專利名稱：低排放混合式交通工具的制作方法
低排放混合式交通工具
背景技術(shù)：
本申請大體上涉及交通工具功率系統(tǒng)(vehicle power system)的領(lǐng)域。更具體地，本申請涉及用于中型交通工具和重型交通工具的功率系統(tǒng)。參照圖1，示出了常規(guī)的交通工具功率系統(tǒng)10。系統(tǒng)10包括單一的主功率設(shè)備或功率源12。對于中型和重型卡車來說，功率源12典型地是柴油發(fā)動機，但是在其他實施方案中還可以是汽油發(fā)動機或另一種合適的便攜式功率源。功率源12驅(qū)動輪14以推進(jìn)交通工具。典型地，功率源12的輸出軸被耦合于傳動軸16 (例如通過傳動裝置或其他中間裝置)。傳動軸16進(jìn)而將動力傳遞至兩個或更多個輪14。對于消防車來說，功率源12還可以被配置為驅(qū)動用于交通工具的主水泵40。主泵 40用于從源(例如消防栓、水池、湖泊等等)泵送水，使得水或泡沫可以通過軟管或固定噴口或車載消防炮(deck gun)被輸出。如圖示的，除了輪14和主水泵40之外，功率源12還向其他裝置提供動力。這典型地通過經(jīng)過帶和帶輪的轉(zhuǎn)動傳遞能量或通過經(jīng)過動力軸的直接驅(qū)動來進(jìn)行。內(nèi)燃機(例如汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機)供給動力的交通工具經(jīng)常包括蛇形帶。蛇形帶被引導(dǎo)為與被內(nèi)燃機驅(qū)動的輸入帶輪和耦合于外圍裝置的一個或多個輸出帶輪接合。內(nèi)燃機供給動力的外圍裝置代表了寄生負(fù)載(parasitic load)。這些寄生負(fù)載包括底盤主交流發(fā)電機18、主空氣調(diào)節(jié)(HVAC)壓縮機20以及第二交流發(fā)電機和壓縮機、液壓馬達(dá)和氣動馬達(dá)、用于火災(zāi)抑制的第二水泵等等。主交流發(fā)電機和第二交流發(fā)電機將內(nèi)燃機的動力輸出的一部分轉(zhuǎn)換為電功率 (electrical power) 0交流發(fā)電機18被耦合于一個或多個電池22。該電功率被用于運行各種裝置，例如傳感器、泵、機載計算機、風(fēng)扇等等。壓縮機20可以是用于蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)M的壓縮機。制冷系統(tǒng)M還包括蒸發(fā)器沈、冷凝器觀和膨脹閥四。額外的裝置，例如風(fēng)扇、泵和電子設(shè)備，也可以直接地或經(jīng)過交流發(fā)電機18從功率源12抽取功率。內(nèi)燃機必須被控制尺寸以向寄生負(fù)載以及向交通工具的傳動系二者提供功率，以驅(qū)動輪。因此，內(nèi)燃機通常被設(shè)計為是較大的并且具有比簡單地推進(jìn)交通工具所需要的功率輸出大的功率輸出ο此外，當(dāng)交通工具是靜止的時，內(nèi)燃機可以被空轉(zhuǎn)以向寄生負(fù)載提供功率。在空轉(zhuǎn)時，大內(nèi)燃機可以產(chǎn)生過量的噪音和燃燒污染，以及消耗大量的燃料。這樣的空轉(zhuǎn)時期對于中型和重型救援和多用途運交通工具，例如消防車、運載交通工具、救護(hù)車、起重機等等，可以是特別顯著的。這些非高能量系統(tǒng)的使用典型地具有比驅(qū)動輪和諸如主消防泵的高功率裝置的高能量負(fù)載需求的負(fù)載循環(huán)時間更高的負(fù)載循環(huán)時間，并且因此不需要在典型的主功率設(shè)備上消耗的較大的功率和燃料消耗。消防車經(jīng)常包括以柴油發(fā)電機的形式的輔助功率單元。發(fā)電機可以被用于向液壓設(shè)備、泵和其他裝置提供功率。如圖2中所示，已知的是系統(tǒng)30包括被附加于交通工具12 以補充第一功率源12的次級功率源32。當(dāng)交通工具需要額外的電流或額外的加熱和/或冷卻時，次級功率源32在主功率源12正在操作的同時被激活，因此提供為了保持這樣描述的系統(tǒng)操作所必需的額外的能量或機械力。這種類型的配置可以包括轉(zhuǎn)換開關(guān)(transfer switch) 34，轉(zhuǎn)換開關(guān)提供主功率設(shè)備交流發(fā)電機18和次級功率源32之間的功率平衡以防止由兩個獨立的電源導(dǎo)致的過電流過電壓差異。