KR20100131513A - 전기 견인 모드 중 차량 스위칭 - Google Patents

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제로 에미션 시스템즈, 인코포레이티드
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Abstract

차량이 동륜을 구동하기 위해 차동장치를 통해 표준 변속기에 의해 커플링되는 전기 견인 모터(ETM)와 내연 기관(ICE)을 포함한다. 제어 시스템은 속도 센서들, 로드 센서, 및 경사 센서들을 포함하여 센서 신호들을 수신한다. 제어 시스템은 ETM 속도, 차량 속도, 쉬프팅 기어들 및 변속기 출력 샤프트 속도에 상응하는 표시자 신호들을 생성하도록 속도 신호들을 처리한다. 차량의 속도를 이로써 변속기 출력 샤프트의 속도를 ETM의 속도에 상응하는 쉬프팅 기어의 속도가 정합할 때에 관한 표시들을 하나 이상의 디스플레이들이 나타낸다. 변속기 출력 샤프트에 커플링된 쉬프팅 칼라의 속도를 다음 쉬프팅 기어의 속도가 정합하는 표시가 존재하면, 조작자는 중립으로부터 다음 기어로 클러칭 없이 쉬프트할 수 있다.

Description

전기 견인 모드 중 차량 스위칭 {VEHICULAR SWITCHING WHILE IN ELECTRIC TRACTION MODE}
관련 출원들
본 출원은 2007년 4월 3일에 출원된 미국 가출원 번호 60/909,748 (Vehicular Switching, Including Switching Traction Modes and Shifting Gears While in Electric Traction Mode)에 관련되고, 미국 가출원 번호 60/774,732에 대한 우선권을 주장하고 미국 특허출원 번호 11/374,709의 일부 계속 출원(Continuation-In-Part)인 2006년 11월 10월에 출원된 미국 특허출원 번호 11/558,786 (Electric Traction)의 일부계속출원이고, 그리고 상기 모든 출원들의 전체 내용은 인용에 의하여 본 명세서에 통합된다.
본 출원은 또한 2006년 3월 14일에 출원된 미국 가출원 번호 60/661,668 (Hydrogen 연료 전지 Powered Cabin Comfort System for Class 7 & 8 Trucks)와; 2006년 3월 14일에 출원된 미국 특허출원 번호 11/374,709 (연료 전지-Driven Auxiliary System, and Method Therefor)와; 그리고 2006년 2월 21일에 출원된 미국 가출원 번호 60/774,732 (Hybrid Electric Traction Power System for Moving Class 7&8 Tractors By Means of a Drive Motor Attached to the Power Takeoff (PTO) of the Tractor's transmission PTO Connection Point);에 관련되며, 이들 모두는 인용에 의하여 본 명세서에 병합된다.
기술분야
본 발명은 일반 견인 구동기 및 보조 견인 구동기를 구비하는 견인 차량들에 관한 것이고, 보다 상세하게는 전기 구동기 및 내연 기관(ICE) 구동기를 구비하는 견인 차량에 관한 것이다.
현재 추세에 따르면, 헤비 듀티 디젤 트럭은 점점 더 배출에 관한 그리고 무부하 시간에 관한 규제들을 포함하는 법적 규제에 처하고 있다. 몇몇 관할권(jurisdictions) 하에서는, 심지어 법적 규제들이 트럭에 무부하 탐지를 위한 제어기들을 구비할 것과 그리고 예를 들면 5분과 같은 특정한 최대 무부하 시간간격(interval) 후에 디젤 엔진을 자동적으로 휴지시킬 것을 요하고 있다. 관련 출원들에 개시된 발명자들은 이러한 법적 규제들로부터 발생하는 이슈들을 다룬다. 이들 발명자들은 차량이 전기 모터를 통해 구동될 수 있도록, 헤비 듀티 디젤 엔진 트럭과 같은 차량을 포함하는 차량을 위해 개선된 장치(arrangement)를 제공한다. 하나의 암시(implication)는 전기 모터를 통해 현존하는 통상적인 차량이 견인 및 캐빈(cabin) 냉각을 위해 보다 용이하게 개장(retrofit)될 수 있다는 것이다. 발명자들은 또한 개선된 가열 장치 및 편리한 전기 콘센트(heating and convenience electrical outlets)를 제공한다.
요약
도로 및 고속도로 상과 같이 보다 고속인 속도와 보다 저속인 속도 사이에서 교대될 때 추가적인 어려움이 존재한다는 인식을 수반한다. 본 발명의 일 특징(feature)에 따르면, 제어 시스템이 ICE 견인 모드 및 ETM 모드에서의 차량 동작 간의 매끄럽고 안전한 스위칭을 가능하게 한다. 제어 시스템은 차량의 특정한 동작 상태를 탐지하고 기결정된 기준(criteria)을 충족하는 차량 동작 상태에 응답하여 운전자가 ETM 모드로 이전하는 것을 선택적으로 허용하는데, 여기서 ETM 모드에서 차량의 견인(ICE)이 휴지될 수 있다. 이것은 또한 제어 시스템이 단지 ETM 모드로의 스위칭을 위한 허가를 부여하는 것을 넘어 연장될 수 있다. 다시 말해서, 제어 시스템은 필요한(requisite) 동작 상태 탐지에 응답하여 ETM 모드를 위한 기회를 운전자에게 알릴 수 있다.
본 발명의 일 형태에 있어서, 컴퓨터 시스템이 프로세서와 상기 프로세서에 연결된 저장 장치를 포함한다. 저장 장치는 상기 저장장치 상에 프로세서를 제어하기 위한 프로그램을 저장한다. 프로세서는 상기 프로그램에 의해서, 완전히 또는 부분적으로, 본 명세서에 기술된 바와 같은 시스템을 제어하기 위한 프로세스들을 포함할 수 있는, 방법을 수행하기 위한 프로그램을 실행하도록 동작적이다. 본 발명의 다른 형태에 있어서, 컴퓨터 프로그램 제품(computer program product)이 실체적인(tangible) 컴퓨터 판독가능 매체 상에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 제품은 컴퓨터 시스템에 의한 실행을 위한 지시들을 포함한다. 컴퓨터에 의해서 실행될 때, 지시들은 컴퓨터로 하여금 본 명세서에 기술된 바와 같은 시스템을 제어하기 위한 프로세스들을 구현하도록 한다.
본 발명의 다른 변형들, 목적들, 이점들 및 형태들이 후술하는 상세한 설명을 읽음으로써 및 첨부된 도면들을 참조함으로써 명백해질 것이다. 예를 들면, 본 발명의 일 형태에 있어서 본 명세서에 기술된 특징들은 본 명세서에 기술된 바와 같은 시스템을 제어하기 위한 프로세스들을 포함할 수 있는 신규한 프로세스 단계들로서 수행된다.
이하 첨부된 도면들 및 상세한 설명에서 본 발명의 하나 이상의 실시예들에 관하여 상세히 설명된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들이 상세한 설명 및 도면으로부터 그리고 청구항으로부터 명백해질 것이다.
첨부된 도면들을 참조하는 본 발명의 바람직한 실시예(들)에 관한 후술하는 상세한 설명으로부터 전술한 목적, 양태(aspect) 및 이점 그리고 다른 목적, 양태 및 이점이 보다 잘 이해될 것이다. 유사한 구성요소 및 특징들을 가리키기 위하여 도면들 전체에 걸쳐서 동일한 참조 부호가 사용된다.
도 1은 다양한 실시예들에 따른, 차량을 위한 ETM 시스템의 양태들을 나타내는 블록 다이어그램이고;
도 2는 차량이 가속되고 기어들이 시간에 따라서 제1 기어로부터 제2 기어로 그리고 제3 기어로 쉬프트됨에 따라서 ETM 모드에서 차량 속도 및 ETM 회전 속도 간의 관계를 나타내고;
도 3은 다양한 구동 기어들이 맞물릴 때 ETM 회전 속도, 차량 속도 및 토크 한계들 간의 관계를 나타내는 그래프이고;
도 4는 다양한 실시예들에 따른 기어들 간의 쉬프트 동안 차량과 ETM 회전 속도 간의 관계를 나타내는 그래프이고;
도 5는 ETM 동작 모드에서 액추에이터에 의해서 수동 클러치 페달이 홀딩되는 일 실시예를 나타내고;
도 6은 변속기 입력 샤프트 및 변속기 출력 측 상에 속도 센서들을 구비하는 단순화된 수동 변속기에서의 기어 세트들 간의 관계를 나타내고;
도 7은 몇몇 실시예들에 따른 속도 표시자들 및 속도 로직 간의 관계를 나타내는 블록 다이어그램이고;
도 8은 본 명세서에서의 일 실시예에 사용된 단계들의 순서도이고;
도 9는 본 명세서에서의 다른 실시예에 사용된 단계들의 순서도이고;
도 10은 본 명세서에서의 다른 실시예에 사용된 단계들의 순서도이고;
도 11은 본 명세서에서의 일 실시예에 사용된 단계들의 순서도이고; 그리고
도 12는 본 명세서에 기술된 실시예들의 제어기 기능들을 구현하기에 적합한 컴퓨터 시스템의 블록 다이어그램이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 심볼들은 유사한 요소들을 나타낸다.
본 발명의 실시예들에 관한 후술하는 상세한 설명에 있어서, 본 발명이 실행될 수 있는 실시예들을 도시하는 첨부된 도면들이 참조된다. 다른 실시예들이 이용될 수 있고 본 발명의 범주를 벗어나지 아니하면서 변경들이 행해질 수 있음을 이해하여야 한다. 도면 및 상세한 설명은 개시된 특정한 형태로 본 발명을 제한하도록 의도되지 아니한다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정의되는 바와 같은 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변형물, 등가물 및 대체물을 포함한다. 본 명세서에서 도입부(headings)는 어떤 방식으로도 특허 대상(subject matter)를 제한하도록 의도되지 아니한다.
도 1은 본 명세서에 기술된 차량(100)의 실시예들에 따른 특징들(features)을 구비하는 차량(100)의 블록 다이어그램이다. 차량(100)은 ICE(302)가 ICE 모드에서 동작할 때 회전 토크를 전달하는 크랭크 샤프트(110)를 구비하는 내연 기관(ICE)(302)을 포함한다. 크랭크 샤프트(110)는 변속기(122)로부터 ICE을 맞물리고 떼어놓도록 동작하는 클러치(120)에 의해서 표준 변속기(122)의 입력 샤프트(125)에 커플링된다. 차량(100)은 동력 인출 장치(PTO, power take-off)(140)를 매개로 입력 샤프트(125)의 트랜스퍼 기어(미도시)에 커플링되는 전기 견인 모터 (ETM; electric traction motor)(150)를 더 포함한다. 많은 차량들이 ETM(예를 들어, 150)의 구동 샤프트과의 커플링에 적합한 샤프트를 구비하는 PTO(예를 들어, 140)를 포함한다. 이와 같이, 이들 차량들은 표준적이고 PTO는 정상적으로(normally) (예를 들어 리프트(lifts), 윈치(winches) 등과 같은) 외부 장치들을 동작시키기 위한 (PTO를 매개로 하는) 동력 추출(extracting) 수단을 제공한다.
변속기(122)는 변속기 출력 샤프트(129)에 의해서 차동장치(differential)(316)에 직접 커플링된다. 차동장치(316)는 회전 차축(들)(axel(s))(318)에 의해서 하나 또는 두 휠들(320)을 구동한다. 선택적으로, 변속기(122)는 발전기(generator)(152)를 구동하기 위해 샤프트(125)의 트랜스퍼 기어(미도시)에 커플링되는 제2 PTO(142)를 구비할 수 있다. 이것은 ETM(150)이 모터와 발전기 양자로서 동작하기에 적합하지 아니한 경우들에서 유용할 수 있다.
제어 시스템(160)은 로직, 동력 분배 스위치, 구동기 등을 포함하는데, 이들은 본 명세서에 제시된 실시예들에 따라서 차량(100)이 동작시키는 것을 가능하게 하기 위해서 개개의 시스템들 및 서브-시스템들이 제어될 수 있도록 한다. 정상적인 차량 전기 시스템(308)은 ICE(302)의 서브-시스템들인 예를 들어 HAC, 전기 클러치, 제동 시스템, 조향 시스템 등(304)에 커플링된다. ICE 모드에 있어서, 이들 서브-시스템들은 전기적으로 액추에이트되는 액추에이터들(예를 들어 솔레노이드, 릴레이 등)에 응답하여 전기, 유압, 또는 압축 공기의 형태로 그들의 동력을 받는다. 차량이 ETM 동작 모드에 있고 ICE(302)가 더 이상 ON이 아닐 때, 제어 시스템(160)에 의해서 추가적인 액추에이터 구동기들(306)이 동작된다. 제어 시스템(160)은 차량(100)의 서브-시스템들과 인터페이스하도록 구성된 다양한 입력들 및 출력들을 구비하는 애드-온 시스템(add-on system)이다. 제어 시스템(160)은 배터리의 보조 동력을 받는데, 그 전압은 ETM(150)과 같은 ETM에 동력을 공급하기에 적합하다. 제어 시스템(160)은 ICE 동작 모드에 있을 때 ICE(302)로부터의 교류발전기(alternator) 출력을 변환하는 것에 의하거나 AC 커넥션(164)(예를 들어, 표준 120/220 AC 전압)을 통해서 배터리(17)을 재충전하는 것을 가능하게 하는 회로를 더 포함할 수 있다. 차량 배터리(310)은 ICE 동작 모드에서 차량(100)을 시동하는 데에 사용되는 표준(예를 들어 12V) 배터리이다. 배터리(310)는 AC 커넥션(164), 배터리(170)로부터 공급된 전력으로부터 제어 시스템(16)을 통해 충전될 수 있거나 선택적인 발전기(152)를 통해 충전될 수 있다. 제어 시스템(160)은 ICE 동작 모드에서 사용되는 표준 센서들과 ETM 동작 모드에서 동작을 용이하게 하도록 추가된 추가적인 센서들을 포함할 수 있는 센서들(330)로부터 신호들을 수신한다. 예를 들면, 센서들은 입력 샤프트(125) 및 출력 샤프트(129)의 회전 속도가 결정될 수 있도록 추가될 수 있다. 이들 센서들은 비록 앞서 언급한 센서들이 도 1에서는 도시되지 않았을지라도 센서들(330)에 포함되는 것으로 가정된다.
제어 시스템(160)은 로드 하에 있는 동안 그 회전 속도를 조정하기 위해 가변 동력이 ETM(150)에 인가되는 것을 허용하는 회로를 포함한다. 마찬가지로, 제어 시스템(160)은 ETM(150)이 모터 및 발전기 양자로서 동작하기에 적합한 경우에 ETM(150)의 출력을 충전 전압으로서 사용되어지는 것을 허용하는 회로를 더 포함한다. 상기 회로는 차량(100)으로부터의 운동 에너지를 회복(recover)시키기 위해 (예를 들어 제동 동안) 그것이 발전기로서 동작할 때 ETM(150)의 출력에 가변 로드들이 가해지는 것을 허용하도록 구성될 수 있다. 또한 제어 시스템(160)은 센서 신호들을 수신하고 PTO(140)를 매개로 ETM(150)가 변속기 샤프트(125)에 맞물릴 때 ETM 동작 모드에서 변속기(122) 기어들을 쉬프트하는 데에 도움이 되도록 운전자에게 제시될 수 있는 (예를 들어 샤프트 속도 및 기어 쉬프트 속도와 같은) 파라미터들을 생성하도록 이들 신호들을 처리하도록 구성된, 디스플레이 및 회로를 포함하는 표시자들(indicators)(171)에 커플링된다.
베터리(170), 선택적인 연료 전지(180) 그 캐니스터(canister)(181) 연료 공급기, AC 커넥션(164), 다양한 센서들 등, 그리고 제어 시스템(160)은 독립적인 견인 휠 구동기들; ICE(302)및 ETM(150)에 의해 차량(100)이 동작될 수 있도록 하기 위해 ETM(150)과 함께 부가되는 보조 동력 시스템의 일부로서 고려될 수 있다. 따라서 본 명세서에서 기술된 바와 같은 ETM 동작 모드를 가능하게 하기 위한 ETM(150) 및 보조 동력 시스템에 의해 PTO(140) 또는 PTO(140)를 수용할 수 있는 포트를 구비하는 임의의 표준 차량이 개장(retrofit)될 수 있다.
