用于控制推进系统的方法和系统 【技术领域】
本文公开的主题涉及用于控制诸如船舶推进系统的推进系统的方法和系统。背景技术 诸如拖船上的那些船舶推进系统使得能够容易和迅速地响应于负载、 方向、 速度 等的突然和差异很大的变化而操纵船舶。在一些实例中， 能够通过基于所请求的发动机速 度以预定关系调节推进器桨距和扭矩来提供推进控制。
然而， 推进器性能和发动机性能对于给定的推进器设计大多由包括推进器桨距、 转速和水中前进速度的变量决定。诸如水中前进速度的变量又可变地取决于诸如风力负 载、 海浪负载、 拖曳负载 (towing load) 等的外部影响。发明人在此已认识到， 这些负载的 高可变性因此会使得推进控制难以在所遇到的实际工作环境的范围内维持发动机和推进 器两者的有效组合使用。
具体而言， 如上所述， 当前可获得的推进控制通过调节产生用于维持所请求的速 度的扭矩和 / 或功率所需的燃料量来使发动机速度与所请求的速度相匹配。然后将推进器 设置作为发动机速度的函数进行调节。即使在扭矩负载变化时， 也将发动机速度保持在所 请求的量。由于最低燃料消耗取决于速度和负载两者， 所以发动机在负载变化时保持速度 可能无法以峰值效率操作。此外， 由于与原动机 ( 例如发动机、 马达或其它用于推进的功率 源 ) 在整个操作范围上的最佳操作状况有关的知识的缺乏， 经常使推进器扭矩不完美地与 发动机速度相匹配， 导致推进器效率降低并因此进一步使燃料消耗恶化， 尤其是当实际操 作状况与假设的平均状况相差很大时。
发明内容
提供了用于通过响应于变化的船舶操作条件而动态地重新配置推进系统设置来 提高船舶推进系统的效率的方法和系统。在一个实施例中， 该方法包括响应于实时船舶操 作数据而独立地调节发动机设置和推进器设置的每一个。 “实时” 船舶操作数据指的是在普 遍条件下各种船舶操作状况的实际测量值和估算值。在此， 独立调节意味着发动机设置的 调节不一定要求对推进器设置进行调节， 且反之亦然。 在另一实施例中， 该方法包括响应于 实时船舶操作数据而调节发动机设置和响应于实时船舶操作数据而调节推进器设置， 其中 在船舶操作期间独立于发动机来调节推进器。 所调节的设置可至少包括发动机速度设置和 推进器桨距设置。
在一个实例中， 推进系统配套有可控桨距推进器。响应于操作员功率请求而实时 估算船舶操作数据。所估算的数据包括普遍推进器扭矩 ( 例如， 利用安装在推进器轴上的 扭力计或传感器， 或者从推进器的桨距控制器的马达电流推断 )、 推进器桨距、 发动机速度 和其它船舶操作状况 ( 例如水中前进速度 ) 的估算值。然后利用该估算数据来更新推进器 性能映射图 ( 或性能曲线 ) 和发动机性能映射图 ( 或性能曲线 )。然后， 基于更新后的映射 图的多变量优化程序使得能够确定能够提高推进器效率和 / 或发动机效率或总体效率的推进器桨距和发动机速度调节。由此， 对发动机速度和 / 或推进器桨距的多于一种调节可 提高发动机和 / 或推进器效率， 或者总体效率。控制器能够基于所希望的性能特性从调节 可行性的范围选择推进器桨距和发动机速度调节组合。以此方式， 能够互相独立地改变推 进器桨距和发动机速度设置。在一个实例中， 未以 1 ∶ 1 的固定关系来设定推进器桨距和 发动机速度。因此， 对推进器桨距设置的调节可以不需要对发动机速度设置进行基本上相 等和 / 或互补的调节， 且反之亦然。在一个实例中， 在加速期间， 可选择能够提高发动机性 能的设置， 包括加快的响应时间和 / 或更大的燃料节省。在另一实例中， 在稳态操作模式期 间， 可选择能够提高推进器性能的设置。
在另一实例中， 推进系统配套有固定桨距推进器。 在此， 位于发动机与推进器中间 的 DC 总线使发动机性能能够与推进器性能分离， 并允许基于实时船舶操作数据而独立调 节和优化发动机和推进器设置。在稳态操作期间， 能够响应于功率请求而基于更新后的发 动机效率和燃料映射图来调节发动机设置。具体而言， 多变量优化程序可选择使得能够最 有效地供应所请求的功率的发动机速度和扭矩设置。在加速期间， 可调节发动机设置以提 供更大的燃料节省。然后可基于发动机设置来调节诸如推进器速度的推进器设置。
在又另一实例中， 推进系统配套有混合动力驱动系统， 该混合动力驱动系统包括 交流发电机和连接到推进器轴上的电动机。在此， 交流发电机 - 马达组合用于分离发动机 和推进器性能， 例如发动机和推进器负载， 以使得可以对它们独立地进行调节和优化。 具体 而言， 通过在加载操作期间从蓄电池接收电力并在低负载期间利用发动机对蓄电池充电， 能够调节发动机扭矩。 该优化程序还能基于包括推进器扭矩的实时估算值的实时船舶操作 数据来选择最佳马达 - 发电机与推进器功率分割。 这样， 基于所请求的速度和 / 或功率， 并且进一步基于实时船舶操作数据， 可适应 性地且独立地重新配置发动机和推进器设置， 从而使得能够独立地优化发动机性能和推进 器性能两者。通过响应于船舶操作模式和 / 或所选的船舶性能特性来使调节进一步偏向发 动机和 / 或推进器设置， 可以提高发动机和推进器性能。
另外或者备选地， 可提供一种混合动力驱动系统构造， 包括 ： 第一发动机 ； 第二发 动机 ； 联接到第一发动机上的第一电机 ； 具有第一推进器轴的第一推进器， 其中第一推进 器轴联接到第一电机上， 联接到第二发动机上的第二电机 ； 以及通过电力分配系统联接到 第一电机和第二电机的每一个上的蓄电池。 该混合动力驱动系统还可包括具有其中带有代 码的计算机可读存储介质的控制系统， 该代码配置成响应于船舶操作状况而动态地调节推 进系统的操作。
该混合动力驱动系统使得能够通过分离发动机和推进器负载来使发动机和推进 器性能分离， 从而可以独立地调节和优化发动机和推进器性能。 例如， 可通过在加载操作期 间从蓄电池接收电力然后在较低负荷期间对蓄电池充电来调节发动机扭矩。此外， 可响应 于功率请求及发动机和 / 或推进器操作状况的变化 ( 例如在发动机和 / 或推进器劣化期 间 ) 而对该混合动力驱动系统进行调节， 以满足随存储的电能变化的瞬时负载和 / 或重新 配置辅助电路和推进电路之间的电力分配。这样， 可提供提高了系统可靠性的灵活和可重 新配置的系统。
应当理解的是， 提供以上简要描述以采用简化的形式介绍在详细描述中进一步描 述的概念的选择。其并非意在确定要求保护的主题的关键或必要特征， 要求保护的主题的
范围由所附权利要求唯一地限定。此外， 要求保护的主题并不限于解决上文或在本公开内 容的任何部分中指出的任何缺点。 附图说明
通过阅读以下参考附图对非限制性的实施例的描述， 将更好地理解本发明， 在附 图中 ：
图 1 示出了包括可控桨距推进器的船舶推进系统的示例性实施例 ；
图 2 示出了包括串联混合动力驱动系统的船舶推进系统的示例性实施例 ；
图 3A-3D 示出了包括并联混合动力驱动系统的船舶推进系统的示例性实施例 ；
