电力牵引模式中的车辆切换的制作方法

专利名称：电力牵引模式中的车辆切换的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有常见和辅助牵引驱动的牵引车辆，更具体地涉及具有电气和内 燃机(ICE)驱动的牵引车辆。背景和概述根据现今趋势，重型柴油客车越来越多地受到法律约束，包括关于排放和关于 空转时间的限制。在一些辖区内，法律约束甚至可能要求这类卡车配备具有用于检测空 转并在例如五分钟的某个最大空转间隔过后自动关闭柴油机的控制装置。关联申请中披 露的发明解决了由这些法律约束引发的课题。这些发明为车辆提供改进的配置，包括例 如重负载柴油机卡车的车辆，由此车辆可通过电动机被驱动。一种实现是使已有的、传 统车辆更易于改型成通过电动机牵引和驾驶舱制冷。本发明还提供用于加热和利于电插 座的改进配置。本发明涉及当例如在大街或高速公路上的高速和低速之间交替时存在的额外难 度的认识。根据本发明的一个特征，一种控制系统允许车辆工作在ICE牵引和ETM模式 之间的顺畅和安全的切换。控制系统检测车辆的某些工作状态并有选择地允许驾驶员响 应于满足预定标准的车辆工作状态而转移至ETM模式，在ETM模式中，可将车辆的牵引 ICE关闭。这也可超出仅允许切换至ETM模式的控制系统的范围。S卩，控制系统可响 应于对必要工作状态的检测而通知驾驶员ETM模式的机会有多大。在本发明的一种形式中，计算机系统包括处理器和连接于处理器的存储设备。 存储设备上存储了控制处理器的程序。处理器通过程序工作以执行实现一种方法的程 序，该方法部分或全部地包括用于控制例如本文所述的系统的过程。在本发明的另一形 式中，计算机程序产品被存储在有形的计算机可读介质中。计算机程序产品具有由计算 机系统执行的指令。当由计算机执行时，指令使计算机实现控制例如本文所述的系统的 过程。本发明的其它变化、目的、优势和形式在细阅下面的详细说明和参照附图后将变得明显。例如，本文所述的发明特征的一种形式被实现为新颖的过程步骤，这可包括 控制例如本文所述的系统的过程。在下面的附图和说明书中对本发明的一个或多个实施例的细节予以阐述。本发 明的其它特征、目的和优势将从说明书和附图以及权利要求书中明显得出。附图简述 前述和其它的目的、方面和优势将通过参照附图从本发明的优选实施例的下面 详细说明中得到更好的理解。在各附图中，使用相同的标号来指示相同的特征和组件。 在附图中

图1是示出根据各实施例的车辆的ETM系统的各个方面的方框图；图2示出当车辆加速且齿轮随时间从第一齿轮换挡至第二齿轮并换挡至第三齿 轮时ETM模式下车辆速度和ETM转速之间的关系；图3是示出当配合于各驱动齿轮时ETM转速、车辆速度和转矩极限之间的关系 的曲线图；图4是示出根据各实施例当在各齿轮之间换挡时ETM转速和车辆之间的关系的 曲线图；图5示出人工离合器踏板在ETM工作模式下由致动器保持的实施例；图6示出在传动输入和输出轴上具有速度传感器的简化的人工传动中的齿轮组 之间的关系；图7是根据一些实施例示出速度指示器和速度逻辑之间的关系的方框图；图8是本文实施例中使用的步骤的流程图；图9是本文另一实施例中使用的步骤的流程图；图10是本文另一实施例中使用的步骤的流程图；图11是本文一个实施例中使用的步骤的流程图；以及图12是适于实现本文描述的实施例的控制器功能的计算机系统的方框图。在各附图中相同的附图标记指示相同的部件。详细描述在对本发明实施例的如下详细描述中，对示出本发明可投入实践的实施例的附 图作出参照。要理解，可应用其它实施例并作出改变而不会脱离本发明的范围。附图和 详细说明不旨在将本发明限定在所披露的具体形式。相反，本发明旨在覆盖如所附权利 要求书所定义那样落入本发明的精神和范围内的所有修改、等同和替代。本文中的标题 不旨在以任何形式限定主题事项。图1是具有根据本文所述车辆100的实施例的特征的车辆100的方框图。车辆 100具有带曲轴110的内燃机(ICE) 302，该曲轴110当ICE 302工作在ICE模式时传递转 矩。曲轴110通过离合器120耦合于标准传动机构122的输入轴125，该离合器120使 ICE配合于传动机构122或脱离传动机构122。车辆100还具有牵引电动机(ETM) 150， 该牵引电动机(ETM) 150通过动力输出器(PTO) 140耦合于输入轴125的传动齿轮(未示 出)。许多车辆具有带轴的PTO (例如140)，PTO可耦合于ETM的驱动轴(例如150)。 同样，这些车辆是标准的且PTO通常提供(经由PTO)提取动力以运作外部设备(例如升 降机、绞车等)的装置。
传动机构122经传动输出轴129直接耦合于差动机构316。差动机构316通过旋 转轴318驱动一个或两个轮320。作为选择，传动机构122可配备第二 PTO 142，该第二 PTO 142还耦合于轴125的传动齿轮(未示出)以驱动发电机152。这对于ETM 150不 适于既作为电动机又作为发电机工作的情形是有益的。控制系统160包含逻辑、配电开关、驱动器，并由此允许控制各系统和子系统 以使车辆100根据本文描述的实施例工作。常见车辆电气系统308耦合于ICE 302的子 系统304，例如HAC、电动离合器、制动系统、驾驶系统等。在ICE模式下，这些子系 统响应电启动致动器(例如螺线管、继电器等)以电气、液压或压缩空气形式接收其动 力。当车辆处于ETM工作模式且ICE 302不再ON时，附加的致动器驱动器306由控制 系统160操作。控制系统160是具有配置成与车辆100的子系统形成接口的多个输入和 输出的附加系统。控制系统160从电池170接收辅助电力，电池170的电压适于为类似 ETM 150的ETM供电。控制系统160也可具有当处于ICE工作模式时允许通过AC连接 164 (例如标准120/220AC电压)或通过转换来自ICE302的交流发电机输出而对电池170 再充电的电路。车辆电池310是用于在ICE工作模式下起动车辆100的标准(例如12V) 电池。电池310也可通过控制系统160从提供自AC连接164、电池170的功率充电，或 经由选用的发电机152充电。控制系统160从传感器330接收信号，传感器330可包括 用于ICE工作模式下的标准传感器以及新增的以利于工作在ETM工作模式下的附加传感 器。例如，可添加传感器以确定输入轴125和输出轴129的转速。这些传感器可假设为 包含在传感器330中，即使前述传感器在图1中未示出。控制系统160具有在负载下允许将各种功率施加于ETM 150以调节其转速的电 路。同样，控制系统160也可具有在ETM 150适于既作为电动机又作为发电机工作的情 形下允许将ETM 150的输出用作充电电压的电路。该电路可配置成当ETM 150作为发电 机(例如在制动时)工作以从车辆100恢复动能时允许将各负载施加于ETM 150的输出。 控制系统160进一步耦合于指示器171，该指示器171包括显示器和电路，该电路配置成 接收传感器信号并处理这些信号以产生提交给驾驶员以当ETM 150经由PTO 140配合于 传动轴125时帮助处于ETM工作模式下的传动机构122的换挡的参数(例如换挡速度和 轴转速)。电池170、选用的燃料电池180及其滤气罐181燃料供给、AC连接164、各传感 器等以及控制系统160可以是连同ETM 15 一起附加的辅助动力系统的组成部分，以允许 车辆100以独立的牵引轮驱动器、ICE 302和ETM 150工作。因此，具有PTO 140或具 有可接纳PTO 140的端口的任何标准车辆可用辅助动力系统和ETM 150改型以实现本文 描述的ETM工作模式。车辆100还具有传统的12VDC电池310，用以为点火、照明等提供传统的电气系 统308。在一个实施例中，辅助动力系统包括基于电池的电源，例如144VDC电池170。 在其它实施例中，电池电压可变并主要受安全和消费考量的约束。较高电压是优选的， 由于它以较低电流传递给定量的功率。车辆100具有针对驱动轮320、工作在ETM系统 模式下的ETM 150以及工作在ICE系统模式下的ICE 302的两种牵引驱动系统。在一个实施例中，ECM 150是直流电动机(DC)，它通过动力输出器(PTO) 140 机械耦合于驱动传动机构122。该实施例还包括交流(AC)发电机(交流发电机)152，它经由第二 PTO 142由传动机构122驱动。在这种情形下，当ICE 302在将动力提供给 传动机构122时，AC交流发电机152产生耦合于控制系统160的电输出。在ICE模式 下，当ICE 302运行且离合器120将曲轴110耦合于传动机构输入轴125时，交流发电机 152由此可以通过控制系统160对电池170再充电。如前所述，ETM 150轴通过 PTO齿轮组140机械地耦合于传动机构输入。在 ETM是DC电动机150的实施例中，PTO 140包括在ICE工作过程中使ETM150脱离的 PTO离合器机构(未示出)。在另一实施例中，ETM 150是在制动过程中内燃机302反转且离合器120使曲轴 110配合于传动机构输入轴125时工作以发电的AC电动机。在制动期间，工作在发电模 式的AC ETM 150可用于通过控制系统160对电池170充电。在一个实施例中，车辆100传动机构122是传统的人工传动机构，其中人工离合 器120工作以使ICE 302从传动机构122脱离。ETM 150通过新增至人工传动机构122 的端口并耦合于传动机构122输入轴125的传动齿轮的PTO 140向车辆100独立地提供牵 引动力。ETM 150优选地仅当传统ICE 302经由离合器120从传动机构122脱离时才提 供牵引动力，并允许关闭ICE 302以节能。在一个实施例中，新增至车辆100的辅助动力系统将电池170用作ETM150的存 储动力源。由此在ETM工作模式下，ETM 150可工作以从电池170接收电力并独立甚 至排他地向车辆100提供牵引动力。