用于将车载设备与车辆混合动力系相结合的系统的制作方法

专利名称：用于将车载设备与车辆混合动力系相结合的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及将动力输出装置与机动车辆控制系统相结合，尤其涉及在内燃机/电力混合车辆平台中扩展功能、简化系统更改、改进稳健性、并优化燃料的使用。
背景技术：
使用混合型车辆底盘来支承动力输出(PTO)装置，诸如塔吊(俗称“车载式吊车”)、垃圾车、液体燃料运输车等是相当新颖的。对PTO装置的控件的结合，特别是以最佳地利用车辆的节油的方式的结合尚未引起注意。如果PTO装置的控件仅仅是常规车辆中所携带的，则系统不会有最佳操作性，并且系统将仍然高度不灵活。
许多现代车辆都装有车载计算机、局部控制器和控制器区域网络来实现车辆控制的大多数方面。在由International Truck and Engine Corporation设计、制造和销售的车辆中，电气系统控制器(“ESC”)实现车载计算机的功能。互相通信并与ESC通信的局部控制器分发数据、并请求实现控制的局部编程的基本操作。
在一常规车辆中，通常只有车辆的引擎能符合PTO装置所需的动力需求。该引擎，通常是能以高速公路速度推动车辆的内燃机，被设计成提供远远超过PTO装置所需的功率，因此在车辆支持PTO操作时未以最佳方式操作。问题在吊塔车辆的环境中更严重，其中车辆在PTO操作期间并不移动，且PTO操作本身仅仅是应操作人员要求不定期进行的。如果引擎一直运转，会由于引擎空转同时等待操作人员输入且产生寄生损失而浪费许多燃料。在某些类型的混合配置中，用于使车辆从待机启动的牵引电机可用于支持PTO。电机承受比热机少得多的寄生损失，并且需要相对较小的功率输入来产生过量的输出。然而，仅仅应用牵引电机来支持PTO操作并不是一件简单的事。任何操作方案都必须考虑电池充电状态，并在需要时能从热机支持PTO操作。
为PTO操作装备的现有技术车辆通常包括继电器阵列和延伸硬接线来支持装置。这使得车辆难以更改，并容易有硬件故障。系统的更复杂混合控件是这种车辆，特别是来自不同制造商的混合车辆的主要子系统。例如，在吊塔—本申请考虑的混合车辆中，Eaton Corp.提供牵引电机、变速器、变速器控制器、混合控制器、锂离子电池、齿轮选择控制器和逆变器；International Truck and Engine提供车载计算机、引擎，并将组件装入车辆；装载底盘上的PTO装置可来自众多源，尽管吊塔的较佳源是Altec Industries，它提供电磁控制液压阀、接近开关、拨动开关、电机、继电器、螺线管和灯。
Eaton子系统由安装在International底盘上的模块化子组件组成。除非是耦合的，否则这些子组件以及大部分International底盘系统并不了解安装在底盘上的PTO装置发生了什么。
然而，这些系统知道这些是绝对必要的，因为通过装在变速箱上的PTO和支承底盘电气架构在适当时间向装在底盘上的PTO装置提供水势和电势达适当时段，以支持精确的装置功能是它们的工作。相反，出于同样的理由，这些系统需要与先前分配的装在底盘上的PTO装置通信。由该通信间隙产生的问题有两层。第一个问题是安装在底盘上的PTO装置无法与数据链接架构上的其它控制器通信。第二个问题是如果安装在底盘上的PTO装置具有通信装置，则会传送什么消息以及它们如何格式化？此外，车辆数据总线上的什么系统在它相关于其它控制模块及其相关联组件时将在数据链接上收听。

发明内容
根据本发明提供了一种装有动力输出操作附件的油电混合车。油电混合车包括链接其车载计算机的一条常规公用数据总线、以及至少两条(优选为至少三条)的辅助数据总线。一条辅助数据总线使变速箱控制器与混合系统控制器和变速箱齿轮选择控制器互相链接，并向公用数据总线提供通路。另一辅助控制器链接用于PTO附件控制的一般可编程模块和车载计算机，而车载计算机又向公用数据总线提供通路。又一辅助数据总线连接在开关组和车载计算机之间，而车载计算机又向公用数据总线提供通路。
动力输出操作附件的控制被结合于一个或多个远程动力模块(RPM)。RPM是车载计算机/电气系统控制器(ESC)通过控制器区域网络(本文中为专用的J1939数据链接接口)的扩展。然后ESC执行对动力输出操作附件的控制和通信。用这种方法来实现与数据链接架构的公用部分上的其它控制器的结合。