機械功率平衡必須還在如圖示的螺線管36的使用期間被提供，以保護(hù)主功率設(shè)備空氣調(diào)節(jié)壓縮機20不受由第二功率設(shè)備空氣調(diào)節(jié)壓縮機38導(dǎo)致的氣動浪涌(pneumatic surge)ο將是期望的是，提供用于交通工具的改進(jìn)的功率系統(tǒng)，該改進(jìn)的功率系統(tǒng)通過去除寄生負(fù)載而減少了施加在主功率源上的負(fù)載。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施方案涉及用于交通工具的功率系統(tǒng)。功率系統(tǒng)包括被配置為向交通工具的輪提供動力的第一功率源(first power source) 0功率系統(tǒng)還包括第二功率源、被第二功率源供給功率的電氣系統(tǒng)以及被第二功率源供給功率的附件。第一功率源不向電氣系統(tǒng)或向附件提供功率。將理解，上文的大體描述和下文的詳細(xì)描述二者都僅是示例性的和解釋性的，并且不限制被要求保護(hù)的本發(fā)明。


從下文的說明書、所附的權(quán)利要求以及在附圖中示出的所附的示例性的實施方案，本發(fā)明的這些以及其他的特征、方面和優(yōu)點將變得明顯，以下簡要描述附圖。圖1是常規(guī)的交通工具驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的混合式交通工具驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。圖3是根據(jù)示例性的實施方案的混合式交通工具驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。圖4是根據(jù)另一個示例性的實施方案的混合式交通工具驅(qū)動系統(tǒng)的簡圖。
具體實施例方式下文的描述涉及用于中型或重型交通工具的改進(jìn)的功率系統(tǒng)。更具體地，改進(jìn)的功率系統(tǒng)被描述成安裝在消防車，例如泵浦消防車(pumper truck)、云梯車、機場事故搶救車(airport crash tender)等等中。然而，應(yīng)當(dāng)理解，新穎性特征適用于其他重型和中型交通工具，例如救護(hù)車、安裝在可移動卡車上的起重機、多用途交通工具、運載交通工具、油罐卡車、冷藏車等等。改進(jìn)的功率系統(tǒng)還可以用于輕型交通工具，例如客車、轎車、卡車、SUV寸寸。第二功率源被附加于交通工具底盤。第二功率源被配置為向交通工具的所有寄生負(fù)載供給功率，允許首要的功率源被設(shè)計和優(yōu)化以向交通工具傳動系統(tǒng)(drive train)提供功率。這些寄生負(fù)載包括底盤主交流發(fā)電機和第二交流發(fā)電機、主空氣調(diào)節(jié)和第二空氣調(diào)節(jié)(HVAC)壓縮機、液壓馬達(dá)和氣動馬達(dá)、以及用于火災(zāi)抑制的第二水泵。因此，主功率源僅在交通工具需要向傳動系統(tǒng)輪或在底盤上的需要較大高功率的裝置提供功率時被使用。這些寄生負(fù)載的除去允許交通工具的操作者在不需要高功率要求時關(guān)閉主功率源的能力，但是允許交通工具以所有其他方式起作用。第二功率源允許其他交通工具功能性繼續(xù)，包括為非高能量負(fù)載例如加熱、空氣調(diào)節(jié)、內(nèi)部和外部照明、通訊以及信息娛樂，底盤和主體控制功能例如窗鎖、門鎖，以及其他曾經(jīng)由主功率設(shè)備提供的有關(guān)的安全性和便利性特征提供功率。通過提供次級功率源，主功率源可以被減小尺寸，導(dǎo)致成比例地更小的發(fā)動機以及減少的燃料和排放消耗。通過將次級功率源加入交通工具中，所有的寄生負(fù)載都可以被從主功率源除去。參照圖3，示出了根據(jù)示例性的實施方案的具有改進(jìn)的功率系統(tǒng)的交通工具110 的示意性的簡圖。交通工具Iio包括主功率設(shè)備或功率源112。