在不提供对电池170充电的装置的情形下，ETM工 作模式下车辆100的行程、速度和负载处理能力受电动机150的能力和由外部充电的电池 170提供的存储能量的限制。在另一实施例中，电池170、电动机150被选择为这种受限制的尺寸和受限制的 能力，它们同样限制车辆100在某些常见情形下处理甚至传统负载的能力；作出这种妥 协是为了使新增的电动机150和电池170满足某些成本、尺寸和重量约束条件。在本发明的各实施例中，ETM 150的马力额定值可根据需要提供的负载和车辆 100的速度和加速度要求而变化。如果车辆100被配置为装满重负载的牵引拖车式卡车， 则它可重达80000磅。仅靠电力工作的1800磅左右的传统电动车辆要求大约50HP的电 动机以达到和维持80MPH的车辆速度。在一个实施例中，ETM 150是DC式电动机，其 重达约180磅并在连续工作中额定在40马力(HP)并在间歇工作中处于80HP达2分钟。 在另一实施例中，ETM 150是具有相似HP额定值和重量的AC电动机。电池170的千 瓦时(KWH)容量也在各实施例中不同。例如，在一个实施例中，电池170是具有将近 150WH/Kg能量密度的锂离子式电池，因此能驱动40HP ETM 150达一小时的30KWH容 量的锂离子电池将需要重量大约为200KLG或500磅的电池170。当然，ETM 150和电 池170的KWH额定值和相应重量将取决于车辆100的重量、负载、运营和经济目的。在 一些实施例中，即使用于80000磅的牵引拖车式卡车100，电动机150和电池170的额定 值和相应重量可比前述例子的情形更小。在一些实施例中，额定值可以更高。在有意地限制牵引电动机150和相应电池170的尺寸的实施例中，需要较高速度 驱动或驱动经过坡道的工作要求可能要求比低速驱动和空转的情形更频繁地在ETM模式 和ICE模式之间交替。另外，在工作要求包括较高速驱动的情形，在车辆移动的同时， 可能要求ETM和ICE工作模式之间的切换。前面描述了一种配置，其中离合器120在ETM工作过程中使ICE 302从人工传动机构122上脱离，而ETM 150 一直通过PTO 140 耦合于传动机构122。应当进一步理解的是，用于某些实施例的这种配置是尤其非显而易 见的，因为这种配置防止使用离合器120在传动机构122的齿轮之间换挡。图5示出当在ETM操作中使ICE302从传动机构120脱离时用来使离合器120保 持压下状态的配置的细节。电启动致动器412 (例如螺线管)被新增至车辆100并通过来自控制系统160的 信号工作以将离合器120保持在使ICE 302与传动机构122脱离的位置。当操作者通过脱 离运动530压下离合器踏板510时，离合器杆514作用在枢转点512周围以通过脱离运动 532驱动连杆420。当连杆520绕枢转点513旋转时，关节538将运动传至连杆522，连 杆促发脱离运动534，脱离运动534使离合器杆524移动，离合器杆524则在离合器120 中产生脱离运动536，使轴110与传动机构输入轴125分开。致动器412具有可作用以配合于关节538并将关节538保持在配合位置的罩杯 540。当压下离合器踏板510时，关节538如脱离运动534所指示那样移离罩杯540。当 松开离合器踏板510时，关节538返回到其初始位置。然而，如果对致动器412发信号 (ETM模式)以使其在压下离合器踏板510时配合于关节538，则轴542伸出并配合于关 节538，这防止关节538返回至其原来的初始位置并因此离合器踏板510仍然保持压下状 态。如此，操作者可压下离合器踏板并选择ETM模式以保持ICE与传动机构122脱离。根据一个实施例，致动器412及其关联的连杆以如下方式新增至前面章节中描 述的传统连杆。致动器412的一端可转动地固定于车辆底盘的枢转点516。致动器412 的可伸/缩轴542通过罩杯540固定于连杆520和522的关节538，通过将轴542朝向其 完全伸出位置驱动，使连杆520和522具有足够的运动自由度以在仍然使致动器412轴 542传递脱离运动534至连杆522的同时允许脚踏板510的常规工作。限位开关416CR 和416CD可安装在致动器412上，用于感测轴542的极限位置并将相应轴位置信号传递 给控制系统160。重型柴油卡车的驾驶员习惯于调节传统车辆的ICE以由此避免过高的ICE转速， 例如到达内燃机“红线”的每分钟转数(RPM)极限。当该车辆加速时，有经验的驾驶 员仅通过ICE发出的可察声音就能够发现何时ICE的RPM速度开始接近红线上限而实际 上不一定要使用转速计。当ICE转速接近红线上限时，驾驶员可将传动机构切换至较高 速的齿轮。为了完成这个操作，至少有时需要通过离合器的分离而暂时使ICE与车辆的 驱动轮脱离。结果，允许ICE转速缓降以配合——即同步于——与下一个较高速齿轮对 应的传动机构输入的初始转速。有经验的驾驶员通常在例如因为交通状况而减慢车速时 协调ICE和各转速下传动机构之间的相互作用，使驾驶员不仅施加制动而且将传动机构 减速换挡以使ICE对制动作出贡献。由此，ICE转速调节通过车辆离合器变得容易。根据一个实施例，车辆的离合器120工作以当车辆100完全配合在ETM模式时 使ICE 302完全不转动。一旦控制系统160发出切换至ETM模式的信号，车辆的离合器 踏板510由离合器致动器412保持在压下位置并因此ICE 302与传动机构122脱离而不驱 动车轮320。结果，当工作在ETM模式时过高的ICE 302转速不成为问题。然而，对于根据一个实施例的ETM 150经由PTO 140耦合于传统传动机构122 的重型车辆100，ETM操作存在其它问题，在该实施例中，ETM 150和PTO不具有离合器，电动机 150轴经由PTO 140中的齿轮机械耦合于传动机构122输入。在该实施例中， ETM 150的轴驱动车轮320，不管车辆100工作在ICE模式还是ETM模式，当然除非传 动机构122换挡至空档。除了 AC和DC牵引电动机选择外，各实施例包括多种选择性配置。为ETM工 作模式供电的电池可以或不可由燃料电池补充。对电池再充电的发电机可以或不可独立 于ETM 150设置。在ETM 150是DC电动机的实施例中，分离的AC交流发电机152可 通过第二 PTO 142机械配合于传动机构输入，该第二 PTO 142耦合于与ETM 150相同的 传动机构传动齿轮。当车辆100处于ICE模式时，AC交流发电机152因此可通过控制 系统160电耦合于充电电池144。车辆100可或不可包括独立工作的驾驶舱舒适特征，例 如由例如电池170的辅助电源供电的制冷、取暖和便利插座。不管ETM 150是AC电动机还是DC电动机，需要有关控制、监视、模式切换和 换挡的特殊配置以适应ETM 150通过耦合于传动机构输入125的PTO 140机械配合于人 工传动机构122的实施例。图6示出为简化对本文所述实施例如何工作的说明而给出的标准三速传动机构 122。(应当理解传统HD车辆将具有更多的齿轮)输入轴125通过离合器(未示出)耦 合于ICE。ETM 150通过动力输出器140耦合于输入轴125上的传动齿轮。当选择ETM 模式时，在ETM 150保持直接耦合的同时，ICE302通过离合器从输入轴125脱离。如果对ETM 150供电，则ETM 150使输入轴125转动，并且轴125的转速经由 速度传感器650被检测出。假设已知的轴125转速和已知的齿数比，包括传动机构122 的传动齿轮的齿数和功率输出器140的齿轮，ETM 150的特定转速可确定为输出转速=输 入转速X净齿轮速比。齿轮602刚性耦合于输入轴125并将输入轴125的转动通过齿轮 604传递至副轴606。齿轮620、622、624和625全部刚性耦合于副轴606并一起以副轴 606的转速旋转。齿轮620、622、624和625都具有不同的直径并因此当配合以使另一齿 轮转动时提供不同齿轮速比的可能。齿轮626通过惰轮625耦合于齿轮616并用来提供 车辆的逆转齿轮。输出轴129连接以通过差动机构316 (见图1)驱动车轮并由此与车轮呈固定关系 地转动。输出轴129是花键接合的并直接耦合于换挡轭630、632。换挡轭630、632配置 成在以与输出轴129相同转速旋转的同时横向移动。换挡齿轮610、612、614和616 (在 本文中也称为副轴齿轮636)总是与其相应的副轴齿轮620、622、624和626 (本文中也称 为副轴此轮646)配合并具有允许它们自由地在输出轴129上旋转的轴承。换挡轭630、 632耦合于换挡杠杆(未示出)，该换挡杠杆可作用以通过各个换挡连杆而使换挡轭630、 632移动，所述连杆中的一个在本文中表示为换挡连杆(或“杆”)640。通过如图所示 定位的换挡轭630和632，传动机构122处于“空档”。在该空档状态，如果输入轴125 通过ETM 150转动，则全部换挡齿轮610等和副轴齿轮620等处于转动状态，而输出轴 129保持静止(如果车轮也保持静止的话)。也就是说，使换挡杠杆处于空档位置，换挡 轭630、632不配合于任何换挡齿轮610等，以使换挡齿轮610等响应ETS电动机150而 不是车轮的转动而转动，同时换挡轭630、632响应车轮的转动而不是ETS电动机150的 转动而转动。换挡轭630和632具有“犬齿”(例如627)且全部换挡齿轮610、612、614和616具有与犬齿配合的匹配“孔”。换挡轭630、632可响应换挡杠杆的移动而沿轴129 自由滑动以移动到一个位置，从而使轭630或632中的一个配合于换挡齿轮610中的一 个。但换挡轭630、632通过轭630、632的花键被迫与轴129—起转动，轭630、632的 花键配合于轴129的花键。换挡齿轮610等具有允许换挡齿轮在输出轴129上自由转动 的轴承。然而，当换挡轭630或632与换挡齿轮(例如612)配合时，换挡齿轮能通过花 键驱动车轮，所述花键耦合于换挡轭以驱动输出轴129。