電気牽引
【課題】アイドリングのための、または短距離もしくは比較的低速の移動のためのＩＣＥの使用に関連する、燃料の使用量、ならびに熱、騒音、および排気ガスの放出量を削減するシステムを提供する。
【解決手段】このシステムは、動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を含む駆動系を有するシステムであって、モータと、前記モータを前記変速機に前記ポートを介して結合させる伝達装置と、を備え、前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記モータが前記駆動系に選択的に動力供給できるように構成される。
【解決手段】このシステムは、動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を含む駆動系を有するシステムであって、モータと、前記モータを前記変速機に前記ポートを介して結合させる伝達装置と、を備え、前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記モータが前記駆動系に選択的に動力供給できるように構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年２月２１日出願の “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” という名称の、Warner Olan Harris の米国特許仮出願第６０／７７４７３２号の優先日の利益を主張する出願である。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本願はまた、２００６年３月１４日出願の “Fuel cell-driven auxiliary system, and method therefore” という名称の、Warner Olan Harris の米国特許出願第１１／３７４７０９号の優先日の利益を主張する一部継続出願である。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本願はまた、２００６年１１月１０日出願の “Electric Traction” という名称の米国実用出願第１１／５５８７８６号の優先権を主張するものである。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
本発明は、開口を有する変速機に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を含む駆動系に関し、より詳細には、モータと、開口を介してモータを変速機に結合して、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、モータが駆動系に選択的に動力供給できるようにする伝達装置とに関する。
【背景技術】
【０００５】
特定の状況では、ＩＣＥから動力供給されるトラックは、長期間アイドリングし、散発的に動く。これは例えば、港および他の中間準備基地で待機している間に生じることがある。さらにこれは、積荷を積み降ろす場合に、また同様に中間準備基地に出入りする場合に生じることがある。こうしたＩＣＥの使用は、ある意味では望ましくない。これらの状況での燃料の使用量、ならびに熱、騒音、および排気ガスの放出量は、その積荷を移動させる距離の割に、非常に大きい。しかし、経済的に可能な代替手段、特に高荷重のトレーラートラックによって扱われる積荷向けの代替手段は、開発されていない。
【０００６】
もちろん、比較的小型のハイブリッド電気自動車「ＨＥＷ」において、牽引のために、すなわち車両を動かすために、ＩＣＥを補助するために、またさらには一時的にＩＣＥの代わりとして、モータを使用することも知られている。しかし、モータの使用には、特にトラックについて前述したような適用分野には、多数の障害がある。例えば、中間準備基地でのトラックの積荷は潜在的に、従来のＨＥＷが遭遇するものよりはるかに大きい。
【０００７】
特許文献１（「Schmidt」）は、これらの問題のすべてに対処しているというわけではないが、回転負荷伝達に関する障害がＨＥＷでどのように対処されたかを示している。Schmidtが示すように、ＨＥＷ用のハイブリッド変速機は、ハイブリッド変速機ハウジング内に、電気牽引モータと、回転をモータから変速機出力軸へ伝達するための遊星歯車セットとを含むが、これはＩＣＥによって駆動されることもある。単にこの１つの障害に関するだけでも、Schmidt の教示は、本明細書に前述した問題および類似の問題に対して限定的な効果しかもたない。すなわち、従来のＩＣＥ車両にモータを介して動力供給するために、Schmidt の構成を適用するには、車両の従来の変速機が、ハイブリッド変速機と取り替えられる。しかし多数のトラックが現在稼動中であるため、この手法では、こうした補修のために、モータの使用へ移行することは現実的でない。
【０００８】
散発的でかつ比較的遅い動きに対処する別の従来技術の構成では、特許文献２（「Ohke」）が、「微速走行 （inching） 」の場合には車両のＩＣＥから動力を取り出すために、従来の動力取出（「ＰＴＯ」）装置を乗用車に追加することを開示している。Ohke はさらに、微速走行モードで車両を動かす場合にＰＴＯからの動力を回復するために、車両の従来の変速機出力軸に結合された油圧ポンプ、油圧モータ、および副変速機を追加することを開示している。この構成は、車両の元の変速機の交換を必要としないが、他の欠点を有し、中でも最たるものは、微速走行の場合にＰＴＯに動力を供給するために、ＩＣＥが常時動作するということである。また、油圧ポンプ、油圧モータ、および副変速機による動力損失が大きい。
【０００９】
従来技術の図１を参照すると、Ohke の特許に該当しうる従来のＰＴＯ構成の詳細を示す。変速機１２２は、ポート１２４を画定するケース１２７を有し、ポート１２４は、取外し可能なアクセス板１２１によって覆われる。内燃機関（「ＩＣＥ」）のクランク軸１１０は、クラッチ１２０を介して変速機入力軸１２５に接続する。言い換えれば、ＩＣＥは、変速機１２２の入力部１２５に結合されたクラッチ１２０を含む駆動系に、クランク軸１１０を介して結合される。
【００１０】
変速機１２２は、入力軸１２５に結合された伝達歯車１３０を有する。従来技術の図１Ｂに示すように、従来の動力取出装置（「ＰＴＯ」）１４０は、伝達装置の一種であり、ポート１２４に一致する開口を画定するケース１４２を有する。従来通り、ケース１４２は、ケース１４２がポート１２４に揃うように変速機ケース１２７にボルトで固定されるように適合され、したがってＰＴＯ１４０の歯車１４１が、変速機１２２の歯車１３０に係合する。この構成によって通常、ＩＣＥクランク軸１１０からＰＴＯ軸１４３を介して動力の取出しが可能である。
【００１１】
特許文献３（「Jedrzykowski」）はまた、非常に低速の動作でのＰＴＯの使用を開示している。Jedrzykowskiの教示では、この適用分野はトラクター用のものであり、低速動作は「クリーピング（creeping）」と呼ばれる。Jedrzykowski によれば、クリーピング動作モードでは、トラクターのクラッチが切り離され、ＰＴＯを使用して、外付けモータからその変速機軸に動力を取り入れる。モータは、発電機によって通電され、発電機は、トラクターのＩＣＥによって駆動される。Ohke の教示の場合と同様に、Jedrzykowski の開示は、現在の問題に関する障害の限定された部分にしか対処しておらず、これもまた、結局ＩＣＥの動作がクリーピングのための動力を供給し、したがってＩＣＥが常時動作しなければならないという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５５５８５８８号明細書
【特許文献２】米国特許第６２６９７１３号明細書
【特許文献３】米国特許第２９２３１７１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第１１／３７４７０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、アイドリングのための、または短距離もしくは比較的低速の移動のためのＩＣＥの使用に関連する、燃料の使用量、ならびに熱、騒音、および排気ガスの放出量を削減する方法が必要であることを理解されたい。この必要性は特に、高荷重のトレーラートラックによる大量の積荷の運搬に対して、とりわけ、動きが散発的でまたは比較的遅いことがある、交通渋滞または中間準備基地周辺などの状況で、深刻である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の必要性に対処する。本発明の一形態によれば、システムは、動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を備える駆動系を含む。伝達装置は、モータを変速機にポートを介して結合する。モータは、システムの特定の構成において、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、駆動系に選択的に動力供給することができる。
【００１５】
別の態様では、システムは、モータに動力を供給するための電源装置を含む。電源装置は、燃料電池を含むことができる。電源装置は、蓄電池を含むことができる。電源装置は、蓄電池と、蓄電池を充電するように構成された燃料電池とを含むことができる。
【００１６】
別の態様では、システムは、ＩＣＥに電源が投入されているとき、ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にするように構成される。
【００１７】
本発明の一形態によれば、駆動系に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を有する車両用の電気牽引システムでは、駆動系は、変速機の入力部に結合されたクラッチを含み、またこのシステムは、モータと、車両を動かすためにモータの回転を変速機入力部に伝達するための伝達装置とを含む。システムはまた、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、車両を動かすための動力を供給するようにモータに電気的に結合された電源装置を含む。システムはまた、この動きを選択的に行うことができるように構成された制御部を含む。
【００１８】
別の態様では、変速機は、変速機入力部にアクセスするためのポートを画定するケースを有し、また伝達装置は、この変速機ケースに固定されたケースを有し、したがって伝達装置は、モータの回転を伝達するように変速機入力部に係合する。
【００１９】
別の態様では、システムはモータ制御装置を含み、電源装置が、モータ制御装置を介してモータに電気的に結合される。
【００２０】
別の態様では、電源装置は、モータに電力を供給するようにモータ制御装置に電気的に結合された蓄電池を含み、燃料電池とモータの電気的結合が蓄電池を介するものであり、したがって燃料電池は、蓄電池を再充電するように動作可能である。
