CN108705928B - 使用动态热发生器的混合动力商用车辆热管理 - Google Patents

Abstract

提供一种用于混合动力电动内燃引擎应用的***和方法，其中，在诸如商用车辆、非公路车辆和静止式引擎安装的应用中，电动发电机、窄小可切换联接部和二者之间的转矩传送单元被布置且定位在引擎前部的受约束的环境中。优选地，电动发电机被定位成与可切换联接部横向上偏离，可切换联接部与引擎曲轴的前端同轴地布置。可切换联接部是曲轴震动阻尼器、引擎附件驱动部带轮和可脱离离合器重叠部的集成单元，从而离合器‑带轮‑阻尼器单元的轴向深度与常规的带驱动带轮和引擎阻尼器近乎相同。前端电动发电机***包括接收当联接部被接合时电动发电机所产生的电能的电能存储部。当联接部脱离时，电动发电机可以使用从能量存储部返回的能量来驱动离合器‑带轮‑阻尼器的带轮部分以驱动引擎附件，而不依赖于引擎曲轴。

Description

使用动态热发生器的混合动力商用车辆热管理

本申请是2016年12月14日提交的US申请序列号No.15/378,139的部分继续申请，该申请的全部公开内容通过引用的方式而被明确地并入本文。

技术领域

本发明涉及一种混合动力电动车辆，特别地，涉及一种用于混合动力发电和存储***与内燃引擎选择性联接的***。本发明进一步涉及一种操作该***的方法。

背景技术

具有与电动发电机和电能存储***结合的内燃引擎的混合动力电动车辆已经成为汽车领域中相当关注的焦点，特别是在乘用车领域中。混合动力电动车辆***的发展最近才开始引起人们对例如车辆类别2-8中的卡车和公共汽车的商用及非公路车辆、土方设备及铁路应用、以及固定式内燃引擎动力装置的显著兴趣。

混合动力电动技术给出诸多优势，包括燃料效率的改进、有助于满足政府规章要求的内燃引擎排放和车辆噪声的减少、改进的车辆性能以及更低的车队运营成本。这些优势很大程度上通过混合动力电动***重新获取否则会被浪费的能量(诸如由制动引起的否则会被耗散为到外界的热能的机械能)且在需要时的另一时间返回获取能量，诸如代替使用内燃引擎作为电源给车辆部件供电或者协助车辆推进，的能力而获得。

典型地，混合动力电动车辆电动发电机被布置为独立于内燃引擎(例如，在引擎向后轮提供推进动力的同时使用分离的电动马达给前轮供以动力且从前轮回收能量)，或者被联接到引擎，例如，被集成到引擎的“后部”(即，引擎的飞轮所定位的一端)或者引擎与至车轮的传动系(driveline)之间。该“在引擎后面”的位置容许电动发电机设备将转矩直接输送到车辆的传动系和车轮，并且例如在再生制动事件期间直接通过传动系驱动。后者的示例包括飞轮式电动发电机和分离的电动马达，在飞轮式电动发电机中，常规引擎的飞轮被修改为用作电动发电机转子并且同心安装的定子位于飞轮周围，分离的电动马达被布置在引擎和驱动轮之间，诸如在2009GMC Silverado轻型皮卡中通用汽车公司所给出的所谓的“双模式混合动力”变速器，在该变速器中，变速器容纳两个用于车辆推进和电能产生的电动马达。

将电动发电机添加到内燃引擎的另一形式是使用所谓的起动器发电机。该方法将电动马达直接联接到引擎以作用为发电机(传统上通过常规的带驱动交流发电机施行的功能)和引擎起动器两者，从而减少重复的交流发电机和起动器电动马达的重量和成本。这种起动器发电机装置特别在所谓的引擎停止起动***中有用，在车辆被停止时的时段引擎停止起动***关闭引擎以节省燃料并且减少怠速排放(idling emission)。起动器发电机被定位在引擎后面(例如，适当工程化的飞轮电动发电机也可以被用作起动器)，而且被安装在引擎的前端，其中，起动器发电机可以驱动被直接联接到引擎曲轴的带。后一***的示例“带交流发电机起动器”***被通用汽车公司提供作为2007Saturn Vue运动型多用途车辆中的选项。这些***非常难以适于大引擎，诸如商用车辆柴油引擎，因为电动马达必须更大以处理诸如起动和操作的各种部件的这些重型引擎的高得多的转矩需求(例如，引擎冷却风扇可能需求50KW以上的功率，需求大量转矩以驱动风扇带的负载)。进一步，这种扩大化***中的带驱动会需要具有传送高水平转矩的能力，这是不可能的或者至少是不实际的，因为足够应付转矩需求的更厚且更宽的传动带和带轮可能比其它们的汽车对应物更大且更重，以至于其重量、尺寸和/或成本受到限制。

另一种电气化方法是使用多个单独的电动马达单独地驱动耗能的引擎和诸如空调压缩机、动力转向泵、气体压缩机、引擎冷却风扇和冷却剂泵的车辆附件，以通过从引擎移除附件负载而减少燃料消耗。该方法显著增加车辆重量、成本以及线束和控制***线路长度和复杂度，潜在性地抵销了通过从引擎移除引擎附件负载而提供的燃料经济性或者排放减少增益。

现有技术的混合动力电动车辆***具有阻碍了在诸如商用车辆种的应用中采用其的许多缺点。这些缺点包括：与试图扩大混合动力电动传动系部件以处理大引擎的非常高的转矩输出(典型地，高转矩输出柴油引擎)相关联的工程难题；由于这些部件被集成到引擎的后部或者直接在传动系中而导致的引擎和电动发电机操作的相互依赖性(即，即使当引擎和电动发电机中的一个或另一个的旋转不被需要或者甚至对总体车辆操作效率不利时，两者也必须一起旋转)；以及在没有操作车辆的引擎或操作分离的车载辅助动力装置(“APU”)，诸如专用自包含内燃引擎包装或者包含多个常规电池及关联支持设备的专用电池，的情况下，不能独立地满足“酒店”负载(例如，商用车辆牵引车睡眠车厢的夜间气候控制和120伏电力需求)。这些辅助动力装置非常昂贵(典型地，几千美元)、非常重，并且在空间已经受拘束的车辆上需求大量空间。它们也进一步具有以下缺点：在燃料燃烧的APU的情况下，与明火关联的潜在危险以及产生在驾驶者休息时段期间会进入睡眠车厢的一氧化碳；以及在全电动APU的情况下，可能无法返回足够的能量以在车辆引擎关闭的情况下长时间提供车辆的所有附件需求。

发明内容

主要前端电动发电机***部件的概述。

本发明通过提供一种混合动力电动车辆***而解决这些及其他问题，该混合动力电动车辆***定位在引擎前端，而电动发电机以对车辆前部长度延长要求较少或者不要求的方式布置。如在该描述中所使用的，引擎的“前端”是与引擎产生的转矩输出从其传送到主要的转矩消耗件的该端相对的一端，转矩消耗件诸如车辆的变速器和驱动轮轴或者诸如泵驱动部的静止式引擎安装负载。典型地，引擎的后端是引擎飞轮所在的位置，前端是诸如引擎驱动的附件(如，空调和压缩气体压缩机、引擎冷却风扇、冷却剂泵、动力转向泵)的部件所在的位置。虽然随后的讨论主要着重于在引擎曲轴与车辆的纵向轴线对齐的商用车辆实施例，但是，本发明并不局限于前置引擎、纵向排列的引擎应用，而且可以被用于横向安装的引擎(包括定位在车辆前部或者后部的横向安装的引擎)，其在邻近于引擎的与飞轮端相对的一端的区域也可以具有空间高度受约束的环境。

优选地，本发明的前端电动发电机***具有定位在引擎的前部区域的电动发电机，其与引擎曲轴的旋转轴线侧横向偏离。优选地，电动发电机支撑在转矩传送段(也称之为“驱动单元”)上，例如，以其输入旋转轴线与引擎曲轴同轴地布置的深度窄小的单个减速并行轴齿轮箱。优选地，电动发电机定位在引擎和邻近的纵向车辆底盘框架构件之间的空间中的转矩传送段后面，或者在车辆的冷却剂散热器下面的空间中的转矩传送段的前部。本发明并不局限于对电动发电机的这些定位，而是其可以定位在引擎前部附近的区域里的任何位置，只要其安装的转矩传送段可以与引擎曲轴旋转轴线对齐。

优选地，转矩传送段也提供其输入和输出之间的合适的速度比(如，2：1的比率)，以更好地使引擎和电动发电机速度彼此适应，即，提供从引擎到电动发电机的速度增加以及从电动发电机输出的速度减小。转矩传送段可以是带有齿轮的齿轮箱或者另一驱动布置，诸如链带，其在引擎曲轴和转矩传送段之间的可脱离联接部(下面进一步讨论)的电动发电机侧，转矩传送段在电动发电机端和转矩传送段的引擎之间传送转矩。转矩传送段具有轴向上窄小的外形，以容许其被容纳在引擎曲轴前部和引擎前部的诸如引擎的冷却剂散热器的任何部件之间。

本发明的重要特征是电动发电机经由在转矩传送段和曲轴前端之间的可切换联接部(即，可脱离)与引擎曲轴交换转矩。可切换联接部包括直接联接到引擎曲轴的引擎侧部分，能够与引擎侧部分接合以在二者之间传送转矩的驱动部分，以及接合装置，优选地，其是驱动部分和引擎侧部分之间在轴向上被致动的离合器。联接部的引擎侧部分包括曲轴振动阻尼器(此后，“阻尼器”)，其不像作为专用曲轴振动抑制装置的传统上为固定到曲轴的分离部件的常规曲轴阻尼器。该布置使得能够以灵活方式在附件驱动部、电动发电机和引擎之间传送转矩，例如，使附件驱动部通过不同转矩源(如，引擎和/或电动发电机)驱动的附件驱动部，使引擎作为转矩源以驱动作为发电机的电动发电机，和/或使电动发电机联接到引擎并且作为马达***作以动作为补充车辆推进转矩源。

特别优选地，可切换联接部是在引擎侧阻尼器部分和驱动部分之间具有离合器的集成离合器-带轮-阻尼器单元。驱动侧部分包括被构造成联接到转矩传送段的引擎端的驱动凸缘，驱动凸缘在其外周上也包括一个以上的驱动带轮部件。该优选构造也具有同心地布置的带轮、离合器和阻尼器这三个部件，这些部件中的至少两个沿着其旋转轴线彼此重叠。该布置导致具有大大减小的轴向深度的可脱离联接，以便于FEMG安装在引擎前部的空间受约束的环境中。通过将离合器、带轮和阻尼器的轴向深度减少到驱动带轮同心地围绕全部或者至少基本上全部联接部的离合器和引擎侧阻尼器部分而延伸的点，可以进一步最小化联接部的轴向深度。

替换性地，离合器、带轮和阻尼器部分这三个部分中一个以上部分可以按需要与其他部分同轴但不轴向重叠地布置，以适合来自不同引擎供给器的特定前端布置的引擎。例如，在带驱动部不与阻尼器对齐的引擎应用中(即，阻尼器不具有绕着其外周的带驱动槽，诸如在一些

引擎布置中)，联接部的带轮部分的带驱动表面不需要轴向上重叠阻尼器。在阻尼器的外周上具有带驱动表面以及在安装于阻尼器前部的带轮上进一步具有带驱动表面的其他应用中，诸如在一些Detroit

引擎中，会被用于替代原始阻尼器和带轮的联接部可以与轴向上延伸超过阻尼器的带轮上的两个带驱动表面一起布置(即，阻尼器轴向上大体重叠阻尼器和离合器这两者)，或者说，可以维持阻尼器外周上的带驱动表面(例如，以驱动从不与曲轴断开连接的引擎附件，诸如引擎冷却剂泵)，同时其他带驱动表面被定位在轴向上延伸超过离合器的带轮构件上。

虽然在下面的描述中，参考性地将可切换联接部的阻尼器部分连接到引擎曲轴，但是可切换联接部引擎连接并不局限于连接到曲轴，而是可以连接到从引擎前部可访问的引擎的任何可旋转轴，诸如曲轴驱动的起重轴或者具有前部可访问的轴端的适当工程化的凸轮轴，引擎能够在引擎和电动发电机之间传送转矩。进一步，虽然在下面的描述中，参考性地将具有阻尼器的可切换联接部的一部分连接到引擎曲轴，但是可切换联接部的引擎侧连接并不局限于具有阻尼器的部分，而是包括没有阻尼器的部分(诸如板构件)，其能够连接到可旋转引擎轴，同时支撑可脱离联接部的引擎侧部分(诸如，保持与带轮侧离合器片相对的可切换联接部的引擎侧离合器片)。

优选地，FEMG电动发电机电气联接到电能存储单元(此处也称之为“能量存储部”)。优选地，该能量存储部包括电池和超级电容器两者，电池适用于高容量、长期能量存储，诸如能够以中等充电/放电速率储存和返回大量能量的基于锂化学的电池，超级电容器能够以可能超出锂电池安全处理的能力的非常高的充电/放电速率接收和释放电能。该组合提供能量存储部，该能量存储部可以与电动发电机一起工作，从而以比正常高的水平短时段地(即，在比电池单元可以处理的电动发电机输入或者输出负载的范围更宽的范围)吸收和/或排出电流，同时也提供基于电池的长期的能量存储和以更低的充电和放电速率返回。

虽然本公开主要是针对FEMG***在车辆应用中的使用(特别地，商用车辆应用)，但是FEMG***也很好地适用于静止式引擎安装(例如，备用的柴油发电机)，诸如自行式建造设备的非公路引擎应用，及引擎前部提供混合动力电动性能的有效空间受限的其他引擎应用。

引擎附件的FEMG驱动的概述

传统上，引擎附件被带驱动，经由螺栓接合到曲轴的驱动带带轮而被引擎曲轴直接驱动。在FEMG***中，引擎附件也通过带轮驱动，但是带轮定位在离合器-带轮-阻尼器的电动发电机侧(上面标识的“驱动部分”)。离合器-带轮-阻尼器单元的带轮当联接部被接合时通过引擎驱动，或者当联接部脱离时通过电动发电机驱动。当带轮离合器阻尼器脱离时，通过带轮驱动的所有引擎附件与引擎断开连接，去除了其对于引擎的相应功率需求。当引擎运转时，附件与引擎隔离减少燃料消耗。此外，因为附件可以在联接部脱离的同时通过FEMG电动发电机经由转矩传送段独立地驱动，所以，引擎可以关闭或者怠速操作，而具有很少或者没有寄生负载，同时车辆处于停止状态，从而节省燃料并减少排放。

当离合器-带轮-阻尼器脱离时，可以获得进一步的***效率增益，因为电动发电机的操作速度可以如所期望的那样变化，从而以提供增加操作效率的速度操作一个以上的引擎附件，同时其他引擎附件以非最优效率的速度操作，如果这样做，减小整体能量消耗。

优选地，为了增加***效率，一些或者所有引擎附件可以设置有单独驱动离合器(开启/关闭或者可变滑动接合)，以使得能够选择性地操作引擎附件，同时其他引擎附件关机或者以减小的速度操作。以可变速度操作电动发电机的能力以及选择性地接合、部分接合和脱离单独附件离合器的组合提供将附件能量消耗裁剪到仅对于当前操作条件所需要的那么多，从而进一步增加了整体***效率。

替换性地，当在当前车辆操作状态下一个引擎附件具有必须满足的高功率输入需求时，电动发电机可以以确保有最高需求的引擎附件可以按需要施行的速度驱动，同时其他附件以比最优低的效率操作，或者与通过其相应离合器驱动的电动发电机断开连接(如果这样配备的话)。

优选地，如下面进一步讨论的，FEMG控制器执行评估诸如引擎附件操作效率数据和当前车辆操作状态信息(如，能量存储部充电状态(“SOC”)、引擎转矩输出需求、冷却剂温度)的因素，以选择车辆操作参数的组合(如，单独引擎附件离合器接合、附件操作速度、离合器-带轮-阻尼器带轮速度和接合状态、电动发电机速度和转矩输出)，从而判定满足车辆操作需要同时减少燃料和能量使用的、联接部和离合器接合状态和部件操作速度的折衷构造。例如，虽然提供优越的整体***效率可以通过以将尽可能多的引擎附件置于其峰值操作效率状态或者附近的速度和转矩输出操作电动发电机而实现，但是，特定的车辆需要(诸如操作高转矩需求的引擎冷却风扇以控制引擎冷却剂温度的需要)可能导致FEMG控制电动发电机速度和/或转矩输出以确保特定需求被满足，并且然后在本车辆操作情形下以尽可能有效的方式操作通过离合器-带轮-阻尼器驱动的其他单独引擎附件。

类似地，如果对于来自引擎的车辆推进转矩的当前需求高(并且能量存储部的充电状态允许)，则FEMG控制器可以控制离合器-带轮-阻尼器切换到接合状态并且指令电动发电机将补充转矩供给到引擎曲轴，以增加推进转矩的总输出，即使这因为其速度与曲轴速度有关而导致引擎附件以比最优差的效率驱动。

电动发电机使用的概述

当操作条件允许时，离合器-带轮-阻尼器可以被接合，以使机械能可以通过电动发电机从引擎曲轴被回收(即，从轮子回收经过传动系传送到电动发电机的机械能至引擎曲轴)。例如，在减速情况期间，离合器可以被接合，以允许在再生制动模式下电动发电机用作发电机，再生制动模式是也通过最小化制动空气使用和相关的压缩空气消耗产生制动片或者制动片磨损减小带来的成本节省以及燃料消耗的节省的模式，其转而减少气体压缩机使用和能量消耗。当有任何其他“负转矩”需求时，诸如当车辆沿山坡向下行驶时需要提供减速力以使由于重力所导致的不期望的车辆加速最小化时，离合器也可以被接合。

