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CN102656040A - 用于具有混合电动传动系统的车辆上的pto设备的控制系统 - Google Patents

用于具有混合电动传动系统的车辆上的pto设备的控制系统 Download PDF

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CN102656040A CN2009801629130A CN200980162913A CN102656040A CN 102656040 A CN102656040 A CN 102656040A CN 2009801629130 A CN2009801629130 A CN 2009801629130A CN 200980162913 A CN200980162913 A CN 200980162913A CN 102656040 A CN102656040 A CN 102656040A
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Abstract

一种用于混合电动车辆的动力输出系统包括内燃机（2）、混合电动机和发电机（3）、动力输出机构（4）、混合控制模块（17）以及配合机构（27）。混合电动机和发电机（3）联接于内燃机（2）。动力输出机构（4）联接于内燃机（2）以及混合电动机和发电机（3）。动力输出机构（4）接收来自内燃机（2）以及混合电动机和发电机（3）中至少一个的扭矩。混合控制模块（17）设置成与电子系统控制器（15）电连通。混合控制模块（17）产生用于控制内燃机（2）的输出信号。配合机构（27）设置成与电子系统控制器（15）电连通。在配合机构（27）的第一模式中，动力输出机构响应于由电子系统控制器（15）产生的输出信号而与内燃机（2）以及混合电动机和发电机（3）解除联接。