图 4 示出了根据本公开内容的用于优化推进系统效率的高层次流程图 ；
图 5 示出了用于示例性优化程序的高层次流程图 ； 以及
图 6 示出了用于示例性重新配置程序的高层次流程图。 具体实施方式
船舶如拖船中诸如图 1-3D 中所示的那些船舶推进系统由推进控制程序控制。基 于对船舶操作状况 ( 例如推进器扭矩、 发动机速度、 水中前进速度等 ) 的实时了解， 能够独 立和动态地调节发动机设置和推进器设置， 以使发动机性能和推进器性能能够更好地匹 配。由此， 不同的变量以显著不同的方式影响发动机性能和推进器性能。因此， 通过执行诸 如图 4-5 中所示的那些多变量优化程序， 其中响应于实时船舶操作数据而独立地重新配置 发动机设置和推进器设置两者， 提高了船舶推进系统的发动机和推进器两者的性能， 从而 提高了推进系统的总体效率。此外， 通过执行诸如图 6 中所示的重新配置程序， 其中在系统 构件之间 ( 例如多个系统发动机和 / 或系统蓄电池之间 ) 动态地重新配置系统功率输出， 可以在不增加系统构件的冗余的情况下提高推进系统的可靠性。
图 1 示出了被容纳于舰船 10 中的船舶推进系统的第一实施例 100。如图中所示， 舰船 10 可以是拖船。该拖船配置成直接推动、 拖曳和 / 或操纵负载 12， 例如另一船舶。在 一个实例中， 如图所示， 可利用拖缆 14 来使得能够直接推动、 拖曳和 / 或操纵。然而， 在备 选实例中， 可以不需要缆绳。当存在时， 拖缆 14 可连接到向缆绳提供牵引的带有拖曳孔圈 (towing eyelet)18 的拖曳绞车 16 上。
在一个实例中， 舰船 10 是操作柴油发动机 102 的柴油电动拖船。 然而， 在替代实施 例中， 可采用替代发动机构造， 例如汽油发动机、 涡轮发动机或生物柴油或天然气发动机。 发动机 102 产生沿推进器轴 106 传递到推进器 104 的扭矩。在所示的实例中， 推进器 104 是可控桨距推进器 (CPP)。安装在推进器轴 106 上的扭力计 107 或传感器向控制器 112 提 供推进器扭矩 (Q) 的实时估算值。扭力计 107 可位于沿推进器轴 106 的任何位置。基于该 位置， 可应用合适的系数 (multiplier) 来解决 (account for) 齿轮比和轴承损失。如由扭 力计提供的推进器扭矩的实时估算值是在当前推进器设置下由推进器吸收的实际扭矩的 估量。由此， 也可利用理论和 / 或模型测试推进器扭矩曲线来从推进器转速和船舶速度来 推断和 / 或估算推进器扭矩。然而， 此类扭矩测量方法可由于基于在海试期间所有差异很 大的船舶条件来更新映射图导致的困难而变得不精确。因此， 扭力计测出的扭矩可提供对 推进器扭矩的更精确的测量并构成由发动机控制器在优化程序中使用的实时操作数据中的一个。如文中进一步详述的， 这样测出的推进器扭矩可与推进器速度测量值一起用于从 推进器设计曲线来估算推进器前进速度和效率。在本例中， 齿轮箱 108 和离合器 110 可以 可选地沿推进器轴 106 设置， 具体而言设置在发动机 102 和推进器 104 之间， 以使得能够进 行发动机 102 和推进器 104 之间的扭矩调节。
响应于速度和 / 或功率请求 ( 在一个实例中其来自先导设置 (pilot setting))， 控制器 112 能够独立地调节发动机设置， 例如发动机速度设置和 / 或发动机扭矩设置， 以及 推进器设置， 例如推进器桨距设置、 转速设置和推进器扭矩设置。亦即， 能够在上述设置之 间无直接关联 ( 例如 1 ∶ 1 的固定关系 ) 的情况下调节发动机设置和推进器设置。因此， 对推进器设置的调节可以不需要对发动机设置进行基本上相等和 / 或互补的调节， 且反之 亦然。控制器 112 能够通过控制例如推进器桨距控制器 105 的马达来调节推进器设置。在 一个实例中， 控制器包括基于功率请求的功率基准 ( 例如功率范围 ) 设置。备选地， 控制器 可包括速度基准设置 ( 例如期望速度和 / 或加速度 )。由此， 可能更希望功率基准， 因为较 大的设置范围 ( 和 / 或设置的组合 ) 能够提供所请求的功率。然后， 控制器 112 可基于其 它考虑因素如操作模式、 燃料经济性设置、 快速响应设置等而在可能设置的范围当中进行 选择。 可能设置的范围由控制器基于推进器性能和发动机性能来确定。 能够基于模型测 试数据并进一步基于先导设置 ( 例如由操作员初始输入的设置 ) 来生成先导发动机和推进 器性能映射图。推进器性能映射图可例如将推进器桨距与对于各种推力水平的输出速度 (RPM) 进行关联。发动机和 / 或推进器设置可通过选择期望的 RPM 和推力水平然后将推进 器桨距调节为在映射图中规定的值而基于此类性能映射图。 先导性能映射图在第一种情况 下基于诸如推进器的设计或构造、 标准物理方程、 数学模型等参数而生成， 这些参数与此类 推进器设计如何与水和 / 或空气交互、 推进器在受控条件下的实验室测试和 / 或假定变量 或条件有关。在本发明的某些实施例中， 通过收集实时操作数据然后将该实时数据插入基 础物理方程、 数学模型等代替假定或控制的数据来更新性能映射图。然后基于更新后的性 能数据来调节设置。由于不同变量会以显著不同的方式影响发动机和推进器性能， 所以控 制器可配置成响应于速度和 / 或功率请求来收集实时船舶操作数据 ( 亦即， 各种船舶操作 状况在普遍条件下的实际测量值和估算值 ) 并更新先导性能映射图。通过响应于实时数据 来更新性能映射图， 获得了更可靠的发动机和推进器性能。通过利用此类更新后的映射图 来独立地调节发动机和推进器性能设置， 能够实现设置的组合， 其中发动机和推进器性能 两者都独立地进行优化并更好地匹配。因此， 显著提高了船舶的总体效率。
如文中参考图 4-5 的优化程序进一步详述的， 控制器所选择的设置的组合可以基 于期望性能特性。在一个实例中， 可由船舶操作员在船舶操作时限定上述特性。例如， 操作 员可指示在稳态操作时段期间希望偏向最大推进器性能 ( 而不是发动机性能 ) 的设置组 合。操作员同样可指示在加速时段期间希望偏向最大发动机性能 ( 而不是推进器性能 ) 的 设置组合。 备选地， 操作员可指示在不同操作期间燃料经济性对快速响应时间的优先项。 再 者， 代替由操作员输入， 能够将优先项设定为推进系统控制程序中的默认设置。
图 2 描述了容纳于舰船 10 中的船舶推进系统的另一示例性实施例 200。在此， 船 舶推进系统配套有串联混合动力驱动装置。如前文参考图 1 详述的， 舰船 10 可以是配置成 利用连接到提供牵引的带有拖曳环圈 18 的拖曳绞车 16 上的拖缆 14 来拖曳和 / 或操纵负
载 12 的拖船。
