分不需要接触时的情况下减小低效和磨损，例如当驱动轴仅由第一原动机驱动时、或当使用本系统的车辆静止以及第二原动机和配件未由第一原动机驱动时。类似地，可使用位于第一原动机与传动装置之间的可选离合器，以通过在车辆制动发生时将第一原动机从本系统移出来从而减小再生制动期间的低效。
[0051]所述系统的一个示例性实施方式的再一特征在于，可由第一原动机、第二原动机、来自于制动的能量或者存储于第二可再充电能源(例如，电池、超高电容器、液压蓄压器等)内的能量单独或以任何组合形式给配件(例如，液压泵、气压泵、电动马达等)供电。当配件为液压泵时，第二可再充电能源的存在还可消除对复杂的泵控制系统的需求。如果泵为体积可变的容积式泵，则还可进一步简化，因为第二原动机与泵之间不再需要离合器。还可使用其他类型的泵。根据一个示例性实施方式，在第二原动机与液压泵之间存在离合器的情况下，所述泵可为廉价的齿轮泵。
[0052]所述系统的一个示例性实施方式的再一特征在于，可在一种或多种模式下，对连接至第二原动机的第一可再充电能源进行再充电。这些模式包括:第二原动机使用来自第一原动机的动力；第二原动机使用来自再生制动的动力；配件使用存储于第二可再充电能源内的能量来操作第二原动机；附加动力单元连接至第一可再充电能源；当存在发动机交流发电机组时(交流发电机组可被增容，以在驱动或空闲时对该附加电荷留有余地)；或者来自外部电源，例如直接插入外部电力网。当车辆停止时、或其他情况下，所述第二原动机可利用在车辆的日常操作之前存储于第一可再充电电源内的电力(例如，在整夜充电之后)。在此情况下，第二原动机可操作配件，以在需要能量之前对第二可再充电能源进行预充电或预增压，当所述第二可再充电能源为液压蓄压器时，除其他优点之外，该第二可再充电能源还可提供更高密度的能量存储。更高密度的能量存储装置目的是以低转数每分(RPM)的操作提供更多的可用电力和整体重量(mass)较低的系统。
[0053]对于本领域技术人员而言，通过对实施方式的以下详细描述，各种附加方面和优点都将显而易见。
[0054]参考图1-20，示出了根据多个示例性实施方式的混合动力车辆驱动系统。这些实施方式中的各种特征可被用于在此所述的其他实施方式。
[0055]如图1所示，混合动力车辆驱动系统10的示例性实施方式可用于任何类型的车辆上。根据一个实施方式，所述车辆可为轻型、中型或重型卡车中的任意类型。在一个优选实施方式中，所述车辆可为采用液压系统的卡车，例如工作台车。可选地，所述车辆可为采用液压系统的任意类型的平台。所述车辆可具有多种多样的轮轴配置，包括但不限于4X2、4X4或6X6配置。
[0056]在一个优选实施方式中，所述车辆为诸如国际4300SBA 4X2卡车的卡车。根据一个优选实施方式，所述车辆包括具有255HP输出和600镑力矩的IHC MaxxforceDT发动机。所述车辆进一步包括Allison 3500_RDS_P自动式传动装置。所述车辆前车轴额定总重(GAffR)为 14，000/12，460 镑、后 GAWR 为 19，000/12，920 镑以及总 GAWR 为 33，000/25，480。所述车辆包括液压吊杆。该车辆吊杆具有大约54.3英尺的工作高度、36.0英尺的水平工作距离，上杆具有大约145英寸的延伸长度。下杆可自水平在O至87度之间移动。上杆可自水平在大约-20度至76度之间移动。根据示例性实施方式，所述车辆可进一步包括液压平台转子、液压接合吊臂以及绞盘(例如，具有1000镑的力)、液压伸臂、液压工具出口、在240VAC下提供5kW的板上电力充电器以及具有5，000BTU容量的电气空调。上面所引用的功率、吊臂以及组件类型均仅是示例性的。
[0057]系统10包括第一原动机20(例如，内部的内燃机，诸如柴油燃料发动机等)、第一原动机驱动的传动装置30、组件40 (例如，动力输出装置(PTO)、变速箱等)、第二原动机50(例如，马达，诸如电动马达/发电机、具有穿过轴(thru-shaft)的液压泵等)以及配件60 (例如，液压泵，诸如体积可变的容积式泵等)。在某些实施方式中，配件60可用作如下所述的第三原动机。传动装置30机械耦合至组件40。组件40耦合至第二原动机50。第二原动机50耦合至配件60。根据一个示例性实施方式，第二原动机50为50kW的电动马达。当用作发电机时(如图3和4中所示)，第二原动机50可持续生成30kW或者峰值时刻高达75kW。以上所引用的电力参数仅是示例性的。第二原动机50可被进一步用于给各种板上组件供电，例如压缩机、水泵、水泥混合圆筒等。
