CN102791507A - 用于具有混合电动系统和电子控制组合阀的车辆上设备的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种用于液压系统的组合阀的控制系统包括电子控制模块、电子系统控制器、远程动力模块和电磁阀。电子控制模块监测内燃机以及电动机和发电机的扭矩输出。电子系统控制器与电子控制模块电连通。电子系统控制器监测液压系统的第一液压回路以及液压系统的第二液压回路的扭矩需求。远程动力模块与电子系统控制器电连通。电磁阀与远程动力模块电连通。电磁阀连接到组合阀，并具有第一打开位置和闭合位置。组合阀与第一液压回路以及第二液压回路流体连通。

Description

用于具有混合电动系统和电子控制组合阀的车辆上设备的控制系统

技术领域

本发明涉及一种用于具有混合电动系统的车辆上动力输出（“PTO”）设备的液压载荷控制系统，并更具体地涉及一种用于控制具有混合电动系统的车辆上液压系统的液压组合阀的系统和方法。

背景技术

许多车辆现今使用混合电动系统，以提升车辆的效率。混合电动系统通常包含内燃机，该内燃机操作发电机，该发电机产生可用于驱动电动机的电力，而电动机用于使车辆运动。电动机可用于为车轮提供动力以使车辆运动，或者电动机可用于对由内燃机和传动机构提供给车轮的动力进行补充。在某些运行情况中，例如在低速运行条件下，电动机能将所有动力供给至车轮。除了提供动力来使车辆运动以外，混合电动传送系统可用于为车辆的PTO提供动力，而PTO又对PTO驱动附件提供动力，PTO在由混合电动系统提供动力时有时也被称作电气PTO或EPTO。

在诸如载重汽车之类的一些车辆中，PTO可用于驱动车载车辆液压系统的液压泵。在一些构造中，可在车辆行驶时，对PTO驱动附件提供动力。在其它构造中，可在车辆静止时，对PTO驱动附件提供动力，并且由内燃机来对车辆提供动力。可在车辆静止或行进时对又一些其它部件进行驱动。为操作者提供用于任何类型PTO构造的控制装置。

在一些PTO应用中，由于PTO应用的相对较低动力需求或间歇操作，车辆的特定内燃机可能不能高效地用作PTO应用的动力源。在这些情形下，混合电动系统会对PTO提供动力，也就是说可使用电动机和发电机来取代IC发动机来支持机械PTO。在动力需求较低的情形下，与内燃机相比，电动机和发电机通常会具有相对较低的寄生损失。在动力需求断断续续但需提供快速响应的情形下，电动机和发电机提供此种可能性，而不会使内燃机发生空载损失。

许多液压系统包含多个液压回路，因而，会存在多个液压操作的部件。多个液压回路中的每个液压回路通常具有专用的液压泵来向液压回路提供液压流体压力。这些液压系统通常包括组合阀，如果在回路之一中存在大液压载荷状况，该组合阀允许来自一个液压回路的液压流体转移到另一液压回路。因此，如果对回路之一中的液压力的需求多于用于该回路的液压泵能产生的液压力，则组合阀将允许来自不同液压回路的液压流体进入需要附加液压力的液压回路内。

经常，在液压回路实际需要附加的液压力之前致动组合阀，并且可以在液压回路内产生多余背压，该液压回路具有来自另一回路并转移到其内的液压流体。该多余背压会导致对包括液压泵的液压系统的过多磨损或损坏。附加地，组合阀的过早操作会导致附加的扭矩供给到具有液压流体从其转移的回路的液压泵，从而导致对发动机或电动机和发电机提出附加的需求。这在接纳来自另一回路的液压流体的液压回路不需要附加流体时特别低效，这是因为来自发动机或电动机或发电机的附加动力不会产生通过液压驱动部件所做的任何有效功。.因此，需要一种用于混合电动系统的控制系统，该控制系统在致动组合阀之前评估液压回路上的载荷。

通常，一旦装备有EPTO的混合电动车辆进入EPTO操作模式，则电动机和发电机保持不提供动力，直到提供有效输入或动力指令信号为止。典型地，从通过安装于车身的开关所接收的操作者输入中产生动力指令信号，且该开关是数据连接模块的一部分。此种模块可以是在授予Kelwaski的美国专利6,272,402中描述的远程动力模块，且该专利的全部内容以参见的方式纳入本文。开关经由诸如控制器局域网络（CAN）之类的数据总线来传送动力指令信号，该控制器局域网络现在通常用于整合车辆控制功能。

用于操作牵引马达的动力指令信号仅仅是可能产生的输入中的一种，并且可由连接于车辆控制器局域网络的牵引马达控制器来接收。基于可从由卡车设备制造商（TEM）增添的数据连接模块以及从其它来源供给的可能输入的类型、数量以及复杂度，会出现关于对电动机和发电机进行适当控制的问题，尤其是在产品引入的初始阶段或者是在如果车辆已经由操作者改装或已受损而需进行现场维修的阶段。于是，牵引马达无法根据期望来运行。在引入产品时，TEM会发现其自身处于如下情况中：由于编程问题、与其它车辆编程相互作用或其它体系问题，数据连接模块会无法提供用于EPTO操作的电动机和发电机操作所需的精确动力指令请求。