当可脱离的带轮离合器阻尼器被接合并且操作条件允许时，电动发电机可以操作为产出转矩马达，以将补充转矩供给到引擎曲轴，从而增加供给到车辆传动系的总转矩输出，以改进车辆加速。

电动发电机的其它用途是作为主要的引擎起动器，消除对重的、专用的起动器马达的需要。在该操作模式下，离合器-带轮-阻尼器被接合，以容许电动发电机转矩直接传送到引擎曲轴。电动发电机的该用途很好地适用于电动发电机的操作特性，因为其能够在以0rpm开起动时产出非常高的转矩输出，并且近乎瞬时地就这样做了。电动发电机的非常快速的反应时间以及这样做多次而没有过热的能力使得FEMG***成为用作在节约燃料的引擎“停止/起动”***中的主要引擎起动马达的优良选择，在该引擎““停止/起动”***中，引擎一天被起动和停止多次。在停止/起动***应用中高度期望短的重新起动反应时间能力，其中，众所周知，响应于驾驶者对再次开始移动的需求(典型地，在交通信号转为绿色后通过释放车辆的制动踏板而产生的需求)，驾驶者对自动引擎再起动的任何重大延迟表示不满。例如，典型地，驾驶者在引擎起动前会发现一秒或更长时间的延迟以及车辆开始移动到最低限度的恼人状态，如果不是完全不可接受的话。

替换性地，FEMG***的电动发电机可以协同气动起动器马达一起作为引擎起动器操作，气动起动器马达将存储的压缩气体压力转换成机械转矩输出(典型地，气动起动器比常规的电动起动器马达更轻且成本更低)。可以利用组合的FEMG/气动起动布置改进FEMG***重量和成本，因为在关于FEMG电动发电机的预想最高转矩需求与引擎起动(特别地，冷式引擎起动)相关联的的情况下，气动起动器的补充转矩输出可以容许FEMG电动发电机尺寸减小。在这种情况下，FEMG电动发电机可以尺寸定成满足接下来更低的需求的转矩需求(例如，在引擎附件的最多需求的组合中预期的最高转矩需求)，而气动起动器可以用来提供所需要的由更小的FEMG电动发电机所提供的转矩以上的额外引擎起动转矩。

电动发电机也可以经由引擎通过接合的离合器-带轮-阻尼器离合器以消除将引擎配备有重的、专用的交流发电机以对典型的车辆的12伏直流电流电路供给操作电压的需要的方式驱动，车辆的12伏直流电流电路诸如车辆照明电路，到电子模块的功率供给器和12V供电的驾驶者舒适特征(加热的座椅、睡眠车厢电气件等)。在FEMG***中，需要的12V电源可以通过电压转换器轻易地提供，电压转换器将能量存储部的操作电压(大约300-400伏)减小到车辆电路所要求的12伏。因而，电动发电机的对能量存储部充电的电能产生提供12V的电能源，其容许消除常规的引擎驱动交流发电机。能量存储部中大量能量的存储也通过减少满足车辆各种需要所需要承载的12V电池的数目而造成从车辆去除额外重量和成本的可能性。例如，在有能量存储部的情况下，通常可能具有四个分离的12V电池的车辆可以仅需要单个12V电池。

类似地，电压转换器可以被用以直接将120伏交流电源直接供给到车辆，例如到睡眠车厢用于器具或者空调用途，或者到附接的拖车以操作诸如制冷单元的拖车装置(后者，优选地，具有拖车连接到用于牵引机为中心的监测和拖车附件的控制的车辆的CAN***)。如果能量存储部设计成提供足够的存储容量，则FEMG***也可以消除将车辆配备有成本高且重的内燃引擎供以动力的辅助动力单元以当引擎长时段地关机时支持车辆操作的需要。例如，不再会需要APU以在整夜的驾驶者休息时段期间向睡眠车厢空调单元提供动力。

FEMG也潜在性地可以用作主动阻尼器，以对各种负载、速度和环境条件期间有时遇到的快速转矩反向脉冲(“转矩脉动”)计数。在该应用中，FEMG控制模块会从车辆传感器接收指示有转矩脉动的信号，并且将指令输出到电动发电机，以产生计数转矩脉冲，其被计时以取消传动系转矩反向脉冲。该基于FEMG电动发电机的主动阻尼会有助于保护传动系免于因为转矩负载的迅速改变而促使的高应力导致的机械损坏，而且通过去除经由车辆底盘传输到驾驶者的车厢的迅速加速/减速而改进驾驶者舒适度。

本发明的可切换联接部也可以与动态热发生器(“DHG”)一起使用，优选地，用在带有电动发电机的FEMG***中，以施行许多额外功能并且提供额外益处，包括潜在排放减速并且节省操作成本。

动态热发生器是流体动力学装置，典型地，为轴驱动，其中，为了在流体中产生热量，流体受到剪切力。然后加热的流体可以被分配到车辆中的其他应用，例如，以预热内燃引擎，从而改进冷起动并且减少达到排放控制装置有效地作用的引擎操作温度所要求的时间，或者加热商用车辆的睡眠车厢。这种DHG的示例是可从威斯康星州美林的Island CityLLC得到的no.AIR450模型。适用于用在商用车辆应用中的DHG可以在一端具有能够通过引擎附件带驱动部驱动的带轮。DHG也可以具有定位在其相对端的同轴循环泵单元，以提供足够的入口流体压力和体积，从而将流体馈送到DHG入口并且经过DHG将传递的流体推动到下游消耗件。优选地，这种集成的DHG和泵会包括旁通回路(下面进一步讨论)，其使当不期望将热量添加到流体时泵输出能够旁通DHG。带轮可以经由可选择性接合的带轮离合器连接到DHG，从而当不期望DHG操作时，DHG可以与引擎附件驱动部断开连接。替换性地，泵可以与DHG分离和/或与DHG分离地驱动。

优选地，于FEMG***中有DHG，以使当离合器-带轮-阻尼器单元与引擎曲轴脱离时，联接到转矩传送的电动发电机可以经由附件驱动部驱动DHG。该构造容许DHG被用以在引擎操作期间以及当引擎关机时，例如当遵守反怠速要求是必要的时产生加热流体。

在优选实施例中，DHG的工作流体与引擎冷却剂相同。该构造与不同***中多个流体的用途相关联的维护成本最小化，并且通过容许DHG集成到冷却剂循环***而不需要中间流体到流体的热交换器，使越过热交换边界混合不相容流体(例如，油和冷却剂)的潜在性最小化。

除被用为将热量添加到工作流体的装置之外，DHG可以放置在要求冷却的一个以上装置上游，特别是以显著比离开DHG的流体的温度高的温度操作的装置。例如，诸如混合动力车辆电池组、电动发电机和电力电子的部件可以都要求冷却，以防止电子部件过热，同时在低的环境温度操作期间电池组也需要被加热。冷却剂回路中的DHG可以被用以向这些部件，特别是在FEMG***中当离合器-带轮-阻尼器与引擎曲轴脱离并且FEMG电动发电机***作以将转矩供给到附件驱动部时，可能要求电动发电机的冷却的操作，将从电池组取出的电能转换以以适当的电压和电流供给电动发电机的电力电子和电池组自身提供冷却。

FEMG***中使用动态热发生器的显著益处中的一个是，潜在性地消除，为了确保当主要的车辆引擎关机时车辆可以设置有辅助的加热、冷却和电源(例如，在整夜的休息停止期间供以动力和控制车辆的睡眠车厢和/或舱室中的环境)，而在车辆上安装具有内燃引擎的辅助动力单元(“APU”)的需要的能力。除避免数千美元的APU初始取得和安装成本，进行中的APU内燃引擎维护成本，以及与车辆上一直携带APU的重量相关联的燃料消耗成本之外，动态热发生器的使用消除了从APU的内燃引擎排放废气，否则这会在车辆的整个使用期内出现。随着政府对于“怠速排放”，诸如当在休息时段期间整夜停驻或者长时间停靠在工作点而引擎运转时，施予新的且越来越多的严格限制，这是特别显著的优势。

FEMG***中使用动态热发生器的另一个优点是动态热发生器中固有的操作灵活性。例如，内燃引擎(车辆的原动机或者APU中)常常不以有效方式操(例如，即使在怠速或者以峰值效率范围以上或以下的速度在负载下操作的情形下也消耗燃料并且造成排放)。当操作条件要求其以在否则会符合特定车辆部件，诸如气体压缩机或者空调压缩机的需求的速度以上或以下的速度操作时，这种引擎也可能不有效地操作。相比之下，动态热发生器在操作时非常灵活，能够在宽速度范围内操作，并且当用于流体加热的车辆需求相对低时能够以部分能量输出操作。虽然以更低水平的效率操作，但是利用这种灵活性，动态热发生器仅需要按特定情形下的需要而从能量存储部吸取能量，因而整体使用能量更少。这使能量存储部的能量消耗最小化，从而能量存储部必须重新充电之前引擎可以保持关机的时间长度延长，并且最终，使当引擎运转时对能量存储部重新充电所必须消耗的燃料量最小化。因而，APU的取得和操作成本的节省、以及与和FEMG***一起使用动态热发生器相关联的燃料消耗和排放节省大体弥补了相对小的动态热发生器和其关联部件(如，软管、导线、带驱动带轮和离合器)的重量和成本。

FEMG控制器编程和操作方法的概述

在优选实施例中，优选地，以电子控制模块形式的FEMG控制器监测多个车辆信号，包括能够在车辆的CAN和/或SAE J1939总线网络上得到的信号，如果车辆这样配备的话。该信号中的一个可以是来自监测其他参数之中能量存储部的充电状态的电池监测***的充电状态(SOC)指示。控制模块可以被编程为，例如，识别三种水平的充电状态，最小充电水平(例如，20％的充电状态)，中间充电水平(例如，40％的充电状态)以及最大充电水平(例如，80％的充电状态)。控制模块进一步可以被编程为包括：作为判定什么时侯接合和脱离离合器-带轮-阻尼器的离合器的因素的充电状态，电动发电机应当以什么速度操作，从离合器-带轮-阻尼器的带轮驱动的一些或者所有引擎附件的操作速度，以及车辆部件操作和操作参数的什么组合将会增加整体车辆操作效率，同时满足车辆的当前操作需要并且满足用于安全车辆操作的要求(如，通过操作气体压缩机而至少在车辆的气动***压缩气体存储罐中维持最小需求量的气体压力，即使这样做会减小车辆的整体能量效率)。

在一个实施例中，当能量存储部的充电状态在最小充电水平以下时，离合器-带轮-阻尼器的离合器可以被接合并且电动发电机被控制模块控制以使得电动发电机产出用于存储的电能。在该操作模式下，电动发电机通过引擎或者经过引擎经由传动系通过轮子供以动力。一旦充电状态在最小充电水平以上，离合器-带轮-阻尼器的离合器可以保持接合，直到达到中间充电水平为止，并且电动发电机被控制以仅仅在制动、减速或者负转矩情况期间产生电能。该模式容许非引擎提供的机械能被电动发电机在可用基础上使用，从而继续对能量存储部充电，同时使必须提供到电动发电机的引擎能量的量最小化，从而减少燃料消耗。

在另一操作模式下，一旦达到中间充电水平，控制模块可以判定离合器-带轮-阻尼器的离合器可以脱离，并且电动发电机被使用为马达以产生转矩来驱动引擎附件，而没有引擎的协助，即，电动发电机变成用于引擎附件的唯一驱动能量源。在该模式下，电动发电机从能量存储部抽吸存储的电能以产生用于经过驱动单元齿轮箱输送到离合器-带轮-阻尼器的带轮从而驱动诸如引擎冷却风扇和气动供给***的气体压缩机的引擎附件的转矩。通过依据引擎附件的转矩需求而脱离引擎，引擎可以利用更低的寄生转矩负载操作，以减少引擎的燃料消耗或者以使更多的引擎转矩输出可以用来驱使车辆。替换性地，当电动发电机可以在马达模式下操作以驱动引擎附件时，引擎可以整体关机，诸如，当在配备有起动/停止***的车辆中的停止和开动交通中时。

在中间充电水平和最大充电水平之间，前端电动发电机控制模块继续监控车辆操作状态，在制动期间，减速或者负转矩情况可以利用从通过接合离合器-带轮-阻尼器的离合器并控制电动发电机以产生电能来进一步对能量存储部充电而不使用引擎燃料这个优势。在制动期间充电的同时，在能量存储部在最大充电水平以下的任何时候都可能出现减速或者负转矩情况；在该实施例中，避免使用引擎燃料用于在中间充电水平以上充电减少燃料消耗并且改进整体效率。

在最小充电水平以上的任一点，电动发电机可以操作为马达以产生转矩来输送到引擎曲轴以补充引擎的转矩输出，从而增加可以用来驱使车辆的转矩量。到传动系的增加转矩输出使车辆加速能够改进并且提供额外益处，诸如因为更少的变速器换档和更快速地加速到巡航速度(如，“跳跃变档(skip-shifting)”，其中，电动发电机添加足够的引擎转矩以容许随着车辆加速传递通过一个以上的齿轮比，从而减少了调速的车辆时间以及燃料消耗)而改进燃料经济性。另外，在配备有气动升压***(“PBS”，将压缩气体喷射到引擎进气中以非常快速地提供额外的引擎转矩输出)的车辆中，只要有可能，代替使用从PBS***喷射的压缩气体以产生额外的引擎转矩输出而使用从电动发电机中协助的实质上“瞬时接通”的转矩，可以减少压缩气体使用，进而进一步减少燃料消耗和部件磨损(与额外的气体压缩机操作以补充压缩气体供给相关联的消耗和磨损)。

一旦FEMG控制模块判定达到了最大充电水平并且因此不期望进一步有电能输入到能量存储部中，为了保护能量存储部不会由于过度充电而损坏，控制模块将会防止电动发电机操作为发电机。在该模式下，电动发电机可以仅仅使用为电动马达，以驱动引擎附件和/或向引擎提供补充驱动转矩，或者如果没有当前引擎附件需求，电动发电机可以被允许在没有动力产出的空闲状态下旋转。

优选地，FEMG控制器与几个车辆控制器通信，诸如车辆的制动控制器(其可以控制不同类型的制动器，诸如气动或者液压制动器)，引擎和/或变速控制器以及管理能量存储部的一个以上的控制器。这些通信容许车辆***的协作操作。例如，在制动需求足够低到仅要求使用引擎延迟器的情况下，制动控制器和FEMG控制模块可以彼此发信号以给电动发电机超过延迟器使用的优先级，以使如果能量充电状态将允许额外电能的存储(即在允许的最大充电状态以下的能量存储部充电状态)，则电动发电机提供再生制动。相反地，如果操作条件不会使得期望通过电动发电机产生额外的电能，则FEMG控制模块可以向制动控制器发信号，从而制动控制器激活延迟器以提供期望的制动量。优选地，控制器之间的通信在进行中，从而提供快速更新状态的能力。例如，如果在制动情况期间驾驶者降低制动需求量，则制动控制器会能够给FEMG控制模块发信号以减少再生制动量。

可能的控制器间通信的另一示例是气体压缩机操作与能量存储部管理协作。例如，气体压缩机控制器可以给FEMG控制模块发信号以在离合器-带轮-阻尼器的离合器脱离的情况下(引擎运转或者关机)操作电动发电机，从而以期望速度驱动气体压缩机，以补充因为大的气体消耗需求(诸如，轮胎充气***尝试对抗大的轮胎压力泄漏，牵引机或拖车气体线路中的大的漏气，使用拖车的空气起落架，在ABS***制动压力调节期间的高空气释放或者在低摩擦的道路表面上的拖车稳定性***激活，操作主销气动锁定/解锁装置，或者气动抬升轮轴的致动)导致的压缩气体存储。

通过FEMG***提供的额外操作改进

除已经叙述的特征、性能和优势之外，本发明的前端电动发电机方法具有不要求对车辆前部的大体修改的重要优势，诸如延长商用车辆牵引机的鼻部，或者增加柴油机供以动力的市政大巴的引擎室的尺寸。这是通过使用集成的离合器-带轮阻尼器单元和相关联的轴向上窄小的驱动单元而将FEMG***轻易地容纳在引擎前部和引擎的冷却剂散热器之间以往返于电动发电机横向上传送转矩的直接结果。结果，FEMG***特别地适用于并入现有的车辆设计中，在新车辆组装过程以及通过利用混合动力电动技术改装现有内燃引擎以更新旧车辆(特别是商用车辆)和静止式引擎安装期间。

FEMG***所提供的另一操作优势是其使电动发电机协助引擎以提供短时长的“超速”车辆操作的能力。在这种应用中，车辆的控制器将从电动发电机添加补充转矩与车辆调速器的暂时性超控协作，以允许速度的短暂“爆发”，例如容许诸如另一大卡车的相似速度的车辆的快速超车完成。在使用这种操作模式应当局限于短暂、不频繁时段以使引擎和传动系部件过载最小化的同时，FEMG***可以被编程为，提供驾驶者致动的“超速”模式，即，驾驶者可切换选项(如，“按下以超越”按钮)，从而基于需要短暂地增加速度。优选地，这种按下以超越模式可以经由CAN网络与车辆的盲点监测控制器协作，例如，使得一旦盲点监测***指示被超越的车辆不再在旁边则超速操作能够自动地终止。该协作将FEMG控制模块终止电动发电机的补充转矩供给到引擎曲轴包括为终止该模式的一部分。