数据链接架构上这些可变组件的包括其精确功能的结合通过优选使用International Truck and Engine的Diamond LogicTMBuilder(DLB)软件配置工具实现的软件来达到。该结合和控制策略将基本混合系统、变速箱、自动离合器、发动机、防抱死制动系统(ABS)和PTO附件功能考虑在内，从而允许它们根据特定的一组灵活的和一直改变的要求以共生关系工作。最广泛意义上的要求必须通过灵活软件而非一组特定的功能要求利用通过驻留在商用、或其它定制车辆底盘上的数据链接系统将混合驱动系统结合到安装TEM底盘上的装置的方法/策略。
控制装置通过特定车辆专用的、并可随时间改变的编程来最后决定，该车辆获得了灵活性并且增强了系统的稳健性。此外，PTO附件的通电可用使燃油使用最少的方法来实现。在正常情形中采用了混合车辆牵引电机，以提供用于PTO操作的动力。通常使用所储备的电能。该电能通常表示从再生制动储备的动力。然而，它还可表示在内燃机在其动力输出超过发动机对动力的即时需求的水平上运行的任何时候所储备的动力。响应于电池的低电荷状态的表示，可运行发动机以支持PTO操作，但这么做时它以最佳输出运行，且所输出的过度动力转而产生作储备的电力。因而发动机仅短暂地并在其最佳动力水平上运行，从而最小化寄生损失的影响。
其它效果、特征和优点将在以下的说明书中显而易见。


相信是本发明特征的新颖特征在所附权利要求中阐述。然而，当结合附图阅读时通过引用一说明性实施例的详细描述，本发明本身、以及一种最佳使用模式、其它目的和优点将得到最佳的理解，在附图中图1是用于将操作人员置于各个上升位置的车载升降台组件的简化视图。
图2是用于装有PTO应用的混合型车辆的车辆控制系统的高级示图。
图3A-3G是车辆动力传动系统的状态图。
图4示出由控制器用于总线/数据链接之间通信的转换例程的位置和特征。
图5是示出本发明一较佳实施例的操作的高级流程图。
图6是示出本发明一较佳实施例的操作的高级流程图。
具体实施例方式
现在参看附图、特别是图1，示出了移动式升降台车辆1的一个示例。该移动式升降台车辆1包括装于车辆后部的平台上的升降台单元2。该升降台单元2包括通过枢轴互相连接的下吊杆3和上吊杆4。该下吊杆3又安装成基于支柱6和可旋转支架7在车辆平台上旋转。可旋转支架7包括用于下吊杆3的一端的绕轴旋转安装件8。桶5被固定在上吊杆4的自由端，并在将桶升至工作区域时支承工作人员。桶5通过枢轴附于吊杆4的自由端，以一直保持水平取向。升降单元9连接在支架7与下吊杆3之间。枢轴连接件1O将单元9的下吊杆汽缸11连接到支架7。汽缸连杆12从汽缸11伸出，并通过枢轴13连接到吊杆3。下吊杆汽缸单元9连接到提供适当液压油的加压源，该加压源使组件得以升降。如下所述，加压液压油的主源最好是自动变速箱。
下吊杆3的外端互连到上吊杆4的下方枢轴端。枢轴16使下吊杆3的外端与上吊杆4的枢轴端互连。上吊杆补偿汽缸单元或组件17连接在下吊杆3与上吊杆4之间，用于围绕枢轴16移动上吊杆，以相对于下吊杆3围绕枢轴16定位上吊杆。上吊杆补偿汽缸单元17被构建成允许上吊杆4相对于下吊杆3独立移动，并提供两吊杆之间的补偿移动，以升高上吊杆和下吊杆。从与单元9一样的源中向单元17提供加压液压油。
参看图2，示出了向车辆1提供控制和燃油使用管理的控制系统21的高级示图。电气系统控制器24—一类车载计算机—通过公用数据链路18链接到各个局域控制器，这些局域控制器又在大多数车辆1的功能上实现了直接控制。电气系统控制器(ESC)24还可直接连接到选定的输入和输出。如图所示，点火开关输入、刹车踏板位置输入和停车刹车位置传感器被连接以向ESC 24提供信号。在一些实施例中，液面传感器输入和油门位置输入也可向ESC 24提供信号。来自驾驶室内的PTO操作控件的信号可使用驾驶室内开关组56来实现。驾驶室内开关组56经由符合SAEJ1708标准的专用数据链路64连接到ESC 24。数据链路64是低波特率数据连接，通常为9.7K波特的数量级。除ESC 24之外的4个主要局域控制器被示为连接到公用数据链路18。这些控制器是发动机控制器46、变速箱控制器42、油表控制器58和防抱死制动系统(ABS)控制器50。数据链路18最好用于公用控制器区域网络(CAN)的符合SAEJ1939标准的总线，并且目前支持最高达250k波特的数据传输。可以理解，其它控制器也可安装在车辆1上与数据链路18通信。常规的ABS控制器50控制刹车52的应用，并接收来自传感器54的轮速传感器信号。轮速经由数据链路18报告并由变速箱控制器42监视。
