CN102083644A - 电动牵引系统及其方法 - Google Patents

Abstract

将动力交换单元(PXU)通过PTO端口联接到车辆现有手动传动装置。将电动发电机联接到所述PXU。将电池电联接到电动发电机以供电来推进所述车辆。将控制单元联接到电动发电机和电池，并构造成在第一和第二模式之间切换车辆的运行，其中，在第一模式中，车辆的内燃机推进车辆，而在第二模式中，电动发电机在电动机模式中推进车辆。

Description

电动牵引系统及其方法

相关申请

本申请要求对2008年3月19日提交的美国临时申请No.61/037,851的优先权益。本申请是以下申请的部分继续申请：2006年3月14日提交的申请No.11/374,709；2006年11月10日提交的申请No.11/558,786；以及2008年4月1日提交的申请No.12/060,368。所有这些申请都以参见方式引入本文。

技术领域

本发明涉及车辆上的电动推进系统，即，牵引系统，包括如此系统的改装安装。

附图说明

图1A和1B是具有安装在车辆上的电动牵引系统实施例的车辆驱动测试结果的曲线图；

图2是车辆系统部件的框图；

图3是本发明所揭示实施例的系统部件的框图；

图4是所揭示实施例的系统部件的框图；

图5A-5D是所揭示实施例的支架的示意图；

图6是所揭示实施例的系统部件的框图；

图7是用于所揭示实施例中的方法步骤的流程图；

图8是所揭示实施例中使用状态的状态图；以及

图9是根据本发明实施例的车辆改装的方法步骤的流程图。

各个附图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

在以下对优选实施例的详细描述中，将参照示出可实践本发明的实施例的附图。应该理解到，也可使用其它的实施例且可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种变化。附图和详细描述并不意图将本发明限制在所揭示的具体形式中。相反，意图是涵盖所有落入由附后权利要求书所定义的本发明的精神和范围之内的修改、等价物和替代物。这里的标题并不意图以任何方式来限制主题。

一方面，本发明使用构造更为结实的车辆传动装置的接入端口(access port)(也称之为动力输出端口(“PTO”端口))，其中该端口能使转换方法论适用于超过3,000,000辆美国卡车的目前8级的重型车辆(HDV)车队，考虑到联邦要求的排放规定。这就是说，一方面，本发明的改装系统适用于HDV并具有10至15年的寿命循环，在现实世界限制内减少排放和燃料消耗。这可以通过各种方法和技术来实现，这些方法和技术不仅适于现有车队的多种多样和老化的硬件，而且适于这些卡车的经济上脆弱的所有权结构。

在本发明的一个实施例中，对传统的HDV提供改装结构，其能够在单一驾驶时间内在以下两种模式中运行：i)内燃机(ICE)模式，其中，ICE通过控制器从传统的PTO端口将动力输出到添置的电动牵引电动发电机(ETMG)，并由此向作为发电机的ETMG提供机械动力，以产生并在大型电池内储存电荷，以及ii)电动牵引电动机模式(或简称为“ET模式”)，其中，ICE关闭，从电池中送回储存的电荷(通过控制器和同一ETMG)，由此，对作为电动机的ETMG提供电力，以将机械动力提供到同一PTO内而独立地推进车辆。在另一方面，控制器构造成响应于驾驶和电池状态，在ICE和ET模式之间自动地切换HDV。例如，在本发明的实施例中，控制器在ET模式中自动地启动HDV，并响应于达到某一上限的车辆速度将其切换到ICE模式，其中该上限根据例如车辆上的载荷可以在15至30MPH范围之内。相应地，控制器再响应于落到限值以下的HDV速度，自动地将HDV切换到ET模式。该自动切换在单一驾驶时间内可发生多次。

这里术语“牵引”可与术语“推进”互换地使用。

如术语在本文中所使用的那样，术语“驾驶时间”是指从离开点至到达点的行程，并可包括返回行程。例如，对于洛杉矶港口区域内的日间卡车来说，这可包括日间的行程，例如，车辆从运输公司的大院出发，行驶在城市街道上到达港口，在港口等待装货(可能包括排队缓慢地蠕动的长时间的间隔)，离开港口，行驶在城市街道上到达递送点，以及返回到大院子内。(当然，可替代地包括先从大院行驶在城市街道上，到达提货点，然后，行驶到港口，在港口内等待卸货，离开港口，行驶在城市街道上到达递送点，以及返回到大院子。)可以包括没有到港口的行程，或日间一次以上到港口的行程。在单日内可包括一个以上的提货点和一个以上递送点。

现参照图1A和1B，图中示出本发明实施例的测试数据。测试数据由装备有ET系统的根据行车循环驾驶的HDV产生，行车循环代表日间卡车的行车循环(例如，在洛杉矶港口区域)。图1A示出“仅驾驶室(cab)”测试的测试数据。图1B示出50,000磅车辆毛重的卡车的数据。

本发明实施例利用动力交换单元(PXU)代替传统的PTO。对于旨在解决这里所述经济上有挑战性的所有关系的结构的这里所述用途范围很广的各种车队来说，该PXU有助于将ETMG改装到传统的传动装置。PXU的设计只能部分地依据现有HD卡车行车循环中遇到的有关速度和转矩的需要和限制等的发现。除了有助于PXU设计，对于HD日间卡车的行车循环的研究也有助于能够选择改装ETMG和用于本发明的电池，并帮助开发用于改装电动牵引系统和方法的控制逻辑的特殊的算法和约束条件。该算法子控制何时通过ETMG对卡车供电，何时对ETMG提供机械动力来对电池充电，以及以何种充电速率进行充电，何时自动地在ET和ICE模式之间进行切换以及如何进行。

根据HDV在街道上行驶循环的要求，在本发明的一个实施例中，传动装置是重型的手动传动装置，且该卡车在大部分距离上在一街道行驶速度范围内由ET模式中的ETMG根据传统的街道行驶循环推动，使得驾驶员有必要手动对传动装置换挡，以在ET模式驾驶过程中达到街道行驶速度。在一个实施例中，即使ETMG可能通过PXU连接到传动输入也可能达到街道形式速度，此时，不像传统ICE驱动的结构那样，无需借助于离合器，在还童ICE结构中，ICE可暂时地通过车辆传统的ICE/传动装置离合器与传动装置脱离，以便进行换挡。此外，在本发明实施例的一个方面，已经发现了诸多问题，并解决了有关结构和涉及如何在ET模式中对重型手动传动装置换挡的方法，即，不使用通常用来暂时地脱离HDV推进力源的离合器。

如上所述，已知用来解决非常特殊的问题的各种改装系统，但不解决范围的街道行驶问题。与上述本发明的结构相比，用于如今街道驾驶条件的混合型电动车辆(HEV)倾向于对HEV的运行进行原始制造，例如，用于动力共享和自动换挡的原始设备制造(OEM)中的专用设计的传动装置。通常地，这些专用自动传动装置一体地包括所有用于电动机和ICE的必要的齿轮，并甚至可包括电动机本身，即，安装在传动箱内，OEM HEV通常还在大部分时间同时运行电动机和ICE。

如上所述，根据本发明的一个实施例，该技术仍还不仅适用于解决老化硬件的特性，而且还解决上述脆弱的所有权结构。相比之下，HDV排放问题已经存在多年，主要的卡车制造商继续销售将排放减小到更接近于可接受的水平的基于ICE的卡车。该现有技术的方案基本上不减少化石燃料的消耗，并已经导致更昂贵的8级HDV。然而，现有的8级HDV所有权结构包括大约700,000至900,000个独立的业主/经营者。卡车工业的该所有权等级之所以沿袭和成长，主要是由于8级HDV的长寿命所带来的预拥有的HDV。大部分独立的卡车运输者简直就买不起新的符合于排放要求的HDV，其可高达$125,000。据估计一辆新的清洁的柴油HDV是$126,000。估计一辆液化天然气驱动的HDV是$184,000。应该指出的是，3百万以上8级HDV的现有车队的大约四分之一是1993年的型号或更老的车辆。要更换目前的车队成本可能高达$500,0亿。因此，如果没有政府大量的津贴要在短期内更新新的符合排放要求的HDV的话，则就会置这些业主/经营者破产。为了解决这个问题，根据本发明，提供一种改装的ET系统。