차량(100)은 점화, 조명(lights) 등을 위한 통상적인 전기 시스템(308)을 제공하기 위해서 통상적인 12VDC 배터리(310)를 더 포함한다. 일 실시예에 있어서, 보조 동력 시스템은 배터리 기반 동력 소오스 예를 들어 144VDC 배터리(170)를 포함한다. 배터리 전압은 다른 실시예들에서는 달라질 수 있고 주로 안전 및 비용에 대한 고려에 의해서 제한된다. 더 높은 전압이 유리한데, 더 낮은 전류로 주어진 양의 전력을 전달하기 때문이다. 따라서 차량(100)은 휠들(320)을 구동하기 위한 두 개의 견인 구동 시스템들, 즉 ETM 시스템 모드에서 동작하는 ETM(150)과 ICE 시스템 모드에서 동작하는 ICE(302)를 포함한다.
일 실시예에 있어서, ETM(150)은 변속기(122)를 구동하기 위해 동력 인출 장치(PTO)를 통해서 기계적으로 커플링된 직류 전류 모터(DC)이다. 이러한 실시예는 제2 PTO(142)를 매개로 하여서 변속기(122)에 의해서 구동되는 교류 전류(AC) 발전기(교류발전기)(152)를 더 포함한다. 이러한 경우에 있어서, AC 교류발전기(152)는 ICE(302)가 변속기(122)에 동력을 제공할 때 제어 시스템(160)에 커플링되는 전기 출력을 생성한다. ICE 모드에 있어서, 따라서 교류발전기(152)는 ICE(302)가 동작되고 클러치(120)가 크랭크 샤프트(110)을 변속기 입력 샤프트(125)에 커플링할 때 제어 시스템(160)을 통해 배터리(170)를 재충전하도록 동작가능하다.
앞서 기술한 바와 같이, ETM(150) 샤프트는 PTO 기어 조립체(140)를 통해 변속기 입력에 기계적으로 맞물린다. ETM이 DC 모터(150)인 실시예에 있어서, PTO(140)는 ICE 동작 동안 ETM(150)을 떼어놓기 위한 PTO 클러치 기구(미도시)를 포함한다.
다른 실시예에 있어서, ETM(150)은 엔진(302)가 제동 동안 리버스되고 클러치(120)가 크랭크 샤프트(110)를 변속기 입력 샤프트(125)에 맞물릴 때 전기를 생성하도록 동작가능한 AC 모터이다. 제동 동안 발전 모드에서 동작할 때, AC ETM(150)은 제어 시스템(16)을 통해 배터리(170)을 충전하는 데에 사용될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 차량(100) 변속기(122)는 통상적인 수동 변속기인데, 수동 클러치(120)가 변속기(122)로부터 ICE(302)를 떼어놓도록 동작가능하다. ETM(150)은 수동 변속기(122)의 포트에 부가되고 변속기(122) 입력 샤프트(125)의 트랜스퍼 기어에 커플링되는 PTO(140)를 통해 차량(100)을 위한 견인 동력을 독립적으로 제공한다. ETM(150)은 바람직하게는 통상적인 ICE(302)가 클러치(120)를 통해 변속기(122)가 떼어놓아졌을 때에만 견인 동력을 제공하고 에너지 절약을 위해 ICE(302)를 휴지시키는 것을 가능하게 한다.
일 실시예에 있어서, 차량(100)에 부가된 보조 동력 시스템은 ETM(150)을 위한 저장된 동력의 소오스로서 배터리(170)을 채용한다. 따라서 ETM 동작 모드에 있어서, ETM(150)이 배터리(17)로부터 에너지를 받도록 동작가능하고 그리고 독립적으로 및 심지어 독점적으로 차량(100)을 위한 견인 동력을 공급한다. 배터리(17)을 재충전하기 위한 어떠한 수단도 제공되지 아니하는 경우들에 있어서, ETM 동작 모드에서의 차량(100)의 로드 핸들링 능력, 속도 및 범위는 외부적으로 충전되는 배터리(170)에 의해 제공되는 저장된 에너지 및 전기 모터(150)의 가능출력(capability)에 의해서 제한된다.
다른 실시예에 있어서, 배터리(170)와 모터(150)는 특정한 통상 맞닥뜨리는 상황에서 고른(even) 통상적인 로드들을 핸들링하는 차량(100)의 능력을 제한하도록 하는 그러한 제한된 크기와 제한된 가능출력을 가지도록 선택된다; 이러한 트레이드-오프는 부가된 모터(150) 및 배터리(17)가 특정한 비용, 크기 및 중량 제약을 만족시키기 위하여 구현된다.
ETM(150)의 마력 정격(rating)은 본 발명의 실시예들에 따라서 달라질 수 있는데, 서비스될 필요가 있는 로드 및 차량(100)을 위한 속도 및 가속도 요건에 따라서 달라진다. 차량(100)이 완전히 로딩되는 헤비 듀티(fully loaded heavy duty) 견인-트레일러 트럭으로서 구성된다면, 그것은 80,000 파운드에 이르는 중량을 가질 수 있다. 오직 전기 동력 상에서 동작하는 약 1800 파운드의 통상적인 전기 차량은 80 MPH 차량 속도를 얻고 유지하기 위한 약 50 HP의 전기 모터를 필요로 한다. 일 실시예에 있어서, ETM(150)는 약 180 파운드의 중량을 가지는 DC 타입 모터이고 연속적인 동작에서 정격이 40 마력(HP)이고 간헐적인(intermittent) 동작에서 약 2분까지에 대하여 정격이 80 HP이다. 다른 실시예에 있어서, ETM(150)은 유사한 HP 정격 및 중량을 가지는 AC 모터이다. 배터리(170)의 KWH(kilowatt hour) 용량은 실시예들에 따라서 달라질 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에 있어서, 배터리(170)는 약 150WH/Kg의 에너지 밀도를 가지는 리튬 이온 타입 배터리이고 따라서 시간 당 40 HP ETM(150)을 구동할 수 있는 30 KWH 용량 리튬 이온 배터리는 약 200KG 또는 500 파운드의 중량을 가지는 배터리(170)를 요구할 수 있다. 물론, ETM(150) 및 배터리(170)에 대한 KWH 정격 및 상응하는 중량은 차량(100) 중량, 로드, 선택적이고 경제적인 목적에 따라서 달라질 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 모터(150)와 배터리(170)의 정격 및 상응하는 중량은 전술한 예시에서보다 심지어 80,000 파운드 견인-트레일러 차량(100)에서의 사용에 대해서도 더 작을 수 있다. 몇몇 실시예들에 있어서, 정격이 더 클 수 있다.
전기 견인 모터(150)와 상응하는 배터리(170)의 크기를 의도적으로 제한하는 실시예들에 있어서, 보다 고속인 고속 주행 또는 경사(grade)를 올라가는 것(driving up)을 요하는 선택적인 요구가 ETM 모드와 ICE 모드 간의 교대의 필요성을 저속 주행 및 무부하에 대하여 요구되는 것보다 다소 더 빈번하게 발생시킬 수 있다. 또한, 선택적인 요구가 보다 고속인 고속 주행을 포함할 때, ETM 및 ICE 동작 모드 간의 스위칭이 차량이 이동하는 동안 발생할 필요가 있을 수 있다. 클러치(120)가 ETM 동작 동안 수동 변속기(122)로부터 ICE(302)를 떼어놓고 ETM(150)이 항상 PTO(140)를 통해 변속기(122)에 커플링되는 배열이 앞에서 기술된다. 또한 특정한 실시예들에서 사용되는 이러한 배열이 변속기(122)의 기어들 중에서의 스위칭을 위한 클러치(120)의 사용을 막기 때문에 이러한 배열이 특히 자명하지 아니함을 이해하여야 한다.
도 5는 ETM 동작 동안 변속기(120)로부터 ICE(302)를 떼어놓고 있을 때, 내리눌리는 클러치(120)를 홀딩하는 데에 사용될 수 있는 배열의 상세를 나타낸다. 전기적으로 동작되는 액추에이터(412)(예를 들어, 솔레노이드가 차량(100)에 부가되고 ICE(302)를 변속기(122)로부터 떼어놓는 위치에 클러치(120)를 홀딩하는 제어 시스템(160)으로부터의 신호에 의해서 동작된다. 조작자(operator)가 떼어놓기 모션(530)에 의해서 클러치 페달(510)을 내리누를 때, 떼어놓기 모션(532)에 의해서 링크(420)를 구동하기 위해 피벗 포인트(512) 둘레에서 클러치 아암(514)이 동작한다. 링크(520)가 피벗 포인트(513) 둘레를 회전할 때, 조인트(538)가 모션을 링크(522)에 전달하는데, 이것은 떼어놓기 모션(534)를 구동하고 클러치 아암(524)을 이동시키고, 차례로 변속기 입력 샤프트(125)로부터 샤프트(110)를 고립시키는 클러치(120)에서의 떼어놓기 모션(536)을 생성한다.
액추에이터(412)는 조인트(538)을 맞물리게 하고 그리고 맞물리는 위치에서 그것을 홀딩하도록 동작가능한 컵(540)을 구비한다. 클러치 페달(510)이 내리눌렸을 때, 조인트(538)는 컵(540)으로부터 멀어지게 떼어놓기 모션(534)에 의해서 가리켜진 바와 같이 이동한다. 클러치 페달(510)이 릴리스되면, 그것은 그 초기 위치로 돌아간다. 그러나 액추에이터(412)가 클러치 페달(510)이 내리눌렸을 때 조인트(538)를 맞물리기 위해 (ETM 모드) 신호되면, 그러면 샤프트(542)가 연장하고 그것이 그 초기 위치로 돌아가는 것을 막는 조인트(538)을 맞물리게 하고 그리고 이로써 클러치 페달(510)이 내리눌린 채로 유지될 수 있다. 이런 방식으로, 조작자는 클러치 페달을 내리누를 수 있고 ICE가 변속기(122)로부터 떼어놓아져 있게 홀딩하도록 ETM 모드를 선택할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 액추에이터(412)와 그 연관된(associated) 연동장치(linkage)가 아래와 같이 전술한 단락에 기술된 통상적인 연동장치에 부가된다. 액추에이터(412)는 그 일 단에서 피벗 포인트(516)에서 차량의 차대(chassis)에 회전가능하게 고정된다. 액추에이터(412)의 연장가능한/수축가능한 샤프트(542)가 링크(520 및 522)의 조인트(538)에 컵(54)에 의해서 고정되고 그 결과 링크(520 및 522)가 발 페달(510)에 의한 통상적인 동작을 허용하는 충분한 이동 자유를 가지는 한편, 또한 액추에이터(412) 사프트(542)가 그 완전히 연장된 위치를 향하여 구동 샤프트(542)에 의해서 링크(522)에 떼어놓기 모션(534)를 전달하는 것을 여전히 가능하게 한다. 제한 스위치들(limit switches)(416CR 및 416CD)이 액추에이터(412) 상에 장착될 수 있어서 샤프트(542)의 극단적인 위치들을 감지하고 제어 시스템(160)으로 상응하는 샤프트 위치 신호들을 보낼 수 있다.
헤비 듀티(heavy duty) 디젤 트럭의 운전자는 통상적인 차량의 ICE를 조절(regulate)하여서 과도하게 높은 ICE 회전 속도, 예를 들어 엔진 "레드 라인" RPM(revolution per minute) 한계에 이르는 것을 피하는 데에 익숙하다. 이러한 차량이 가속될 때, 숙련된 운전자는 실제로 타코미터를 사용해야 하지 아니하고도 단지 ICE가 만드는 가청 음만으로 ICE의 RPM 속도가 레드 라인 상한에 이르기 시작한 때를 인식할 수 있다. ICE 회전 속도가 레드 라인 상한에 근접할 때, 운전자는 변속기를 보다 높은 기어로 스위칭할 수 있다. 이러한 동작을 하기 위해서, 적어도 때때로 클러치를 떼어놓는 것에 의해서 차량의 휠들을 구동하는 것으로부터 ICE를 일시적으로 분리하는 것을 필요로 한다. 그 결과, 다음의 고단 기어에 상응하는 변속기 입력의 초기 회전 속도에 정합되도록 다시 말해서 동기화되도록, ICE 회전 속도가 떨어지는 것(coast down)이 허용된다. 숙련된 운전자는 전형적으로, 교통용과 같은(such as for traffic), 차량의 속도를 떨어뜨릴 때 다양한 속도들에서 ICE와 변속기 상호작용에 익숙해져서, 운전자가 브레이크를 적용할 수 있을 뿐만 아니라 ICE가 제동에 기여하도록 변속기를 다운쉬프트할 수 있다. 따라서 ICE 회전 속도 조절이 차량 클러치에 의해서 용이하게 된다.
일 실시예에 따르면, 차량의 클러치(120)는 일단 차량(100)이 완전히 ETM 모드 에 속하면 ICE(302)가 전혀 회전되지 않도록 동작한다. 일단 제어 시스템(160)이 ETM 모드로 스위칭하는 것을 신호하면, 차량의 클러치 패달(510)이 내리눌린 위치에서 클러치 액추에이터(412)에 의해서 홀딩되고 따라서 ICE(302)가 변속기(122)로부터 그리고 차량 휠들(320)을 구동하는 것으로부터 떼어놓아진다. 결과적으로, ETM 모드에서 동작할 때 과도하게 높은 ICE(302) 회전 속도가 이슈가 되지 아니한다.
그런데, ETM(150)이 PTO(140)를 통해 통상적인 변속기(122)에 커플링되는 헤비 차량(100)에 대하여 ETM 동작은 다른 문제들을 제시한다. ETM(150)와 PTO(140)가 클러치를 구비하지 아니하는 일 실시예에 따르면, 모터(150) 샤프트가 PTO(140)에서 기어를 통해 변속기(122) 입력에 기계적으로 맞물린다. 이러한 실시예에 있어서, 물론 변속기(122)가 중립으로 쉬프트되지 않았다면, 차량(100)이 ICE 모드에서 동작하는가 또는 ETM 모드에서 동작하는가와는 무관하게, ETM(150)의 샤프트가 차량 휠들(320)을 구동한다.
다양한 실시예들이 AC 및 DC 견인 모터 대체물들(alternative)에 더하여, 다양한 대체 구성들을 포함한다. ETM 동작 모드를 위한 배터리 공급 전력은 연료 전지에 의해서 보충되거나 보충되지 아니할 수 있다. 배터리 재충전을 위한 발전기가 ETM(150)과 무관하게 제공되거나 제공되지 아니할 수 있다. ETM(150)이 DC 모터인 실시예에 있어서, 별도의 AC 교류발전기(alternator)(152)가 ETM(150)으로서 동일한 변속기 트랜스퍼 기어에 커플링된 제2 PTO(142)을 매개로 변속기 입력에 기계적으로 맞물릴 수 있다. 따라서 차량(100)이 ICE 모드에 있을 때 제어 시스템(160)을 통해 배터리(144)를 충전하기 위해 AC 교류발전기(152)가 전기적으로 커플링될 수 있다. 차량(100)은 예를 들어 배터리(170)와 같은 보조 동력 소오스에 의해 동력이 제공되는 냉각 출구, 가열 출구 및 전기 콘센트(cooling, heating and convenience outlets)와 같은 독립적으로 동작가능한 캐빈 편의 기능(cabin comfort features)을 포함하거나 포함하지 아니할 수 있다.
ETM(150)이 AC 모터인가 DC 모터인가와는 무관하게, 제어, 모니터링, 모드 스위칭 및 쉬프팅과 관련한 특별한 장치들은 변속기 입력(125)에 커플링된 PTO(140)를 통해 수동 변속기(122)에 ETM(150)이 기계적으로 맞물리는 실시예들을 수용할 것을 필요로 한다.
도 6은 본 명세서에서 실시예들이 어떻게 동작하는가에 관한 설명을 단순화하는데에 사용되는 표준 3 속도 변속기(122)를 나타낸다. (통상적인 HD 차량은 더 많은 기어들을 가질 것임을 이해할 수 있을 것이다.) 입력 샤프트(125)가 (미도시된) 클러치를 매개로 ICE에 커플링된다. ETM(150)이 동력 인출 장치(140)을 매개로 입력 샤프트(125) 상에서 트랜스퍼 기어에 커플링된다. ETM 모드가 선택되었을 때, ICE(302)는 클러치에 의해서 입력 샤프트(125)로부터 떼어지고 반면 ETM(150)은 여전히 직접적으로 커플링된다.
ETM(150)에 동력이 제공되면, 그것이 입력 샤프트(125)를 회전시키고 샤프트(125)의 회전 속도가 속도 센서(650)에 의해서 감지된다. 동력 인출 장치(140)의 기어들 및 변속기(122)의 트랜스퍼 기어의 그것들을 포함하여, 샤프트(125)의 속도와 기어비가 알려져 있다면, ETM(150)의 특정한 회전 속도가 출력 속도 = 입력 속도 x 순기어비로서 결정될 수 있다. 기어(602)는 입력 샤프트(125)에 단단하게 커플링되고 기어(604)를 통해 입력 샤프트(125)의 속도를 부축(lay shaft, 측축)(606)에 전달한다. 기어들(620, 622, 624 및 625)는 모두 부축(606)에 단단하게 커플링되고 부축(606)의 회전속도로 모두 함께 회전한다. 기어들(620, 622, 624 및 625)은 모두 서로 다른 직경들을 가지고 따라서 다른 기어를 회전시키도록 맞물릴 때 다른 기어 비의 잠재성(potential)을 제공한다. 기어(626)는 아이들 기어(idler gear)(625)를 통해 기어(616)에 커플링되고 차량을 위한 리버스 기어를 제공하는 역할을 한다.