【００２１】
別の態様では、制御部は、要求信号に応じてモータを通電するようにモータ制御装置に電気的に結合され、かつともに動作可能である。
【００２２】
別の態様では、要求信号は可変要求信号であり、またモータの通電は、可変要求信号に応じて車両の速度が調整されるような可変通電を含む。
【００２３】
別の態様では、制御部は、スロットルと、可変インピーダンス装置を含む。モータの通電は、可変通電を含むことができる。したがって、要求信号は、可変インピーダンス装置からの可変インピーダンス信号を含むことができ、インピーダンスは、スロットルに応じて変動する。
【００２４】
別の態様では、制御部は、遮断信号に応じてモータの電源を遮断するようにモータ制御装置に電気的に結合され、かつともに動作可能である。遮断信号は、ＩＣＥの動作またはＩＣＥの動作の予兆を示す。遮断信号は、ＩＣＥを始動するための信号を含むことができる。遮断信号は、クラッチ位置信号を含むことができる。遮断信号は、ＩＣＥ回転信号を含むことができる。遮断信号は、ＩＣＥ点火信号を含むことができる。
【００２５】
別の態様では、制御部は、信号に応じて、ＩＣＥが変速機入力部から切り離される位置へ、クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを含む。クラッチを自動的に動かす信号は、車両の動きがモータから動力供給される動作モードの初期化を示すことができる。
【００２６】
別の態様では、システムは、ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にするように構成される。ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にする構成は、ＩＣＥからの動力をモータへクラッチを介して機械的に伝達するための、クラッチを介してＩＣＥに係合されている変速機を含むことができ、したがってモータは、発電機として動作可能である。
【００２７】
別の態様では、車両は、車両のブレーキサブシステム用のタンクに空気を供給するための、ＩＣＥによって駆動される空気圧縮機を含む。それに応じてシステムは、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、タンクに空気を供給するための補助空気圧縮機を備える。システムはまた、補助空気圧縮機を駆動するための補助空気モータと、空気圧が低いのに応じて補助空気モータに電源を投入するための、タンクに結合された空気圧スイッチとを含む。
【００２８】
別の態様では、車両は、車両のステアリングサブシステムに作動油を供給するための、ＩＣＥによって駆動される油圧作動油ポンプを含む。それに応じてシステムは、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、パワーステアリングサブシステムに作動油を供給するための補助油圧作動油ポンプを備える。システムはまた、補助油圧作動油ポンプを駆動するための補助油圧作動油モータと、ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品の位置に応じて、補助油圧作動油モータに電源を投入するための、ステアリングサブシステムに結合された少なくとも１つのリミットスイッチとを含む。ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品は、ステアリングアームを含むことができる。
【００２９】
本発明の他の変形形態、目的、利点、および形態は、以下の詳細な説明を読み、かつ添付の図面を参照すれば、明らかになるであろう。例えば、本発明の一形態では、本明細書に記載の特徴は、新規な処理段階でのように実行され、それには、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を含むことができる。本発明の別の形態では、コンピュータシステムは、処理装置と、処理装置に接続された記憶装置を含む。記憶装置は、処理装置を制御するためのプログラムをその上に記憶している。処理装置は、このプログラムで動作して、全体または一部として方法を実施するためにプログラムを実行し、それには、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を含むことができる。本発明の別の形態では、コンピュータプログラム製品は、有形のコンピュータ可読媒体上に記憶される。コンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムによって実行するための命令を有する。これらの命令は、コンピュータによって実行されるとき、このコンピュータに、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を実施させる。
【００３０】
上記その他の目的、態様、および利点は、本発明の好ましい１つまたは複数の実施形態についての以下の詳細な説明から、添付の図面を参照すれば、より良く理解されるであろう。同じ参照番号を使用して、図全体にわたって、同様の構成部品および特徴を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術の駆動系の態様を示す図である。
【図１Ｂ】ＰＴＯを備える従来技術の駆動系の態様を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの特定の構成部品ならびに特定の取付けおよび係合態様を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの追加の態様を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの追加の態様を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図３の電気牽引システムの特定の制御態様を示す電気回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図３の車両用のアクチュエータおよび主エンジンクラッチへのリンク機構の特定の態様を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、本発明の制御処理の少なくとも一部の態様を実施できるコンピュータシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明では、本発明を実施できる実施形態を示す添付の図面を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用でき、また変更を加えることができることを理解されたい。図面および詳細な説明は、本発明を、開示する特定の形態に限定するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれるすべての修正形態、等価物、および代替形態を包含するものとする。本明細書中の見出しは、何ら主題を限定するものではない。
【００３３】
＜概要＞
本発明の一実施形態によれば、電気牽引システムは、車両が低速で、頻繁にアイドリングしながら動いているとき、または騒音もしくは汚染が懸念されるときの牽引用に、車両の従来のまたは元の機器の変速機を駆動するために、モータ（本明細書では電気牽引モータとも呼ぶ）を含む。それ以外の場合は、主牽引エンジン、ＩＣＥ、を、通常の形で始動しかつ使用することができる。通常の幹線道路または街路での車両の動作中は、電気牽引モータは、電気牽引システムの蓄電池を再充電するために、主牽引エンジンからＯＥＭ変速機を介して動力供給される発電機としての第２のモードで動作することができる。システムは、同じく電気を発生させる水素燃料電池を含み、したがってシステムの電気牽引モータを動作するために必要な蓄電池の寸法を縮小させる。
【００３４】
本発明の好ましい一適用分野は、約２０ｍｐｈ未満の速度で走行する高荷重のトラック向けのものである。しかし、様々な実施形態では、本発明は、より高速のもの、また異なる車両に適用することができる。例えば、一適用分野では、トラックは、交通渋滞および港付近の人口密度の高い地域社会など、騒音もしくは排気ガスが問題である地域社会付近にいるとき、例えばスモッグおよび騒音が特に問題となりうる場所にいるときは、２０ｍｐｈを上回る速度でも、少なくとも部分的に電気牽引モータによって駆動することができる。本発明の一実施形態により、トラックまたは他の車両を、少なくとも部分的に電気牽引モータによって２０ｍｐｈを上回る速度で駆動する理由は、他にも存在する可能性がある。
【００３５】
次に図２を参照すると、本発明によれば、トラックのフレームレール１５６に取り付けられた電気牽引モータ１５０を示す。図２の構成は、従来のＨＥＷ構成と構造的に異なる。従来のＨＥＷ構成では、ハイブリッド変速機は、モータと、電気牽引モータからの回転を変速機出力軸へ伝達するためにモータ軸を変速機出力軸に結合する遊星歯車のセットとを収容するが、これは、ＩＣＥにも駆動される（図２には図示せず）。図２の電気牽引モータ１５０は、変速機ケース１２７の外部にあり、ケース１２７で確実に支持するには重すぎ、かつ大きすぎる。というのは、変速機ケース１２７が、この片持ち梁のように大きく張り出した重量に十分耐えることができないからである。本発明の図示の実施形態では、ブラケット１５４が、ピンチクランプ１５８によってトラックのフレームレール１５６に取り付けられる。モータ１５０は、変速機１２２を含む従来の駆動系が自由に動けるように、フレームレール１５６および他の構成部品に対して十分な隙間を空けて、ブラケット１５４にボルトで固定される。
【００３６】
モータ１５０は、制御システム１６０によって制御され、かつ電源装置の一種である蓄電池１７０から給電される。蓄電池１７０は、別のタイプの電源装置である水素燃料電池１８０から給電される。モータ１５０は、変速機１２２の入力軸１２５上の歯車１３０に係合するＰＴＯ１４０の歯車１４１を介して、変速機出力軸１２９に動力供給するように設けられる。すなわち歯車１４１は、電気牽引モータ１５０からの回転を駆動軸１２９へ伝達するためのものである。ＰＴＯ１４０は、変速機ケース１２７から独立し、かつ変速機ケース１２７に着脱自在にボルトで固定されたケース１４２内に歯車１４１を収容し、したがって歯車１４１は、変速機ケース１２７のポート１２４を通って歯車１３０に係合するように位置合わせされる。
【００３７】
図示の実施形態によれば、電気牽引モータ１５０は、トラックのＩＣＥの代わりに、すなわちＩＣＥの電源が遮断されているときに、トラックに動力供給するものであることが好ましい。したがって、電気牽引モータ１５０が、クランク軸１１０に接続されたＩＣＥを回転させることなく変速機入力軸１２５を駆動するためには、少なくとも一部の動作モードで、クランク軸１１０を入力軸１２５から切り離すことが望ましい。したがって、[ここを確認]本明細書で以下にさらに説明するように、クランク軸１１０が変速機入力軸１２５に係合するのに応じて電気牽引モータ１５０の電源を遮断するための制御論理回路（図２には図示せず）を含む遮断装置（図２には図示せず）が設けられる。軸１１０が軸１２５から切り離され、それによって論理回路を満たす位置でクラッチ１２０を保持するための機械または電気機械装置（図２には図示せず）も含まれる。
