电机106、逆变器回路118、辅助驱动器120、滑触驱动布置109、减缓栅极112、栅极冷却系统114等电连通。控制器200还可联接到机器102的多种其他部件、系统或子系统。通过这种连接，控制器200可接收有关驱动系统100和机器102的当前操作参数的数据作为输入信号。输入信号可通过例如与每个部件相关的多个传感器提供。响应于这种输入，控制器200可执行所需确定并传输对应于需要执行的动作的任何输出信号。输出信号可以是传输到例如与相关部件相关的晶体管或致动器的多种致动器或电子装置的集成指令。控制器200还可电联接到机器102的可以与逆变器回路118、辅助驱动器120、滑触驱动布置109、减缓栅极112、栅极冷却系统114等相关的任何其他部件或装置。
[0039]在机器102的操作过程中，控制器200可接收来自输入节点202的减缓指令。在输入节点202处提供的减缓指令可响应于机器102的操作者的手动控制器的移位来产生。减缓指令可替代地是通过控制器200或机器的监视或操控机器102的速度的另一控制器(例如调速器或限速器)产生的指令信号。控制器200可根据控制系统或其中操作的算法来接收并解释减缓指令。控制系统可确定所指令的减缓大小，例如能量或功率单位。根据这种数据，控制器200可确定能量消散的程度并因此响应。在例如具有两个减缓栅极112的例子中，控制器200可确定第一、第二或两个减缓栅极112是否应该提供减缓能量消散的帮助。替代地，减缓能量的一部分可被引导返回到滑触线111以有助于能量消散。这种确定或计算可基于多种机器操作参数。该参数可包括当前速度、有效载荷、加速率、希望速度、倾斜、减缓机器102的指令变化速度等，其可以经由一个或多个附加输入节点204输入到控制器200。
[0040]图7示意说明这种控制器200操作驱动系统100所采用的示例性方法。在初始步骤，控制器200可确定机器102的当前操作模式。例如，基于节点202、204处的输入信号，控制器200可确定机器102是否处于推进模式、动态制动模式或减缓模式、空闲模式、滑触模式或机器102上可用的任何其他操作模式。基于节点202、204处的输入信号，控制器200还可确定操作模式是否变化。具体地，控制器200可基于例如当前速度、有效载荷、加速率、机器倾斜、希望速度、减缓机器102的指令变化速度等来确定当前模式和/或下一个操作模式。在推进模式，驱动系统100可被构造成至少自动地将来自发电机106和/或滑触驱动布置109的功率以及通过辅助装置116供应的任何功率引导到马达108以驱动轮110。此夕卜，驱动系统100可允许功率从发电机106或滑触驱动布置109到辅助装置116的任何连通，并且如果适用的话，从辅助装置116到发电机106或返回滑触线111的任何连通。在滑触附接模式，驱动系统100可被构造成至少自动地将来自滑触驱动布置109的功率以及通过辅助装置116供应的任何功率引导到马达108以驱动轮100，并引导到发电机106以至少部分驱动发动机104并允许发动机104停机或停止到发动机104的燃料供应。在动态制动或减缓模式，驱动系统100可被构造成至少自动地将马达108产生的功率引导到发电机106或滑触线111，以便至少部分驱动发动机104并允许发动机104停机或停止到发动机104的燃料供应，或者将能量的一部分经过滑触驱动布置109引导返回到滑触线111，以便在中央分站(未示出)存储。驱动系统100可进一步将来自发电机106的功率引导到辅助装置116。在任选的空闲模式中，驱动系统100可自动地允许发电机106和辅助装置116之间的任何功率连通。在这种空闲模式过程中，混合系统132可存储足够的充量以允许发动机104停机或停止燃料喷射，并且进一步，允许辅助装置116在没有来自发电机106或滑触驱动布置109的任何功率的情况下操作。以此方式，辅助装置116可提供足够功率以旋转发动机104并驱动发动机104的寄生负载126，在转换到推进模式时快速旋转发动机104，或者甚至从静止不动来起动发动机104，这都没有任何燃料消耗。
[0041]图8示意说明以滑触推进模式操作的机器102。如果提供给控制器200的参数组合例如指示希望的速度大于当前检测速度和/或机器102在矿区运输道路上加速或开始爬升或开始下降，并指示致动与滑触线111的连接，则滑触推进模式可以是希望的。在滑触推进模式过程中，滑触驱动布置109可用作主要驱动功率源，并允许发动机104减小功率并停止燃料消耗。来自滑触线111的电能通过受电弓113引导到滑触仓115，并接着自动经过逆变器回路118以驱动一个或多个马达108和轮110。在滑触推进模式过程中，辅助驱动器120允许发电机106和辅助装置116之间的双向连通。例如，来自滑触线111的电能可经过辅助驱动器120，以便转换成DC功率并传输到通过辅助装置116共用的DC总线146。来自滑触线111的电能还可引导到发电机106，并用作马达以便通过带、联接器或其他连接装置转动发动机，从而操作辅助装置116。替代地，通过例如混合系统132的任何替代能量源产生的能量可供应功率经过DC总线146和发电机106，以辅助发动机104或发送回到滑触线111从而存储。因此，流过辅助驱动器120的功率的方向可取决于驱动系统110的临时需要和/或能力。减缓栅极112和栅极冷却系统114可在推进模式过程中停用，但是可继续操作栅极冷却系统114以防止过量。