发明内容

根据一个实施例，具有混合电动系统的车辆具有内燃机、电动机和发电机、动力输出单元、第一液压回路、第二液压回路、组合阀、电磁阀和电子系统控制器。电动机和发电机连接到内燃机。动力输出单元选择性地由电动机和发电机来驱动。第一液压回路具有第一液压泵，该第一液压泵机械连接到动力输出单元并由动力输出单元来驱动。第二液压回路具有第二液压泵，该第二液压泵机械连接到动力输出单元并由动力输出单元来驱动。组合阀设置成与第一液压回路以及第二液压回路流体连通。组合阀具有适于允许流体从第二液压回路流到第一液压回路的第一打开位置以及适于阻止流体从第一液压回路流到第二液压回路的关闭位置。电磁阀连接到组合阀。电磁阀使组合阀在第一打开位置和关闭位置之间定位。电子系统控制器与电磁阀电连通。电子系统控制器向电磁阀产生控制输出，以定位组合阀。电子系统控制器监测第一液压回路的扭矩需求和第二液压回路的扭矩需求，并在扭矩需求超过第一预设点时产生控制输出以将组合阀定位于第一打开位置，并在扭矩需求下降到第二预设点以下时产生控制输出以将组合阀定位于关闭位置。

根据一个过程，提供控制具有第一液压回路和第二液压回路的液压系统的组合阀的位置的方法。监测连接到液压系统的第一液压回路的第一液压驱动装置的扭矩需求。监测由连接到第一液压回路的液压泵的至少一个动力源产生的扭矩。该方法基于连接到第一液压回路的液压泵的至少一个动力源产生的扭矩来确定液压驱动装置的扭矩需求是否超过第一预设点。当液压驱动装置的扭矩需求超过第一预设点时，组合阀定位到第一打开位置，该第一打开位置允许液压流体从第二液压回路流到第一液压回路。

根据另一实施例，用于具有混合电动系统的车辆的控制系统包括电子控制模块、电子系统控制器、混合控制模块、远程节气门和可变排量液压泵。电子系统控制器设置成与电子控制模块电连通。混合控制模块设置成与电子控制模块和电子系统控制器电连通。远程节气门设置成与电子控制模块电连通。可变排量液压泵具有设置成与电子系统控制器电连通的排量调节部分。可变排量部分具有至少第一位置和第二位置。可变排量部分响应于来自电子系统控制器的输出信号而从第一位置运动到第二位置。

根据另一实施例，用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统包括电子控制模块、电子系统控制器、远程动力模块和电磁阀。电子控制模块适于监测内燃机以及电动机和发电机的扭矩输出。电子系统控制器设置成与电子控制模块电连通。电子系统控制器适于监测液压系统的第一液压回路以及液压系统的第二液压回路的扭矩需求。远程动力模块设置成与电子系统控制器电连通。电磁阀设置成与远程动力模块电连通。电磁阀连接到组合阀。电磁阀具有第一打开位置和闭合位置。组合阀设置成与第一液压回路以及第二液压回路流体连通。当第一液压回路的扭矩输出和扭矩需求之间的差值到达第一预设点时，电磁阀响应于来自电子系统控制器的输出信号而运动到第一打开位置。

附图说明

图1是装备成进行动力输出操作的车辆的侧视图。

图2是用于图1所示车辆的控制系统的高级框图。

图3是与可用在图2所示控制系统上的动力输出操作相关联的状态机的视图。

图4A-D是适用于支持动力输出操作的混合动力系统的示意图。

图5是用于进行动力输出操作的、用于底盘和车身启动混合电动机和发电机控制的系统视图。

图6是用于图5所示系统视图中远程动力模块的输入和输出引脚连接的示意图。

图7是用于图5所示电气系统控制器的输入和输出位置的示意图。

图8是具有混合电动系统的车辆的示意图，该混合电动系统具有PTO驱动液压系统和电子控制的组合阀。

图9是用于具有混合电动系统的车辆的控制系统的示意图，该混合电动系统具有PTO驱动液压系统和电子控制的组合阀。

具体实施方式

现在参见附图并具体参见图1，示出混合机动高空作业车（高空起重汽车）。混合机动高空作业车1用作中型车辆的示例，并且支持PTO功能或EPTO功能。应注意到，本文所描述的可能具有合适修改的实施例可用于任何合适的车辆。在题为“System For Integrating Body Equipment With aVehicle Hybrid Powertrain（具有车辆混合动力系统的用于整车设备的系统）”美国专利7,281,595中可发现关于混合动力系统的附加信息，该专利转让给本发明的受让人并且其全部内容以参见的方式纳入本文。

机动高空作业车1包括PTO载荷，在此该PTO载荷是安装于作业车1的背部上的基座的高空提升单元2。在用于EPTO操作的构造过程中，在车辆进入PTO模式之前，机动高空作业车1的传动装置可放置在停车档，驻车制动器开始工作，可将外伸支架展开来稳定车辆，并且可从车载网络中接收车速小于5kph（公里/小时）的指示。对于其它类型的车辆来说，不同的指示可指代PTO操作的准备状态，而该准备可涉及或不涉及使车辆停止。