车辆1最好是使用动力传动系统20的油电混合车，其中牵引电机/发电机32与发动机28相谐调地连接。与其它混合设计一样，该系统旨在取回车辆的惯性动力以补充发动机输出。动力传动系统20是提供本发明中优点的混合设计的一特定变体。发动机28的操作还旨在直接支持PTO操作，并用来生成用于储备的电能。这样，在用于直接支持PTO操作时(或者可能在要求发动机运行的任何其它时间)发动机28在其最佳动力输出水平上运行。牵引电机/发电机32用于在减速期间通过使用驱动轮26驱动牵引电机/发电机32来取回车辆动能。发动机28可用来提供发电的动力，以发电并操作PTO系统22、向驱动轮26提供动力、或提供动力并运行发电机发电。当PTO系统22是一升降台单元2时，在车辆移动时它就不可能进行操作，且本文的描述中假设实际上将需要车辆停止，但在发生这种情形时仍可存在其它PTO应用。在这些情形下，使用足够的发电机容量，预期电力发电、动力产生和PTO操作可并发。
动力传动系统20响应于牵引电机/发电机32被车辆动力反馈驱动，来提供动能的取回。这些正负牵引电机作用之间的转换由混合控制器48检测和管理。牵引电机/发电机32在制动期间通过逆变器36产生施加于储备电池34的电。混合控制器48查看ABS控制器50的数据链接通信量，来确定如果启动了再生制动，则再生动力制动是否会增加或增强轮子滑动状况。变速箱控制器42检测数据链接18上的这种通信量，并将其转换为控制信号，以施加于数据链路68上的混合控制器48。牵引电机/发电机32在制动期间产生通过混合逆变器36施加于锂离子储备电池34的电。某些电能可从混合逆变器中转移，以通过DC/DC逆变器62保持对常规12伏DC底盘电池60的充电。
电池34是锂离子电池，并且最好是车辆1的唯一动力储备系统。锂离子电池用于42伏DC动力系统。在撰写本申请时的车辆中，许多12伏应用仍然通用，且车辆1装有一并行12伏系统，以支持这些系统。该可能的并行系统为简单说明起见并未示出。基于发动机驱动的交流发电机的12伏DC电机车辆动力系统、以及12伏6节铅酸电池已使用了几十年，并且对本领域技术人员是众所周知的。包括这种并行系统将允许使用被设计成用于电机车辆的便于使用的和便宜的组件，诸如用于照明的白炽灯。否则将非理想地考虑由12伏组件引入的重量问题和额外的复杂性。
牵引电机/发电机32可通过经由逆变器36从电池34中提取动力来用于推动车辆1，它提供3相340伏均方根值功率。电池34有时被称为牵引电池，以区分它与用来向各个车辆系统提供能量的辅助12伏铅酸电池60。高载重车辆与常规车辆相比易于展现差得多的来自混合移动的增益。所储备的电能的较佳使用是向PTO系统22供电。此外，牵引电机/发电机32用于在启动位置点火时启动发电机28。在一些情形中，发动机28用于驱动牵引电机/发电机32，且变速箱38处于空挡，以产生用于对电池34再充电的电，和/或啮合到PTO系统22，以产生用于对电池34再充电的电、并操作PTO系统22。这将响应于重PTO系统22使电池34的电荷变低而发生。通常发动机28具有比操作PTO系统22所需的大得多的输出。结果，用它来全部时间地直接运行PTO系统22由于发动机引起的寄生损失而极为低效。更大的效率是这样获得的接近于其额定输出地运行发动机22以对电池34再充电，然后关闭发动机，并使用电池34来向牵引电机/发电机32供电以操作PTO系统22。升降台单元2常常仅由工人偶发地用于重新定位桶5，从而避免发动机22的浪费空转。发动机22周期性地以有效速度运转，以在仅当电池34需要时将电池再充电成充电状态。电池34的充电状态由混合控制器48确定，该混合控制器48在数据链路68上将该信息传送给变速箱控制器42。变速箱控制器42又可请求ESC 24通过消息使发动机28啮合到ESC 24，而ESC 24则向发动机控制器46发送动力请求信号(以及启动和停止信号)。发动机28的可用性可取决于某些编程(或硬接线)互锁，诸如发动机罩位置。