【００３８】
＜ブロック図＞
次に図３Ａを参照すると、本発明の一実施形態による、車両３００用の電気牽引システムのブロック図を示す。車両３００は、クランク軸１１０に結合された牽引ＩＣＥ３０２、クラッチ１２０、変速機入力軸１２５、変速機１２２、変速機出力軸１２９、および差動装置３１６からなる従来の構成を含む駆動系を有する。差動装置３１６は、クランク軸１１０の回転を車軸３１８へ、そして車輪３２０へ伝える。車両３００はまた、点火、照明用などの従来の電気システム３０８に給電するための従来の１２ＶＤＣ蓄電池３１０を有する。
【００３９】
車両３００は、前述のように、ＰＴＯ１４０を介して変速機１２２を駆動するための電気牽引モータ１５０を含む。ＥＴＭ１５０は軸１４３でＰＴＯ１４０を駆動する。ＥＴＭ１５０は、制御システム１６０のモータ制御装置（図３Ａには図示せず）のＡＣ出力から直接動力供給される。制御システム１６０は、１４４ＶＤＣ蓄電池１７０から動力供給され、１４４ＶＤＣ蓄電池１７０は、水素燃料電池１８０によって再充電される。水素燃料電池１８０は、圧縮水素缶３１４から補充される。モータ１５０に動力を供給するために蓄電池１７０を充電することに加えて、燃料電池１８０はまた、従来の牽引システム１２ＶＤＣ蓄電池３１０も充電する。
【００４０】
本発明の図示の実施形態では、モータ１５０は交流型であり、したがって、エンジン3０２が動作しており、またクラッチ１２０がクランク軸１１０を変速機入力軸１２５に係合するとき、モータ１５０は逆に、電気を発生させるように動作可能である。この発電モードで動作するとき、（ＥＴＭ）１５０は、制御システム１６０を介して蓄電池１７０を充電することができる。
【００４１】
モータ１５０の定格馬力は、処理する必要がある荷重ならびに必要な速度および加速度に応じて、本発明の実施形態ごとに変わる可能性がある。満載された高荷重のトレーラートラックの重量は、約８０,０００ポンドになりうる。（約１８００ポンドの従来の電気自動車は、電力だけで８０ｍｐｈを実現しかつ維持するために、約５０馬力のモータを必要とする。）本発明の一実施形態では、モータ１５０は直流型で、重量約１８０ポンドであり、定格連続馬力は４０馬力、最高２分間で８０馬力である。別の実施形態では、モータ１５０は、定格および重量が少なくともある程度類似の交流モータである。もちろん、定格馬力および対応する速度は、車両および荷重に依存する。
【００４２】
蓄電池１７０のキロワット時容量は、燃料電池１８０のキロワット容量および缶３１４の貯蔵容量と同様に、実施形態によって変わる可能性がある。一実施形態では、蓄電池１７０の容量は１４.４ｋＷｈであり、燃料電池１８０の容量は１５ｋＷであり、缶３１４の水素貯蔵容量は３００ｐｓｉで１ｋｇである。
【００４３】
次に図３Ｂを図３Ａとともに参照すると、車両３００はまた、サブシステム３０４を含み、それには空調、クラッチ、ブレーキ、およびステアリング用サブシステムが含まれる。サブシステム３０４の冷却、すなわち空調用の冷却剤は、従来通り、ＩＣＥ３０２によって駆動される圧縮機３４２によって圧縮される。サブシステム３０４のブレーキサブシステムは、高荷重のトラックで従来の通り、ＩＣＥ３０２によって駆動される空気圧縮機３４６によって圧縮されかつタンク３４７内に貯蔵された空気によって制御される。サブシステム３０４のステアリングサブシステムは、同じく従来通り、主ＩＣＥ３０２によって駆動される油圧ポンプ３５４によって押し出されるタンク３５５から補充される油圧アクチュエータ（図示せず）によって制御される。
【００４４】
空調、ブレーキ、およびステアリングサブシステム３０４に対する前述の従来の構成に加えて、本発明の図示の実施形態は、ＩＣＥ３０２が動作していないときの空調、クラッチ、ブレーキ、およびステアリングの動作のために、制御システム１６０によって制御されかつ蓄電池１７０から給電される補助駆動装置３０６を含む。この電気動作モードでは、空調用圧縮機３４２は、上に参照した特許文献４に記載のように、制御システム１６０の制御下で補助モータ３４４によって直接駆動される。また補助駆動装置３０６は、逆流を防止する逆流防止弁３５２によって空気タンク３４７に結合され、かつ補助モータ３５０によって駆動される補助空気圧縮機３４８を含み、それによって制御システム１６０の制御下において電気動作モードで圧縮空気を提供する。駆動装置３０６はまた、逆流を防止する逆流防止弁３６０によって油圧作動油タンク３５５に結合され、かつ補助モータ３５８によって駆動される補助油圧作動油ポンプ３５６を含み、したがってポンプ３５６は、制御システム１６０の制御下において車両３００の電気動作中にブレーキをかけるための作動流体を提供する。
【００４５】
＜制御システム＞
次に図４を図３Ａおよび３Ｂとともに参照すると、本発明の一実施形態による、車両の電気牽引モータ１５０の動作を可能にするための制御システム１６０の態様を示す概略図を示す。システム１６０は、モータ１５０の速度を制御するように電圧を提供するためのモータ制御装置４０６を含む。本発明の一実施形態では、モータ制御装置４０６は、Cutler PＭＣ１２３８である。本発明の別の実施形態では、モータ制御装置４０６は、Cutler PＭＣ１２３１Cである。より具体的には、モータ制御装置４０６は、要求信号に応じて電気牽引モータ１５０の速度を制御するように電圧を出力する。図示の制御システム１６０では、センサＦＴＲが、運転者のフットスロットルの位置決めに応じてＦＴＲの抵抗またはインピーダンスが変動するような形で、車両のフットスロットル（図示せず）に機械的に、電気的に、または光学的に結合され、それによってモータ制御装置４０６の出力電圧がそれに応じて変動する可変要求信号を与え、それによって車両の速度が可変要求信号に応じて滑らかに調整されるように、モータ１５０への電圧を変動させる。電圧の変動には、周波数、電圧レベル、または電圧パルス幅のいずれか、またはそれらの任意の組合せの変動を含むことができる。（フットスロットルは、ＩＣＥの回転速度、およびシステム１６０によって制御される車両速度など、その結果得られる車両速度を制御するための従来の周知の手段である。）
【００４６】
前述のように、車両が電気牽引モータ１５０を介して動作しているとき、補助モータ３５０は、車両のブレーキシステムを動作するために空気を加圧するように補助空気圧縮機３４８を駆動し、また補助モータ３５８は、車両３００のパワーステアリングシステムを動作するために油圧作動油を加圧するように補助ポンプ３５６を駆動する。本明細書で以下に記載するように、システム１６０はまた、車両３００の安全な動作を保証するために、センサ３３０から信号を受け取る、論理連結機能を提供する様々な制御部を含む。それには、電気牽引モータ１５０、補助駆動装置３０６、ならびにシステム３０４のＨＶＡＣ、クラッチ、ブレーキ、およびステアリング構成部品を含む。
【００４７】
＜ＶＤＥ鍵スイッチ＞
車両の従来の動作について、電気システム３０８の一部であるスイッチ４０２に関して以下に説明する。システム１６０は、車両３００の従来の１２ＶＤＣ電気システムに配線され、従来の車両ディーゼルエンジン鍵スイッチ４０２を有する。スイッチ４０２は、複数の異なる位置を有し、そのうちの３つ、すなわち「走行（run）」、「停止（off）」、および「アクセサリ（accessory）」という位置を図４に明示する。運転者は通常、最初に「停止」位置に向けられているスイッチ４０２に鍵を挿入する。車両を始動するために、次いで運転者は、鍵を右に回し「始動（start）」位置（図４には図示せず）に合わせて始動モータを通電し、始動モータが車両ディーゼルエンジン３０２を起動させる。次いで、エンジン３０２が内部燃焼によってその動作を維持すると、運転者は、スイッチ４０２内の鍵を解放し、鍵は、図４に示す「走行」位置へバネ復帰する。「走行」位置は通常、「停止」位置と「始動」位置の間にあり、スイッチが妨害されない限りそこに留まる位置、すなわちバネ復帰機能をもたない位置である。車両ディーゼルエンジン３０２を停止させるには、運転者は、スイッチ４０２内の鍵を左に回し「停止」位置に合わせることができ、スイッチ４０２は、妨害されない限りこの位置に留まる。スイッチ４０２はまた、図４に示すように、通常「停止」位置の左側にある、ラジオなどのアクセサリに電源を投入するための「アクセサリ」位置を有する。通常は、運転者が鍵を「アクセサリ」位置へ回した場合、スイッチ４０２は、妨害されない限りこの位置に留まる。
【００４８】
＜電気牽引モータ制御装置に論理的に連結されたＶＤＥ鍵スイッチ＞
次に本発明の一実施形態についての説明に戻ると、システム１６０によれば、リレーＡＣおよびＶのコイルは、それぞれスイッチ４０２の「アクセサリ」および「走行」位置に配線され、したがって、スイッチ４０２が「アクセサリ」位置にあるときは、リレーＡＣのコイルが通電され、スイッチ４０２が「走行」位置にあるときは、リレーＶのコイルが１２ＶＤＣで通電される。これは通常、１２ＶＤＣ蓄電池３１０から給電される。
【００４９】
システム１６０はまた、電気牽引モータ／発電機１５０を含む電気牽引システムに第１の補助電圧を供給する補助蓄電池１７０を含む。供給される電圧１４４ＶＤＣを図４に示す。（「１４４ＶＤＣ」と呼ぶが、蓄電池１７０から供給される電圧は変わることがあり、また制御システム１６０は電源電圧の範囲内で適切に動作できることを理解されたい。本発明の一実施形態では、制御装置４０６は、例えば僅か８４ＶＤＣという低い電源電圧でも適切に動作する。）図示のように、電子牽引システム鍵スイッチ４０４は、１２ＶＤＣ電源に配線され、かつ本明細書で前述したリレーＶの常閉接点V１およびリレーコイルＫＲと直列に配線された「走行」位置を有し、したがって、スイッチ４０４が「走行」位置にあるとき、スイッチ４０４の「走行」接点が閉じる。したがって、リレーＶの電源が遮断されて、接点Ｖ１が閉じた場合、リレーコイルＫＲは、１２ＶＤＣ電源を介して通電される。したがって、リレーＶは、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置にある場合は、リレーコイルＫＲが通電されないような連結を提供することを理解されたい。（電源が遮断されることを、本明細書では「引き外し（dropped out）」ともいう。）しかし、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が「走行」位置にない場合、リレーＶの電源は遮断され、したがって電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にある場合、リレーコイルＫＲが通電される（本明細書では「復帰（picked up）」ともいう）。
【００５０】