输出轴129的转速由换挡齿轮 (例如612)和相应副轴齿轮(在本例中为齿轮622)的齿轮速比确定。因此，如果选择了 齿轮610，由于副轴齿轮620小于622或624并且换挡齿轮610大于612或614，输出轴 129对于给定ETM 150转速转地最慢。对于给定的ETM 150转速，存在与配合于换挡轭630或632的换挡齿轮(610、 612或614)对应的特定输出轴转速。当换挡齿轮在换挡齿轮610、612或614之间切换 时，输出轴转速需要匹配于相应“换挡至”的齿轮。记住，在空档状态且ETM 150驱动 输入轴125时，所有未选择的换挡齿轮610等以通过ETM 150转速及其具体齿轮速比确定 的转速在输出轴129上自由转动。如果传动机构122处于空档位置，则换挡轭630、632 以输出轴129的转速转动，由于车轮就是转向轴129，该转速直接关联于车辆速度。如果输出轴129的转速不匹配于下一齿轮610等，则“换挡至”犬齿630等和 下一齿轮610中的匹配孔将“冲撞”，产生所谓的“齿轮冲撞”。(注意换挡齿轮610 等以及相应副轴齿轮620等的齿轮齿实际上不冲撞，由于它们全部处于固定配合中)。因此，换挡齿轮存在的问题在于，换挡轭630、632以与输出轴129相同的速度 转动而换挡齿轮(在输出轴上)以由输入轴转速以及副轴齿轮620等和换挡齿轮610等之 间的具体齿轮速比确定的转速转动。在工作在ETM模式下的一个示例性实施例中，ETM 150 一直配合于PT0140中 的传动齿轮。将输出轴129的转动(车辆速度)匹配于下一齿轮610等的换挡(ETM转 速)要求对这些部件进行转速调节。升速换挡升速换挡通常发生在车辆加速时。首先选择低速齿轮，这要求ETM 150工作在 高的每分钟转速(RPM)下以获得给定的车辆速度。为了换挡至下一个较高速齿轮，需 要传动机构越过空档位置。车辆惯性在此时将依赖坡度和拖曳力保持相对恒定的前行速 度。此时驾驶员撤去来自ETM的驱动，这会使ETM依赖通过其耦合于传动齿轮施加的 负载而慢下来。当驾驶员确定输出轴129的转速(车速)匹配于下一个较高速换挡齿轮 (ETM转速)时，则在将冲撞减至最小的同时开始换挡。可通过将ETM切换至发电机模 式并对其输出施加负载(例如对存储电池充电)来进一步调节ETM转速以降低ETM 150 转速。减速换档减速换挡通常发生在驾驶员来到停车站或由于交通状况而减慢速度或车辆负载 和坡度需要换挡至较低换挡齿轮以产生附加的转矩。在这种情形下，已配合于较高速的 换挡齿轮且驾驶员需要换挡至较低速的换挡齿轮。根据哪个较高速齿轮当前配合于输出 轴，下一个较低速齿轮的选择是可变的。在减速换挡以增加转矩时，驾驶员不希望减慢车速以降低下一个较低速齿轮所需的要求ETM转速。在这种情形下，驾驶员尝试维持车速但这样做需要附加的转矩。 当减速换挡以减慢车速或停车时，驾驶员想要减慢车速并可通过制动和连续换挡至较低 速齿轮相结合来实现这个目的。制动降低了下一个连续的较低速齿轮所需的ETM转速， 而在配合时将ETM切换至发电机模式将进一步降低车速同时回收一些车辆的动能。在至少一些实 施例中，ETM模式是“无离合器的”以降低设备成本并优化在减 速换挡和制动中恢复车辆动能的能力。不使用离合器脱离ETM对人工传动机构换挡，可 通过使用内建在换挡轭(例如630、632)中的同步装置得以改善。同步装置被配置成首 先通过摩擦驱动将换挡轭配合于下一齿轮，该摩擦驱动在刚性配合犬齿(例如627)以将 输出轴129锁定在相应的下一个换挡齿轮(例如610、612和614)之前通过摩擦损失使输 出轴的转速匹配于ETM转速(换挡齿轮)。尽管这样能提高驾驶员换挡齿轮的能力，但 随之而来的是增加的成本和较低的效率。一直配合着的齿轮620和610给出与“低速”或“第一”齿轮对应的齿轮速比。 同样，齿轮622和612形成第二齿轮的速比而齿轮624和614形成第三或较高速齿轮的速 比。如前所述，齿轮620、622、624和625耦合于副轴606并因此以正比于齿轮602和 604的齿轮速比确定的ETM 150的转速转动。如果齿轮610配合以驱动输出轴129，则齿轮620作出比其相应更大的齿轮610 更多的单位时间转数。由此对于与较低速齿轮对应的给定车速，ETM 150必须转得更 快。齿轮622比齿轮620更大，因此如果齿轮612配合以驱动输出轴129，则齿轮622也 作出比其相应的更大齿轮612更多的单位时间转数。然而，由于齿轮622比620更大，则 对于给定车速，ETM 150不一定要转得象齿轮610配合以驱动传动机构输出轴129时那么 快，由此齿轮622和612的组合产生比齿轮620和610更高速的齿轮(例如第二齿轮)。 最终，如果齿轮614配合以驱动传动机构输出轴129时，则齿轮624和614的高齿轮组合 要求ETM 150对于给定车速转得最慢。当换挡轭632配合于齿轮616时，输出轴129借助惰轮625通过齿轮626和616 被驱动。惰轮625不由任何动力轴驱动并仅用来使齿轮626的转动方向逆转。逆转一般 代表最低齿轮速比，然而从这个角度看，齿轮626和616的速比可能无法相对于产生典型 逆转齿轮速比来衡量。在下文中，具体齿轮速比表示为ETM 150驱动的齿轮与驱动输出轴的齿轮的速 比，例如620/610代表第一(低速)齿轮，622/612代表第二齿轮，624/614代表第三(高 速)齿轮而626/616代表逆转齿轮。换挡轭630配合于齿轮610以将第一齿轮驱动力提 供给传动机构输出轴129并配合于齿轮612以提供第二齿轮驱动力。同样，换挡轭632 分别配合于齿轮614和616以提供第三齿轮和逆转齿轮。根据一个实施例，可给ETM 150予动力的辅助动力源的能量是有限的。例如， 存储的电功率需要昂贵和沉重的电池，因此在一个实施例中，在车上可获得有限的电能 源。相应地，在一个实施例中，ETM 150可能不具有足够的马力容量以对重载车辆可能 遇到的全部负载供给动力，除非配合了相对低的齿轮速比(例如610/612)。因此，驾驶 员的另一个目的是选择具备足够机械优势的具体齿轮(610、612或622)。如果卡车是空载的并且坡道是平坦的，则卡车可工作在较高的齿轮速比(例如 624/614)而不会对ETM 150过载。在这种情形下，即使较高的齿轮速比624/614提供较少的机械优势，较低的重量和坡道也只需要很小的转矩。如果卡车装有更多重物或坡道 更为陡峭，则ETM 150需要更大的机械优势以经由传动机构122将足够转矩传递至传动 机构的输出轴129并可能需要选择较低的齿轮速比(例如第一齿轮620/610)。图3是车速 之间的关系的曲线图，即车轮旋转、齿轮选择和ETM转速之间的关 系。轨迹351示出在配合于传动机构第一齿轮(图6的换挡齿轮610)的情形下车速相 对于ETM转速的关系。轨迹361示出传动机构第二齿轮(图6中的齿轮612)配合时车 速相对于ETM转速的关系。轨迹371示出传动机构第三齿轮(图6中的齿轮614)配合 时车速相对于ETM转速的关系。图3还示出转速上限377，该转速上限377对应于图1 的PTO 140或传动机构122的速度极限或对应于ETM 150的制动转矩速度。另外还示出 当配合于传动机构的第三齿轮(图6的齿轮614)时ETM150的极限375。极限375表示 ETM当通过第三齿轮配合于驱动轮能传递足够加速度的速度范围。这个范围与带负载的 车的重量以及车辆在其上行驶的道路坡度有关，如图所示。相似的一组极限375适用于 配合于第二齿轮(图6的齿轮612)的轨迹361。在本发明的所示实施例中，ETM 150能 在配合于第一齿轮(图6的齿轮610)的情形下在整个速度范围内传递足够的加速度，直 到高达转速极限377为止。注意在图3中，351、361、371、375和377的位置和形状不 一定是按刻度的并且仅作为大体位置和形状的表示。图2示出当车辆加速且齿轮随时间从第一齿轮换挡至第二齿轮并随后从第二齿 轮换挡至第三齿轮时ETM模式下车辆速度和ETM转速之间的关系。根据所示实施例， 三个示出的可选传动机构齿轮646 (图6)的齿轮速比使得这些齿轮每当ETM转速基本与 相应齿轮转速——即图中标示为“换挡rpm” 210的RPM——匹配时换挡。如图2所示，ETM在每个换挡点一致的换挡rpm 210解释了为何提供给驾驶员的 当前ETM转速的测量值经常足以使驾驶员在加速且齿轮换挡时调节ETM转速和选定的齿 轮以使之匹配于车速。然而，当减速换挡时，即使在齿轮速比设计成提供图示再现性的 情形下，使ETM转速(副轴齿轮646)匹配于与换挡齿轮636对应的车速也是有点难的。例如，在交通中，车辆经常必须在用配合于输出轴129的高速齿轮636加速后 减慢。然后，在减慢后，车辆可能需要再加速，这需要通过将齿轮636中的一个(例如 610)与换挡轭630的配合来减速换挡至较低齿轮速比以提供更大的机械优势。最巧的是 车速减慢以使ETM转速与曲线图中所示的换挡rpm210匹配。因此，在交通中，当遇到 需要加速、减速然后加速的情况时，驾驶员可能需要换挡至空档并调节ETM转速。这种 情况对应于“搜索”要配合于的正确齿轮636以及正确的ETM 150转速。图4示出车速、齿轮转速和ETM转速之间的对应关系。图4用来示出当减速换 挡时试图使转速同步时引发的前述复杂性。图4中的形状或位置351、361、371、375和 377不一定按比例示出。假设驾驶员通过连续换挡直到到达第三齿轮614(图6)为止而加速至速度 S3(ETM转速R6)并随后需要减速。假设驾驶员通过制动放慢车辆至速度S2并随后决定 再次加速车辆。此时，第三齿轮614仍然配合着且车辆运行在轨迹371，此时车速为S2 且ETM转速对应于R3。驾驶员可以选择保持在第三齿轮并沿轨迹371运行或选择换挡 至第二齿轮612并运行在曲线361上。然而，如果驾驶员选择换挡齿轮，则唯一的选择 是换挡至第二齿轮612，由于第一齿轮中的操作会超出极限377。这可能需要将ETM转速调节至R4以避免齿轮碰撞。