现参照图2，图中示出原始设备制造的HDV202。车辆202包括通过离合器206联接到ICE208的传动装置204。变速杆210连接(未示出)到传动装置204的齿轮箱(未示出)。离合器脚板212可由驾驶员操作来配合和脱离离合器206。方向盘214也是公知的，其用来操纵车辆202的转向。车辆202的电气系统218由12伏电池216供电，电池216由一交流发电机(未示出)进行充电，该交流发电机由ICE208供能。辅助系统220也由ICE208供能。

现参照图3，图中示出根据本发明一实施例的用ET系统改装的图2的HDV的框图。在图2中示出传动装置204、离合器206、ICE208、变速杆210、离合器脚板212、方向盘214、电池216和电气系统218。动力交换单元(“PXU”)304通过PTO端口302(这里也称之为“传动装置接入端口”)联接到传动装置204的传递齿轮(图3中未示出)。ETMG306通过ETMG306的轴机械地联接到PXU304。ETMG306的电气连接是连接到整流器/逆变器308，当ETMG306被PXU304驱动而作为发电机运行时，流器/逆变器将ETMG306的电气输出转换成对电池组310充电。当ETMG306作为电动机运行时，整流器/逆变器308转换电池组310内储存的电能来驱动ETMG306，ETMG306又机械地驱动PXU304，通过传动装置204的传递齿轮来推进车辆202。在本发明的实施例中，电池组310可以是Altair Nanotechnology的15KWh 300-400VDC。

ETMG是无论在电动机模式还是在发电机模式都是同样速度

根据本发明的一个实施例，ET系统包括通过固定齿轮比的PXU(其可在车间内改变)联接到传动装置的ETMG，在ETMG和PXU的齿轮之间没有插入离合器，其中，ETMG在基本上相同的速度范围内用作发电机和电动机。例如，在本发明的一个实施例中，ET系统包括UQM型号的SR218/DD45-400LWB的永久磁体的电动发电机和驾驶员逆变器。对于机械/电气和电气/机械形式的动力转换，UQM电动发电机均在约为0-4000rpm范围内运行。在另一实施例中，可提供感应式电动发电机。

电动机速度-转矩曲线

本发明的一个实施例包括装备ICE推进的8级HDV，其具有电池、控制系统、PXU和ETMG，以及通过电动机的喷射，通过PTO端口的足够的功率，以合适的PXU齿轮比来接近ICE的特性特征，即驾驶感觉，其中电动机在适用于大部分街道行驶的速度范围内提供独有的推进力，且电驱动速度的上限取决于HDV的装载重量。在本文所述的本发明的一个实施例中，仅是电推进的速度包括：仅对于驾驶室，高达约30MPH，对于全加载的车辆，高达约15至20MPH。(速度和电驱动范围可利用较大的电动机和电池来扩大。)可以这样来构造该结构：使电池具有足够的储存容量，并可承受足够的再充电速率，这样在发电机模式中ETMG可在驾驶期间充分地对电池充电，以持续日间卡车的普通行驶循环的要求。

所有上述与电池可承受的深度再充电循环数的组合，合作来提供这样一个系统，该系统也能以经济成本有效的方式来改装现有的8级或更小一些的HDV车队。即，在某些经济合理的情况下，改装系统实际上在一合理的时间内仅根据燃料成本的降低来偿还其自身，而甚至不考虑排放减少的问题，这也可赋予某些经济价值。

本发明的实验已经揭示了ET系统的ETMG可理想地具有相对平坦的扭转曲线，从而可较早地提供高的转矩，而在整个的RPM范围内保持相对恒定。该转矩特性使牵引驱动电动机系统与用于风扇、泵等的其它系统分开。PXU输出速度致使传动装置在典型的轴速度下运行，使得操作者不必改变习惯的传动装置齿轮箱手动换挡模式来利用该ET系统。这可约束否则可能使有关选择PXU齿轮比的选择范围变大的情况。换句话说，PXU输出以平衡的方式满足传动装置输入，使得当ICE将转矩输入到传动装置时，该方式仿效ICE的驾驶感觉，它在传动装置和ETMG以及PXU速度和转矩限制内这样做，这可包括制造商规定的限制。

PXU具有大的齿轮比，该比例可在车间里改变，并额定用于高速和高转矩。

在本发明的实施例中，重要的是，在ICE模式中从ICE通过传动装置将动力有效地移动到电池内，然后，在ET模式中从电池返回到传动装置。这样，提供与传动装置的接口，该接口具有合适的、可在车间里改变的齿轮比以及足够的速度和转矩处理能力。

即使是相对平坦的速度-转矩曲线，对于本发明的研究也已经表明：对于现有的美国HDV车队，仍然可能需要这样一种机构，根据本发明的一个实施例，该机构使得当ETMG在一个方向中运行以用作电动机(即，在ET模式中)时，来换挡使ETMG的转矩增大，而当ETMG在另一个方向中运行以用作发电机(即，在ICE模式中)时，来换挡使ETMG的速度增大。本发明的实验已经表明：发现现成的PTO可用来对电动机模式换挡使ETMG的转矩增大以及对发电机模式换挡使速度增大，但尚未发现现成的PTO提供足够大的齿轮比来实现理想的速度和转矩比。此外，还未发现现成的PTO提供最大转矩和最大速度额定值的合适组合。对较高RPM限值额定的这种现成PTO并未设计成处理本发明需要的转矩限值，而适用于ET模式中所需的最大转矩输入的现成PTO往往换挡太慢挡，以提供ICE模式中的所需的输出RPM。对本发明的实验和分析指出：ETMG轴和传动装置输入上的传递齿轮的轴之间的速度比，即，可通过PTO端口接入的齿轮，可在2.0∶1至2.5∶1的范围内工作。在本发明的一个实施例中，PXU具有该范围内的固定齿轮比，并具有至少为500ft-lbs的最大转矩限值，以及至少为5000RPM的最大速度限值，以适应大部分现有的8级HDV车队。在本发明的另一实施例中，PXU具有用于同一目的的至少为550ft-lbs的最大转矩限值，以及至少为4500RPM的最大速度限值。应该指出的是，在8级HDV的美国车队中的有限数量的传动装置可能需要735ft-lbs的转矩并具有4500RPM的能力。

PXU具有联接到传动装置接入端口的一个端口和联接到ETMG的端口。在本发明另一个实施例中，PXU能够在一个端口最大速度的1/2的速度下接收最大转矩，并在另一端口输出的最大转矩1/2的转矩下递送最大速度，以及反之亦然。

作为一个实验，构造皮带系统来将现成PTO调整到需要的齿轮比，并对系统进行测试。这种布置对于从ETMG将机械动力递送到传动装置和相反的目的工作得很好，但其很沉重且运行效率低于执行相同功能的齿轮装置的效率。每个能量在系统中的整个所有能量传递中的减小倍增，损害总的特性和效率。

现参照图4，根据本发明的一个实施例显示PXU304的细节，其涉及到ETMG306和连接到ICE的传动装置204。通过动力交换单元304(PXU)从HDV传动装置204传递的机械能被转换为电能，以便储存在ET的电池组(图3中的310)内，以用于同一的或以后的驾驶循环。来自电池组310的能量通过电动机306的连接到PXU304的轴从电势状态返回到机械动能状态。在本实施例中，选择重量轻、体积小和成本低的相对小的电动机，其能在0-4500RPM的范围上且在该RPM范围上相对一致的转矩输出下产生177ft-lbs之间的转矩。