舰船 10 可依靠柴油发动机 202 操作。 然而， 在备选实施例中， 可采用备选发动机构 造， 例如汽油发动机、 涡轮发动机或生物柴油或天然气发动机。发动机 202 产生沿推进器轴 206 传递到推进器 204 的扭矩。在一个实例中， 推进器 204 可以是固定桨距推进器 (FPP)， 这种情况下可以不需要相关的桨距控制器。具体而言， 当使用 FPP 时， 马达 222 的速度和推 进器速度可共同以固定比值如传动比一起变化。在另一实例中， 推进器 204 可以是要求相 关的桨距控制器 205 的可控桨距推进器。 如前文所述， 安装在推进器轴 206 上的扭力计 207 向控制器 212 提供推进器扭矩 (Q) 的实时估算值。交流发电机 214 配置成从发动机 202 产 生电流。然后， 所产生的交流电 (AC) 由整流器 216 整流为能够沿 DC 总线 218 传输的直流 电 (DC)。该电流的至少一部分作为电量存储在连接到 DC 总线 218 上的蓄电池 220 中。备 选地， 该电流可用于利用马达 222 操作推进器 204。在一个实例中， 马达 222 可以是 AC 马 达。因此， 来自 DC 总线 218 的电流可以在传输到马达 222 之前由逆变器 219 转换。齿轮箱 208 和离合器 210 可以可选地沿推进器轴 206 设置， 具体而言设置在马达 222 和推进器 204 之间， 以使得能够进行扭矩调节。
如前文详述的， 控制器 212 响应于速度和 / 或功率请求而基于实时估算的船舶操 作数据、 更新后的发动机性能映射图和期望的性能特性来独立于推进器设置如推进器速度 而调节发动机设置， 例如发动机速度和 / 或发动机扭矩。这样， 能够在普遍船舶操作状况下 实现提高的发动机性能。因此， 控制器 212 可进一步调节推进器扭矩输出。
图 3A 示出了容纳于舰船 10 中的船舶推进系统的另一示例性实施例 300a。在此， 船舶推进系统配套有并联混合动力驱动装置。如前文详述的， 舰船 10 可以是配置成利用连 接到提供牵引的带有拖曳环圈 18 的拖曳绞车 16 上的拖缆 14 来拖曳和 / 或操纵负载 12 的 拖船。在所示的实施例中， 该推进系统包括混合动力驱动装置。
舰船 10 能够依靠柴油发动机 302 操作。然而， 可采用替代发动机构造， 例如汽油 发动机、 涡轮发动机或生物柴油或天然气发动机。发动机 302 产生沿推进器轴 304 传递到 推进器 306 的扭矩。在所示的实例中， 推进器 304 可以是固定桨距或可控桨距推进器。在 一个实例中， 在推进器 304 是固定桨距推进器 (FPP) 的情况下， 可以不需要相关的桨距控制 器。具体而言， 当使用 FPP 时， 马达 322 的速度和推进器速度可共同以固定比值如传动比一 起变化。在另一实例中， 在推进器 304 是可控桨距推进器的情况下， 可能需要相关的桨距控 制器 305。安装在推进器轴 306 上的扭力计 307 向控制器 312 提供推进器扭矩 (Q) 的实时 估算值。交流发电机 314 从发动机 302 产生电流。所产生的交流电 (AC) 由整流器 316 整 流为直流电 (DC)， 该直流电然后沿 DC 总线 318 传输。该电流的至少一部分作为电量存储 在连接到 DC 总线 318 上的蓄电池 320 中。备选地， 该电流可用于利用马达 322 来操作推进 器 304。在一个实例中， 马达 322 可以是 AC 马达。因此， 来自 DC 总线 318 的电流可以在传 输到马达 222 之前由逆变器 319 转换。减速齿轮 308 和离合器 310 可以可选地沿推进器轴 306 设置， 具体而言设置在马达 322 和推进器 304 之间， 以使得能够进行扭矩调节。
在此， 交流发电机 - 马达组合使发动机性能和推进器性能能够分离， 以使得可以 独立地对它们进行调节和优化。控制器 312 能够响应于速度和 / 或功率请求而独立地调节 发动机设置， 例如发动机速度和 / 或发动机扭矩， 以在给定的船舶操作条件下提供提高的 发动机性能。具体而言， 通过在加载操作期间从蓄电池接收电力并在低负载期间利用发动机对蓄电池充电来调节发动机扭矩。同样， 基于利用实时船舶操作数据更新后的性能映射 图来优化推进器设置 ( 例如桨距 )。优化程序还可基于操作状况和 / 或期望的船舶性能特 性来确定最佳的马达 - 发电机对推进器功率分割。
图 3B 示出了配套有并联混合动力驱动装置的船舶推进系统的另一示例性实施例 300b。 如前文详述的， 舰船 10 可以是配置成利用连接到提供牵引的带有拖曳环圈 18 的拖曳 绞车 16 上的拖缆 14 来拖曳和 / 或操纵负载 12 的拖船。在所示的实施例中， 舰船 10 能够 依靠柴油发动机 304 来操作。然而， 可采用替代发动机构造， 例如汽油发动机、 涡轮发动机 或生物柴油或天然气发动机。发动机 302 产生沿推进器轴 304 传递到推进器 306 的扭矩。 在所示的实例中， 推进器 304 可以是固定桨距或可控桨距推进器。在一个实例中， 在推进器 304 是固定桨距推进器 (FPP) 的情况下， 可以不需要相关的桨距控制器。具体而言， 当使用 FPP 时， 马达 322 的速度和推进器速度可共同以固定比值如传动比一起变化。在另一实例 中， 在推进器 304 是可控桨距推进器的情况下， 可能需要相关的桨距控制器 305。安装在推 进器轴 306 上的扭力计 307 向控制器 312 提供推进器扭矩 (Q) 的实时估算。
发动机 302 的扭矩输出被传输到牵引马达 322。由此， 牵引马达 322 可以是电动 发电机 (motor-generator)。位于发动机 302 与马达 322 之间的离合器 310 可使得能够将 马达 322 的操作与发动机操作分离。在所示的实施例中， 可以不需要中间交流发电机和整 流器来将在发动机 302 处产生的扭矩传递到马达 322， 尽管如果希望的话可以增加交流发 电机和 / 或整流器。如果存在的话， 交流发电机可从发动机产生交流电流， 该交流电流然后 可以在传输到牵引马达 322 之前由整流器整流。该电流的至少一部分可以作为电量存储在 蓄电池 320 中。蓄电池 320 可经由逆变器 319 充电或放电。备选地， 该电流可用于利用马 达 322 来操作推进器 304。齿轮箱 208 和可选的附加离合器 330a 可沿推进器轴 306 设置， 具体而言设置在马达 322 和推进器 304 之间。可选的附加离合器 330a 使推进器 304 能与 马达 322 分离。在一个实例中， 通过使推进器 304 与马达 322 分离， 该马达可用于在发动机 再起动时使发动机 302 转动曲柄。存储在蓄电池 320 中的电量可以用于在需要时补充由马 达 322 输出的电力和推进器 304 的性能。备选地， 在发动机 302 劣化的情况下， 蓄电池 320 可用于提供操作马达 322 和因此操作推进器 304 所需的电力。在一个实例中， 马达 322 可 以是 AC 马达。因此， 来自蓄电池 320 的电流可以在传输到马达 322 之前由逆变器 319 转 换。所示的实施例使得能够在不需要附加系统构件的情况下 ( 或例如， 在不需要交流发电 机、 交流发电机场控制器和 / 或整流器的情况下 ) 提高系统可靠性 ( 例如， 通过提高对发动 机劣化和 / 或逆变器劣化的鲁棒性 )。 亦即， 可使用较少的系统构件来实现混合动力驱动装 置益处。