电动发电机补充转矩具有进一步的应用，诸如在驾驶者协助***中通过自动地添加转矩减少驾驶者疲劳感，当这样做时将会使驾驶者手动变档变速器的需要最小化，特别当攀爬山坡时(以及当相关联的安全要求被满足时，诸如车辆的适应性巡航-控制摄像头和/或雷达***的视野中没有东西)。

补充电动发电机转矩也可以用于拖车重量判定***，其中，添加已知量的额外力矩并且在补充转矩施加期间导致的车辆加速的测量用于车辆质量计算。

在有安全思虑的情况下，从电动发电机添加补充驱动转矩应当受约束。例如，当指示拖车轮遇到低摩擦表面的低摩擦信号从拖车接收到时，应当抑制补充转矩输送的指令。

FEMG***的应用并不局限于电动发电机是唯一的发电机的应用。可以通过将FEMG前端安装添加到引擎和/或驱动链而实现配合，驱动链也包括到FEMG离合器的曲轴侧的后部的电动发电机单元，例如，在引擎(诸如飞轮电动发电机)后部，在下游传动系中(诸如并入变速器中的电动发电机)，或者在曲轴的前端处，即，在FEMG离合器-带轮-阻尼器单元的始终接合侧。

FEMG***和“后端”混合动力电动布置的组合给出了整体车辆操作改进的可能性。例如，有前端***和后端***可以使电动发电机中的一个或者两个都能够在尺寸和重量上减小，同时还满足车辆需求，因为电动发电机不需要尺寸定成处理所有的车辆电气需求，其中，不再有对于通过仅一个电动发电机满足所有车辆发电和电源需求的需要。进一步，通过有两个电动发电机可以增加操作灵活性，如果在其他电动发电机故障的情况下每个电动发电机能够至少满足基本的车辆需求，从而容许车辆或许以减少的性能继续操作，直到达到可以施行修补的时间或地方为止。

FEMG***和后端电动发电机的操作也可以协作，以基于需要分割和/或分担负载从而优化车辆操作。例如，在FEMG***假定引擎附件驱动部和能量存储部充电需求同时通过提供输出到车辆传动系的补充转矩以协助引擎的后端电动发电机有助于驱使车辆的情况下，负载可以在电动发电机之间分割。分担配合的示例会是，使用后端电动发电机从传动系从再生制动接收和存储能量，同时保持FEMG与曲轴断开联接以改进引擎附件效率(即，即使当FEMG***与曲轴断开联接因而不能够捕获否则被浪费的制动能量时，允许通过后端电动发电机捕获再生制动能量)。FEMG***与另一部分混合动力***的组合的灵活性是无限的，如，连同接合的FEMG离合器一起操作两个电动发电机，以使两个电动发电机提供补充驱动转矩或者使用两个电动发电机捕获用于存储的再生制动能量等。

FEMG部件和控制器也可以适于用在从引擎附件与引擎曲轴脱离的能力中得益的应用中，但是不具有用于全部FEMG***安装将会提供的用于电力产生容量的需要。这种“仅马达”应用可以包括具有如下的车辆，其具有不要求额外费用以及高电压电能存储和分配***的复杂度的操作需要，但是还可以从使用FEMG***将引擎曲轴与附件驱动部断开联接且使用FEMG马达驱动附件的能力改进效率中受益。这种仅马达操作可以从充电状态可以通过车辆引擎的交流发电机维持的更小、更简单的电池组供给。

例如，在集装箱货船港口装载/卸载场处使用的集装箱运输车中的引擎不需要当引擎关机时长时段地供给动力的能力，诸如为越野卡车睡眠车厢提供夜间动力。而集装箱运输车效率和/或转矩输出可以利用FEMG***的曲轴断开联接部件和其通过FEMG马达对附件驱动部的关联控制而改进。例如，通过在各种操作条件下，诸如在空闲时间将曲轴与附件驱动部断开联接以从引擎去除附件负载，可以实现效率改进；以容许在引擎关机的同时短时段地操作运输***，以使得能够进行节省燃料的引擎停止起动操作；并且以需要时通过从引擎去除辅助驱动转矩需求而投入输出到运输驱动部的全部引擎转矩。类似地，当期望具有FEMG马达补充引擎的推进转矩输出时，仅马达FEMG***可以联接到引擎曲轴。该后者特征可以使得能够通过允许引擎通过尺寸定成满足“平均”转矩需求以更小、更轻且成本更低而进一步改进，而FEMG马达按需要提供补充转矩以满足车辆的设计总推进转矩需求。

总而言之，本发明的前端电动发电机***独特地适于，利用具有机械上简化的、空间有效的且成本有效的容许引擎附件的变速控制的通用电动驱动部的混合动力电动***，向新的和改造过的商用车辆、非公路车辆和静止式引擎安装提供：独立于引擎曲轴速度而驱动引擎附件的能力，以及当引擎不运转时存储和返回能量长时段地操作电气供以动力的***，从而通过以下方式，提供显著的整体燃料和成本效率的改进：

·使引擎附件能量消耗最小化，从而增加燃料经济性(即，当离合器-带轮-阻尼器单元与引擎曲轴脱离时去除内燃引擎上的附件转矩需求)，

·回收否则被浪费的能量(如，产生用于存储的电能而不是施加车轮制动以将车辆动能转换成废热)，以及

·延长部件寿命(如，仅按需要且以对应于实际车辆需求的附件速度和/或占空比操作诸如引擎冷却风扇、空调压缩机和气体压缩机的附件，而不是所有附件被强制以引擎曲轴速度所规定的速度操作；使否则会要求引擎驱动气体压缩机操作的制动磨损和压缩气体使用最小化)。

通过以下考虑附图对本发明的详细描述，本发明的其它目的、优势和新颖特征将变得明显。

附图说明

图1A和1B是根据本发明实施例的FEMG***的布置的总体视图的示意图。

图2A-2C是根据本发明的离合器-带轮-阻尼器和组装的FEMG部件的实施例的截面视图。

图3A-3C是图2A-2C离合器-带轮-阻尼器单元的部件的视图。

图4是根据本发明的离合器-带轮-阻尼器单元的另一实施例的截面视图。

图5是根据本发明实施例的FEMG齿轮箱的离合器-带轮-阻尼器单元端处的轴承布置的详细截面视图。

图6A-6C是根据本发明实施例的齿轮箱形式的FEMG驱动单元的斜视图。

图7是图6A-6C的FEMG齿轮箱的截面视图。

图8是根据本发明实施例的FEMG离合器气力致动器膜片布置的分解视图。

图9是根据本发明的FEMG齿轮箱的另一实施例的斜视图。

图10是根据本发明实施例的FEMG齿轮箱安装布置的示意图。

图11是根据本发明实施例的FEMG齿轮箱安装布置的示意图。

图12是根据本发明实施例的引擎与FEMG齿轮箱安装支架之间的关系的示意图。

图13是根据本发明实施例的引擎、FEMG齿轮箱与FEMG齿轮箱安装支架之间的关系的示意图。

图14是图12-13中的FEMG齿轮箱安装支架的斜视图。

图15是根据本发明实施例的电动发电机的斜视图。

图16是通过根据本发明实施例的示例电动发电机产生的动力和转矩的图表。

图17是根据本发明实施例的电动发电机的冷却布置的斜透视图。

图18是根据本发明实施例的FEMG***控制和信号交换布置的方框图。

图19是根据本发明实施例的FEMG***的电网的AC和DC部分的示意图。

图20是根据本发明实施例的用于AC和DC转换的FEMG***-控制功率晶体管布置的示意图。

图21是根据本发明实施例的FEMG***-控制前向DC电压转换器布置的示意图。

图22是根据本发明实施例的高电压双向DC/DC转换器的示意图。

图23是跨越图22的双向DC/DC转换器的电压和电流响应的图解图。

图24是根据本发明实施例的被集成到电动发电机的电力电子布置的斜视图。

图25是根据本发明实施例的充电估算控制环路的电池管理***状态。

图26是根据本发明实施例的附件操作速度选择的流程图。

图27是根据本发明实施例的电动发电机和独立于引擎的引擎附件的操作的控制策略的流程图。

图28是根据本发明实施例的配置有动态热发生器的FEMG***的流体回路的示意图。

具体实施方式

前端电动发电机***实施例。

图1A是示出根据本发明的FEMG***的实施例的部件的示意图。图1B是商用车辆的底盘中的几个FEMG***部件的示意图。在该布置中，引擎附件(包括被布置成通过引擎冷却剂散热器20而吸引冷却气体的气体压缩机1、空调压缩机2和引擎冷却风扇7)由带轮5带动驱动。带轮5与阻尼器6同轴地被定位，阻尼器6被直接联接到内燃引擎8的曲轴。附件可以直接通过驱动带驱动，或者设置有他们自己的允许单独配置有离合器的附件从皮带驱动部分或全部脱离的开闭或速度可变的离合器(未图示)。

除驱动附件驱动带之外，带轮5被联接到具有减速齿轮4的驱动单元，以在驱动单元的曲轴端和联接到电动发电机3的相对端之间传送转矩(为了清楚，驱动单元外壳在图中未图示)。以离合器15形式的可脱离联接部被布置在曲轴阻尼器6与带轮5(于是在驱动单元与电动发电机3)之间。虽然图1A中为了清楚示意性地图示为轴向分离部件，在该实施例中，曲轴6、离合器15和带轮5在轴向上至少部分地彼此重叠，从而使在引擎前部的带轮-离合器-阻尼器组合单元的轴向深度最小化。带轮离合器阻尼器离合器15在其接合和脱离状态之间的致动通过电子控制单元(ECU)13控制。

在电动发电机3的电气侧，电动发电机被电连接到功率逆变器14，功率逆变器14将由电动发电机输出所产生的交变电流(AC)转变成能够在能量存储和分配***中使用的直流电流(DC)。同样地，功率逆变器14在相反方向上将来自能量存储和分配***的直流电流转变成交变电流输入，以对作为转矩产生的电动马达的电动发电机3供电。逆变器14被电连接到能量存储单元11(此后，“能量存储部”)，能量存储单元11可以接收用于存储的能量并且基于需求输出能量。

在该实施例中，能量存储部11包含锂基储能电池，锂基储能电池每单元电池具有近似3.7V的额定充电电压(2.1V到4.1V的操作范围)，锂基储能电池被串联连接以提供400伏的额定能量存储电压(近似300V到400伏的操作电压范围)，存储容量为近似12与17千瓦时之间的电能。替换性地，电池可以按照满足应用的需要而串联和并联连接。例如，每个模块有四个串联连接的单元电池的28个模块可以串联和并联连接，以提供能量存储，该能量存储有与以上第一示例相同的17千瓦时的存储能量，但是，额定操作电压为200V并且为第一示例的电流输出的两倍。

除容量相对高、充电放电速率低的锂基储能电池之外，在该实施例中的能量存储部11包括多个容量相对低、充电放电速率相对高的特大电容器，以对该能量存储部提供在短时段内接收和/或放出非常大的电流的能力，该非常大的电流不能通过锂基储能电池(典型地，这种电池被局限于充电/放电速率小于1C到仅几C)处理。

FEMG***硬件组装件实施例。

图2A-2C示出离合器-带轮-阻尼器单元19的实施例以及带有该离合器-带轮-阻尼器实施例的FEMG***硬件的组装构造的截面视图。在该实施例中，包含减速齿轮4的齿轮箱16在齿轮箱的电动发电机端处接收电动发电机3。利用诸如螺栓的紧固件(未图示)，电动发电机3被固定到齿轮箱16的外壳。电动发电机3的转子轴18接合减速齿轮4的邻近的同轴定位的齿轮的对应中心孔，以允许电动发电机3和减速齿轮4之间的转矩传送。

在齿轮箱16的曲轴端，在该实施例中，通过穿过同轴减速齿轮4的螺栓(未示出)，与离合器-带轮-阻尼器单元19同轴对齐的减速齿轮4为了共同旋转而被联接到离合器-带轮-阻尼器单元19的带轮侧。该联接部的引擎侧部分(具有曲轴阻尼器6的部分)被构造成通过紧固件或者确保引擎侧部分6与曲轴共同旋转的其他合适连接而被联接到引擎曲轴的前端。如下面进一步描述的，齿轮箱16被分离地安装到将离合器-带轮-阻尼器单元19维持成与引擎曲轴的前端同轴对齐的结构。

图2B中的截面视图是从FEMG前端硬件上面观看的视图，图2C中的斜视截面图是在齿轮箱16的曲轴端处的视图。在该实施例中，齿轮箱、电动发电机和离合器-带轮-阻尼器单元组装件被布置成，电动发电机3被定位在引擎曲轴的左侧且在齿轮箱16的前侧(远离引擎前面的一侧)，其中，电动发电机3可以被定位在车辆的引擎冷却剂散热器20下面或者直接在其后面的空间中。替换性地，为了容纳不同的车辆布置，齿轮箱16可以与电动发电机3一起安装到齿轮箱16的后部，优选地，在引擎曲轴左侧横向的空间(例如，邻近于在引擎底部的油盘(oil pan))中。齿轮箱16进一步可以设置有双侧电动发电机安装特征，以使通用的齿轮箱设计可以用于具有前置式电动发电机的车辆应用以及具有被安装到齿轮箱后侧的电动发电机的车辆应用这两种应用中。

FEMG离合器-带轮-阻尼器单元实施例。

图3A-3C是图2A-2C的离合器-带轮-阻尼器单元19的部件的视图。当被组装时，由于带轮5、引擎侧部分6(此后，阻尼器6)和离合器15基本上轴向重叠，该单元在轴向方向上异常地窄小。在该实施例中，带轮5具有被构造成驱动附件驱动带(未图示)的两个带驱动部分21，例如，一个部分被配置成驱动包围离合器15的引擎冷却风扇7，另一个部分被配置成驱动诸如气体压缩机1的其他引擎附件。在此示例中的驱动带部分21同心地包围阻尼器6和离合器15(为了清楚，包围阻尼器6的带驱动部分21在图2B和2C中被省略)。

在离合器-带轮-阻尼器单元19内，离合器15包括两个轴向接合的爪形离合器元件25，26。如图2A-2C截面视图所示，在该实施例中，通过从离合器-带轮-阻尼器单元19的FEMG齿轮箱侧延伸通过轴向螺栓孔28的螺栓，中央核心爪形离合器元件25为了旋转而与阻尼器6固定。带轮5通过轴承34而旋转地支撑在中央核心元件25上。

中央核心爪形离合器元件25的外周的引擎侧部分包括外花键29，外花键29被布置成接合在轴向可移动的爪形离合器元件26的内周处的内花键30。外花键29和内花键30一直接合，以使可移动的爪形离合器元件26在沿着阻尼器旋转轴线轴向可移动的同时与阻尼器6一起旋转。

可移动的爪形离合器元件26也设置有轴向超前的爪扣(dog)31，爪扣31绕着元件26的齿轮箱侧(远离引擎的一侧)而周向地分布。这些爪扣31被构造成接合在带轮5的面对引擎侧的对应爪扣32之间的空间，如图3C所示。通过定位在阻尼器6和可移动的爪形离合器元件26之间的弹簧33，可移动的爪形离合器元件26在接合位置中被偏压在离合器-带轮-阻尼器单元中，如图2A所示。图2B和2C示出离合器脱离位置，在该离合器脱离位置，随着可移动的爪形离合器元件26朝向阻尼器6轴向上移位，弹簧33被压缩。

在该实施例中，离合器抛出杆27被同心地定位成在中央核心爪形离合器元件25内。抛出杆27的引擎侧端被布置成施加轴向离合器脱离力，该轴向离合器脱离力克服弹簧33的偏压而使爪形离合器元件26朝向阻尼器6轴向地移位，从而将其朝前的爪扣31从在带轮5的面对引擎侧的对应爪扣32脱离。在该实施例中，离合器抛出杆27的齿轮箱端设置有衬套303和轴承304，轴承304使衬套能够在抛出杆27旋转的同时保持静止。

通过离合器致动器22，离合器抛出杆27轴向移位以脱离和接合爪形离合器15。在该实施例中，离合器致动器22被气动致动，压缩气体进入在离合器致动器膜片41上方的装配件305，从而推动膜片41的中心部以与抛出杆衬套303接触，以使离合器抛出杆27朝向引擎轴向地移位以脱离离合器15。当压缩气体压力从离合器致动器解除时，膜片41远离引擎地回退，从而允许偏压弹簧33使抛出杆27和爪形离合器元件26朝向带轮5轴向地移位，以重新接合离合器爪扣31，32，从而带轮5与阻尼器6共同旋转。

图4示出离合器-带轮-阻尼器单元19的替换实施例，其中，离合器15是所谓的湿式多片离合器。湿式多片离合器包括以交替的方式键入到带轮5内周和阻尼器6的中心部外周的摩擦和从动片23。离合器片23通过阻尼器6和离合器致动器22之间的弹簧24而在轴向上压缩地偏压(在该实施例中，气动致动的离合器致动活塞)。通过弹簧24一起偏压堆叠的摩擦和从动片接合离合器15并且使得带轮5和阻尼器6绕着引擎曲轴的旋转轴线彼此共同旋转。当液压力被施加于离合器致动器22(在致动器的FEMG齿轮箱侧)时，弹簧24被压缩，从而允许交替的离合器摩擦和从动片23轴向上分离且从而将离合器15置于脱离状态，即，带轮5和阻尼器6独立地旋转的状态。