システム１６０はまた、１４４ＶＤＣ電源内で、前述のリレーＡＣの常開接点ＡＣ１と直列に配線されたリレーコイルＭＣを含む。したがって、リレーＡＣは、別の連結を提供する。すなわち、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が「アクセサリ」位置にある場合、リレーコイルＡＣが復帰し、接点ＡＣ１を閉じ、それによってリレーＭＣを復帰させる。しかし、スイッチ４０２が「アクセサリ」位置にない場合、リレーコイルＡＣは引き外され、接点ＡＣ１を開き、それによってリレーＭＣを引き外す。
【００５１】
図示のように、リレーＭＣの常開接点ＭＣ１は、１４４ＶＤＣを制御装置４０６の主端子+へ接続する（すなわち「閉じる」）ように配線される。同様に、図示のように、リレーＫＲおよびＫＧの常開接点ＫＲ１とＫＧ１の並列の組合せが、接点ＭＣ１と直列に配線されて、１４４ＶＤＣから制御装置４０６の制御電源端子ＣＰを閉じ、リレーＫＲおよびＫＧの常開接点ＫＲ２とＫＧ２の並列の組合せが、可変抵抗ＦＴＲおよび制御装置４０６の入力制御端子と直列に接続される。
【００５２】
したがって、リレーＡＣ、Ｖ、ＫＲ、ＫＧ、およびＭＣは協働して、モータ制御装置４０６を動作するためには、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置ではなく「アクセサリ」位置になければならず、一方電気牽引スイッチ４０４が「走行」位置になければならないような、以下にさらに説明する制御論理回路を提供する。すなわち、制御装置４０６の主端子+および-を通電するためには、接点ＭＣ１が閉じなければならない。これはもちろん、フットスロットルを介してＦＴＲによって電気牽引モータ１５０の速度を制御するために必要である。接点ＭＣ１を閉じるためには、もちろん、コイルＭＣが復帰しなければならない。こうするためには、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が、「アクセサリ」位置になければならず、それによってコイルＡＣを復帰させて、接点ＡＣ１を閉じかつコイルＭＣを復帰させる。
【００５３】
また、追加の遮断装置４２０が、接点ＡＣ１およびコイルＭＣと直列に設けられる。これらの装置４２０は、ＭＣが復帰するのを防止し、したがってモータ１５０が動作するのを防止でき、またはモータ１５０が動作していると、ＭＣを復帰させかつ保持するための経路を切断し、それによってモータ１５０の電源を遮断することができる。遮断装置４２０は、追加のセンサ３３０が、ＩＣＥを始動するための信号、クラッチ位置信号、ＩＣＥ回転信号、ＩＣＥ点火信号などのＩＣＥの動作またはＩＣＥの動作の予兆を示す遮断信号を生成するのに応じて動作することができる。しかし、一部またはすべての遮断装置４２０は、クラッチ１２０を介してＩＣＥ３０２によって駆動される発電機としてモータ１５０を動作するためのものなど、異なる動作モードに対する無効化装置４２５によって無効化されることがあり、したがって無効化された遮断装置４２０は、モータ１５０を遮断しない。
【００５４】
制御装置４０６の主端子＋および−を通電することで、制御装置４０６に主電源を供給するが、制御装置４０６はまた、端子ＣＰへの制御電源も必要とする。接点ＭＣ１が閉じている場合、１４４ＶＤＣ電源は、１０００オーム、２０ワットの抵抗Rを介して端子ＣＰに結合され、これにより、端子ＣＰに結合された制御装置４０６の内部制御部を予め充電する。こうして予め充電することは、可変抵抗ＦＴＲの動作に対して制御装置４０６による素早い応答を提供するのに有用であるが、制御装置４０６を完全に動作するのに十分な電流は提供しない。
【００５５】
制御装置４０６が完全に動作するためには、接点ＫＲ１またはＫＧ１およびＫＲ２またはＫＧ２が閉じて、制御装置４０６に全電力を供給しなければならず、それにはもちろん、リレーコイルＫＲまたはリレーコイルＫＧが復帰する必要がある。こうするためには、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２は「走行」位置にあってはならず、それによって確実に、リレーＶが引き外されたままで、接点Ｖ１およびＶ２が閉じるようにする。同様に、電気牽引スイッチ４０４は「走行」位置になければならず、それによって、閉じた接点Ｖ１を介してリレーコイルＫＲを復帰させ、またそうでない場合は、「発電（generate）」位置になければならず、それによって、閉じた接点Ｖ２を介してリレーコイルＫＧを復帰させる。
【００５６】
スイッチ４０４の「発電」位置は、ＩＣＥ３０２による蓄電池１７０の充電を可能にするために設けられる。すなわち、電気牽引システムの「発電」動作設定では、ＩＣＥ３０２による蓄電池１７０の充電が可能になる。それには、変速機１２２が、ＩＣＥ３０２からの動力をモータ／発電機１５０へクラッチ１２０を介して機械的に伝達するために、クラッチ１２０を介してＩＣＥ３０２に係合されていることを含み、したがってモータ／発電機１５０は、発電機として動作可能になる。
【００５７】
＜クラッチの動作に関する制御部＞
前述の制御部に加えて、システム１６０は、電気牽引システム動作モードにあるとき、主車両ディーゼルエンジン３０２のクラッチ１２０を係合しかつ切り離すための制御部を有する。
【００５８】
クラッチ１２０の動作に関する制御部については、図５に関連して本明細書で下にさらに説明するように、システム１６０は、クラッチ１２０に機械的に連結されたクラッチアクチュエータ４１２を含む。アクチュエータ４１２は、クラッチペダル押下げコイルＤおよびクラッチペダル解放コイルＲを有する。押下げコイルＤを通電すると、アクチュエータ４１２が延び、それによって、車両の通常のクラッチペダルに結合されたリンク機構をペダル押下げ位置へ動かし、そこで、クランク軸１１０が変速機入力軸１２５から切り離される。逆に、解放コイルＲを通電すると、アクチュエータ４１２が引っ込み、それによってクラッチペダルをペダル解放位置の方へ動かし、そこで、クラッチ１２０がクランク軸１１０を変速機入力軸１２５に係合する。アクチュエータ４１２には、リミットスイッチ４１６ＣＤおよびＣＲが付随する。リミットスイッチＣＤは、アクチュエータ４１２が完全に延びた位置に到達するのに応じて開き、一方リミットスイッチＣＲは、アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだ位置に到達するのに応じて開く。
【００５９】
押下げコイルDおよび解放コイルRの電源がどちらも遮断されている場合、アクチュエータ４１２はその最後の位置に留まり、仮にアクチュエータ４１２がクラッチペダルを押し下げていた場合、最後にどの程度まで押し下げたとしても、その位置までクラッチ１２０を押し下げたまま保持する傾向がある。しかし、アクチュエータ４１２も、アクチュエータ４１２をクラッチ１２０に接続する機械的リンク機構も、ペダルがまだ完全に押し下げられていない場合、クラッチペダルがさらに手動で押し下げられるのを防止しない。
【００６０】
次に図５を参照すると、アクチュエータ４１２とクラッチ１２０のリンク機構をさらに示す。図はリンク機構を全体として示すが、幾分概略的な性質のものであることを理解されたい。すなわち、図５では、図示の構成がどのように動作するかについて特定の特徴および態様をよりはっきりと示すために、一部の機械的な細部を省略し、または比喩的に示すことがある。
【００６１】
本発明のアクチュエータ４１２およびその付随するリンク機構を示すことに加えて、図５はまた、次のように、通常のクラッチペダル５１０と通常のクラッチ１２０の通常のリンク機構を示す。クラッチ１２０を切り離すためには、運転者は通常、車両の運転席内の通常のクラッチペダル５１０を押し下げ、それによって切離し動作５３０を生じさせる。クラッチペダル５１０は、枢支点５１２に回転可能に固定されたクラッチアーム５１４上にあり、したがって、切離し動作５３０は、切離し動作５３２をクラッチアーム５１４を介して連結棒５２０に伝える。図示のように、連結棒５２０は、連結棒５２０とクラッチアーム５１４の係合部の反対側に、連結棒５２２に回転可能に接続５３８された末端部を有する。また、連結棒５２０は、枢支点５１３に回転可能に固定される。したがって、連結棒５２０は、切離し動作５３２を連結棒５２２に伝え、連結棒５２２で切離し動作５３４を生じさせる。連結棒５２２は、その連結棒５２０との結合部の反対側に、クラッチアーム５２４に回転可能に接続された末端部を有する。クラッチアーム５２４は、クラッチ１２０に回転可能に結合され、クラッチ１２０の切離し軸受（図示せず）に係合する。したがって連結棒５２０は、切離し動作５３４をクラッチアーム５２４に伝えて、クラッチアーム５２４による切離し動作５３６を生じさせ、それによりクラッチ１２０の切離し軸受がクラッチ１２０を切り離し、それによって変速機入力軸１２５からクランク軸１１０を切り離す。
【００６２】
本発明の図示の実施形態によれば、アクチュエータ４１２およびその付随するリンク機構は、次のように、上段に記載の通常のリンク機構に追加される。アクチュエータ４１２の一方の端部は、車両のシャーシに、枢支点５１６で回転可能に固定される。アクチュエータ４１２の他方の端部にあるアクチュエータ４１２の延長／引込み可能軸５４２（その完全に引っ込んだ位置で図５に示す）は、連結棒５２０と５２２の接続部５３８にカップ５４０によって固定され、したがって、連結棒５２０および５２２は、すぐ上に記載したフットペダル５１０による通常の動作を可能にするのに十分な動きの自由を有するが、それでもなお、アクチュエータ４１２の軸５４２は、軸５４２をその完全に延ばした位置の方へ動かすことによって、切離し動作５３４を連結棒５２２へ伝えることもできる。
【００６３】
繰り返すと、図５に示す構成では、アクチュエータ４１２の軸５４２を延ばしたり引っ込めたりすることなく、クラッチ１２０の通常のクラッチペダル５１０の動作のために、連結棒５２０および５２２の通常の動きの自由を与え、これが、クラッチ１２０とクラッチペダル５１０の間の通常のリンク機構に追加された。すなわち、カップ５４０は、こうした通常の動きの自由を与えるのに十分な緩さで、しかし軸５４２が、クラッチペダル５１０の通常の運動範囲および結合部５３８の対応する運動範囲全体にわたって結合部５３８に係合されたままでいるのに十分なきつさで、結合部５３８を捕える。また、こうして係合を維持することで、アクチュエータ４１２は、クラッチ１２０を切り離しかつ再び係合するための代替手段を提供することができる。切り離すには、アクチュエータ４１２は、軸５４２を延ばすことによって、連結棒５２２に切離し運動５３４をさせる。通常のクラッチ１２０は、１つまたは複数のバネ復帰機構（図５には明示せず）を含み、したがってクラッチ１２０は、単に軸５４２を引っ込めるだけで再び係合する。すなわち、クラッチ１２０のバネ復帰機構は、軸５４２が引っ込んだ場合でも、カップ５４０と結合部５３８の係合が維持されるように、クラッチアーム５２４を再び係合される位置へ動かす。
【００６４】
本明細書で下にさらに説明するように、アクチュエータ４１２上に取り付けられたリミットスイッチ４１６ＣＲおよび４１６ＣＤは、軸５４２の位置を感知する。
【００６５】