动力传送系统20包括与自动离合器30谐调连接的发动机28，该自动离合器30允许在发动机不需要动力或不需要对电池34重新充电时使发动机28与动力传送系统的其余部分断开。自动离合器直接耦合到牵引电机/发电机32，该牵引电机/发电机32又连接到变速器38。变速箱38又用来将来自牵引电机/发电机32的能量施加到PTO系统22或驱动轮26。变速箱38是双向的，并且可用于将来自驱动轮26的能量传送回牵引电机/发电机32。牵引电机/发电机32可用于向变速箱38提供动能(单独地或连同发动机28)。当用作发电机时牵引电机/发电机向逆变器36供电，而逆变器36提供用于对电池34再充电的直流。
控制系统21实现控制元件的合作以实现刚刚所述的操作。ESC 24接收与油门位置、刹车踏板、点火状态相关的输入和来自用户的PTO输入，并将这些传送给变速箱控制器42，该变速箱控制器42又将它们传送给混合控制器48。混合控制器48基于可用电池充电状态确定对动力的请求。具有ESC 24的混合控制器48产生用于施加到数据链路48的适当信号，以指示发电机控制器46开关发动机28，或者在发动机28开动时指示以什么功率输出来运行发动机。变速箱控制器42控制自动离合器30的啮合。变速箱控制器42还响应于变速箱按钮控制器72控制变速箱38的状态，确定变速箱齿轮所处位置、或变速箱是否要将驱动扭矩传递给驱动轮26、或作为PTO系统22的一部分的液压泵(或仅仅是向PTO系统22传送加压液压油，其中变速箱38用作液压泵)、或者变速箱是否处于空挡。
PTO控制通过一个或多个远程动力模块(RPM)来实现。远程动力模块数据链接到专用于ESC的扩展输入/输出模块，该ESC被编程为使用它们。RPM 40用作PTO控制器，并提供PTO设备22所需的、以及来自(和到)升降台单元2的硬接线输出70和硬接线输入66。来自升降台单元2的移动请求和位置报告施加于专用数据链路74以传输到ESC 24，它将它们转换成对其它控制器的特定请求，例如对PTO动力的请求。ESC 24还被编程为通过PTO设备22中的RPM 40来控制阀状态。远程动力模块在授让给本发明受让人的美国专利6,272,402中更全面地描述，并通过引用全部结合于此。在撰写‘402专利时，现在称为“远程动力模块”的称为“远程接口模块”。
变速箱控制器和ESC 24都用作各数据链接之间的入口和/或转换设备。专用数据链路68和74在基本上比公用数据链路28更高的波特率上运行，并且因此对从一个链接到另一个链接传送的消息提供缓冲。此外，消息可能必须重新格式化，或者一链路上的消息可能需要第二链路上的另一类消息，例如数据链路74上的移动请求可转换成从ESC 24到变速箱控制器42的变速啮合请求。数据链路18、68和74都是控制器区域网络，并符合SAEJ1939协议。数据链路64符合SAEJ1708协议。
图4示出ESC 24和变速箱控制器42提供消息转换表格224、242，解释逻辑124、142，以及消息缓冲324、342，用于在一数据链路上发生请求由仅耦合到另一数据链路的控制器作出响应的通信。变速箱控制器42和ESC 24因而提供4条数据总线之间的相互操作。数据链路68是由Eaton Corporation制造的混合变速箱控制器系统的一部分，并且不形成本发明的一部分。实际上，ESC 24和变速箱控制器42可用作通路，将消息从一个通道传送到另一通道，或者取决于该消息，可基于该消息执行操作并向特定控制器相连的任一或全部数据链路发出响应消息。
图3A-G是一系列状态图，示出发动机、离合器、电动机/发电机、电池和变速箱的组合模式，以达到本发明的实现。如上所述，高载重机动车辆与低载重轿车相比，从使用来自制动的再生动力的储备中获益较少。然而，当这些车辆被用作运送用于工作场地的装置并向其供电的可移动平台时，由于车辆发动机与该应用的失配，再生动力有利地可用于向PTO装置供电。对任一给定车辆的特定编程对该车辆是唯一的。
图3A示出车辆1的直接混合电力模式，其中电池34是PTO系统22的唯一电源。发动机28处于关闭模式(100)。自动离合器30脱开(102)，因此没有在牵引电机/发电器32与发动机28之间传送。相反牵引电机/发电机32从电池34中提取电力(放电模式108)，并操作为电机104，以按需向变速箱38提供电机扭矩。变速器38连上齿轮(106)，以向驱动轮26或PTO系统22提供驱动扭矩。