在该实施例中，液压力通过油供给，并且该油也用以冷却和润滑齿轮箱减速齿轮和其关联的轴承，并且冷却湿式多片离合器的摩擦和从动片。液压力的施加通过电磁阀(未图示)响应于来自FEMG电子控制单元13的指令而控制。离合器15的尺寸被定成确保可以在引擎曲轴和电动发电机之间传递的大量转矩将被离合器容纳而没有滑移。至此，由于离合器-带轮-阻尼器单元19的轴向重叠布置，单元的冷却设计应当被构造成确保在所有操作期间离合器片的充分冷却。虽然在该实施例中冷却通过在齿轮箱中循环的油来提供，但是也可以提供其他强制的或者被动的冷却布置，只要期望的离合器温度被维持在离合器的操作温度极限以下。

FEMG齿轮箱实施例。

图5是FEMG齿轮箱16的实施例的曲轴端处的轴承布置的详细截面视图。图6A-6C和7示出该齿轮箱实施例的斜视图，其中，一对齿轮箱蛤壳状外壳板35装入减速齿轮4，减速齿轮4包括带轮端齿轮36、惰轮(idler gear)37和电动发电机端齿轮38。

虽然在提供曲轴速度比电动发电机速度的期望比率的同时可以提供装配在特定引擎应用的可用空间内的任何齿轮比，但是，在该申请中，齿轮具有2：1的驱动比。齿轮36-38可以是正齿轮、螺旋齿轮或者如期望地具有适合特定的FEMG***应用的要求的其他齿轮齿(诸如双螺旋人字齿轮齿)。这种要求包括为了满足政府噪音排放所需要的齿轮噪音限制或者可以利用螺旋齿轮满足的驾驶者舒适度限制，诸如齿应力极限的机械强度限制，或者可以利用产生相等且相对的轴向推力部件的双螺旋人字形齿轮齿满足的轴向推力限制。

齿轮箱外壳利用轴承39可旋转地支撑减速齿轮36-38中的每个齿轮。带轮端齿轮36包括在其齿轮齿内部的周向环中的多个通孔40，该多个通孔40对应于在离合器-带轮-阻尼器的带轮5的前面部的孔。这些孔接收被构造成将带轮端减速齿轮36旋转地固定到带轮5以当被曲轴和/或被电动发电机驱动时共同旋转的紧固件。

带轮端减速齿轮36的中心具有中心孔，通过中心孔，气动动力爪形离合器致动膜片41定位在齿轮箱外壳的前面部。气动膜片41使活塞(未图示)轴向上伸长和回退，活塞被布置成接合爪形离合器元件26上的杯形件27，以控制离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器15的接合和脱离。膜片41在图5中示出为被气动离合器致动器22覆盖，而图7-8示出更简单、微小的膜片盖42，其面部上有压缩气体连接，其特别适用于空间受约束的FEMG应用。不管膜片盖设计如何，膜片41通过在当离合器致动器22或者盖板42被安装在齿轮箱外壳的前面部处的膜片孔上时生成的膜片的前面部上面的腔室中的压缩气体而起作用。压缩气体的准入和释放可以通过电磁阀(未图示)响应于来自FEMG控制模块13的指令而控制。虽然在该实施例中离合器致动机构是气动致动的膜片，但是本发明并不局限于特定的离合器致动器。例如，可以使用机电致动器，诸如被构造成延伸致动器杆以脱离离合器部件的电动螺线管。

图5和8提供安装该实施例的气动膜片致动器的进一步细节。在该实施例中，膜片安装环45的引擎侧被构造成支撑与带轮端减速齿轮36关联的前侧轴承39，并且在其前侧接收膜片41。轴承39可以通过任何的合适的装置保持且轴向支撑，诸如卡环，或者如图5所示，通过螺母46。一旦安装环被固定在图示的在齿轮箱外壳蛤壳状板35的前面部中的大孔中，则带轮端减速齿轮36和其轴承39以及膜片41相对于齿轮箱16的外壳而被轴向固定。

在齿轮箱16的电动发电机端，与电动发电机端减速齿轮38的旋转轴线对齐的轴孔43设置在外壳蛤壳状板35中的至少一个中，如图6A-6C和7所示。轴孔43尺寸定成允许电动发电机3的转子轴(该图中未图示)进入齿轮箱16并且接合电动发电机端齿轮38以共同旋转。

FEMG齿轮箱可以通过油冷却和润滑。油可以存储在自包含的油槽中，或者替换性地，在边远位置中，诸如外部容器或者引擎的油箱，如果引擎和齿轮箱共享同一油源的话。油可以通过齿轮的运动或者通过分配加压油的泵，诸如通过减速齿轮的旋转驱动的电动泵或者机械泵，而遍及齿轮箱循环，并且除润滑和冷却齿轮之外还可以冷却湿式离合器的离合器片。进一步，齿轮箱可以设置有积聚器，积聚器确保当泵产生的压力不能立即可用时加压油的储备量保持可用以例如致动离合器-带轮-阻尼器单元的离合器。在这种实施例中，受FEMG控制模块控制的电磁阀可以被用以释放加压油以操作液压离合器的致动器。

图9示出市场上可得到的齿轮箱的示例，其示出替换的电动发电机安装布置，其中电动发电机安装凸缘44提供利用紧固件将电动发电机安装到齿轮箱而不必将紧固件贯穿到齿轮箱外壳中的能力。

在上述实施例中，端减速齿轮36，38经由惰轮37而一直啮合接合。然而，本发明并不局限于该类型的单个减速并联轴齿轮箱。更确切些，可以是其他转矩动力传输布置，诸如链或带驱动，或者利用诸如与可切换联接部的旋转轴线成某一角度排列的转矩传送轴的部件驱动(例如，利用在垂直于可切换联接部的旋转轴线的轴线上旋转的传送轴的蜗杆齿轮驱动)，只要它们可以承受要被传送的转矩，而不需要太大以至于齿轮箱的轴向深度变成不可接受地大。这种替换的齿轮箱布置也可以用于电动发电机3不是平行于可切换联接部的旋转轴线排列而是反而被定位在齿轮箱16上并且根据需要排列以便于在有限空间的区域中安装的实施例(例如，电动发电机被附接在齿轮箱的一端，而其旋转轴线与齿轮箱转矩传送轴对齐，齿轮箱转矩传送轴不平行于可切换联接部的旋转轴线)。

本发明并不局限于减速比固定的一直啮合的布置，可以使用其他布置，诸如直径可变的带轮(与在一些车辆恒定速度传输中所使用的类似)或者可内部脱离的齿轮，只要齿轮箱的轴向深度不妨碍FEMG***部件在引擎前部的区域中的位置。

在优选实施例中，FEMG齿轮箱减速齿轮36-38的减速比是2：1，该减速比是被选择以将曲轴旋转速度更好地匹配到电动发电机3的高效操作速度范围的比率。

FEMG***硬件安装实施例。

如上所述，优选地，FEMG组件定位成使得电动发电机3被定位在向下偏移并且到支撑引擎的车辆底盘轨道的横向侧的引擎室的区域中。图10图示从车辆的前部朝向后部观看的这种布置。该图示出在该实施例中电动发电机3与引擎8的曲轴47(轴向上定位在齿轮箱16后面)、油盘48、纵向底盘轨道49和横置引擎安装件50之间的关系

在以上FEMG布置中，曲轴47、离合器-带轮-阻尼器单元19和引擎端减速齿轮36定位在同一旋转轴线上。为了确保该关系被维持，FEMG齿轮箱应当以确保引擎和齿轮箱之间没有相对移动，或者是横向于曲轴的旋转轴线或者是围绕曲轴轴线，的方式而定位在引擎前部。

虽然会可以以不直接将齿轮箱连接到引擎的方式(例如，通过从连接到保持引擎的底盘轨道的支架悬挂FEMG齿轮箱)安装FEMG齿轮箱，但是，优选地，直接将齿轮箱联接到邻近的车辆框架构件或者联接到引擎组。FEMG齿轮箱到引擎安装支架以及齿轮箱中安装孔的对应布置的示例如图10-14所示。

在图10中，FEMG齿轮箱16抵抗旋转或者相对于引擎8的横向运动而通过紧固件306直接固定到引擎8。图11示出一种替换方法，其中，转矩臂307(亦称拉杆)在一端处被附接到FEMG齿轮箱16的锚点308，且在相对端处被附接到邻近的框架轨道49，从而提供齿轮箱16的非旋转支撑。

进一步替换的FEMG安装方法如图12所示。在该实施例中，安装支架51设置有螺栓孔52，螺栓孔52布置在支架周围以与引擎组8中的对应孔对齐，其接收紧固件以提供用于FEMG齿轮箱的以引擎为中心的固定支撑。在该示例中，安装支架51的平坦底部布置成定位在弹性引擎安装件的顶部，如商用车辆引擎安装中通常所使用的。安装支架51的引擎侧部分是必须在离合器-带轮阻尼器单元下和/或离合器-带轮阻尼器单元周围延伸以达到FEMG齿轮箱安装支架部分，同时确保在支架内存在足够可用的余隙以允许离合器-带轮-阻尼器单元在其中旋转的支架的一部分，齿轮箱可以联接到FEMG齿轮箱安装支架部分。

图13和14示意地图示FEMG齿轮箱16在这种支架上的位置以及围绕FEMG减速齿轮36和安装支架51的FEMG侧的紧固件孔的对应分配。图13和14都示出FEMG齿轮箱16上和FEMG安装支架51的FEMG齿轮箱侧的对应紧固件孔53的周向布置。在图14中，安装支架51的引擎侧部分和FEMG齿轮箱侧部分通过在没有旋转的离合器-带轮-阻尼器单元19的空间中平行于引擎曲轴轴线延伸的臂54连结(为了清楚，这些图中未图示)。示意地图示的臂54是想要传达安装支架布置构思，需要理解，安装支架的引擎侧和FEMG齿轮箱侧之间的连接可以是以相对于引擎曲轴的运动而固定FEMG齿轮箱的方式将支架的前后侧连结的任何构造。例如，臂54可以是焊接或者螺栓接合到支架的前侧和/或后侧的杆，或者臂可以是在离合器-带轮-阻尼器单元19周围延伸的一体铸造的部件的部分。优选地，安装支架51被设计成使得其FEMG齿轮箱侧部分具有紧固件孔模式，该紧固件孔模式便于FEMG齿轮箱按需要相对于支架旋转(“计时”)，以便以各种角度对齿轮箱进行索引以使FEMG部件适应各种引擎布置，例如将FEMG***改装成各种现有车辆或者固定式引擎应用。

FEMG***电动发电机和电子控制实施例。

适用于附接到FEMG齿轮箱的电动发电机端的电动发电机的示例如图15所示。在该实施例中，电动发电机3的FEMG齿轮箱侧55包括多个螺柱56，多个螺柱56被构造成接合齿轮箱上的安装凸缘中的对应孔，安装凸缘诸如图9中示范性的齿轮箱16上示出的安装凸缘44。为了传送电动发电机3的转子和电动发电机端减速齿轮38之间的转矩，转子孔57接收延伸到减速齿轮38中的对应孔中的轴(未图示)。减速齿轮38与电动发电机3的转子之间的轴可以是分离部件，或者可以是一体地形成有转子或者减速齿轮。轴也可以按压到转子和减速齿轮中一个或者两个，或者可以能够轻易地通过使用诸如轴向花键或者螺纹连接的可移位连接部而分离。

在该实施例中，电动发电机3也容纳FEMG***的几个电子部件，以及如下面进一步讨论的，用作电动发电机3与FEMG***的控制和能量存储部件之间的电接口的低电压连接件58和高电压连接件59。

优选地，电动发电机3尺寸被定成至少提供引擎起动、混合动力发电以及引擎附件驱动能力。在一个实施例中，如图16的图表所示，具有直径为220mm左右且纵向深度为180mm左右的尺寸的电动发电机在0rpm时提供近似300Nm的转矩用于引擎起动，并且在4000rpm附近提供高达近似100Nm用于操作引擎附件和/或向引擎曲轴提供补充转矩以帮助推进车辆。FEMG齿轮箱的减速比为2：1的情况下，该电动发电机速度范围被良好地匹配到典型的商用车辆引擎的速度范围，为0到近似2000rpm。

FEMG电动发电机设计通过热学、机械和电气考虑而约束。例如，在起动期间电动发电机的温度上升被相对短的时长的起动操作而相对限制的同时，仅当电动发电机正在驱动一个以上的诸如引擎冷却风扇的要求苛刻的引擎附件时，从马达输出的所需要的转矩可以在50Nm到100Nm的范围。在没有足够的电动发电机冷却的情况下，在持续的高转矩输出条件期间温度上升会可能是显著的。例如，在15A/mm²的电动发电机绕组中的电流密度J时，绝热温度上升会可能在30℃左右。因此，优选地，FEMG电动发电机设置有诸如图17所示的示例的强制冷却，其中，引擎冷却剂或者冷却油(诸如来自齿轮箱油路的油)经过电动发电机中的冷却流体通道60循环。特别优选地，冷却通道60的一部分61也被递送以向安装在电动发电机3上的FEMG***电子元件提供冷却。

所选择的电机类型也可能引入限制或者提供具体优势。例如，在感应式电动马达中，使用逆变器(通量相应增加)，击穿转矩可以增加10-20％，并且典型地，击穿转矩较高，例如，机器额定值的2-3倍。另一方面，如果永磁体式机器被选择，则必须避免过多的定子激励电流，以使永磁体的退磁可能性最小化。虽然物理布置和操作温度可以影响退磁有问题的点，但是典型地，在显著的退磁被注意之前，必须经历比额定电流两倍大的电流值。

着眼于这种因素，电动发电机3的优选实施例将会具有在其的额定操作范围的150％下操作的性能。例如，电动发电机可以具有4000rpm的额定速度，6000rpm的最高速度等级(对应于3000rpm的最大引擎速度)，和在4000rpm时60KW左右的容量。在额定电压400V的情况下操作的这种电动发电机将被预期要提供近似100Nm的连续转矩输出，用于诸如20秒的短时长的150Nm的引擎曲柄转矩，以及在300Nm的0rpm时的峰值起动转矩。

在该实施例中，FEMG电动发电机3以及FEMG***的其他部件受中央FEMG控制模块13、电子控制器(“ECU”)控制。相对于电动发电机，FEMG控制模块：(i)控制电动发电机的操作模式，包括转矩输出模式、发电模式、空闲模式(idle mode)和关机模式，在转矩输出模式中，电动发电机输出经由离合器-带轮-阻尼器单元要被传送到引擎附件和/或引擎曲轴的转矩，在发电模式中，电动发电机产生用于存储的电能，在空闲模式中，电动发电机既不产生转矩也不产生电能，在关机模式中，电动发电机的速度被设定为0(当没有引擎附件操作需求并且离合器-带轮-阻尼器单元的离合器脱离时可能的模式)；并且(ii)(如被采用的离合器致动器的类型所要求的，经由诸如电磁阀和/或继电器的部件)控制离合器-带轮-阻尼器单元的接合状态。

基于各种传感器输入和预定的操作标准，如下面进一步讨论的，诸如能量存储部11的充电状态，在能量存储部内的高电压电池组的温度水平，以及电动发电机3上的当前或者预期的转矩需求(例如，实现期望的引擎附件旋转速度以获取期望水平的引擎附件操作效率所需要的转矩)，FEMG控制模块13控制电动发电机3和离合器-带轮-阻尼器单元19。FEMG控制模块13也监测电动发电机以及引擎曲轴相关的速度信号，以通过在给离合器致动器发信号以接合离合器之前确保离合器的曲轴侧和带轮侧部分是速度匹配的，而使损坏离合器部件的潜在性最小化。

FEMG控制模块13使用数字和/或模拟信号与其他车辆电子模块通信，都是为了获取用于其电动发电机和离合器-带轮-阻尼器控制算法的数据，并且与其他车辆控制器配合以判定整个***操作的最优组合。在一个实施例中，例如，FEMG控制模块13被构造成从制动控制器接收信号以在发电模式下操作电动发电机，从而响应于来自驾驶者的相对低的制动需求而提供代替应用车辆的机械制动的再生制动。FEMG控制模块13被编程为，一旦接收到这种信号，即评估当前车辆操作状态并且给制动控制器提供指示正发起再生制动的信号，或者替换性地，指示不期望有电能产生并且制动控制器应当指令致动车辆的机械制动器或者减速器的的信号。

图18提供FEMG***中电子控制的集成化的示例。在该实施例中，FEMG控制模块13接收并输出信号，越过车辆的CAN总线与传感器、致动器及其他车辆控制器通信。在此示例中，FEMG控制模块13与电池管理***12、与引擎控制单元63且与FEMG***的电能管理部件通信，电池管理***12监测能量存储部11的充电状态及其他相关的能量管理参数，引擎控制单元63监测引擎传感器并且控制内燃引擎的操作，FEMG***的电能管理部件包括功率逆变器14，功率逆变器14处理车辆的DC能量存储部和电气消耗件(图中未图示)之间、AC电动发电机3和电气总线的DC部分之间的AC/DC转换。FEMG控制模块13进一步与车辆的DC-DC转换器10通信，DC-DC转换器10管理适用于消耗装置的电压的电能分配，例如，从能量存储部11的400V电力转换到车辆的12V电池9及诸如灯、无线电、电动座椅的车辆的各种12V设备所需要的12V。