高空提升单元2包括彼此枢转连接的下部悬臂3和上部悬臂4。下部悬臂3还安装成在作业车基座上于支承件6和可转动支架7上转动。可转动支架7包括用于下部悬臂3一端的枢转安装件8。吊桶5固定于上部悬臂4的自由端，并且在将吊桶提升至工作区域的过程中支承工作人员以及将吊桶支承在工作区域内。吊桶5枢转地附连于悬臂4的自由端，以保持水平定向。提升单元9连接在支架7和下部悬臂3之间。枢转连接件10将提升单元9的下部悬臂缸体11连接于支架7。缸体杆12从缸体11伸出并且通过枢转件13枢转地连接于悬臂3。下部悬臂缸体单元9连接于合适液压流体的加压供源，该加压供源使得该组件能提升和下降。加压液压流体源可以是自动的传动装置或单独的泵。下部悬臂3的外端连接于上部悬臂4的下枢转端。枢转件16使下部悬臂3的外端与上部悬臂4的枢转端互连。上部悬臂的补偿缸体单元或组件17连接在下部悬臂3和上部悬臂4之间，用以使上部悬臂绕枢转件16运动，来相对于下部悬臂3定位上部悬臂。上部悬臂的补偿缸体单元17使得上部悬臂4能相对于下部悬臂3独立运动，并且在这两个悬臂之间提供补偿运动，以相对于下部悬臂升起上部悬臂。上部悬臂补偿缸体单元17由与下部悬臂缸体单元9相同的供源来供给加压液压流体。

参见图2，示出了作为可用于车辆1的控制系统代表的控制系统21的高级示意图。一种车身计算机类型的电气系统控制器24由公共数据链路18（在此示作SAE兼容J1939CAN总线）链接于各个局部控制器，这些局部控制器还会对于大多数车辆1的功能实施直接控制。电气系统控制器（“ESC”）24还可直接连接于选定的输入和输出以及其它总线。直接“底盘输入”包括点火开关输入、致动踏板位置输入、护罩位置输入以及停车制动位置传感器，这些输入连接成将信号供给至ESC24。还存在对于ESC24的其它输入。可使用驾驶室内总线开关56来产生来自驾驶室内的用于PTO操作控制的信号。驾驶室内总线开关56经由符合SAEJ1708标准的专用数据链路64而连接于ESC24。数据链路64是低波特率数据连接，通常在9.7K波特（baud）的量级上。除了ESC24以外的5个控制器示出连接于公共数据链路18。这些控制器是发动机控制器（“ECM”）46、传动装置控制器42、仪表盘控制器58、混合控制器48以及防抱死制动系统控制器（“ABS”）50。在给定的车辆上可存在其它的控制器。数据链路18是符合SAEJ1939标准的用于公共控制器局域网络（“CAN”）的总线，并且在当前的实践下支持以高达250K波特进行数据传输。应理解的是，其它控制器可安装在车辆1上来与数据链路18连通。ABS控制器50通常对制动器52的应用进行控制并接收来自传感器54的车轮速度信号。车轮速度经由数据链路18记录并由传动装置控制器42监测。

车辆1示作使用动力系统20的并联式混合电动车辆，其中内燃机28、电动机和发电机32中任一个或两个的输出可联接于驱动轮26。内燃机28可以是柴油发动机。如同其它全混合系统那样，该系统意图在制动或降速过程中重新捕获车辆的惯性动量。在制动或降速过程中，电动机和发电机32作为来自车轮的发电机来运行，并且将所产生的电力存储在电池中。之后，所存储的电力可用于驱动电动机和发电机32，而取代内燃机28或者对内燃机28进行补充，以延长车辆传统燃料供给的范围。动力系统20是混合动力设计的特定变型，该变型为PTO提供来自内燃机28或来自电动机和发电机32的支持。当内燃机28用于PTO时，该内燃机能以有效的动力输出水平来运行，并且同时用于支持PTO操作以及使电动机和发电机32以其发电机模式运行，来对牵引电池34进行再充电。通常，比起以热有效内燃机28油门设置的动力输出，PTO应用消耗较低的动力。

电动机和发电机32用于通过使用驱动轮26来驱动电动机和发电机32而在减速过程中重新捕获车辆的动能。这时，自动离合器30将发动机28与电动机和发电机32脱开。发动机28可用于供给动力来产生电力并操作PTO系统22，可用于为驱动轮26提供原动力，或者可用于提供原动力并使发电机运行来产生电力。在PTO系统22是空气提升单元2的情形下，在车辆行驶时，该PTO系统不可能进行操作，虽然本文的描述假定实际上车辆会停止来用于EPTO，但不这样做的其它PTO应用也会存在。

动力系统20响应于由车辆动能力反向驱动的电动机和发电机32而重新捕获动能。通过混合控制器48来探测并管理正牵引马达作用和负牵引马达作用之间的转换。在制动过程中，电动机和发电机32产生电力，该电力通过逆变器36施加于牵引电池34。混合控制器48关注ABS控制器50数据链路通信，从而如果启动再生制动时，确定再生动力制动是否会增大或加剧轮子打滑情况。传动控制器42探测数据链路18上的数据通信，并且将作为应用控制信号的这些数据经由数据链路68输送至混合控制器48。在制动过程中，电动机和发电机32产生电力，该电力通过混合逆变器36施加于牵引电池34。一些电力可从混合逆变器中转移，以通过降压的DC/DC逆变器62来维持传统12伏DC底盘电池60的电荷。

牵引电池可以是仅有的用于车辆1的电力存储系统。在本申请同期的车辆中，仍普遍使用各种12伏应用，且车辆1可装备有并联12伏系统来支持车辆。为了简化说明，并未示出此种可能的并联系统。包括此种并联系统还允许使用为汽车而设计的易于获得且便宜的部件，例如用于照明的白炽灯泡。然而，使用12伏部件会致使车辆重量加重并包含额外的复杂度。