출력 샤프트(129)는 차동장치(316)(도 1 참조)를 통해 차량 로드휠들을 구동하도록 연결되고 이로써 로드휠들에 고정된 채로(in a fixed relation) 회전한다. 출력 샤프트(129)는 쉬프트 칼라들(630 및 632)에 스플라인(spline)되고 직접 커플링된다. 쉬프트 칼라들(630 및 632)는 횡으로(laterally) 움직이도록 구성되고 이 때 출력 샤프트(129)와 동일한 회전 속도로 회전한다. 쉬프팅 기어들(610, 612, 614, 및 616)(쉬프팅 기어들(636)으로서도 지칭됨)은 항상 그들의 상응하는 부축 기어들(620, 622, 624, 및 626)(부축 기어(646)으로서도 지칭됨)과 맞물리고 출력 샤프트(129) 상에서 그들이 자유로이 회전하도록 허용하는 베어링들을 포함한다. 쉬프팅 칼라들(630 및 632)은 개개의 쉬프트 연동장치들에 의해서 쉬프팅 칼라들(630 및 632)을 이동시키도록 동작가능한 쉬프트 레버(미도시)에 커플링되고, 쉬프팅 연동장치들 중 하나는 쉬프트 연동장치(또는 "로드(rod)")(640)로서 묘사된다. 도시된 바와 같이 위치된 쉬프팅 칼라들(630 및 632)에 의해서 변속기(122)가 중립에 놓인다. 이렇나 중립 상태에서, 입력 샤프트(125)가 ETM(150)에 의해서 회전하고 있다면, 모든 쉬프팅 기어들(610 등)과 부축 기어들(620 등)이 회전하고 있고, 한편 (차량 로드휠들 또한 정적이라면) 출력 샤프트(129)가 정적으로 유지된다. 다시 말해서, 중립 위치에서의 쉬프트 레버에 의해서, 쉬프팅 칼라들(630 및 632)이 쉬프팅 기어들(610 등) 중 어느 것과도 맞물리지 아니하며, 그 결과 쉬프팅 기어들(610 등)이 로드휠이 아니라 ETS 모터(150)에 응답하여 회전하고, 한편 쉬프팅 칼라들(630 및 632)이 ETS 모터(150)의 회전이 아니라 로드휠의 회전에 응답하여 회전한다.
쉬프팅 칼라들(630 및 632)는 "도그 톱니"(예를 들어, 627)을 구비하고, 쉬프팅 기어들(610, 612, 614, 및 616) 모두는 도그 톱니와의 맞물림을 위한 정합 "홀들"을 포함한다. 쉬프팅 칼라들(630 및 632)은 쉬프트 레버의 이동에 응답하여 샤프트(129)를 따라서 자유로이 슬라이딩하여서 칼라들 중 하나(630 또는 632)가 쉬프팅 기어들(610, 등) 중 하나와 맞물리는 위치가 되도록 이동한다. 그러나 쉬프팅 칼라들(630 및 632)은 샤프트(129)의 스플라인들과 맞물리는 칼라들(630 및 632)의 스플라인들에 의해서 샤프트(129)와 회전하는 것이 제한된다. 샤프트 기어들(610, 등)은 출력 샤프트(129) 상에서 그들이 자유로이 회전하는 것을 허용하는 베어링들을 구비한다. 그런데, 쉬프팅 칼라(630 또는 632)가 쉬프팅 기어(예를 들어 612)와 맞물린 상태에 있으면, 쉬프팅 기어는 출력 샤프트(129)를 구동하기 위해 쉬프팅 칼라를 커플링하는 스플라인들을 통해서 차량 휠들을 구동할 수 있다. 출력 샤프트(129)의 회전 속도는 쉬프팅 기어(예를 들어 612) 및 상응하는 부축 기어(본 예시에서는 기어(622))의 기어 비에 의해서 결정된다. 따라서 기어(610)이 선택되면, 출력 샤프트(129)는 주어진 ETM(150) 회전 속도에 대하여 최저의 속도로 회전하는데, 부축 기어(620)이 622 또는 624보다 더 작고 쉬프팅 기어(610)가 612 또는 614보다 더 크기 때문이다.
주어진 ETM(150 )회전 속도에 대하여, 쉬프트 칼라(630 또는 632) 중 어느 하나와 맞물리는 쉬프팅 기어(610, 612, 또는 614)에 상응하는 특정한 출력 샤프트 회전 속도가 존재한다. 쉬프팅 기어가 쉬프팅 기어(610, 612, 또는 614) 간에서 스위칭될 때, 출력 샤프트 회전 속도는 상응하는 "쉬프팅될(shifting to)" 기어에 정합되는 것을 필요로 한다. 중립에서 그리고 ETM(150) 구동 입력 샤프트(125)에 의해서 회전 속도 및 그들의 특정한 기어 비에 의해서 결정되는 회전 속도로 출력 샤프트(129) 상에서 모든 선택되지 않은 쉬프팅 기어들(610 등)이 자유로이 회전한다는 것을 기억해야 한다. 중립 상태의 변속기(122)에 의해서, 쉬프팅 칼라들(630 및 632)이 출력 샤프트(129)의 속도로 회전하는데, 로드휠들이 회전하는 샤프트(129)이기 때문에 이것이 차량 속도에 직접적으로 연관된다.
출력 샤프트(129)의 회전 속도가 쉬프팅될 다음 기어(610 등), 그리고 다음 기어(610 내) 도그 톱니(630 등) 및 정합 홀과 정합되지 아니하면, "기어 클래쉬(gear clash)"로서 알려진 것을 생성하면서 클래쉬할 것이다. (모두가 지속적인 맞물림 상태에 있기 때문에, 쉬프팅 기어들(610 등)의 기어 톱니와 상응하는 부축 기어들(620 등)은 실제로 클래쉬하지 않음을 유의해야 한다.)
따라서, 쉬프팅 기어들의 문제는, 입력 샤프트 속도와 그리고 부축 기어(620, 등)과 쉬프팅 기어(610, 등) 간의 특정한 기어 비에 의해서 결정되는 속도로 출력 샤프트(129)와 쉬프팅 기어들이 (출력 샤프트 상에서) 회전할 때와 동일한 속도로 쉬프팅 칼라들(630 및 632)이 회전한다는 것이다.
ETM 모드에서 동작하는 예시적인 일 실시예에 있어서, ETM(150)은 항상 PTO(140) 내 트랜스퍼 기어에 맞물린다. 출력 샤프트(129)의 회전(차량 속도)를 쉬프트될 다음 기어(610 등)(ETM 속도)로 정합하는 것은 이들 요소들의 속도 조정을 요구한다.
속도 증가 쉬프팅(UP - Speed Shifting ):
속도 증가 쉬프팅은 일반적으로 차량 가속 동안 발생한다. 먼저 주어진 차량 속도를 성취하기 위하여 ETM(150)이 높은 RPM으로 동작할 것을 요구하는 저단 기어가 선택된다. 다음의 고단 기어로 쉬프트하는 것은 변속기가 중립을 거칠 것을 요구한다. 차량 관성은 경사 및 드래그(drag)에 의존하여 이 시간 동안 비교적 일정한 순방향 속도를 유지할 것이다. 이러한 시간에서 운전자는 ETM로부터 드라이브(drive)를 제거할 것이고 이것은 트랜스퍼 기어에의 그 커플링을 통해 적용되는 로드에 의존하여 ETM이 감속하도록 할 것이다. 운전자가 다음 고단 쉬프팅 기어(ETM 회전 속도)에 정합되게 출력 샤프트(129)의 속도(차량 속도)를 결정하면, 클래쉬를 최소화하면서 쉬프팅이 시작될 것이다. ETM을 발전기 모드가 되도록 스위칭하는 것에 의해서 그리고 ETM(150) 속도를 감소시키기 위해 그 출력을 로딩하는 것에 의해서(예를 들어 저장 배터리를 충전), ETM 회전 속도가 추가적으로 조정될 수 있다.
감속 쉬프팅 ( Down - Shifting ):
감속 쉬프팅은 일반적으로 추가되 토크를 생성하기 위하여 더 낮은 저단의 쉬프팅 기어로 쉬프팅하는 것을 차량 로드 및 경사가 요구할 때 또는 운전자가 교통 조건에 기인하여 멈추게 되거나 감속하게 될 때 발생한다. 이러한 경우에 더 높은 고단 쉬프팅 기어가 이미 맞물려 있고 운전자는 더 낮은 저단의 쉬프팅 기어로 쉬프트할 것을 필요로 한다. 더 높은 고단의 기어가 현재 출력 샤프트 기어에 맞물려 있는 것에 의존하여, 다음의 저단 기어 옵션들이 달라질 것이다.
토크를 증가시키기 위한 감속 쉬프팅에 있어서, 다음의 저단 기어에 필요로 되는 요구되는 ETM 속도를 감소시키기 위하여, 운전자는 차량 속도를 떨어뜨리고 싶어하지 아니한다. 이러한 경우에 운전자는 차량 속도를 유지하려고 시도하지만 그렇게 하는 것은 추가적인 토크를 필요로 한다. 정지를 위해 또는 차량 속도를 떨어뜨리기 위해 감속 쉬프팅을 할 때, 운전자는 차량 속도를 떨어뜨리길 원하고 제동 및 후속적으로 저단 기어로의 쉬프팅의 조합에 의해서 그렇게 할 수 있다. 제동은 다음의 후속 저단 기어에 대하여 요구되는 ETM 속도를 감소시키고 그리고 맞물렸을 때 ETM을 발전기 모드로 스위칭하는 것은 추가적으로 차량 속도를 떨어뜨릴 것이지만, 이 때 차량의 운동 에너지의 일부(some)를 교정(reclaim)한다.
적어도 몇몇 실시예들에 있어서, ETM 모드는 감속 쉬프팅 및 제동 동안 차량의 운동 에너지를 회복할 능력을 최적화하고 장비 비용을 줄이기 위해 "클러치 프리(clutch free)"이다. ETM를 떼어놓기 위해 클러치 없이 수동 변속기를 쉬프팅하는 것은, 쉬프팅 칼라들 (예를 들어, 630 및 632) 내로 빌트인된 동기장치들의 사용에 의해서 개선될 수 있다. 동기장치들은 출력 샤프트(129)를 잠그기 위해 도그 톱니(예를 들어, 627)를 상응하는 다음의 쉬프팅 기어(예를 들어, 610, 612, 및 614)에 단단히 맞물리기 전에, 마찰 손실을 통해 출력 샤프트의 회전 속도를 ETM 회전 속도(쉬프팅 기어)와 정합시키는 역할을 하는 마찰 드라이브를 구비하는(with) 다음 기어로 쉬프팅 칼라를 먼저 맞물리도록 구성된다. 이것은 쉬프트 기어들에 대한 운전자의 능력을 높일 것이지만, 증가된 비용 및 낮은 효율에 이르게 된다.
항상 맞물리는 기어들(620 및 610)은 "저단" 또는 "제1 기어"에 상응하는 기어 비를 나타낸다. 유사하게 기어들(622 및 612)은 제2 기어의 기어 비를 형성하고 기어들(624 및 614)은 제3 기어 또는 고단 기어의 기어 비를 형성한다. 전술한 바와 같이, 기어들(620, 622, 624 및 625)은 부축(606)에 커플링되고 따라서 기어들(602 및 604)의 기어 비에 의해서 결정되는 ETM(150)에 비례하는 속도로 회전한다.
출력 샤프트(129)를 구동하기 위해 기어(610)가 맞물리면, 기어(620)는 그 상응하는 더 큰 기어(610)보다 단위 시간 당 더 많은 회전수를 만든다. 따라서 ETM(150)은 주어진 차량 속도에 대하여 더 빨리 회전하여야 하고 이것은 저단 기어에 상응한다. 기어(622)는 기어(620)보다 더 크고 따라서 기어(612)가 출력 샤프트(129)를 구동하기 위해 맞물린다면, 기어(622) 또한 그 상응하는 더 큰 기어(612)보다 단위 시간당 더 많은 회전수를 만든다. 그런데, 기어(622)가 620보다 더 크기 때문에, ETM(150)은 변속기 출력 샤프트(129)를 구동하기 위해 기어(610)이 맞물릴 때처럼 주어진 차량 속도에 대하여 빠르게 회전해야 할 필요가 없고, 따라서 622 및 612의 조합은 기어들(620 및 610)보다 고단 기어(예를 들어, 제2 기어)를 생성한다. 마지막으로, 기어(614)가 변속기 출력 샤프트(129)를 구동하기 위해 맞물린다면, 기어들(624 및 614)의 고단 기어 조합은 ETM(150)이 주어진 차량 속도에 대하여 가장 느리게 회전할 것을 요구한다.
쉬프트 칼라(632)가 기어(616)과 맞물릴 때, 출력 샤프트(129)는 아이들 기어(625)를 통해서 기어(626 및 616)에 의해서 구동된다. 아이들 기어(625)는 임의의 동력 샤프트에 구동되지 아니하며 기어(626)의 회전 방향을 리버스시키는 역할을 할 뿐이다. 전형적으로, 리버스는 가장 저단인 기어 비를 나타내지만 이러한 관점에서 기어들(626 및 616)의 비는 전형적인 리버스 기어 비를 생성하는 것에 대하여 스케일링되지 아니할 수 있다.
이하에서, 특정한 기어 비가 출력 샤프트를 구동하는 기어에 대한 ETM(150) 구동되는 기어의 비율로서 나타나는데, 예를 들어, 620/610은 제1 (저단) 기어를 나타내고, 622/612는 제2 기어를 나타내고, 624/614는 제3 (고단) 기어를 나타내고 626/616는 리버스 기어를 나타낸다. 쉬프팅 칼라(630)는 기어(610)를 맞물려서 변속기 출력 샤프트(129)에 제1 기어 드라이브를 제공하고 기어(612)에 맞물려서 제2 기어 드라이브를 제공한다. 마찬가지로, 쉬프팅 칼라(632)는 기어들(614 및 616)과 맞물려서 각각 제3 기어 및 리버스를 제공한다.
일 실시예에 따르면, 동력 ETM(150)에 이용가능한 보조 동력 소오스의 에너지는 제한된다. 예를 들면, 저장된 전기 에너지는 고가의 및 헤비 배터리들을 필요로 하고 그래서 일 실시예에 있어서 제한된 전기 에너지 소오스는 온-보드(on-board) 이용가능하다. 상응하게, 일 실시예에 있어서, 상대적으로 낮은 기어 비(예를 들어, 620/612)가 맞물리지 않는다면, 헤비 듀티 차량이 맞닥뜨릴 수 있는 모든 로드들을 파워링할 수 있는 충분한 마력 용량을 ETM(150)이 가지지 아니할 수 있다. 따라서, 충분한 기계적 확대율(mechanical advantage)을 제공하는 특정한 기어(610, 612, 또는 622)를 운전자가 선택하게 하는 것 또한 목적이다.
트럭이 비어 있고 경사가 편평하다면 , ETM(150)를 오버로딩함이 없이 더 높은 기어 비(예를 들어 624/614)에서 트럭이 동작될 수 있다. 이러한 경우에, 더 높은 기어 비(624/614)가 더 작은 기계적 확대율을 제공할지라도 더 낮은 중량 및 경사는 더 작은 토크를 요구한다. 트럭이 더 큰 중량으로 로딩되거나 경사가 더 가파르다면, ETM(150)은 변속기의 출력 샤프트(129)에 충분한 토크를 전달하기 위해 변속기(122)를 통해 더 큰 기계적 확대율을 요할 것이다.