储存的电功率现作为机械转动能量传递通过PXU304，在本实施例中，PXU304设计成允许互换齿轮，使得最大转矩177ft-lbs转换为325ft-lbs的最大转矩，同时使4500RPM的最大输入RPM尽可能减小到2000RPM的最大值，以符合于传动装置制造商的技术规格。可互换的齿轮特征S-02-A允许转换到诸如550或735ft-lbs的较高转矩，ETMG最大转矩输出规格仅有略微的变化，同时仍保持2000RPM的最大输出。

来自PXU304的转动能量通过PXU304接口齿轮传递到HDV传动装置204，并进入到传动装置204的正齿轮，根据如上所述的输出限制在限定的速度范围内推进车辆，使性能特征类似于传统柴油机运行的特征。

在ET模式和ICE模式过程中，在选定的状态中，ETMG306对PXU304施加REGEN载荷，由此，致使来自于ICE或待从HDV的传动装置204传送的移动的HDV的动量的机械能，通过PXU304传送回到ETMG306的轴。在此实施例中，高达325ft-lbs和2000RPM最大值的来自于传动装置的动力，转换为最大转矩177ft-lbs和高达4500RPM最大值的动力。这种的转矩额定和RPM范围适用于在本实施例中发电，并基于已知的驾驶循环，能够在15分钟或不到的时间内对ET电池完全地充电。

安装支架

PTO可以简单地用螺栓直接连接到传动装置PTO端口。然而，由于本系统内的PXU遇到并额定比传统PTO高的转矩，所以传统的安装结构可能不合适。PXU还产生在发电机模式中的进入到传动装置，并在电动机模式中的从传动装置输出的转矩。因此，在本发明的一个实施例中，有意构造的PXU具有一体的支架，其如图5A-5D所示地用螺栓连接到传动装置壳体的附加的部位内。这可使力分布在传动装置壳体的更大区域上。单独的驱动系和u形螺栓联接允许作弯曲和振动纠正以及对齐纠正。

现参照图5A，PXU支柱的侧视图示出有关PXU实施例和其与OEM传动装置的关系的细节。图5A是一典型ICE208连接到传动装置204结构，其中，离合器206通常位于ICE208和传动装置204之间，且其中，驱动轴230通常从传动装置204后面延伸到后面的差动器240。

在此实施例中，螺栓连接到传动装置204下部上的是PXU304，其附连到重型传动装置接入端口302。因为文中所述高的转矩应用，所以本实施例包括“断-U”形的支柱502(也称之为“支架”)。在此实施例中，用稍许加长的安装螺栓504，将支柱502的各侧用螺栓连接到传动装置接入端口302和附连的PXU304。同样地，用稍许加长的油箱螺栓506，将所述支架502的顶端用螺栓连接到传动装置204。

如此的结构允许PXU支柱502承载施加到传动装置204壳体520上的一部分应力，该应力通常由传动装置油箱510承载，因此，降低了作用在传动装置油箱510上的应力，防止由于金属疲劳引起的应力断裂。

图5B示出从PXU支柱502后侧观看的视图，这是典型安装中的定向。图5C仅示出支架502的侧视图。

图5D示出PXU支柱502的剖切的后视图，涉及传动装置204、传动装置油箱510和PXU304。

控制器

现参照图3，本发明实施例的电动牵引相关系统例如包括添加到现有车辆202上的改装系统，在本发明实施例的一个方面，该系统包括联接到电动机控制器316的可编程的车辆集成模块(VIM)(这里统一称之为“控制器”312或“ET控制器”或“ET系统控制器”并区别于OEM ICE和辅助系统控制器)。ET控制器312关联到OEM ICE CANN总线系统，以获取有关车辆状态的信息。

ET控制器312的电动机控制器316部分具有独立的逆变器和控制器，用于ETMG和各个辅助系统电动机，例如，原动力ETMG306、用于动力制动的空气压缩机电动机、用于动力转向的液压泵电动机，以及A/C压缩机电动机。逆变器从推进电池310中接受300-400VDC的动力，并输出调制过的3相、230VAC的脉宽到被驱动电动机。各个逆变器能够控制电动机转速。此外，控制器具有12V的电源板部件319(这里也称之为“电源”)，其用来对车辆202提供传统的12V电源系统，并保持传统12V的电池216充电。控制器312的集成模块部分314控制电动牵引相关系统所有的功能，仅按照需要来运行各个功能，并在任何给定时间按照需要输出。

该系统具有自动切换能力，根据该能力，控制器312按照预定的逻辑致使车辆202从ICE模式切换到ET模式，这是响应于输入而作的切换，其中某些输入可以从ICANN总线中读取。在本发明的一个实施例中，输入包括电池充电状态(“SOC”)、发动机速度、加速器踏板位置、车辆的装载重量、地理位置数据、变速按钮状态、模式选择按钮或开关状态、转向位置传感器、点火钥匙状态、离合致动器限位开关状态、包括压缩机指令信号在内的空调输入，以及制动空气压力。输出包括电动机转矩需求、ICE加速器位置、离合器致动器启动和方向、钥匙停用中继、起动启动中继、动力转向控制、A/C控制、冷却控制、报警控制、使用者接口/测量驱动器、ICE关闭rpm指示器(用于换挡定时)，以及制动空气压力压缩机控制。

离合致动器

控制器可使用12V的蜗杆驱动馈送器来配合和脱开配合ICE离合器26。当离合器配合时，使用者仍可手动地使其脱开配合。一旦沿一个方向开始致动，则其继续到目标限位开关被致动为止。输入是：从软件的牵引模式、行程两端处的输入限位开关(2数字传感器)。输出是：12V中继以控制方向、对于开/关的12V中继。

加速器踏板

运行：从OEM ICE ECU中脱离加速器踏板。HEV ECU测量踏板传感器位置，并将合适信号传输到ICE ECU和牵引电动机控制器。对控制器的输入是：加速器踏板传感器PWM信号。从控制器输出的是：通向ICE ECU的PWM信号、通向牵引电动机控制的CAN信息。

起动按钮

运行：平行于起动按钮放置继电器。继电器可独立于操作者指令通过起动按钮致动该起动。允许不按下按钮就接通ICE。对控制器的输入是：J1708发动机速度。输出是：致动起动信号的中继。

点火钥匙

运行：与点火钥匙串联地放置继电器(NC)。继电器可独立于点火钥匙关闭车辆。在中继之前检测输入到HEV控制器的钥匙。当钥匙合上时允许关闭ICE。点火钥匙关(OFF)使ET模式和ICE模式都失效。中继开(OPEN)使ICE失效/关闭。对控制器的输入：ET/ICE模式的软件。输出是：中继信号。

变速按钮

运行：当要换挡时按下按钮。限制电动机上的转矩。当处于ET模式时，允许使用者控制速度来换挡。再次失效，允许ICE正常地换挡。对控制器的输入是：变速杆上的按钮。输出是：通向牵引电动机控制的CAN信息、通向ICE ECU的踏板位置输出。

ET/ICE模式改变通告/报警

运行：在开或关ICE之前，报警器发出声音。对控制器的输入是：ET/ICE模式软件。输出是：输入到报警器的信号，报警器周期地(～2Hz)发出声音。

应该理解到，本文中所述的控制电路和控制器可以是具有存储器和处理器的一个或多个可编程装置，其中，所述逻辑过程由储存在存储器内的程序指令确定，即，过程由从存储器读取指令并执行指令的处理器来实施。

在从ICE模式到ET模式的切换中，控制器发送信号，致使致动器在几秒的时间间隔中配合卡车传统的离合器(即，ICE和传动装置之间)。该时间间隔允许传动装置的速度与电动机速度匹配而避免撞击齿轮。然后，控制器使关闭ICE的继电器通电或断电。离合器的自动配合和脱开仅在ET和ICE之间和在ICE和ET之间实现变换时才是必要的。一旦处于ET模式时，离合器就不使用。在ICE模式中，离合器以传统方式使用。