电动机和发电机32可用于通过逆变器36从电池34提取电力而推进车辆1，该电池供应3相340伏均方根功率（rms功率）的电力。电池34有时称作牵引电池，来与次级12V铅酸电池60进行区分，而该次级铅酸电池用于为各个车辆系统供电。然而，质量大的多用途运载车辆从混合动力的转动作用获得的增益会比小汽车低得多。因此，所存储的电力也被用于对EPTO系统22进行供电。此外，当点火装置处于启始位置时，电动机和发电机32用于启动发动机28。在一些情形下，发动机28用于利用处于空挡状态的传动装置38来驱动电动机和发电机32以产生电力来对电池34进行充电，和/或与PTO系统22配合来产生电力，用以对电池34进行充电并操作PTO系统22。这会在响应于提取电池34上电荷的消耗量大的PTO系统22使用而发生。通常，发动机28仅有比用于操作PTO系统22大得多的输出容量。于是，由于发动机中会产生的寄生损失或者在断断续续操作时会产生的空载损失，因而在全部时间将发动机用于直接驱动PTO系统22会是相当低效的。可通过如下方式来获得较高的效率：使发动机22在接近其额定输出时运行，以对电池34进行再充电并为PTO提供动力，然后将发动机关闭并使用电池34来为电动机和发动机32供电以操作PTO系统22。

空提升单元2是一系统的示例，该系统可仅仅由工作人员偶然地使用，以首先提升其吊桶5，然后重新定位该吊桶。使用牵引马达32来操作空气提升单元2可避免使发动机28空载。如果电池34处于相对放电的状态中，发动机28会以有效速度周期性地运行来对电池进行再充电。通过混合控制器48来确定电池34的充电状态，该混合控制器48将该信息经由数据链路68传送至传动控制器42。传动控制器42还可通过发给ESC24的信息来要求ESC24与发动机28配合，ESC24又将发动机操作要求（即，发动机启动和停止信号）发送给ECM46。发动机28的可用性可基于某些编程（或硬接线）联锁，例如引擎盖位置。

动力系统20包括发动机28，该发动机与自动离合器30串联连接，在发动机并不用于机动动力或者并不用于对电池34进行再充电时，该自动离合器使得发动机28能与动力系统的剩余部分脱开。自动离合器30直接联接于电动机和发电机32，而该电动机和发电机32还联接于传动装置38。传动装置38还用于将来自电动机和发电机32的动力施加给PTO系统22或驱动轮26。传动装置38是双向的并且可用于将来自驱动轮26的能量输回至电动机和发电机32。电动机和发电机32可用于（单独地或与发动机28协作地）为传动装置38提供机动动力。当用作发电机时，该电动机和发电机将电力供给至逆变器36，而该逆变器会供给直流电来对电池34进行充电。

控制系统21实施用于刚才所描述操作的控制构件的协作。ESC24从使用者接收与油门位置、制动踏板位置、点火状态相关的输入以及PTO输入，并且将它们传送给传动控制器42，而该传动控制器42再将信号传输给混合控制器48。混合控制器48基于可得到的电池充电状态来确定内燃机28或牵引马达32是否满足动力需求。混合控制器48与ESC24产生合适的信号来施加于数据链路18，用以指示ECM46将发动机28开启和关闭，如果开启发动机的话，则指示以多大的动力输出来操作发动机。传动控制器42控制自动离合器30的接合。传动控制器42还响应于传动装置按钮控制器72来控制传动装置38的状态，确定是否挂挡或者传动装置将驱动扭矩输送至驱动轮26还是输送至作为PTO系统22一部分的液压泵（或者在传动装置38用作液压泵时，简单地是PTO系统22的加压液压流体），或者确定传动装置是否处于空挡。为了仅仅进行说明，车辆可装备有一个以上的PTO系统，且使用多个电磁阀组件85和气动PTO装置87的次级气动系统示作处于ESC24的直接控制下。

PTO22的控制通常通过一个或多个远程动力模块（RPM）来执行。远程动力模块是专用于ESC24的数据链路连接的扩展输入/输出模块，ESC进行编程来使用这些模块。在RPM40用作PTO控制器的情形下，它们可构造成提供硬接线输出70和硬接线输入，它们由PTO装置22所使用并且提供给载荷/空气提升单元2以及来自该载荷/高空提升单元2。将来自高空提升单元2对于运动的请求以及位置记录施加给专用数据链路74，用以传输给ESC24，该ESC将它们转换成对于其它控制器的特定请求，例如对于PTO动力的请求。ESC24还可进行编程，来通过PRM40对PTO装置22中的阀状态进行控制。在美国专利号6,272,402中更完整地描述了远程动力模块，该专利已转让给本申请受让人并且以参见的方式纳入本文。在撰写‘402专利时，本文所指代的“远程动力模块”被称为“远程接口模块”。可设想到，提供PTO功能的TEM会将车辆定制成或装备成具有RPM40，以支持PTO并提供总线开关57来连接RPM40。TEM通俗地称为“车身制造者”，且来自设置成提供车辆功能的车身制造者的RPM40称为“车身动力指令信号”。

车身动力指令信号会受到由于在车辆控制器局域网络上的恶化、车辆损坏或体系冲突的影响。因此，提供一种替代的机构，来从车辆的传统控制网络中产生用于PTO的动力指令信号。在不使用RPM40的条件下为操作者提供此种动力指令信号的一种方式是使用车辆的传统控制，包括产生称为“底盘输入”的控制。源自此种替代机构的用于PTO操作的动力指令信号称为“底盘动力指令信号”。此种底盘动力指令信号的一个示例可以是在使用驻车制动器的同时使前灯闪烁两次，或者一些其它容易记住但似乎是特殊控制用法的方式，只要控制选择不包括PTO专用的RPM40即可。