[0058]在优选实施方式中，配件60可具体化为液压马达，并包括耦合至组件40 (该组件40被具体化为ΡΤ0)的贯通轴。该贯通轴还耦合至原动机50 (该原动机50被具体化为电动马达)的轴。在另一实施方式中，电动马达包括耦合至PTO和泵的贯通轴。
[0059]根据一实施方式，系统10还包括第一可再充电能源70 (例如，电池、电池堆、燃料电池、电容式电池或者其他能量存储装置)、辅助电力单元(APU) 80 (例如，内部的内燃机，该内燃机可由可选择的低排放燃料(例如，生物物质、天然气、氢气或一些其他低排放和低碳输出的燃料)和发电机、燃料电池等来提供燃料)、第二可再充电能源90 (例如，液压蓄压器、超高电容器等)以及板上或外部设备100(例如，液压操作设备，诸如架空(aerial)吊桶等)。第一可再充电电源70耦合至第二原动机50，并为该第二原动机50的操作供电。第一可再充电(例如，可增压的或可再充电的)能源70可包括其他辅助组件(例如，为AC马达提供的逆变器、用于对DC系统进行充电的DC-DC变换器、用于将电力输出至电力网或其他设备的逆变器、马达控制器、充电器等)。APU 80耦合至第一可再充电能源70，并给该第一可再充电能源70供电。根据一个示例性实施方式，第二可再生能源90为具有高压力部分(例如，蓄压器)和低压力组件(例如，储液罐)的液压系统。
[0060]第二可再充电能源90耦合至配件60，并将所存储的电力提供给配件60。板上或外部设备100可耦合至配件60或第二可再充电能源90，并使用来自配件60或第二可再充电能源90的电力进行操作。在一个实施方式中，板上或外部设备100通过第二可再充电能源90耦合至配件60。根据多种示例性实施方式，APU 80还可在需要高液压负荷时，给第二可再生能源90和第一可再充电能源70提供电力。APU 80和第二可再生能源90均可为液压操作设备100提供电力。
[0061]在一个优选实施方式中，组件40为被设计为在传动装置活动时经由离合器机构接入或分离的PTO。该PTO可为街侧(street side)或路侧(curb side)PTO0组件40可在第一原动机20超出了任何通过组件40相连的组件的最大工作RPM时，从传动装置30分离。例如，如果第一原动机20超出了配件60的最大工作RPM，组件40可被分离。可选地，所有通过组件40连接的组件均可在第一原动机20的RPM范围内工作，且组件40可持续接入。在优选实施方式中，组件40可在高速平稳驾驶的情况下被分离，以减少对系统10的摩擦和磨损。
[0062]可选地，传动装置30可被调整成合并了组件40以及选择性地将第二原动机50直接并入传动装置30。组件40 (可具体化为ΡΤ0)可选择性地包括PTO轴伸。美国专利N0.6，263，749和美国专利N0.6，499，548中描述了 PTO轴伸的示例，该两件申请作为引用而被结合于此。组件40可具有至传动装置30的直接连接。
[0063]组件40可与传动装置30连接，从而原动机20、组件40以及传动装置30之间存在直接耦合。可选择地，组件40可与传动装置30连接，从而该连接将组件40直接耦合至传动装置30的转矩变换器。该转矩变换器可与原动机20机械连接，但以与原动机20不同的速度进行旋转，或者在其被锁住的情况下可以以与原动机20相同的速度旋转。
[0064]可采用离合器机构来适当地接入和分离组件40。在另一优选实施方式中，组件40为具有内部离合器部件的Ρ??，例如远程操纵的ΡΤ0。可在需要频繁接入PTO时使用远程操纵的ΡΤ0，且该远程操纵的PTO通常与自动传动装置结合使用。在一个实施方式中，在接入组件40之前，第二原动机50可以以与第一原动机20相同的RPM进行操作。如果组件40的输入速度和输出速度的比率为1:1，这可减小对离合器机构的磨损。如果使用组件40的其他比率，则可在接入之前，相应地调整第一原动机20或第二原动机50的RPM，以确保输入速度和输出速度与组件的比率相匹配，从而减小对离合器机构的磨损。
[0065]当接入组件40时，第二原动机50可经由传动装置30给驱动轴32提供动力。
[0066]在图1中，第一原动机20通过传动装置30给驱动轴32提供动力。第二原动机50通过组件40和传动装置30给驱动轴32提供额外的或可选的动力。驱动轴32给用于给车辆提供前进和后退的动量的两个或多个车轮33提供动力。例如，第二原动机50可选择性地提供单独的动力源给驱动轴32。可选择地，第二原动机50可在车辆加速期间给驱动轴提供额外的动力。当给驱动轴32提供动力时，第二原动机50可使用来自第一可再充电能源70的电力进行操作。根据系统10的各种示例性实施方式，第一可再充电能源70可由第二原动机50、APU 80或另一适宜的源(例如，车辆交流发电机、电力网等)来充电或供电。