ET模式中的驾驶

驾驶员可通过加速器踏板来控制ETMG，因为位置传感器已经作为先前所述改装的一部分而添加，其中，位置传感器构造成用于向控制器发送信号。该信号以某种方式与加速器踏板的位置成比例。在一个实施例中，信号大小与位置成比例。在一个实施例中，信号包含指明各种位置的数字信息。在另一实施例中，控制器读取现有踏板传感器，该传感器服从SAEJ1843。通过线连接到ICE的驱动，也通过向ICE电子控制模块(ECM或ICE ECM)输出SAE J1843信号来实现。

如果驾驶员释放踏板超过预定为零转矩要求的输出位置的某一点，则控制器致使ETMG响应于零转矩位置以下的踏板位置开始用作发电机。这是再生制动的形式，即，提供减速和以某种方式与踏板位置成比例的发电。这样，ET模式工作很像ICE模式，其根据驾驶员的输入来加速车辆或“千斤顶制动(jake-braking)”该车辆。

结合换挡，驾驶员按下齿轮变速杆上的按钮。在ET模式中，该按钮致使控制器响应于控制ETMG的加速器踏板的方式来作变化，使得ET模式中的换挡感觉更像ICE模式中的换挡。具体来说，响应于按钮，控制器减弱其对加速器踏板位置的响应，以使驾驶员可通过踏板对ETMG速度有更加精细的控制，不管ETMG是作为电动机来推进车辆还是作为发电机来发电都是如此。因此，当操作者让踏板稍许上来一点时，ETMG将更像ICE那样减慢。且当向低速换挡时，ETMG还让操作者较容易地提升到合适的速度。通过采取这些行动，操作者将使ETMG大致进入对下一挡合适的转速rpm范围，并可很像对ICE换挡那样进行换挡。(在第一挡开始之后，HDV驾驶员往往不使用离合器来对ICE换挡。)

切换到ICE模式

然后，卡车在ET模式下前进直到控制器探测到指定换挡回到ICE模式的预定条件之时为止。一个这种条件是控制器探测的车辆速度超过已经编程到控制器存储器内的预定速度。在本发明一个实施例中，车辆加载时该预定速度近似为15mph，仅为驾驶室时近似为30mph，如果电池SOC很低则预定速度更低。本发明中的测试已经确定：至少根据本文所揭示的电动牵引结构，电功率在高于该速度的许多情形中相比ICE功率燃料效率较低。由于ET系统将能量从一种形式变换到另一种形式，所以，可比产生和储存能量以备将来之用更有效地直接使用能量。ET系统依赖于电池和ETMG的效率来补偿柴油的效率不足，尤其是在空转和低转矩和低速度的情况下。

在混合型的车辆中，最终所有用于ET模式的能量都来自于ICE。总体来说，撇开来自电网初始运行之前可能需要的能量，每一步骤都有效率损失。还有在运行ICE时的效率低下(所谓的空转损失，即，相当固定的损失)。申请人通过分析和测试已经发现：在空转和低转矩或低速时，运行ET系统时的低下效率小于对ICE的空转损失，于是，ET模式通过在空转和低转矩或速度下的操作来提供能耗的净节约。

控制器切换回到ICE模式的另一条件是：控制器探测到ET电池已经达到预设的低充电的状态。

控制器切换回到ICE模式的另一条件是：控制器探测到的ETMG电流超过已经编程到控制器存储器内的预定限值，这是由于驾驶员要求的转矩输出(通过加速器踏板)不能继续由ETMG提供的缘故(当然，在ET模式中对其进行监测)。(应该理解到，可测量电动机电流来代替本文所述的各种控制情况中的电动机转矩。)

就在控制器致使车辆切换到ICE模式中之前，控制器发送接通驾驶室中发声装置的信号，以通知驾驶员该切换。在从ET模式切换到ICE模式时，控制器首先起动ICE，由于通过离合器使ICE与传动装置脱离，所以ICE可自由地转动，通过ET系统的离合器致动器，离合器固定在脱开的位置内。接下来，“通过连线的驱动”接口(在本实施例中是J1843)控制油门并使ICE加快到接近于匹配固定在传送装置输入端的离合器飞轮的RPM。具体来说，本ET系统的前导装置联接到车辆传统的油门联动装置上(例如，油门拉索、加速器踏板等)，并接受由控制器输出的控制信号。控制器通过车辆的通讯总线(J1708或J1939)接受来自速度传感器的信号，该总线监测ICE的转动并用信息进行编程，所述信息使测得的ICE RPM与传动装置离合器飞轮的RPM相关。(注意到：根据ICE RPM在何处测量，传动装置离合器飞轮的RPM和ICE RPM就可1∶1对应。)控制器调整油门联动装置的输出信号，来调整ETMG的转动以使ICE转动匹配于传动装置输入的转动。控制器处理来自加速器踏板的输入并送出信号，表明究竟哪些值适合于ETMG控制器和ICE ECM。

一旦做到这一点，控制器就向离合器致动器送出信号，以使致动器缓慢地允许离合器配合。在本发明的一个实施例中，此处的“缓慢地”是指0.5至10秒钟。接下来，控制器顺利地在1秒内对驾驶员释放油门的控制，并继续探测行车状况。

在ICE模式中，系统评估行车状况，并响应于预定的状况来对ETMG选择充电速率，其中，ICE能够有效地运行，或附加的载荷可致使ICE更有效地运行。在这些状况下，根据电池充电状态，控制器可对ETMG增加再生转矩指令，致使ETMG加载PXU，以增加发电的电流，即，增加电池的充电速率。

响应于ET电池的充电状态来选择发电/充电速率，在一个实施例中可包括：响应于较低的电池充电状态来选择较高的充电速率。例如，选择的充电速率可与电池的充电状态成比例。响应于附加载荷是否致使ICE更有效地运行来选择发电/充电速率，在一个实施例中可包括：响应于较低的ICE转矩来选择较高的充电速率，因为柴油ICE趋于在较高转矩时更有效。

ICE百分比的发动机载荷沿着车辆总线(SAE J1708或J1939)传递。在本发明的一个实施例中，再生电流是电池SOC的函数，在一个实施例中，在不同的SOC带上，指令不同的转矩。再生电流可以是发动机载荷百分数的函数(如上所述)。再生电流可以是发动机RPM的函数。发动机有裕量地更高效，并在其RPM范围的中上部内具有较高的可用的转矩。有裕量地高效是指与附加输入燃料相比的附加的输出功率。

控制器还使用车辆速度作为发电速率的一个确定因子以及作为对电池冲电多少的考虑。在卡车以较高速度移动的情况下，控制器可选择不使用ICE功率来对电池完全地充电。相反，在预计的车辆减速过程中，控制器可选择在电池中留下某些“空间”，即，将电池充电到低于完全充电之下的某个状态，因此，利用这样的可能性：在车辆必须减慢时通过再生的制动来捕获用于电池储存的功率。在本发明的一个实施例中，根据车辆在预定速度以上的速度，使控制器选择低于完全充电的充电水平。在一个实施例中，函数是比例函数。

在本发明的一个实施例中，控制器接受来自监视子系统的GPS系统的位置信号，并响应于探测到的车辆位置与已编程到控制器存储器内的预定位置的比较，来选择电池充电速率。这是因为在某些地理区域内存在着分段区域的已知的位置，在这些位置不允许或严格限制ICE的空转(例如，洛杉矶港口)，于是，在较长的间隔内在这些区域内指令EI模式运行。具体来说，在一个实施例中，控制器i)确定从其目前位置到这种预定的ET指令的分段区域之间的距离；ii)基于来自GPS连续的位置信号来计算车行方向，或简单地接受GPS计算出的方向；iii)根据目前方向来计算到达预定的ET指令的分段区域的行进时间；iv)确定在对给定电池充电状态计算的行进时间过程中，完全对电池充电所需的充电速率；以及v)按照在iv)中确定的所需充电速率，开始对电池充电。

