具体实施方式

图1示出了包括根据本发明的船用混合动力装置的、被示意性地图示的船舶100。该图中的混合动力装置包括第一和第二并联混合动力总成101、102，该第一和第二并联混合动力总成101、102被布置成经由安装在船尾105上的第一驱动器103和第二驱动器104来驱动船舶100。每个动力总成101、102均包括呈内燃发动机(ICE)形式的第一推进单元111、112，该第一推进单元与呈电动马达(EM)形式的第二推进单元121、122以可操作方式连接，以驱动推进器轴107、108并产生用于推进船舶的推力。每个第二推进单元121、122均连接到单独的电源(未示出)，例如蓄电单元或电池。

可以通过由用户操作的控制器131从操作站130接收指示船速的请求。在本示例中，多个控制杆用于控制动力总成速度。该控制器也可以是操纵杆。操作站130还包括用于控制转向方向的方向盘132、用于在入坞期间操作船舶的操纵杆133、以及显示器134。显示器134可以用于向操作员提供与船舶及动力总成相关的操作参数，和/或用于显示导航信息。该显示器可以是图形用户界面(GUI)，并且可以是触敏的。与推进和转向相关的控制信号从操作站130经由CAN总线135发送到对应的推进控制单元(参见图3)和转向控制单元(未示出)。如图1所示，可以提供不止一个操作站。

图2A到图2C示出了具有替代的动力总成装置的、被示意性地图示的船舶。图1示出了包括由并联混合动力总成驱动的两个船尾驱动器的船舶。然而，本发明适用于如图2A到图2C中所示的其它驱动器，其中示出了多个方位驱动器。

图2A示出了包括两个并联混合动力总成201、202的船舶，其中，每个动力总成201、202均设有呈内燃发动机(ICE)形式的第一推进单元211、212，该第一推进单元211、212与呈电动马达(EM)形式的第二推进单元221、222以可操作方式连接。

图2B示出了包括三个并联混合动力总成201、202、203的船舶，其中，每个动力总成201、202、203均设有呈内燃发动机(ICE)形式的第一推进单元211、212、213，该第一推进单元211、212、213与呈电动马达(EM)形式的第二推进单元221、222、223以可操作方式连接。

图2C示出了包括四个并联混合动力总成201、202、203、204的船舶，其中，每个动力总成201、202、203、204均设有呈内燃发动机(ICE)形式的第一推进单元211、212、213、214，该第一推进单元211、212、213、214与呈电动马达(EM)形式的第二推进单元221、222、223、224以可操作方式连接。

本发明不限于图2A到图2C中所示的示例，而是适用于包括多个混合动力总成的任何适当的动力总成装置。所使用的动力总成的数量通常由每艘船舶的尺寸和速度要求决定。因此，相对小的船舶可以如图1所示地使用两个混合动力总成，而相对大的船舶可以使用多达七个或八个动力总成。

图3示出了包括三个动力总成的并联混合动力总成装置的示意图。该装置包括被布置成用于驱动船舶的第一、第二和第三并联混合动力总成310、320、330。每个动力总成均包括呈内燃发动机(ICE)形式的第一推进单元311、321、331，该第一推进单元311、321、331与呈电动马达(EM)形式的第二推进单元312、322、332以可操作方式连接，以驱动推进器轴313、323、333并产生用于推进船舶的推力。每个第一推进单元311、321、331均经由驱动轴314、324、334以可操作方式连接到相应的第二推进单元312、322、332，该驱动轴可以包括可选的可控离合器315、325、335。合适的减速齿轮装置或变速器(未示出)设置在每个第二推进单元的输出轴附近。该减速齿轮装置被布置成将推进单元的转速减小到用于推进器轴的较低旋转输出速度。每个第二推进单元312、322、332均连接到单独的电源(未示出)，例如蓄电单元或电池。控制单元316、326、336、317、327、337被布置成分别对所有并联混合动力总成中的每个第一和第二推进单元311、321、331、312、322、332进行单独控制。所有并联混合动力总成310、320、330由动力总成中央控制单元340控制，该动力总成中央控制单元340与相应动力总成中的每个第一和第二推进单元通信并对其进行控制。每个动力总成310、320、330还在它们各自的推进器轴313、323、333上包括可控离合器318、328、338，从而允许动力总成中央控制单元340控制来自每个动力总成310、320、330的推力。