图3B示出车辆1的发动机/电池操作模式，其中电池34和发动机28供电以产生由PTO系统22使用的驱动扭矩，或者更可能地推动车辆1。发动机28运行(120)向自动离合器30提供发动机扭矩，从而自动离合器30啮合(122)。自动离合器30向作为电机操作的牵引电机/发电机32提供扭矩(124)，从而从电池34中提取电力并补充由发动机产生的扭矩。电机(124)和运行电动机(120)的组合扭矩被施加于齿轮连上变速箱(126)，该变速箱又向驱动轮26提供了驱动扭矩。这种操作模式期望用于硬加速的情形，或者车辆1用于需要高扭矩操作的状况的其它情形。总动力输出通常大大超过来自PTO系统22的任何可能需求。
图3C示出车辆1的电动机/电池操作模式，其中电动机28提供产生由PTO系统22使用的驱动扭矩、或推动车辆的动力，并且产生向电池34再充电(148)的电力。电动机28运行(140)，从而向自动离合器30提供电动机扭矩，该自动离合器30因而啮合(142)。自动离合器30向牵引电机/发电机32提供扭矩，该牵引电机/发电机32作为发电机操作(144)，以向电池34提供再充电电流(电池再充电模式148)。运行发动机(140)的组合扭矩减去由发动机强加的负载(144)施加于齿轮连上变速箱(146)，该变速箱又向驱动轮26或PTO系统22提供了驱动扭矩。在电池34已表示低电荷状态且车辆燃油储备足以允许继续PTO操作时，将期望该操作模式。所储备的燃油可低至引发中断重新充电和禁止PTO操作，而非装载PTO系统。
图3D示出车辆1的发动机/电池操作模式，其中电动机28作为发动机刹车(160)操作，且车辆的惯量提供用于再生储备于电池34的电力的驱动扭矩。可响应于电池34接近满电荷的表示、或者因为由ESC 24感应的刹车位置所指示的制动要求表示刹车要求超过了电池34接受电力的能力而使用发动机制动(160)。惯性扭矩施加于齿轮连上变速箱(166)，该变速箱将再生扭矩施加于以发电机模式运行(164)的牵引电机/发电机32。电力以再充电模式返回到电池34(168)。剩余扭矩由啮合离合器162传送到作为发电机刹车运行的发电机28(160)。
图3E示出车辆1的纯再生制动模式，其中发动机的惯量提供用于再生储备于电池34的电力的驱动扭矩。发动机28关闭(180)且自动离合器30脱开(182)。响应于检测到刹车踏板的压下、或者来自速度控制系统的超速指示，惯性扭矩被施加于齿轮连上变速箱(186)，该变速箱将再生扭矩施加于以发电机模式运行(184)的牵引电机/发电机32。电力以再充电模式返回到电池34(188)。理论上诸如在从升高的升降台单元2恢复能量的情形中从PTO系统22恢复能量是可能的。然而，可用于恢复的能量的量在升降台单元2中被视为太小，从而不能验证所涉及控制中的复杂性。控制将不得不调节升高的升降台单元的势能的恢复、以及控制升降台单元2的载货或重新定位所需的能量的转移。
图3F示出一发动机启动模式。这可在车辆1启动时发生，或响应于PTO操作期间电池的低电荷状态的表示而发生。发动机28转动曲柄(200)，且自动离合器30脱开(202)，以从电机向发动机传送起动扭矩(204)。变速箱38换成空挡(206)，从而如果PTO系统啮合，则暂时中断动力向PTO系统22的输送。当PTO系统22啮合时，适当的延迟或安全步骤可被编程为防止PTO系统22在发动机转动曲柄(200)之前的不便中断。通常向操作人员提供警报，并且必要时互锁可啮合以防止吊塔的非期望移动、或PTO操作的非期望中断。所涉及的特定状况取决于特定应用，但通常会与用于本应用的互锁相同。
图3G示出电池再充电(228)，通常如在PTO操作和随后的发动机转动曲柄的中断期间所发生的。该操作状态是结合图3C所述内容描述的模式的替代，并在电池再充电时，最好是发动机以其最有效负载运行(220)时保持PTO操作的中断。扭矩从运行中的发动机(220)施加于啮合的自动离合器(222)，并通过离合器施加于作为发电机运行的牵引电机/发电机32(224)。电力被用于电池再充电(228)。处于空挡的变速箱不产生驱动扭矩(226)。