ET系统能够有多种运行模式，包括用于“仅驾驶室”情形和“装载”情形的模式。在没有拖车的(仅驾驶室)运行期间，或带有卸载的拖车的运行期间，ET系统可在加速到比拖重载时的速度高的过程中有效地运行。因为研究已经确定：普通日间卡车行驶循环时间的40％是在低的或没有载荷的情况下，所以，要求在较高运行速度范围内来使用ET模式。在本发明的各种实施例中，控制器响应于手动输入信号或例如通过监视连接到拖车接收器(第五轮子)上的应变仪自动输入信号，选择速度进行ICE与ET运行模式之间的切。该系统还可构造成具有更多个复杂的运行模式，其中，可调整切换点，以使对任何特定载荷的效率最大。在一个实施例中，这可以使用数据分析来完成，其中在特定的齿轮和测得的功率输出下，卡车测量从速度X到速度Y经过的时间。控制器使用公式计算出车辆的载荷并相应地调整ET/ICE的切换设定点，例如，速度、转矩、SOC等。

通过控制器也可方便地采用其它的运行模式。诸如“端口模式”的特定运行模式，可以响应于控制器监测GPS提供的位置信息，手工地或自动地进行致动。在特定模式中，可加强更加限制的特性特征，或除了在诸如非常低的电池充电水平那样的某些极端情形之外，可以拒绝ICE的起动。ET系统可以在失效情形下停止工作。

现参照图6，传统车辆具有加速器踏板602，通过由传统ICE控制器604响应于来自连接到踏板602的用来检测踏板位置的传感器606的电信号而产生的信号604S(或通过连接到ICE的机械某种连接，图中未示出)，驾驶员就可通过踏板传统地调节ICE速度。根据本发明的一个实施例，原始的加速器踏板传感器606连接到控制器312，控制器312附加于传统的ICE控制器604或替代它。如果原始的传感器606连接到代替传统的ICE控制器604的控制器312，则控制器312将来自踏板传感器606的信号至少有选择地发送到传统的控制器604。或者，将另一传感器(未示出)添加到加速器踏板602，在此情形中，新的传感器与本发明控制器312通信。

控制器312从控制器604接受传统的ICE速度-转矩调节信号604_S，并先占据它，使其自己的信号312_S_ICE通到ICE，该控制器312至少部分地响应于传统信号604_S且至少则某些时间产生该信号。控制器312还产生类似信号312_S_ET，其通信到控制ETMG的驱动器，以便调节ETMG在电动机模式中递送的速度和转矩，以及调节ETMG在发电模式中递送的发电。(注意这里可以参考，312_S_ET信号与ETMG的通信。这是简化对总体运行的解释。应该理解到，信号实际上通信到ETMG的驱动器上。)

控制器312具有各种控制结构，这里称其为“踏板响应模式”，如本文中所述的，控制器312响应于各种运行状态自动地则其间进行选择和切换。在任何给定时间，控制器312至少部分地响应于此时作用的踏板响应模式，产生信号312_S_ET和312_S_ICE。

根据本发明的一个实施例，控制器312诠释加速器踏板602的位置，使得降低从0％至约33％，控制器312认为该范围内的踏板位置是在REGEN范围内。在下一7.5％中，即，降低约从稍高于33％至约40.5％，控制器312认为该范围内的踏板位置是在DEADBAND范围内。降低约从40.5％至100％，控制器312认为该范围内的踏板位置是在ACCEL范围内。

根据本发明的一个实施例，控制器312还从已经添加到车辆ICE手动传动齿轮箱的变速杆622上的按钮620中接受信号。驾驶员可向控制器312发送何时他/她将要使用按钮622来换挡的信号。通过改变踏板响应模式，使控制器312响应于来自按钮622的信号，如本文中将要描述的，以使车辆的换挡特性以更加接近于传统方式表现，尽管添加了ETMG并控制着其在车辆上的对应效应。即，当车辆在ICE模式中运行时，ETMG可发电，或当车辆在ET模式中运行时，ETMG可以是车辆推进的唯一动力源(作为电动机)。但不管车辆是在什么运行模式中，控制器312总响应于来自于按钮622的驾驶员信号采取动作，以使车辆的换挡特性以更加接近于传统ICE的方式表现，在优选实施例中，车辆是重型车，例如，7或8级的柴油机卡车。

现参照图7，图中示出根据本发明一个实施例的用于控制车辆电动牵引和ICE运行的算法700。在702处开始，算法700开始。这可包括驾驶员或管理者起用控制器312(图6)，以反映给定行驶时间内的运行状态。例如，在一个行驶时间内，车辆可以运行完全装载的拖车，例如，80,000磅车辆毛重。在另一行驶时间内，车辆可仅以驾驶室运行，即，没有连接的拖车。在其它的形式时间内，车辆可带有拖车运行，但没有完全加载。在702处的起始可包括诸如与控制器312通信运行状态诸如通过在控制器312上所显示的菜单上作选择，或其它方式呈现给驾驶员或管理者。

接下来，在704处，驾驶员手动地接通点火钥匙。控制器312(图6)响应于此而读取实际的电池充电状态，并在706处将其与预定的充电状态比较。控制器312还读取车辆速度和由ICE递送到传动系的转矩。

如果控制器312在706处确定出速度、转矩和电池充电状态在限值之内，则在710处控制器312启动一信号，该信号可致使ICE驾驶室内的装置发出独特的声音，例如，向驾驶员报警，告知车辆将要进入电动牵引模式，该信号还选择ET踏板模式状态，使得控制器312根据本文中对ET踏板模式状态所描述的控制结构，开始响应于通过传感器ZZZ通信到控制器312的加速器踏板位置。

接下来，在712处，控制器312等待一个预定的时间间隔，例如，一秒钟，在716处停止向ICE发送点火信号，在718处，向ICE离合器致动器发送信号以断开ICE离合器的配合。然后在720处，控制器312等待一个预定的时间间隔，例如，2.2秒钟，然后在722处读取离合器位置，以观察离合器现是否脱离配合。如果否的话，则控制器312在724处分支到例外状态。(在本发明的一个实施例中，控制器312分支到734对于例外状态724进行ICE运行。)如果是的话，则控制器312在726处在电动牵引的电动机模式接通ETMG。即，在该状态中，车辆被ETMG动力推进，ETMG动力由车辆推进力供应，即，“牵引”电池。

在728处，控制器312检查手动超驰开关的状态以确定驾驶员是否手工地引导控制器312而切换到ICE模式。如果是的话，则控制器312分支到734以进行ICE运行。应该理解到，尽管在728处显示了手动超驰，但在本发明的一个实施例中，在728处的该检查和分支可在ET运行模式过程中的任何时候发生。在本发明的另一实施例中，方框728的手动超驰特征不能被操作者访问，或者根本就不包括在内。在一个实施例中，该特征仅能在诸如港口那样的某些地理区域内可行，并响应于输入到控制器312的GPS信号而启用。

接下来，在730处，控制器312读取车辆速度、通过ETMG(作为电动机运行)递送到车辆的转矩，以及电池充电状态。如果它们在预定限值内，则控制器312在726处继续监测ETMG，在728处检查手工超驰，并在730处检查速度、转矩和充电状态。(在ET运行过程中，控制器312和其受控的装置响应于手工传动装置换挡引起的信号，包括由驾驶员采取抢先换挡的行动引起的信号，如本文中其它部分所述那样。)

在本发明的一个实施例中，预定的限值包括低于18MPH的车辆速度、低于150ft-lbs的转矩，以及对全加载车辆充电的高于40％的充电状态；以及低于40MPH的车辆速度、低于150ft-lbs的转矩，以及对仅驾驶室充电的高于30％的充电状态。