仅从车速角度看，第二齿轮612和第三齿轮614均可与适 当的ETM转速配合使用以使该ETM转速对应于车辆的当前速度S2。然而，由于361和 371代表显著不同的相对转矩能力，因此所选择的合适齿轮需要由当前装有负载的车辆的 转矩需求来确定。也就是说，当前装有负载的车辆在当前工作环境中的转矩需求及其加 速度要求，需要最好地匹配于ETM能利用配合的那些齿轮612或614能够传递的转矩。重要的是注意ETM转速R3和R4之间的差是很大的。因此，驾驶员需要对这 种差具有“感觉”以调节ETM转速，从而避免一旦在车轮速度S2再次加速而驾驶员选 择重新配合的齿轮时对齿轮产生冲撞。在另一例子中，假设驾驶员在决定再次加速前已通过制动将车辆减慢至速度Sl 并同时保持在第三齿轮。这意味着当车速下降至Sl的同时，ETM转速将从R6下降至 R5。驾驶员可保持在第三齿轮(即沿轨迹371运行)或进行齿轮换挡。为了换挡至第二 齿轮，驾驶员必须进入空档并随后将ETM转速调节至接近R1。为了换挡至第一齿轮， 驾驶员必须进入空档并随后将ETM转速调节至接近显著高于Rl的R2。由于各齿轮对可 接受加速度的极限375和高转速极限377是不可超过的，因此全部三个齿轮可允许对应于 车速Sl的操作。然而，由于ETM要求的转速R3已如此接近转速上限377，因此第一齿 轮610可能不是好的选择。在驾驶员通过配合的第三齿轮制动至速度S2的情形下，重要的是注意在速度S2 下，在第三齿轮电动机转速轨迹371遇上第三齿轮极限之一 375之前，ETM 150具有非 常有限的额外加速能力。因此，第二齿轮显然是更好的选择，由于ETM具有加速至速度 S3的额外能力。这进一步巩固了驾驶员对影响ETM提供动力的能力的极限的信息的需 求，所述信息要么通过培训和经历要么通过经由控制系统160给予的信息(图1)。图4还示出驾驶员试图在S2的车速下配合第一(齿轮610，图6)要求ETM转 速超出最大RPM极限377，造成过速状况。当然，当ETM被供能时强迫齿轮配合是困 难的，且其速度不导致要求的换挡齿轮636匹配与车速对应的输出轴129转速。相反， 齿轮换挡轭630或632容易与特定换挡齿轮636冲撞。ETM过速更可能的起因是一旦传动机构齿轮连上就顺坡下山。如果传动机构具 有同步装置，当ETM不被供能且配置成能自由旋转时，也可能使ETM过速。图7是配置成当“无离合器”处于ETM工作模式时帮助驾驶员进行齿轮换挡的 速度指示器的方框图。速度指示器逻辑705从速度传感器650、652接收信号，该速度传 感器650、652分别测量ETM150和车轮320的转速。速度逻辑705还从选用性负载传感 器742接收与车辆负载成比例的信号，并从选用性倾斜计744接收与车辆行驶在其上的路 面坡度成比例的信号。因此，传感器742和744提供与必须经由传动机构输出轴129传 递至车轮的转矩量有关的信息。该信息适于确定什么传动机构齿轮速比或齿轮(第一、 第二或第三)适用于给定的车速、车辆负载和路面坡度。开关746给出当前配合着的齿 轮的指示(例如610、612、614)并因此速度逻辑工作以确定何时从具体的当前齿轮换挡 至具体的下一齿轮。由示例性组合620/610、622/612和624/614以及PTO齿轮速比确定的固定齿轮 速比允许速度逻辑705对于ETM150给定转速确定具体齿轮610、612和614的转速。也 就是说，例如轴转速125 (其对于ETM 150转速具有固定关系)X (齿轮602和604的组合速比)X (齿轮620和610的组合速比)=齿轮610的转速。同样地，速度传感器652 允许速度逻辑705对给定车辆100行驶速度测定传动机构输出轴129的转速。如果换挡 齿轮636中的一个(例如612)配合于输出轴129，则根据定义在具体ETM 150转速和车 辆行驶速度之间仅存在一种对应关系。换挡至下一齿轮(例如614)要求传动机构122经 过空档以使车速减慢，或适当地提高或降低ETM 150转速以适应下一齿轮的ETM 150转 速和车100速度速度之间的固定对应关系。对于换 只存在两种可能的情形，从较低速齿轮向较高速齿轮的升速换挡(加 速顺序)和从较高速齿轮向较低速齿轮的减速换挡(减慢或产生更多转矩)。当升速换挡 时，ETM 150的转速必须从对应于当前配合齿轮的当前ETM转速一直减慢至与要配合的 下一齿轮对应的将来ETM转速。当加速(升速换挡)时，重要的是将传动机构122换挡 至空档使ETM 150转速减慢而不会影响所获得的车100速度。在一个实施例中，ETM速度指示器710被归一化以指示某一范围之间的当前 ETM转速(例如0-10)。S卩，逻辑705从传感器650接收速度信号并根据ETM 150的转 速的预定范围进行校准以响应地输出在其范围内驱动指示器710的信号，其刻度定为从0 至10。由于通过已知齿轮速比驾驶员可用当前ETM转速估计各换挡齿轮636的转速(或 通过速度逻辑705来计算这些速度)，因此当前ETM转速是重要的。由于传统的车辆速度计720将车100速度呈现给驾驶员，因此驾驶员能通过查看 ETS电动机150 (图1)速度指示器710和传统速度计720得知ETS电动机150的什么速 度在各个车100速度下对应于换挡齿轮636的转速。也就是说，在速度计720所示的给 定车速下，驾驶员懂得选择换挡齿轮610、612等中的一个，并将ETS电动机150的转速 人工调整至指示器710上所示的转速，这使齿轮610、612等中选定的一个的转速匹配于 其相应的换挡轭630或632的转速。尽管前述将速度指示器710与传统速度计720的结合使用是有优势的，然而其有 用性可能仅限于某些情形，例如上文中结合图4所述的向下换挡情况，并且只是对一些 没有经验的驾驶员而言。因此，在本发明的另一实施例中，如图7所示为驾驶员提供附 加的指示器。如下文中所阐述的那样，另一方面，指示器721以及指示器731、732和 733可用来确定所配合的下一齿轮何时具有合适的转速(由ETM 150转速确定)以在此时 配合于具有相应转速(由车100速度确定)的输出轴129。(指示器731-733的数量可根 据本发明各实施例而变化并在本文中也称为指示器730。)直到由换挡轭630或632中的一个配合后，换挡齿轮636才能在输出轴129上自 由转动，但仍与ETM 150的转速成各个直接比例地转动。为了使齿轮换挡，驾驶员需要 知道具体换挡齿轮636何时具有与输出轴129和换挡轭630、632的转速匹配的转速。因 此，校准指示器731-733以给出在某个范围(例如0-10)上归一化的各转速，所述范围对 应于与指示器710所给出的转速相同的刻度，由此如果由710给出的转速匹配于例如指示 器732给出的转速，这表示换挡齿轮612的转速真正地匹配于其相应换挡轭630的转速。 也就是说，逻辑705从传感器650接收速度信号并根据换挡齿轮610的相应转速的预定 范围进行校准以响应地输出信号以在其刻度定为从0至10的范围内驱动指示器731。同 样，根据换挡齿轮612的相应转速的预定范围校准逻辑705以响应地输出信号以在其范围 内驱动指示器732，该范围的刻度也被定为从0至10。同样，这对换挡齿轮612和指示器733也适用。以相同方式，输出轴转速指示器721被归一化以给出范围在0-10的输出轴129 的转速。也就是说，逻辑705从传感器652接收速度信号并根据轴129的相应转速的预 定范围进行校准，从而响应地输出信号以在刻度定为0-10的范围内驱动指示器721。因此，驾驶员可用肉眼将指示器731-733中的一个的速度指示匹配于指示器721 的速度指示以确定齿轮610、612或614中哪个齿轮适合在车辆移动的同时从传动机构122 的空档位置换挡至这个齿轮。另外，速度逻辑705可将计算出的齿轮610、612和614 转速与轴129的转速比较并选择在预定极限内具有与轴129的转速匹配的转速的齿轮610 等。因此，逻辑705对每个指示器731-733上的红灯(例如735)输出信号以指示其转速 不适应当前输出轴129转速的齿轮610等，并对绿灯(例如736)输出信号以指示其转速 适应轴129转速的齿轮610、612等。当采用速度控制逻辑705以及指示器710、721和730进行升速换挡和减速换挡 时，之后可以是如下的操作顺序。升速换挡通常关联于加速在本例中，假定车辆100 —开始停止在第一齿轮(速比620/610)，然而，可使用 将足够的转矩传递至车轮的任何初始齿轮。还假定驾驶员已切换至ETM模式并对应地压 下离合器以使ICE脱离传动机构122并保持这种状态。驾驶员将传动机构换挡至第一齿 轮并压下加速踏板，这样就发送一信号至ETM控制系统160以将越来越大的动力施加于 ETM 150。ETM转速响应所施加的动力增大，由此使车辆100速度加快。在某些时候， ETM 150转速(由170表示)会高于要求的极限，这表示车速将无法继续增大，或至少无 法以预定的充分速率增大，除非传动机构切换至较高速的齿轮(例如612)。驾驶员接着换挡至空档以准备换挡至齿轮612。在这瞬时，齿轮610的转速匹配 于输出轴129的转速且齿轮612 (以ETM 150确定的转速转动)比输出轴129转得更快。 驾驶员已从驾驶ICE车学会“灭除排气(let offonthe gas)”，由此当从较低速齿轮切换至 较高速齿轮时降低ICE的转速。对于ETM模式，需要相同的动作。由于ETM 150—直 配合于传动机构122，因此传动机构加载自然会使ETM 150减慢。在本发明的一个实施 例中，如果减速不够快，则ETM控制系统160还将ETM 150自动切换至发电机模式。驾 驶员随后等待，直到他得到612的转速匹配输出轴129的转速的指示，从而从空档换挡至 第二齿轮。可能发生的情形是驾驶员想要从第一齿轮换挡至第三齿轮。在这种情形下， 驾驶员只需等待直到ETM 150已足够慢且出现输出轴129的转速匹配于齿轮614的指示 为止。