[0042]图9示意说明以动态制动或减缓模式操作的机器102。如果提供给控制器200的参数组合例如指示希望速度小于当前检测速度和/或机器102要减速，则动态制动模式可以是希望的。在动态制动模式过程中，一个或多个轮110和马达108可用作主要功率源。此外，轮110的转动可使一个或多个马达108转动并造成马达108供应例如AC功率形式的电能。由于逆变器回路118是双向的，逆变器回路118可接收通过马达108提供的电能并将AC功率转换成DC。DC功率可接着发送回到滑触线111或被调节，并转换回到AC功率，并供应到发电机106。逆变器回路118可进一步将DC功率施加到减缓栅极112或斩波器和/或接触器回路154，以便通过辅助装置116使用，或者发送到减缓栅极112，从而以热量的形式消散。供应到发电机106的功率可用来机械驱动发动机104，在操作的动态制动模式过程中临时消除燃料的使用。供应到发电机106的功率可进一步用来经由辅助驱动器120将能量供应到辅助装置116。特别是，辅助驱动器120可将提供给发电机106、DC马达154或附加绕组144的AC功率转换成经过DC总线146的DC功率。DC功率来可用来为附接到DC总线146的辅助装置116供能。尤其是，DC功率可用来为栅极冷却系统114或吹风机逆变器和吹风机马达148供应功率，以冷却减缓栅极112。以此方式，到栅极冷却系统114的功率可独立于减缓栅极112控制。这允许经由辅助驱动器120根据需要在任何其他操作模式过程中接近栅极冷却特征。由于栅极冷却系统114的控制不局限于减缓模式，减缓栅极112即使在离开减缓模式之后也可冷却，从而例如使通常与减缓栅极112的电阻元件和/或绝缘体相关的温度过量条件最小化。
[0043]在进一步变型中，机器102可以任选的空闲模式操作，如图10示意所示。如果提供给控制器200的参数组合例如指示希望和当前速度是零和/或指示没有希望的加速或减速，则空闲模式可以是希望的。在空闲模式，发动机104可以供应足够燃料以保持怠速。任选地，一旦能量存储装置134被完全充量，控制器200可自动使得发动机停机，以保存燃料，并同时能量存储装置134供应的功率可用来保持怠速。由于在空闲模式过程中轮110没有运动，逆变器回路118和减缓栅极112可被临时停用。在具有安装其上的混合系统132的机器102中，功率可通过能量存储装置134初始供应，以例如操作电池充电装置138以及电泵和附件140。如果能量存储装置134的充电达到预设最小阈值，控制器200可启用辅助驱动器120的逆变器124，以供应功率到发电机106，并唤醒发动机104从而起动。在发动机104怠速的同时，辅助驱动器120的逆变器124可开始从发电机106抽吸功率或使用滑触驱动布置来为发电机106供能，从而操作电泵和附件140，并也为能量存储装置134重新充电。
[0044]工业实用性
[0045]示例性越野卡车通常使用在矿区、建造地点和采矿场。越野卡车具有100吨或更多的有效载荷能力，并在完全承载时以40英里每小时或更大的速度行驶。
[0046]这种作业卡车或机器必须能够越过陡峭斜坡并在多种不同环境下操作。在这种条件下，这些机器通常长时间地进入操作的滑触推进模式和动态制动或减缓模式。共同的兴趣在于减小或消除这种滑触推进和动态制动模式过程中消耗的燃料量，并有效利用牵引马达产生的功率，而没有不利影响总体机器性能。这里公开的系统和方法允许电驱动机器的驱动系统完全消除滑触推进和动态制动模式过程中的燃料消耗，并同时将再生功率供应到机器子系统和附件。本发明的系统和方法还允许至少栅极冷却系统的单独控制，以使减缓栅极的过热最小化，而不考虑操作模式。
[0047]从以上描述，将理解到虽然出于说明目的仅仅给出一些例子，本领域普通技术人员从以上描述中将明白多种替代和改型。这些和其他替代可以认为是等同的，并在本发明和权利要求的精神和范围内。
【权利要求】