图5和6提供装有塔吊的车辆1的控制系统20的操作的高级纵览，作为本发明在特定环境中应用的一个示例。尽管控制被视为流程图形式，但本领域技术人员可以理解，操作步骤可分布在若干控制器上，且流程图不直接表示在单个设备上执行的单个程序，而是通过若干逻辑处理器的合作实现的操作步骤。对于塔吊2的操作，较佳的是车辆1固定，尽管对于一些类型的车辆和PTO应用，这并非是必要的。因而第一步骤涉及确定车辆1是否固定。ABS控制器50经由数据链路18报告轮速，该轮速由变速箱控制器42读取，如步骤500所示。监视变速箱按钮控制器72和变速箱38的驱动轴的变速箱控制器42确定是否选择了空挡，以及驱动轴是否具有零输出。变速箱控制器42在步骤502报告在车辆轮速为零之后变速箱38处于空挡，驱动轴输出为零，并且选定齿轮处于中位。在步骤504，ESC 24读取变速箱处于空挡，并确定是否已设置了停车制动。如果是，则ESC 24报告车辆1处于其固定模式，从而允许使用升降台单元2的请求。如果步骤500、502或504中的任一个的结果为否，则程序返回到步骤500继续监视。换言之，ESC 24经由公用数据链路18看到Eaton变速箱控制器42转换成“空档”当前齿轮状态，以及车速为“0”mph。ESC 24还看到停车制动经由来自底盘接线的硬接线输入设置成“导通”。
可以理解，这里可添加对PTO操作的其它要求，例如它可要求ESC 24经由公用数据链路18报告盖子闭合，如从与ESC 24的硬接线连接确定。给定混合牵引系统运行的高电压，这可以是安全措施所需的。尽管PTO操作预期牵引电机/发电机32的操作，但混合控制器48可因为电池状态表示对发动机28操作的需求，该需求可经由变速箱控制器42传送回ESC 24，而ESC 24又向发动机28要啮合的发动机控制器46发出信号。(重要的是存在盖子闭合信号，从而自动离合器和牵引电机不会启动非预期发动机曲柄/在盖子开启且有人在盖子下面工作时发动。)如果牵引电机/发电机电池的充电状态落于28％的充电状态之下，则启动340伏牵引电池的再充电循环。ESC不读取或控制牵引电池的充电状态。由于电池的低充电状态，ESC只会告知Eaton混合系统不关闭离合器或启动牵引电机/发电机。
一旦车辆1处于固定模式，则允许塔吊单元2的PTO操作。如上所述，在其它应用中可能并不需要具有固定车辆。在步骤508，等待对PTO操作的驾驶室内请求(通常使用开关组56输入并经由数据链路64施加于ESC 24)。只要未接收到该请求，执行循环就沿着NO分支回到步骤500。一旦作出PTO请求，操作执行就继续到步骤510。如果不符合PTO操作的条件，则可向操作人员提供该事实的指示。在步骤510，ESC 24在公共数据链路18上报告PTO请求，从中可由变速箱控制器42读取该请求。变速箱控制器42将因此经由数据链路68警告混合控制器48(步骤512)。在步骤514，变速箱控制器42将经由公共数据链路18报告对PTO操作的动力可用性。在步骤516，ESC 24被指示为使PTO设备22和RPM 40通电。特别是，ESC 24通过命令RPM之一的12伏输出设定成最大值20 amps，对公共数据链路表示作出响应，变成“导通”。这样，只要上述所有条件保持不变，“主动力”源被提供给PTO装置22。
现在参看图6，描述PTO附件操作。只要“机器启用”条件保持为如根据结合图5所述并由步骤602所反映的操作所确定，且主动力呈现为用于PTO装置22，则光纤收发器系统将如步骤604所示地通电。随着安装在塔吊2的上限控制上的塔吊操纵控制杆的触发器(未示出)的按下，光纤信号应通过塔吊的上下绝缘吊杆部分3、4向下传送，然后它将通过硬接线输入66转换成离散的12伏信号，并发送给RPM的40个输入之一。在步骤608，指示由ESC 24通过专用数据链路64接收RPM的40个输入之一上的12伏信号。
响应于操纵杆移动，ESC 24产生一公共数据链路18信号，命令混合控制器48(通过变速箱控制器42)激活牵引电机/发电机32。该响应的特征易于有一些细微差别，涉及避免液压冲击、并涉及确定何时操作人员已停止请求移动。广而言之，只要ESC 24看到在适当RPM 40输入端上的塔吊操纵杆的12伏请求，ESC 24就将继续传送公共数据链路18信号，以便激活牵引电机/发电机32。然而，一旦该信号停止进入RPM 40输入端，则缺少信号在ESC 24软件中解释为操作人员放开了操纵杆的触发器。ESC 24将继续向混合控制器48发送公共数据链路18信号，以保持牵引电机/发电机32的操作达可调时间间隔。ESC 24保持该信号的原因是为了防止操作人员在塔吊的液压系统内产生瞬时冲击/压力波，而快速重新激活牵引电机/发电机32。这种瞬变会引起塔吊的正常平滑操作中的微妙到极端的波动。