图 3C 示出了配套有并联混合动力驱动装置的船舶推进系统的又一示例性实施例 300c。如前文详述的， 舰船 10 可以是配置成拖曳和 / 或操纵负载的拖船。在所示的实施例 中， 舰船 10 能够依靠多个发动机如第一发动机 302a 和第二发动机 302b 来操作。在一个实 例中， 多个发动机可位于船舶的不同侧上。例如， 第一发动机 302a 可以是位于右舷侧的柴 油发动机， 而第二发动机 302b 可以是位于左舷侧的柴油发动机。在备选实施例中， 发动机 302a 和 302b 中的任何一者或两者可具有备选构造， 例如汽油发动机、 涡轮发动机或生物柴 油或天然气发动机。
第一发动机 302a 和第二发动机 302b 产生分别沿第一推进器轴 306a 和第二推进器轴 306b 传输到第一推进器 304a 和第二推进器 304b 的扭矩。在所示的实例中， 推进器 304a 和 304b 可以是固定桨距推进器或可控桨距推进器。在一个实例中， 在推进器 304a 和 / 或 304b 是固定桨距推进器 (FPP) 的情况下， 可以不需要相关的桨距控制器。 具体而言， 当 使用 FPP 时， 牵引马达 322a 和 322b 的速度和推进器速度可以以固定比值如传动比一起变 化。在另一实例中， 在推进器 304a 和 / 或 304b 是可控桨距控制器的情况下， 可能分别需要 推进器相关的桨距控制器 305a 和 / 或 305b。分别安装在推进器轴 306a 和 306b 上的扭力 计 307a 和 307b 可以向控制器 312 提供相应推进器扭矩 (Qa 和 Qb) 的实时估算值。
第一电机和第二电机可以分别选择性地联接到第一发动机和第二发动机上。 在一 个实例中， 第一电机和第二电机可以分别是第一牵引马达 322a 和第二牵引马达 322b。 发动 机 302a 和 302b 的扭矩输出可以分别传输到牵引马达 322a 和 322b。由此， 牵引马达 322a 和 322b 可以是电动发电机。 亦即， 基于发动机操作状况， 牵引马达 322a 和 322b 可用于将扭 矩从发动机传递到相应推进器， 或者可用于产生可以存储在蓄电池中的电力。位于发动机 302a 和马达 322a 之间的离合器 310a 和位于发动机 302b 和马达 322b 之间的离合器 310b 可使牵引马达能够与它们相应的发动机分离。 这样， 可调节输入到相应推进器中的扭矩。 在 所示的实施例中， 可以不需要中间交流发电机和整流器来传递在各发动机处产生的扭矩， 尽管如果希望的话可以增加交流发电机和 / 或整流器。如果存在的话， 交流发电机可从发 动机产生交流电流， 该交流电流然后可以在传输到相应牵引马达之前由整流器整流。 第一电机和第二电机可进一步分别机械联接到第一推进器 304a 的第一推进器轴 306a 和第二推进器 304b 的第二推进器轴 306b 上。发动机输出可由相应牵引马达用于操 作相应推进器。齿轮箱 208a 或 208b 以及可选的附加离合器 330a 或 330b 可沿推进器轴 306a 和 306b 设置， 具体而言设置在马达 322a 和推进器 304a 之间或者马达 322b 和推进器 304b 之间。可选的附加离合器 330a 和 330b 分别使推进器 304a 和 304b 能够与马达 322a 和 322b 分离。在一个实例中， 在马达 322a 和 322b 是电动马达的情况下， 通过使推进器与 相应马达分离， 电动马达中的一个或更多可用于在发动机再起动时使发动机中的一个或更 多转动曲柄。
发动机所产生的电流的至少一部分可以作为电量存储在蓄电池 320 中。蓄电池 320 可通过电力分配系统联接到第一电机和第二电机的每一个上， 例如， 牵引马达 322a 和 322b 的每一个上。 电力分配系统可使蓄电池 320 能够由 ( 第一 ) 发动机 302a 通过使用马达 322a 来充电。 另外或者可选地， 蓄电池 320 可由 ( 第二 ) 发动机 302b 通过使用马达 322b 来 充电。如文中进一步详述的， 存储在蓄电池 320 中的电量可以在需要时用于补充马达 322a 和 / 或 322b 所输出的功率和推进器 304a 和 / 或 304b 的性能。备选地， 在 ( 第一 ) 发动机 302a 和 / 或 ( 第二 ) 发动机 302b 劣化的情况下， 蓄电池 320 可用于补充操作牵引马达和 因此操作推进器所需的功率。在一个实例中， 如图所示， 马达 322a 和 322b 可以是 AC 马达。 因此， 来自蓄电池 320 的电流可在传输到马达 322a 和 322b 之前由逆变器 319a 和 319b 转 换。
来自牵引马达 322a 和 322b 中的一者或两者的输出也可用于操作附件 336 负载构 件， 例如船舱灯光、 加热和 / 或冷却系统、 机载诊断装置等。逆变器 319a 和 319b 可以可操 作地联接到相应的曲柄转移开关 (CTS)332a 和 / 或 332b 上。CTS 332a 和 332b 可使相应 的逆变器能够连接到相应马达 322a 和 322b 上或者连接到滤波变压器 334 上。滤波变压器
334 可位于附件 336 构件上游， 以使适当波形的电流能够被传输到附件 336 构件以用于它们 的操作。例如， 滤波变压器 334 可使方波电流能够转换为正弦波形， 以便传输到附件 336 构 件。在一个实例中， 第一发动机和第二发动机可以是推进发动机。在此， 推进发动机指的是 主要用于推进的主发动机。 然而， 在低负荷发动机操作的状况下， 推进发动机也能用于产生 存储在蓄电池中的电力。由此， 推进发动机可以不同设置操作。因此， 以上列举的连接到推 进发动机上并且包括推进发动机的构件可体现为推进系统的推进回路。另外， 在低负载状 况 ( 特别是显著低于峰值发动机输出， 例如小于峰值发动机输出的一半 ) 期间， 可以调节推 进发动机以提供平均船舶功率， 且通过调节联接到推进器上的电动机 / 发电机而提供期望 输出的瞬时增加 / 减少。