减速换挡驾驶员或者想要减慢车速，或者想要在给定车速下增大转矩。为了减慢车速，驾驶员可能施加降低车速的制动。如果传动机构齿轮仍然配合 于输出轴129，则控制系统160还可将ETM切换至发电机模式以在恢复一部分车辆动能 的同时进一步降低车速。在任何一种情形下，驾驶员必须在某些时刻换挡至空档(除非 配合于第一齿轮)，从而独立调整ETM转速以配合于下一个较低速齿轮转速。驾驶员接 着等待，直到出现下一个可用较低速齿轮(例如第一或第二齿轮)在当前车速下匹配于输 出轴129的转速的指示(例如绿灯736)为止。当换挡齿轮将更多转矩传递给车轮时，驾驶员不一定想要减慢车速，然而，需要防止ETM超出最大RPM极限。开关746向速度逻辑705指示当前配合在哪个齿轮。 在本发明的实施例中，速度逻辑705通过适当的绿灯指示在换挡至空档前，在给定车速 下哪些较低速齿轮是可能的。这样，驾驶员可能确定当要求额外转矩时要采取什么动 作。例如，如果车辆以特定速度移动且驾驶员正接近一坡道并判定需要额外转矩，则较 低速齿轮上的灯将指示是否能够配合于下一个较低速齿轮而不超出ETM速度极限。在这 种情形下，驾驶员可以换挡至空档，增大ETM转速并随后当指示器表示特定较低速齿轮 转速匹配于输出轴129的转速(车速)时换挡至较低速齿轮。如果指示器表示在特定车 速下没有适合的较低速齿轮，则驾驶员可使用制动或在齿 轮配合的同时将ETM切换至发 电机模式，直到绿灯表示下一个较低速齿轮在新的车速下可用为止。在另一实施例中，齿轮匹配指示器730可配置成指示换挡齿轮636和输出轴129 的转速之间的差。也就是说，速度逻辑705响应轴125的感测转速(它与ETM 150转速 具有固定联系)和计算出的齿轮610转速之间的差计算并输出信号至指示器731。同样， 这也适用于指示器732和齿轮612以及指示器732和齿轮614。这种情形也可使用归一化 范围(例如0-10)，其中红灯735位于顶部(接近10，最大差指示)而绿灯位于底部(接 近0，最小差指示)。如此，驾驶员一直被提供有何时从空档换挡至下一齿轮的指示。在本发明的另一特征中，可通过视觉或听觉或两者的结合将速度指示提供给驾 驶员。例如，该速度指示可作为大小可变的条形图(如图7所示)、或作为一个或多个可 变的数字或作为指针位移以视觉方式提供，其中数字或条形图大小或指针位移与所指示 的速度成比例。这种速度指示可替代地或另行表现为可变音调的声音，其中例如较高的 音调表示较高的速度。上文中，已描述了一些实施例，其中指示器731-733给出当前ETS电动机150速 度下各个齿轮610、612和614的转速对应的转速，相反指示器710将对应于ETS电动机 150的转速的信号提供给驾驶员。在本发明的另一实施例中，指示器731-733给出与当前 车轮320速度下的每个齿轮610、612和614的转速对应的转速，就像每个齿轮610等配 合于其各个换挡轭630或632，即使传动机构122处于空档。也就是说，逻辑705例如响 应与当前车轮320关联的当前轴129转动或来自传感器652的轴129转速信号并且还响应 于(齿轮602、604的组合速比)X (齿轮622、612的组合速比)计算发送给指示器732 的信号，以使指示器732给出与轴125在当前轮速下转动对应的转速，就像齿轮612配合 于换挡轭630那样。同样，根据本实施例，这同样适用于指示器731、齿轮620和610、 轭630、指示器733、齿轮624和614以及轭631。在相关实施例中，指示器731-733可给出速度差。也就是说，逻辑705例如响应 轴129和轴125的当前转速之差计算发送给指示器732的信号，就像齿轮612即使在传动 机构122处于空档也配合于换挡轭630那样。根据该实施例，这同样适用于指示器731、 齿轮620和610、轭630、指示器733、齿轮624和614以及轭631。在一个实施例中，由于如果车辆的传动机构低速齿轮中的一个处于配合状态则 处于ETM模式下的操作是最佳的，控制系统检测车辆运行时的传动齿轮。控制系统还检 测ICE的转速，例如每分钟转数(RPM)。传统车辆控制系统160可能已包括用于检测齿轮位置和ICE转速的传感器，在这 种情形下附加的ETM控制设备可与这些传感器形成接口。例如，大约自1993年依赖，重型柴油卡车已包含通过J总线通信的内燃机控制模块(ECM)350(见图1)。在一个实 施例中，ETM控制设备通过J总线与通常包含在或关联于ECM 350的传统传感器形成接 口。替代地，ETM控制设备除了传统地包含作为ECM 350 一部分或与之关联的传感器 外还可包括用于检测车辆运行状态的新增传感器。ETM控制 系统160包括控制逻辑。在一个实施例中，控制逻辑160可包括内置 式处理器(未示出)，该内置式处理器具有从传感器接收信号并将控制信号输出至ETM中 例如致动器设备(例如离合器致动器412)的设备的I/O端口。控制逻辑响应所接收的传 感器信号检测车辆的工作状态并响应检测工作状态产生输出信号。在示例性ICE工作模式下，控制逻辑可检测到车辆处于较低速齿轮(例如第一、 第二或第三齿轮)且ICE 302的转速低于1000RPM。这种条件对于工作在ETM模式下 是理想的。在这种情形下，控制逻辑可启动ETM控制系统的输出设备要么自动换挡至 ETM模式要么允许驾驶员从ICE工作模式转换至ETM模式。相反地，如果控制逻辑检 测出这些状态不落在ETM模式极限内，则ETM控制系统可阻止从ICE工作模式转换至 ETM模式。在一个实施例中，从ICE模式至ETM工作模式的人工转换包括如下顺序的步 骤1)控制逻辑通过分析传感器输入来确定车辆处于适合ETM操作的工作状态并允 许控制器发出利于模式转换的信号。2)驾驶员然后压下离合器踏板以将ICE从传动机构输入脱离。3)驾驶员将传动机构换挡至空档。4)驾驶员然后切换至ETM模式并通过将点火开关切换至“附属”位置而关闭 ICE。5)响应对ETM模式的选择而启用关联的ETM控制器，这进而产生使离合器致 动器将离合器保持在压下位置的信号。感测加速踏板位置的信号被ETM控制器用以确定 施加于ETM的动力(例如电压)量。在一个实施例中，施加于ETM的动力量是随脉宽 调制(PWM)而变化的。6)驾驶员然后通过调节ETM转速以使下一齿轮转速匹配于输出轴的转速(由此 匹配于当前车速)确定要(从空档)换挡至哪个下一齿轮。7)将传动机构换挡至下一齿轮。一旦传动机构换挡至某个齿轮，则通过将更多或更少的动力施加于ETM进而将 更多或更少的转矩通过传动机构施加于车轮，驱动改变车速。如果在ETM模式下要求的车辆运行不再可能，则驾驶员使用下列步骤返回到 ICE工作模式1)在一个实施例中，驾驶员人工地调整他的脚以使脚保持则将车辆离合器踏板 保持在压下位置以确保ICE —旦离合器致动器解除离合器踏板上的保持时与传动机构脱罔。2)驾驶员然后通过传统ICE点火开关起动ICE。这包括旋转钥匙点火器，从 “附属”位置通过“熄火”和“发动”位置，然后到弹簧归位的“起动”位置。一旦
点火开关离开“附属”位置到达ICE “起动”位置，则ETM控制信号自动禁止ETM模式。3)向ETM控 制器发信号以撤去对ETM提供的动力。在一个实施例中，这必将 造成将动力耦合于ETM的接触开关脱开(dropout)以取消对ETM供电。4)向离合器致动器发信号以使其解除保持在压下离合器踏板的状态，将离合器 的控制权返还给驾驶员。5)将动力施加给起动电动机，使ICE通过曲柄起动。6)将传动机构换挡至空档位置。7)借助加速踏板调整ICE转速(RPM)以使要换挡至的下一齿轮的转速同步以使 其对应于传动机构输出轴的转速(车速)。8)释放离合器以使ICE曲轴配合于传动机构以工作在ICE模式下。9)将ETM模式开关切换至OFF以防止在点火开关“附属”位置重启ETM。10)替代地，将ETM模式开关切换至“发电”位置，由此适当地配置ETM允 许当ETM通过ICE作用或通过使传动机构转动的车轮作用而转动时产生电压。ETM发 电机电压可用来运行附件或对车辆的起动电池或辅助动力系统的辅助电池充电。本文中 使用的术语“电池”可包括数个单独串联或并联的电池。在一个实施例中，ETM控制系统接收传感器信号，检测工作状态，响应检测的 工作状态产生输出信号，并对人工起动的启动顺序执行如下控制动作，其中用斜体字表 示的动作针对包含燃料电池的ETM系统。1.人的动作(“HA”)将柴油机点火开关转至“附属”位置。输出信号On= 12vdc/0ff = OvdcΑ.配备牵引机底盘倾斜计传感器以确定地形坡度。传感器输出信号0-5^^如==>计算机输入信号(“IS”)i.传递至计算机输入的参数士 10垂直角。如果倾斜信号<2且>-3°角，则计 算机动作(“CA” )允许。B.配备负载单元传感器以确定集装箱重量。输出信号0-5vdc==>ISi.传递至计算机输入的参数0-40,000磅。如果重量< 35,000磅，CA 允许C.从J总线读取牵引机传动机构齿轮选择i.如果低转速齿轮选择，CA:允许D.配备APU动力系统。i.CA干接触密封==> 主燃料电池功率系统接触器关闭。ii.CA 干接触密封== > “配备ETM的”灯发光。颜色黄。On = 12vdc/ Off = Ovdc 人工界面(“HI”)。2.CA:干接触密封==> “备有确认系统的”发光开关点亮。颜色黄。3.HA按下发光的“备有确认系统的”开关==>触点闭合==>CA:干触点 闭合。A.离合器致动器驱动电动机螺线管供能。On = 12vdc/0ff = OvdcB.制动空气压缩机电动机螺线管供能。On = 12vdc/0ff = Ovdci.如果IS来自牵引机制动系统中的低(例如IOOpsi)制动空气压力开关传感器， CA干触点闭合。
