CN101842277A - 基于射频的对混合动力运载工具的自动驱动切换 - Google Patents

Abstract

公开了一种方法和装置，其用于当电池-燃烧混合动力运载工具在室内(在此禁止排放)和室外(在此可以接通燃烧驱动模式来推进以及对电池再充电)之间穿梭时，在电池-燃烧混合动力运载工具的驱动模式之间进行自动切换。电磁装置——诸如发射机应答器、发射机和/或接收机——被用来限定例如进入仓库的门口，并提供所述运载工具载有的、用于检测所述电磁装置或接收机的装置。一旦检测到，该运载工具的驱动就被从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。发射机可以被放置以覆盖该仓库区域，以限定其周界或者仅限定门口。可以采用单个频率向接收机发信号，以交替地在每次检测到时接通和断开。优选地，采用两个频率向接收机发信号，以分别接通和断开。或者，只要接收机检测到该射频，就维持运行第一驱动模式；而在检测不到这种射频的情况下，就接通第二驱动模式。

Description

基于射频的对混合动力运载工具的自动驱动切换

技术领域

本发明涉及具有双驱动模式——例如排放量较少的由电池供能的马达(motor)和石油燃机(petroleum combustion engine)——的混合动力运载工具(vehicle)，由此当进入优选或要求特定驱动模式的区域时需要执行驱动模式切换。虽然驱动模式切换迄今须由运载工具的驾驶员或操作者手动执行，但本发明公开了用于自动执行这种切换的方法和装置。

背景技术

混合动力运载工具的优点之一在于，具有从两个或更多个能量源中选择驱动模式或推进器的能力。例如，对于以排放量较少的由电池供能的马达作为第一驱动模式、以石油燃机作为第二驱动模式的混合动力运载工具，当该运载工具驶入封闭空间或者建筑物的室内诸如仓库(warehouse)、机库(hanger)、货站(cargo terminal)、冷藏间等时——在此由于封闭的空间和/或空气调节而不期望发生废气排放、氧气损耗、内燃处理以及大量热量产生——将选择该第一模式。

这种运载工具通常被用于既在室内又在室外运行，在室外运行的情形中，可以接通(switch on)内燃机(internal combustion engine)驱动模式，并可以断开(switch off)由电池供能的驱动。由于电池动力常规上不持久，尤其当它被用来在零排放区域运转相对重型的机器——诸如运载工具——一段时间时常常需要重充电。因此，当运载工具以燃机驱动模式在室外行驶时，该第二驱动模式中的一些也可以被节省以对电池重充电，以用于接下来的进入封闭区域的行程。

为了说明机场的行李转运货站——在此货站建筑物可以是受空气调节的并要求对该建筑物内的机器运行进行零排放控制——中的日常问题，使用电力-柴油混合动力牵引车(hybrid electric-dieseltowing tractor)。一旦进入该货站建筑物，就通过放置在建筑物入口处或者作为建筑物入口上方的台架的布告牌，提醒该牵引车的驾驶员断开燃机并接通电池动力。此人工提醒方法使驾驶员分神而不能专注于其驾驶以及在装卸中途停下。

常常，这种切换会被忘记，从而牵引车会开着石油燃机进入建筑物，导致在室内产生废气——其慢慢才会通过建筑物通风排出。另一方面，忘记断开电池动力而又接通燃机将导致电池组被耗尽，从而不能为接下来的室内行程充分重充电。因此，驾驶员的这种简单遗忘会妨碍仓库的日常运作或货站的行李运输和分类。因此，如果提供如下的机制则将是理想的：当混合动力运载工具进入或离开作为预先指定的区域的货站或仓库时执行驱动模式切换，使得驾驶员可以专注于其驾驶以及装卸路线，而不发生可能导致运载工具运行中断或重充电等待停工期的人为错误。