船舶推进系统 300c 的第二发动机可另外或可选地是辅助发动机 302c。 在此， 与推 进发动机相比， 辅助发动机指的是可以较小 ( 不过这不是必需的 ) 并且主要用于运行附件 负载的发动机。此外， 辅助发动机可以以恒定设置 ( 例如 60Hz) 连续操作。然而， 如文中详 述的， 在推进发动机劣化状况下， 辅助发动机能够至少部分用于推进推进器中的一个或更 多。由此， 辅助发动机可以不机械联接到推进器上。然而， 第二 ( 辅助 ) 发动机可以选择性 地机械联接到第二电机上， 在此为交流发电机 314。虽然所示的实施例将发动机 302c 显示 为辅助柴油发动机， 但应理解， 发动机 302c 可具有替代构造， 例如涡轮发动机、 生物柴油发 动机、 汽油发动机或天然气发动机。辅助发动机 302a 可以以固定设置操作， 例如以 60Hz 操 作。辅助发动机 302c 可以以固定设置操作 ( 例如连续操作 )， 以提供用于附件 336 负载和 构件操作的功率。例如， 辅助发动机 302c 所产生的功率可用于操作船舱灯光、 机载控制装 置、 船舱加热、 船舱冷却、 船舱通风等。另外， 辅助发动机 302c 可配置成在劣化的推进发动 机 ( 亦即， 发动机 302a 和 / 或 302b) 性能的状况下操作。交流发电机 314 可从发动机 320c 的旋转产生交流电， 该交流电然后可在传输之前由整流器 316 整流。在一个实例中， 整流器 316 可以是配置成在辅助发动机 302c 和蓄电池 320 之间传递功率的相位控制整流器。在 辅助发动机低负荷操作时段期间， 例如当对船舱加热或冷却的需求降低时， 或者当附件 336 负荷低时， 辅助发动机 302c 可配置成除操作附件 336 负载外还对蓄电池 320 充电。 因此， 在 蓄电池 320 用于补充或替代推进发动机的功率输出的状况下， 通过辅助发动机 302c 的连续 操作对蓄电池 320 进行连续点滴式充电 (trickle charging) 使蓄电池能够以较慢的速度 消耗。蓄电池 320 可通过电力分配系统联接到交流发电机 314， 从而使发动机 302c 所产生 的电流的一部分能够作为电量存储在蓄电池 320 中。备选地， 该电流可用于操作马达 322a 和 322b 中的任一者或两者， 以及因此操作推进器 304a 和 / 或 304b。在一个实例中， 当第二 发动机是辅助发动机时， 连接到辅助发动机上并且包括辅助发动机的构件可体现为推进系 统的辅助回路。在辅助发动机 302c 劣化的情况下， 辅助回路的附件 336 负载可至少部分由 蓄电池 320 和 / 或推进发动机 302a 和 302b 中的一个或更多产生。具体而言， 功率可通过 逆变器、 CTS 和滤波变压器从蓄电池 320 和 / 或推进发动机 302a 和 302b 中的一个或更多 转移到附件 336 负载。这可使推进系统即使在存在发动机劣化的情况下也能够继续操作舰 船。
当舰船 10 靠岸时， 可以使用岸上电源 340 代替操作发动机 302a-302c 来对蓄电池 320 充电和 / 或运行附件负载构件 336。所示构造中蓄电池 320 的结合使得能够响应于功 率请求和 / 或负载的瞬时变化来适应性地重新配置推进系统的性能特性。控制器 312 中可具有代码， 该代码的技术效果可包括响应于船舶操作状况对推进系统操作的动态调节。这 些操作状况可包括诸如发动机、 推进器、 马达等的电气和机械构件的状况。由此， 所示的电 气构造使得能够沿各种方向转移功率， 例如， 沿推进回路和辅助回路之间的任意方向。 如文 中进一步详述的， 控制器可通过依靠增加和 / 或减少联接到推进器上的电机 ( 例如第一电 机 ) 的扭矩生成和 / 或吸收而选择性地增加和 / 或减少推进器扭矩输出 ( 例如第一推进器 的扭矩输出 ) 来动态地调节推进系统的操作。 这样， 实现了用于舰船的多冗余功率方案。 此 外， 所示的电气构造允许在不必增加系统构件数量的情况下提高系统可靠性。
在一个实例中， 在负载瞬时增加的过程中， 可通过给发动机 302a 和 302b( 此外， 可 选地， 302c) 的柴油发动机轴扭矩补充从蓄电池传递的马达电扭矩来改善对梯级负载增加 的节气门响应。蓄电池也可使柴油发动机性能能够在高瞬时负载需求期间提高。在另一实 例中， 在发动机 302a 或 302b 中的一个劣化的情况下， 可通过从另一发动机、 辅助发动机和 / 或蓄电池传递功率来维持相应推进器的性能。同样， 在发动机 302a 和 302b 两者都劣化的 情况下， 可通过从辅助发动机和 / 或蓄电池传递功率来维持推进回路中推进器的性能。因 此得出， 推进系统性能的大规模劣化可能发生在三个发动机劣化 ( 亦即， 推进发动机 302a 和 302b 以及辅助发动机 302c 的劣化 ) 且低蓄电池电量 ( 亦即， 蓄电池电量消耗到低于阈 值， 使得蓄电池无法支撑推进器性能 ) 的罕见情况下。在再一实例中， 可通过完全用蓄电池 操作推进系统而在无排放模式下操作舰船， 直到蓄电池电量处于或低于阈值， 越过该阈值 需要对蓄电池进行再充电。
由此， 该蓄电池可配置成既接收又传送来自推进系统的电力。 具体而言， 该蓄电池 能够接收和传送来自岸上电源的电力， 两个逆变器中的任一个可操作地联接到柴油发动机 302a 和 302b 上， 和 / 或整流器联接到辅助发动机 302c 上。另外， 该蓄电池可从联接到推进 系统上的专用柴油发电机 ( 未示出 ) 接收电力。再者， 在混合充电模式期间， 可通过使水越 过推进器来对蓄电池充电。如参考图 6 进一步详述的， 通过结合蓄电池来实现灵活和可重 新配置的推进系统， 可使用现有的原动机来提供能够对负载变化迅速和有效地做出响应的 高效、 低排放推进系统。 这样， 可以在不显著增加构件冗余的情况下使舰船船舶推进系统的 可靠性提高。相反， 可减少得到改善的性能所需的发动机数量。
图 3D 示出了配套有并联混合动力驱动装置的船舶推进系统的另一示例性实施例 300d。由此， 实施例 300d 可基本上类似于实施例 300c， 然而， 图 3D 的实施例可包括联接到 单个推进器 304a 上的单个推进发动机 302a 和配置成操作船舶附件 336 负载的辅助发动机 302c。由此， 可以包括图 3D 的实施例中包括的所有其它构件， 并且可与图 3C 中那样命名和 标号。在此为了简洁不重新介绍类似命名和标号的构件。
不同的变量可对推进器和 / 或发动机性能映射图中的一点的移动有明显不同的 作用。 由此， 推进器性能映射图上的一点可作为推进器扭矩、 推进器转速和推进器水中前进 速度的函数来映射。同样， 发动机性能映射图上的一点可作为发动机扭矩和发动机速度的 函数来映射。控制器可配置成优化操作上可控的变量， 从而使发动机和推进器的效率最大 化。