도 3은 차량 속도들 간의 관계를 나타내는 그래프인데, 다시 말해서, 로드휠 회전, 기어 택, 및 ETM 회전 속도 간의 관계를 나타내는 그래프이다. 궤적(351)은 변속기 제1 기어(도 6의 쉬프팅 기어)가 맞물리는 경우에 차량 속도 대 ETM 회전 속도를 나타낸다. 궤적(361)은 변속기 제2 기어(도 6의 기어(612))가 맞물렸을 때 차량 속도 대 ETM 회전 속도를 나타낸다. 궤적(371)은 변속기 제3 기어(도 6의 기어(614))가 맞물렸을 때 차량 속도 대 ETM 회전 속도를 나타낸다. 도 3은 도 1의 변속기(122) 또는 PTO(140)에 대한 속도 제한에 상응하거나 ETM(150)에 대한 파손-토크 속도에 상응할 수 있는, 회전 속도 상한(377)을 더 나타낸다. 또한 변속기의 제3 기어(도 6의 기어(614))가 맞물렸을 때 ETM(150)에 대한 한계들(375)이 도시된다. 한계들(375)은 제3 기어를 통해 구동 휠들에 맞물렸을 때 충분한 가속을 ETM이 전달할 수 있는 속도 범위를 가리킨다. 상기 범위는 도시된 바와 같이 로딩된 차량의 중량 및 차량이 주행하는 도로 경사의 함수이다. 한계들(375)의 유사한 세트들이 제2 기어(도 6의 기어(612))가 맞물리는 궤적(361)에 대하여 적용된다. 도시된 본 발명의 실시예에 있어서, ETM(150)은 제1 기어(도 6의 기어(610))가 맞물리는 경우에 대하여 회전 속도 한계(377)에 이르기까지 속도 범위에 걸쳐서 충분한 가속을 제공할 수 있다. 도 3에서 351, 361, 371, 375 및 377의 로케이션 또는 형태들이 반드시 스케일링되어야 하는 것은 아니며 일반적인 로케이션 및 형태를 나타낼 뿐임을 유의해야 한다.
도 2는 차량이 가속되고 기어들이 시간에 따라서 제1 기어로부터 제2 기어로 쉬프프되고 제2 기어로부터 제3 기어로 쉬프트됨에 따라서 ETM 모드에 있는 차량 속도 및 ETM 회전 속도의 관계를 나타낸다. 도시된 실시예에 따르면, 세 개의 도시된 선택가능한 변속기 기어들(646)(도 6)의 기어 비들은 ETM 회전 속도가 상응하는 기어 속도, 다시 말해서 그래프에서 "쉬프팅 rpm"(210) 표시된 RPM에 실질적으로 정합될때마다 기어들이 쉬프팅되도록 이루어진다.
도 2에 도시된 바와 같은 각각의 쉬프팅 시점(point)에서 ETM의 일관된 쉬프팅 rpm(210)은, 운전자에서 제시되는 현재의 ETM 회전 속도의 수단(measure)이 어떤 이유로 종종 가속되는 동안 기어들을 쉬프팅할 때 차량 속도와 선택된 기어를 정합하기 위하여 ETM 회전 속도를 운전자가 오정하는 것을 가능하게 하기에 충분한가를 나타낸다. 그런데, 감속 쉬프팅하는 동안, 심지어 도시된 반복가능성을 제공하도록 기어 비들이 설계된, 쉬프팅 기어들(636)에 상응하는 차량 속도에 ETM 회전 속도(부축 기어들(646))을 정합하는 것은 다소 더 어렵다.
예를 들면, 교통 시 차량은 종종 고단 기어(636)이 출력 샤프트(129)에 맞물린 채로 가속한 후에 감속되어야 한다. 이어서, 감속 후에, 차량은 다시 재-가속될 필요가 있을 수 있고 이것은 더 큰 기계적 확대율을 제공하기 위해 쉬프팅 칼라(630)와 기어들(636) 중 하나(예를 들어 610)을 맞물리는 것에 의해서 더 낮은 기어 비로의 감속 쉬프팅을 요할 수 있다. ETM 회전 속도가 그래프에서 도시된 쉬프팅 rpm(210)과 정합하도록 차량 속도가 감속되는 것이 가장 부합할 수 있다. 따라서 교통 시 운전자는 가속, 비-가속 및 이어서 가속을 요하는 조건에 봉착했을 때 중립으로 쉬프팅하고 ETM 속도를 조정하는 것이 필요할 수 있다. 이러한 조건은 올바른(right) 기어(636)가 맞물리기 위한 "헌팅(hunting)" 그리고 올바른 ETM(150) 회전 속도에 상응한다.
도 4는 차량 속도, 기어 속도 및 ETM 회전 속도 간의 상응을 나타낸다. 도 4는 감속 시프팅 시 회전 속도들을 동기화하려고 할 때 발생하는 앞서 언급한 복잡한 문제(complication)을 나타내기 위해 사용된다. 도 4에서 351, 361, 371, 375 및 377의 형태들 또는 로케이션들은 반드시 스케일링되어 도시된 것은 아니다.
제2 기어(614)(도 6)에 도달할 때까지 후속적으로 쉬프팅하는 것에 의해서 속도(S3)(ETM 회전 속도 R6)까지 가속하였고 이어서 감속하는 것이 요구되었다고 가정하자. 운전자가 속도(S2)까지 제동에 의해서 차량을 감속하였고 이어서 차량을 다시 가속하기로 결정하였다고 가정된다. 이러한 시점에서, 제3 기어(614)는 여전히 맞물려 있고 차량은 차량 속도가 S2이고 ETM 회전 속도가 R3에 상응하는 궤적(371) 상에서 동작한다. 운전자는 제3 기어에 머무르고 궤적(371)을 따라서 동작하거나 또는 제2 기어(612)로 쉬프트하고 곡선(361) 상에서 동작하는 것의 옵션을 가진다. 그런데, 운전자가 기어를 쉬프트할 것을 선택했다면, 단 하나의 옵션은 제2 기어(612)로 쉬프트하는 것인데, 제1 기어에서의 동작이 한계(377)을 초과할 것이기 때문이다. 이것은 기어 클래쉬를 피하기 위해서 R4로 ETM 회전 속도를 조정하는 것을 필요로 할 것이다. 단지 차량 속도 견지로부터, 차량에 대한 현재의 속도(S2)에 상응하기 위해 적절한 ETM 회전 속도에 의해서 제2 기어(612) 및 제3 기어(614)가 사용될 수 있다. 그런데, 361 및 371이 상당히 다른 상대 토크 가능출력을 나타내기 때문에, 선택된 적절한 기어가 현재의 로딩된 차량의 토크 요건에 의해서 결정될 필요가 있을 것이다. 다시 말해서, 현재의 동작 환경에서 및 그 가속 요구에서 현재 로딩된 차량의 토크 요건은 기어들(612 또는 614)이 맞물린 채로 ETM이 전달할 수 있는 토크에 최대로 정합될 것을 요할 것이다.
ETM 회전 속도(R3 및 R4) 간의 차이가 상당하다는 것을 유의하는 것이 중요하다. 그러므로, 운전자는 이러한 차이에 대한 "감"을 가질 필요가 있는데, ETM 회전 속도를 조정하여서 로드휠 속도(S2)에서의 가속 가정시 운전자가 다시 맞물리기 위한 기어를 선택할 때 기어 클래쉬를 피하기 위해서다.
다른 예시에 있어서, 운전자가 다시 한 번 가속할 것을 결정하기 전에 제3 기어에 있는 동안 속도(S1)까지 제동에 의해서 차량을 감속한다고 가정한다. 이것은 차량 속도가 S1까지 감속되는 동안 ETM의 회전 속도가 R6로부터 R5까지 감속될 것임을 의미할 것이다. 운전자는 제3 기어에 머무르거나(다시 말해서 궤적(371)을 따라 동작함) 기어들을 쉬프트한다. 제2 기어로의 쉬프트를 위해서, 운전자는 중립으로 가야 할 것이고 이어서 ETM 회전 속도를 R1에 가깝게 조정해야 할 것이다. 제1 기어로의 쉬프트를 위해, 운전자는 중립으로 가야 할 것이고 이어서 ETM 회전 속도를 R2에 가깝게 조정해야 할 것은데, R2는 R1보다 상당히 더 크다. 이들 기어들 모두는 차량에 대한 속도(S1)에 상응하는 동작을 허용할 수 있는데, 수용가능한 속도를 위한 개개의 기어들의 한계들(375)과 회전 속도 상한(377)이 초과되지 아니하기 때문이다. 그러나, 제1 기어(610)는 좋은 선택이 아닐 수 있는데, ETM에 대하여 요구되는 회전 속도(R3)가 이미 속도 상한(377)에 상당히 근접하기 때문이다.
운전자가 제3 기어가 맞물린 상태로 속도(S2)까지 제동하는 경우에, 제3 기어 모터 속도 궤적(371)이 제3 기어 한계들(375) 중 하나에 맞닥뜨리기 전에 가속을 위하여 매우 작은 추가적인 가능출력을 ETM(150)이 속도(S2)에서 가진다는 것을 유의하는 것이 중요하다. 따라서, 제2 기어가 더 나은 선택으로 보일 수 있는데, 속도(S3)까지 가속을 위한 추가적인 가능출력을 ETM이 가지기 때문이다. 이것은 제어 시스템(160)(도 1)을 통해 제시된 정보에 의해서 또는 훈련 및 경험을 통해서 동력을 제공하는 ETM의 능력에 영향을 미치는 한계들에 대한 정보를 운전자가 가지는 것의 필요성을 추가적으로 강화한다.
도 4는 또한 운전자가 차량 속도 S2에서 제1 기어(도 6의 기어(610))을 맞물리기 위한 시도가 , 과속 조건을 야기하면서, ETM 회전 속도가 최대 RPM 한계(377)를 초과할 것을 요하는 것을 나타낸다. 물론, ETM에 에너지가 제공되고(energized) 그 속도가 희망 쉬프팅 기어(636)로 하여금 차량 속도에 상응하는 출력 샤프트(129) 속도를 정합하는 것을 야기하지 아니할 때 기어가 맞물리기도록 강요하는 것은 어려울 수 있다. 대신에 기어 쉬프팅 칼라들(630 또는 632)가 특정한 쉬프팅 기어(636)과 클래쉬하려는 경향을 가질 것이다.
일단 변속기가 기어가 넣어져 있으면, ETM의 과속의 보다 가능성 있는 원인은 내리막을 가고 있는 것이다. 또한 ETM에 에너지가 제공되지 아니하고 그것이 자유로이 회전할 수 있도록 구성되었을 때 예를 들어 변속기가 동기장치를 구비하였다면 과속이 또한 가능할 수 있다.
도 7은 ETM 동작 모드에서의 "클러치리스" 동안 쉬프팅 기어들에서 운전자에게 도움을 주도록 구성된 속도 표시자들의 블록 다이어그램이다. 속도 표시자 로직(705)는 속도 센서들(650, 652)로부터 신호들을 수신하는데, 속도 센서들은 각각 ETM(150)및 로드휠(320)의 회전 속도를 측정한다. 또한 속도 로직(705)은 차량 로드에 비례하는 선택적인 로드 센서(742)로부터의 신호와 차량이 주행하는 도로의 경사에 비례하는 선택적인 경사도계(inclinometer)(744)로부터의 신호를 수신한다. 따라서 센서들(742 및 744)은 변속기 출력 샤프트(129)을 통해 차량 휠들에 전달되어야 하는 토크의 크기에 관한 정보를 제공한다. 이러한 정보는 주어진 차량 속도, 차량 로드 및 도로 기울기에 적합한 변속기 기어 비 또는 기어(제1, 제2 또는 제3 기어)를 결정하는 것과 연관된다. 스위치들(746)은 맞물린 현재의 기어(예를 들어 610, 612, 614)의 표시를 제공하고 따라서 속도 로직은 특정한 현재의 기어로부터 특정한 다음의 기어가 쉬프팅될 수 있을 때를 결정하도록 동작가능하다.
예시적인 조합들(620/610, 622/612 및 624/614)에 의해 결정된 고정된 기어 비들과 PTO 기어 비는 속도 로직(705)로 하여금 ETM(150)의 주어진 회전 속도에 대한 특정한 기어(610, 612, 및 614)의 회전 속도를 결정하도록 할 수 있다. 다시 말해서, 예를 들면, 샤프트 속도(125)(ETM(150) 속도에 고정된 관계를 가짐) x (기어들(602 및 604)의 조합 비) x (기어들(620 및 610)의 조합 비) = 기어(610)의 속도. 마찬가지로, 속도 센서(652)는 속도 로직(705)로 하여금 주어진 차량(100) 로드 속도에 대하여 변속기 출력 샤프트(129)의 회전 속도를 결정하는 것을 가능하게 한다. 쉬프팅 기어들(636) 중의 하나가(예를 들어 612) 출력 샤프트(129)에 맞물리면, 정의에 의해서 특정한 ETM(150) 회전 속도 및 차량 로드 속도 간의 단 하나의 상응이 존재한다. 다음 기어(예를 들어 614)로의 쉬프트는 변속기(122)가 중립을 거쳐서 차량 속도가 감속되거나 또는 ETM(150) 회전 속도가 적절하게 가속되거나 감속되어서 다음 기어에 대하여 ETM(150)의 회전 속도와 차량(100) 속도 간의 고정된 상응을 정합할 수 있을 것을 요구한다.
쉬프팅, 즉 저단 기어로부터 고단 기어로의 가속 쉬프팅(가속 시퀀스) 및 고단 기어로부터 저단 기어로의 감속 쉬프팅(감속 또는 보다 큰 토크 생성)에 대하여 단지 두 가능한 시나리오들이 존재한다. 가속 쉬프팅 시, 항상 현재의 맞물린 기어에 상응하는 현재의 ETM 속도로부터 ETM(150)의 회전 속도는 맞물리게 될 다음 기어에 상응하는 미래의 ETM 속도까지 감속되어야만 한다. 가속 시(가속 쉬프팅 시), 변속기(122)를 중립으로 쉬프트하여서 취득된 차량(100) 속도에 영향을 미치지 아니하면서 ETM(150) 회전 속도가 감속될 수 있는 것이 중요하다.
일 실시예에 있어서, ETM 속도 표시자(710)는 일 범위(예를 들어 0-10) 사이의 현재의 ETM 회전 속도를 표시하도록 정규화되어야 한다. 다시 말해서, 로직(705)은 센서(650)으로부터 속도 신호를 수신하고, 0으로부터 10까지 스케일링되는 그 범위를 통해 표시자(710)을 구동하기 위한 신호를 응답하여(responsively) 출력하기 위해서 ETM(150)에대한 회전 속도들의 기결정된 범위에 따라서 보정(calibrate)된다. 현재의 ETM 회전 속도가 중요한데, 알려진 기어 비들에 의해서 개별 쉬프팅 기어들(636)의 회전 속도들을 예측하기 위해 운전자에 의해서 (또는 이들 속도들을 보정하기 위해서 속도 로직(705)에 의해서) 사용될 수 있기 때문이다.
차량의 통상적인 속도계(720)이 운전자에게 차량(100) 속도를 제시하기 때문에, ETS 모터(150)의 어떤 속도가 개개의 차량(100) 속도들에서 쉬프팅 기어들(636)의 회전 속도들에 상응하는지를 운전자가 ETS 모터(150)(도 1) 속도 표시자(710) 및 통상적인 속도계(720)를 참조하여 알 수 있다. 다시 말해서, 속도계(720) 상에 보여진 주어진 차량 속도에서, 운전자는 쉬프팅 기어들(610, 612, 등) 중 하나를 선택하는 것을 배우고, 기어들(610, 612 등) 중 선택된 하나로 하여금 그 상응하는 쉬프팅 칼라(630 또는 632)의 그것에 그 회전 속도를 정합하도록 하는, 표시자(710) 상에 도시된 회전 속도로 ETS 모터(150)의 회전을 수동으로 조정한다.
전술한 바와 같이 통상적인 속도계(720)와 속도 표시자(710)를 함께 사용하는 것이 이로울지라도, 그 유용성은 특정한 초보 운전자들에 대하여 그리고 도 4를 참조하여 본 명세서에서 기술한 감속 쉬프팅 상황과 같은 특정한 상황들에 대하여로 제한된다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 7에 도시된 바와 같이 운전자들에 대하여 추가적인 표시자들이 제시된다. 후술하는 바와 같이, (차량(100) 속도에 의해서 결정되는) 상응하는 회전 속도를 가지는 출력 샤프트(129)를 이제 맞물리기 위해서 맞물리게 될 다음 기어가 (ETM(150) 속도에 의해서 결정되는) 적절한 회전 속도를 가져야 할 때를 결정하기 위해, 한편으로 표시자(7231)과 다른 한편으로 표시자들(731, 732 및 733)이 사용될 수 있다. (표시자들(731-733)은 본 발명의 다양한 실시예들에 따라서 그 수가 달라질 수 있고 또한 표시자(730)으로서 본 명세서에서 지칭될 수도 있다.