图18也图示从传感器64(例如，电动发电机离合器位置传感器101、电动发电机速度传感器102、引擎附件离合器位置103、气体压缩机状态传感器104、动态热发生器状态传感器105、FEMG冷却剂温度传感器106、FEMG冷却剂压力传感器107、和12V电池电压传感器108)输入到FEMG***控制算法中的数据的通信，传感器64与电动发电机3、离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器、各种引擎附件1以及12V电池9关联。

FEMG控制模块13接收和交换的许多信号越过车辆的符合SAE J 1939标准的通信和诊断总线65而传输到其他车辆设备66(例如，制动控制器111、减速器控制器112、电子气体控制(EAC)控制器113、变速控制器114、和仪表板控制器115)/从其他车辆设备66被传输。表1中提供该类传感器与交换的操作信号和变量以及它们相应的来源的示例。

表1

来自FEMG控制模块13的输出包括控制电能产生或者来自电动发电机3的转矩输出的指令，用于接合和脱离离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器的指令，用于接合和脱离单独的引擎附件1的离合器120的指令(下面进一步讨论)，以及用于操作FEMG冷却剂泵121的指令。

FEMG***部件的FEMG控制模块***控制。

除控制电动发电机以及其与引擎曲轴的离合连接之外，在该实施例中，FEMG控制模块还具有控制任一单独离合器或者所有单独离合器的接合状态的能力，该单独离合器将引擎附件连接到带轮5驱动的附件驱动带，从而容许FEMG控制模块根据车辆的操作状态而选择性地将不同的引擎附件(诸如空调压缩机2或者车辆的压缩气体压缩机1)连接到附件驱动部和使不同的引擎附件与附件驱动部断开连接。例如，当操作条件容许时，FEMG控制模块的算法可以优先考虑电能产生并且判定一些引擎附件不需要操作。替换性地，FEMG控制模块被编程为，响应于要求操作附件的优先情形而操作引擎附件，即使这样做将不会导致高的整体车辆操作效率。后者的示例将会是接收压缩气体存储罐低压力信号，使接合气体压缩机的离合器和以足够高的速度操作带轮5来确保足够的压缩气体被存储从而满足车辆的安全需要(如，用于气动制动操作的足够的压缩气体)成为必要。另一示例将会是指令电动发电机和引擎冷却风扇离合器以足够高的速度操作引擎冷却风扇来确保充分的引擎冷却，从而防止引擎损坏。

优选地，FEMG控制模块设置有引擎附件操作性能数据，例如，以存储的查阅表的形式。利用引擎附件操作效率信息，当离合器-带轮-阻尼器单元离合器脱离时将电动发电机的操作速度可变地控制到几乎任何期望的速度的能力，以及从传感器和车辆的通信网络接收到的车辆的操作状态的知识，FEMG控制模块13被编程为，判定和指令对于给定操作条件导致高水平的整体车辆***效率的优选电动发电机速度以及引擎附件离合器接合状态的组合。

在整体***效率可以通过有大量单独引擎附件离合器(包括开闭、多级而或者滑动可变的离合器)而被改进的同时，即使没有单独附件离合器，FEMG控制模块13也可以使用引擎附件性能信息来判定使得带轮5以满足当前***优先级的速度旋转的优选的电动发电机操作速度，该优先级是否增强***效率，从而确保满足最重的引擎附件需求，或者满足另一优先级的速度旋转的电动发电机操作速度，该另一优先级诸如在确保足够的电能在车辆停止之前被存储的预想事件之前在预定时间充分开始对能量存储部11充电。例如，在该实施例中,FEMG控制模块被编程为，判定能量存储部11的当前充电状态和预想的驾驶者休息时段之前可用的时间量，并且发起以将导致引擎关闭时有足够的能量支持车辆***操作(诸如睡眠车厢空调)重置时段的预想时长(例如，8小时过夜休息时间)的速率而对能量存储部11进行的电动发电机充电。

不管有的单独引擎附件离合器的数量如何，都适用类似的原理，即，FEMG控制模块可以被编程为，不管是否有几个、很多单独引擎附件离合器还是没有单独引擎附件离合器，都以满足算法中建立的优先级的方式而操作电动发电机3和离合器-带轮-阻尼器单元离合器15。类似地，各种优先级方案可以被编程到FEMG控制模块中以适合特定的车辆应用。例如，在优选实施例中，能量效率优先算法可以超出对带轮速度和单独引擎附件离合器接合的什么构造对于最高优先级的引擎附件提供最优操作效率的简单分析，而是也可以判定如果存在在仍然满足车辆***需求的同时还使整体车辆效率最大化的带轮速度，那么以折衷的带轮速度的引擎附件的组合的操作是否将会在保持满足优先级附件的需求，即以与它们相应的最高效率操作点偏离的速度操作单独引擎附件中的每一个的同时导致整体***效率更大。

FEMG电能产生、存储和电压转换实施例。

本实施例中的功率电子器件和电流分布之间的关系在图19中更详细地示出。三相交变电流电动发电机3经由高电压连接件连接到AD/DC功率逆变器14。电动发电机3所产生的电能被转换成高电压DC电流以被分配在DC总线网络67上。相反地，DC电流可以被供给到双向功率逆变器14，以转换成AC电流从而驱动作为产生转矩的电动马达的电动发电机3。

诸如逆变器14的双向AC/DC功率逆变器的已知实施例如图20所示。该布置包括六个IGBT功率晶体管构造，基于矢量控制策略，切换信号从控制器(诸如从FEMG控制模块13)提供到控制线路68A-68F。优选地，用于功率逆变器14的控制模块定位成远离功率逆变器的IGBT板不多于15cm。如果期望使DC总线67上的电气噪音最小化，则滤波器69可以***功率逆变器和DC总线余下部分之间。

图19也示出两个主要的DC总线连接，功率逆变器14和能量存储部11之间的高压线路。该图中的双向箭头指示DC电流可以从功率逆变器14传递到能量存储部11以增加其充电状态，或者可以从能量存储部流动到DC总线67以分配到功率逆变器14从而驱动电动发电机3或者到连接到DC总线的其他DC电压消耗件。在该实施例中，DC/DC电压转换器70设置在DC总线和能量存储部11之间以将电动发电机3所产生的在DC总线上的DC电压适配成能量存储部的优选操作电压。图19也示出，DC总线67也可以连接到适当的电压转换器，诸如将来自诸如静止式充电站的非车载电源310的电能转换成DC总线67上的电压，以容许当车辆停驻时独立于电动发电机3对能量存储部充电的AC-DC电压转换器309。

除DC电流往返于能量存储部11的双向流动之外，DC总线67还将高电压DC电流供给到车辆电气消耗件，诸如车灯、无线电及其他典型的12V供电装置，以及到120V的诸如驾驶者睡眠车厢空调和/或制冷机或者烹调表面的AC电流装置。在这两种情况下，适当的电压转换器设置成将DC总线67上的高电压转换成有适当电压的适当DC或者AC电流。在图19所示的实施例中，DC/DC转换器71将额定电压大约为400V的DC电流转换成12V的DC电流，以对一个以上常规的12V电池72充电。因而，车辆的通常的12V负载73按需要设置有12V电力的要求量，而不需要使引擎配备有分离的引擎驱动12V交流发电机，从而进一步在增加整体车辆效率的同时节省了重量和成本。图形21图示诸如DC/DC转换器71的前向DC/DC转换器的已知实施例，其中，通过将FEMG控制信号提供到晶体管驱动电路74以经过DC/DC转换器的变压器77的初级绕组76管理电流流动，FEMG控制模块13控制来自DC总线67的高DC电压到12V输出部75的转换。

双向高电压DC/DC转换器70是所谓的“降压加升压”型的电压转换器，诸如如图22所示的已知电气布置。图23示出，当图22中的电子控制开关S被致动时，输入电压Vin如何以脉冲方式驱动穿过电感器L和电容器C的对应电流振荡，导致了持续输出电压vo，其绕着基准电压<vo>平顺地振荡。

可以通过将几个电子部件集成到电动发电机的外壳中，而满足保持功率逆变器14和电动发电机的三个AC相位线路之间的距离短的期望，如图24所示。在与面对齿轮箱16的一侧相对的电动发电机的一侧，用于三个AC相位78A-78C的导线出现并且连接到电路板84的高电压部分79(图24中，电路板84到虚线左边的部分)。至于AC相位连接的右边，功率逆变器集成到电路板84，而IGBT组80定位在IGBT驱动电路81下。

同样共同定位在电路板84上的是包含抑制电气噪音的电磁干扰(EMI)滤波器和DC电力电容器的部分82，以及FEMGECU的嵌入的微型控制器83。虚线表示从低电压部分86起的高电压部分79的电绝缘体85，其经由电连接件58与FEMG***的余下部分和车辆部件通信。电动发电机3所产生的或者电动发电机3从能量存储部11接收到的高电压和高电流从电路板84的高电压部分79经由电路板的外表面后面的电路路径(未图示)而传递到高电压连接件59。

这种高程度的电动发电机和电力电子集成的优势有，简化且成本更低的安装，使越过电动发电机和电力电子之间更长距离的连接的电气损耗最小化，以及由电动发电机已有的强制冷却对电力电子提供冷却而不需要额外的专用电子冷却布置的能力。

FEMG***能量存储和电池管理控制器实施例。

在该实施例中用于能量存储部11的存储电池是基于锂化学的，具体地，为锂离子电池。相较诸如铅酸化学作用的常规电池，锂离子具有几个优势，包括重量更轻，对“快速充电”充电速率的兼容性更好，功率密度高，能量存储和返回效率高，以及循环寿命长。

能量存储部11尺寸定成能够从电动发电机3接收非常大的电流和将非常大的电流供给到电动发电机3，而曲轴驱动的电动发电机可以产生千瓦级的电功率，当离合器-带轮-阻尼器单元与引擎曲轴脱离时，除要求足够高压的电流以产生100Nm以上的转矩来驱动引擎附件之外，能量存储供电的电动发电机可以要求300峰值安培的高压电流以起动柴油引擎。

在特大电容器能够处理FEMG***的峰值电流需求的同时，能量存储部11的电池部分尺寸定成能够提供持续电流放电速率和总能量输出，以满足最需求的电流需求。基于商用车辆操作的经验，在该实施例中，能量存储部11的电池部分尺寸定成确保每小时以等效的58KW良好操作十分钟(对应于只通过电动发电机一定间隔地以其最高速度操作引擎冷却风扇的动力需求，以及并存的空调和气体压缩机的使用)。计算示出了，假定功率逆变器14的操作效率为95％，每小时58KW地放电10分钟将会要求从能量存储部11收回10KWh(千瓦时)的能量。利用400V的***电压，这种放电量要求能量存储部电池具有近似15Ah(安培时)的存储容量。

除计算最小化的电池容量以满足预期的最大车辆需求之外，能量存储部11的电池部分的设计也考虑了基线操作需要。例如，存在不完全地使能量存储部电池放电的操作期望，既避免遇到能量存储部不能满足紧急车辆需要的情形(诸如当电动发电机***作为引擎起动装置时不能够起动引擎)，也避免因为放电到电池单元制造商推荐的最低单元操作电压以下(对于3.8V-4.2V锂基电池单元，典型地,不低于1.5-2V/单元)而造成的潜在性的电池单元损坏。因此，本实施例的能量存储部的设计包括最大放电需求不将能量存储部的电池部分放电到容量的50％以下的要求。该要求导致能量存储部11具有30Ah的电池容量。

在设计目标为30Ah并且使用每个的单独额定电压为3.8V且以0.3C的放电速率放电容量为33Ah的锂离子电池(这种电池单元重量为0.8Kg(公斤)且矩形尺寸为290mmx216mm x 7.1mm)的情况下，判定所期望的能量存储能力(400V时30Ah)可以通过将4个单独的电池单元串联地包装以产出额定电压为15.2V的33Ah的电池模块，并且然后将这些电池模块串联的连接28以提供电池组而被提供，该电池组在额定电压为15.2V/模块x28模块＝425V(典型地，实际的操作电压等于或低于400V)时容量为33Ah。该电池组重量为近似90Kg(没有外壳)并且体积为近似50公升(liter)，该重量和尺寸容易与商用车辆的底盘轨道一起容纳。

能量存储部11设置有电池管理***(BMS)12。BMS控制模块监测电池组的充电状态和温度，处理诸如单元平衡的电池维护任务(监测和调整单独电池或者电池组的充电状态)，并且将电池组状态信息通信到FEMG控制模块13。电池管理***12可以与FEMG控制模块13一起共同定位或者定位在远离能量存储部11中的电池组的另一位置；然而，与能量存储部11一起安装电池管理***12容许模块能量存储***部署和替换。

关于能量存储部11接收和排放大量高压电流的另一设计考虑是需要冷却。在本实施例中，要求冷却的FEMG部件、能量存储部11、电动发电机3、功率逆变器14、齿轮箱16和离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器15之中，电池存储11对于冷却以避免由于超过温度条件而损坏具有最大的需要。锂离子电池的优选温度操作范围是-20℃到55℃。这些温度与操作温度极限比较，操作温度极限对于电动发电机3大约为150℃，对于功率逆变器14为125℃，并且对于齿轮箱16(以及，如果离合器是油浴湿式离合器，则离合器15)为130℃。在该实施例中，通过使所有主要FEMG部件被在齿轮箱中循环的、用于润滑和冷却的油冷却，显著节省了复杂度和成本。如果能量存储部11电池组接收冷却油作为驱散来自油的热量的气体/油散热器下游的第一部件，即，在冷却油再循环并且吸收来自油冷却回路中的其他FEMG组件的热量之前，则这是可能的。该布置确保，在油遇到电动发电机、功率逆变器和齿轮箱温度更高之前，电池组接收在允许电池组保持在55℃以下的温度的冷却油流动。

FEMG***能量存储充电状态判定算法实施例。

可以以各种方式判定能量存储部电池的充电状态。图25是在本发明中可使用的已知的电池管理***充电状态估算控制算法的示例。在第一步骤S101中，电池管理***12在起始时初始化(“接通”)。步骤S102代表BMS的通过所谓的“库仑计数”方法对电池的充电状态的估算，这里，通过对电池单元和组电压(V，T)和温度采样以建立估算的基线充电水平，并且从此初始点追踪引入到电池组中和从电池组取出的电流量(I)。

然而，虽然追踪充电状态的该方法具有以相对便宜的技术提供实时、非常准确的电流流动监测的优势，但是，它不提供由于电池单元因为不期望的化学反应而自放电的现象所导致的从电池损失的充电量的可靠指示。因为该现象强烈依赖于温度并且能够导致步骤S102中未被检测到的大体充电损失，所以，在该实施例中，电池管理***也执行额外的充电状态估算步骤S103，即，所谓的“在环路之前”方法。在该充电状态估算方法中，电池的开路电压被测量，并且该电压与存储电压/充电状态值比较，以提供电池充电水平的估算，其固有地解释了先前的自放电损失。此外，通过与先前存储的信息比较，可以估算自放电的速率，并且根据该自放电速率，可以估算电池的健康状态(即，高的自放电速率指示电池的健康度与新的时比较降低了)。

“在环路之前”的方法的缺点为，它不能容易地实时使用，因为能量存储部11的电池组被用于按需要接收和排放高压电流以支持进行中的车辆操作。结果，当能量存储部的电池在没有电流被电池组接收或者从电池组排放的状态下时，仅仅施行步骤S103中的基于开压的充电状态和健康状态估算。如果不能进行步骤S103估算，则该电池管理***例程行进到步骤S104，并且最近的电池充电状态和健康状态的步骤S103估算用于随后的计算。

基于单元和组电压、温度、来自步骤S102的电流输入和输出以及解释自放电作用的最近的步骤S103校正因素，在步骤S104中，电池管理***计算对于FEMG***内的能量存储部11的操作可用的适当的充电和放电功率极限，并且执行单元平衡算法以辨识要求充电均等的电池单元并且施加适当的选择性的单元充电和/或放电，以使4单元模块内和28个模块之间的单元电压均等。当锂离子电池在使用时，单元平衡特别重要，因为这样的单元可以以彼此不同的速率老化和自放电。结果，随时间变化，单独的电池单元可以发展出接受电荷的不同能力，即，可能导致模块中(或者不同模块之间)的一个以上的单元过度充电而其他充电不足的情况。在任一情况下，明显过度充电或者充电不足的电池可能会受到不可挽回的损坏。

在步骤S105中，电池管理***12将电池组状态信息通信到FEMG控制模块13，包括关于对于电池的当前充电状态所要求的功率极限和温度的信息。与步骤S106中并行地，电池单元数据存储在储存器中，用于将来的单元监控迭代。一旦电池组状态判定和单元平衡例程完成，控制返回到充电估算控制环路的开始，使得自放电速率数据在环路开始时可用，以在随后步骤中使用。

FEMG***操作模式和控制算法实施例。

在该实施例中，FEMG***在几个模式下操作，包括发电机模式、马达模式、空闲模式、关闭模式和停止/起动模式。选择用于当前操作条件的模式至少部分地基于能量存储部11的当前充电状态，其中，FEMG控制模块13被编程为，基于从电池管理***12接收到的数据而识别最小充电水平，在该实施例中，最小充电水平为充电容量的20％，中间充电水平为40％，最大充电水平为80％(该水平被选择以确保能量存储部免受电池过度充电，特别是在单个电池单元自放电已生成单元不平衡状况的情况下)。