在一个实例中， 当拖曳负载或面向逆风时可给控制器提供速度基准。 因此， 推进器 前进速度可降低。推进器前进速度的降低可推移推进器性能映射图上的推进器性能点。为 了抵抗或抵销该推移， 并使推进器回到推进器性能映射图上的原始性能点， 可能需要增大推进器扭矩。然而， 增大的推进器扭矩可通过在保持发动机速度恒定 ( 由于速度基准 ) 的 同时增加燃料消耗来使发动机扭矩增大。结果， 发动机性能可能劣化。在此， 控制器可通过 经由桨距调节而调节推进器扭矩， 亦即， 调节单个变量， 来优化发动机和推进器性能。备选 地， 优化程序可独立地调节多个变量， 例如发动机和推进器速度和扭矩。 可以通过维持基本 上恒定的推进系统功率 ( 亦即， 利用功率基准 ) 或者通过利用系统中的蓄能装置如蓄电池 来实现这一点。
在另一实例中， 当拖曳负载或面向逆风时可给控制器提供功率基准。如前文详述 的， 推进器前进速度的由此降低可引起推进器扭矩增大， 以使推进器回到性能映射图上的 原点。 一旦充分确定扭矩变化， 控制器便可计算推进器扭矩和速度的最佳有效组合， 从而从 设计和 / 或试验数据以及推进器扭矩的实时估算值 ( 例如， 从安装在轴上的扭力计 ) 推断 所需的推进器前进速度。 可通过构成包括可提供所请求的功率的推进器速度和扭矩的允许 值的组合效率映射图来确定推进器和发动机效率的最佳组合。
虽然以上实例说明了推进器前进速度和推进器扭矩的变化对性能映射图上的推 进器的性能点的影响， 但应理解， 以相同的方式， 替代变量可以或者独立地或者同时影响发 动机和推进器性能映射图上的性能点， 各替代变量都具有其本身的对效率的关系。
因此， 如上所述， 不同变量可对同一推进系统构件有明显不同的影响 ( 例如， 桨距 对扭矩在推进器性能上的不同影响 )， 且再者， 可对不同推进系统构件有明显不同的影响 ( 例如， 扭矩在推进器对发动机性能上的不同影响 )。再者， 当从模型测试数据和 / 或理论 计算估算和 / 或推断用作变量的操作状况时， 发动机和推进器性能映射图会逐渐产生显著 的误差。 因此， 通过利用实时船舶操作数据， 即精确地且更可靠地代表普遍船舶操作状况的 数据， 并通过利用实时估算的数据来更新发动机和推进器性能映射图， 能够更精确地确定 变量组合对发动机和推进器性能的实际影响。通过使用此类更新后的性能映射图， 控制器 可执行多变量优化程序， 例如图 4-5 中所示的程序， 以在配套有推进系统的船舶操作期间 更好地实现推进器性能和发动机性能的适当匹配。 通过给推进控制程序提供对原动机在整 个操作范围上的最佳操作状况的更佳了解， 并通过实时更新最佳操作状况， 可显著提高推 进系统的效率。
实时船舶操作数据可包括如由安装在推进器轴上的扭力计确定的实际推进器扭 矩的实时估算值。实时船舶操作数据还可包括发动机速度、 船舶前进速度、 船舶海浪负载、 船舶风力负载和潮汐流的估算值等。可相应更新从模型数据和 / 或先导船舶设置形成的推 进器曲线。在一个实例中， 可基于推进器转速、 桨距和前进速度来映射先导推进器曲线。可 从船舶速度和伴流影响估算与前进速度有关的模型数据。然而， 基于设计条件构想的船舶 速度可与实际船舶速度明显不同。 来自安装在船舶的船体上的前进速度传感器的估算值也 可由于暴露于严酷和变化的状况而存在误差。由于推进器扭矩和前进速度直接相关， 所以 可基于来自扭力计的推进器扭矩的精确实时估算来实现前进速度的精确估算。亦即， 可响 应于推进器扭矩和更新后的性能映射图来估算船舶前进速度。 基于更新后的映射图中的推 进器效率的等高线， 多变量优化程序可选择允许在更新后的操作状况下使推进器性能最大 化的新推进器桨距设置。可基于实时船舶操作数据实时独立地更新发动机性能映射图， 例 如发动机燃料映射图。 随后可基于更新后的映射图来选择能够提供期望功率的发动机速度 和发动机扭矩的最佳组合。以此方式， 如从推进器扭矩推断的船舶速度的实时估算值可用于针对期望功率输出优化推进器和发动机设置， 以使得可提高推进系统的操作效率。下面 参考图 4-5 描述此类控制系统操作的其它细节。
现参看图 4， 描述了用于响应于操作状况的变化而实时优化推进系统的设置的程 序 400。可响应于操作员请求来执行该程序。操作员请求可以作为速度或功率基准提供。 在一个实例中， 然后可将速度或功率基准转换为所请求的扭矩。 在确定操作状况后， 并且基 于操作员请求， 可映射和调节推进器桨距、 推进器速度、 发动机速度、 蓄电池充电状态和其 它有关变量。
在步骤 402， 确定推进器扭矩 (Q)。在一个实例中， 基于位于推进器轴上的扭力计 来确定推进器扭矩的实时估算值。在步骤 404， 可确定实时船舶操作数据。这些数据可包 括船舶内部构件的操作状况如发动机和推进器设置及外部影响的估算。作为一个实例， 这 可以包括确定发动机速度、 发动机负荷、 发动机功率输出、 推进器桨距、 推进器转速、 蓄电池 充电状态 ( 在混合动力系统中 ) 等。另外， 确定外部影响可包括例如估算风力负载、 拖曳负 载、 船体结垢、 海浪负载、 潮汐流等， 以及由于这些影响的组合而引起的船舶排水量的变化。 在步骤 406， 确定船舶的前进速度 (Va)。 由此， 可使用全球定位系统 (GPS) 来确定船舶速度。 然而， 可以理解的是， 这可能不会给出精确的 Va 值， 因为船舶在水中的实际前进速度会明显 受潮汐流、 风力负载、 海浪负载等的状态影响。 因此， 在一个实例中， 可基于所确定的发动机 负荷、 桨距、 发动机速度和扭矩来以计算方式确定 Va。 在步骤 408， 利用实时船舶操作数据来更新发动机和推进器性能点和曲线。由此， 各发动机和推进器可基于它们的构成和模型而具有单独的性能映射图。 基于所映射的数据 和计算的前进速度， 可独立地调节发动机设置如发动机输出 ( 即发动机速度和 / 或发动机 功率 ) 和推进器设置如推进器桨距， 以便能够优化推进系统的总体效率。
在一个实例中， 可响应于更新后的发动机设置来调节发动机速度并且可响应于更 新后的推进器设置来调节推进器桨距， 独立于推进器桨距来调节发动机速度。在另一实例 中， 可响应于发动机设置来调节发动机速度， 同时可响应于推进器设置来调节推进器扭矩， 独立于推进器扭矩来调节发动机速度。在又一实例中， 可响应于发动机设置来调节发动机 扭矩， 同时响应于推进器设置来调节推进器扭矩， 独立于推进器扭矩来调节发动机扭矩。
以此方式， 响应于船舶操作状况的高度可变性来调节推进系统的发动机和推进器 的设置， 以提供给系统赋予较高效率的组合。如参考图 6 详述的， 多变量优化程序能够基于 船舶操作模式 ( 例如， 稳态与加速 ) 和对某些性能特性例如在稳态期间的提高的燃料效率 或最大推进器性能以及在加速期间的快速响应时间或最大发动机性能的指定或预定优先 项而进一步调节发动机和推进器设置。