再び図４を図３Ａおよび３Ｂとともに参照すると、システム１６０は、リレーＫＲの常開接点ＫＲ３と直列に、蓄電池３１０の１２ＶＤＣ電源に配線されたリレーコイルＣを含む。したがって、リレーコイルＣは、リレーコイルＫＲが復帰しかつ接点ＫＲ３を閉じるのに応じて復帰する。前述のように、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置になければ、リレーＶを引き外して、常閉接点Ｖ１を閉じ、それにより、電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にある場合は、リレーコイルＫＲを復帰させる。したがって、リレーＫＲおよびＶの動作を通じて、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置になく、また電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にあるのに応じて、リレーＣは復帰する。接点ＫＲ３を閉じることで、「電気牽引」動作モード、すなわち車両３００の動き、すなわち牽引が電気モータ１５０から動力供給されるモードの初期化を示す信号を提供する。
【００６６】
リレーＣは、アクチュエータ４１２の押下げコイルＤおよびアクチュエータのリミットスイッチ４１６ＣＤと直列の常開接点Ｃ１を有する。したがって、接点Ｃ１は、リレーＣが復帰するのに応じて閉じ、これにより、押下げコイルＤを通電し、アクチュエータ４１２を完全に延びた位置の方へ動かす。ただしクラッチアクチュエータ４１２は完全には延びず、したがってリミットスイッチ４１６ＣＤは閉じている。アクチュエータ４１２が完全に延びた位置に到達すると、リミットスイッチ４１６ＣＤが開き、それに応じてアクチュエータ４１２の押下げコイルＤが引き外される。
【００６７】
アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだ位置から離れると、アクチュエータリミットスイッチ４１６ＣＲが閉じ、したがって必要なときはアクチュエータ４１２の解放コイルRを通電して、再びアクチュエータ４１２を引っ込めることができる。しかし、リレーＣが復帰するのに応じて、常閉接点Ｃ２が開き、したがって４１２の解放コイルＲは、通電されない。このようにして、i）車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置にあり、それによってリレーＶを復帰させ、リレーＫＲを引き外して、リレーＣを引き外さない限り、またはii）電子牽引システムスイッチ４０４が「停止」位置にあり、それによってリレーＫＲを引き外して、リレーＣを引き外さない限り、リレーＣは、アクチュエータ４１２が引っ込むのを防止する。しかし、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置に回されるか、または電子牽引システムスイッチ４０４が「停止」位置に回されるのに応じて、リレーＣは引き外され、接点Ｃ２を閉じ、したがってそれに応じて、アクチュエータ４１２の解放コイルＲが、接点Ｃ２を介して通電される。こうして、アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだことを感知してリミットスイッチ４１６ＣＲが開くまで、アクチュエータ４１２を引っ込んだ位置の方へ動かす。
【００６８】
＜ブレーキおよびステアリングシステムの動作に関する制御部＞
前述の制御部に加えて、システム１６０は、電気牽引システム動作モードにあるときのシステム３０４のブレーキおよびステアリング構成部品の操作性を保証するための制御部を有する。
【００６９】
前述のように、車両３００用の通常のブレーキシステムは、ブレーキを動作するための加圧された空気を供給するために、内燃機関３０２によって駆動される空気タンク３４７および圧縮機３４６を含む。制御システム１６０は、エンジン３０２の電源が遮断されている場合でも、ブレーキのための空気圧が供給される機構を提供する。具体的には、制御システム１６０は、車両の通常のブレーキシステムのための空気圧がある所定の限界を下回り、次いで運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げた場合、予備空気圧縮機モータ３５０に電源が投入されて、車両の通常のブレーキシステムの動作のために予備の圧縮空気を提供する機構を提供する。
【００７０】
同じく前述のように、車両３００用の通常のステアリングシステムは、車両３００のパワーステアリングを動作するための油圧作動油を供給するために、内燃機関３０２によって駆動される油圧ポンプ３５４を含む。制御システム１６０はまた、エンジン３０２の電源が遮断されている場合でも、ステアリングのための油圧作動油が注入される機構を提供する。具体的には、制御システム１６０は、車両のステアリングホイールが所定の限界を超えて左または右に回され、次いで運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げた場合、予備油圧ポンプモータ３５８に電源が投入されて、ポンプ３５６を駆動して、車両の通常のステアリングシステムの動作のために予備の油圧作動油圧を提供する機構を提供する。
【００７１】
ブレーキシステムの動作に関する制御部１６０の具体的な詳細は、次の通りである。フットスロットルリミットスイッチＦＴＬＳ４２０は、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げたことを感知するのに応じて、その接点を閉じるように動作可能である。ＦＴＬＳ４２０は、１２ＶＤＣ電源内で、リレーＴと直列であり、したがって、ＦＴＬＳ４２０が閉じるのに応じて、接点リレーTが復帰する。リレーＴが復帰すると、次のように、通常の車両ブレーキシステムのための圧縮空気および通常の車両ステアリングシステムのための油圧作動油に対する要求が起こる。
【００７２】
本発明の制御システム１６０の図示の実施形態によれば、空気圧スイッチ４１８は、空気供給タンク３４７に結合される。スイッチ４１８は、タンク３４７内の空気圧が所定の限界、例えば１００ｐｓｉを下回ったことを感知するのに応じて閉じる。リレーＴの常開接点Ｔ１は、１２ＶＤＣ電源内で、空気圧スイッチ４１８と直列である。また、リレーＡのコイルは、T１およびスイッチ４１８と直列である。
【００７３】
リレーＡは、通常の車両ブレーキシステムのための予備の圧縮空気に対する要求を起こすためのものである。すなわち、リレーＡは、２４ＶＤＣ電源内で、補助空気圧縮機モータ３５０と直列の常開接点Ａ１を有する。Ｔ１およびスイッチ４１８が閉じるのに応じて、リレーAは復帰し、接点Ａ１を閉じ、かつブレーキシステムの補助空気圧縮機モータ３５０を通電する。要約すると、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げるのに応じて、空気圧が例えば１００ｐｓｉを下回った場合、補助空気圧縮機モータ３５０に電源が投入されて、車両の通常のブレーキシステムの動作のためにより多くの空気を供給する。
【００７４】
ステアリングシステムの動作に関する制御部１６０の具体的な詳細は、次の通りである。リレーTの常開接点T１はまた、１２ＶＤＣ電源内で、並列接続されたステアリングアームリミットスイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲと直列である。また、リレーSのコイルは、T１ならびに並列接続されたスイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲと直列であり、スイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲは、スイッチ４１４ＳＲＬは、ステアリングホイールがある所定の限界を超えて左に回されるのに応じて閉じ、またスイッチ４１４ＳＲＲは、ステアリングホイールがある所定の限界を超えて右に回されるのに応じて閉じるような形で、車両の通常のステアリングアーム上に取り付けられる。
【００７５】
リレーＳは、通常の車両ステアリングシステムのための予備油圧作動油圧に対する要求を起こすためのものである。すなわち、リレーＳは、２４ＶＤＣ電源内で、ステアリングシステム補助油圧ポンプモータ３５８と直列の常開接点S１を有する。Ｔ１およびスイッチ４１４ＳＲＬまたは４１４ＳＲＲが閉じるのに応じて、リレーＳは復帰し、接点Ｓ１を閉じ、かつステアリングシステムの予備油圧ポンプモータ３５８を通電する。要約すると、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げるのに応じて、車両のステアリングホイールが特定の限界を超えて左または右に回された場合、補助油圧ポンプモータ３５８に電源が投入されて、車両の通常のステアリングシステムの動作のためにより多くの油圧作動油圧を提供する。
【００７６】
＜制御に関する概論＞
図４では、３つの異なる電圧システム、通常のＩＣＥ始動電圧システムである１２ＶＤＣ、１４４ＶＤＣ、および２４ＶＤＣがあることに留意されたい。比較的より低い電流でより大量の動力を送り出すためには、より高電圧のシステムが望ましい。ＫＲ、ＫＧ、Ｃなどのリレーが、それらが実行する論理回路機能に加えて、電圧絶縁および電流遮断能力を提供すると有利である。例えば、車両の居室内では、１２ＶＤＣを上回る電圧を引き回さないことが望ましい。
【００７７】
＜制御部の修正形態および変形形態＞
本実施形態の記載は、例示を目的として提示したものであり、包括的なもの、または本発明を開示の形態に限定するものではない。多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかになるであろう。例えば、制御部について、対応する制御に関連する処理が本質的にリレー論理であるリレーに関連して、本明細書で上に説明してきた。前述のものと同じ論理処理が、リレーの異なる組合せでも実現できることを理解されたい。例えば、適切に調整すれば、動作を開始するために通電するリレーでも、動作を開始するために電源を遮断するリレーでも実施される論理処理を、本質的に提供することが可能である。選択の幅は、例えば複雑さおよび所望の故障モードを含む、様々な要因に従って変わることがある。
【００７８】
また、本明細書で上にリレーおよびリレー論理として示したものは、埋込み式制御装置の形で、または本質的にコンピュータプログラムとして対応する制御に関連する処理を有するコンピュータシステムという他の形で、少なくとも部分的に実施することができる。例えば、そのようなコンピュータシステムおよび制御に関連する処理は、前述のモータ制御装置内に組み込むことができる。さらに、様々な専用のリレーを作動させるための離散センサ３３０を、本明細書に示す。センサ３３０から提供される信号は、制御システム１６０のコンピュータへ入力するために車両の製造者によって供給される元の機器のデータバス上で利用可能とすることができる。
【００７９】