在发电机模式中，每当能量存储充电状态在最小充电水平以下时，则离合器15被接合并且电动发电机3被驱动以产生用于存储的电能，并且离合器将会保持接合直到达到中间充电状态水平为止。一旦达到中间充电状态水平，则FEMG控制模块13按需要在发电机、马达、空闲和关闭模式之间切换。例如，如果电动发电机3在离合器15脱离的情况下操作以驱动引擎附件，则当制动、减速或者负转矩情况出现时(只要能量存储部11充电状态保持在最大充电状态水平以下)，FEMG控制模块指令切换到发电机模式并且接合离合器15以对能量存储部11充电。

当在离合器15脱离的马达模式下时，为了提供无限可变的速度控制，FEMG控制模块13调节被逆变器14输送到电动发电机3的电流的幅度和频率。该能力容许电动发电机3以驱动带轮5的方式操作，于是引擎附件被带轮5以满足当前操作条件的需求的速度和转矩输出水平驱动，而没有由于以不必要的高的速度和转矩输出水平操作而造成的能量浪费。FEMG***对电动发电机3的可变输出控制具有额外的益处，其使必须从能量存储部11输送的存储电能量的量最小化，减小了能量存储充电需要并且延长了在达到最小充电状态之前能量存储部11可以供给高压电流的时间长度。

如果能量存储部11中的充电水平在最小水平以上，没有制动、减速或者负转矩条件存在，并且引擎附件不需求来自电动发电机3的转矩，FEMG控制模块13触发空闲模式，其中，离合器-带轮-阻尼器19的离合器15脱离，并且电动发电机“关闭”，即，不***作以产生用于存储的电能或者产生用于驱动引擎附件的转矩。

在发电机、马达或者关闭模式中的任一模式下，如果引擎要求来自电动发电机的转矩输出协助，FEMG控制模块可以指令离合器15接合，并且同时指令电能从能量存储部11供给到电动发电机以转化成要被传送到引擎曲轴的补充转矩。

FEMG控制模块额外地被编程为，防止不想要的能量存储部11的过度放电。例如，在该实施例中，当引擎冷却风扇7的转矩和速度需求在其设计最大需求的90％以上时，离合器-带轮-阻尼器19的离合器15被接合以从引擎曲轴机械地驱动引擎冷却风扇7(并且因此也驱动其他接合的引擎附件)。这容许电动发电机3在空闲或者发电机模式下操作，以便避免潜在性地损坏能量存储部11的深度放电，以及避免存储能量不足以支持引擎关闭负载(例如，在引擎关闭休息时段期间引擎起动或者睡眠车厢支持)的充电状态条件。

额外的操作模式是起动模式，用于初始起动冷引擎和启停功能(即，在停止和在行驶恢复时重新起动之后使引擎关机)。在该实施例中，启停功能受FEMG控制模块13控制。当适当的条件存在时(如，能量存储部11充电状态在用于引擎起动的最小阈值以上，足够时段内车辆速度为0，变速器为空挡或者变速器离合器脱离，车门闭合等)，FEMG控制模块给引擎控制模块发信号以使引擎关机，从而使燃料消耗和不期望的引擎怠速噪音最小化。当车辆要恢复运动时，如诸如制动踏板释放的信号或者变速器离合器的操作所指示的，FEMG控制模块13指令离合器15的接合并且能量从能量存储部11供给以操作电动发电机3从而产出用于引擎起动的大量转矩。在引擎关闭时段期间是否没有引擎附件操作需求的情况下(在该情况下，不会有带轮-曲轴速度匹配的需要，因为离合器的两侧会都为0速度)，引擎起动转矩的输送从为0的电动发电机初始旋转速度起出现。替换性地，如果在引擎关机时段期间电动发电机3已经驱动带轮5以给引擎附件供以动力，则当离合器15被接合时，电动发电机3会被指令为减缓到离合器损坏会出现时的旋转速度以下。在爪形离合器的情况下，这可能是为0速度或者附近，而湿式多片离合器会更好地兼容离合器的带轮侧和静止曲轴侧之间的一些相对运动。

FEMG***进一步可以存储足够能量以容许动态热发生器操作以在冷起动之前预热冷式引擎，显著地减少了在冷起动期间冷式引擎会对电动发电机带来的阻力。通过减小电动发电机被设计成提供的超出车辆预期操作条件的峰值冷起动转矩需求，动态热发生器的使用也造成电动发电机的尺寸、重量和成本减少的可能性。

电动发电机被设计成提供的超出车辆预期操作条件的峰值冷起动转矩需求也可以通过其他协助装置减少。例如，如果引擎起动转矩通过由车辆的压缩气体存储供以动力的气动起动器马达补充，则马达电动发电机的尺寸可以减小。气动起动器马达的尺寸可以被最小化，以确保它可以与FEMG部件一起定位在引擎前部，因为气动起动器马达的尺寸不需要被定成能够通过自己起动引擎。相比于保持常规的电动引擎起动器马达以旋转引擎飞轮的选项，这种冷起动协助成本会更低并且重量更低，并且对能够通过FEMG***获得的***能量效率改进具有可以忽略的影响。

FEMG***引擎附件操作速度和电动发电机操作速度判定算法。

在图26和27的流程图的协助下，说明FEMG***控制策略的实施例，接下来是该策略的根本基础的简要讨论。

作为通用情况，更高的燃料节省可以通过使引擎附件及其他部件被电动驱动的时间量最大化而获得，而不是通过传统上提供的引擎机械动力。改进电能部署的控制策略是获得这些改进的重要部分。本发明的方法是在使驱动附件所要求的电动机械的数目最小化的同时，使可以被电动驱动的部件的数目最大化。因而，在本发明中，单个电动马达(诸如电动发电机3)提供机械转矩输出和电能产生两者，而不是为车辆的大部分或全部动力需求部件提供他们自己的电动马达。这种单个电动发电机方法与控制策略相结合，该控制策略确保最多需求的或者最高优先级的引擎附件或者其他部件的需要被满足，而同时，通过将其操作适配到已经设定成满足最大需求的条件实际程度，而使其他附件或部件的低效操作最小化。在下面讨论的控制策略中，单独引擎附件设置有离合器，其依据附件，容许它们被选择性地关闭，以由具有最大需求或者最高优先级的附件规定的速度被驱动，或者以使用可变接合的离合器减小的速度被驱动。

当引擎附件通过引擎曲轴被驱动时，即，当离合器15被接合时，每个引擎附件在对应于这些附件会如何在没有FEMG***的常规引擎应用中操作的“基线”或者“原始”控制策略(OCS)下被机械地驱动。在这种策略中，具有单独离合器的附件根据它们的单独基线控制机制而***作，而它们的离合器以与非混合动力内燃引擎应用中相同的方式被完全地接合、部分地接合或脱离。

相比之下，当离合器-带轮-阻尼器单元离合器15脱离并且引擎附件开始通过使用来自能量存储部11的能量的电动发电机3供以动力时，FEMG控制模块可变地控制带轮5的速度，于是引擎附件驱动带以满足当前车辆需要的方式驱动带，而没有提供比当前操作条件下要求的附件驱动转矩多的附件驱动转矩。在这种可变速度控制(VSC)策略下，FEMG控制模块13使用存储的关于单独引擎附件的操作特性的数据，以用进一步使在马达模式下驱动电动发电机3所要求的电能量最小化的方式同时地控制各种附件(FEMG控制模块13可以直接控制附件，或者发布信号到诸如引擎控制模块的其他模块，以指令执行期望的附件操作)。另外，尽管对于每个附件已经绘制了最有效或者期望的操作速度，但是，因为电动发电机3以一个带速度驱动同一带上的所有引擎附件，所以，当一个附件以其最优速度操作时，其他附件可能以非最优的操作点操作。因此，FEMG控制模块13将每个附件的优选操作速度与当被电动发电机3以足以满足最大附件需求的速度驱动时它们的速度比较，并且判定附件的单独离合器是否可以被致动以产出更接近于单独附件的优选操作速度的单独附件速度。如果可能，则FEMG控制模块将取代通常的附件离合器控制策略并且按需要激活附件离合器以输送提供改进的效率的单独附件速度。

选择适当的引擎附件速度开始于对于当前操作条件确定每个附件的期望的理想操作速度，使用诸如图26所示的控制逻辑。

一旦起动附件速度判定算法，在步骤S201中，FEMG控制模块13从其储存器201检索关于从车辆的传感器及其他控制器获得的当前车辆操作条件的数据，并且判定当前操作条件，大部分的该数据根据SAE J1939网络协议经由CAN总线被提供到FEMG控制模块13。该操作是在步骤S202中判定当前操作条件是否要求操作特定附件，诸如引擎冷却风扇。如果附件被开启，则例程行进到步骤S203，以判定附件是否经由单独的附件多速度离合器而联接到附件驱动部。

如果在步骤S203中，FEMG控制模块13判定有这种附件离合器，则例程行进到步骤S204，用于确定对于判定的操作条件期望的附件操作速度会是什么。在施行步骤S204的过程中，FEMG控制模块13访问例如以查阅表、特性曲线或者数学函数形式的信息202，根据该信息202，可以探知附件在当前操作条件下有效操作的附件操作速度。在步骤S205中，当其离合器被完全地接合时，FEMG控制模块13将确定的期望附件操作速度与附件的速度比较，并且调节附件离合器以设定适当的对应离合器操作状态(如，在可变滑动离合器中的离合器滑动程度，或者有诸如3个速度的离合器的多个离散速度的离合器中的特定减速比)。在根据情况适当调节附件离合器之后，在步骤S207中，FEMG控制模块13核查以查看FEMG***马达模式是否已结束(即，判定电动发电机3是否继续经由带轮5驱动附件驱动部)。如果***还在马达模式下操作，则控制返回到附件速度判定处理的起点以鉴于进行中的操作条件而继续评估附件速度需要。如果在步骤S207中马达模式被判定为结束了，则图26例程结束。

如果在步骤S203中，FEMG控制模块13判定没有多速度附件离合器(即，附件速度不能相对于引擎速度而被调节)，则例程直接行进到步骤S206以指令附件的离合器将附件完全地联接到附件驱动部。然后控制转变到步骤S207，其中，施行上述马达模式评估。

图26算法是图27所示的本实施例的整体引擎附件控制策略的组成部分。在FEMG***算法开始时，在步骤S301中，FEMG控制模块13从其储存器201检索从电池管理***12接收到的数据，以判定能量存储部11的充电状态。接下来，在步骤S302中，FEMG控制模块13从储存器201检索从车辆的传感器及其他控制器获得的关于当前车辆操作条件的数据，以判定引擎操作的当前操作条件(在该实施例中，步骤S302中的评估提供图26附件速度判定算法的步骤S201中所要求的信息，因而下面不需要在步骤S322中重复)。

在判定当前操作条件之后，FEMG控制模块13判定FEMG***应当操作的模式并且由此指令离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器15的接合或者脱离(步骤S303)。如果离合器15要在带轮5联接到阻尼器6(于是到引擎曲轴)的接合状态下，则可以通过FEMG控制模块13或者另一附件控制模块施行利用引擎驱动带轮5附件要如何***作的判定。在图27中，在步骤S311，FEMG控制模块13将引擎附件离合器的控制传递到车辆的引擎控制模块(ECM)，其可以以可与原始控制策略(OCS)比较的方式确引擎附件速度。在步骤S311中附件控制手动关闭之后，处理在步骤S312结束。

如果在步骤S303判定为电动发电机3要电驱动附件(即，“离合器-带轮-阻尼器单元19的离合器15在带轮5与阻尼器6断开联接并且于是与曲轴断开联接的脱离状态下”的“马达模式”)，则在该实施例中，使用变速控制(VSC)策略而控制电动发电机3。

这里，通过考虑关于所有附件的特性和步骤S321中评估的变量的信息，通过在步骤S322中首先针对每个附件确定优选的附件操作速度，来实施VSC策略。

在步骤S323中，FEMG控制模块13判定是否可以被电动发电机3驱动的至少一个附件是“开启”的，即，在其要被电动发电机3经由带轮5驱动的状态下。如果在当前条件下没有附件操作需求，则控制返回到步骤S303。

如果在步骤S323中判定为至少有一个附件在“开启”状态，则在步骤S324中FEMG控制算法判定是否一个以上的附件需要被电动发电机3驱动(即，一个以上的附件是“开启”的)。如果仅有单个附件有转矩需求，则控制处理进行仅着重于该“开启”的一个附件的操作的子例程。因而，在步骤S325中，计算以其优选操作速度驱动单个附件所需要的电动发电机速度，在步骤S326中，指令附件的单独驱动离合器完全地接合，并且在步骤S327中，指令电动发电机3以步骤S325中确定的速度操作。因为在该实施例中电动发电机的速度被可变地控制，所以，带轮速度5可以被准确地设定在驱动最高需求的引擎附件所要求的水平。然后控制返回到控制算法开始时。

如果在步骤S324中判定为一个以上的附件需要被电动发电机3驱动，则根据VSC策略，在步骤S328中，FEMG控制模块13针对每个附件确定以其单独的优选附件操作速度驱动附件会需要什么样的电动发电机速度。然后在步骤S329中，比较计算速度以辨识来自“开启”附件的最高的电动发电机速度需求。然后在步骤S330中，FEMG控制模块13指令需要最高电动发电机速度的附件的单独离合器完全地接合，在步骤S331中，指令电动发电机3操作所需要的最高电动发电机速度。作为VSC策略的一部分，在步骤S332中，FEMG控制模块控制剩下的配备有单独离合器的“开启”附件的单独附件离合器的操作，以将这些附件的操作适配成步骤S329中设定的所需要的最高电动发电机速度。例如，因为设定的电动发电机速度(服务需要最高电动发电机速度的附件所需要的速度)比剩下的附件以其优选速度操作所需要的速度高，所以，如果附件配备有可以部分接合(如，“滑动”)的单独离合器，则可以指令该离合器允许充足的滑动以让其附件的速度更接近于其优选操作速度(如步骤S322中所确定的)。然后控制返回到控制算法开始时。

下面提供针对带有从曲轴带轮、引擎冷却风扇、空调压缩机和气体压缩机驱动的三个附件的车辆的情况而执行上述方法的示例。

在此示例中，引擎冷却风扇配备有带有诸如三种速度或者可变速度离合器的多种速度能力的风扇离合器(如，粘性风扇离合器)。空调和气体压缩机具有仅有接合和脱离状态的单独的“开闭”离合器。FEMG控制模块13控制每个附件离合器的操作状态。每个附件的最终速度是带轮驱动比、电动发电机速度和附件离合器的性质(即，“开闭”，可变滑动或者多个减速比级)的函数。

在该简化示例中，对于给定的一组车辆操作条件，每个附件的优选操作点以及获取优选操作点的对应电动发电机速度为：引擎冷却风扇以1050rpm操作(该风扇转速要求电动发电机速度1050rpm/风扇带轮和带轮5之间的比率1.1，再倍乘齿轮箱减速比2：1＝1909rpm)；空调压缩机以1100rpm操作(对应于1294rpm的电动发电机速度)；以及气体压缩机以2000rpm操作(对应于2667rpm的电动发电机速度)。

如果FEMG控制模块13判定气体压缩机的操作在给定条件下(例如，当存储的压缩气体量接近对于气动制动操作是最小的安全水平时)是优先级最高的，则FEMG控制模块13将指令电动发电机3以支持气体压缩机的2000rpm速度要求所要求的2667rpm运转。然而，该电动发电机速度大体比引擎冷却风扇或者空调压缩机所要求的速度高(在2667rpm的电动发电机速度时，引擎冷却风扇速度和空调压缩机速度会分别是1467rpm及2267rpm)。访问了引擎附件操作曲线并且依据其他附件离合器的性质，FEMG控制模块13然后可以调整离合器的接合以更接近于其优选操作速度地操作其他附件。例如，如果风扇配备有可变滑动离合器，则FEMG控制模块可以指令风扇离合器滑动量以提供1100rpm的优选引擎冷却风扇速度。类似地，虽然空调压缩机可以仅具有“开/闭”离合器并且因而当其离合器被接合时会以1467rpm(而不是1050rpm的优选速度)被驱动，但是，FEMG控制模块可以控制空调压缩机的“开/闭”离合器的操作以将空调压缩机的占空比减小到当前空调需求可以通过仅以1467rpm周期性地操作空调而满足的点。该方法给FEMG控制模块提供在减少通过以比必要的速度更高的速度或者以不必要的高占空比(如，100％)驱动其他附件所造成的能量浪费的同时满足当前最多需求的引擎附件的需要的能力。

在进一步示例中，引擎可以配备有不能与被带轮5驱动的驱动带断开连接的附件。在这种情况下，FEMG控制模块13可以考虑可通过折衷而获得最大的整体***能量效率的操作曲线而判定。例如，假定气体压缩机当前有最大需求，并且以压缩机最有效的2000rpm的速度操作气体压缩机是优选的。如果然后FEMG控制模块判定引擎冷却剂泵以2667rpm被驱动，电动发电机速度会以非期望地低的效率操作(即，以显著增加泵的能量消耗的泵速度操作)并且车辆条件允许气体压缩机以更低速度***作(例如，其中，当前需要是“封顶”压缩气体存储罐，而不是满足紧急的、安全相关的压缩气体需求)，FEMG控制模块可以指令引擎冷却剂泵以更高水平的效率操作的更低的电动发电机速度(如，2400rpm)，即使气体压缩机在该速度以稍微减小的效率操作，结果是，与以2667rpm的电动发电机速度操作这些附件相比较，整体组合的引擎冷却剂泵和气体压缩机操作增加整体***效率。