现在转向图 5， 示出了示例性实时优化程序 500。 在步骤 502， 收集实时船舶操作数 据。这些数据包括内部状况如发动机速度 (Ne)、 推进器桨距 (P)、 扭矩和外部影响如风力负 载、 拖曳负载、 船体结垢、 海浪负载、 潮汐流等的估算值。 在步骤 504， 至少基于所确定的发动 机速度、 推进器桨距和扭矩而以计算方式计算船舶前进速度 (Va)。在步骤 506， 确认船舶是 否处于稳态操作模式。如果是， 则在步骤 510， 基于在步骤 502-504 估算的状况来执行多变 量优化， 以计算用于发动机速度、 推进器桨距和扭矩输出的新设置。 可使用数据平滑技术来 避免在优化处理期间过大的速度和扭矩变化。 可选择功率设置基准如功率范围并且多变量 优化然后计算优化速度、 桨距和扭矩设置， 同时在预定功率范围内保持功率恒定。 在替代实
施例中， 可选择前进速度基准并且可调节设置以允许发动机和推进器的速度保持恒定或保 持在预定范围内。
在步骤 512， 将新设置映射到更新后的发动机和推进器性能映射图上， 以在组合时 确定推进器性能效率、 发动机燃料效率和净效率。在一个实例中， 在稳态操作期间， 可能希 望使净效率偏向推进器性能。因此， 在步骤 514， 确认所选的设置的组合是否使得能够偏向 提高的 ( 例如， 最大的 ) 推进器性能的净效率。如果为是， 则在步骤 518， 应用新的设置。如 果为否， 则在步骤 516， 该程序执行多变量优化程序的新迭代， 以确定更好地实现提高推进 器性能的新设置组合。
如果在步骤 506 未确认稳态操作， 则在步骤 508， 在步骤 508 确认加速操作模式。 在步骤 520， 与在步骤 510 一样， 基于在步骤 502-504 估算的状况来执行多变量优化程序， 以 计算用于发动机速度、 推进器桨距和扭矩输出的新设置。使用数据平滑技术来避免在优化 处理期间的过大的速度和扭矩变化。基于请求的功率和 / 或速度来选择功率设置或速度设 置， 并且多变量优化相应地计算优化后的速度、 桨距和扭矩设置， 同时在限定功率范围内保 持功率恒定， 或者同时维持速度恒定或将速度维持在限定的速度范围内。
在步骤 522， 将新设置映射到更新后的发动机和推进器性能映射图上， 以在组合时 确定推进器性能效率、 发动机燃料效率和净效率。在一个实例中， 在加速操作期间， 可能希 望使净效率偏向发动机性能。 还可确定是具有改善的燃料节省还是具有改善的响应时间而 希望偏向发动机性能。 作为一个实例， 如果希望改善的燃料节省， 则可选择与最低规定燃料 消耗相对应的设置组合。 作为另一实例， 如果希望改善的响应时间， 则可选择与最快的响应 时间相对应的设置。控制器可基于例如命令的变化速度或命令的变化大小而在备选选择 之间进行选择。在步骤 524， 确认净效率是否偏向提高的发动机性能。如果为是， 则在步骤 518， 应用新的设置。 如果为否， 则在步骤 526， 该程序执行多变量优化程序的新迭代， 以确定 实现较短响应时间的新设置。
虽然所示的实例说明了其中在加速期间希望发动机性能而在稳态操作期间希望 推进器性能的程序， 但在替代实施例中， 可基于备选优先项来调节多变量程序。 这些优先项 可由操作员向控制器指示， 或者可以反映默认优先项。因此， 在另一实例中， 可选择实现改 善的燃料节省的发动机和推进器设置的组合， 而在加速期间， 可重新调节这些设置， 以实现 改善的响应时间。
对发动机设置和推进器设置的每一项的调节可包括在调节推进器桨距的同时对 发动机速度进行调节、 在调节推进器转速的同时对发动机速度进行调节和 / 或对发动机扭 矩和推进器扭矩进行调节。在一个实例中， 调节可包括在维持推进器桨距的同时提高发动 机速度。 在另一实例中， 调节可包括在维持发动机速度的同时增大推进器桨距。 在又另一实 例中， 可在发动机速度降低的同时增大推进器桨距， 或者可在减小推进器桨距的同时提高 发动机速度。应该理解的是， 所有其它组合也是可能的。此外， 可在需要时以即时或非即时 次序执行一个或更多调节。在一个实例中， 调节可包括在增大推进器桨距的同时提高发动 机速度， 此后 ( 例如在延迟时间之后 )， 调节可包括在维持推进器桨距的同时提高发动机速 度。 在另一实例中， 调节可包括在减小推进器桨距的同时降低发动机速度， 此后可在减小推 进器桨距的同时提高发动机速度， 此后可在维持推进器桨距的同时降低发动机速度。应该 理解的是， 对于各项调节中的一个或更多个步骤并且对于不同步骤之间的不同时间延迟，所有其它组合也是可能的。
以此方式， 可响应于实时船舶操作数据实时动态地重新配置推进系统的发动机和 推进器设置。 通过利用实时船舶操作数据即代表船舶操作状况的实时变化的数据来更新发 动机和推进器性能映射图， 可生成不存在基于模型测试数据的映射图的误差的可靠而精确 的映射图。 通过使用此类精确的映射图， 并且进一步基于期望的船舶性能特性， 可独立地重 新配置发动机和推进器设置。 这样， 发动机和推进器可各自独立地配置成最大程度地实施。 此外， 可更好地匹配发动机和推进器的性能， 从而提高推进系统的总体效率。
现参看图 6， 示出了示例性重新配置程序 600。该重新配置程序使推进系统能够灵 活， 并对负载变化迅速而有效地做出响应。该推进系统中包括的控制器可配置成执行此类 程序， 以响应于船舶操作状况而动态地调节推进系统的操作。在步骤 602， 可确定推进系统 的操作状况。例如， 可确定推进系统是否正在经历瞬时负载变化。如果是， 则还可确定瞬时 负载变化是否在系统发动机之间均等地分布或者瞬时负载变化是否主要由特定发动机经 历。同样， 可确定瞬时负载变化是否在系统推进器之间对称或不对称地分布。在另一实例 中， 可确定是否已发生任何发动机和 / 或推进器劣化。在又另一实例中， 可确定系统蓄电池 的充电状态。
在步骤 604， 可基于所确定的操作状况来选择操作模式。因此， 在步骤 606， 推进系 统可在所选的操作模式下操作。在一个实例中， 当负载分布在第一发动机和第二发动机之 间并且另外蓄电池充电状态高于阈值时， 推进系统可在第一模式下操作， 其中第一发动机 和第二发动机两者都可用于分别驱动第一推进器和第二推进器而不对蓄电池充电。在此， 由于蓄电池被良好充电， 所以如果需要， 可另外使用蓄电池来补充由第一发动机和 / 或第 二发动机输出的功率， 以操作第一推进器和 / 或第二推进器。在另一实例中， 当负载分布在 第一发动机和第二发动机之间并且另外蓄电池充电状态处于或低于阈值时， 推进系统可在 第二模式下操作， 其中第一发动机和第二发动机两者都可用于分别驱动第一推进器和第二 推进器而不使蓄电池放电以用于推进。在此， 可防止蓄电池进一步放电。备选地， 蓄电池充 电状态可处于或高于阈值， 并且蓄电池可以不放电以保存蓄电池电量以便以后使用， 例如， 在需要补充发动机功率时。