次に図６を参照すると、本発明の一実施形態による、本発明の制御に関連する処理を実施できるコンピュータシステム６００を示す。「コンピュータシステム」という用語は、埋込み式制御装置、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータシステム（保護型もしくはその他）と呼ぶか、または他の何らかの用語で呼ぶかにかかわらず、記憶媒体からの命令を実行する処理装置を有するあらゆる装置を包含するものであることを理解されたい。コンピュータシステム６００は、１つまたは複数の処理装置６１５と、揮発性メモリ６２７、例えばＲＡＭと、不揮発性メモリ６２９とを含む。メモリ６２７および６２９は、本発明によるソフトウェアプログラムの様々な実施形態を実施するために、処理装置６１５によって実行可能なプログラム命令（「ソフトウェアプログラム」とも呼ぶ）を記憶する。１つまたは複数の処理装置６１５ならびにメモリ６２７および６２９は、バス６４０によって相互接続される。入力／出力アダプタ（図示せず）もまた、バス６４０に接続されて、処理装置６１５と他の装置または回路の間の情報交換を可能にする。システム６００はまた、キーボード６３３、ポインティング装置６３０、例えばマウス、および表示装置６３７の少なくとも一時的な接続にも適合される。
【００８０】
図示の実施形態では、不揮発性メモリ６２９は、データ記憶用のディスク、ならびにオペレーティングシステムおよびソフトウェアアプリケーションを含むことができる。他の実施形態では、不揮発性メモリ６２９は、必ずしもディスクであるというわけではない。オペレーティングシステムは、特殊なチップハードウェア内にプログラムすることさえできる。メモリ６２９はまた、明示しないがＲＯＭを含み、同じく明示しないがテープなどの他の装置を含むこともできる。
【００８１】
データの記憶は、コンピュータシステム６００の１つまたは複数の処理によって実行することができ、処理が進行している同じコンピュータシステム６００のメモリ６２７もしくは６２９などのメモリ内、または異なるコンピュータシステム上での記憶を含むことができる。
【００８２】
さらに、本発明の制御に関連する処理の少なくとも一部は、本明細書で前述した方法、すなわち処理を実行するために、処理装置によって実行可能な命令のコンピュータ可読媒体の形で分配することができる。そのようなコンピュータ可読媒体は、様々な形態を有することができる。本発明は、分配を実施するために実際に使用される信号担持媒体の特定のタイプにかかわらず同様に適用される。具体的なコンピュータ可読媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスクなどの書込み可能型媒体、ハードディスクドライブ、ＲＡＭ、およびＣＤ−ＲＯＭが含まれる。伝送型媒体の例には、デジタルおよびアナログ通信リンクが含まれる。
【００８３】
様々な実施形態が、１つまたは複数のソフトウェアプログラムを様々な形で実施し、中でも、手続きベースの技法、コンポーネントベースの技法、および／またはオブジェクト指向の技法が含まれる。具体的な例には、ＸＭＬ、Ｃ、Ｃ＋＋オブジェクト、Ｊａｖａ（登録商標）、および市販のクラスライブラリが含まれる。本明細書に記載のハードウェアは、実装形態によって変わりうることが、当業者には理解されよう。記載の例は、本発明に関する構造上の制限を意味するものではない。
【００８４】
さらに多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかになるであろう。例えば、本明細書で上に、モータへの電圧を変動させて、可変要求信号に応じて車両速度を滑らかに変化させることについて説明した。本発明の一実施形態では、制御部は、モータを突沸させて車両を急に動かすように、すなわちただ単に低周波数でモータを通電しかつ電源を遮断するように動作可能とすることができる。モータ制御装置は、オン／オフ要求信号に応じて、この突沸を達成することができる。
【００８５】
＜車両でのＡＰＵの固定＞
再び図３Ａを参照すると、燃料電池１８０はとりわけ、車両３００の居室の後ろに、その牽引部分のフレーム上に固定された補助電源装置（「ＡＰＵ」）内に含むことができる。居室も、このフレーム上に乗る。ＡＰＵは、燃料電池１８０用の方形のハウジングを含み、このハウジングは、ハウジングの４つの隅部の下に直接配置されたそれぞれの空気バネにボルトで固定される。ＡＰＵは掛枠をさらに含み、そこに空気バネがボルトで固定される。また、２つのコイルバネが、それぞれの隅部付近のハウジングの一面にボルトで固定されたそれぞれのアイボルトによって、掛枠に接続され、したがって、掛枠のコイルバネの接続部は、コイルバネをハウジングの底部から下方へかつ外方へ延ばして保持するように配置される。コイルバネがハウジングの底部から外方へかつ下方へ延びる形で掛枠によって保持されることに加えて、コイルバネはまた、掛枠によって幾分引っ張られるが、十分にそれらの弾性限界の範囲内である。このようにして、バネは、引っ張られた状態で保持され、互いに対向し、ならびにハウジングを中心で位置合わせし、かつ空気バネの方へしっかりと下へ引っ張って保持する力をもたらす傾向がある。
【００８６】
空気バネは、車両３００のブレーキ用サブシステム３０４内に含まれる通常の圧縮空気システムに空気バネを接続するための、圧力調整機を介する接続を有する空気供給線によって相互接続される。このようにして、ＡＰＵの掛枠がフレームにボルトで固定された後、圧縮空気システムから空気バネに空気を入れることができ、それによりコイルバネの張力が増し、それによってよりしっかりと、ハウジングを中心で位置合わせして、かつ空気バネの方へ下に引っ張って保持する。したがって、隆起および急な動きの衝撃をフレームからハウジングへ直接伝達する可能性のあるいかなる剛性の部材も、またさらにはピストン型の緩衝装置もなしで、ハウジングが車両３００のフレームに固定されると有利である。緩衝装置は、もちろん一方向からのそのような衝撃を吸収する傾向があるが、複数の方向の動きは妨げる傾向があり、したがって、前述の構成よりも、複数の方向からの力を伝達する傾向が強い。前述の用途に適した通常の空気バネは、例えば、ＭＣＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒから入手可能である。
【００８７】
＜概論＞
以上から、本発明が多数の有用な利益を提供することが理解されよう。それには以下を含む。
通常のＰＴＯが、通常のＰＴＯポートを介して通常の変速機に追加されて、車両のＩＣＥの電源が遮断されているときでも、外部電源装置によって給電される電気牽引モータから車両の駆動系に動力を与えるために、従来とは異なる形の伝達装置として働くことができる。
本明細書に開示の車両に取り付けられた適切な補助電源装置内の水素燃料電池は、満載されたトレーラートラックなどの非常に大きな負荷でも、相当な距離にわたって、または相当な走行期間にわたって動かすための外部電源装置として提供できるのに十分な耐久性を有し、かつ十分なエネルギーを提供する。
蓄電池は、瞬間的な動力の要求に対してさらなるエネルギーを提供することができ、燃料電池からでも、電気牽引モータの逆作動によるＩＣＥからでも、低電力または非電気的な動作要求の適切な間隔で再充電することができる。
通常のＩＣＥを干渉または妨害することなく、駆動系に結合された電気牽引モータの動作を可能にし、かつ電気牽引モータおよび発電機の動作モードで、車両の既存のサブシステムの安全な動作を調整するための、制御部、ならびにクラッチ作動、補助空気、および補助油圧作動油サブシステムを含む補助サブシステムが開示される。
【００８８】
実施形態は、本発明の原理、実際の適用分野について最もよく説明し、かつ他の当業者が本発明を理解できるようにするために、選択しかつ記載した。様々な修正形態を有する様々な他の実施形態が、企図する特定の用途に適する可能性があり、本発明の範囲内である可能性がある。
【００８９】
明瞭にかつ明示的に述べない限り、以下の特許請求の範囲は、動作のいかなる特定の順序も暗示するものではない。特許請求の範囲の部分に対してa）、b）、c）などの表示を含むことは、それ自体で、いかなる特定の順序も暗示するものではなく、単にそれらの部分の参照を容易にするものである。
【符号の説明】
【００９０】
１１０ クランク軸
１２０ クラッチ
１２２ 変速機
１２４ ポート
１２５ 変速機入力軸
１２７ 変速機ケース
１２９ 変速機出力軸
１３０ 伝達歯車
１４０ 動力取出装置（「ＰＴＯ」）
１４１ 歯車
１４２ ケース
１５０ 電気牽引モータ、電気牽引モータ／発電機
１５４ ブラケット
１５６ フレームレール
１５８ ピンチクランプ
１６０ 制御システム、制御部
１７０ 蓄電池
１８０ 水素燃料電池
３００ 車両
３０２ 牽引ＩＣＥ、車両ディーゼルエンジン、内燃機関
３０４ サブシステム
３０６ 補助駆動装置
３０８ 電気システム
３１０ １２ＶＤＣ蓄電池
３１４ 缶
３１６ 差動装置
３１８ 車軸
３２０ 車輪
３３０ センサ
３４２ 空調用圧縮機
３４４ 補助モータ
３４６ 空気圧縮機
３４７ 空気タンク、空気供給タンク
３４８ 補助空気圧縮機
３５０ 補助モータ、予備空気圧縮機モータ、補助空気圧縮機モータ
３５２ 逆流防止弁
３５４ 油圧ポンプ
３５５ 油圧作動油タンク
３５６ 補助油圧作動油ポンプ
３５８ 補助モータ、予備油圧ポンプモータ、補助油圧ポンプモータ
３６０ 逆流防止弁
４０２ 車両ディーゼルエンジン鍵スイッチ
４０４ 電子牽引システム鍵スイッチ
４０６ モータ制御装置
４１２ クラッチアクチュエータ
４１４ ステアリングアームリミットスイッチ
４１６ アクチュエータリミットスイッチ
４１８ 空気圧スイッチ
４２０ 遮断装置、フットスロットルリミットスイッチ、FTLS
４２５ 無効化装置
５１０ クラッチペダル、フットペダル
５１２ 枢支点
５１３ 枢支点
５１４ クラッチアーム
５１６ 枢支点
５２０ 連結棒
５２２ 連結棒
５２４ クラッチアーム
５３０ 切離し動作
５３２ 切離し動作
５３４ 切離し動作
５３６ 切離し動作
５３８ 接続部、結合部
５４０ カップ
５４２ 延長／引込み可能軸
６００ コンピュータシステム
６１５ １つまたは複数の処理装置
６２７ 揮発性メモリ
６２９ 不揮発性メモリ
６３０ ポインティング装置
６３３ キーボード
６３７ 表示装置
６４０ バス
【技術分野】
【０００１】
本願は、２００６年２月２１日出願の “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” という名称の、Warner Olan Harris の米国特許仮出願第６０／７７４７３２号の優先日の利益を主張する出願である。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本願はまた、２００６年３月１４日出願の “Fuel cell-driven auxiliary system, and method therefore” という名称の、Warner Olan Harris の米国特許出願第１１／３７４７０９号の優先日の利益を主張する一部継続出願である。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００３】