在现有技术中有，诸如：美国专利No.5,072,703——其教导了用于运转重型运载工具的空气调节的启动、运转和停止第二内燃机的基于温度的控制；美国专利No.6,952,156——其公开了一种用于控制对运载工具点火的访问的射频发射机应答器(radio-frequencytransponder)检测；或者美国专利No.7,151,464——其描述了一种用于通过射频来控制电动马达的设备；但是，在我们的检索中没有遇到任何在混合动力运载工具的两个驱动模式之间的自动切换。事实上，我们可以找到的最接近的现有技术是美国专利No.6,823,954，其提供了过扭矩(over-torque)以平息(smooth over)从电动马达驱动到内燃机驱动的手动切换中的驱动损耗或离合器接合震动(clutchengagement shock)。因此应注意，这最后一篇文献被引用在此，并非作为对相关现有技术的承认，而是作为对本发明的使能或补充。

发明内容

因此，如果可以提供如下的方法或设备则将是理想的：当混合动力运载工具被驾驶员驾驶着接近或进入要求采用特定驱动模式而非另一种驱动模式的区域时，使得能够启动该混合动力运载工具的驱动模式之间的自动切换，并且当运载工具被驾驶着退出或离开该区域时自动归复所述另一模式。在这种理想布置中，驾驶员将能够专注于其驾驶和其路线。

在一个一般性的实施方案中，本发明提供了一种用于针对预先指定的区域来自动切换混合动力运载工具——包括电力-石油混合动力运载工具——的驱动模式的方法，其中所述运载工具被期望在所述区域内以第一驱动模式被驱动、在所述区域外以第二驱动模式被驱动，所述方法包括：布署(deploy)电磁装置，以限定所述区域的至少一个门口(gateway)；提供所述运载工具载有的、用于检测所述电磁装置的装置，一旦检测到所述电磁装置，就将所述运载工具的驱动模式从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。优选地，该电磁装置被布署以限定所述门口中的每一个，包括所述区域的入口和/或出口。更优选地，该电磁装置限定所述区域的周界。

在本方法的第一个方面，该电子装置被提供为发射机应答器，其中可以布署多个发射机应答器以限定所述门口中的每一个，包括入口、出口和周界。

作为第二个方面，所述混合动力运载工具载有的、用于检测该电磁装置的装置可以包括无线电收发机，其能够检测所述电磁装置的接近度，并致动(actuate)驱动切换以相应地选择驱动模式。

在本方法的一个实施方案中，混合动力运载工具的驱动模式的自动切换可以提供有至少一个射频(RF)发射机，该发射机的发射场覆盖所述区域的至少一个门口；并提供所述运载工具载有的至少一个接收机，其能够接收所发射的射频，一旦接收到该射频，所述运载工具的驱动模式就被从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。期望在所述预先指定的区域内被驱动的第一驱动模式是无排放的，包括由电池供能的驱动；而第二驱动模式是要在所述预先指定的区域外被驱动的、由燃烧供能的驱动。

在另一个实施方案中，可以将多个射频发射机放置在所述预先指定的区域内及附近，以提供覆盖该区域的射频场。或者，可以将多个射频发射机放置在所述预先指定的区域周围，以限定其周界。可以采用单个频率或频率范围向接收机发信号，以交替地在每次检测到时接通和断开。优选地，采用两个频率或频率范围向接收机发信号，以分别接通和断开。或者，只要接收机检测到该射频，就维持运行第一驱动模式，在检测不到这种射频的情况下，就接通第二驱动模式。

在一个优选实施方案中，该切换被预设为以某时滞(time lag)运行，以实现在距该预先指定的区域大约5米的切换缓冲距离。更优选地，所发射的射频处于小频率或低频率。本方法可以被实施于在开放区域和封闭区域之间穿行的混合动力运载工具，包括行李拖运车(luggage tow vehicle)、移动式运输机(mobile conveyor)、支持与供给车(support and supply vehicle)、叉车(fork lift)、货物搬运车(cargo handling vehicle)等。本方法也可以被纳入如下的系统，其中电磁装置、发射机应答器、发射机或接收机、或其组合可以被施行于在仓库、货站等环境中自动切换混合动力运载工具驱动的方法中。