Description

用于具有混合电动传动系统的车辆上的PTO设备的控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于具有混合电动传动系统的车辆上的动力输出（“PTO”）设备的液压载荷控制系统，并且更具体地涉及用于在PTO的由内燃机提供动力的操作和PTO的由混合电动传动系统提供动力的操作之间进行转换的系统和方法，该PTO供给用于液压载荷的动力。
背景技术
许多车辆现今使用混合电动传动系统，以提升车辆的效率。混合电动传动系统通常包含内燃机，该内燃机操作发电机，该发电机产生可用于驱动电动机的电力，而电动机用于使车辆运动。电动机可用于为车轮提供动力以使车辆运动，或者电动机可用于对由内燃机和传动机构提供给车轮的动力进行补充。在某些运行情况中，例如在低速运行条件下，电动机能将所有动力供给至车轮。除了提供动力来使车轮运动以外，混合电动传送系统可用于为车辆的PTO提供动力，而PTO还对PTO驱动附件提供动力。当PTO对适合于仅仅由停止车辆所使用的PTO驱动附件、例如提升附件或挖掘附件进行操作时，混合电动传送系统可仅仅对车辆的PTO提供动力。在一些情况下，混合电动传动系统无法为PTO提供充足的动力，因此，PTO需要由内燃机来提供动力。在其它情况下，会需要对混合电动传动系统的电池进行重新充电。兼顾这些情况，如果PTO由混合电动传动系统提供动力，则PTO需要停止，使得内燃机能被启动以将动力输送给PTO，或者对混合电动传动系统的电池重新进行充电。因此，需要能够将由混合电动传动系统所驱动的PTO关闭的系统和方法，使得内燃机可启动以对PTO提供动力，或者对混合电动传动系统的电池重新进行充电。
发明内容
根据一个实施例，一用于混合电动车辆的动力输出系统包括内燃机、混合电动机和发电机、动力输出机构、混合控制模块以及配合机构。混合电动机和发电机联接于内燃机。动力输出机构机械地联接于内燃机以及混合电动机和发电机。动力输出机构接收来自内燃机以及混合电动机和发电机中至少一个的扭矩。混合控制模块设置成与电子系统控制器电连通。混合控制模块设置成产生用于控制内燃机的输出信号。配合机构设置成与电子系统控制器电连通。配合机构具有第一模式和第二模式。在第一模式中，动力输出机构响应于由电子系统控制器产生的输出信号而与内燃机以及混合电动机和发电机解除联接。
根据一种过程，提供一种对用于具有内燃机以及混合电动机和发电机的混合电动车辆的动力输出系统进行操作的方法。从用户输入开关产生输出信号，以由内燃机将扭矩供给至动力输出机构。配合机构响应于来自于用户输入开关的输出信号而打开。响应于将配合机构打开，动力输出机构与混合电动机和发电机脱开。使用混合电动机和发电机来启动内燃机。在启动内燃机之后，配合机构闭合。响应于配合机构闭合，扭矩由内燃机提供给动力输出机构。
根据另一过程，提供一种对用于具有内燃机以及混合电动机和发电机的混合电动车辆的动力输出系统进行操作的方法。在动力输出系统由混合电动机和发电机提供动力的同时，利用混合控制模块对动力输出机构的载荷进行监测。当动力输出机构的所监测载荷超过预定阈值时，配合机构打开。响应于配合机构打开，动力输出机构与混合电动机和发电机脱开。使用混合电动机和发电机来启动内燃机。在启动内燃机之后，配合机构关闭。响应于配合机构闭合，扭矩由内燃机提供给动力输出机构。
附图说明
图1、2和3包括具有混合电动传动系统的车辆的示意图，其中PTO驱动液压系统包括处于打开位置的组合阀；以及
图4是处于闭合位置的组合阀的剖视图。
具体实施方式
图1、2和3示出具有车载PTO驱动附件1、内燃机2、混合电动机和发电机3以及PTO机构4的车辆的示意图。可在美国专利No.7,281,595中发现具有PTO驱动附件以及混合电动传动系统的车辆的相关附加信息，且该申请的全文以参见的方式纳入本文。内燃机2可以是柴油发动机。如图1、2和3所示，PTO驱动附件1是适合于在车辆静止时使用的液压挖掘装置，但也可使用各种其它的PTO驱动附件。由于图1、2和3所示的PTO驱动附件1适合于在车辆静止时使用，因而混合电动机和发电机3可在车辆静止时对PTO机构4提供动力。然而，如果在操作者期望获取大量动力时使用PTO驱动附件1，则操作者可在启动内燃机2之后、开始从由混合电动机和发电机3为PTO机构4提供动力到由内燃机2为PTO机构4提供动力的切换。因此，PTO机构4既机械地联接于内燃机2的输出又机械地联接于混合电动机和发电机3的输出。也就是说，PTO机构4适合于例如通过轴、齿轮、皮带之类从内燃机2或混合电动机和发电机3的一个或两个接收扭矩。
操作者会接收到警报、即混合电动机和发电机3接近最大动力输出，操作者会观察到控制混合电动机和发电机3的电力电子系统35无法为PTO机构提供充足的动力，或者操作者会简单地从经验中得知PTO驱动附件1会需要而混合电动机和发电机可能无法为PTO机构4提供充足的动力，这使得操作者启动开关25，以产生信号来发送给控制器区域网数据连接模块、例如远程动力模块13。应理解的是，当本文提及“信号”时，存在用于传输信号的合适的传导器（conductor）。远程动力模块1 3还产生会经由第一数据链路12传递给电子系统控制器（“ESC”）15的信号。