在本发明的一个实施例中，预定的限值包括GPS或驾驶员输入的指示，其指示车辆朝向不允许ICE运行的区域，此时需要高的充电状态。

一旦在730处速度、转矩或充电状态指示要求是ICE模式(或在728处手工超驰指示ICE模式)，则控制器312分支到ICE运行，该运行在734处开始，包括启动一个信号，该信号可致使ICE驾驶室内的装置发出独特的声音，例如，向驾驶员报警，告知车辆将要进入ICE模式。在736处等待预定时间间隔，例如1秒钟之后，控制器312然后在738处启动ICE点火并接通ICE启动器。然后，控制器312在742处读取实际的ICE转速(RPM)并将其与预定时间间隔内的预定速度比较，使得控制器312在742处确定ICE实际转速是否指示出ICE已成功地启动，即，在预定时间内，例如，一秒钟内，实际的ICE转速是否超过例如500RPM的预定速度。如果否的话，控制器312分支到例外状态744。如果是的话，则控制器312在48处断开对ICE启动器的接通，然后在750处等待例如，0.5秒的预定时间间隔。

根据本发明的一个实施例，控制器312接下来在752处选择SYNCHRO踏板模式状态，其中，控制器312暂时地超驰通向ICE的响应于传统的加速器踏板传感器所引起的传统控制信号，(或越过从加速器踏板到ICE的联动)，以及抢先地使ICE增速到例如1200RPM的预定速度(RPM)，以帮助使ICE速度与传动装置的输入速度同步。

接下来，在756处，控制器312读取实际的ICE转速(RPM)并读取或计算实际的传动输入装置速度，在预定时间间隔内比较它们，从而在至少预定时间间隔内，例如，0.2秒内，使控制器在756处确定实际的ICE转速是否已经超过传送速度。如果否的话，则控制器312在758处分支到意外状态。如果是的话，则控制器312分支而对ICE离合器致动器发出信号，以在760处配合离合器。接下来，控制器312在762处等待预定时间间隔，例如，0.5秒，然后在764处，根据本文其它部分中所述的对于BLEND踏板模式状态的控制结构，暂时地开始响应于加速器踏板位置。

控制器312还在768处读取实际的离合器位置，并确定ICE离合器是否已经配合。如果否的话，则在某些预定时间之后，控制器312在770处分支到例外状态。如果是的话，则在此状态中车辆正被ICE推进。此外，一旦在768处确定了离合器现已配合，则控制器312选择和切换到本文中其它部分所描述的REGEN或BOOST踏板模式之一。(在ICE运行过程中，控制器312和其受控的装置响应于由手动传动装置换挡引起的信号，包括由驾驶员采取的抢先换挡行动引起的信号，如本文中其它部分所述那样。)

接下来，在776处，控制器312读取车辆速度、通过ICE递送到车辆的转矩以及电池充电状态。如果它们在指示ET模式是理想的或是可能的预定限值之外(即，方框776内问题答案＝否)，则控制器312继续在772处运行ICE，并在776处重复检查速度、转矩和充电状态。

如果它们在指示ET模式是理想的或是可能的预定限值内(即，方框776内问题答案＝是)，则控制器312分支到方框710以开始切换到ET模式。在本发明的一个实施例中，预定限值如上所述地与决定方框730相连。

应该理解到，尽管未示出手动地致使从ICE模式切换到ET模式的手动超驰，但控制器312包括类似于逻辑方框728特征的该逻辑特征，并在本发明的一个实施例中，对来自驾驶员的手动超驰信号进行连续地或频繁地监测，以使控制器312响应于在ICE运行模式中可在任何时间发生的手动超驰。在本发明的另一个实施例中，手动超驰特征不能被操作者访问，或者根本就不包括在内。在一个实施例中，该特征仅能在诸如港口那样的某些地理区域内启用，并响应于输入到控制器312的GPS信号而启用。

从以上所述中应该理解到，在本发明的一个实施例中，车辆仅简要地用ICE模式和ET模式运行车辆，同时推进车辆，即，这在从ICE模式过渡到ET模式或相反时发生，另外仅在推进电池过度充电时发生。

如上所述，在任何给定时间，控制器312至少部分地响应于此时作用的踏板响应模式而产生信号312_S_ET和312_S_ICE。还如上所述，控制器312可诠释加速器踏板602的位置，从而控制器312认为较小的踏板位移的第一范围是在REGEN范围。在较大的踏板位移的上部范围内，控制器312认为踏板位置是在ACCEL范围内。在位移的REGEN和ACCEL范围之间的中间范围内，控制器312认为踏板位置是在DEADBAND范围内。下面是详细地解释上述踏板响应模式的表格，并将它们与系统模式关联。

^*(除初始运动之外)

模式表

现参照图8，图中示出一用于控制器312的各系统模式及其相关传感器和受控装置的状态图800，根据本发明一个实施例，状态图800使踏板响应模式与各系统模式关联。(这里，“模式”也称之为“控制状态”或就称为“状态”。)一旦车辆启动后，系统状态就开始于初始模式802。根据电池是否已经处于足够的充电状态，如以上图6中所述，启动后的下一状态是ET模式806或SYNCHRO模式810。较佳地，控制器312将车辆切换到ET运行模式806(通过联接到装置上的控制器312)，其中，控制器接通ETMG而以电动机运行，其方式如图7所示。(如图8所示，ET运行模式状态806对应于模式表中所述的踏板响应模式ET。)

参照模式表中的ET模式，可见在本发明所述的实施例中当初始过渡到该模式806时，控制器312将与ACCEL范围/10内的基础踏板位置信号成比例的用于312_S_ICE信号的值通信到ICE，而通信到ETMG312_S_ET的值与踏板基础位置信号成比例。(然而，参照图7的方框716注意到早在ET运行模式806中通过控制器312就已使ICE点火失效。该表还涉及有关“转换”到ET模式的特征。当然，一旦ICE点火失效，到ICE的信号312_S_ICE就没有效果。)

当然，产生与ET模式中基础踏板位置成比例的信号312_S_ET的原因是要为驾驶员提供一种方法来通过作为电动机(加速)和发电机(再生制动)的ETMG来控制加速和减速。在ACCEL范围/10内产生与基础踏板位置成比例的312_S_ICE信号的原因是为了在模式之间提供更加无缝的切换。即，为了在模式之间提供更加无缝的切换。即，当离合器脱开时，通向ICE控制器的信号值与踏板输入成比例地减小，而通向EMG的信号值与踏板输入成比例地增加。这允许驾驶员对对到传动系的变化扭矩输入进行直觉的调节，而不会有动量损失或ICE过度加速。也可采用RPM探测算法，来探测不响应于踏板输入值的ICErpm的增加，因此，表明离合器脱开配合，发出ICE立即停止的信号。

为了提供具体实例，如果驾驶员按下加速器踏板602，使得它例如在ACCEL范围内，则送到ICE的信号312_S_ICE值在ACCEL踏板范围除以10内与踏板602位置成比例。更具体来说，对于以上所述踏板范围，如果踏板602被按下其全部范围的约60％，例如这是ACCEL范围的约20％，则控制器312产生和送到ICE的信号312_S_ICE的值是20％/10＝2％。

另一方面，如上所指出的，送到ET的信号312_S_ET的值正比于基础踏板位置信号。因此，对于所给出的实例，其中踏板602被按下到其全部范围的约60％，这是ACCEL范围的约20％，则控制器312响应地产生和送到ETMG的信号312_S_ET的值因此要求是推进车辆的ETMG电动机转矩的20％。

在另一实例中，在ET模式806中，如果踏板602被按下到其全部范围的约16％，这是REGEN范围的约50％，则控制器312响应地产生和送到ETMG的信号312_S_ET的值因此要求是对推进用的电池充电的ETMG发电机转矩的50％。然而，所有的该再生转矩必须取自车辆的动量，或实际上没有可用的转矩再生。注意到：对于REGEN和DEADBAND范围内的踏板602的任何位置，控制器312产生和送到ICE的信号312_S_ICE是0％。