操作站350包括由用户操作的动力总成速度控制器351。在本示例中，多个控制杆用于控制动力总成速度。操作站350还包括用于控制转向方向的方向盘352、用于在入坞期间操作船舶的操纵杆353以及显示器354。显示器354可以用于向操作员提供与船舶和动力总成相关的操作参数，和/或用于显示导航信息。该显示器可以是图形用户界面(GUI)354，并且可以是触敏的。来自速度控制器351、方向盘352、操纵杆353以及图形用户界面354的信号由舵控制单元355处理，该舵控制单元355进而生成给转向控制器(未示出)和动力总成中央控制单元340的控制信号。控制信号从操作站350经由CAN总线356发送到动力总成中央控制单元340和转向控制单元(未示出)。CAN总线356还连接动力总成中央控制单元340和用于第一和第二推进单元的各个控制单元316、326、336、317、327、337。替代地，这些控制单元之间的数据传输和交换可以使用局域网(LAN)或类似的有线连接来进行，或者通过使用合适的无线局域网(WLAN)或诸如WiFi或蓝牙的其它无线技术来进行。

图4示出了内燃发动机的效率分布图的示例。该效率分布图是这样的图表：该图表指示了在y轴上绘制的发动机扭矩(Nm)与在x轴上绘制的发动机速度(rpm)之间的关系。等高线示出了特定燃料消耗量(g/kWh)，从而指示发动机效率较高或较低的速度/负载范围区域。在该图表中，希望使发动机在具有较低的特定燃料消耗值的等高线内运行。界定所绘制的等高线的上部线指示了发动机针对不同发动机速度所能实现的最大发动机扭矩。

图5示出了电动马达的效率分布图的示例。该效率分布图是这样的图表：该图表指示了在y轴上绘制的马达扭矩(Nm)与在x轴上绘制的马达速度(rpm)之间的关系。等高线示出了马达效率(无量纲)，以指示该马达在将电力转换为机械能方面的效率较高或较低的速度/负载范围区域。在该图表中，希望使电动马达在具有高效率值的等高线内运行。

参照具有包括第一和第二混合动力总成的装置的船舶来描述以下示例。每个混合动力总成包括呈内燃发动机形式的第一推进单元和呈电动马达形式的第二推进单元。该发动机和马达的效率分布图被存储在中央控制单元或存储在用于各个推进单元的单独控制单元中。

在操作中，两个动力总成中的内燃发动机一开始以所请求的发动机速度n₀(在图4中以点P₀表示)运行。为了提高该装置的效率，第一混合动力总成中的第一推进单元的转速被朝向第一效率点P₁调节，该点是从用于第一推进单元的所存储的发动机效率分布图中确定的。调节的方向由箭头A₁指示。这种调节涉及将第一推进单元的发动机速度从所请求的发动机速度n₀减小到较低的第一发动机速度n₁。为了实现这一点，通过响应于第一推进单元的转速的所需减小而增加从第二推进单元到第一推进单元上的负载，从而调节第一混合动力总成中的第二推进单元。这在图5中示出，其中，第二推进单元被从初始操作点E₀处的初始马达速度n₀调节到第一操作点E₁处的第一马达速度n₁，在该初始操作点E₀处，不生成扭矩，而在该第一操作点处，生成负的制动扭矩。初始马达速度n₀等于第一推进单元的初始发动机速度n₀。调节的方向由箭头B₁指示。这种负的扭矩增大了从第二推进单元到第一推进单元上的负载，该第二推进单元现在以等于第一推进单元的转速的马达速度n₁操作。

同时，第二混合动力总成中的第一推进单元的转速被朝向第二效率点P₂调节，该点是从用于第一推进单元的所存储的效率分布图中确定。调节的方向由箭头A₂指示。这种调节涉及将第一推进单元的发动机速度从所请求的发动机速度n₀增加到更高的第二发动机速度n₂。同时，通过响应于第一推进单元的转速的所需增加而增加从第二推进单元到第一推进单元上的负载，从而调节第二混合动力总成中的第二推进单元。这在图5中示出，其中，第二推进单元被从初始操作点E₀处的初始马达速度n₀调节到第二操作点E₂处的第二马达速度n₂，在该初始操作点E₀处，不生成扭矩，而在该第二操作点E₂处，生成负的制动扭矩。调节的方向由箭头B₂指示。这种负的扭矩增大了从第二推进单元到第一推进单元上的负载，该第二推进单元现在以对应于第一推进单元的转速的马达速度n₂运行。该第二推进单元提供负的制动驱动扭矩的操作可以通过控制第二推进单元为它们各自的蓄电单元(例如电池或超级电容器)充电来实现。

当调节各个动力总成的第一推进单元的转速时，允许这些推进单元以不同的转速n₁、n₂运行。各个第一推进单元的转速n₁、n₂被控制，使得来自所有第一推进单元的组合或平均转速对应于所有第一推进单元的最初请求转速n₀。这将提供维持所请求的船速所需的来自所有动力总成的组合旋转输出速度。