传动装置控制器和ESC24都作为各个数据链路之间的入口和/或转换装置来操作。专用数据链路68和74以比公共数据链路高得多的波特率进行操作，因此为从一个链路通至另一链路的信息提供缓冲。此外，信息可重新格式化，或者一个链路上的信息可改变为第二链路上另一种类型的信息，例如数据链路74上的运动需求可转换成从ESC24至传动控制器42的传动装置配合的需求。数据链路18、68和74都是控制器局域网络并且符合SAEJ1939协议。数据链路64符合SAEJ1708协议。

参见图3，使用代表性状态机300来说明一个可能的控制方式。根据发动机28是否为对牵引电池34再充电而进行操作，状态机300通过两个EPTO许可状态300、302中任一个而进入。在EPTO许可状态，已满足触发EPTO操作的条件，但并未对实际的PTO功能提供动力。根据牵引电池34的充电状态，发动机28可操作（状态302）或可不运行（状态304）。在发动机28打开的任何状态下，自动离合器30接合（+）。开始进行充电的荷电状态小于充电停止的荷电状态，以防止发动机28频繁地循环开关。EPTO许可状态（302、304）提供传动装置38脱开的状态。在电池34进行充电的状态302中，电动机和发电机32处于其发电机模式。在考虑对电池34进行充电的状态304中，电动机和发电机32的状态无需被限定并且可留在其现有状态下。

限定四个EPTO操作状态306、308、310以及312。这些状态响应于车身动力需求或底盘动力需求而发生。在PTO内，车辆电池的充电持续起作用。状态306提供如下状态：发动机28打开，自动离合器30接合，电动机和发电机32处于其发电机模式，而传动装置挂挡来实现PTO。在状态308中，发动机28关闭，自动离合器30脱开，电动机和发电机处于其电动机模式并且运行，而传动装置38挂挡来实现PTO。在丧失车身动力指令信号（会由于PTO许可的取消而发生）或者在出现或发生底盘动力指令信号的情形下，会退出状态306和308（这两种状态为一个组别）。由于电池充电状态产生的状态变化会迫使在组别内在状态306和308之间发生变化。EPTO操作状态310和312分别与状态306和308相同，除了丧失车身动力指令信号不会致使退出其中一个状态310、312以外。只有丧失底盘动力指令信号会致使从作为组别的EPTO操作状态310或312（这两个状态为一个组别）退出，但是组别（即，在310和312之间）内的转换会由于电池充电状态而出现。在丧失底盘动力指令信号的情形下，退出状态310、312取决于车身动力指令信号是否存在。如果存在，则操作状态分别从状态310或312移至状态306或308。如果不存在，则移至状态302或304。如果车身动力指令信号由于从EPTO许可条件下退出而丧失，则状态302或304沿着“关闭”线路退出。为了在组别内转换、尤其是从发动机28的关闭状态转换至发动机28的打开状态，可提供中间状态，其中自动离合器30接合以使得牵引马达能起动发动机。

图4A-D图示地示出状态机通过ESC24的合适编程而执行的各个状态中、车辆上发生的情况。图4A与状态304、即其中一个EPTO许可状态相对应。图4B与状态302、即另一个EPTO许可状态相对应。图4C与状态308和312相对应，而图4D与状态306和310相对应。在图4A中，IC发动机28关闭（状态100），自动离合器脱开（状态102），电动机和发电机32的状态可不受限而示作电动机模式（104）。在电动机和发电机32处于电动机模式的情形下，电池示作处于放电准备状态108中。传动装置示作处于挂挡（106）下，但这是可选的。在图4B中，电池充电128由于IC发动机运行120而发生，自动离合器被接合122，其中发动机扭矩通过自动离合器施加于处于其发电机模式124下操作的电动机和发电机32。传动装置脱挡126。

图4C与状态机300的状态308和312相对应，其中发动机28被关闭100，自动离合器30脱开102。电池34进行放电108，以使牵引马达在其运行状态104中操作，以将扭矩施加于处于挂挡状态126中的传动装置38，以将驱动扭矩施加于PTO。图4D与状态机300的状态306和310相对应。IC发动机28处于运行状态120中，以通过处于接合状态122的自动离合器来提供动力，从而使电动机和发电机32在其发电机模式中操作，以将电力供给至充电状态（128）的电池并且将扭矩通过传动装置供给至PTO应用。

图5-7示出其上可实施状态机300的特定控制结构和网络体系。可在2008年9月29日提交的题为“Hybrid Electric Vehicle Traction Motor DrivenPower take off Control System（混合电动车牵引马达驱动的动力输出控制系统）”的美国专利申请系列号12/239,885（授予本申请的受让人并且其全文以参见的方式纳入本文）以及2009年7月24日提交的美国专利申请系列号12/508,737（授予本申请的受让人并且其全文以参见的方式纳入本文）中发现关于混合动力系统的附加信息。该结构还提供对于次级气动动力输出操作87的控制，以说明传统的PTO可与车辆上的EPTO混合。电气系统控制器24使用多个电磁阀组件85来控制次级气动PTO87。可得到的气压可规定控制响应，因此气压传感器99连接成，将气压读数直接作为输入提供给电气系统控制器24。或者，如果牵引马达PTO是气泵，则可使用气动系统来实施EPTO。

将ESC24连接于RPM40的J1939兼容电缆74是扭绞线对。RPM40示出具有6个硬接线输入（A-F）和一个输出。与SAEJ1708标准相适应的扭绞线对64将ESC24连接于用于驾驶室仪表盘的嵌体64，且各个控制开关安装在仪表盘上。公共J1939扭绞线对18将ESC24连接于仪表盘控制器58、混合控制器48以及传动控制器42。传动控制器42设有与安装于驾驶室的传动控制台72的专用连接。在该构造中省略了混合控制器48和控制台72之间的连接，然而在一些范围中可设有此种连接。