本願はまた、２００６年１１月１０日出願の “Electric Traction” という名称の米国実用出願第１１／５５８７８６号の優先権を主張するものである。同特許を参照により本明細書に組み込まれる。
【０００４】
本発明は、開口を有する変速機に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を含む駆動系に関し、より詳細には、モータと、開口を介してモータを変速機に結合して、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、モータが駆動系に選択的に動力供給できるようにする伝達装置とに関する。
【背景技術】
【０００５】
特定の状況では、ＩＣＥから動力供給されるトラックは、長期間アイドリングし、散発的に動く。これは例えば、港および他の中間準備基地で待機している間に生じることがある。さらにこれは、積荷を積み降ろす場合に、また同様に中間準備基地に出入りする場合に生じることがある。こうしたＩＣＥの使用は、ある意味では望ましくない。これらの状況での燃料の使用量、ならびに熱、騒音、および排気ガスの放出量は、その積荷を移動させる距離の割に、非常に大きい。しかし、経済的に可能な代替手段、特に高荷重のトレーラートラックによって扱われる積荷向けの代替手段は、開発されていない。
【０００６】
もちろん、比較的小型のハイブリッド電気自動車「ＨＥＷ」において、牽引のために、すなわち車両を動かすために、ＩＣＥを補助するために、またさらには一時的にＩＣＥの代わりとして、モータを使用することも知られている。しかし、モータの使用には、特にトラックについて前述したような適用分野には、多数の障害がある。例えば、中間準備基地でのトラックの積荷は潜在的に、従来のＨＥＷが遭遇するものよりはるかに大きい。
【０００７】
特許文献１（「Schmidt」）は、これらの問題のすべてに対処しているというわけではないが、回転負荷伝達に関する障害がＨＥＷでどのように対処されたかを示している。Schmidtが示すように、ＨＥＷ用のハイブリッド変速機は、ハイブリッド変速機ハウジング内に、電気牽引モータと、回転をモータから変速機出力軸へ伝達するための遊星歯車セットとを含むが、これはＩＣＥによって駆動されることもある。単にこの１つの障害に関するだけでも、Schmidt の教示は、本明細書に前述した問題および類似の問題に対して限定的な効果しかもたない。すなわち、従来のＩＣＥ車両にモータを介して動力供給するために、Schmidt の構成を適用するには、車両の従来の変速機が、ハイブリッド変速機と取り替えられる。しかし多数のトラックが現在稼動中であるため、この手法では、こうした補修のために、モータの使用へ移行することは現実的でない。
【０００８】
散発的でかつ比較的遅い動きに対処する別の従来技術の構成では、特許文献２（「Ohke」）が、「微速走行 （inching） 」の場合には車両のＩＣＥから動力を取り出すために、従来の動力取出（「ＰＴＯ」）装置を乗用車に追加することを開示している。Ohke はさらに、微速走行モードで車両を動かす場合にＰＴＯからの動力を回復するために、車両の従来の変速機出力軸に結合された油圧ポンプ、油圧モータ、および副変速機を追加することを開示している。この構成は、車両の元の変速機の交換を必要としないが、他の欠点を有し、中でも最たるものは、微速走行の場合にＰＴＯに動力を供給するために、ＩＣＥが常時動作するということである。また、油圧ポンプ、油圧モータ、および副変速機による動力損失が大きい。
【０００９】
従来技術の図１を参照すると、Ohke の特許に該当しうる従来のＰＴＯ構成の詳細を示す。変速機１２２は、ポート１２４を画定するケース１２７を有し、ポート１２４は、取外し可能なアクセス板１２１によって覆われる。内燃機関（「ＩＣＥ」）のクランク軸１１０は、クラッチ１２０を介して変速機入力軸１２５に接続する。言い換えれば、ＩＣＥは、変速機１２２の入力部１２５に結合されたクラッチ１２０を含む駆動系に、クランク軸１１０を介して結合される。
【００１０】
変速機１２２は、入力軸１２５に結合された伝達歯車１３０を有する。従来技術の図１Ｂに示すように、従来の動力取出装置（「ＰＴＯ」）１４０は、伝達装置の一種であり、ポート１２４に一致する開口を画定するケース１４２を有する。従来通り、ケース１４２は、ケース１４２がポート１２４に揃うように変速機ケース１２７にボルトで固定されるように適合され、したがってＰＴＯ１４０の歯車１４１が、変速機１２２の歯車１３０に係合する。この構成によって通常、ＩＣＥクランク軸１１０からＰＴＯ軸１４３を介して動力の取出しが可能である。
【００１１】
特許文献３（「Jedrzykowski」）はまた、非常に低速の動作でのＰＴＯの使用を開示している。Jedrzykowskiの教示では、この適用分野はトラクター用のものであり、低速動作は「クリーピング（creeping）」と呼ばれる。Jedrzykowski によれば、クリーピング動作モードでは、トラクターのクラッチが切り離され、ＰＴＯを使用して、外付けモータからその変速機軸に動力を取り入れる。モータは、発電機によって通電され、発電機は、トラクターのＩＣＥによって駆動される。Ohke の教示の場合と同様に、Jedrzykowski の開示は、現在の問題に関する障害の限定された部分にしか対処しておらず、これもまた、結局ＩＣＥの動作がクリーピングのための動力を供給し、したがってＩＣＥが常時動作しなければならないという欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許第５５５８５８８号明細書
【特許文献２】米国特許第６２６９７１３号明細書
【特許文献３】米国特許第２９２３１７１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第１１／３７４７０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、アイドリングのための、または短距離もしくは比較的低速の移動のためのＩＣＥの使用に関連する、燃料の使用量、ならびに熱、騒音、および排気ガスの放出量を削減する方法が必要であることを理解されたい。この必要性は特に、高荷重のトレーラートラックによる大量の積荷の運搬に対して、とりわけ、動きが散発的でまたは比較的遅いことがある、交通渋滞または中間準備基地周辺などの状況で、深刻である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、上記の必要性に対処する。本発明の一形態によれば、システムは、動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を備える駆動系を含む。伝達装置は、モータを変速機にポートを介して結合する。モータは、システムの特定の構成において、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、駆動系に選択的に動力供給することができる。
【００１５】
別の態様では、システムは、モータに動力を供給するための電源装置を含む。電源装置は、燃料電池を含むことができる。電源装置は、蓄電池を含むことができる。電源装置は、蓄電池と、蓄電池を充電するように構成された燃料電池とを含むことができる。
【００１６】
別の態様では、システムは、ＩＣＥに電源が投入されているとき、ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にするように構成される。
【００１７】
本発明の一形態によれば、駆動系に結合された内燃機関（「ＩＣＥ」）を有する車両用の電気牽引システムでは、駆動系は、変速機の入力部に結合されたクラッチを含み、またこのシステムは、モータと、車両を動かすためにモータの回転を変速機入力部に伝達するための伝達装置とを含む。システムはまた、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、車両を動かすための動力を供給するようにモータに電気的に結合された電源装置を含む。システムはまた、この動きを選択的に行うことができるように構成された制御部を含む。
【００１８】
別の態様では、変速機は、変速機入力部にアクセスするためのポートを画定するケースを有し、また伝達装置は、この変速機ケースに固定されたケースを有し、したがって伝達装置は、モータの回転を伝達するように変速機入力部に係合する。
【００１９】
別の態様では、システムはモータ制御装置を含み、電源装置が、モータ制御装置を介してモータに電気的に結合される。
【００２０】
別の態様では、電源装置は、モータに電力を供給するようにモータ制御装置に電気的に結合された蓄電池を含み、燃料電池とモータの電気的結合が蓄電池を介するものであり、したがって燃料電池は、蓄電池を再充電するように動作可能である。
【００２１】
別の態様では、制御部は、要求信号に応じてモータを通電するようにモータ制御装置に電気的に結合され、かつともに動作可能である。
【００２２】
別の態様では、要求信号は可変要求信号であり、またモータの通電は、可変要求信号に応じて車両の速度が調整されるような可変通電を含む。
【００２３】
別の態様では、制御部は、スロットルと、可変インピーダンス装置を含む。モータの通電は、可変通電を含むことができる。したがって、要求信号は、可変インピーダンス装置からの可変インピーダンス信号を含むことができ、インピーダンスは、スロットルに応じて変動する。
【００２４】
別の態様では、制御部は、遮断信号に応じてモータの電源を遮断するようにモータ制御装置に電気的に結合され、かつともに動作可能である。遮断信号は、ＩＣＥの動作またはＩＣＥの動作の予兆を示す。遮断信号は、ＩＣＥを始動するための信号を含むことができる。遮断信号は、クラッチ位置信号を含むことができる。遮断信号は、ＩＣＥ回転信号を含むことができる。遮断信号は、ＩＣＥ点火信号を含むことができる。
【００２５】
別の態様では、制御部は、信号に応じて、ＩＣＥが変速機入力部から切り離される位置へ、クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを含む。クラッチを自動的に動かす信号は、車両の動きがモータから動力供給される動作モードの初期化を示すことができる。
【００２６】
別の態様では、システムは、ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にするように構成される。ＩＣＥによる蓄電池の充電を可能にする構成は、ＩＣＥからの動力をモータへクラッチを介して機械的に伝達するための、クラッチを介してＩＣＥに係合されている変速機を含むことができ、したがってモータは、発電機として動作可能である。
【００２７】
別の態様では、車両は、車両のブレーキサブシステム用のタンクに空気を供給するための、ＩＣＥによって駆動される空気圧縮機を含む。それに応じてシステムは、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、タンクに空気を供給するための補助空気圧縮機を備える。システムはまた、補助空気圧縮機を駆動するための補助空気モータと、空気圧が低いのに応じて補助空気モータに電源を投入するための、タンクに結合された空気圧スイッチとを含む。