쉬프팅 칼라들(630 또는 632) 중 하나에 의해서 맞물릴 때까지, 쉬프팅 기어들(636)은 출력 샤프트(120) 상에서 자유로이 회전하지만, 여전히 ETM(150)의 회전 속도에 각각 직접 비례하여 회전한다. 기어들을 쉬프팅하기 위해, 운전자는 쉬프팅 칼라들(630 및 632)과 출력 샤프트(129)의 회전 속도를 정합시키는 회전 속도를 특정한 쉬프팅 기어(636)가 가질 때를 알 필요가 있다. 따라서 표시자(710)에 의해서 제시되는 속도와 동일한 스케일에 상응하는 범위(예를 들어 1-10)에 걸쳐서 정규화된 현재의 각각의 회전 속도들로 표시자들(731-733)이 보정되고, 그 결과 예를 들어 710에 의해 제시된 속도가 표시자(732)에 의해 제시된 속도와 정합된다면, 이것은 쉬프팅 기어(612)의 속도가 그 상응하는 쉬프팅 칼라(630)의 그것에 완전히 정합하는 것을 표시한다. 다시 말해서, 로직(705)는 센서(650)으로부터의 신호를 수신하고 0부터 10까지로 스케일링된 그 범위를 통해 표시자(731)을 구동하기 위한 신호를 응답하여 출력하도록 쉬프팅 기어(610)에 대한 상응하는 회전 속도들의 기결정된 범위에 따라서 보정된다. 유사하게, 로직(705)은 역시 0부터 10까지로 스케일링된 그 범위를 통해 표시자(732)를 구동하기 위한 신호를 응답하여 출력하도록 쉬프팅 기어(612)에 대한 상응하는 회전 속도들의 기결정된 범위에 따라서 보정된다. 유사하게, 쉬프팅 기어(612) 및 표시자(733)에 대해서도 동일한 내용이 적용된다.
유사한 방식으로, 출력 샤프트 속도 표시자(721)가 0-10의 범위에 걸쳐 출력 샤프트(129)의 회전 속도를 제시하도록 정규화된다. 다시 말해서, 로직(705)은 센서(652)으로부터의 신호를 수신하고 0부터 10까지로 스케일링된 그 범위를 통해 표시자(721)를 구동하기 위한 신호를 응답하여 출력하도록 샤프트(129)에 대한 상응하는 회전 속도들의 기결정된 범위에 따라서 보정된다.
따라서, 차량이 움직이는 동안 변속기(122)의 중립 위치로부터 쉬프팅되기에 어떤 기어(610, 612, 또는 614)가 적합한지를 결정하기 위해서 표시자(721)의 속도 표시에 의해서 표시자들(731-733) 중 하나 상의 속도 표시를 운전자가 시각적으로 정합할 수 있다. 부가적으로, 속도 로직(705)은 기어들(610, 612)의 계산된 속도들을 샤프트(129)의 그것과 비교하고 기결정된 한계 내에서 샤프트(129)의 그것을 정합하는 속도를 가지는 기어(610)을 선택할 수 있다. 따라서, 로직(705)은 현재의 출력 샤프트(129) 속도와 양립가능하지 않은 속도들을 가지는 기어들(610, 등)을 표시하기 위한 각각의 표시자(731-733) 상 적색 등(예를 들어 735)을 위한 신호와 그리고 샤프트(129) 속도와 양립가능한(compatible) 속도들을 가지는 기어들(610, 612, 등)을 표시하기 위한 녹색 등(예를 들어 736)을 위한 신호를 출력한다.
속도 제어 로직(705) 및 표시자들(710, 721 및 730)을 사용하여 가속 쉬프팅 및 감속 쉬프팅할 때 이하의 동작 시퀀스가 뒤따를 수 있다.
가속 쉬프팅: 대체로 가속과 연관됨.
본 예시에 있어서, 제1 기어 (비 620/610) 상태로 정지로부터 차량(100)이 시동된다고 가정되지만, 차량 휠들에 충분한 토크를 전달할 수 있는 임의의 초기 기어가 사용될 수 있다. 또한 운전자가 ETM 모드로 스위칭하였고 상응하게 변속기(122)로부터 ICE를 떼어놓고 떼어놓은 채로 홀딩하기 위해 클러치를 내리눌렀다고 가정된다. 운전자는 제1 기어로 변속기를 쉬프트하고 가속기 페달을 내리 누르고 이것은 ETM(150)에 증가하는 동력을 적용하기 위해 ETM 제어 시스템(160)으로 신호를 보낸다. ETM 회전 속도는 적용된 동력에 응답하여 증가하고 이에 의해서 차량(100) 속도가 증가하는 것이 결과된다. 몇몇 시점(point)에서 ETM(150) 회전 속도(710)로 표시됨)는 변속기가 고단 기어(예를 들어 612)로 쉬프트되지 않는 한, 차량 속도가 계속 증가하지 않을 것임을 가리키거나 적어도 기결정된 충분한 속도(rate)까지 증가하지 않을 것임을 가리키는 희망 한계 너머에 있을 것이다.
다음으로 운전자는 기어(612)로의 쉬프팅을 준비하여 중립으로 쉬프팅한다. 순간적으로, 기어(61)의 회전 속도는 출력 샤프트(129)의 회전 속도와 정합되고 (ETM(150)에 의해 결정된 속도로 회전하고 있는) 기어(612)는 출력 샤프트(129)보다 더 빠르게 회전한다. 운전자는 ICE 차량을 구동하는 것으로부터 "가스 상 렛 오프(let off on the gas)"하고 이로써 저단 기어로부터 고단 기어로 쉬프팅할 때 ICE의 속도를 감소시키는 것을 배운다. ETM 모드에 의해서 동일한 작용이 요구된다. ETM(150)이 항상 변속기(122)에 맞물리기때문에 변속기 로딩은 자연적으로 ETM(150)을 감속할 것이다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 속도 감소가 충분히 빠르지 않다면, ETM 제어 시스템(160)은 또한 자동적으로 ETM(150)을 발전기 모드로 스위칭한다. 그러면 운전자는 중립으로부터 제2 기어로 쉬프트하기 위해 612의 속도를 출력 샤프트(129)의 속도와 정합하는 표시를 가질 때까지 기다린다. 제1 기어로부터 제3 기어로 쉬프트하는 것을 운전자가 원하는 것이 가능하다. 이러한 예시에서, 운전자는 ETM(150)이 충분히 감속되고 출력 샤프트(129)의 속도가 기어(614)를 정합하는 표시가 있을 때까지 단순히 기다린다.
감속 쉬프팅: 운전자가 차량을 감속하고자 하거나 주어진 차량 속도에서 토크를 증가시키고자 한다.
차량을 감속하기 위해, 운전자는 차량 속도를 떨어뜨리는 제동을 적용할 수 있다. 변속기 기어가 여전히 출력 샤프트(129)에 맞물려 있다면, 제어 시스템(160)은 또한 차량 운동 에너지의 일부를 회복하면서, 차량 속도를 추가적으로 떨어뜨리기 위해 ETM을 발전기 모드로 스위칭할 수 있다. 어느 경우에나, 운전자는 몇몇 시점(point)에서처럼 (제 기어가 맞물려있지 않았다면) 중립으로 쉬프팅하여야 하고, 그 결과 다음 저단 기어 회전 속도를 정합하도록 ETM 속도가 독립적으로 조정될 수 있다. 다음으로 운전자는 다음 이용가능한 저단 기어(예를 들어 제1 또는 제2 기어)가 현재의 차량 속도에서 출력 샤프트(129)의 속도를 정합하는 표시(예를 들어 녹색 등(736))이 존재할 때까지 기다린다.
차량 휠들에 더 많은 토크를 전달하기 위해 기어들을 쉬프팅할 때, 운전자가 차량 속도를 감속시킬 것을 반드시 원하는 것은 아니지만, ETM이 최대 RPM 한계를 초과하지 않도록 방지하는 것이 필요할 수 있다. 스위치들(746)은 어떤 기어가 현재 맞물렸는지를 속도 로직(705)에 표시한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 속도 로직(705)은 적절한 녹색 등을 통해 주어진 차량 속도에서 어느 저단 기어가 가능한지를 중립으로의 쉬프팅 전에 표시한다. 이런 방식으로, 운전자는 추가적인 토크를 희망할 때 취해야할 동작을 결정할 수 있을 것이다. 예를 들면, 차량이 특정한 속도로 이동 중이고 운전자가 경사에 접근하고 있고 추가적인 토크를 필요로 할 것을 결정하면, 저단 기어들 상 등들은 다음 저단 기어가 ETM 속도 한계를 초과하지 아니하면서 맞물릴 수 있는지를 표시할 것이다. 이러한 경우에, 운전자는 중립으로 쉬프팅할 것이고 ETM 회전 속도를 증가시키고 이어서 표시자들이 특정한 저단 기어가 출력 샤프트(29)의 속도(차량 속도)를 정합하는 것을 나타낼 때 저단 기어로 쉬프팅할 수 있다. 특정한 차량 속도에서 어떠한 저단 기어들도 적합하지 아니함을 표시자들이 나타내면, 운전자는 제동을 사용하거나 발전기 모드로 ETM을 스위칭할 수 있는데 그 동안 녹색 등이 다음 저단 기어가 새로운 차량 속도에서 가능함을 표시할 때까지 기어가 맞물린다.
다른 실시예에 있어서, 기어 정합 표시자들(730)은 출력 샤프트(129)와 쉬프팅 기어(636)의 회전 속도 간의 차이를 표시하도록 구성될 수 있다. 다시 말해서, 속도 로직(705)은 (ETM(150) 속도에 고정된 관계를 가지는) 샤프트(125)의 감지된 속도와 기어(610)의 계산된 속도 간의 차이에 응답하여 표시자(731)에 신호를 연산하고 출력한다. 유사하게, 표시자(732) 및 기어(612)에 대하여 그리고 표시자(732) 및 기어(614)에 대하여 동일한 내용이 적용된다. 이러한 경우는 또한 (최대 차이 표시, 10에 근접한) 맨위에 위치한 적색 등(735)과 (최소 차이 표시, 0에 근접한) 바닥에 위치한 녹색 등(736)에 의해서 정규화된 범위(예를 들어 0-10)를 사용할 수 있다. 이런 방식으로 운전자는 중립으로부터 다음 기어로 쉬프트되는 때에 관한 표시를 항상 가진다.
본 발명의 다른 특징에 있어서, 속도 표시자들은 가시적으로 또는 가청적으로 또는 둘의 조합으로서 운전자에게 제시될 수 있다. 예를 들면, 그러한 속도 표시가 (도 7에 도시된 바와 같이) 가변 크기의 바아로서 또는 하나 이상의 가변 숫자로서 또는 바늘 변위로서 가시적으로 제시될 수 있고, 여기서 숫자 또는 바아 크기 또는 바늘 변위는 표시된 속도에 비례한다. 그러한 속도 표시는 대안적으로 또는 부가적으로 가변 피치를 가지는 음으로서 제시될 수 있는데 예를 들어 더 높은 피치는 더 높은 속도를 표시할 수 있다.
이상에서, 표시자들(731-733)이 현재의 ETS 모터(150) 속도에서 기어들(610, 612 및 614) 중 각각의 하나들의 회전 속도들에 상응하는 속도를 표시자들(731-733)이 나타내고 ETS 모터(150)의 회전 속도에 상응하는 신호를 표시자(710)이 운전자에게 나타내는 실시예들이 기술되었다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 변속기(122)가 중립에 있을 수 있을지라도 마치 개개의 기어들(610 등)이 개개의 쉬프팅 칼라들(630 또는 632)에 맞물린 것처럼, 현재의 로드휠(320) 속도에서 기어들(610, 612 및 614) 중 개개의 하나들의 회전 속도들에 상응하는 속도들을 표시자들(731-733)이 나타낸다. 다시 말해서, 예를 들어 센서(652)로부터의 샤프트(129) 속도 신호 또는 현재의 로드휠(320)에 연관된 샤프트(129)의 현재의 회전에 응답하여 그리고 또한 (기어들(602 및 604)의 조합의 비) x (기어들(622 및 612)의 조합의 비)에 응답하여,지시자(732)에 보낼 신호를 로직(705)이 연산하고, 그 결과 표시자(732)는 마치 기어(612)가 쉬프팅 칼라(630)에 맞물린 것처럼 현재의 로드휠 속도에 대하여 샤프트(125)가 회전할 것인 속도에 상응하는 속도를 나타낼 것이다. 유사하게, 이러한 실시예에 따르면, 표시자(731), 기어들(620 및 610) 및 칼라(630)에 대하여 그리고 표시자(733), 기어들(624 및 614) 및 칼라(631)에 대하여 동일한 내용이 적용된다.
연관된 일 실시예에 있어서, 표시자들(731-733)은 속도 차이들을 나타낼 수 있다. 다시 말해서, 예를 들면 변속기(122)가 중립에 있을 수 있을지라도, 마치 기어(612)가 쉬프팅 칼라(630)에 맞물린 것처럼, 샤프트(125)의 및 샤프트(129)의 현재의 회전 속도 간의 차이에 응답하여, 표시자(732)에 보낼 신호를 로직(705)이 연산한다. 이러한 실시예에 의하면, 마찬가지로, 표시자(731), 기어들(620 및 610) 및 칼라(630)에 대하여 그리고 표시자(733), 기어들(624 및 614) 및 칼라(631)에 대하여 동일한 내용이 적용된다.
일 실시예에 있어서, 변속기 기어를 제어 시스템이 탐지하는데, 여기서 차량이 맞물린 변속기의 저단 기어들 중 하나를 가진다면 ETM 모드에서의 동작이 최적이기 때문에 차량이 동작한다. 최적이기 때문이다. 제어 시스템은 또한 ICE의 회전 속도, 예를 들어 "RPM"을 탐지한다.
통상적인 차량 제어 시스템(160)은 이미 기어 위치 및 ICE 회전 속도 탐지 센서들을 포함할 수 있는데, 이러한 경우에 추가적인 ETM 제어 장치들이 이들 센서들과 인터페이스할 수 있다. 예를 들면, 약 1993 이후로 헤비 듀티 디젤 트럭들이 엔진 제어 유닛(ECM)(350)(도 1 참조)을 포함하여 왔는데, ECM은 J-버스를 너머 통신한다. 일 실시예에 있어서, ETM 제어 장치들은 J-버스를 매개로 대체로 ECM(350)과 결부되거나 포함된 통상적인 센서들과 인터페이스한다. 대안적으로, 통상적으로 ECM(350)의 일부로서 또는 ECM(350)과 관련하여 포함된 센서들에 부가하여 차량 동작 상태들을 탐지하는 부가적인 센서들을 ETM이 포함할 수 있다.
ETM 제어 시스템(160)은 제어 로직을 포함한다. 일 실시예에 있어서, 제어 로직(160)은 센서들로부터 신호들을 수신하고 액추에이터 장치들(예를 들어 클러치 액추에이터(412))와 같은 ETM 내 장치들에 제어 신호들을 출력하는 I/O 포트들을 구비하는 임베디드된 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다. 제어 로직은 수신한 센서 신호들에 응답하여 차량의 동작 상태를 탐지하고 동작 상태들을 탐지하는 것에 응답하여 출력 신호들을 생성한다.
예시적인 ICE 동작 모드에 있어서, 제어 로직은 차량이 저단 기어(예를 들어 제1, 제2 또는 제3 기어)에 있고 ICE(302)의 회전 속도가 1000 RPM 아래임을 탐지할 수 있다. 이러한 조건은 ETM 모드에서의 동작에 대하여 이상적이다. 이러한 경우에, 제어 로직은 ETM 제어 시스템의 출력 장치들을 활성화하여서 자동적으로 ETM로 쉬프팅하거나 또는 그렇지 않으면 운전자가 ICE 동작 모드로부터 ETM 모드로 트랜스퍼하는 것을 허용할 수 있다. 반대로, 제어 로직이 조건들이 ETM 모드의 한계들 내에 있지 않음을 감지한다면, ETM 제어 시스템은 ICE 동작 모드로부터 ETM 모드로의 트랜스퍼를 막을 수 있다.
일 실시예에 있어서, ICE 모드로부터 ETM 동작 모드로의 수동 트랜스퍼는 다음의 단계 시퀀스를 포함한다:
1) 차량이 ETM 동작에 적합한 동작 상태에 있는지를 센서 신호들을 분석하는 것에 의해서 제어 로직이 결정하고 그리고 모드 트랜스퍼를 용이하게 하는 제어 신호들을 인에이블한다.
2) 이어서 운전자가 변속기 입력으로부터 ICE를 떼어놓기 위해 클러치 페달을 내리누른다.
3) 운전자가 변속기를 중립으로 쉬프트한다.
4) 이어서 운전자가 ETM 모드로 스위칭하고 점화 스위치를 "액세서리" 위치로 스위칭하는 것에 의해서 ICE를 턴-오프한다.
5) 클러치 액추에이터로 하여금 클러치를 내리눌린 위치에서 홀딩하도록 하는 신호를 차례로 생성하는, ETM 모드를 선택하는 것에 응답하여 연관된 ETM 제어기를 인에이블한다. 가속기 페달의 위치를 감지하는 신호가 ETM에 인가되는 동력의 크기(예를 들어 전압)를 결정하기 위해 ETM 제어기에 의해서 사용된다. 일 실시예에 있어서, ETM에 인가되는 동력의 크기는 펄스 폭 변조(PWM)에 의해서 달라진다.