C 电动机控制器(MC)速度输入。0_5vdcIS来自充电系统中的电流传感器。 0-50mvdcD.辅助动力系统吹气电动机螺线管供能。On = 12vdc/Off = Ovdci.IS充电系统电流传感器。0_50mvdc如果电流> (预定门限)，CA:干触点闭合。Ε.Η2供燃料阀螺线管供能(以幵启)。On = 12vdc/Off = OvdcCA 干触点闭合。F.H2配有净化阀/定时器(供能)以短时间(例如2秒)地清洗管线。螺线管 On =12vdc-Off = Ovdci.IS充电系统电流传感器。0-50mvdc。如果电流> (预定门限)，CA 干触点 闭合。G.冷却液流动泵电动机供能。On = 12vdc/Off = Ovdci.如果IS燃料电池电流支路> ImV(意即> 10安培燃料电池)，CA 干触点闭
口 OH :冷却液流动热交换风扇i.热交换风扇 #1。On = 12vdc-Off = OvdcIS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=(预定的范围)华氏度如果温度>130华氏度，CA:干触点闭合。ii.热交换风扇 #2。On = 12vdc-Off = OvdcIS来自冷却系统中的温度传感器。RTDO-IOOohms =预定的华氏度范围。如果温度>140华氏度，CA:干触点闭合。I.供能(ICE模式)/解除供能(ETM模式)电池充电系统发电机。i.IS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=预定范围的华氏度。如果温度>120华氏度，CA:干触点闭合==> 供能。ii.IS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=预定范围的华氏度如果温度>150华氏度，CA:干触点闭合==> 解除供能。在一个实施例中，ETM控制系统接收传感器信号，检测工作状态，响应检测工 作状态而产生输出信号，并以推论方式对人工操作的停机顺序执行控制动作。在另一实施例中，ETM控制系统接收传感器信号，检测工作状态，响应检测的 工作状态产生输出信号，并对自动起动顺序执行如下控制动作，其中斜体字表示的动作 针对包含燃料电池的ETM系统。1.HA将柴油机点火开关转至附属位置。输出信号On= 12vdc/Off = Ovdc2. “配有确认系统的”发光开关发光。红色3.HA按下“备有确认系统的”发光开关==> 触点闭合。A.配备牵引机底盘倾斜计传感器以确定地形坡度。传感器输出信号0-5vdc == > 计算机输入信号(“IS，，)i.传递至计算机输入的参数士 10垂直角。计算机动作(“CA”)允许如果<2且>_3°角
B.配备负载单元传感器以确定集装箱重量。输出信号0-5vdc = = >ISi.传递至计算机输入的参数0-40,000磅。CA:允许如果< 35000磅 C.从J总线读取牵引机传动机构齿轮选择i.CA允许如果选择低速齿轮。D.从J总线读取牵弓I机转速。i.CA 允许如果转速< 20MPH。E.CA解除对电池动力组件交流电动机供能。F.CA 使主 ICE 停运。G.配备APU动力系统。i.主燃料电池动力系统触点闭合。CA:干接触闭合。ii. “配备ETM的灯”发 光。颜色黄。On = 12vdc/Off = Ovdc 人工界面(“HI”)。H.离合器致动器驱动电动机螺线管供能。On = 12vdc/Off = OvdcLIS来自“配有确认系统的”开关。CA:干接触闭合。I.制动空气压缩机电动机螺线管供能。On = 12vdc/Off = Ovdci.如果IS来自牵引机制动系统中的低(例如IOOpsi)制动空气压力开关传感器， CA干触点闭合。J.电动机控制器(MC)速度输入。0_5vdcIS来自充电系统中的电流传感器。 0-50mvdcK.辅助动力系统吹气电动机螺线管供能。On = 12vdc/Off = Ovdci.IS充电系统电流传感器。0-50mvdc如果电流> (预定门限)，CA:干触点闭
口 OL.H2供燃料阀螺线管供能(以开启)。On = 12vdc-Off = OvdcCA干接触闭合。M.H2净化阀/配有定时器(供能)以短时间(例如2秒)地清洗管线。螺线管 On =12vdc-Off = Ovdci.IS充电系统电流传感器。0-50mvdc如果电流> (预定门限)，CA:干触点闭
口 ON.冷却液流动泵电动机供能。On = 12vdc/Off = Ovdci.如果IS燃料电池电流支路> ImV(意即> 10安培燃料电池)，CA:干触点闭
Π OO :冷却液流动热交换风扇i.热交换风扇 #1。On = 12vdc-Off = OvdcIS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=(预定范围)华氏度如果温度>130华氏度，CA:干触点闭合。ii.热交换风扇 #2。On = 12vdc-Off = OvdcIS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=预定范围的华氏度如果温度>140华氏度，CA:干触点闭合。
P.供能(ICE模式)/解除供能(ETM模式)电池充电系统发电机。i.IS来自冷却系统中的温度传感器。RTLD0-100欧姆=预定范围的华氏度如果温度>120华氏度，CA:干触点闭合==> 供能。ii.IS来自冷却系统中的温度传感器。RTD0-100欧姆=预定范围的华氏度如果温度>150华氏度，CA:干触点闭合==> 解除供能。
在一个实施例中，ETM控制系统160接收传感器信号，检测工作状态，响应检 测工作状态而产生输出信号，并以推论方式对自动停机顺序执行控制动作。驾驶员可能无意地通过使传动机构122停留在对给定车速过低的齿轮而致使 ETM 150以过大转速转动。过速危险由于ETM 150远比ICE 302更为安静而恶化。因 此驾驶员可能不能迅速觉察到过速危险。过速危险还因为主ICE离合器120不再起到在 ETM模式下将传动机构从其原动驱动器(ECM150)脱离的传统作用而加大。为了应付过 速危险，在一个实施例中设置警报器，该警报器在ETM 150经历过速状态时发出信号。 例如，AC感应式ETM可具有6000RPM的预定转速极限而DC电动机ETM可具有略低的 过速极限。在本文描述的一些实施例中，警报器可以是听觉或视觉警报器或两者皆有。 驾驶员可响应过速指示将传动机构122人工地换挡至空档。在另一实施例中，动力输出器140的齿轮组包括PTO离合器机构，当工作在ICE 模式时用于将ETM从PTO脱离。可提供示例性的螺线管操作的致动器以使PTO离合器 响应于接收在检测到ETM过速状态时产生的控制信号而使PTO离合器脱离。在一个实施例中，车辆的离合器踏板响应当ETM模式激活时产生的信号而通过 离合器致动器自动保持在位，由此使ICE从传动机构120脱离。在另一实施例中，离合 器致动器可工作以响应ETM过速状态的检测而自动释放ICE离合器。另外，ETM过速 状态的检测也可切换车辆使其脱离ETM模式。现在参见图12，图中示出可实现本文的控制相关过程的实施例的计算机系统 1200。要理解，术语“计算机系统”旨在涵盖具有执行来自存储介质的指令的处理器的 任意设备，不管是指内置式控制器、微控制器、个人计算机系统(手提式或其它)或以其 它术语表示的装置。计算机系统1200包括一个或多个处理器1215、例如RAM的易失性 存储器1227和非易失性存储器1229。存储器1227和1229存储程序指令(也称“软件 程序”)，这些指令可由处理器1215执行以实现根据本发明的软件程序的各个实施例。 一个或多个处理器1215以及存储器1227、1229通过总线1240互连。输入/输出适配 器1245还连接于总线1240以实现处理器1215和其它装置或电路之间的信息交换。系统 1200还适于至少暂时连接键盘1233和定位设备1230 (例如鼠标)。显示适配器1246可 用来与一个或多个显示设备1237形成接口。所示实施例还包括用于数据存储的盘驱动器1247以及操作系统1251和软件应用 1252。操作系统1251可编程在专用的芯片硬件(未示出)中。未明显示出的I/O设备 可包括例如磁带驱动器的其它设备。数据的存储可通过计算机系统1200的一个或多个进程来实现并可包括存储在例 如其上运行进程的计算机系统1200或例如经由网卡1249耦合于网络1250并进行访问的 系统(未示出)的其它计算机系统上的存储器1227或1229的存储器中。另外，本文实施例的至少一些控制关联的进程能以由处理器执行以实现例如上文所述的方法(即进程)的指令的计算机可读介质的形式分布。这种计算机可读介质可具 有多种形式。本文的实施例可等同地适用而不管实际用来实现分布的信号承载介质的具 体类型。有形计算机 可读介质的例子包括可记录型介质，例如软盘、硬盘驱动器、RAM 和CD-ROM。传输型介质的例子包括数字和模拟通信链路。各实施例可以各种方式实现一种或多种软件程序，包括基于程序的技术、基于 组件的技术和/或面向对象的技术及其它。具体实例包括XML、C、C++objects、Java 和商用类库。本领域内技术人员可以理解本文描述的硬件可根据应用而变化。所给出的 例子不意味着包含对本发明的架构约束。从前面内容可以得出许多优势。例如，本文的实施例提供新的排废降低可能 性。这些可能性对重型柴油卡车来说尤其具有吸引力，由于这些车辆不仅排出导致臭氧 耗尽的一氧化氮，还排出柴油微粒物质。因臭氧耗尽而增大的紫外线辐射以及柴油微粒 物质如果处于高浓度的话均会危及健康。为了进一步理解新的排废降低可能性，再次参见图1。在本发明的一个实施例 中，可将电池170和电动机150新增至传统车辆100。在这种情形下，具有这类受约束大 小的电池170和ETM 150的优势在于，可将它们以有限的成本和车辆100结构的有限变 化新增至车辆100。然而，由于电池170和ETM 150可能仅在ETM工作模式下提供车辆 100的牵引动力，要理解电池170和ETM 150必须具有足够尺寸以使车辆100运行。