附图说明

为了更好地理解本发明，我们现在将结合本说明书参照下列附图。这些附图将在下文作为对本发明的具体或优选实施方案的非限制性及示例性图示被进一步详细描述，在附图中：

图1示意性地图示了根据本发明一个实施方案的区域，诸如货站或仓库建筑物，其要求混合动力运载工具的特定驱动模式，并被重叠的射频发射场覆盖或限定；

图2示出了带有根据本发明另一个实施方案的控制系统的混合动力运载工具的驱动传输的示意图；

图3描述了根据本发明另一个实施方案的、混合动力运载工具载有的射频控制电路的示意图；以及

图4图示了根据本发明的、两个驱动运行模式之间的自动切换的算法。

具体实施方式

本发明宽泛、总体地涉及用于自动切换混合动力运载工具——其可以被定义为包括电力-石油混合动力运载工具——的驱动模式的方法。通常，该切换针对预先指定的区域而被致动，其中该运载工具被期望在该区域内以第一驱动模式被驱动、在该区域外以第二驱动模式被驱动。具体而言，该第一模式是无排放或零排放、无氧损耗、无高热量产生的驱动，诸如由电池供能的马达运行，而该第二驱动模式是内燃机。本方法原则上包括，布置电磁装置，以限定该预先指定的区域的至少一个门口，并进一步提供该混合动力运载工具载有的、用于检测该电磁装置的装置。一旦检测到该电磁装置，该运载工具的驱动模式就被从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。

应理解的是，在本说明书中——

“石油”或“燃烧”发动机(engine)包括靠柴油、汽油或其他形式的化石燃料/有机燃料/生物燃料运转的常规内燃机；

“电磁装置”包括如下的电磁频谱的任何信号或场：该电磁频谱包括无线电波、或射频、或红外、或激光、或超声、或定位传感器(GPS)、或视觉识别，以及任何用这种信号或场来运行的有源或无源电子设备，包括发射机应答器、发射机、接收机、摄像机等。

“门口”也被理解为零排放控制区域的入口或出口(或用于进入和离开零排放控制区域的口)，在下文中，受空气调节的仓库将被用作这种排放受控区域的—个示例。

存在对本发明的许多可能的配置或实施方案，尤其是在电磁装置的布署方面。例如，电磁装置可以仅被布署在被强制实行零排放策略的区域的入口或出口处，或者可以布署多件电磁装置以限定该区域的周界。

如上所述，该电磁装置可以是有源或无源设备——诸如被放置在仓库门口处的发射机应答器，由此当混合动力运载工具进入或离开该仓库时将经过该发射机应答器。对于无源发射机应答器——诸如被实施在流行的射频识别(RFID)标签中的，被放置在门口处的发射机应答器的工作不要求电源。对于RFID或无源发射机应答器，其可以从与其接触的无线电波中获得能量，并产生待被接收机读取的信号。这样，就可以将合适的射频无线电收发机安装在混合动力运载工具载有的、可以轻易将射频发射至发射机应答器并从发射机应答器接收信号的位置。从发射机应答器接收的信号接下来可以被编程，以致动混合动力运载工具上的、可以执行驱动模式切换——例如断开对燃机的点火并接通由电池供能的马达以继续驱动该运载工具——的电子电路。

通过使用这种发射机应答器来限定或标注仓库或零排放控制区域的门口或周界，门口可以作为场所准许(situation warrant)被快速设置或变更。除了陆基运载工具(land-based vehicle)，本发明的许多特征可以被纳入混合动力海上运载工具。例如，在开放的植被或野生区域中的生态旅行，在这些区域中废气和过度的燃机噪声会驱走待被观察的昆虫或动物，或者与挥发性流体发生反应，这种发射机应答器门口可以根据地形、潮汐、生物迁徙或浮油漂移等而被快速设置或重放置，使得混合动力运载工具或船舶以危害最小的驱动模式进入受控区域。

除了发射机应答器以及混合动力运载工具载有的发射接收机的使用，本发明的方法也可以通过如下的方式实现：提供至少一个射频(RF)发射机，其发射场覆盖受控区域——诸如仓库——的至少一个门口；并提供混合动力运载工具载有的至少一个接收机，其能够接收所发射的射频。一旦接收到或检测到该射频信号，所述运载工具的驱动模式就可以被电子逻辑装置从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。