6) 이어서 다음 기어 회전 속도로 하여금 출력 샤프트의 회전 속도(이로써 현재의 차량 속도)를 정합하도록 하기 위해 ETM 회전 속도를 조정하느 것에 의해서 (중립으로부터) 쉬프팅될 다음 기어를 운전자가 결정한다.
7) 변속기를 다음 기어로 쉬프팅한다.
일단 변속기가 기어로 쉬프팅되면, 드라이브는 ETM에 더 적거나 더 많은 동력을 적용하는 것에 의해서 차량 속도를 변화시키고 이것은 차례로 변속기를 통해 더 적거나 더 많은 토크를 차량 휠들에 적용한다.
ETM 모드에서 더 이상의 희망 차량 동작이 가능하지 아니하다면, 운전자는 다음의 단계들을 사용하여 ICE 동작 모드로 되돌아갈 수 있다:
1) 일 실시예에 있어서, 일단 클러치 액추에이터가 클러치 페달 상 홀드를 릴리스하면 ICE가 변속기로부터 떼어놓아 있는 것을 보증하기 위해서, 그 내리눌린 위치에서 차량 클러치 페달에 홀딩하도록 운전자가 운전자의 발을 수동으로 위치시킨다.
2) 이어서 운전자는 통상적인 ICE 점화 스위치를 통해 ICE를 시동한다. 이것은 "액서세리" 위치로부터 "오프" 위치 및 "런" 위치를 거쳐 스프링-귀환 "시동"까지 키이를 갖춘(keyed) 점화 스위치를 회전시키는 것을 수반한다. 일단 점화 스위치가 "액서세리" 위치를 떠나고 ICE "시동" 위치에 이르면, ETM 제어 신호는 자동적으로 ETM 모드를 디스인에이블한다.
3) ETM로에 인가된 동력을 제거하기 위해 ETM 제어기에 신호한다. 일 실시예에 있어서, 이것은 ETM에 동력을 커플링하는 컨택 스위치를 떨어지게 하고 이것은 ETM으로의 동력을 제거한다.
4) 운전자에게 클러치의 제어를 돌려주는 내리누른 클러치 페달 상 그 홀드를 릴리스하기 위해 클러치 액추에이터에 신호한다.
5) ICE를 시동으로 크랭크하는 시동기 모터에 동력을 인가한다.
6) 변속기를 중립 위치로 쉬프팅한다.
7) 변속기 출력 샤프트의 회전 속도(차량 속도)에 상응하게 쉬프팅될 다음 기어의 회전 속도를 동기화하도록 가속 페달에 의해서 ICE 회전 속도(RPM)를 조정한다.
8) 클러치를 릴리스하여서, ICE 모드에서의 동작을 위해 변속기에 ICE 크랭크축을 맞물린다.
9) 점화 스위치 "액서세리" 위치에서 ETM의 재시동을 막기 위해 ETM 모드 스위치를 "오프(OFF)"로 스위칭한다.
10) 대안적으로, ETM 모드 스위치를 "발전" 위치로 스위칭하여서, 변속기를 회전시키는 차량 휠들의 작용에 의해서 또는 ICE의 작용에 의해서 ETM이 회전될 때 전압을 생성하도록 적절히 구성된 ETM이 인에이블된다. ETM 발전기 전압은 액서세리들을 동작시키기 위해 차량의 시동기 배터리 또는 보조 동력 시스템의 액서세리 배터리를 충전하기 위해 사용될 수 있다. 본 명세서에서 사용된 용어 "배터리"는 각각 직렬 또는 병렬 연결된 다수의 배터리들을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, ETM 제어 시스템은 센서 신호들을 수신하고 동작 상태들을 탐지하고 탐지된 동작 상태들에 응답하여 출력 신호들을 생성하고 그리고 수동으로 동작되는 착수(start-up) 시퀀스에 대하여 다음과 같이 제어 동작들을 수행하는데, 여기서 이탤릭체 동작들은 연료 전지를 포함하는 ETM 시스템에 대한 것이다:
1. 인간의 동작("HA"): 디젤 엔진 점화 스위치를 "액서세리" 위치로 돌림. 출력 신호: On=12vdc / Off=0vdc
A. 지형 경사를 결정하기 위한 아암 견인기 차대 경사도계 센서(arm tractor chassis inclinometer sensor). 센서 출력 신호: 0-5vdc ==> 컴퓨터 입력 신호("IS")
i. 컴퓨터 입력에 전달된 파라미터: ± 10 수직 각도. 경사 신호가 2도 보다 작고 -3 도 보다 큰 각도이면, 컴퓨터 작용("CA"): 허용(permission).
B. 컨테이너 중량 결정을 위한 아암 로드 셀 센서. 출력 신호: 0-5vdc ==> IS
i. 컴퓨터 입력에 전달된 파라미터: 0-40,000 파운드. 중량이 35,000 파운드보다 작으면, CA: 허용.
C. J-버스로부터 견인기 변속기 기어 선택을 독출
i. 저단 기어 선택이면, CA: 허용.
D. 아암 APU 동력 시스템.
i. CA: 드라이 접촉 폐쇄(Dry contact closure) ==> 메인 연료 전지 동력 시스템 컨택터 폐쇄(close).
ii. CA: 드라이 접촉 폐쇄 ==> "ETM 아암드(armed)" 등을 조명함. 색상: 노란색. On=12vdc / Off=0vdc. 인간 인터페이스("HI").
2. CA: 드라이 컨택 폐쇄 ==> "애크 시스템 아암드(Acknowledge system armed)" 등이 켜진(lighted) 스위치 조명. 색상: 노란색
3. HA: 등이 켜진 "애크 시스템 아암드" 스위치를 누름 ==> 컨택 폐쇄 ==> CA: 드라이 접촉 폐쇄.
A. 클러치 액추에이터 구동 모터 솔레노이드 에너자이징(Clutch actuator drive motor solenoid energized). On=12vdc / Off=0vdc
B. 제동 공기 압축기 모터 솔레노이드 에너자이징. On=12vdc / Off=0vdc
i. IS가 낮은(예를 들어,100 psi) 견인기 제동 시스템 내 공기 제동 압력 스위치 센서로부터이면(IF IS from low (e.g.,100 psi) air brake pressure switch sensor in tractor brake system), CA: 드라이 접촉 폐쇄
C. 모터 제어기 ("MC") 속도 입력. 충전 시스템 내 전류 센서로부터 0-5vdc IS. 0-50mvdc
D. 보조 동력 시스템 공기 블로어(blower) 모터 솔레노이드 에너자이징. On=12vdc / Off=0vdc
i. IS 충전 시스템 전류 센서. 0-50mvdc. 전류가 기결정된 임계치보다 크면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
E. H2 연료 전지 공급 밸브 솔레노이드 에너자이징(개방을 위함(to open)). On=12vdc - Off=0vdc
CA: 드라이 접촉 폐쇄
F. 단 시간(예를 들어 2초) 동안 라인 퍼지를 위한 H2 퍼지 밸브 / 타이머 아암드 (에너자이징됨). Solenoid On=12vdc - Off=0vdc
i. IS 충전 시스템 전류 센서. 0-50mvdc. 전류가 기결정된 임계치보다 크면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
G. 냉각제 유동 펌프 모터 에너자이징. On=12vdc - Off=0vdc
i. IF IS 연료 전지 전류 션트 > 1mV (표시(indicating) > 10 암페어 연료 전지), CA: 드라이 접촉 폐쇄.
H. 냉각제 유동 열 교환기 팬들:
i. 열 교환기 팬 #1. On=12vdc - Off=0vdc
냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 130 °F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
ii. 열 교환기 팬 #2. On=12vdc - Off=0vdc
냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 140 °F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
I. 에너자이징(ICE 모드)/ 탈-에너자이징(ETM 모드) 배터리 충전 시스템 발전기.
i. 냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 120°F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄 ==> 에너자이징.
ii. 냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 150°F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄 ==> 탈-에너자이징.
일 실시예에 있어서, ETM 제어 시스템은 센서 신호들을 수신하고, 동작 상태들을 탐지하고, 탐지된 동작 상태들에 응답하여 출력 신호들을 생성하고 그리고 수동으로 동작되는 션트-다운(shut down) 시퀀스에 대하여 추론적인(corollary) 방식으로 제어 동작들을 수행한다.
다른 실시예에 있어서, ETM 제어 시스템은 센서 신호들을 수신하고 동작 상태들을 탐지하고 탐지된 동작 상태들에 응답하여 출력 신호들을 생성하고 그리고 자동적인 착수 시퀀스에 대하여 다음과 같이 제어 동작들을 수행하는데, 여기서 이탤릭체 동작들은 연료 전지를 포함하는 ETM 시스템에 대한 것이다:
1. HA: 디젤 엔진 점화 스위치를 액서세리 위치로 돌림.
출력 신호: On=12vdc / Off=0vdc
2. "애크 시스템 아암드" 등이 켜진 스위치 조명. 색상: 적색
3. HA: "애크 시스템 아암드" 등이 켜진 스위치를 누름 ==> 컨택 폐쇄.
A. 지형 경사를 결정하기 위한 아암 견인기 차대 경사도계 센서. 센서 출력 신호: 0-5vdc ==> 컴퓨터 입력 신호("IS")
i. 컴퓨터 입력에 전달된 파라미터: ± 10 수직 각도. 경사 신호가 2도 보다 작고 -3 도 보다 큰 각도이면, 컴퓨터 작용("CA"): 허용.
B. 컨테이너 중량 결정을 위한 아암 로드 셀 센서. 출력 신호: 0-5vdc ==> IS
i. 컴퓨터 입력에 전달된 파라미터: 0-40,000 파운드. 중량이 35,000 파운드보다 작으면, CA: 허용.
C. J-버스로부터 견인기 변속기 기어 선택을 독출
i. 저단 기어 선택이면, CA: 허용.
D. J-버스로부터 견인기 속도를 독출
i. 속도가 20 MPH보다 작으면, CA: 허용.
E. CA: 배터리 동력 팩 교류발전기를 탈-에너자이징(De-energize battery power pack alternator).
F. CA: 메인 ICE 션트-다운.
G. 아암 APU 동력 시스템.
i. 메인 연료 전지 동력 시스템 컨택더 폐쇄. CA: 드라이 접촉 폐쇄.
ii. "ETM 아암드 등" 조명. 색상: 노란색. On=12vdc / Off=0vdc. 인간 인터페이스("HI").
H. 클러치 액추에이터 구동 모터 에너자이징. On=12vdc / Off=0vdc
i. "애크 시스템 아암드" 스위치로부터의 IS. CA: 드라이 접촉 폐쇄
I. 제동 공기 압축기 모터 솔레노이드 에너자이징. On=12vdc / Off=0vdc
i. IS가 낮은(예를 들어,100 psi) 견인기 제동 시스템 내 공기 제동 압력 스위치 센서로부터이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄
J. 모터 제어기 ("MC") 속도 입력. 충전 시스템 내 전류 센서로부터 0-5vdc IS. 0-50mvdc
K. 보조 동력 시스템 공기 블로어 모터 솔레노이드 에너자이징. On=12vdc / Off=0vdc
i. IS 충전 시스템 전류 센서. 0-50mvdc. 전류가 기결정된 임계치보다 크면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
L. H2 연료 전지 공급 밸브 솔레노이드 에너자이징(개방을 위함). On=12vdc - Off=0vdc
CA: 드라이 접촉 폐쇄
M. 단 시간(예를 들어 2초) 동안 라인 퍼지를 위한 H2 퍼지 밸브 / 타이머 아암드 (에너자이징됨). Solenoid On=12vdc - Off=0vdc
i. IS 충전 시스템 전류 센서. 0-50mvdc. 전류가 기결정된 임계치보다 크면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
N. 냉각제 유동 펌프 모터 에너자이징. On=12vdc - Off=0vdc
i. IF IS 연료 전지 전류 션트 > 1mV (표시(indicating) > 10 암페어 연료 전지), CA: 드라이 접촉 폐쇄.
O. 냉각제 유동 열 교환기 팬들:
i. 열 교환기 팬 #1. On=12vdc - Off=0vdc
냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 130 °F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
ii. 열 교환기 팬 #2. On=12vdc - Off=0vdc
냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 140 °F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄.
P. 에너자이징(ICE 모드)/ 탈-에너자이징(ETM 모드) 배터리 충전 시스템 발전기.
i. 냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 120°F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄 ==> 에너자이징.
ii. 냉각 시스템 내 온도 센서로부터의 IS. RTD 0-100 ohms = (기결정된 범위) °F.
온도 > 150°F이면, CA: 드라이 접촉 폐쇄 ==> 탈-에너자이징.
일 실시예에 있어서, ETM 제어 시스템(160)은 센서 신호들을 수신하고, 동작 상태들을 탐지하고, 탐지된 동작 상태들에 응답하여 출력 신호들을 생성하고 그리고 자동적인 션트-다운 시퀀스에 대하여 추론적인 방식으로 제어 동작들을 수행한다.
운전자는 의도치 않게 주어진 차량 속도에 대하여 너무 낮은 기어에 변속기(122)를 남겨두는 것에 의해서 과다한 회전 속도로 ETM(150)이 회전하도록 할 수 있다. ICE(302)보다 ETM(150)이 훨씬 더 조용하다는 사실에 의해서 과속 위험이 가중될 수 있고 따라서 운전자는 과속 위험을 즉시 인지하지 못할 수 있다. 과속 위험은 또한 메인 ICE 클러치(120)가 ETM 모드에서 그 구동기(ETM(150))로부터 변속기를 떼어놓는 통상적인 기능을 더 이상 수행하지 아니하기 때문에 가중된다. 과속 위험을 해결하기 위해서, 일 실시예에 있어서 ETM(150)이 과속 조건을 경험할 때 신호하는 알람이 제공된다. 예를 들면, AC 유도 타입(induction-type) ETM이 6000 RPM의 기결정된 회전 속도 한계를 가질 수 있고 DC 모터 ETM이 다소 더 낮은 과속 한계를 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 몇몇 실시예들에 있어서 알람은 가시적이거나 가청적이거나 가시적 및 가청적일 수 있다. 운전자는 과속 표시를 제시받는 것에 응답하여 변속기를 수동으로 중립으로 쉬프트할 수 있다.
다른 실시예에 있어서, 동력 인출장치(140)의 기어 조립체는 ICE 모드 동작 동안 PTO로부터 ETM를 떼어놓기 위한 PTO 클러치 기구를 포함한다. 예시적인 솔레노이드 동작하는 액추에이터가 ETM 과속 조건이 탐지되었을 때 생성되는 제어 신호의 수신에 응답하여 PTO 클러치를 떼어놓도록 하기 위해 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, ETM 모드가 활성화되었을 때 생성된 신호에 응답하여 클러치 액추에이터에 의해서 차량의 클러치 페달이 자동적으로 홀딩되고(held in) 이에 의해서 변속기(120)로부터 ICE가 떼어놓아진다. 다른 실시예에 있어서, ETM 과속 조건의 탐지에 응답하여 ICE 클러치를 자동적으로 릴리스하도록 클러치 액추에이터가 동작될 수 있다. 부가적으로, ETM 과속 조건의 탐지는 또한 ETM 모드 밖으로 차량을 스위칭할 수 있다.
이제 도 12를 참조하면, 컴퓨터 시스템(1200)에 본 명세서에 기술된 실시예들의 제어-관련 프로세스들이 구현될 수 있다. "컴퓨터 시스템"이라는 용어는, 임베디드된 제어기, 마이크로컨트롤러, 개인용 컴퓨터 시스템(hardened or otherwise), 또는 몇몇 다른 용어와 같이 지칭되는 것과는 무관하게, 메모리 매체로부터 지시들을 실행하는 프로세서를 포함하는 임의의 장치를 포괄하도록 의도되었음을 이해되어야 한다. 컴퓨터 시스템(1200)은 프로세서 또는 프로세서들(1215), 휘발성 메모리(1227)(예를 들어, RAM) 그리고 비휘발성 메모리(1229)를 포함한다. 메모리들(1227 및 1229)은 본 발명에 따른 소프트웨어 프로그램의 다양한 실시예들을 구현하기 위해 프로세서들(1215)에 의해서 실행가능한, ("소프트웨어 프로그램"으로서도 지칭되는) 프로그램 지시들을 저장한다. 프로세서 또는 프로세서들(1215)과 메모리들(1227 및 1229)은 버스(1240)에 의해서 상호연결된다. 입/출력 아답터(1245)가 또한 프로세서들(1215) 및 다른 장치들 또는 회로 사이에 정보 교환을 가능하게 하도록 버스(1240)에 연결된다. 또한 시스템(1200)은 키보드(1233) 및 포인팅 장치(1230)(예를 들어, 마우스)의 적어도 일시적인 연결을 위해 구성된다. 하나 이상의 디스플레이 장치들(1237)과의 인터페이스를 위해 디스플레이 아답터(1246)가 사용될 수 있다.