在ET模式中的换挡

一旦处于ET模式806，驾驶员就可加速和对手动传动齿轮箱进行手动换挡。如上所述，驾驶员将按下按钮622而对控制器312发出信号，表示他/她将要换挡。响应于接受该信号，控制器312切换到GEAR SHIFT ET状态818，它对应于模式表中同样名称的踏板响应模式。

参照模式表中的GEAR SHIFT ET模式，可见如果踏板在ACCEL范围内，则控制器312在GEAR SHIFT ET状态818内通信到ETMG的312_S_ET信号的值与基础踏板位置信号除以4成比例，而如果踏板在REGEN范围内，则与基础踏板位置信号除以16成比例。这是出于关于GEAR SHIFT SYNCHRO模式822所描述的原因。

还应该指出的是，在GEAR SHIFT ET状态818中，控制器312将信号312_S_ICE的值通信到ICE，其该值与ACCEL范围内的基础檀板位置信号/10成比例。该信号在ET模式中没有效果。

对信号312_S_ET控制器312构造成该形式有两个原因。首先，如果踏板602在ACCEL范围内，由此要求取自ETMG(电动机)的推进转矩，一旦齿轮箱的齿轮切换到中性状态，则ETMG通过传动装置卸载。如果信号不被减弱，则ETMG趋于响应于转矩要求的信号312_S_ET快速地将ETMG加速到高速。其次，如果踏板602处于REGEN范围内，由此要求从ETMG(发电机)发电转矩，则一旦通过将齿轮箱齿轮变换到中性后，传动装置输入与传动装置输出断开连接，ETMG就趋于快速地减慢传送装置的输入。无论哪一种趋势都将具有难于将传动装置放置在下一要求齿轮上的效果。这又由ETMG对非减弱转矩要求信号Z10_S_ET的与通常柴油机相比快得多的响应所造成。这又由ETMG对非减弱转矩要求信号Z10_S_ET的与通常柴油机相比快得多的响应所造成。

因此，为了提供一具体例子，如果驾驶员按下加速器踏板602，例如使其按下量在ACCEL范围的20％，则控制器312产生和送到ETMG的信号312_S_ET的值是20％/4＝5％，因此，要求5％的ETMG电动机转矩来推进车辆，以及控制器312产生和送到ICE的信号312_S_ICE的值要求是ICE转矩的20％/10＝2％，以推进车辆(如果ICE点火还未失效，如上所讨论的，见图7中的716处)。

如果驾驶员按下加速器踏板602，例如使其按下量在REGEN范围的20％，则控制器312产生和送到ETMG的信号312_S_ET的值是20％/16＝1.25％，因此，在传动装置处于齿轮之间的时间期间，要求1.25％的ETMG发电机转矩来减慢ETMG的转速。

释放变速换挡按钮622来结束GEAR SHIFT ET状态。一旦驾驶员将换挡器放置在下一档位置，他/她就释放变速杆上的按钮，以根据基础踏板位置的信号值从EMG中取得可用的全转矩或再生转矩来推进或减慢卡车。

在本发明的另一实施例中，在GEAR SHIFT ET状态818中，控制器312将轻微的再生信号通信到EMG。该信号致使EMG轻微地减慢ET驱动系统以模仿换挡过程中ICE所显现的该轻微的减慢。(应该注意到，轻微的再生信号还补偿PXU的较大质量，使其趋于承载比正齿轮通常承载的更大的惯性。该略微的再生用电子方式有效地减去额外的惯性。)

响应于该系统确定适合从ET模式806切换到ICE模式814，控制器312首先响应于图7中方框752所述的条件，将车辆切换到SYNCHRO运行模式810(通过联接控制器312的装置)。该模式时间很短。图8中的SYNCHRO运行模式810对应于上表中同样名称的踏板响应模式。在SYNCHRO模式810中，控制器312独立于位置踏板602将信号312_S_ICE发送到ICE。信号312_S_ICE通信预定的指令，该指令致使ICE加速到某一速度，诸如1200RPM，这适于匹配传动装置输入轴的转速，使得手动传动的齿轮箱可没有撞击声地啮合。还有，对于SYNCHRO模式延续的很短时间，控制器312继续产生信号312_S_ET，并以与ET模式806中相同的方式将其送到ETMG。这是为了在转换过程中避免推进车辆的转矩损失，直到控制器312确定ICE已经充分接管时为止。

SYNCHRO模式810通过控制器312进入BLEND踏板响应模式而结束，这对应于图7中的方框764，其中，控制器312将信号312_S_ICE的预定指令分量和相对于踏板输入产生的分量混和。即，在几秒的短时间预定间隔期间，控制器逐渐地减小预定的指令分量，同时逐渐地增加响应于踏板位置产生的分量。这样，达到从EMG推进到ICE推进的顺利转换，没有使发动机过度加速或致使发动机加速不足而导致减慢车辆或对OEM离合器造成过大应力。

在SYNCHRO模式中的换挡

可能，但未必，在SYNCHRO模式时的短时间过程中，驾驶员可换挡。如果发生换挡，则响应于从按钮622接收到信号，控制器312切换21到GEARSHIFT同步模式822中，这对应于模式表中同样名称的踏板响应模式。参照模式表中GEAR SHIFT同步模式，可见，在此模式822中，控制器312以与上述SYNCHRO模式810相同的方式自动地产生信号312_S_ICE，并以与上述GEAR SHIFT ET模式806相同的方式自动地产生信号312_S_ET。即，使得来自同步模式的输入不导致ICE或EMG的过度反应，这会导致能量或燃料的浪费、损坏系统或增加换挡难度。

  切换到ICE模式

一旦建立用于ICE状态814的条件，如图7中方框772所述的(其对应于ICE状态814)，控制器312将车辆从SYNCHRO运行模式810切换到ICE模式814(通过控制器312联接的装置)，这对应于在模式表中一组标以REGEN快速地、REGEN高效地、REGEN仅离开踏板以及BOOST的踏板响应模式。当处于ICE模式814时，控制器312选择响应于电池充电状态的这些踏板响应模式中的一个模式。参见本文的模式表对REGEN快速地、REGEN高效地、REGEN仅离开踏板以及BOOST的踏板响应模式中每个的运行描述。

在ICE模式中的换挡

当处于ICE模式814时，控制器响应于驾驶员对按钮622的致动而切换到GEAR SHIFT ICE模式826，并响应于按钮622的释放而从模式826切换回到ICE模式814。在GEAR SHIFT ICE模式826中的运行类似于在GEAR SHIFTET模式818中所述的运行，例外之处如模式表中所示。

替代的仅电动的AC压缩机、动力转向泵和用于制动器的空气压缩机

根据本发明的一个实施例，ET系统解决了车辆运行所必须的传统辅助设备和驾驶员的舒适性(空调压缩机、动力转向泵和用于制动器的空气压缩机)。上述一个或多个相关申请已经公开了用于此的结构。根据本发明的一个实施例，在另一结构中，具有改进效率的电气驱动器代替了用于这些子系统的由ICE提供动力的驱动器。它们由相同的电池提供动力，电池在ET模式中提供推进力。这些驾驶员根据需要开和关，但在ICE接通和ETMG处于电动机状态时进行运行。

特别就A/C系统来说，OEM AC压缩机体积大、皮带传动且效率低下。此外，甚至在AC压缩机不运转时，就如ICE仍通过皮带转动皮带轮，也还是存在能量损失。对本发明的研究表明，转换为电动AC压缩机可导致在ET和ICE模式两者中节约大量的燃料。同样地，甚至在没有指令时，传统ICE驱动的动力转向流体泵和制动空气压缩机泵轴也都旋转和旁路流体/空气，导致能量连续地从系统中损失掉。根据本发明的一个实施例，将所有这些辅助系统的驱动器从OEM结构中移去并由高效电动驱动器替代，这节约了ICE的功率。替代的电动驱动器由控制器提供动力，控制器又由ET推进电池供电，且能独立地控制各个驱动器，以确保仅在根据用途需要运行时才向其供能。