根據(jù)示例性的實施方案，主功率源112是柴油發(fā)動機，但是在其他實施方案中還可以是汽油發(fā)動機或任何其他合適的便攜式功率源。主功率源112被耦合于傳動軸116(例如通過傳動裝置或其他中間裝置)。 傳動軸116進(jìn)而將動力傳遞至兩個或更多個輪114。交通工具110可以具有一對耦合于傳動系統(tǒng)的從動輪114，或可以具有多對從動輪114(例如一對或多對后輪也可以通過傳動軸 116被供給動力)。主功率源112還可以被配置為向交通工具110的主泵118供給動力。泵118可以被配置為從源(例如消防栓、水池、湖泊等等)泵送水，使得水或泡沫可以通過軟管或固定噴口或車載消防炮被輸出。交通工具110還包括次級功率源120。根據(jù)示例性的實施方案，次級功率源120是柴油發(fā)動機，但是在其他實施方案中還可以是汽油發(fā)動機或任何其他合適的便攜式功率源 (例如燃料電池等等)。次級功率源120可以被安裝于交通工具上的任何合適的地點，例如在交通工具110的駕駛室后方。次級功率源120通過向一個或多個附件供給功率來向交通工具的所有寄生負(fù)載供給功率。在交通工具被停止且不運行主功率源112時，次級功率源120允許其他交通工具功能性繼續(xù)。額外的功能性通常是非高能量負(fù)載，該非高能量負(fù)載可以由比推進(jìn)交通工具所需要的功率源小的功率源供給功率。根據(jù)一個示例性的實施方案，次級功率源120用于向電氣系統(tǒng)130和HVAC系統(tǒng)140供給功率。電氣系統(tǒng)130可以是例如典型地用于消防車的12伏特或M伏特DC系統(tǒng)，或可以是較高電壓系統(tǒng)，例如48伏特或60伏特DC系統(tǒng)。交流發(fā)電機132被耦合于次級功率源 120。交流發(fā)電機132被次級功率源120驅(qū)動以產(chǎn)生交流電，交流電可以被諸如整流器的裝置轉(zhuǎn)換為直流電。來自交流發(fā)電機132的電功率被用于將一個或多個電池134充電。取決于交通工具110的尺寸和功能，電池134可以在類型和數(shù)目上變化。例如，電池134可以是鉛酸電池或其他合適的電化學(xué)電池(例如鎳金屬氫化物(NiMH)、鋰離子、鋰離子聚合物等等)。根據(jù)一個示例性的實施方案，交通工具112包括六個鉛酸電池。電氣系統(tǒng)130被用于向交通工具上的多種裝置供給功率，包括旅館負(fù)載(hotel load)(例如風(fēng)扇和交通工具照明)、通訊和信息娛樂裝置(例如無線電、GPS單元、膝上型計算機等等)、內(nèi)部和外部交通工具照明、底盤和本體控制功能(例如電動窗、電動門鎖、座椅調(diào)整馬達(dá)等等)以及安全裝置(例如座椅乘員傳感器、安全氣囊展開傳感器等等)。電氣系統(tǒng)130還向與交通工具的內(nèi)燃機(例如功率源112和120)相關(guān)聯(lián)的裝置提供功率，包括流體泵、傳感器、馬達(dá)和機載計
5算機。電氣系統(tǒng)130還可以被用于向消防車的其他裝置，例如汽笛、水泵、液壓泵、梯控制器等等供給功率。HVAC系統(tǒng)140可以是例如在交通工具中典型地使用的蒸氣壓縮制冷系統(tǒng)。HVAC 系統(tǒng)包括壓縮機142、冷凝器144、膨脹閥146和蒸發(fā)器148。壓縮機142可以是例如在機動應(yīng)用中普遍地使用并且被耦合于交通工具的主功率源的壓縮機。根據(jù)示例性的實施方案，次級功率源120還可以被耦合于AC發(fā)電機(AC generator) 150以提供AC電功率。AC發(fā)電機150能夠輸出以110、220和440伏特的以單相或多相的AC功率，這取決于應(yīng)用。AC功率可以用于多種緊急事件工具，例如錘子、電鉆、 水力救援工具、排氣扇等等。在一個示例性的實施方案中，交通工具110可以被配置為作為可移動的發(fā)電廠。例如，在緊急事件的區(qū)域中，交通工具110可以能夠向帳篷或其他傷檢分類區(qū)域提供電功率(例如向醫(yī)學(xué)儀器供給功率、提供加熱和冷卻、向燈供給功率等等)或甚至向一個或多個家庭提供電功率。與現(xiàn)有的交通工具功率系統(tǒng)相似，來自次級功率源120的轉(zhuǎn)動能可以通過帶和帶輪(例如蛇形帶)、通過經(jīng)過動力軸的直接驅(qū)動、或經(jīng)過另一種裝置(例如動力輸出裝置、齒輪箱、鏈和鏈輪系統(tǒng)等等)被傳遞至附件和外圍裝置。