出于这些原因，同时当驱动电机/发电机32驱动PTO装置22的PTO/液压泵时，ESC 24监视安装在塔吊2的液压系统的返回侧的液压变换器(未示出)。ESC24软件执行复杂运行的过滤器功能，这将补偿因热和环境温度改变(也通过传感器监视，该传感器为简单起见未示出)引起的黏度变化。这种复杂功能最终判定操作人员不再请求、或作出任何液压系统要求。在这些情形中，该ESC停止向Eaton混合控制器发送用以请求激活驱动电机/发电机操作的公共数据链路消息。结果，牵引电机/发电机停止转动PTO，并等待ESC的下一命令。这些步骤反映在流程图中，其中在步骤614，ESC被指示为获取操作数据。在步骤616，ESC 24被指示为起动过滤器功能。在步骤618，反映操纵杆移动信号的出现并考虑过滤功能的结果，操作人员请求被确认或不确认(“否”分支)。如果得到确认(“是”分支)，则表示执行步骤620，它是发给变速箱控制器42(以及隐含的混合控制器48)的请求，用以使牵引电机/发电机32通电。步骤622反映对过滤功能的状态和操纵杆位置信号的继续监视，以确定是否仍然在请求塔吊单元2的移动。如果为否，则执行步骤624以删除对牵引电机32操作的请求。处理沿着“是”分支从步骤622、或在步骤624之后返回到步骤602，作为必须保持PTO启用的表示。可以理解，如果不保持PTO启用，则删除牵引电机通电请求。
本发明允许混合技术在相对较重车辆中的有利应用，从而节约了燃油并允许热力发动机在使用时在能量级别上运行，从而最小化污染物的产生或最优化燃油使用。
尽管本发明仅以其形式之一显示，它并不因而受到限制，但它易于进行各种改变和更改，而不背离本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种内燃机-电力混合车辆，包括动力输出系统；热力发动机；牵引电机/发电机；离合器，用于使所述牵引电机/发电机与所述发动机彼此选择性地啮合和脱开；变速箱，耦合到所述动力输出系统、并机械地耦合到所述牵引电机/发电机用于扭矩的双向传输，所述变速箱具有包括空挡状态和扭矩耦合状态的多个操作模式；电池，用于向作为电机操作的所述牵引电机/发电机供电，并在所述牵引电机/发电机作为发电机操作时从所述牵引电机/发电机中接收能量；逆变器，连接在所述电池与所述牵引电机/发电机之间，用于调节所述电池与所述牵引电机发电机之间的能流；控制系统，用于选择性地啮合和脱开所述离合器，用于选择所述变速箱的操作模式，并响应于对所述动力输出系统的通电和操作的请求，用于从所述电池向所述牵引电机/发电机通电；所述控制系统包括车载计算机、变速箱控制器、至少一个远程动力模块、混合控制器、用于所述车载计算机与所述变速箱控制器之间通信的公共数据链路、用于所述变速箱控制器与所述混合控制器之间通信的第一专用数据链路、以及用于所述至少第一远程动力模块和车载计算机之间通信的第二专用数据链路，其中所述远程动力模块连接到所述动力输出系统以向其提供控制信号、并从中接收控制和数据输入，所述车载计算机和所述至少第一远程动力模块产生用于所述动力输出系统的控制信号，且所述车载计算机产生对所述动力输出系统的动力请求，并将其施加于所述公共数据链路上，从所述公共数据链路中由所述变速箱控制器读取所述动力请求，并且所述动力请求经由所述第一专用数据链路传送给所述混合控制器。
2.如权利要求1所述的内燃机-电力混合车辆，其特征在于，还包括所述变速箱控制器和所述车载控制器被编程为对于选定信号作为连接到相应装置的数据链路之间的通路进行操作。
3.如权利要求2所述的内燃机-电力混合车辆，其特征在于，还包括用于使所述动力输出系统通电的开关控件；第三专用数据链路，连接所述开关控件和所述车载计算机，用于传送信号；以及所述车载计算机被编程为对于选定信号作为所述第三专用数据链路和所述第二专用数据链路、以及所述公共数据链路之间的通路进行操作。
4.如权利要求3所述的内燃机-电力混合车辆，其特征在于，还包括所述车载计算机和所述变速箱控制器还被编程为通过产生用于在给定总线上或在与所述车载计算机或变速箱控制器相连的另一总线上传送回去的响应信号，对在所述给定总线上接收的信号作出响应。