与发射机应答器一样，发射机可以被布置成一定布局，并有足够的数量，以覆盖仓库的每个门口，或者形成仓库的完整周界，或者如图1所示，以完全覆盖仓库10的、以外围空间12作为缓冲的地面区域。

图2示出了具有如下的驱动传输的混合动力运载工具20的示意图：该驱动传输可以用根据本发明的自动切换控制系统来控制。该射频控制系统的关键是射频接收机板22，其部件和电路板可以被安装在合适的位置，以便于根据发射机相对于经过该发射机的运载工具的位置和高度(即，在左侧还是右侧、窗口或保险杠的高度等)来接收射频，这也取决于无线电波的有效传输的强度或距离。

一旦接收到该射频信号，射频接收机板22载有的逻辑器件就可以致动或制止(deactivate)燃机24，视情况而定。如果发动机24被致动，则电池电源26将被制止，反之亦然。如果该发动机被致动，则可以将平常的燃烧驱动传输至差动轴(differential axel)，从而驾驶员可以像平常一样驱动运载工具。该驱动传输的一个优选实施方案如图2所示，其中发生器28被示为永久地结合至该发动机，其中，在燃烧驱动期间，该发动机也被用于运转发生器28以对电池26再充电，这可以由发生器控制器30调节。如果发动机24被制止，则发生器控制器30可以感测到发动机24不在运转，从而将不对电池26充电，而是经由分立的马达控制器32使电池26能够放电，以运转马达34从而驱动该运载工具的差动轴36。

在图3中，示出了混合动力运载工具载有的射频控制电路的示意图，由此致动信号可以经由通用输入/输出(GIO)端口A和B被发射，这些端口被示为经由光耦合器(opto-coupler)被连接，以保护敏感的射频电路免受待被致动的部件的过量电流或电压影响。通过混合动力运载工具的射频接收机板和其他部件(诸如用于连接至GIO-A端口的大功率继电器和用于发动机的启动机(starter)的启动机继电器，以及用于截断发动机燃料供应的燃料螺线管(fuel solenoid)——其电路连接至射频接收机板的GIO-B端口)之间的电接触的此断开，射频接收部件得到了保护。应注意，图3的实施例仅示出了用于混合动力运载工具的柴油发动机的电路示意图。对于燃机驱动采用汽油发动机的混合动力运载工具，可以提供到点火系统的连接，来代替燃料螺线管。

如图4所示，其中图示了在两种驱动模式之间自动切换的算法，来自发射机的、被射频接收机板接收到的信号，根据数字逻辑经由GIO-A和GIO-B端口被发射，由此可以设置时滞(在图4中被示为3秒)，使得运载工具在柴油发动机启动且电池电源断开以将驱动模式切换至燃烧模式之前移离仓库外围。优选的缓冲距离是距仓库门口大约5米，而3秒的时滞可以根据运载工具的平均速度而被改变以实现期望的缓冲距离。

对于本领域普通技术人员也明显的是，除了采用单个射频信号或频率发射以使得该切换以轮流(toggle)或交替方式(即，第一次检测到该射频信号时将燃烧模式切换至电池模式，下一次检测到该射频信号时归复燃烧模式，以此类推)，也有可能将无线电收发设置配置为处理两个不同的射频信号或频率，即，一个信号专用于从燃烧模式切换至电池模式，第二个信号专用于从电池模式切换至燃烧模式。

另一个优选特征是安装多个发射机，其相比于具有较高功率发射的单个发射机，提供较低的功率发射，从而降低对驾驶员以及工作在仓库内和周围的人员的健康威胁。

除了在仓库的室内和室外之间穿梭的混合动力运载工具，本发明也可以被施行于在开放区域和封闭区域之间交替行驶的广泛的混合动力运载工具，包括机场行李拖运车、移动式运输机、医护车、环境友好的主题公园客车、市中心公共汽车、支持与供给车、叉车、货物搬运车等。对不能容忍废气或噪声的野生动植物保护区、危险物质区、灾害区或战区，设置临时的或任意的周界或短期门口也是有用的。