图6A到图6C示出了用于多个替代的动力总成装置的推力分布的示例。根据本发明，在将每个第一推进单元的转速朝向期望的效率点调节之后，可以控制这些动力总成，使得它们以不同的旋转输出速度运行。

图6A示出了用于包括两个动力总成的装置的推力分布的示例。图6A示出了包括两个并联混合动力总成601、602的船舶600。根据本示例，第一动力总成601中的第一推进单元已被朝向期望的效率点调节，该调节需要减小第一推进单元的转速并增加来自第二推进单元的负载(见图4，参照“P₁”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第一动力总成601的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度减小导致图6A中的箭头所示的减小的第一推力F₁。同时，第二动力总成602中的第一推进单元也已被朝向期望的效率点调节，该调节需要增加第一推进单元的转速并增加来自第二推进单元的负载(见图4，参照“P₂”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第二动力总成602的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度增加导致了图6A中的箭头所示的增加的第二推力F₂。

从图6A中可以看到，来自第二动力总成602的推力F₂的大小大于来自第一动力总成601的推力F₁的大小。这将引起绕船舶600的重心CG的转动力矩，必须对此进行补偿，以防止偏离操作员所请求的转向方向。可以通过分别校正第一动力总成601和第二动力总成602的转向角α₁和/或α₂来消除该转动力矩。这种校正可以由转向控制单元(未示出)以与这种单元对由风或水流引起的侧向漂移进行校正的方式相同的方式来执行。在此不更详细地描述这种类型的转向控制单元。这样，包括第一推力F₁和第二推力的组合推力的方向可以由转向控制单元调节，以将总推力F₀维持在期望方向上。此外，由于这些推力与相应的第一和第二动力总成的旋转输出速度成比例，因此各个动力总成均被控制，使得来自所有动力总成的平均旋转输出速度足以维持所请求的船速。如果一个或多个动力总成的转向角被如上所述地校正，则可能需要增加一个或多个动力总成的旋转输出速度，以维持所请求的船速。替代地，如果该船舶设有可转向的舵和固定的驱动单元，则可以使用该舵来补偿与转向方向的偏差。

图6B示出了用于包括三个动力总成的装置的推力分布的示例。图6B示出了包括三个并联混合动力总成611、612、613的船舶610。根据本示例，第一动力总成611和第三动力总成613中的第一推进单元已被朝向期望的效率点调节，该调节需要增加第一推进单元的转速并增加来自第二推进单元的负载(见图4，参照“P₂”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第一动力总成611和第三动力总成613的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度增加已导致了图6B中的箭头所示的增加的第一推力F₁和第三推力F₃，这些力的大小相等。

同时，第二动力总成612中的第一推进单元也已被朝向期望的效率点调节，该调节需要减小该第一推进单元的转速并增加来自第二推进单元的负载(见图4，参照“P₁”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第二动力总成612的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度减小导致了图6B中的箭头所示的减小的第二推力F₂。各个动力总成611、612、613的旋转输出速度被控制，使得来自所有动力总成的平均旋转输出速度足以维持所请求的船速。

从图6B可以看到，来自第一动力总成611和第三动力总成613的推力F₁、F₃的大小大于来自第二动力总成612的推力F₂的大小。由于图6B中的装置包括三个动力总成，因此可以使第一和第三动力总成作为一对来运行。根据本示例，第一动力总成611和第三动力总成613在位于中心线C_L上的第二动力总成612的两侧上，并且与船舶的中心线C_L等距地间隔开。第一动力总成611和第三动力总成613以相同的旋转输出速度运行，该旋转输出速度高于中心的第二动力总成612的旋转输出速度。这样，可以操作该动力总成，以产生如下的组合推力F₀：该组合推力等于各个推力F₁、F₂、F₃的总和，并且与当前请求的转向方向一致。取决于所确定的每个单独的动力总成的效率点，可通过选择性地调节构成该装置的动力总成来实现具有中性方向的组合推力。

图6C示出了用于包括四个动力总成的装置的推力分布的示例。图6C示出了包括四个并联混合动力总成621、622、623、624的船舶620。根据本示例，第一动力总成621和第四动力总成624中的第一推进单元已被朝向期望的效率点调节，该调节需要增加第一推进单元的转速并增加来自相应第二推进单元的负载(见图4，参照“P₂”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第一动力总成621和第四动力总成624的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度增加已导致了图6C中的箭头所示的增加的第一推力F₁和第四推力F₄，这些力的大小相等。

同时，第二动力总成612和第三动力总成613中的第一推进单元也已被朝向期望的效率点调节，该调节需要减小第一推进单元的转速并增加来自相应第二推进单元的负载(见图4，参照“P₁”)。来自第二推进单元的负载的这种增加提供了施加到第二动力总成612的第一推进单元的负制动驱动扭矩。这种速度减小已经导致了图6C中的箭头所示的减小的第二推力F₂和第三推力F₃。各个动力总成621、622、623、624的旋转输出速度被控制，使得来自所有动力总成的平均旋转输出速度足以维持所请求的船速。