[0067]当车辆驱动至一定程度时以及其他情况下，可使用可选的APU 80来给第一可再充电能源70供电。该应用可提升车辆性能，尤其是当车辆的动力需求超出了第一原动机20、第一可再充电能源70以及第二可再充电能源80所能提供的动力之时。APU 80的存在可允许使用更小的第一原动机20。在一个实施方式中，APU 80可以是比第一原动机20提供更低的排放的类型。APU 80的目的在于使得使用系统10的车辆可符合各种反空闲(ant1-1dle)和排放规定。
[0068]在一个实施方式中，系统10被配置为当所存储的能量减小至某一量时，自动通过组件40或60接入APU 80或第一原动机20，以给第一可再充电能源70充电。所存储能量的可允许减少可基于用户可选择的开关来确定。该开关指定了通过外部电力网来对第一可再充电能源70进行再充电的方法。
[0069]在一个实施方式中，用户可在220-240V再充电、110-120V再充电以及无用于进行再充电的外部电源之间进行选择。对于不同的电压，可计算在某一时间周期(例如，当整夜连接至外部电力网时)所可补充的能量。如果超出了电力使用量，可接入第一原动机20或APU 80，以进行充电或者为第一可再充电能源70供电。如果不存在外部电源，第一原动机20或APU 80可在为了最小化空闲时间所计算出的规定有限周期期间自动接入。在一个实施方式中，APU 80和/或可选的第一可再充电能源70可给外部电网200供电，也就是公知的车辆电网(V2G)电力共享。其目的在于提供低排放的电力生成和/或减小在电网的峰值负荷期间生成额外电网电力的需求。
[0070]在另一实施方式中，用户可仅在两种设置之间进行选择，一种设置为选择使用电网进行充电，另一种设置为选择在不使用外部电网的情况进行充电。控制器可监视电池的电荷状态，并针对每一设置，对再充电进行不同的控制。如果选择了不通过电网进行外部充电，则系统10可允许第一可再充电能源70 (电池)的电荷状态降低至一阈值(例如，30% )，之后控制器可促使第一原动机20或可选的APU 80接入，以将电池充电至预定水平(例如，80%)，从而最小化第一原动机20或APU 80必须被启动的频率。或者可选择不同的放电和再充电水平，以最小化空闲时间。系统10可偶尔被再充电至100%的电荷，以助于使电池处于良好的状态。如果用户可选择的开关指示系统通过外部电力网进行充电时，控制器可允许第一可再生能源的电荷状态降低至一阈值(例如，30% )，之后控制器可促使第一原动机20或可选的APU 80接入，以将电池充电至一较低的预定水平(例如，50% )。该较低的水平允许当车辆插入外部电力网或由外部电力网进行充电时，外部电网对第一可再充电能源70的较大部分进行再充电，从而减少了原动机70和可选的APU 80的燃料消耗。
[0071]相比于利用第一原动机20对第一可再充电能源70进行再充电，外部电力网200允许第一可再充电能源70利用较干净、成本较低的电力进行再充电。可提供来自外部电力网的电力，该电力的成本是使用柴油燃料的内部的内燃机所提供的电力的成本的一小部分。根据一个示例性实施方式，第一可再充电能源70可在大约8小时或更短时间内由外部电力网200进行再充电。
[0072]在一个实施方式中，利用了第二可再充电能源90，且该第二可再充电能源90给配件60提供电力。可由配件60向驱动轴32提供额外的或可选的动力。例如，配件60可给驱动轴32提供动力，直至第二可再充电能源90放电。可选地，配件60可在车辆加速器件给驱动轴32提供额外的动力。配件60通过第二原动机50、组件40以及传动装置30来给驱动轴32提供动力。由第二原动机50和配件60提供给驱动轴32的动力的组合的目的在于允许使用更小的第一原动机20，这可提供所存储能量的最佳使用并减小整个系统的质量。在另一实施方式中，配件60仅接收来自第二原动机50的动力或通过组件接收来自第一原动机20的动力，且并不给驱动轴32提供动力。配件60可直接给设备100提供电力。在一个实施方式中，来自设备100的能量可在源90或配件60中重新获得。例如，当吊杆被降低时，动力可从吊杆被提供至液压系统。
[0073]在一个示例性实施方式中，可在第一原动机50与配件60之间或者组件40与第二原动机50之间耦合一个可选离合器。该离合器可在车辆静止时分离，以使得第二原动机50可在不必驱动组件40的情况下使配件60旋转。
[0074]可利用多种控制系统来控制系统10中的各种组件(离合器、马达、传动装置等)。可利