动态热发生器实施例。

具有动态热发生器的FEMG***中的流体循环回路400的实施例在图28中示出。在该实施例中，动态热发生器401布置成经由带轮402通过引擎附件驱动带(这里未示出)驱动。DHG进一步配备有容许DHG401与带轮402和引擎附件驱动部选择性脱离的单独离合器403。DHG401的驱动带轮的旋转轴的相对端驱动泵404，泵404向DHG401的入口405提供DHG工作流体(在该实施例中，引擎冷却剂)的加压供给。在该集成的DHG和泵实施例中，也提供有电磁操作的旁通阀406以及具有止回阀408的排放线路，旁通阀406布置成将来自泵404的输出发送到DHG出口407下游的流体回路中。

DHG401下游是分配歧管411，分配歧管411接收来自DHG的加热冷却剂流或者来自DHG旁通部的流。然后该流按需要经由电磁阀411A-411D分配到各种回路分支，最后回到冷却剂贮器420。冷却剂贮器420将流供给到DHG泵404的入口。

在图28中示出有四个流体回路分支：舱室分支432，舱室分支432布置成将冷却剂提供到睡眠车厢和/或车辆舱室中的舱室热交换器433；引擎分支442，冷却剂经过引擎分支442通过引擎8的冷却通道；FEMG冷却剂分支452，FEMG冷却剂分支452布置成将冷却剂提供到FEMG***的电气部分的部件，包括能量存储部11的电池、FEMG电力电子的冷却剂通道61和电动发电机3；以及热交换分支462，热交换分支462布置成容许过热从热交换表面463和/或经由以将热量传送到冷却流体的热交换器形式的冷却器465从***被拒回。在该实施例中，冷却器465接收也具有冷凝器475的制冷剂环路472中的膨胀阀473以及被空调压缩机带轮477和离合器479驱动的空调压缩机471下游的制冷剂。离合器和带轮可以是与用于DHG401的离合器和带轮相同的设计。分支432，442，452，462中的每一个设置有相应的止回阀434，444，454，464，其防止从贮器420经过分支的逆流。

由于空调压缩机471能够被电动发电机3与DHG泵404一起***作，包括热交换分支462给***提供在某个情形下，例如当引擎关机时冷却冷却剂的能力。

在该实施例中，能量存储部11、电力电子61和电动发电机3被同一冷却剂分支线452服务，然而，这些部件中的任一个和/或所有可以通过来自歧管411的分离的、专用的分支供给，如对于特定的车辆应用所期望的那样。

现在描述图28中FEMG/DHG实施例的操作和能力。配备DHG的FEMG***的操作和能力并不局限于该描述。

在该实施例中，DHG401可以以至少三种方式被控制。

其一，因为由作用在DHG中的流体上的剪切力所产生的热量与DHG的旋转速度成正比，所以，DHG的速度可以被改变以控制输入到流体的热量。如果不期望有流体加热，则DHG可以通过脱离DHG离合器403而被“关闭”。

其二，为了改变穿过DHG的流体的温度上升量，流经DHG401的流体量可以变化。以这种方式，在输入到DHG的转矩(于是，DHG的动力消耗)保持恒定的同时，流体温度被控制。

其三，DHG401中的流体体积可以在空和满之间变化。如果DHG是空的，则DHG内部的转子将会转动而没有可感知的动力将被消耗，因为没有流体被剪切。随着DHG401的填充水平增加，动力消耗和流体温度将会增加。一旦DHG401是满的，则流体中产生的热量的控制可以通过控制方法中的另一个控制。

在该实施例中，FEMG***的部件的热管理主要利用以上控制方法中的第一个和第三个。优选地，DHG离合器403的操作和带有电动发电机3的引擎附件驱动部的变速控制被用以控制DHG401所产出的热量且允许DHG401当不需要时被关闭。

当DHG离合器403被接合时，DHG泵404从贮器420抽吸冷却剂。DHG401在从泵404接收的冷却剂中完成工作，并且从DHG以比其进入时更高的温度输出。以高的速度，DHG401可以转换输入到DHG中的机械动力的90％。从DHG401输出的冷却剂(或者经由旁通电磁阀406旁通DHG的冷却剂)然后进入歧管411。冷却剂在歧管之后的路径取决于电磁阀411A-411D中的哪一个被打开。这些电磁阀的位置根据诸如FEMG电子控制单元13的电子控制器中处理的算法所判定的加热和/或冷却需要而被设定。加热和/或冷却需求的示例以及相关联的部件操作包括以下内容：

加热能量存储部(如，电池)：典型地，能量存储部将会具有温度梯度，以使其额定C(或者额定容量)随着温度减小而下降。例如，在-20℃的更低温度下电池单元仅可以输送2C的额定值，在-40℃时仅可以输送1C的额定值。在该模式下，DHG离合器403被接合以驱动DHG401和泵404，并且旁通电磁阀406被闭合。歧管电磁阀411B被打开以容许来自DHG401的加热冷却剂穿过冷却剂分支452到能量存储部11，同时剩下的歧管电磁阀411A和411C-411D或者被闭合(因为在其相应的分支中不需要加热和/或冷却)或者选择性地打开以解决其他***加热和/或冷却需求。同样，在该模式下，当歧管电磁阀411A被闭合时，依据FEMG热管理回路外部(例如，在向商用车辆驾驶者室的通风***提供空调的制冷剂环路分支中)是否有冷却需求，空调离合器479可以被接合或者脱离。

当为了防止诸如电池的能量存储组件达到不足动力输送可能发生的温度以下电子控制单元判定能量存储温度必须提高时，可以使用能量存储加热模式，以及在冷起动之前车辆操作之前预热电池。

此外，当部件温度在冷却剂的温度以上时，能量存储加热模式可以被用以提供对能量存储部件的冷却。即使在DHG401中冷却剂被加热了之后，该条件也可能存在，并且当DHG401以不将可感知的热量添加到冷却剂或者DHG被旁通的方式操作时，该条件也可能存在。

加热引擎：在该模式下，DHG离合器403被接合以驱动DHG401和泵404，旁通电磁阀406被闭合，并且歧管电磁阀411C被打开以容许来自DHG401的加热过的冷却剂穿过冷却剂分支442到引擎8，同时剩下的歧管电磁阀411A-411B和411D被闭合(因为在其相应的分支中不需要加热和/或冷却)或者选择性地被打开以解决其他***加热和/或冷却需求。该模式对在引擎冷起动之前提供引擎预热能力特别有用，而且(通过循环加热过的冷却剂)提供防止因为冷冻条件而造成损坏的能力，并且通过缩短使引擎和废气温度上到足够高以使排放控制***变得高效所需要的时间而潜在性地减小在临界引擎变暖期间不期望的废气排放。

加热睡眠车厢/舱室：例如，当长途运输卡车晚上关机以使驾驶者休息时，可能有必要加热车辆的睡眠车厢和/或舱室。在睡眠车厢/舱室加热模式下，可以通过至少两个来源提供运输到睡眠车厢/舱室的热量，该来源包括采集来自现在关机的引擎的余热以及提供来自DHG401的热量。优选地，引擎的余热首先被用作热源，以便最小化用于驱动DHG401的存储电能的量，随后一旦引擎冷却剂温度降低到设定点温度以下就进行DHG操作。此外，来自冷却剂回路452的热量也可以被用以促进睡眠车厢加热。

在该实施例中，在操作的第一阶段中，可能超过100℃的引擎冷却剂通过DHG泵404(通过闭合DHG离合器403而驱动)经过歧管电磁阀411C、包含引擎8的分支线路442和贮器420，以及经过歧管电磁阀411D、分支线路432和睡眠车厢/舱室热交换器433而循环。到睡眠车厢/舱室热交换器433的流可以有必要被调节，以实现期望的睡眠温度(例如，在27℃以下的驾驶者期望的温度)。在该阶段，很少或者没有热量通过DHG401被添加到冷却剂，其可以通过打开旁通电磁阀406和/或通过在非加热模式(例如，DHG是空的)下操作DHG401而被旁通。

当引擎温度下降到设定点温度以下时，进入第二操作阶段，其中，DHG401产生热量，旁通电磁阀406被闭合，并且歧管阀411C被闭合以停止经过引擎8的冷却剂的循环。用于在阶段之间切换的设定点温度可以是被预定的或者根据当前周围环境条件而被建立。在任何情况下，为了保证在冷天气的休息时段结束时容易起动引擎，可以期望建立绝对更低的引擎温度极限，例如-10℃。剩下的歧管电磁阀411A-411C被闭合(因为在其相应的分支中不需要加热和/或冷却)或者选择性地被打开以解决其他***加热和/或冷却需求(例如，如果在电动发电机3操作以驱动DHG401和/或DHG泵404的期间的任何时候，能量存储温度上升到设定点温度以上，歧管电磁阀411B可以被打开以向能量存储部11提供冷却流，同时冷却剂继续流入睡眠车厢/舱室分支432)。

冷却睡眠车厢/舱室：在该模式下，DHG离合器403被接合以驱动泵404，并且空调压缩机离合器479被接合以在制冷剂环路472中循环制冷剂。此外，DHG旁通电磁阀406可以被打开，关闭到DHG401的流，从而使对冷却剂的DHG加热最小化。(通过DHG内部旋转式流体剪切板的固有泵送作用)旁通DHG401也允许潜在性地放空流体的DHG，从而减少DHG机械抽吸，结果减小引擎附件驱动部操作泵404所需求的驱动转矩动力。替换性地，如果在分支线路462中有可用的、足够的冷却容量提供充分的睡眠车厢/舱室冷却而不管冷却剂是否已在DHG401中被加热，则当需要时，DHG401可以***作以向其他分支线路中要求加热的部件提供加热过的冷却剂。

在睡眠车厢/舱室冷却模式下，歧管电磁阀411A被打开以容许冷却剂(加热的或者没有加热的)从歧管411通过冷却剂分支442A和热交换表面463传递到冷却器465以降低冷却剂的整体温度，并且歧管电磁阀411D被打开以容许冷却的冷却剂传递到分支432中并且在返回到贮器420之前经过睡眠车厢/舱室热交换器433。优选地，歧管电磁阀411D不被打开直到电子控制单元判定冷却剂的温度在睡眠车厢/舱室中的环境温度以下(例如，在4℃以上的驾驶者期望温度)为止。至于睡眠车厢/舱室加热模式，可以在必要时调节分支中的流，以实现驾驶者期望的睡眠车厢/舱室温度，剩下的歧管电磁阀411B-411C被闭合(因为在其相应的分支中不需要加热和/或冷却)或者选择性地打开以解决其他***加热和/或冷却需求。

在替换布置中，代替离开冷却器465的冷却剂被直接递送回到贮器420，冷却剂可以被选择性地直接递送到布置在冷却器465下游的睡眠车厢/舱室热交换器(即，睡眠车厢/舱室冷却器不需要被布置在分支432中，或者第二个分离的睡眠车厢/舱室热交换器可以被设置在冷却器465下游)。利用此布置，当期望更迅速地减小整体冷却剂温度时，在冷却剂返回到贮器420之前，睡眠车厢/舱室热交换器可以直接接收可用的最冷的冷却剂，或者选择性地，来自冷却器465的冷却的冷却剂可以旁通睡眠车厢/舱室热交换器以被直接递送到贮器420，从而增加在贮器中因而在整个FEMG/DHG热管理***回路中的主动冷却的速率。此外，在车辆中过热产生的情况下，***可以以此方式操作，例如以补充车辆的引擎冷却剂散热器的冷却能力以将引擎温度维持在其最高操作温度(例如，82℃)以下的方式。

冷却能量存储部：在高温环境中，环境空气可能不够冷而不能冷却能量存储部和/或电力电子和电动发电机，为此，必须冷却***。例如，能量存储部电池单元可以具有55℃的最高操作温度极限，同时电力电子和/或电动发电机可以具有70℃的最高温度极限。在该模式下，歧管电磁阀411A被打开以容许冷却剂(加热的或者未加热的)从歧管411经过冷却剂分支452和热交换表面463传递到冷却器465，并且歧管电磁阀411B被打开以容许冷却剂在返回到贮器420之前穿过能量存储部11、电力电子61和电动发电机3。剩下的歧管电磁阀411C-411D被闭合(因为在其相应的分支中不需要加热和/或冷却)或者选择性地打开以解决其他***加热和/或冷却需求。空调压缩机471可以被电力地驱动，同时DHG401在操作，以使DHG泵404经过分支452和462循环冷却剂。穿过分支462中的冷却器465的冷却剂的温度减小会招致冷却剂贮器320中的温度朝向期望的冷却剂温度下降，以及分支451中(从贮器420抽吸的)冷却剂的温度对应的降低。如下面进一步讨论的，可以在必要时调节分支452，462中的流量，以实现到达能量存储部11、电力电子61和电动发电机3的冷却剂的期望温度。

替换性地，如果为了向能量存储部或者电力电子/电动发电机提供充分的冷却不需要经由分支462中的热交换部的流体的冷却，则电磁阀411A可以被维持在闭合状态，空调压缩机471的单独离合器479可以被脱离以停止穿过冷却器465的制冷剂的冷却，或者这些动作都可以采取。

加热引擎。当在冷的环境温度下起动引擎时，冷引擎的废气排放难以被控制，直到各种排放控制在最小操作温度(例如，催化剂可以在排气构成上操作的最低温度)以上为止。在引擎起动之前，FEMG电动发电机3可以被用以驱动DHG401以通过增加经由歧管电磁阀411C和分支442流过引擎8的冷却剂的温度而预热引擎8。为了进一步加速使引擎尽快地高达操作温度，在引擎起动之后，DHG401的操作可以继续。进一步，在起动引擎之后，可以通过增加引擎上的负载(即，转矩输出需求)，例如，通过接合离合器-带轮-阻尼器单元19以使得引擎驱动DHG401和电动发电机3，而增加引擎加热，并且DHG401以其最大热生成水平操作(即，以其来自引擎附件驱动部的最大转矩需求)，同时电动发电机3以高的充电速率对能量存储部充电。

引擎加热模式也可以被用以防止引擎达到最小温度极限以避免损坏，例如，-23℃的最小温度极限以避免因为冷却剂冷冻而造成的损坏。在这些操作中，DHG401可以以相对小的动力水平操作，以仅仅将引擎温度维持在最小温度极限以上，为了容易起动且更快速地使引擎变暖，至少直到引擎要被起动并且期望更高的冷却剂温度为止。

引擎加热模式变化时，DHG401可以被用以在加热冷却剂以预热引擎之前或者与之并行地加热能量存储部11。如果环境温度极低并且引擎长时段，诸如整夜地关机，则引擎可能极难起动。在环境温度冷到能量存储部不能立即输送起动引擎所要求的电能量的量的情况下(例如，因为能量存储部中的电池在寒冷温度下具有低得多的输出容量)，可以从能量存储部11抽取相对小量的电能以驱动DHG401。然后，DHG401所产生的加热的冷却剂可以经过歧管电磁阀411B和分支452传递以使能量存储部11变暖，从而增加能量存储部的温度和依赖于温度的输出容量(可选地，歧管电磁阀411C可以被打开以同时地经过引擎8而递送加热的冷却剂以开始预热引擎)。当能量存储部11足够暖以输出足够的电能来起动引擎时，可以试图起动引擎，优选地，一旦引擎起动，则接着，通过引擎驱动DHG401和电动发电机3。

下面的表2概括了在该实施例中在由其他分支中的部件不要求额外的加热和/或冷却的情况下的上述操作模式：

表2

在以上操作情势中的每一个中，电动发电机3可以以任何合适的速度驱动DHG，以满足当前加热和/或冷却需求。电动发电机速度判定冷却剂泵404的流速和DHG401所产生的热量，并且旁通阀406判定DHG是否活动，即***是否在冷却剂加热或者冷却模式下。因而，控制***可以以恒温器的方式使用DHG401，感应在FEMG***中的各种位置和部件处的温度数据并且控制各种阀、附件离合器、离合器-带轮-阻尼器单元和电动发电机速度，以满足当前***温度需求。可以被监测和/或控制的***参数的示例包括贮器温度、电池单元表面温度、舱室或者睡眠车厢温度、引擎油温度、DHG出口温度、DHG泵出口压力等。

在本发明进一步发展中，例如，当一个以上歧管阀被打开但不期望一个以上的分支线路中的流最大化时，提供限制各种分支中的流的能力。在这种情况下，例如，通过使用脉宽调制(PWM)控制信号，一个以上的歧管电磁阀411A-411D可以***作以减少其相应分支中的流。

在另一实施例中，代替利用来自引擎曲轴的转矩供给，附件驱动部可以通过车辆的混合动力推进单元的轴或者其他旋转能源供以动力。

上述公开仅仅被阐述以说明本发明而并不意指限制该发明。因为对于本技术领域人员而言可以想到并入该发明精神和实质的公开实施例的这种修改例，所以，该发明应当被诠释为包括在附加权利要求和其等效物范围内的一切。