도시된 실시예는 또한 데이터 저장을 위한 디스크 드라이브(1247)와 운영 체제(1251)과 소프트웨어 어플리케이션들(1252)을 포함한다. 운영 체제(1251)는 특별한 칩 하드웨어(미도시)에 프로그래밍될 수 있다. 분명하게 도시되지 아니한 I/O 장치들은 테이프 드라이브들과 같은 다른 장치들을 포함할 수 있다.
데이터 저장은 하나 이상의 컴퓨터 시스템(1200) 프로세스들에 의해서 수행될 수 있고 컴퓨터 시스템(1200)의 메모리(1227 또는 1229)와 같은 메모리에 저장하는 것을 포함할 수 있는데, 상기 컴퓨터 시스템(1200) 상에서 프로세스가 구동되거나 다른 컴퓨터 시스템 상에서 - 예를 들어 네트워크(1250)에 커플링되고 네트워크 카드(1249)를 매개로 접근되는 시스템(미도시) - 구동될 수 있다.
부가적으로, 본 명세서에 기술된 실시예에서의 제어 관련된 프로세스들 중 적어도 몇몇은 전술한 바와 같은 방법 다시 말해서 프로세스를 수행하기 위해 프로세스에 의해서 실행가능한 지시들의 컴퓨터 독출가능 매체의 형태로 분배될 수 있다. 그러한 컴퓨터 독출가능 매체는 다양한 형태를 가질 수 있다. 본 명세서에 기술된 실시예들은 분배를 수행하기 위해 실제로 사용되는 신호 보유 매체(signal bearing media)의 특정한 유형과는 무관하게 동등하게 적용된다. 유형의(tangible) 컴퓨터 독출가능 매체의 예시들은 플로피 디스크, 하드 디스크 드라이브, RAM, 및 CD-ROM과같은 저장가능한 유형의 매체를 포함한다. 전송-유형 매체의 예시들은 디지털 및 아날로그 통신 링크들을 포함한다.
다양한 실시예들은 무엇보다도 절차 기반 기법들(procedure-based techniques), 구성요소 기반 기법들(component-based techniques), 및/또는 객체 지향적 기법들을 포함하는 다양한 방식으로 하나 이상의 소프트웨어 프로그램들을 구현할 수 있다. 특정한 예시들은 XML, C, C++ 객체들, Java 및 상업적인 클래스 라이브러리들을 포함한다. 본 기술 분야의 통상의 기술자는 여기에 묘사된 하드웨어가 구현에 따라서 달라질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 묘사된 예시는 본 발명과 관련하여 구조적인(architectural) 한정을 내포하도록 의도되지 않았다.
이상으로부터 수많은 이점들이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들면, 본 명세서에서의 실시예들은 새로운 배출 감소 기회를 제공한다. 이들 기회들은 바람직하게는 헤비 듀티 디젤 트럭에 대하여 매력적인데, 이들 차량들은 오존층 파괴에 기여하는 아산화질소 뿐만 아니라 디젤 미립자 물질(diesel particulate matter)을 배출하기 때문이다. 오존층 파괴에 의해서 증가될 수 있는 자외선 방사와 디젤 미립자 물질 양자는 고농도 시 건강에 위험을 준다.
세로운 배출 감소 기회를 보다 이해할 수 있도록 도 1을 다시 참조한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 배터리(170) 및 모터(150)가 통상적인 차량(100)에 부가될 수 있다. 이러한 경우, 배터리(170) 및 ETM(150)이, 그들이 차량에 제한된 비용 및 차량(100) 구성에 대한 제한된 변화로 부가될 수 있는, 그러한 제한된 크기가 되는 것이 이로울 것이다. 그런데, 배터리(170) 및 ETM(150)이 단지 ETM 동작 모드에서의 차량(100)에 대하여 견인 동력을 제공할 수 있기 때문에, 배터리(170) 및 ETM(150)이 차량(100)을 동작시키기에 충분한 크기를 가져야 한다. 따라서 배터리(170) 및 ETM(150)이 차량이 일반적인 사용시 맞닥뜨릴 수 있는 통상적인 로드를 핸들링하기에 충분한 가능출력을 가져야 한다.
그럼에도 불구하고 일 실시예에 있어서 배터리(170) 및 ETM(150)이 극단적으로 제한된 크기 및 기계적 동력 전달을 위한 가능출력을 가지도록 선택되고 그리고 예를 들어 차량(100)이 헤비 듀티 디젤 트럭일 때 통상적으로 맞닥뜨리는 특정한 환경에서 통상적인 로드들 중 일부를 핸들링하는 차량(100)의 능력이 제한되는 것이 의도될 수 있다. 이러한 실시예는 배터리(170) 및 ETM(150)이 비용, 크기, 및 중량 제한을 충족하도록 제한되게 구성될 수 있다.
예시로서, 전기 견인 모터(150)와 배터리(170)는 고른(regular) 도로 사용에 대하여 요구되어 맞닥뜨려지는 속도를 통상적으로 가능하게 하는 제3 기어 이상과 같은 변속기(122)의 고단 기어들에서 차량(100)을 동작하기에 불충분한 용량을 가질 수 있다. 다른 예시적인 실시예에 있어서, 배터리(170) 및 ETM(150)이 특정한 퍼센트 상에서 또는 특정한 퍼센트를 넘어서(on or above a particular a percentage) 특정한 기어들에서 완전히 로딩된 차량(100)의 동작에 대하여 불충분한 용량을 가질 수 있다.
배터리(170) 및 ETM(150)이 의도적으로 제한된 크기 및 성능을 가지는 경우 및 고속 주행 또는 경사를 올라가는 것을 동작적인 요구가 포함할 수 있는 경우에 있어서, 운전자 또는 시스템이 저속 주행, 정지 및 아이들링에 필요할 수 있는 것보다 더 빈번하게 ETM 동작 모드 및 ICE 모드 간을 가끔씩 교대하는 것을 필요로 할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그 결과, 배터리(170) 및 ETM(150)이 의도적으로 제한된 크기를 가지고 그리고 고속 주행을 동작적인 요구가 포함할 때, 심지어 차량이 이동 중인 동안에도 ETM 모드 및 ICE 모드 간을 교대하는 것이 필요할 수 있다.
또한 PTO(140)의 트랜스퍼 기어를 사용하여 변속기(122)에 ETM(150)을 커플링하는 것이 보다 경제적이고 간단하게(straightforward) 통상적인 변속기(122)에 전기 모터(150)를 커플링하는 것을 제공하고 그리고 이것은 본 발명에 따른 것이며 직관적이지 아니함을 이해할 수 있을 것이다. 이것은 특히 변속기(122)가 수동 변속기이고 변속기의 쉬프팅 기어들에 대한 클러치(120)의 사용이 막아지는 경우에 대하여 그러하다.
따라서, 일 실시예에 있어서, 배터리(170) 및 ETM(150)의 성능 및 기어 쉬프팅 제한들이 차량(100)의 동작에 변경을 제시할 수 있다. 그럼에도 불구하고 몇몇 경우들에서 통상적으로 및 직관적으로 수용불가하다고 고려될 수 있는 본 명세서에서의 실시예들을 사용하여, 이들 실시예들이 실제적이고 매우 유용한 어플리케이션들을 가능하게 한다. 그런데, 배터리(170) 및 ETM(150)의 제한된 성능 및 앞서 언급한 기어 쉬프팅 제한들을 가지는 실시예들은 ETM 모드에서 제한된 환경에서 그리고 간헐적으로 동작될 수 있도록 현존하는 헤비 듀티 디젤 구동되는 트럭들의 수천(tens of thousands) 변형들을 가능하게 할 수 있다. 이들 실시예들은 이전에는 경제적으로 실현가능하지 않았던 완수(accomplishment)를 제공한다. 더욱이, 이들 실시예들은 의도적으로 채용된 제한들이 밀집된 도시 지역에서의 고속도로 및 도로 상에서의 사용과 양립가능함을 나타내고 이것은 헤비 듀티 디젤 트럭이 가장 많이 필요한 지역에서 다시 말해서 헤비 듀티 디젤 트럭이 가장 집중되는 지역에서 배출 감소를 가능하게 한다.
이상으로부터 ETM(150) 및 배터리(170)의 특정한 크기의 성능 제한 그리고 "클러치리스" 기어 쉬프팅 제한들에 의해 제시되는 어려움들이 차량에 부가되는 특정한 제어 특징들(features)에 의해서 완화될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 원리를 최적으로 설명하도록 그리고 본 발명이 속한 기술 분야의 통상의 기술자들이 기술적 특징 및 이점들을 이해할 수 있도록 본 명세서에 기술된 실시예들이 선택되고 기술되었다. 기술되지 아니한 다양한 변형들을 포함하는 다양한 다른 실시예들이 특별하게 고려되는 사용에 대하여 적합할 수 있는데 이들은 역시 본 발명의 범주 내에 속할 수 있다.
예를 들면, 다시 도 1을 참조하면, 배터리(170)가 차량(100) 상에 포함된 연료 전지(180)(예를 들어 수소 연료 전지)에 의해서도 재충전되거나 또는 상기 연료 전지(18)에 의해서 대체적으로 재충전될 수 있는데, 여기서 예시적인 수소 연료 전지는 차량(100) 상에 포함된 압축 수소의 캐니스터에 의해서 공급된다. 게다가 모터(150)를 위해 동력을 공급하기 위한 배터리(170) 충전 이외에, 예시적인 연료 전지(180)는 통상적인 견인기 시스템 12 VDC 배터리(310)도 충전할 수 있다. 연료 전지(180)의 KW 용량 및 캐니스터(181)의 저장 용량은 실시예들에 따라서 달라질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 연료 전지(180)는 15 KW 용량을 가지고 캐니스터(181)는 100 psi (pounds per square inch)에서 1 KG의 수소 저장 용량을 가진다.
명확하게 및 명시적으로 기술되지 아니하는 한, 후술하는 청구항들은 임의의 특정한 동작 시퀸스를 내포하도록 의도되지 아니하였다. 청구항들의 부분들에 대하여 사용된 a), b), c) 등의 라벨들의 포함은 그 자체로 임의의 특정한 시퀀스를 내포하는 것이 아니라 단지 상기 부분들의 참조를 용이하게 하기 위한 것이다.
도 8은 본 명세서에 기술된 실시예들에 사용된 단계들의 순서도이다. 단계 801에서 클러치 페달이 내리눌린다. 단계 802에서 차량이 ETM 동작 상태에 있는가를 결정한다. 단계 802의 테스트 결과가 예이면, 단계 804에서 하나의 또는 모든 필요한 동작들이 실행된다. 테스트 결과가 아니오이면, 변속기가 중립에 있는지를 결정하기 위한 테스트가 행해진다. 변속기가 중립에 있지 아니하면 중립을 얻을 때까지 대기한다. 변속기가 중립이면, 단계 804의 동작이 실행되는데; ETM 동작 모드로 스위칭하고 ICE를 턴-오프하고 ETM을 에너자이징하고 ETM 제어기를 인에이블하고 그리고 클러치 페달을 내리눌린 채로 홀딩하도록 클러치 액추에이터에 신호한다. 단계 805에서, 가속기 위치를 포함하는 가변 신호를 보내는 것에 의해서 가속 페달이 동작된다. 단계 806에서, 차량을 제어하기 위한 가속기 페달로부터의 가변 신호에 응답하여 가변 동력이 ETM에 공급된다. 단계 807에서, ETM 쉬프팅 제어 알고리즘을 사용하여 차량 속도를 제어하기 위해, 필요할 때 또는 요구될 때, 클러치를 사용하지 아니하고 기어들이 쉬프팅된다.
도 9는 본 명세서에 기술된 실시예들에 사용된 단계들의 순서도이다. 단계 901에서, 변속기 입력 샤프트로부터 ICE가 떼어져 있는지를 결정한다. 단계 901로부터의 결과가 아니오이면, 대기가 시작된다. 결정 결과가 예이면, 단계 902에서 변속기가 중립으로 쉬프트되고 중립 위치가 감지된다. 단계 903에서, ETM 속도 및 차량 속도가 측정되고 출력 샤프트 및 쉬프팅 기어들의 속도에 상응하는 신호들이 생성된다. 단계 904에서, 변속기 출력 샤프트의 속력을 정합하는 다음 기어의 속도를 다음 기어 표시자가 나타낼 때까지 차량의 속도 및/또는 ETM의 속도가 조정된다. 단계 905에서, 변속기 출력 샤프트 속도(차량 속도)를 다음 기어의 속도(ETM 속도)가 정합한다는 표시에 응답하여 클러칭 없이 변속기가 다음 기어로 쉬프트된다. 단계 906에 있어서 변속기가 희망 기어에 있는 동안 차량 속도를 바꾸도록 가속기 페달 위치가 달라진다.
도 10은 본 명세서에 기술된 실시예들에 사용된 단계들의 순서도이다. 단계 1001에서 차량이 ICE 모드에 있는지를 결정한다. 단계 1001에서 결정 결과가 예이면, 대기한다. 결과가 아니오이면, 단계 1002에서 클러치 페달을 홀딩하도록 조작자의 발이 가해진다. 단계 1003에서, 점화 키가 액서세리 위치로 스위칭되고 이에 의해서 ETM으로부터 동력이 제거되고 클러치 페달이 내리눌린 채로 홀딩하는 클러치 액추에이터가 떼어 놓아져서 조작자에게 클러치 제어를 되돌려준다. 단계 1004에서 점화 스위치를 사용하여 ICE가 시동된다. 단계 1005에서, ICE에 대한 희망 RPM을 얻도록 가속기 페달이 동작된다. 단계 1006에서 변속기가 희망 기어로 쉬프트된다. 단계 1007에서, 차량의 동륜(動輪)을 구동하기 위해 ICE가 변속기 입력 샤프트와 맞물리도록 클러치가 릴리스된다. 선택적으로 ETM 모드에서 배터리 충전 전류를 발생시키기 위한 발전 모드로 차량이 스위칭된다.
도 11은 본 명세서에 기술된 실시예들에 사용된 단계들의 순서도이다. 단계 1101에서, 가속기 위치 센서 신호에 응답하여 ETM에 동력이 인가된다. 단계 1102에서, 클러치 페달이 내리눌린 채로 홀딩되고 ETM 모드를 인에이블하는 것에 의해서 ICE를 떼어놓는다. 단계 1103에서, 제동을 활성화하는 제동 페달이 내리눌렸음을 표시하는 센서 신호에 응답하여 ETM으로부터 동력이 제거된다. 단계 1106에서, 필요한 차량 서브-시스템들에 대한 보조 구동기들이 인에이블되고 ETM 동력 소오스를 사용하여 동력이 제공된다. 단계 1107에서, 보조 구동기들이 ETM 동력 소오스에 의해서 차워링된다.