根據(jù)示例性的實施方案，交流發(fā)電機 132和壓縮機142被次級功率源120通過帶和帶輪系統(tǒng)驅(qū)動。AC發(fā)電機150被耦合于第二功率源120的輸出軸。電氣系統(tǒng)130可以被配置為與電網(wǎng)接口。消防車在它們在緊急呼叫之后返回至站 (station)時通常被接入電網(wǎng)(例如岸電(shore power))中。當(dāng)使用次級功率源120時， 交通工具110可以在駕駛返回站的途中將電氣系統(tǒng)130的電池134再充電。次級功率源120可以被容易地改裝至現(xiàn)有的交通工具，例如圖1中所示的。消防車通常以被安裝在交通工具的駕駛室后方的現(xiàn)有空間中的柴油發(fā)電機為特征。次級功率源 120可以被安裝在該位置中并且被用于從主功率源112除去寄生負(fù)載。底盤電交流發(fā)電機可以被從主功率源112除去并且被集成在次級功率源120中，或可以被除去并且由耦合于次級功率源120的另一個交流發(fā)電機代替。相似地，底盤空氣調(diào)節(jié)壓縮機可以被從主功率源112除去并且被集成在次級功率源120中，或可以被除去并且由耦合于次級功率源120 的另一個壓縮機代替。許多可以召喚諸如消防車的交通工具110的緊急情況不涉及需要被抑制的火。消防車經(jīng)常被召喚至交通碰撞、醫(yī)療緊急事件以及其他緊急情況的現(xiàn)場。因此，交通工具110 的主泵118可以不需要用于所有這些召喚。使用次級功率源120向寄生負(fù)載供給功率以及從主功率源112除去這些負(fù)載可以在主功率源112被關(guān)掉時允許幾乎全部的底盤功能。寄生負(fù)載的除去增加了經(jīng)過傳動系統(tǒng)向輪114的可用動力以及從主功率源112向主泵118的可用動力。因為主功率源112和次級功率源120 二者可以被控制尺寸和被配置以用于不同的功率需要和負(fù)載循環(huán)(duty cycle)，所以燃料消耗可以被減少。取決于交通工具的用途，與如圖1中所示的常規(guī)配置的交通工具相比，燃料消耗70%。減少的燃料消耗還導(dǎo)致交通工具產(chǎn)生的廢氣排放的減少。此外，主功率源112的空轉(zhuǎn)時間的量的減少大大地減少了對主功率源112的磨損，這減少了維護(hù)成本并且延長了主功率源112的壽命。與如圖2中所示的和現(xiàn)有系統(tǒng)并行運行的系統(tǒng)不同，包括專門向寄生負(fù)載供給功率的次級功率源120的交通工具110不需要額外的轉(zhuǎn)換開關(guān)(transfer switching)或額外
6的機械式離合或用于平衡電氣系統(tǒng)和空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電磁激活(solenoid activation)。包括次級功率源120的交通工具110在設(shè)計上是模塊化的并且允許寄生負(fù)載的今后的額外的適應(yīng)。此外，如果寄生負(fù)載抽取的功率超過次級功率源120的功率能力，那么次級功率源120可以被較大的單元代替，同時主功率源112保持不變。次級功率源120的使用增加了超出用于常規(guī)的交通工具的典型的底盤交流發(fā)電機配置的電DC容量。此外，耦合于次級功率源120的AC發(fā)電機150的使用提供用于供應(yīng)以120VAC、240VAC或甚至440VAC的交流功率的方法。主泵118在圖3中被示出為由主功率源112供給動力，但是在其他實施方案中，主泵118可以由次級功率源120供給動力。在又其他的實施方案中，如圖4中所示，主泵118 可以由第三功率源160例如柴油發(fā)動機供給功率。以這種方式，主功率源112可以被優(yōu)化以驅(qū)動輪114并且第三功率源160可以被優(yōu)化以操作高動力泵。雖然交通工具被描述為具有包括內(nèi)燃機或其他功率源與輪之間的機械連接的常規(guī)傳動系統(tǒng)，但是在其他實施方案中，可以沒有功率源和輪之間的直接的機械連接。相反地，交流發(fā)電機可以用于向電池提供功率，并且然后輪可以被從電池抽取功率的電動機驅(qū)動。