5.如权利要求4所述的内燃机-电力混合车辆，其特征在于，还包括存储在所述电池中的能量是所述动力输出系统的主要能量源，所述发动机在动力输出操作期间的操作被限制在电池的充电状态表示需要充电的时段，并且所述发动机的操作是完成在热有效输出水平上。
6.如权利要求5所述的内燃机-电力混合车辆，其特征在于，还包括所述动力输出系统是塔吊单元。
7.一种车辆动力传动系统，包括动力输出附件，包括控制输出和输入；远程动力模块，与所述动力输出系统相连，用于向所述动力输出附件的控制输入提供信号，并从中接收控制输出；热力发动机；牵引电机/发电机；离合器，用于使所述牵引电机/发电机和所述发动机彼此选择性地啮合和脱开；牵引电池；逆变器，连接在所述牵引电池和所述牵引电机/发电机之间，用于控制所述牵引电池和所述牵引电动机/发电机之间的能流；变速箱，耦合到所述动力输出系统、并机械地耦合到所述牵引电机/发电机用于扭矩的双向传输，所述变速箱具有包括空挡状态和扭矩耦合状态的多个操作模式；变速箱控制器，与所述变速箱相连用于选择其操作模式，并与所述离合器相连用于控制其啮合；混合控制器，相连接用于在第一专用总线上与所述变速箱控制器通信，以便于控制所述逆变器响应于来自所述变速箱控制器的请求使所述牵引电机/发电机通电；车载计算机，通过公共数据链路连接到所述变速箱控制器以便通信，电连接的所述车载计算机从所述动力输出系统中收发信号，并对其作出响应产生在所述公共数据链路上传输的信号，以便由所述变速箱控制器接收，用于请求牵引电机/发电机通电以便于所述动力输出系统的操作。
8.如权利要求7所述的车辆动力传动系统，其特征在于，还包括所述车载计算机到所述动力输出系统的电连接通过第二专用数据链路和远程动力模块。
9.如权利要求8所述的车辆动力传动系统，其特征在于，还包括开关组，用于激活所述动力输出系统；以及第三专用数据链路，连接所述开关组与所述车载计算机，用于包括开关状态的数据的通信。
10.如权利要求9所述的车辆动力传动系统，其特征在于，还包括所述车载计算机和所述变速箱控制器被编程为对于选定信号作为数据链路之间的通路进行操作。
11.一种装置，包括牵引电机/发电机；再生扭矩源，与所述牵引电机/发电机相连；牵引电池；逆变器，连接在所述牵引电池和所述牵引电机/发电机之间，用于沿所述牵引电池和所述牵引电动机/发电机之间任一方向供能；动力输出系统，用于从所述牵引电机/发电机通电；分布式控制系统，包括至少三条数据总线、车载计算机、变速箱控制器和混合控制器，所述车载计算机提供所述动力输出系统的控制，所述变速箱控制器提供所述再生扭矩源的控制，且所述混合控制器控制所述逆变器和所述牵引电机/发电机的通电，且所述车载计算机和变速箱控制器在第一数据总线上通信，所述混合控制器和所述变速箱控制器在第二数据总线上通信，且所述车载计算机在第三数据总线上提供控制信号并接收与所述动力输出系统相关的数据。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括所述第三数据总线终止于远程动力单元，所述远程动力单元耦合到所述动力输出系统。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，还包括开关组，用于有关所述动力输出系统的操作人员输入；以及第四数据总线，连接在所述开关组和所述车载计算机之间。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括所述车载计算机对于选定信号作为数据总线之间的通路进行操作，并被编程为对施加于所述数据总线的其它选定信号产生响应信号。
全文摘要
一种用于装有动力输出装置的混合车辆的控制系统，提供了结合有车来年关电气牵引电机的操作的多总线网络环境，该动力输出装置预期包括液压运动控制装置和车辆热力发动机。该控制系统可简便地编程，以允许取决于所安装装置的特征来重新配置。可获得车辆的热力发动机的有效利用和增强的系统稳健性。
文档编号B60L11/02GK1983090SQ20061016903
公开日2007年6月20日 申请日期2006年12月12日 优先权日2005年12月13日
发明者J·E·比松茨 申请人:万国卡车知识产权有限公司