从图6C可以看到，来自第一和第四动力总成621、624的最外侧推力F₁、F₄的大小大于来自第二和第三动力总成622、623的最内侧推力F₂、F₃的大小。由于图6C中的装置包括四个动力总成，因此可以成对地运行最外侧的第一和第四动力总成、以及最内侧的第二和第三动力总成622、623。根据本示例，第一动力总成621和第四动力总成624在第二和第三动力总成622、623的两侧上，并且与船舶的中心线C_L等距地定位，而第二和第三动力总成622、623进而在第一动力总成621和第四动力总成624内侧与中心线C_L等距地定位。第一动力总成621和第四动力总成624以相同的旋转输出速度操作，该旋转输出速度高于最内侧的第二动力总成622和第三动力总成623的旋转输出速度。这样，可以操作这些动力总成以产生组合推力F₀，该组合推力F₀等于各个推力F₁、F₂、F₃、F₄的总和，并且与当前请求的转向方向一致。取决于所确定的每个单独的动力总成的效率点，可以通过选择性地调节构成该装置的动力总成来实现具有中性方向的组合推力。

根据本发明，船舶可以包括三个或更多个并联混合动力总成，其中，等距地位于船舶中心线的两侧上的动力总成可以成对地操作。选择以相同旋转输出速度运行的成对地对称定位的动力总成将平衡组合推力，这一原理可以应用于包括任何数量动力总成的装置。然而，本发明不限于这一原理。在本发明的范围内，还可以使该装置中的所有动力总成以不同旋转输出速度运行，只要来自所有动力总成的平均旋转输出速度足以维持所请求的船速即可。

根据另一示例，如果该船舶包括两个或更多个并联混合动力总成，那么，如果其余一个或多个动力总成的旋转输出速度足以维持所请求的船速，则可以使至少一个动力总成停止。

图7示出了说明动力总成的运行的示意图。在操作中，该方法在船舶正在操作时以初始步骤700触发。在第一步骤701中，控制单元接收指示船速的请求。在第二步骤702中，该控制单元基于所接收到的请求来确定每个第一推进单元的转速，以实现所请求的船速。在第三步骤703中，基于所确定的各个动力总成中的第一推进单元的转速，从用于每个推进单元的所存储的效率分布图中为第一推进单元和第二推进单元中的每一个来确定效率点。在第四步骤704中，分别调节每个动力系中的第一推进单元的转速，从而在维持所请求的船速的同时提高第一推进单元的效率。同时，第五步骤705涉及调节每个动力系中的对应的第二推进单元上的负载，以提高每个动力系和整个动力系装置的效率。在第六步骤706中，控制各个动力系，使得来自所有动力总成的组合或平均旋转输出速度足以维持所请求的船速。在最后的步骤707中，如果接收到对第一推进单元的新转速的请求，则该过程返回到第一步骤。如果接收到发动机关机信号，则该方法结束。

本公开还涉及计算机程序、计算机程序产品以及用于计算机的存储介质，所有这些均结合计算机使用以执行所述方法。图8示出了根据本发明的一个实施例的设备840，该设备包括非易失性存储器842、处理器841以及读写存储器846。存储器842具有第一存储器部件843，用于控制该设备840的计算机程序存储在第一存储器部件843中。存储器部件843中的用于控制该设备840的计算机程序可以是操作系统。设备840可以例如被封装在控制单元中，例如图3中所示的控制单元340。数据处理单元841可以例如包括微型计算机。

存储器842还具有第二存储器部件844，用于控制根据本发明的目标档位选择功能的程序存储在该第二存储器部件844中。在替代实施例中，用于控制变速器的程序存储在用于数据的单独的非易失性存储介质845(例如CD或可交换的半导体存储器)中。该程序可以以可执行程序的形式或以压缩状态存储。当下文提到数据处理单元841运行特定功能时，应当清楚数据处理单元841正在运行存储在存储器844中的程序的特定部分或正在运行存储在非易失性存储介质845中的程序的特定部分。

数据处理单元841被定制成通过数据总线851与存储存储器845通信。数据处理单元841还被定制成通过数据总线852与存储器842通信。此外，数据处理单元841被定制成通过数据总线853与存储器846通信。数据处理单元841还被定制成通过使用数据总线854与数据端口859进行通信。根据本发明的方法可以由数据处理单元841执行，即通过该数据处理单元841运行存储在存储器844中的程序或运行存储在非易失性存储介质845中的程序来执行。

应当理解，本发明不限于上文所述和附图中示出的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内进行许多修改和变型。