본 명세서의 다수의 실시예들이 기술되었다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 아니하면서 다양한 변형들이 행해질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (29)

  1. 클러치를 통해 변속기의 변속기 입력 샤프트에 커플링된 내연 기관(ICE)으로서,
    클러치를 동작시키는 클러치 페달이 내리눌리지 않았을 때, 상기 변속기 입력 샤프트를 회전시키도록 맞물리고, 그리고
    상기 클러치 페달이 내리눌렸을 때 상기 변속기 입력 샤프트로부터 상기 ICE가 떼어놓아지는, 내연 기관(ICE);
    상기 변속기 입력 샤프트에 커플링된 상기 변속기의 동력 인출장치(PTO) 포트에 커플링된 트랜스퍼 기어 세트;
    상기 트랜스퍼 기어 세트의 출력 샤프트에 커플링된 출력 샤프트를 구비하는 전기 견인 모터(ETM)로서,
    ETM 동작 모드에서, 상기 ICE가 상기 변속기 입력 샤프트로부터 떼어놓아졌을 때 상기 ETM에 인가된 동력에 응답하여 상기 ETM이 상기 변속기 입력 샤프트를 회전시키고, 그리고
    ICE 동작 모드에서, 상기 클러치가 상기 ICE를 상기 변속기 입력 샤프트에 맞물릴 때 상기 변속기 입력 샤프트의 회전에 응답하여 상기 ETM이 회전되는, 전기 견인 모터(ETM);
    차량의 전기 시스템 및 차량의 동작들을 모니터링한느 센서들로부터 신호들을 수신하고 출력 제어 신호들을 생성하는 제어 시스템;
    ETM 동작 모드에 있을 때 상기 ETM 및 차량의 서브-시스템들을 파워링하도록 커플링된 보조 전기 동력 시스템;
    ETM 동작 모드에 있을 때 상기 출력 제어 신호들에 응답하여 상기 보조 동력 시스템으로부터 동력을 받는 하나 이상의 액추에이터들로서,
    상기 액추에이터들 중 하나가 ETM 동작 모드에 있을 때 내리눌린 클러치 페달을 홀딩하고 ICE 동작 모드에 있을 때 클러치 페달을 릴리스하는 클러치 액추에이터인, 하나 이상의 액추에이터들; 그리고
    차량 속도에 의해 결정된 속도로 회전하는 쉬프팅 칼라로 하여금 ETM 회전 속도에 의해서 결정된 속도로 회전하는 다음 쉬프팅 기어를 맞물리도록 중립으로부터 쉬프팅할 때를 표시하는 신호를 ETM 동작 모드에서 사용자에게 제시하도록 구성된 하나 이상의 표시자들;를 포함하는,
    동륜(動輪)에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시자들은 ETM 회전 속도를 표시하고 이로써 상기 쉬프팅 기어들의 속도를 표시하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시자들은 차량 속도를 표시하고 이로써 변속기 출력 샤프트에 커플링된 쉬프팅 칼라들의 속도를 표시하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 표시자들은,
    특정한 쉬프팅 기어 및 변속기 출력 샤프트에 커플링된 쉬프팅 칼라들 간의 회전 속도 차이의 표시를 나타내는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 표시자들은
    특정한 쉬프팅 기어가 쉬프팅 칼라에 의해서 맞물릴 수 있는 때 켜지는 등을 나타내는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 하나 이상의 표시자들은
    특정한 쉬프팅 기어가 쉬프팅 칼라에 의해서 맞물릴 수 있는 때 특정한 색을 가지는 등을 나타내는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 제어 시스템은
    복수의 센서 신호들을 수신하고 상기 하나 이상의 표시자들에 커플링된 속도 표시 신호들 및 기어 정합 신호들을 생성하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  8. 제7 항에 있어서, 제어 로직이
    ETM의 속도에 비례하는 속도를 표시하는 센서 신호와 차량의 속도에 비례하는 속도를 표시하는 센서 신호와 차량 로딩을 표시하는 센서 신호와 도로면에 대한 차량의 경사를 표시하는 센서 신호와 기어 쉬프터의 현재 위치를 표시하는 스위치 신호들을 수신하고,
    상기 하나 이상의 표시자들에 대한 속도 표시 신호들 및 기어 정합 신호들을 생성하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 제어 로직이 센서 신호들을 처리하고 어떤 쉬프팅 기어가 차량의 동작을 최적화하도록 맞물리는지에 관한 표시를 생성하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  10. 제1 항에 있어서,
    차량의 동작들을 모니터링하는 센서가 가속기 페달의 위치를 표시하는 가변 신호와 차량이 제동 중인 때를 표시하는 제동 신호를 포함하는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 제동 신호에 응답하여 ETM이 발전 모드로 스위칭되는,
    동륜에 커플링된 차동장치를 구동하는 변속기를 구비하는 차량.
  12. 변속기 입력 샤프트 - 상기 변속기 입력 샤프트는 내연 기관(ICE)에 클러치에 의해 커플링되고 그리고 상기 변속기의 동력 인출장치 포트에 커플링된 트랜스퍼 기어 세트를 통해 전기 견인 모터(ETM)의 구동 샤프트에 커플링됨 - 를 구비하는 변속기를 포함하는 차량의 작동 방법으로서,
    차량의 전기 시스템 및 차량의 동작을 모니터링하는 센서들로부터 신호들을 수신하고 출력 제어 신호들을 생성하는 제어 시스템을 인에이블하고;
    ETM 모드 신호와 ICE가 파워 오프되었음을 표시하는 신호에 응답하여 상기 제어 시스템의 ETM 동작 모드를 인에이블하고;
    상기 ETM 모드 신호에 응답하여 내리눌린 위치에서 클러치 페달을 홀딩하도록 클러치 액추에이터에 신호하고, - 상기 클러치가 상기 클러치 페달이 내리눌렸을 때 상기 변속기 입력 샤프트로부터 상기 ICE를 떼어놓고, 상기 클러치 페달이 내리눌리지 않았을 때 상기 변속기 입력 샤프트에 상기 ICE를 맞물림 -
    제1 속도 신호에 응답하여 ETM에 의해 구동된 복수의 쉬프팅 기어들 각각의 회전 속도를 결정하고;
    제2 속도 신호에 응답하여 상기 변속기의 출력 샤프트에 커플링된 쉬프팅 칼라들의 회전 속도를 결정하고;
    특정한 쉬프팅 칼라의 회전 속도를 특정한 쉬프팅 기어가 정합할 때 쉬프트 표시를 생성하고; 그리고
    하나 이상의 표시자들 상에서 상기 쉬프트 표시를 관찰하는 것에 응답하여 트랜스퍼 기어 세트로부터 상기 ETM을 떼어놓지 아니하면서, 특정한 쉬프팅 칼라를 특정한 쉬프팅 기어와 맞물리도록 중립으로부터 쉬프팅하는 것;을 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    점화 스위치에 의해서 상기 ICE를 턴-오프하고,
    상기 점화 스위치가 액서세리 위치에 있을 때 상기 ETM 동작 모드를 턴-온하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    차량의 가속기 페달을 작동시켜서 제어 시스템에 가변 신호를 보내고; 그리고
    상기 가변 신호에 응답하여 보조 동력 시스템으로부터 ETM에 가변 동력을 제공하고 이로써 상기 차량의 속도를 제어하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    특정한 쉬프팅 기어가 특정한 쉬프팅 칼라의 회전 속도를 정합한다는 쉬프트 표시를 하나 이상의 표시자가 나타낼 때까지 ETM 속도 및/또는 차량 속도를 조정하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 클러치 페달을 내리눌린 위치에 홀딩하고;
    상기 액서세리 위치로부터 점화 스위치를 스위칭하고 이에 의해서 ETM으로부터 동력을 분리하도록 제어 시스템에 신호하고 이에 의해서 클러치 액추에이터를 릴리스하고;
    상기 점화 스위치를 사용하여 상기 ICE를 시동하고;
    상기 ICE에 대한 희망 회전 속도를 설정하도록 가속기 페달을 동작시키고;
    상기 차량 속도 및 상기 ICE 회전 속도에 상응하는 희망 쉬프팅 기어를 맞물리고; 그리고
    상기 클러치 페달을 릴리스하여서 상기 ICE를 상기 변속기 입력 샤프트에 맞물리는 것;을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    배터리 충전 전류를 제공하기 위해 발전기 모드로 상기 ETM을 스위칭하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  18. 제13 항에 있어서,
    제동 페달이 내리눌렸음을 표시하는 제동 신호에 응답하여 ETM 동작 모드에 있을 때 상기 ETM으로부터 동력을 제거하고 이로써 제동을 활성화하고; 그리고
    다음 저단 쉬프팅 기어의 속도가 상기 변속기 출력에 커플링된 쉬프팅 칼라의 속도를 정합하는 쉬프트 표시에 응답하여 중립으로부터 저단 쉬프팅 기어로 쉬프팅하는 것;을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제동 신호에 응답하여 발전기 모드로 상기 ETM을 스위칭하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  20. 제14 항에 있어서,
    상기 보조 동력 소오스를 사용하여 필요한 차량 서브-시스템들을 위한 보조 구동기들에 동력을 제공하는 것을 더 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 보조 구동기들은 편 (comfort) 서브-시스템들을 위한 구동기들을 포함하는,
    차량의 작동 방법.
  22. 변속기의 입력에 수동 클러치를 통해 기계적으로 커플링되는 내연 기관 ("ICE")을 구비하되, 상기 클러치가 변속기로부터 상기 ICE를 떼어놓기 위해, 운전자에 의한 액추에이팅에 응답하여 동작가능한, 차량 내 장치로서,
    상기 변속기로부터 상기 ICE를 떼어놓는 상기 클러치의 동작이 상기 변속기로부터 전기 모터를 떼어놓지 않도록 트랜스퍼 기어 세트를 통해 상기 변속기 입력에 커플링된 전기 모터로서,
    상기 변속기가 차량의 로드휠들에 커플링된 출력을 포함하는, 전기 모터;
    상기 클러치에 커플링된 액추에이터;
    상기 ICE 대신에 상기 전기 모터에 의해서 상기 로드휠들이 파워링되도록 상기 변속기로부터 상기 ICE가 떼어진 채로 상기 클러치를 홀딩하도록 상기 액추에이터를 위치시키게 동작가능한 제어부로서,
    상기 변속기가 중립 위치를 가지는 쉬프팅 기구 및 쉬프팅 기어들을 포함하고,
    상기 중립 위치에서 상기 쉬프팅 기어들이 변속기 입력 및 출력으로부터 떼어지고 각각의 쉬프팅 기어들에 대한 맞물린 위치들을 구비하고, 그리고
    각각의 맞물린 위치들에서 상기 쉬프팅 기구에 의해서 상기 쉬프팅 기어들이 상기 변속기 출력을 맞물리고 상기 로드휠들의 회전에 대하여 고정된 회전 관계를 가지는, 제어부;
    상기 전기 모터의 회전에 의존하는 속도를 운전자에게 나타내도록 동작가능한 제1 속도 표시자; 그리고
    상기 로드휠들의 회전에 의존하는 속도를 운전자에게 나타내도록 동작가능한 제2 속도 표시자를 포함하여서,
    i) 상기 중립 위치로 상기 쉬프팅 기구를 쉬프팅하는 것에 의해서,
    ii) 상기 로드휠들의 현재 회전에 대하여 선택된 쉬프팅 기어의 회전을 정합하도록 상기 제1 속도 표시자 및 상기 제2 속도 표시자를 참조하여 상기 전기 모터의 회전을 조정하는 것에 의해서, 그리고
    iii) 상기 변속기 출력에 선택된 기어를 맞물리는 위치에 상기 쉬프팅 기구를 쉬프팅하는 것에 의해서,
    상기 로드 휠들이 회전하고 상기 클러치를 통해 상기 변속기로부터 상기 ICE가 분리된 채로, 운전자가 상기 쉬프팅 기어들 중 하나를 선택하고 맞물릴 수 있는,
    차량 내 장치.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 제1 속도 표시자가 상기 선택된 쉬프팅 기어와 연관되고,
    상기 장치가 속도 로직을 더 포함하되, 상기 속도 로직은 상기 전기 모터의 회전에 의존하는 속도 신호를 수신하고 상기 선택된 쉬프팅 기어에 연관된 기결정된 기어 비에 응답하여 상기 속도 신호를 조정하고 그리고 상기 제1 속도 표시자에 조정된 속도 신호를 보내도록 동작가능하고,
    상기 제1 표시자에 의한 나타나는 속도가 상기 조정된 속도 신호에 응답하는 것이고 또한 상기 선택된 쉬프팅 기어에 연관된 기어 비에 의존하는,
    차량 내 장치.
  24. 제22 항에 있어서,
    상기 제2 속도 표시자가 상기 선택된 쉬프팅 기어와 연관되고,
    상기 장치가 속도 로직을 더 포함하되, 상기 속도 로직은 상기 로드휠들의 회전에 의존하는 속도 신호를 수신하고 상기 선택된 쉬프팅 기어에 연관된 기결정된 기어 비에 응답하여 상기 속도 신호를 조정하고 그리고 상기 제2 속도 표시자에 조정된 속도 신호를 보내도록 동작가능하고,
    상기 제2 표시자에 의한 나타나는 속도가 상기 조정된 속도 신호에 응답하는 것이고 또한 상기 선택된 쉬프팅 기어가 상기 변속기 출력에 고정된 회전 관계를 가지면서 맞물리는가와는 독립적으로 상기 선택된 쉬프팅 기어에 연관된 기어 비에 의존하고,
    그 결과 상기 선택된 쉬프팅 기어가 고정된 회전 관계를 실제로 가지지 아니하는지와는 무관하게, 마치 상기 선택된 쉬프팅 기어가 상기 변속기 출력에 고정된 회전 관계를 가지는 것처럼, 상기 제2 속도표시자가 상기 선택된 쉬프팅 기어에 대한 회전 속도를 나타내는,
    차량 내 장치.
  25. 제22 항에 있어서,
    상기 제1 속도 표시자 및 상기 제2 속도 표시자 중 하나가 상기 선택된 쉬프팅 기어와 연관되고
    상기 장치가 상기 쉬프팅 기어들의 추가적인 각각의 하나들과 연관된 추가적인 표시자들을 더 포함하는,
    차량 내 장치.
  26. 제25 항에 있어서,
    상기 로드휠 속도에 의존하는 속도와 상기 전기 모터 속도에 의존하는 속도를 비교한 것에 응답하여 현재의 로드휠 회전 속도에 대한 쉬프팅 기어 선택 신호들을 생성하도록 동작가능한 로직을 더 포함하고,
    상기 선택 신호들을 생성하는 것은 각각의 쉬프팅 기어들에 응답하여 전기 모터 의존 속도 또는 로드휠 의존 속도 중 하나를 조정하는 것을 포함하고,
    각각의 쉬프팅 기어들과 연관된 상기 표시자들은 상기 로직으로부터 상기 선택된 신호들을 수신하는 것에 응답하여 상기 쉬프팅 기어 선택 신호들을 나타내도록 동작가능한 각각의 신호 장치들을 포함하는,
    차량 내 장치.
  27. 제22 항에 있어서,
    상기 전기 모터로 하여금 동력 인출장치 포트 및 트랜스퍼 기어 세트를 통해 상기 변속기의 출력을 퍼워링할 수 있는 구성에 있어서 상기 트랜스퍼 기어 세트를 통해 상기 변속기의 동력 인출장치 포트에 상기 전기 모터가 커플링되는,
    차량 내 장치.
  28. 제22 항에 있어서,
    상기 표시자들에 의해 나타나는 속도 표시들이 청각적으로 나타나는 속도 표시들을 포함하는,
    차량 내 장치.
  29. 변속기의 입력에 수동 클러치를 통해 기계적으로 커플링되는 내연 기관 ("ICE")을 구비하되, 상기 클러치가 변속기로부터 상기 ICE를 떼어놓기 위해, 운전자에 의한 액추에이팅에 응답하여 동작가능한, 차량에 있어서의 방법으로서,
    상기 변속기로부터 상기 ICE를 떼어놓는 상기 클러치의 동작이 상기 변속기로부터 전기 모터를 떼어놓지 않도록 트랜스퍼 기어 세트를 통해 상기 변속기 입력에 상기 전기 모터를 커플링하는 단계로서, 상기 변속기가 차량의 로드휠들에 커플링된 출력을 포함하는 커플링 단계;
    상기 클러치에 액추에이터를 커플링하는 단계;
    상기 ICE 대신에 상기 전기 모터에 의해서 상기 로드휠들이 파워링되도록 상기 변속기로부터 상기 ICE가 떼어진 채로 상기 클러치를 홀딩하도록 상기 액추에이터를 위치시키는 단계로서, 상기 변속기가 중립 위치를 가지는 쉬프팅 기구 및 쉬프팅 기어들을 포함하고, 상기 중립 위치에서 상기 쉬프팅 기어들이 변속기 입력 및 출력으로부터 떼어지고 각각의 쉬프팅 기어들에 대한 맞물린 위치들을 구비하고, 그리고 각각의 맞물린 위치들에서 상기 쉬프팅 기구에 의해서 상기 쉬프팅 기어들이 상기 변속기 출력을 맞물리고 상기 로드휠들의 회전에 대하여 고정된 회전 관계를 가지는, 상기 액추에이터를 위치시키는 단계; 그리고
    상기 전기 모터의 회전에 의존하는 제1 속도 표시와 상기 로드휠들의 회전에 의존하는 제2 속도 표시를 운전자에게 나타내는 단계로서, 그 결과 i) 상기 중립 위치로 상기 쉬프팅 기구를 쉬프팅하는 것에 의해서, ii) 상기 로드휠들의 현재 회전에 대하여 선택된 쉬프팅 기어의 회전을 정합하도록 상기 제1 속도 표시자 및 상기 제2 속도 표시자를 참조하여 상기 전기 모터의 회전을 조정하는 것에 의해서, 그리고 iii) 상기 변속기 출력에 선택된 기어를 맞물리는 위치에 상기 쉬프팅 기구를 쉬프팅하는 것에 의해서,
    상기 로드 휠들이 회전하고 상기 클러치를 통해 상기 변속기로부터 상기 ICE가 분리된 채로, 운전자가 상기 쉬프팅 기어들 중 하나를 선택하고 맞물릴 수 있는, 속도 표시들을 운전자에게 나타내는 단계;를 포함하는,
    차량에 있어서의 방법.
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