参考标记的列表：

1 气体压缩机

2 空调压缩机

3 电动发电机

4 驱动单元齿轮

5 带轮

6 阻尼器

7 引擎冷却风扇

8 引擎

9 车辆电池

10 DC/DC转换器

11 能量存储部

12 电池管理***

13 FEMG电子控制单元

14 AC/DC功率逆变器

15 离合器

16 齿轮箱

17 凸缘轴

18 转子轴

19 离合器-带轮-阻尼器单元

20 引擎冷却剂散热器

21 带驱动部分

22 离合器致动器

23 离合器片

24 离合器弹簧

25，26 爪形离合器元件

27 离合器抛出杆

28 螺栓孔

29 外花键

30 内花键

31，32 爪扣

33 弹簧

34 轴承

35 蛤壳状齿轮箱外壳

36 带轮端减速齿轮

37 中间减速齿轮

38 电动发电机端减速齿轮

39 轴承

40 孔

41 膜片

42 盖

43 轴孔

44 安装凸缘

45 安装环

46 螺母

47 曲轴

48 油盘

49 底盘轨道

50 引擎安装件

51 安装支架

52 孔

53 孔

54 支架臂

55 电动发电机齿轮箱侧

56 安装螺柱

57 转子轴孔

58 低电压连接

59 高电压连接

60 冷却剂通道

61 电子冷却通道部分

62 引擎控制单元

64 传感器

65 SAE J1939总线

66 车辆设备

67 DC总线

68A-68F 控制线路

69 晶体管控制线路

70 DC/DC电压转换器

71 DC/DC转换器

72 12V电池

73 12V负载

74 DC/DC转换器晶体管驱动电路

75 DC/DC转换器输出

76 变压器初级绕组

77 变压器

78 AC相位连接

79 电路板

80 IGBT组

81 IGBT驱动电路

82 EMI滤波器和DC电容器

83 FEMG控制模块微控制器

101 电动发电机离合器位置传感器

102 电动发电机速度传感器

103 引擎附件离合器位置

104 气体压缩机状态传感器

105 动态热发生器状态传感器

106 FEMG冷却剂温度传感器

107 FEMG冷却剂压力传感器

108 12V电池电压传感器

111 制动控制器

112 减速器控制器

113 EAC控制器

114 变速控制器

115 仪表板控制器

120 单独引擎附件离合器

121 FEMG冷却剂泵

201 FEMG控制模块储存器

202 FEMG控制模块操作参数存储部

303 离合器抛出杆衬套

304 总线轴承

305 压缩气体装配件

306 紧固件

307 转矩臂

308 锚点

309 AC-DC变换器

310 非车载电源

400 流体回路

401 动态热发生器

402 DHG带轮

403 DHG离合器

404 DHG泵

405 DHG入口

406 DHG旁通电磁阀

407 DHG出口

411 歧管

411A 歧管电磁阀

411B 歧管电磁阀

411C 歧管电磁阀

411D 歧管电磁阀

420 贮器

432 睡眠车厢/舱室分支

433 睡眠车厢/舱室热交换器

434 止回阀

442 引擎分支

444 止回阀

452 能量存储部/电子分支

454 止回阀

462 热交换分支

463 热交换表面

464 止回阀

465 冷却器

471 空调压缩机

472 制冷剂分支

473 膨胀阀

475 冷凝器

477 空调带轮

479 空调离合器

Claims (28)

1.一种混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，包含：

内燃引擎，所述内燃引擎包括引擎曲轴，所述引擎曲轴具有与引擎飞轮所在的后端相对的前端，所述引擎被构造成将转矩从所述曲轴的所述后端传送到转矩消耗件；

电动发电机；

转矩传送段，所述转矩传送段具有电动发电机端，所述电动发电机端被构造成接收所述电动发电机并且在所述电动发电机端和所述转矩传送段的联接端之间传送转矩；以及

集成可切换联接部，所述集成可切换联接部具有与曲轴旋转轴线同轴地布置的联接旋转轴线，所述集成可切换联接部在邻近于所述引擎的前端的区域中，被定位在所述转矩传送段的所述联接端和所述引擎曲轴的所述前端之间，所述集成可切换联接部包括：

引擎侧部分，所述引擎侧部分被联接到所述引擎曲轴，

驱动侧部分，所述驱动侧部分被联接到所述转矩传送段联接端，和

接合致动器，所述接合致动器被构造成选择性地将所述引擎侧部分与所述驱动侧部分接合，所述接合致动器的至少一部分被所述驱动侧部分沿着所述联接旋转轴线同心地围绕；

引擎附件驱动部，所述引擎附件驱动部被布置成被所述集成可切换联接部的所述驱动侧部分驱动，并且驱动至少一个引擎附件；

能量存储***，所述能量存储***包括：

能量存储部，所述能量存储部被构造成存储由所述电动发电机产生的电能，并且将存储的电能输送到所述电动发电机，以产生从所述电动发电机到所述集成可切换联接部的转矩输出，以及

电能转换和分配网络，所述电能转换和分配网络被构造成，当电能从所述电动发电机传送到所述能量存储部时，在交变电流和直流电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类，并且当电能从所述能量存储部传送到所述电动发电机时，在直流电流和交变电流之间转换在所述电动发电机和所述能量存储部之间传送的所述电能的电流种类；以及

前端电动发电机***控制器，所述前端电动发电机***控制器被构造成在接合状态和脱离状态之间切换所述集成可切换联接部，并且在所述电动发电机和所述能量存储部之间的电能传送期间，控制所述电能转换和分配网络的操作

其中，

所述至少一个引擎附件包括动态热发生器，所述动态热发生器被布置成被所述引擎附件驱动部驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量，

所述动态热发生器与所述动态热发生器出口下游的至少一个车辆部件流体连通，所述动态热发生器出口被构造成施行从所述流体接收热量和将热量排出到所述流体中的至少一个。

2.如权利要求1所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述动态热发生器出口与歧管流体连通，所述歧管被布置成从所述动态热发生器出口接收所述流体，并且将接收到的所述流体分配到所述至少一个车辆部件。

3.如权利要求2所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述至少一个车辆部件包括所述内燃引擎、所述能量存储部、所述电动发电机和至少一个热交换器中的至少一个。

4.如权利要求3所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述至少一个热交换器包括睡眠车厢/舱室热交换器和冷却器中的至少一个，所述冷却器被构造成通过与制冷剂和环境空气中的至少一个热交换而将热量从所述流体中去除。

5.如权利要求3所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述歧管被构造成经过所述至少一个车辆部件上游的至少一个分支线路而将所述流体分配到所述至少一个车辆部件，并且

每个分支线路包括所述至少一个车辆部件上游的流量控制阀。

6.如权利要求5所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述至少一个分支线路被布置成将所述流体引导到所述至少一个车辆部件下游的流体贮器，并且

所述动态热发生器被布置成在所述动态热发生器入口处从所述流体贮器接收所述流体。

7.如权利要求6所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述流体是引擎冷却剂。

8.如权利要求7所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

所述至少一个分支线路是多个分支线路，

所述至少一个车辆部件是多个车辆部件，

所述多个分支线路中的每一个分支线路包括所述多个车辆部件中的至少一个车辆部件，并且

所述前端电动发电机***控制器被构造成，

控制所述集成可切换联接部在所述曲轴和所述引擎附件驱动部之间的接合，以及所述电动发电机的操作，以利用从所述曲轴和所述电动发电机中的至少一个供给的转矩而选择性地驱动所述动态热发生器，并且

控制所述多个分支线路中的每一个分支线路中的每个流量控制阀的操作，以根据所述多个车辆部件的加热需求和冷却需求中的至少一个，而选择性地将所述流体供给到所述多个车辆部件。

9.如权利要求8所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

当所述动态热发生器被供给有来自所述电动发电机的驱动转矩时，所述前端电动发电机***控制器进一步被构造成控制所述动态热发生器的操作速度，以控制在经过所述动态热发生器传递的所述流体中产生的热量的量。

10.如权利要求9所述的混合动力电动前端电动发电机***，其特征在于，其中

被布置在所述流体贮器和所述动态热发生器入口之间的旁通阀被构造成选择性地将所述流体从所述贮器传递到所述歧管，而不经过所述动态热发生器传递。

11.一种操作混合动力电动前端电动发电机***的方法，其特征在于，所述前端电动发电机***包括车辆的内燃引擎，所述内燃引擎在所述引擎的前部具有集成可切换联接部，所述集成可切换联接部被布置成选择性地将所述联接部的引擎侧的引擎曲轴的前端接合到所述集成可切换联接部的驱动侧的引擎附件驱动部，所述集成可切换联接部的所述驱动侧被布置成将转矩从与所述曲轴的旋转轴线横向上偏离的电动发电机传送到所述引擎附件驱动部，并且，当所述集成可切换联接部被接合时，将转矩传送到所述曲轴和从所述曲轴传送转矩，所述方法包含以下动作：

基于从所述车辆的车辆传感器和另一控制器中的至少一个接收到的操作状态信息，利用前端电动发电机控制器，判定所述车辆的操作状态；

利用所述前端电动发电机控制器，从判定的所述操作状态中判定当前操作优先级，其中，所述当前操作优先级是以下中的一个：

满足安全要求，所述安全要求至少包括将车辆***维持在***操作极限内的要求，

满足能量存储要求，所述能量存储要求至少包括将能量存储部的充电状态维持在充电水平的第一状态以上的要求，

满足引擎操作要求，所述引擎操作要求至少包括将引擎操作参数维持在操作极限内的要求，所述引擎操作参数至少包括引擎冷却剂温度，以及

满足驾驶者舒适度要求，所述驾驶者舒适度要求至少包括将所述车辆的乘客室的气候条件维持在期望温度范围内的要求；

基于判定的所述当前操作优先级，利用所述前端电动发电机控制器选择所述混合动力电动布置的操作模式，其中判定的所述操作模式是多个电动发电机操作模式中的一个，所述多个电动发电机操作模式包括电能产生模式、引擎附件驱动部转矩产生模式、补充引擎转矩产生模式和空闲模式中的至少一个；以及

响应于来自所述前端电动发电机控制器的实施选择的所述操作模式的指令，控制所述电动发电机和所述集成可切换联接部的操作，

其中

控制所述电动发电机和所述集成可切换联接部的操作的动作包括：将所述集成可切换联接部放置到接合状态和脱离状态中的一个，在所述接合状态下，转矩能够在所述电动发电机和所述曲轴之间传送，在所述脱离状态下，所述电动发电机与所述曲轴脱离，并且来自所述电动发电机的转矩能够传送到所述集成可切换联接部的所述驱动侧，以驱动所述引擎附件驱动部，从而驱动至少一个引擎附件，并且

所述至少一个引擎附件包括动态热发生器，所述动态热发生器被布置成被所述引擎附件驱动部驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量，

控制动作包括：判定被布置在所述动态热发生器下游的所述车辆的至少一个部件的加热或者冷却需求，以及控制所述动态热发生器的速度、经过所述动态热发生器的流体流速、所述动态热发生器的填充水平、以及动态热发生器离合器的接合状态中的至少一个，所述动态热发生器离合器被布置在所述引擎附件驱动部和所述动态热发生器之间，以将所述流体所携带的热能输送到所述至少一个车辆部件，以满足所述加热或者冷却需求。

12.一种用于内燃引擎应用的热管理***，其特征在于，包含：

所述内燃引擎的引擎曲轴，所述引擎曲轴具有与引擎飞轮所在的后端相对的前端，所述引擎被构造成将转矩从所述曲轴的所述后端传送到转矩消耗件；

电动马达；

引擎附件驱动部，所述引擎附件驱动部被布置成能够通过所述曲轴和所述电动马达中的至少一个来选择性地驱动；

集成可切换联接部，所述集成可切换联接部具有与曲轴旋转轴线同轴地布置的联接旋转轴线，所述集成可切换联接部在邻近于所述引擎前端的区域中，被定位在所述引擎附件驱动部和所述引擎曲轴的所述前端之间，所述集成可切换联接部包括：

引擎侧部分，所述引擎侧部分被联接到所述引擎曲轴，

驱动侧部分，所述驱动侧部分被联接到所述引擎附件驱动部，和

接合致动器，所述接合致动器被构造成选择性地接合所述引擎侧部分与所述驱动侧部分，所述接合致动器的至少一部分被所述驱动侧部分沿着所述联接旋转轴线同心地围绕；

动态热发生器，所述动态热发生器被布置成被所述引擎附件驱动部选择性地驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量；

电能供给部，所述电能供给部被构造成供给电能，以驱动所述电动马达；以及

热管理控制器，所述热管理控制器被构造成，根据预定的接合和脱离标准，控制所述引擎附件驱动部与所述集成可切换联接部、所述电动马达和所述动态热发生器中的至少一个的选择性接合和脱离，

其中，所述动态热发生器与所述动态热发生器出口下游的至少一个部件流体连通，所述动态热发生器出口被构造成施行从所述流体接收热量和将热量排出到所述流体中的至少一个。

13.如权利要求12所述的热管理***，其特征在于，其中

所述动态热发生器出口与歧管流体连通，所述歧管被布置成从所述动态热发生器出口接收所述流体，并且将接收到的所述流体分配到所述至少一个部件。

14.如权利要求13所述的热管理***，其特征在于，其中

所述至少一个部件包括所述内燃引擎、所述电能供给部、所述电动马达、被布置成被人占用的室的热交换器、以及冷却器中的至少一个，所述冷却器被构造成通过与制冷剂和环境空气中的至少一个热交换而将热量从所述流体去除。

15.如权利要求14所述的热管理***，其特征在于，其中

所述歧管被构造成经过所述至少一个部件上游的至少一个分支线路将所述流体分配到所述至少一个部件，并且

每个分支线路包括所述至少一个部件上游的流量控制阀。

16.如权利要求15所述的管理***，其特征在于，其中

所述至少一个分支线路被布置成将所述流体引导到所述至少一个部件下游的流体贮器，并且

所述动态热发生器被布置成在所述动态热发生器入口处从所述流体贮器接收所述流体。

17.如权利要求16所述的热管理***，其特征在于，其中

所述流体是所述内燃引擎的冷却剂。

18.如权利要求17所述的热管理***，其特征在于，其中

所述至少一个分支线路是多个分支线路，

所述至少一个部件是多个部件，

所述多个分支线路中的每一个分支线路包括车辆部件中的至少一个车辆部件，并且

所述热管理控制器被构造成，

控制所述集成可切换联接部在所述曲轴和所述引擎附件驱动部之间的接合，以及所述电动马达的操作，以利用从所述曲轴和所述电动马达中的至少一个供给的转矩选择性地驱动所述动态热发生器，并且

控制所述多个分支线路中的每一个分支线路中的每个流量控制阀的操作，以根据所述多个部件的加热需求和冷却需求中的至少一个，而选择性地将所述流体供给到所述多个部件。

19.如权利要求18所述的热管理***，其特征在于，其中

当所述动态热发生器被供给有来自所述电动马达的驱动转矩时，所述热管理控制器进一步被构造成，控制所述动态热发生器的操作速度，以控制经过所述动态热发生器传递的所述流体中产生的热量的量。

20.如权利要求19所述的热管理***，其特征在于，其中

被布置在所述流体贮器和所述动态热发生器入口之间的旁通阀被构造成选择性地将所述流体从所述贮器传递到所述歧管，而不经过所述动态热发生器传递。

21.一种用于车辆的热管理***，其特征在于，包含：

电动发电机；

附件驱动部，所述附件驱动部被布置成能够通过所述车辆的引擎的曲轴、所述电动发电机和混合动力车辆推进单元的轴中的至少一个来选择性地驱动；

动态热发生器，所述动态热发生器被布置成通过所述附件驱动部选择性地驱动，以在所述动态热发生器的入口和出口之间传递的流体中产生热量；和

热管理控制器，所述热管理控制器被构造成，根据预定的接合和脱离标准，控制所述附件驱动部与所述动态热发生器和空调压缩机中的至少一个的选择性接合和脱离，所述空调压缩机被布置成被所述附件驱动部驱动，

其中，所述动态热发生器与所述动态热发生器出口下游的至少一个部件流体连通，所述动态热发生器出口被构造成施行从所述流体接收热量和将热量排出到所述流体中的至少一个。

22.如权利要求21所述的***，其特征在于，其中

所述电动发电机是电动马达。

23.如权利要求21所述的***，其特征在于，其中

所述至少一个部件包括被布置成将电能供给到所述电动发电机的电能供给部、在所述电能供给部和所述电动发电机之间电气连接的电力电子单元、以及所述电动发电机中的至少一个，并且

所述预定的接合和脱离标准基于所述电能供给部、所述电力电子单元和所述电动发电机、以及所述电动发电机中的至少一个的加热和冷却要求中的至少一个。

24.如权利要求21所述的***，其特征在于，进一步包含：

歧管，所述歧管被构造成从所述动态热发生器出口接收所述流体，并且将所述流体分配到所述至少一个下游部件。

25.如权利要求24所述的***，其特征在于，其中

所述至少一个部件包括被布置成将电能供给到所述电动发电机的电能供给部、在所述电能供给部和所述电动发电机之间电气连接的电力电子单元、以及所述电动发电机中的至少一个。

26.如权利要求24所述的***，其特征在于，其中

所述歧管被布置成分配来自多个歧管出口的所述流体，

所述多个歧管出口中的至少一个歧管出口包括能够通过所述热管理控制器控制的流量控制阀，

所述至少一个下游部件被定位在舱室分支和引擎分支的流体分配分支部件中，其中，所述歧管被布置成，响应于舱室热交换器和所述引擎的热要求，而将接收到的所述流体分配到所述舱室分支和所述引擎分支。

27.如权利要求21所述的***，其特征在于，其中

所述动态热发生器被集成有

泵，所述泵和所述动态热发生器共同被驱动，所述泵被构造成接收所述动态热发生器入口上游的所述流体，以及

旁通回路，所述旁通回路被构造成通过将所述泵接收到的所述流体运送到所述动态热发生器出口下游，而使所述动态热发生器入口旁通。

28.如权利要求21所述的***，其特征在于，进一步包含：

泵，所述泵与所述动态热发生器分离，所述泵被构造成将所述流体循环到所述动态热发生器出口下游的所述至少一个部件。

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