在又另一实例中， 当蓄电池充电机会上升时， 例如， 当船舶减速时， 推进系统可在 第三模式下操作， 其中第一发动机和第二发动机两者均分别用于驱动第一推进器和第二推 进器， 并且另外可通过从第一和第二电机 ( 即电动发电机 ) 中的至少一者接收的电力对蓄 电池充电。在此， 由不需要操作推进器的发动机产生的额外电力可作为电量存储在蓄电池 中， 以便将来使用。在另一实例中， 当发动机中的一个或更多经历瞬时负荷浪涌时， 推进系 统可在第四模式下操作， 其中第一发动机和第二发动机两者都可用于分别驱动第一推进器 和第二推进器， 且另外可通过蓄电池在第一电动发电机和第二电动发电机中的至少一者中 产生扭矩。在此， 可通过给第一发动机和 / 或第二发动机的扭矩补充来自蓄电池的扭矩来 改善对梯级负载上升的节气门响应。
在另一实例中， 当经历瞬时负载下降时， 推进系统可在第五模式下操作， 其中仅第 一发动机可用于通过至少操作第二电机来至少驱动第一推进器和第二推进器两者， 并且功 率可通过第一电动发电机和电力分配系统从第一发动机转移到第二电动发电机。在此， 单 个发动机 ( 例如仅第一发动机 ) 的扭矩输出可足够驱动第一推进器和第二推进器两者。因此， 第一发动机可通过操作联接到推进器上的两个马达来驱动两个推进器。 由此， 这可以提 供燃料经济性利益。 备选地， 推进系统可响应于第二发动机的劣化而在第五模式下操作。 在 此， 可重新配置功率分配， 以使第一发动机的扭矩输出能够补偿来自第二发动机的扭矩的 损失。 应该理解的是， 在第五模式的替代实施例中， 第二发动机可响应于第一发动机的劣化 而通过操作联接到推进器上的两个马达来驱动两个推进器。以此方式， 两个推进器可继续 操作并且船舶的性能不会受到不利影响。
在再另一实例中， 当经历瞬时负载下降或确定第二发动机劣化并且另外蓄电池充 电机会上升 ( 例如， 由于船舶减速 ) 时， 推进系统可在第六模式下操作， 其中仅第一发动机 可用于通过至少操作第二电机来至少驱动第一推进器和第二推进器两者， 并且功率可通过 第一电动发电机和电力分配系统从第一发动机转移到第二电动发电机， 且另外， 可对蓄电 池充电。在此， 与在第五模式中一样， 一个发动机的扭矩输出可有利地用于操作两个推进 器， 以减少船舶性能的下降。另外， 蓄电池可有利地使用由发动机产生的任何额外功率充 电， 并且可存储电量以便以后使用。应该理解的是， 在第六模式的替代实施例中， 第二发动 机可响应于第一发动机的劣化而通过操作联接到推进器上的两个马达来驱动两个推进器， 同时对蓄电池充电。
在又另一实例中， 当确定第二发动机劣化并且第一发动机的扭矩输出可能不足以 驱动两个推进器时， 推进系统可在第七模式下操作， 其中仅第一发动机可用于通过至少操 作第二电动发电机来至少驱动第一推进器和第二推进器两者， 并且通过第一电动发电机和 电力分配系统将功率从第一发动机转移到第二电动发电机， 并且另外可使蓄电池放电以补 充第一发动机的发动机输出。 以此方式， 蓄电池输出可有利地用于提升第一发动机的输出。 应该理解的是， 在第七模式的替代实施例中， 第二发动机可响应于第一发动机的劣化而驱 动两个推进器， 并且第二发动机的扭矩输出可由蓄电池输出补充。 在再另一实例中， 推进系 统可响应于第一发动机和第二发动机两者的劣化而在第八模式下操作， 其中第一推进器和 第二推进器中的至少一者可通过第一电动发电机和第二电动发电机中的相应一者操作， 并 且其中蓄电池可向相应至少一个电动发电机提供电力。此外， 第一发动机和第二发动机两 者都可以关闭。 在此， 蓄电池输出可用于至少部分地补偿来自发动机的功率的损失， 从而使 得能够维持推进器的操作。这样， 可维持船舶的总体性能。在另一实例中， 当确定船舶应在 无排放模式下操作时， 推进系统系统可在第八模式下操作。在此， 由于发动机关闭， 所以推 进系统的所有操作都可以由蓄电池驱动， 直到蓄电池电量下降到阈值以下， 越过该阈值可 能需要对蓄电池进行再充电。
在另一实例中， 推进系统可在第九模式下操作， 其中辅助发动机用于通过至少操 作交流发电机并且通过交流发电机和电力分配系统将电力从交流发电机转移到附件负载 而仅驱动附件负载。在此， 第一推进发动机或第二推进发动机可操作以至少一并驱动第一 推进器和第二推进器两者。 以此方式， 推进发动机可用于驱动推进电路， 而辅助发动机可用 于驱动辅助电路。 在又另一实例中， 当发动机在低负荷下操作时， 推进系统可在第十模式下 操作， 其中辅助发动机用于驱动附件负载 ( 亦即， 驱动辅助回路 ) 并且还对蓄电池充电， 同 时操作第一 ( 或第二 ) 发动机以至少驱动第一推进器和第二推进器两者。在此， 通过对蓄 电池进行点滴式充电， 可降低蓄电池的电量消耗速度。 在再另一实例中， 当确定辅助发动机 劣化时， 推进系统可在第十一模式下操作， 其中第一 ( 或第二 ) 发动机操作以至少驱动第一推进器和第二推进器两者以及附件负载， 并且还使蓄电池放电以驱动附件负载。 以此方式， 通过重新配置推进电路和辅助电路之间的功率， 可使附件负载的操作继续。
应该理解的是， 当动态调节推进系统设置时， 控制器可配置成在上述多个模式中 的一个或更多模式下操作推进系统。由此， 可以以两个连续模式之间的适当时间延迟按需 要以即时或非即时次序执行上述多个模式。在一个实例中， 调节可包括在第五模式 ( 一个 发动机驱动两个推进器 ) 下操作推进系统直到充电机会上升， 此时， 推进系统可转入第六 模式 ( 其中可另外对蓄电池充电 )。在另一实例中， 推进系统可在第三模式 ( 其中对蓄电 池充电 ) 下操作直到确定发动机劣化， 推进系统系统可响应于该发动机劣化转入第七模式 ( 其中存储在蓄电池中的电量可用于补偿由于发动机劣化而引起的功率下降 )。应该理解 的是， 对于每个调节中的一个或更多模式并且对于不同模式之间的不同时间延迟， 所有其 它组合也是可能的。
这样， 可实现灵活和可重新配置的推进系统， 其中功率可按需在系统构件之间转 移。通过将蓄电池结合到推进系统中， 来自蓄电池的电扭矩可用于补充和 / 或替代来自系 统发动机中的一个或更多的柴油发动机轴扭矩。此外， 可通过响应于诸如发动机负荷的瞬 时变化和 / 或发动机劣化之类的船舶操作状况而重新配置一个或更多发动机中的一个和 蓄电池之间的功率分配来实现用于控制包括一个或更多发动机和一个或更多推进器的船 舶的推进系统的方法。 通过增加从蓄电池到发动机的功率转移或增加从发动机到蓄电池的 功率转移， 可补偿发动机负荷和 / 或发动机劣化状况的此类瞬时变化而不影响船舶的总体 性能。这样， 该系统配置提高了系统可靠性和冗余， 同时减少了系统构件的数量。
此书面描述使用了包括最佳模式在内的实例来公开本发明， 并且还使本领域的任 何技术人员能够实施本发明， 包括制造并利用任何装置或系统并且执行任何所结合的方 法。本发明可取得专利权的范围通过权利要求来限定， 并且可包括本领域技术人员想到的 其它实例。如果此类其它实例没有不同于权利要求的字面语言所描述的结构元件， 或者它 们包括与权利要求的字面语言无实质性区别的等同结构元件， 则认为此类其它实例包含在 权利要求的保护范围内。