对于本领域普通技术人员也明显的是，修改本发明并使其适合广泛的配置。例如，利用标记门口的无源发射机应答器，通过将发射机应答器设备固定于标记门口的可去除立柱，可以随时随地设置临时门口。对于较长范围的缓冲切换区，即，为了使得较长范围的射频能够被检测到，可以使用有源发射机应答器来代替无源发射机应答器。如果除了检测接通或断开射频信号之外还要处理更多的信号输入以判断是否应该致动运载工具的驱动切换，则可以采用更复杂的逻辑流或人工智能技术。

如果要求结构化的信号以避免或过滤干扰、电子噪声或与在运行场地盛行的其他形式射频的冲突，则本射频传输可以被布置为以数据包或协议的形式被传输，该数据包或协议可以被纳入我们的算法，为射频中固有的、所传输的数据包的可能损失提供补偿。这些更改和其他修改将被认为落入下列权利要求的范围和字面意思内。

Claims (17)

1.一种用于针对预先指定的区域来自动切换混合动力运载工具——包括电力-石油混合动力运载工具——的驱动模式的方法，其中所述运载工具被期望在所述区域内以第一驱动模式被驱动、在所述区域外以第二驱动模式被驱动，所述方法包括：

(i)布署电磁装置，以限定所述区域的至少一个门口；

(ii)提供所述运载工具载有的、用于检测所述电磁装置的装置，一旦检测到所述电磁装置，就将所述运载工具的驱动模式从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。

2.权利要求1所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中该电磁装置被布署以限定所述门口中的每一个，包括所述区域的入口和/或出口。

3.权利要求1所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中该电磁装置限定所述区域的周界。

4.权利要求1所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中该电磁装置是至少一个发射机应答器。

5.权利要求4所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中布署多个发射机应答器以限定所述门口中的每一个，包括入口、出口和周界。

6.权利要求1所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中所述混合动力运载工具载有的、用于检测该电磁装置的装置包括无线电收发机，其能够检测所述电磁装置的接近度，并致动驱动切换以相应地选择驱动模式。

7.权利要求1所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，包括：

(i)提供至少一个射频(RF)发射机，其发射场覆盖所述区域的至少一个门口；

(ii)提供所述运载工具载有的至少一个接收机，其能够接收所发射的射频，一旦接收到该射频，所述运载工具的驱动模式就被从一个驱动模式切换至另一个驱动模式。

8.权利要求7所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中期望在所述预先指定的区域内被驱动的第一驱动模式是无排放的，包括由电池供能的驱动；并且其中第二驱动模式是要在所述预先指定的区域外被驱动的、由燃烧供能的驱动。

9.权利要求7所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中多个射频发射机被放置在所述预先指定的区域内及附近，以提供覆盖所述区域的射频场。

10.权利要求7所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中将多个射频发射机放置在所述预先指定的区域周围，以限定其周界。

11.权利要求7所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中采用单个频率或频率范围向接收机发信号，以交替地在每次检测到时接通和断开。

12.权利要求7所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中采用两个频率或频率范围向接收机发信号，以分别接通和断开。

13.权利要求9所述的用于自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中只要接收机检测到该射频，就维持运行第一驱动模式，在检测不到这种射频的情况下，就接通第二驱动模式。

14.权利要求7-13中任一所述的自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中该切换被预设为以某时滞运行，以实现距该预先指定的区域大约5米的切换缓冲距离。

15.权利要求7-13中任一所述的自动切换混合动力运载工具的驱动模式的方法，其中所发出的射频处于低功率发射。

16.一种实施根据权利要求1-15中任一所述的方法的设施，其被实施于在开放区域和封闭区域之间穿行的混合动力运载工具，包括行李拖运车、移动式运输机、支持与供给车、叉车、货物搬运车等。

17.一种如下的系统，其纳入了在上述任一权利要求所述的被施行于仓库、货站等环境中的方法和/或设施中采用的至少一个电磁装置、发射机应答器、发射机或接收机、或其组合。

Images