因 此，电池170和ETM 150应当具有足够能力应付车辆100在平常使用中可能遇到的传统 负载。然而，在一个实施例中，可有意地选择电池170和ETM 150使其具有极为有限 的尺寸，并因此例如当车辆100是重型柴油卡车时，传递机械动力的能力一即车辆100 在某些经常遇到的情形下处理一些传统负载的能力一受到限制。该实施例可配置成如 此限制，在于ETM 150和电池170满足成本、尺寸和重量的约束条件。作为一个例子，牵引电动机150和电池170可能不足以用传动机构122的较高速 齿轮下运行车辆100，例如高于通常使遇到的速度满足正常路面应用的第三齿轮。在另一 示例性实施例中，ETM 150和电池170可能不足以使满载车辆100运行在某些齿轮下或高 于某一百分比。要理解，在打算使ETM 150和电池170具有受限制尺寸和性能并且操作要求包 括更高速行驶或在坡道上行驶的情形下，驾驶员或系统需要比减慢行驶速度、停车和空 转所需更频繁地阶段性地在ETM工作模式和ICE模式之间交替。结果，当ETM 150和 电池170有意地具有有限尺寸并且工作要求包括较高速驱动时，即使在车辆移动时也需 要在ETM和ICE模式之间交替。进一步要理解，使用PT0140的传动齿轮将ETM 150耦合于传动机构122提供电 动机150与传统传动机构122更经济和直接的耦合并且是创新的和无法直觉推断的。对 于传动机构122为人工传动机构且防止使用离合器120对传动机构的齿轮进行换挡的情形 下，这是尤其真实的。因此，在一个实施例中，ETM 150和电池170的性能以及齿轮换挡限制均可能对 车辆100的运行造成挑战。然而，在这里使用在某些情形下可能在传统和直觉上认为不 可接受的实施例，这些实施例允许实际和非常有利的应用。然而，具有ETM 150和电池170以及前述齿轮换挡限制的有限性能的实施例可对上万种已有重型柴油驱动卡车作出改 型以使其在ETM模式下间歇地在受限制的环境中运作。这些实施例提供之前经济上不 可行的成就。此外，这些实施例示出有意采纳的限制并适合用于人口密集的城市区域内 的街道和高速公路，它进一步允许在最需要的区域内——即重型柴油卡车最密集的区域 内——降低排废。从前面内容还应理解，由某些尺寸的ETM 150和电池170的性能限制和“无离 合器”齿轮换挡限制两者引发的困难可通过新增至车辆的某些控制特征得以减轻。选择和描述本文所述的实施例以最好地解释本 发明的原理并允许本领域内技术 人员理解这些特征和优势。具有未描述的多种改型的各其它实施例可适合某一特定考量 的用途，但仍然落在本发明的范围内。例如，再次参见图1，电池170也可或代替地由车辆100上包含的燃料电池 180(例如氢燃料电池)再充电，其中该示例性氢燃料电池是由包含在车辆100上的压缩氢 气罐提供的。除了向电池170充电以对电动机150供能外，示例性燃料电池180也可对 传统牵引机系统12VDC电池310充电。燃料电池180的千瓦容量和气罐181的存储容量 可随实施例而变化。在一个实施例中，燃料电池180具有15kW的容量，且气罐181在 100磅/平方英寸(psi)下具有1公斤的氢存储容量。除非清楚和专门陈述，下面的权利要求书不旨在暗示任何具体的动作顺序。对 权利要求书的一些部分使用标记，例如a)、b)、c)等，本身不暗示任何具体顺序，而是 仅仅利于对这些部分作出引用而已。图8是本文实施例中使用的步骤的流程图；在步骤801，离合器踏板被压下。 在步骤802，对车辆是否处于ETM工作状态作出判断。在步骤802的测试结果为是时， 则作出至步骤804的分支，在步骤804执行一个或全部必要的动作。如果步骤802的测 试结果为否，则作出测试以确定传动机构是否处于空档。如果传动机构不处于空档，则 进行等待直到到达空档为止。如果传动机构处于空档，则执行步骤804的动作；切换至 ETM工作模式，停运ICE并对ETM供能，启用ETM控制器，并向离合器致动器发信号 以保持离合器踏板压下。在步骤805，驱动加速踏板由此发出指示加速器位置的可变信 号。在步骤806，响应来自加速踏板的可变信号将可变的动力提供给ETM以控制车辆。 在步骤807，在需要或要求时，齿轮换挡而不使用离合器以使用ETM换挡控制算法来控 制车速。图9是本文实施例中使用的步骤的流程图；在步骤901，作出ICE是否从传动机 构输入轴脱离的判断。如果来自步骤901的结果是否，则发起等待。如果判断结果为 是，则在步骤902，传动机构换挡至空档并感测出空档位置。在步骤903，测量ETM转 速和车速并对应于换挡齿轮和输出轴的转速产生信号。在步骤904，调节ETM的转速和 /或车速，直到下一齿轮指示器指示下一齿轮的转速匹配于传动机构输出轴的转速为止。 在步骤905，响应下一齿轮的转速(ETM转速)匹配于传动机构输出轴转速(车速)的指 示，传动机构换挡至下一齿轮而无需使用离合器。在步骤906，改变加速踏板位置以在传 动机构处于要求齿轮的同时改变车速。图10是本文所述实施例中使用的步骤的流程图；在步骤1001，对车辆是否处于 ICE模式作出判断。如果步骤1001的判断结果为是，则执行等待。如果结果为否，则在步骤1002操作者用脚保持离合器踏板。在步骤1003，将点火钥匙从附属位置切换出，由 此撤去来自ETM的动力并使保持离合器踏板压下的离合器致动器脱离，将离合器控制权 返还给操作者。在步骤1004，ICE是使用点火开关起动的。在步骤1005，加速踏板工作 以获得ICE要求的RPM。在步骤1006，传动机构换挡至要求的齿轮。在步骤1007，离 合器释放以使ICE配合于传动机构输入轴以驱动车辆的牵引轮。作为选择，车辆从ETM 模式切换至发电模式以产生电池充电电流。图11是本文所述实施例中使用的步骤的流程图；在步骤1101，响应加速位置传 感器信号将动力施加于ETM。在步骤1102，将离合器踏板保持在压下状态，通过启用 ETM模式而使ICE脱离。在步骤1103，响应指示制动踏板被压下以发起制动的传感器信 号而从ETM撤去动力。在步骤1106，启用必要车辆子系统用的辅助驱动器并使用ETM 电源予以供能。在步骤1107，辅助驱动器通过ETM电源予以供能。已经描述了本发明的多个 实施例。然而，应当理解的是，在不背离本发明的精 神和范围的情况下，可作出多种修改。
权利要求
1.一种具有用于驱动耦合于牵引轮的差动机构的传动机构的车辆，包括内燃机(ICE)，所述ICE通过离合器耦合于所述传动机构的传动机构输入轴，其中当 操作所述离合器的离合器踏板不被压下时，所述ICE配合所述传动机构输入轴以使所述 传动机构输入轴转动，且当所述离合器踏板被压下时，所述ICE与所述传动机构输入轴 脱离；传动齿轮组，所述传动齿轮组耦合于所述传动机构的动力输出器(PTO)端口，所述 PTO耦合于所述传动机构输入轴；牵引电动机(ETM)，所述牵引电动机(ETM)具有耦合于所述传动齿轮组的输出轴的 输出轴，其中在ETM工作模式，当所述ICE从所述传动机构输入轴脱离时，所述ETM响 应施加于所述ETM的动力而使所述传动机构输入轴转动，而在ICE工作模式，当所述离 合器使ICE配合于所述传动机构输入轴时，所述ETM响应所述传动机构输入轴的转动而 转动。控制系统，所述控制系统从所述车辆的电气系统以及传感器接收信号，所述传感器 监视车辆的操作并产生输出控制信号；辅助电力系统，所述辅助电力系统耦合成当处于所述ETM工作模式时为所述车辆的 所述ETM和子系统供电；一个或多个致动器，当处于所述ETM工作模式时所述一个或多个致动器响应于所述 输出控制信号从所述辅助动力系统接收动力，其中一个致动器是离合器致动器，所述离 合器致动器当处于所述ETM工作模式时保持所述离合器踏板压下而当处于所述ICE工作 模式时释放所述离合器踏板；以及一个或多个指示器，所述一个或多个指示器配置成在所述ETM工作模式下向用户呈 现指示何时从空档换挡的信号，以使以由所述车辆的速度决定的速度转动的换挡轭配合 于以由ETM转速决定的速度转动的下一换挡齿轮。
2.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个指示器指示所述ETM转 速并因此指示所述换挡齿轮的速度。
3.如权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个指示器指示所述车辆的速 度并由此指示与传动机构输出轴耦合的所述换挡轭的速度。
4.如权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个指示器给出特定换挡齿轮 和耦合于传动机构输出轴的所述换挡轭之间的转速差的指示。
5.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个指示器提供当特定换挡齿 轮由换挡轭配合时点亮的光。
6.如权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述一个或多个指示器提供当特定换挡齿 轮由换挡轭配合时具有特定颜色的光。
7.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述控制系统包括接收多个传感器信号并 产生耦合于所述一个或多个指示器的速度指示信号和齿轮匹配信号的控制逻辑。
8.如权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述控制逻辑接收指示与所述ETM的速 度成比例的速度的传感器信号、指示与所述车辆的速度成比例的速度的传感器信号、指 示车辆负载的传感器信号、指示所述车辆相对于路面的倾斜度的传感器信号、以及指示 齿轮换挡器的当前位置的换挡信号，并为所述一个或多个显示器产生所述速度指示信号和齿轮匹配信号。
9.如权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述控制逻辑处理所述传感器信号并产生 要配合于哪个换挡齿轮来优化所述车辆的运行的指示。