ESC15将信号经由第二数据链路22传递给液压控制模块（“HCM”）17。从ESC15传递给HCM17的信号提醒HCM：基于来自开关25的信号PTO机构4将要脱开，而内燃机2将要启动。ESC15附加地释放输出信号26，该输出信号对诸如电磁阀之类的配合机构27进行控制，该配合机构用于经由信号37来使PTO机构4配合和脱开。配合机构27具有第一模式和第二模式，该第一模式使PTO机构4与内燃机2以及混合电动机和发电机3解除联接或脱开，而第二模式使PTO机构4与内燃机2以及混合电动机和发电机3耦合或配合。PTO机构4的脱开使得由PTO机构4提供动力的第一液压泵18和第二液压泵21脱开。一旦PTO机构4已脱开，ESC15对产生传感器输出信号29的传感器28进行监测，使得ESC15可对液压系统5内的载荷进行监测。液压系统5的所示实施例包括组合阀38，该组合阀38在图3中示作处于打开位置，而在图4中处于闭合位置。
一旦ESC15确定液压系统5内的载荷充分低，ESC将信号传递给HCM17，指示HCM17经由电离合致动器32使用离合器32来与传动机构30脱开。一旦离合器31已使传动机构30脱开，则混合电动机和发电机3用作内燃机2的启动器，并且启动内燃机2的运行。
一旦内燃机2适当地运行，ESC15再次监测传感器28的传感器输出信号29，以确定是否尝试使用PTO驱动附件1。ESC15再次释放输出信号26，使得配合机构27再次与PTO机构4配合。PTO机构4由内燃机2提供动力，而非由混合电动机和发电机3提供动力。PTO机构4使第一液压泵18和第二液压泵21重新配合，使得PTO驱动附件1能用于执行一任务，该任务所需要的动力比混合电动机和发电机3能够输送的动力更高。
ESC15持续监测传感器28的输出信号29，且如果输出信号29指示不再使用PTO驱动附件1，则ESC15会将信号传递给HCM17，以关闭内燃机2。
除了在不再使用PTO驱动附件时关闭内燃机2以外，附加地设想内燃机2可在如下情形下关闭：在电力电子系统35的高压电池16完全充满时，底盘电池33完全充满时，或者HCM17经由第二数据链路22与ESC15进行通信，表明由PTO驱动附件1所产生的载荷足够小，使得混合电动机和发电机3能将充足的电力输送给PTO机构4来支持PTO驱动附件1。
除了提供用户启动方法来从由混合电动机和发电机3为PTO机构4提供动力切换成由内燃机2为PTO机构4提供动力以外，还提供自动方法来从由混合电动机和发电机3为PTO机构4提供动力切换成由内燃机2为PTO机构4提供动力。
从由混合电动机和发电机3为PTO机构4提供动力切换成由内燃机2为PTO机构4提供动力的自动方法与用户启动方法类似。PTO机构4从混合电动机和发电机3接收动力，从而为PTO驱动附件1提供动力。PTO驱动附件1是适合于在车辆并不行进时使用的附件，从而并不总是需要使用内燃机2。
HCM17监测电力电子系统35以及由PTO驱动附件1所施加的载荷。当HCM17检测到用于混合电动机和发电机3的电力电子系统35无法为PTO机构4提供充足的动力时，HCM17产生信号以经由第二数据链路22发送给ESC15。
响应于来自HCM的信号，ESC15将回复HCM17以提醒HCM，基于来自开关17的信号，PTO机构4将要脱开，而内燃机2将要启动。ESC15还会释放输出信号26，该输出信号对配合机构27进行控制，该配合机构用于响应于来自HCM17的信号来使PTO机构4配合和脱开。PTO机构4的脱开使得由PTO机构4提供动力的第一液压泵18和第二液压泵21脱开。一旦PTO机构4已脱开，ESC15对产生传感器输出信号29的传感器28进行检测，使得ESC15可对液压系统5内的载荷进行检测。
一旦ESC15确定液压系统5内的载荷充分低，ESC将信号传递给HCM17，指示HCM17经由电离合致动器32使用离合器32来与传动机构30脱开。一旦离合器31已使传动机构30脱开，则混合电动机和发电机3用作内燃机2的启动器，并且起始内燃机2的运行。
一旦内燃机2适当地运行，ESC15再次监测传感器28的传感器输出信号29，以确定是否尝试使用PTO驱动附件1。ESC15再次释放输出信号26，使得配合机构27再次与PTO机构4配合。PTO机构4由内燃机2提供动力，而非由混合电动机和发电机3提供动力。PTO机构4使第一液压泵18和第二液压泵21重新配合，使得PTO驱动附件1能用于执行一任务，该任务所需要的动力比混合电动机和发电机3能够输送的动力更高。
ESC15持续监测传感器28的输出信号29，且如果输出信号29指示不再使用PTO驱动附件1，则ESC15会将信号传递给HCM17，以关闭内燃机2。
除了在不再使用PTO驱动附件时关闭内燃机2以外，附加地设想内燃机2可在如下情形下关闭：在电力电子系统35的高压电池16完全充满时，底盘电池33完全充满时，或者HCM17经由第二数据链路22与ESC15进行通信，表明由PTO驱动附件1所产生的载荷足够小，使得混合电动机和发电机3能将充足的电力输送给PTO机构4来支持PTO驱动附件1。
因此，混合电动机和发电机3的使用允许在混合电动机和发电机3对PTO机构4提供动力时、无需恒定地运行内燃机2即可使用PTO驱动附件1，从而减小车辆的燃料消耗，但当需要较高动力水平或电力电子系统35充电不足以操作混合电动机和发电机3时，也允许由内燃机2来对PTO机构4提供动力。因此，车辆在使用PTO驱动附件1用于轻型任务时可节省燃料，但仍保持使用内燃机2来执行重型任务的能力。