图6详细地说明用于特定应用的RPM40所使用的输入和输出引脚使用。输入引脚A是混合电动车辆请求电路1的输入，该输入可以是12伏DC或接地信号。当该信号起作用时，牵引马达持续地运行。输入引脚B是混合电动车辆请求电路2的输入，该输入可以是12伏DC或接地信号。当该信号起作用时，牵引马达持续地运行。输入引脚C是混合电动车辆请求电路3的输入，该输入可以是12伏DC或接地信号。当该信号起作用时，牵引马达持续地运行。输入引脚D是混合电动车辆请求电路4的输入，该输入可以是12伏DC或接地信号。当该信号起作用时，牵引马达持续地运行。换言之，设计者可提供四个远程位置来用于开关，操作者可从这些远程位置开始启动PTO车身动力指令信号，以操作牵引马达。输入引脚E是混合电动车辆远程PTO失效输入。该信号可以是12伏DC或接地的。当该信号起作用时，PTO失效。输入引脚F是混合电动车辆EPTO接合反馈信号。该信号是源自PTO安装压力或球掣子反馈开关的接地信号。输出引脚携带实际动力指令信号。应注意到，这可经受各种联锁。在所测得车辆速度小于3米每小时的联锁状况的示例中，挡位设置为空挡并且拉有停车手闸。

图7示出底盘输出引脚和底盘输入引脚在电气系统控制器24上的位置。

本文所描述的系统提供次级机构，该次级机构用于通过使用各种原始设备制造商（OEM）底盘输入来控制混合电动机和发电机，防止TEM输入（请求）信号的纯源化装置（例如，RPM40）。可使用单个安装在驾驶室内的开关而尽可能简单地启动此种操作模式，该安装在驾驶室内的开关可位于总线开关56中，或者可通过使用一系列控制输入而变得更复杂但不明显，以作为“代码”来操作。例如，在车辆处于EPTO模式的情形下，能按下脚踏闸并保持，并且使远光灯开关两次。一旦释放脚踏闸，则远光灯的随后作用会产生用于触发牵引马达操作的信号。在任何情形下，当牵引马达处于“底盘启动”输入的控制下时，忽略或防止发生TEM输入状态。

现在转向图8，示出具有PTO驱动的液压系统800的混合电动系统。具有PTO驱动液压系统800的混合电动系统包括内燃机802、电动机和发电机803、PTO804以及第一液压泵806和第二液压泵808。PTO804适合于接收来自内燃机802或电动机和发电机803的动力。PTO804驱动第一液压泵804和第二液压泵806。

如图8所示，第一液压泵806是诸如叶轮泵之类的固定排量液压泵，而第二液压泵808是诸如活塞泵之类的可变排量液压泵。第一液压泵806向第一液压回路810提供液压流体，而第二液压泵向第二回路812提供液压流体。

可设想的是，内燃机802可用于驱动PTO804来为第一液压泵806提供动力，而电动机和发电机803通常用于为第二液压泵808提供动力。第一液压泵806或第二液压泵808的使用通常取决于放置在液压系统805上的载荷水平。较大的液压载荷会使用由内燃机802驱动的第一液压泵802，而较小的液压载荷会使用由电动机和发电机803驱动的第二液压泵808。

根据另一实施例还可设想第一液压泵806和第二液压泵808都由电动机和发电机803来提供动力。

组合阀814设置成与第一液压回路810以及第二液压回路812都流体连通。如下文将描述那样，组合阀814由与电气系统900（图9）通信的电磁阀816来致动。组合阀814可设定成允许来自第一液压回路810的液压流体与来自第二液压回路812的液压流体混合。组合阀814还可设定成允许来自第二液压回路812的液压流体与来自第一液压回路810的液压流体混合。因此，如果第一液压回路810中附加地需要液压流体，则组合阀814由电磁阀816致动，以允许第二液压回路812内的液压流体流入第一液压回路810。相似地，如果第二液压回路812中附加地需要液压流体，则组合阀814通过电磁阀816致动，以允许第一液压回路810内的液压流体流入第二液压回路812。如图8中所示，组合阀814设定成允许液压流体从第二液压回路812流入第一液压回路810。

如图8中所示，第一液压回路包括液压驱动的螺旋输送器818，而第二液压回路包括多个液压缸820a、820b、820c。因此，当组合阀814将液压流体从第二回路812转移到第一回路810时，向液压驱动的螺旋输送器818提供附加的液压流体，而向多个液压缸820a-820c提供较少的液压流体。因此，液压螺旋输送器818能基于来自第二液压回路812的附加液压流体来做附加的功。

现转到图9，示出用于具有PTO驱动的液压系统800的混合电动系统的控制系统900。控制系统900包括电子控制模块或发动机控制模块、（ECM）910、电子系统控制器（ESC）912。ECM910和ESC912经由第一数据链路914连接，以使可以在ECM910和ESC912之间进行通信。ECM910监测发动机802的扭矩输出以及电动机和发电机803的扭矩输出。

ESC912监测第一液压回路810和第二液压回路812的预计扭矩需求。第一液压回路810和第二液压回路812的预计扭矩需求可以基于控制器916a、916b、916c的定位，这些控制器可以例如控制图8的具有PTO驱动的液压系统800的混合电动系统的液压缸820a-820c或者螺旋输送器818。控制器916a-916c连接到控制系统900的远程动力模块（RPM）918。RPM918经由第二数据链路920连接到ESC912。ESC912还监测液压流体流经组合阀814的流量以及组合阀814的电磁阀816的位置。组合阀814和电磁阀816还连接到RPM918。