10.如权利要求1所述的车辆，其特征在于，监视所述车辆的运行的传感器包括指示 加速器踏板的位置的可变信号以及指示何时所述车辆正在制动的制动信号。
11.如权利要求10所述的车辆，其特征在于，所述ETM响应所述制动信号切换至发 电机模式。
12.—种运行车辆的方法，所述车辆具有包括由离合器耦合于内燃机(ICE)的传动输 入轴的传动机构，所述传动输入轴通过耦合于所述传动机构的动力输出器端口的传动齿 轮组进一步耦合于牵引电动机(ETM)的驱动轴，所述方法包括启用控制系统以从所述车辆的电气系统和传感器接收信号，所述传感器监视所述车 辆的运作并产生输出控制信号；响应ETM模式信号以及指示所述ICE供电断开的信号而启用所述控制系统的ETM工 作模式；响应于所述ETM模式信号向离合器致动器发出将离合器踏板保持在压下位置的信 号，其中当所述离合器踏板压下时所述离合器使所述ICE从所述传动机构输入轴脱离， 而当所述离合器踏板不被压下时使所述ICE配合于所述传动机构输入轴；响应第一速度信号确定由所述ETM驱动的多个换挡齿轮中的每一个换挡齿轮的转速；响应第二速度信号确定耦合于所述传动机构的所述输出轴的换挡轭的转速； 当特定换挡齿轮匹配于特定换挡轭的转速时，产生换挡指示；以及 响应在一个或多个显示器上观察到所述换挡指示而从空档换挡成使所述特定换挡轭 配合于所述特定换挡齿轮而不使所述ETM从所述传动齿轮组脱离。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括用点火开关切断所述ICE并当所 述点火开关处于附属位置时接通所述ETM工作模式。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括操作所述车辆的加速器踏板由此将可变信号发送至所述控制系统；以及 响应所述可变信号从辅助动力系统向所述ETM提供可变的动力，由此控制所述车辆 的速度。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括调节所述ETM的速度和/或所 述车辆的速度，直到所述一个或多个显示器具有特定换挡齿轮匹配于特定换挡轭的转速 的换挡指示为止。
16.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括 将所述离合器踏板保持在压下位置；切换所述点火开关使之离开所述附属位置，由此向所述控制系统发出断开来自所述 ETM的供电的信号，由此释放所述离合器致动器； 使用所述点火开关起动所述ICE ； 操作所述加速器踏板以为所述ICE设定要求的转速； 配合对应所述车辆的速度和所述ICE转速的要求的换挡齿轮；以及释放所述离合器踏板以将所述ICE配合于所述传动机构输入轴。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括将所述ETM切换至发电机模式 以提供电池充电电流。
18.如权利要求13所述的方法，其特征在于，还包括当处于所述ETM工作模式时响应于指示所述制动踏板处于压下状态的制动信号而撤 去来自所述ETM的动力，由此激活制动；以及响应于下一较低速换挡齿轮的速度与耦合于所述传动机构输出轴的换挡轭的速度匹 配的换挡指示从空档换挡至较低速的换挡齿轮。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括响应所述制动信号将所述ETM 切换至发电机模式。
20.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括使用辅助动力源向必要的车辆子 系统的辅助驱动器供能。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，所述辅助驱动器包括舒适子系统的驱动器ο
22.—种车辆中的装置，所述车辆具有经由手动离合器机械耦合于传动机构的输入的 内燃机(ICE)，所述离合器可响应驾驶员的致动而作用于使所述ICE脱离所述传动机构， 所述装置包括通过传动齿轮组耦合于所述传动机构的输入的电动机，以使所述离合器使ICE从所 述传动机构脱离的操作不使所述电动机从所述传动机构脱离，其中所述传动机构包括耦 合于所述车辆的行轮的输出；耦合于所述离合器的致动器；控制，所述控制作用于定位所述致动器从而在所述ICE脱离所述传动机构的情况下 保持所述离合器，由此所述行轮由电动机而不是所述ICE供能，其中所述传动机构包括 换挡齿轮和具有空档位置的换挡机构，其中在所述空档位置，所述换挡齿轮与所述传动 机构的输入和输出脱离，并且所述换挡机构具有各换挡齿轮的配合位置，其中当所述换 挡机构处于各配合位置时，所述换挡齿轮配合于所述传动机构输出并具有相对于所述行 轮的转动而言固定的转动关系；第一速度指示器，所述第一速度指示器用以向驾驶员提供取决于所述电动机的转动 的速度；以及第二速度指示器，所述第二速度指示器用以向驾驶员提供取决于所述行轮的转动的 速度，由此当所述行轮转动且所述ICE通过所述离合器从所述传动机构脱离时，驾驶员 可选择并配合其中一个换挡齿轮，这是通过i)将所述换挡机构切换至空档位置，ii)参照 所述第一和第二速度指示器调整所述电动机的转动以使所选择的换挡齿轮的转动匹配于 所述行轮的当前转动，以及iii)将所述换挡机构换挡至将所选齿轮配合于所述传动机构输 出的位置来实现的。
23.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一指示器关联于所选择的换挡齿 轮并且所述装置还包括速度逻辑，用来接收取决于所述电动机的转动的速度信号，响应与选择的换挡齿 轮关联的预定齿轮速比调节所述速度信号，并将经调节的速度信号发送至所述第一指示器，其中由所述第一指示器给出的速度响应于经调节的速度信号并还取决于与所选择的 换挡齿轮关联的齿轮速比。
24.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第二指示器关联于所选择的换挡齿 轮并且所述装置还包括速度逻辑，所述速度逻辑用以接收取决于所述行轮的转动的速度信号，响应与所选 择的换挡齿轮关联的预定齿轮速比调节所述速度信号，并将经调节的速度信号发送给所 述第二指示器，其中由所述第二指示器给出的速度响应于经调节的速度信号并还取决于 与所选择的换挡齿轮关联的齿轮速比，但与所选换挡齿轮是否以固定转动关系配合于所 述传动机构输出无关，因而所述第二指示器就像所选择的换挡齿轮与所述传动机构输出 具有固定转动关系那样给出所选择的换挡齿轮的转速，而不管所选择的换挡齿轮实际上 是否具有所述固定的转动关系。
25.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述第一和第二指示器之一关联于所选 择的换挡齿轮并且所述装置还包括与附加的各个换挡齿轮关联的附加指示器。
26.如权利要求25所述的装置，其特征在于，还包括用以响应对取决于所述行轮的速度的速度和取决于所述电动机速度的速度的比较而 产生当前行轮转速的换挡齿轮选择信号的逻辑，其中产生所述选择信号逻辑包括响应各 换挡齿轮来调节取决于行轮的速度或取决于电动机的速度，其中关联于各换挡齿轮的指 示器包括响应从所述逻辑接收所述选择信号提供换挡齿轮选择信号的发信设备。
27.如权利要求22所述的装置，其特征在于，所述电动机以允许所述电动机通过所述 传动齿轮组和动力输出器端口向所述传动机构的输出供电的配置通过所述传动齿轮组耦 合于所述传动机构的动力输出器端口。
28.如权利要求22所述的装置，其特征在于，由所述指示器提供的速度指示包括可听 地给出的速度指示。
29.一种车辆中的方法，所述车辆具有经由手动离合器机械耦合于传动机构输入的内 燃机(ICE)，所述离合器响应于驾驶员的致动而使所述ICE脱离所述传动机构，所述方法 包括使电动机通过传动齿轮耦合于所述传动机构输入，以使令ICE脱离所述传动机构的 所述离合器操作不使电动机脱离所述传动机构，其中所述传动机构包括耦合于所述车辆 的行轮的输出；将致动器耦合于所述离合器；定位所述致动器以在所述ICE从所述传动机构脱离的情况下保持所述离合器，以便 通过电动机而不是所述ICE向所述行轮供能，其中所述传动机构包括换挡齿轮和具有空 档位置的换挡机构，其中所述换挡齿轮从所述传动机构的输入和输出脱离，并且所述换 挡机构具有对各个换挡齿轮的配合位置，其中当所述换挡机构处于各配合位置时，所述 换挡齿轮配合于所述传动机构输出并具有相对所述行轮的转动而言固定的转动关系；以 及向驾驶员提供取决于所述电动机的转动的第一速度指示以及取决于所述行轮的转动 的第二速度指示，由此当所述行轮转动且所述ICE通过所述离合器从所述传动机构脱离时，驾驶员可选择并配合其中一个换挡齿轮，这是通过i)将所述换挡机构换挡至空档位 置，ii)参照所述转速指示器调整所述电动机的转动以使所选择的齿轮的转动匹配于所述 行轮的当前转动，以及iii)将所述换挡机构换挡至将所选齿轮配合于所述传动机构输出的 位置来实现的。
全文摘要
一种车辆具有通过驱动牵引轮的差动机构由标准传动机构耦合的内燃机(ICE)和牵引电动机(ETM)。控制系统接收传感器信号，其中包括速度传感器、负载传感器和倾斜传感器。控制系统处理转速信号以产生与ETM转速、车速、换挡齿轮和传动机构输出轴转速对应的指示器信号。一个或多个显示器给出何时对应于ETM转速的换挡齿轮转速匹配于所述车辆的车速并由此匹配于传动机构输出轴的转速的指示。当存在下一换挡齿轮的转速与耦合于传动机构输出轴的换挡轭的转速匹配的指示时，操作者可不经离合器地从空档换挡至下一换挡齿轮。
文档编号F16H63/42GK102015405SQ200980116549
公开日2011年4月13日 申请日期2009年3月31日 优先权日2008年4月1日
发明者W·O·哈里斯 申请人:零发射体系股份有限公司