电动驱动器类型和从动装置的类型

对本发明的研究和测试涉及到优化或至少更接近于优化，如何最有效地从ICE中捕获能量，储存能量，然后再利用能量用于推进。因此，如上所述，应注意用电动驱动器来替代辅助驱动器。此外，还应注意到电动驱动器的类型以及被驱动的辅助驱动器的类型。在HDV的12V系统中，出于各种原因，标准是要包括初始的成本。几家制造商使用24V dc进行起动，但系统的其余部分仍用12V dc。然而，仅电动辅助驱动器在本发明的实施例中是240V的装置，它们比传统的12V驱动器更有效。此外，在本发明的实施例中，AC压缩机本身被涡旋型压缩机替代，后者具有更高的效率。

交流发电机

甚至在12V电池充足电量时，传统12V的电池-再充电-交流发电机也还从ICE中提取某些能量。根据本发明的一个实施例，同样将传统交流发电机移去。相应地，在本发明的实施例中，ETMG被用来通过ET系统控制器对传统12V电池充电，出于以上解释的同样理由，这也与直觉刚好相反。由于12V交流发电机已移去，所以，ET系统控制器包括由ET系统电池和ET系统的ETMG馈送的12V电源，其中，12V电源的任务是保持传统12V卡车电池充电，可用于车辆的其余12V系统的运行。

动力转向

根据本发明的一个实施例，将传感器纳入和构造成探测转向盘或转向联动装置的运动或位置。在本发明的一个方面，传感器致使动力转向泵驱动器响应于传感器探测转向盘或联动装置的运动而通电。在另一方面，控制电路接收传感器输入，控制电路致使动力转向泵驱动器响应于传感器探测转向盘或联动装置连杆没有运动的预定的时间间隔而断电。在另一方面，控制电路还接收一个信号，该信号指示车辆速度和动力转向泵响应于运动或无运动而通电和断电的控制，如上所述，控制电路还响应于探测车辆在低于某一预定限值的速度行进(包括根本不运动)的控制电路。在另一方面，传感器探测转向联动装置是否使车辆直线向前行驶(或在接近直线向前的预定范围内)，这样，探测到的运动是表示车辆转向变化的运动，该变化是从基本上直线向前的第一位置变化到基本上不是直线向前的第二位置，或者从第二位置变化到第一位置。因此，在本发明的一个实施例中，控制电路构造成致使动力转向泵驱动器响应于传感器探测驾驶位置保持基本上直线向前的预定的时间间隔而断电，基本上直线向前即，直线向前或在直线向前的任一侧上预定范围内。利用如此一个结构，可减少用于驱动传统动力转向泵的能量。

在本发明的实施例中，ICE皮带轮驱动的动力转向流体泵被移去或完全地被旁路。电动的动力转向流体泵通过转向盘的运动而被致动，该运动由附连到转向柱的机械齿轮进行测量。当控制器检测到在最后一秒时转向盘位置不同于平均的转向盘位置时，控制器就接通动力转向泵。如果位置不变化或如果转向位置笔直，则控制器开始计数并在计数达2.5秒时将泵关闭。

空气压力

对于空气压力来说，控制器从压力传感器接收信号，并在需要时接通空气压缩机。或者控制器从高压开关和低压开关接收输入，并接通压缩机，直到压力升高为止，然后关闭压缩机直到压力变低为止。DOT要求在箱内保持一定的最低空气压力，并要求倘若压力下落到低于最低水平则控制系统必须能够在固定时间框架内替代它。在本发明的实施例中，控制器监测能量效率并根据能量效率来决定是固定的低速运行还是快速对制动空气系统充电。在本发明的实施例中，控制器根据能量充电、箱内压力等作出决定，并优化所有的选择来使能量利用最大化。

从以上所述应该认识到，根据本发明的实施例，如本文所述的电动牵引系统被改装到诸如8级的HDV。改装系统对预定的日渐卡车行驶循环提供足够的驱动时间和驱动特性，其通过如下方式实现：匹配i)PXU、ET电动机/发电机和传动齿轮系，ii)ET电动机/发电机速度/转矩特征，以及iii)在预定速度内在ET模式中将转矩递送到机械驱动系的电池特征，以及ETMG、PXU和传动装置的转矩限值，同时还响应于驱动循环的预定特征，在PXU和传动装置的速度和转矩的限值以及在ETMG和电池系统的速度、转矩和电流限值内，在ICE模式中对电池提供充电。

即，具体地说，系统具有齿轮比、ETMG转矩等的组合，其满足预定驱动循环约束内的预定转矩和速度的约束，即，速度和时间间隔的预定型式，其中，系统具有足够容量的电池以产生预定的驱动时间和速度型式，而ETMG(作为发电机)可在时间和速度驱动循环所确定的预定充电机会里对电池充电。即，电池具有足够的电流和安培-时容量以在预定驱动循环内产生预定的驱动时间，其中，ETMG(作为发电机)可在驱动循环所确定的预定充电机会里对电池充电。

相对于8级HDV的尺寸和重量，相对小的电动ETMG通过设计成用于不同用途的PTO端口推进车辆。尽管ETMG在所有情形(例如，高于一定速度)中对其移动卡车所需要的例如高于一定速度来说相对较小，但ETMG具有超过传统PTO限值的运行特征，该传统PTO通常通过PTO端口联接到传统传动装置的传递齿轮。即，ETMG必须具有能力以在某些情形中高于传统PTO可承受的转矩和速度来驱动和被驱动。因此，将具有额定高转矩和额定高速度组合的PXU包括本发明的实施例中。此外，传统PTO没有足够高的齿轮比来实施本发明。因此，PXU不仅具有高的额定速度和转矩，而且具有较高的齿轮比。此外，由发电机模式(ET模式)中的ETMG递送的充电电流/电压也必须被关闭，或至少结合手动换档来减小。

现参照图9，还应该理解到，本发明可包括改装车辆的方法。在本发明的实施例中，这包括在步骤902通过PTO端口安装联接到车辆现有手动传动装置的动力交换单元PXU；在步骤904安装904联接到PXU的电动发电机；在步骤906安装电联接到电动发电机的用来供电以推进车辆的电池；以及在步骤908安装联接到电动发电机和电池的控制单元，该控制单元构造成在第一和第二模式之间切换车辆运行，其中，在第一模式中，车辆的内燃机推进车辆，而在第二模式中，电动发电机在电动机模式中推进车辆。在步骤908安装控制单元可包括如本文中所述地构造控制单元。

为了重申实际的应用，并为了能使本技术领域内的技术人员理解本发明，已经选择和描述了各种实施例以便最好地解释本发明的原理。具有各种修改的其它各种实施例可适用于所构思的特定用途，但仍可在本发明的范围之内。

除非另有清楚和明确的陈述，以下的权利要求书不意图暗示任何特定的动作顺序。对于权利要求书部分来说，引入诸如a)、b)、c)等的标号，其本身不暗示任何特定的顺序，但相反仅是为了便于参照这些部分。

Claims (1)

1.一种改装车辆的方法包括：

安装通过PTO端口联接到车辆的现有手动传动装置的动力交换单元(PXU)；

安装联接到所述PXU的电动发电机；

安装电联接到所述电动发电机的电池，所述电池用于供电来推进所述车辆；

安装联接到所述电动发电机和所述电池的控制单元，所述控制单元构造成在第一模式与第二模式之间切换所述车辆的运行，

其中，在所述第一模式中，所述车辆的内燃机推进所述车辆，而在所述第二模式中，所述电动发电机在电动机模式中推进所述车辆。

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