如在各種示例性的實施方案中示出的交通工具功率系統(tǒng)的構(gòu)造和布置僅是例證性的。雖然在本公開內(nèi)容中已經(jīng)詳細(xì)描述了僅少量的實施方案，但是許多修改是可能的 (例如各種元件的大小、尺寸、結(jié)構(gòu)、形狀和比例、參數(shù)的值、安裝布置、材料的使用、顏色、取向等等的變化)，而實質(zhì)上不偏離本文描述的主題內(nèi)容的新穎的教導(dǎo)內(nèi)容和優(yōu)點。某些被示出為一體形成的元件可以由多個零件或元件構(gòu)建，元件的位置可以被反轉(zhuǎn)或以其他方式改變，并且位置或分離元件的類型或數(shù)目可以被改變或變化。任何過程、邏輯算法或方法步驟的順序或次序可以根據(jù)可選擇的實施方案而被改變或重新排序。還可以在各種示例性的實施方案的設(shè)計、操作條件和布置中作出其他代替、修改、變化和省略，而不偏離本公開內(nèi)容的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于交通工具的功率系統(tǒng)，包括第一功率源，所述第一功率源被配置為提供功率以驅(qū)動所述交通工具的輪； 第二功率源；電氣系統(tǒng)，其由所述第二功率源供給功率；以及附件，其由所述第二功率源供給功率，其中所述電氣系統(tǒng)和所述附件不從所述第一功率源抽取功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率系統(tǒng)，其中所述第一功率源和所述第二功率源是柴油發(fā)動機。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率系統(tǒng)，其中所述第二功率源借助于交流發(fā)電機向所述電氣系統(tǒng)提供功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率系統(tǒng)，其中所述附件是泵、壓縮機或發(fā)電機中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率系統(tǒng)，其中所述附件是用于制冷系統(tǒng)的壓縮機。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的功率系統(tǒng)，其中所述交流發(fā)電機和所述附件由所述第二功率源借助于帶來供給功率。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的功率系統(tǒng)，其中所述附件被耦合于所述柴油發(fā)動機的輸出軸ο
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的功率系統(tǒng)，其中所述附件是AC發(fā)電機。
9.一種交通工具，包括 第一功率源；傳動系統(tǒng)，其包括一個或多個從動輪； 第二功率源；電氣系統(tǒng)，其由所述第二功率源供給功率；以及附件，其由所述第二功率源供給功率，其中所述第一功率源向所述傳動系統(tǒng)供給功率，并且所述電氣系統(tǒng)和所述附件不從所述第一功率源抽取功率。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的交通工具，其中所述交通工具是消防車、運載交通工具、救護(hù)車或多用途交通工具中的一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低排放混合式交通工具。本發(fā)明的一個實施方案涉及用于交通工具的功率系統(tǒng)。功率系統(tǒng)包括被配置為向交通工具的輪提供功率的第一功率源。功率系統(tǒng)還包括第二功率源、由第二功率源供給功率的電氣系統(tǒng)以及由第二功率源供給功率的附件。第一功率源不向電氣系統(tǒng)或向附件提供功率。
文檔編號B60K6/26GK102294952SQ20111013623
公開日2011年12月28日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者威廉·弗雷德里克·福斯特, 羅納德·尤金·漢諾爾德, 舍曼·曼利, 霍華德·斯蒂芬·勒博 申請人:斯巴達(dá)汽車公司