ESC912包含适于控制组合阀814经由电磁阀816的操作的程序设计。ESC912监测液压回路810、812的扭矩需求，以确定扭矩需求是否高于第一预设点。一旦任一液压回路的扭矩需求超过预设点，组合阀814的电磁阀816被致动，以将来自液压回路810、812中的一个液压回路的液压流体经由组合阀814转移到另一液压回路812、810。例如，如图8中所示，组合阀814设定成将液压流体从第二液压回路812转移到第一液压回路810。

ESC912监测液压回路810、812的扭矩需求，以及发动机802以及电动机和发电机803的扭矩输出。ESC912编程为仅在液压回路810、812的扭矩需求低于第二预设点时才停止经由组合阀814来使液压流体转移。

可设想第二预设点低于第一预设点。通过使第二预设点低于第一预设点，产生“死区”，以避免组合阀814的电磁阀816的快速过渡。特别是在具有PTO驱动的液压系统800的混合电动系统的过渡操作的过程中，该“死区”、即第一预设点和第二预设点之间的差值产生组合阀814的更稳定的控制。

ESC912可附加地利用来自驾驶室内的节气门踏板922或远程节气门924以及控制器916a-916c的输入，以产生液压回路810、812的预期的扭矩需求。在液压回路810、812内的扭矩需求实际增大之前的约100ms到约2000ms的范围内产生预期的扭矩需求。液压回路810、812的预期扭矩需求允许组合阀814略早地致动，从而减小在液压回路810、812的预期扭矩需求超过由具有PTO驱动的液压系统800的混合电动系统的液压泵806、808产生的扭矩时造成的任何执行滞后。

可设想RPM918可以多种方式来控制组合阀的电磁阀816。根据一个实施例，RPM918提供使电磁阀816从第一位置运动到第二位置或第三位置的信号，在第一位置，组合阀814关闭，在第二位置，组合阀814将液压流体转移到第一液压回路810，在第三位置，组合阀814将液压流体转移到第二液压回路812。还可设想RPM918可利用脉宽调制来控制电磁阀，以使组合阀814可增量式调节以向第一液压回路810或第二液压回路812提供刚好所需的流体。还可设想RPM918可利用电流控制来控制电磁阀，以使组合阀814可进行增量式调节，以向第一液压回路810或第二液压回路812提供刚好所需的流体。

ESC912的第一预设点和第二预设点可以进行编程或者可以通过适应性学习策略来设定。适应性学习策略来产生ESC912的第一预设点和第二预设点利用一种算法，该算法监测液压回路810、812的扭矩需求以及发动机802以及电动机和发电机803的扭矩输出，并基于一段时间内所监测到的参数来调节第一预设点和第二预设点。这样，组合阀814被致动的预设点变得非常接近于实际扭矩需求和实际扭矩输出匹配的点，并且相似地，第二预设点变得非常接近于扭矩需求不可能超过实际扭矩输出的点。这种适应性学习策略可用于操作状况随时间保持近似的应用场合中。

应理解的是，控制系统可在硬件中执行以实现该方法。以利用以下技术中的任何一种或组合来执行该控制系统，这些技术在现有技术中都是已知的：具有逻辑门的离散逻辑回路，该离散逻辑回路用于在数据信号的条件下执行逻辑功能；专用集成电路（ASIC），该专用集成电路具有合适的组合逻辑门；可编程门阵列（PGA）；现场可编程门阵列（FPGA）等等。

当控制系统在软件中执行时，应注意到的是，控制系统可存储在任何计算机可读介质上，以由任何计算机相关系统或方法所使用或者结合该系统或方法而使用。在本文献的上下文中，“计算机可读媒介”可以是可存储、通信、传播或者传输由指令执行系统、设备或装置所使用或者与指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何媒介。计算机可读存储媒介可例如但不局限于电子、磁性、光学、电磁、红外线或者半导体系统、设备、装置或传播介质。该计算机可读媒介的更具体示例（非穷举性列表）可包括以下：具有一条或多条引线的电（电子的）连接、便携式计算机磁盘（磁体）、随机存取存储器（RAM）（电子的）、只读存储器（ROM）（电子的）、可擦除可编程只读存储器（EPROM、EEPROM或闪存存储器）（电子的）、光纤（光学的）以及便携式压缩盘只读存储器（CDROM）（光学的）。控制系统可在任何计算机可读媒介上实现，该计算机可读媒介由指令执行系统、设备或装置所使用或者与指令执行系统、设备或装置结合使用，例如基于计算机系统、包含处理器系统或者可从指令执行系统、设备或装置取得指令并执行指令的其它系统。

Claims (20)

1.一种具有混合电动系统的车辆，所述车辆包括：

内燃机；

电动机和发电机，所述电动机和发电机连接到所述内燃机；

动力输出单元，所述动力输出单元选择性地由所述电动机和发电机来驱动；

第一液压回路，所述第一液压回路具有第一液压泵，所述第一液压泵机械连接到所述动力输出单元，并由所述动力输出单元来驱动；

第二液压回路，所述第二液压回路具有第二液压泵，所述第二液压泵机械连接到所述动力输出单元，并由所述动力输出单元来驱动；

组合阀，所述组合阀设置成与所述第一液压回路和所述第二液压回路流体连通，所述组合阀具有适于允许流体从所述第二液压回路流到所述第一液压回路的第一打开位置以及适于阻止流体从所述第一液压回路流到所述第二液压回路的关闭位置；