Claims (20)

1.一种用于混合电动车辆的动力输出系统，包括：
内燃机；
混合电动机和发电机，所述混合电动机和发电机联接于所述内燃机；
动力输出机构，所述动力输出机构机械地联接于所述内燃机以及所述混合电动机和发电机，且所述动力输出机构接收来自所述内燃机以及所述混合电动机和发电机中至少一个的扭矩；
混合控制模块，所述混合控制模块设置成与电子系统控制器电连通，并且所述混合控制模块设置成产生用于控制所述内燃机的输出信号；以及
配合机构，所述配合机构设置成与所述电子系统控制器电连通，所述配合机构具有第一模式和第二模式，其中当所述配合机构处于所述第一模式时，所述动力输出机构响应于由所述电子系统控制器产生的输出信号而从所述内燃机以及所述混合电动机和发电机解除联接。
2.如权利要求1所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，传动机构将所述内燃机联接于所述混合电动机和发电机。
3.如权利要求2所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，还包括：离合器，所述离合器可至少在接合模式和脱开模式之间操作，并且设置在所述内燃机和所述混合电动机和发电机之间。
4.如权利要求1所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，还包括：动力输出驱动附件，所述动力输出驱动附件与动力输出机构可操作地连接并且由所述动力输出机构驱动。
5.如权利要求4所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，还包括：
传感器，所述传感器设置在所述动力输出机构和所述动力输出驱动附件之间并且产生指示所述动力输出驱动附件的载荷的输出信号。
6.如权利要求5所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，所述传感器的输出信号发送至所述电力系统控制器。
7.如权利要求1所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，还包括：操作者开关，所述操作者开关产生适合于控制所述内燃机的操作的输出信号，使得仅仅由所述内燃机为所述动力输出机构提供扭矩。
8.如权利要求1所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，所述混合控制机构产生适合于控制所述内燃机的操作的输出信号，使得仅仅由所述内燃机为所述动力输出机构提供扭矩。
9.如权利要求1所述的用于混合电动车辆的动力输出系统，其特征在于，所述配合机构包括电磁阀。
10.一种对用于具有内燃机以及混合电动机和发电机的混合电动车辆的动力输出系统进行操作的方法，所述方法包括：
从用户输入开关产生输出信号，以由所述内燃机将扭矩供给至动力输出机构；
响应于来自所述用户输入开关的输出信号将配合机构打开；
响应于将所述配合机构打开而使所述动力输出机构与混合电动机和发电机脱开；
使用所述混合电动机和发电机来启动所述内燃机；
在启动所述内燃机之后将所述配合机构闭合；以及响应于将所述配合机构闭合而由所述内燃机将扭矩提供给所述动力输出机构。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在启动所述内燃机之前、在所述动力输出机构脱开之后对所述动力输出机构的载荷进行监测。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，仅仅在所述动力输出机构的载荷低于预定限值之后，启动所述内燃机。
13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在闭合所述配合机构之前，监测所述动力输出机构的载荷。
14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在启动所述内燃机之前，将使所述内燃机连接于所述混合电动机和发电机的离合器闭合。
15.一种对用于具有内燃机以及混合电动机和发电机的混合电动车辆的动力输出系统进行操作的方法，所述方法包括：
在所述动力输出系统由混合电动机和发电机提供动力的同时，利用混合控制模块对动力输出机构的载荷进行监测；
响应于所述动力输出机构的所监测载荷超过预定阈值将配合机构打开；
响应于将所述配合机构打开而使所述动力输出机构与混合电动机和发电机脱开；
使用所述混合电动机和发电机来启动所述内燃机；
在启动所述内燃机之后将所述配合机构闭合；以及响应于将所述配合机构闭合而由所述内燃机将扭矩提供给所述动力输出机构。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
在所述动力输出系统由所述内燃机提供动力的同时，利用所述混合控制模块对所述动力输出机构的载荷进行监测；
响应于所述动力输出机构的所监测载荷低于预定阈值将所述配合机构打开；
响应于将所述配合机构打开而使所述动力输出机构与所述内燃机脱开；
将所述内燃机关闭；
在关闭所述内燃机之后将所述配合机构闭合；以及
响应于将所述配合机构闭合而由所述混合电动机和发电机将扭矩提供给所述动力输出机构。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在启动所述内燃机之前、在所述动力输出机构脱开之后对所述动力输出机构脱开的载荷进行监测。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，仅仅在所述动力输出机构的载荷低于预定限值之后，启动所述内燃机。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在关闭所述配合机构之前，监测所述动力输出机构的载荷。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在启动所述内燃机之前，将使所述内燃机连接于所述混合电动机和发电机的离合器关闭。
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