1.一种电驱动机器(102),包括: 发动机(104)； 发电机(106)，其操作地联接到发动机(104)； 马达(108)，其操作地联接到一个或多个驱动轮； 逆变器回路(118)，其联接到发电机(106)和马达(108)中的每个； 滑触驱动布置(109)，其联接到逆变器回路(118)； 辅助DC总线(146)，其连接到多个辅助装置； 辅助驱动器(120)，其连接到发电机(106)和辅助装置中的每个，辅助驱动器(120)能够在滑触推进模式 和动态制动模式过程中将功率传输到辅助DC总线(146)； 逆变器回路(118)和辅助驱动器(120)之一能够在滑触推进模式中将来自滑触驱动布置(109)的功率自动连通到马达(108)和辅助装置(116)，并且在动态制动模式中将来自马达(108)的功率自动连通到发电机(106)和滑触驱动布置(109)，以便在滑触推进模式和动态制动模式过程中消除燃料消耗； 减缓栅极(112)，其联接到逆变器回路(118);以及 栅极冷却系统(114)，其联接到辅助DC总线(146)，并能够选择性地冷却减缓栅极(112)，栅极冷却系统(114)的控制独立于减缓栅极(112)的控制。
2.根据权利要求1所述的电驱动机器(102)，其中，辅助驱动器(120)包括至少一个辅助发电机(150)、绕组组件(144)和使得发电机(106)和DC总线(146)之间双向电连通的双向逆变器(142)。
3.根据权利要求1所述的电驱动机器(102)，还包括混合系统(132)、能量储存装置(134)、充量装置(138)和联接到DC总线(146)的加热、通风和空气调节HVAC系统(130)中的一个或多个。
4.根据权利要求1所述的驱动系统(100)，其中，辅助驱动器(120)包括电联接到辅助装置的至少一个马达(108)，辅助驱动器(120)在滑触模式过程中将电功率传输到DC总线(146)，辅助装置(116)能够在动态制动模式过程中从DC总线(146)抽吸电功率，并反过来驱动发动机(104)。
5.根据权利要求4所述的驱动系统(100)，其中，辅助驱动器(120)包括使得滑触驱动布置(109)和DC总线(146)之间电连通的DC/DC转换器，并经过接触器从DC总线(146)为DC马达(152)供能，从而为发电机(106)供能，并反过来驱动发动机(104)。
6.一种用于在具有联接到发电机(106)的发动机(104)、操作地联接到驱动轮的马达(108)和辅助装置的电驱动机器(102)的滑触推进和动态制动过程中消除燃料消耗的方法，该方法包括如下步骤: 提供与发电机(106)和马达(108)之间的电连通的逆变器回路(118)； 提供与发电机(106)和辅助装置之间的电机械连通的辅助驱动器(120)； 确定电驱动机器(102)的操作的当前模式； 如果操作的当前模式是滑触模式，在滑触推进模式中经过逆变器回路(118)和辅助驱动器(120)中的至少一个将电功率从滑触驱动布置(109)自动引导到马达(108);以及如果操作的当前模式是动态制动模式，在动态制动模式中经过逆变器回路(118)和辅助驱动器(120)中的至少一个将电-机械功率从马达(108)自动引导到发动机(104)和滑触驱动布置(109)之一。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，辅助驱动器(120)包括辅助发电机(150)、绕组组件(144)和联接到发电机(106)和辅助装置中的每个的DC马达(152)中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，逆变器回路(118)包括逆变器，其能够将电功率从滑触驱动布置(109)自动连通到马达(108)，以便在滑触模式过程中驱动驱动轮，并且在动态制动模式过程中，将电功率从马达(108)自动连通到发电机(106)和滑触驱动布置(109)之一，以便将功率传输到发动机(104)。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，逆变器回路(118)电联接到减缓栅极(112)，并且辅助驱动器(120)与栅极冷却系统(114)电连通，栅极控制系统(114)的控制独立于减缓栅极(112)的控制。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括如果操作的当前模式是空闲模式经由发电机(106)只在辅助装置(116)和发动机(104)之间自动连通功率的步骤。
【文档编号】B60W20/00GK103974864SQ201280060663
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2012年12月5日 优先权日:2011年12月8日
【发明者】M·亨德里克森, E·鲁斯, D·吉尔默 申请人:卡特彼勒公司