电磁阀，所述电磁阀连接到所述组合阀，所述电磁阀将所述组合阀在所述第一打开位置和所述关闭位置之间定位；

电子系统控制器，所述电子系统控制器与所述电磁阀电连通，所述电子系统控制器向所述电磁阀产生控制输出，以定位所述组合阀；

其中，所述电子系统控制器监测所述第一液压回路的扭矩需求和所述第二液压回路的扭矩需求，并在所述扭矩需求超过第一预设点时产生控制输出以将所述组合阀定位在所述第一打开位置，并在所述扭矩需求下降到第二预设点以下时产生控制输出以将所述组合阀定位在所述关闭位置。

2.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，所述组合阀具有适于允许流体从所述第一液压回路流到所述第二液压回路的第二打开位置。

3.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，还包括电子控制模块，所述电子控制模块设置成与所述电子系统控制器电连通，所述电子控制模块适于监测所述电动机和发电机以及所述内燃机的扭矩输出，所述第一预设点和所述第二预设点部分地基于所述电动机和发电机以及所述内燃机的扭矩输出。

4.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，所述第一液压泵是定排量型泵。

5.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，所述第二液压泵是活塞型泵。

6.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，还包括电子控制模块，所述电子控制模块设置成与所述电子系统控制器电连通，所述电子控制模块适于监测所述电动机和发电机以及所述内燃机的扭矩输出，所述第二预设点基于所述电动机和发电机以及所述内燃机的扭矩输出。

7.如权利要求1所述的具有混合电动系统的车辆，其特征在于，所述动力输出单元选择性地由所述内燃机驱动。

8.一种控制具有第一液压回路和第二液压回路的液压系统的组合阀的位置的方法，所述方法包括：

监测连接到所述液压系统的第一液压回路的第一液压驱动装置的扭矩需求；

监测由连接到所述第一液压回路的液压泵的至少一个动力源产生的扭矩；

基于连接到所述第一液压回路的所述液压泵的所述至少一个动力源产生的扭矩来确定所述液压驱动装置的扭矩需求是否超过第一预设点；以及

当所述液压驱动装置的所述扭矩需求超过所述第一预设点时，将组合阀定位到第一打开位置，所述第一打开位置允许液压流体从所述第二液压回路流到所述第一液压回路。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

基于连接到所述第一液压回路的所述液压泵的所述至少一个动力源产生的扭矩来确定所述液压驱动装置的扭矩需求是否低于第二预设点；以及

当所述液压驱动装置的所述扭矩需求低于所述第二预设点时，将组合阀定位到关闭位置，所述关闭位置阻止液压流体从所述第二液压回路流到所述第一液压回路。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二预设点低于所述第一预设点。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二预设点等于所述第一预设点。

12.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括：

监测连接到所述液压系统的第二液压回路的第二液压驱动装置的扭矩需求；

监测由连接到所述第二液压回路的液压泵的至少一个动力源产生的扭矩；

基于连接到所述第二液压回路的所述液压泵的所述至少一个动力源产生的扭矩来确定所述第二液压驱动装置的所述扭矩需求是否低于第三预设点；以及

当所述第一液压驱动装置的所述扭矩需求超过所述第一预设点且所述第二液压驱动装置的所述扭矩需求下降到所述第三预设点以下时，将组合阀定位到第一打开位置，所述第一打开位置允许液压流体从第二液压回路流到所述第一液压回路。

13.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一预设点是基于适应性学习策略。

14.一种用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，所述控制系统包括：

电子控制模块，所述电子控制模块适于监测内燃机以及电动机和发电机的扭矩输出；

电子系统控制器，所述电子系统控制器设置成与所述电子控制模块电连通，所述电子系统控制器适于监测液压系统的第一液压回路以及液压系统的第二液压回路的扭矩需求；

远程动力模块，所述远程动力模块设置成与所述电子系统控制器电连通；

电磁阀，所述电磁阀设置成与所述远程动力模块电连通，所述电磁阀连接到组合阀，所述电磁阀具有第一打开位置和关闭位置，所述组合阀设置成与所述第一液压回路和所述第二液压回路流体连通；

当所述第一液压回路的扭矩输出和扭矩需求之间的差值到达第一预设点时，所述电磁阀响应于来自所述电子系统控制器的输出信号而运动到所述第一打开位置。

15.如权利要求14所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，当所述扭矩输出和所述扭矩需求之间的差值到达第二预设点时，所述电磁阀响应于来自所述电子系统控制器的输出信号而运动到所述关闭位置。

16.如权利要求14所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，所述第一液压回路的所述扭矩需求是基于与所述远程动力模块电连通的控制器的输入。

17.如权利要求14所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，所述电磁阀具有第二打开位置；且当所述第二液压回路的所述扭矩输出和所述扭矩需求之间的差值到达第三预设点时，所述电磁阀响应于来自所述电子系统控制器的输出信号而运动到所述第二打开位置。

18.如权利要求17所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，当所述第二液压回路的所述扭矩输出和所述扭矩需求之间的差值超过第二预设点时，所述电磁阀响应于来自所述电子系统控制器的输出信号而运动到所述关闭位置。

19.如权利要求14所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，所述扭矩需求基于与所述电子控制模块电连通的节气门的位置。

20.如权利要求14所述的用于具有混合电动系统的车辆的液压系统的组合阀的控制系统，其特征在于，所述电磁阀是比例阀。

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