【００２８】
別の態様では、車両は、車両のステアリングサブシステムに作動油を供給するための、ＩＣＥによって駆動される油圧作動油ポンプを含む。それに応じてシステムは、ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、パワーステアリングサブシステムに作動油を供給するための補助油圧作動油ポンプを備える。システムはまた、補助油圧作動油ポンプを駆動するための補助油圧作動油モータと、ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品の位置に応じて、補助油圧作動油モータに電源を投入するための、ステアリングサブシステムに結合された少なくとも１つのリミットスイッチとを含む。ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品は、ステアリングアームを含むことができる。
【００２９】
本発明の他の変形形態、目的、利点、および形態は、以下の詳細な説明を読み、かつ添付の図面を参照すれば、明らかになるであろう。例えば、本発明の一形態では、本明細書に記載の特徴は、新規な処理段階でのように実行され、それには、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を含むことができる。本発明の別の形態では、コンピュータシステムは、処理装置と、処理装置に接続された記憶装置を含む。記憶装置は、処理装置を制御するためのプログラムをその上に記憶している。処理装置は、このプログラムで動作して、全体または一部として方法を実施するためにプログラムを実行し、それには、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を含むことができる。本発明の別の形態では、コンピュータプログラム製品は、有形のコンピュータ可読媒体上に記憶される。コンピュータプログラム製品は、コンピュータシステムによって実行するための命令を有する。これらの命令は、コンピュータによって実行されるとき、このコンピュータに、本明細書に記載のシステムを制御するための処理を実施させる。
【００３０】
上記その他の目的、態様、および利点は、本発明の好ましい１つまたは複数の実施形態についての以下の詳細な説明から、添付の図面を参照すれば、より良く理解されるであろう。同じ参照番号を使用して、図全体にわたって、同様の構成部品および特徴を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】従来技術の駆動系の態様を示す図である。
【図１Ｂ】ＰＴＯを備える従来技術の駆動系の態様を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの特定の構成部品ならびに特定の取付けおよび係合態様を示す図である。
【図３Ａ】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの追加の態様を示すブロック図である。
【図３Ｂ】本発明の一実施形態による、車両用の電気牽引システムの追加の態様を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による、図３の電気牽引システムの特定の制御態様を示す電気回路図である。
【図５】本発明の一実施形態による、図３の車両用のアクチュエータおよび主エンジンクラッチへのリンク機構の特定の態様を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、本発明の制御処理の少なくとも一部の態様を実施できるコンピュータシステムを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
好ましい実施形態についての以下の詳細な説明では、本発明を実施できる実施形態を示す添付の図面を参照する。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用でき、また変更を加えることができることを理解されたい。図面および詳細な説明は、本発明を、開示する特定の形態に限定するものではない。逆に、添付の特許請求の範囲によって規定される本発明の精神および範囲内に含まれるすべての修正形態、等価物、および代替形態を包含するものとする。本明細書中の見出しは、何ら主題を限定するものではない。
【００３３】
＜概要＞
本発明の一実施形態によれば、電気牽引システムは、車両が低速で、頻繁にアイドリングしながら動いているとき、または騒音もしくは汚染が懸念されるときの牽引用に、車両の従来のまたは元の機器の変速機を駆動するために、モータ（本明細書では電気牽引モータとも呼ぶ）を含む。それ以外の場合は、主牽引エンジン、ＩＣＥ、を、通常の形で始動しかつ使用することができる。通常の幹線道路または街路での車両の動作中は、電気牽引モータは、電気牽引システムの蓄電池を再充電するために、主牽引エンジンからＯＥＭ変速機を介して動力供給される発電機としての第２のモードで動作することができる。システムは、同じく電気を発生させる水素燃料電池を含み、したがってシステムの電気牽引モータを動作するために必要な蓄電池の寸法を縮小させる。
【００３４】
本発明の好ましい一適用分野は、約２０ｍｐｈ未満の速度で走行する高荷重のトラック向けのものである。しかし、様々な実施形態では、本発明は、より高速のもの、また異なる車両に適用することができる。例えば、一適用分野では、トラックは、交通渋滞および港付近の人口密度の高い地域社会など、騒音もしくは排気ガスが問題である地域社会付近にいるとき、例えばスモッグおよび騒音が特に問題となりうる場所にいるときは、２０ｍｐｈを上回る速度でも、少なくとも部分的に電気牽引モータによって駆動することができる。本発明の一実施形態により、トラックまたは他の車両を、少なくとも部分的に電気牽引モータによって２０ｍｐｈを上回る速度で駆動する理由は、他にも存在する可能性がある。
【００３５】
次に図２を参照すると、本発明によれば、トラックのフレームレール１５６に取り付けられた電気牽引モータ１５０を示す。図２の構成は、従来のＨＥＷ構成と構造的に異なる。従来のＨＥＷ構成では、ハイブリッド変速機は、モータと、電気牽引モータからの回転を変速機出力軸へ伝達するためにモータ軸を変速機出力軸に結合する遊星歯車のセットとを収容するが、これは、ＩＣＥにも駆動される（図２には図示せず）。図２の電気牽引モータ１５０は、変速機ケース１２７の外部にあり、ケース１２７で確実に支持するには重すぎ、かつ大きすぎる。というのは、変速機ケース１２７が、この片持ち梁のように大きく張り出した重量に十分耐えることができないからである。本発明の図示の実施形態では、ブラケット１５４が、ピンチクランプ１５８によってトラックのフレームレール１５６に取り付けられる。モータ１５０は、変速機１２２を含む従来の駆動系が自由に動けるように、フレームレール１５６および他の構成部品に対して十分な隙間を空けて、ブラケット１５４にボルトで固定される。
【００３６】
モータ１５０は、制御システム１６０によって制御され、かつ電源装置の一種である蓄電池１７０から給電される。蓄電池１７０は、別のタイプの電源装置である水素燃料電池１８０から給電される。モータ１５０は、変速機１２２の入力軸１２５上の歯車１３０に係合するＰＴＯ１４０の歯車１４１を介して、変速機出力軸１２９に動力供給するように設けられる。すなわち歯車１４１は、電気牽引モータ１５０からの回転を駆動軸１２９へ伝達するためのものである。ＰＴＯ１４０は、変速機ケース１２７から独立し、かつ変速機ケース１２７に着脱自在にボルトで固定されたケース１４２内に歯車１４１を収容し、したがって歯車１４１は、変速機ケース１２７のポート１２４を通って歯車１３０に係合するように位置合わせされる。
【００３７】
図示の実施形態によれば、電気牽引モータ１５０は、トラックのＩＣＥの代わりに、すなわちＩＣＥの電源が遮断されているときに、トラックに動力供給するものであることが好ましい。したがって、電気牽引モータ１５０が、クランク軸１１０に接続されたＩＣＥを回転させることなく変速機入力軸１２５を駆動するためには、少なくとも一部の動作モードで、クランク軸１１０を入力軸１２５から切り離すことが望ましい。したがって、[ここを確認]本明細書で以下にさらに説明するように、クランク軸１１０が変速機入力軸１２５に係合するのに応じて電気牽引モータ１５０の電源を遮断するための制御論理回路（図２には図示せず）を含む遮断装置（図２には図示せず）が設けられる。軸１１０が軸１２５から切り離され、それによって論理回路を満たす位置でクラッチ１２０を保持するための機械または電気機械装置（図２には図示せず）も含まれる。
【００３８】
＜ブロック図＞
次に図３Ａを参照すると、本発明の一実施形態による、車両３００用の電気牽引システムのブロック図を示す。車両３００は、クランク軸１１０に結合された牽引ＩＣＥ３０２、クラッチ１２０、変速機入力軸１２５、変速機１２２、変速機出力軸１２９、および差動装置３１６からなる従来の構成を含む駆動系を有する。差動装置３１６は、クランク軸１１０の回転を車軸３１８へ、そして車輪３２０へ伝える。車両３００はまた、点火、照明用などの従来の電気システム３０８に給電するための従来の１２ＶＤＣ蓄電池３１０を有する。
【００３９】
車両３００は、前述のように、ＰＴＯ１４０を介して変速機１２２を駆動するための電気牽引モータ１５０を含む。ＥＴＭ１５０は軸１４３でＰＴＯ１４０を駆動する。ＥＴＭ１５０は、制御システム１６０のモータ制御装置（図３Ａには図示せず）のＡＣ出力から直接動力供給される。制御システム１６０は、１４４ＶＤＣ蓄電池１７０から動力供給され、１４４ＶＤＣ蓄電池１７０は、水素燃料電池１８０によって再充電される。水素燃料電池１８０は、圧縮水素缶３１４から補充される。モータ１５０に動力を供給するために蓄電池１７０を充電することに加えて、燃料電池１８０はまた、従来の牽引システム１２ＶＤＣ蓄電池３１０も充電する。
【００４０】
本発明の図示の実施形態では、モータ１５０は交流型であり、したがって、エンジン3０２が動作しており、またクラッチ１２０がクランク軸１１０を変速機入力軸１２５に係合するとき、モータ１５０は逆に、電気を発生させるように動作可能である。この発電モードで動作するとき、（ＥＴＭ）１５０は、制御システム１６０を介して蓄電池１７０を充電することができる。
【００４１】
モータ１５０の定格馬力は、処理する必要がある荷重ならびに必要な速度および加速度に応じて、本発明の実施形態ごとに変わる可能性がある。満載された高荷重のトレーラートラックの重量は、約８０,０００ポンドになりうる。（約１８００ポンドの従来の電気自動車は、電力だけで８０ｍｐｈを実現しかつ維持するために、約５０馬力のモータを必要とする。）本発明の一実施形態では、モータ１５０は直流型で、重量約１８０ポンドであり、定格連続馬力は４０馬力、最高２分間で８０馬力である。別の実施形態では、モータ１５０は、定格および重量が少なくともある程度類似の交流モータである。もちろん、定格馬力および対応する速度は、車両および荷重に依存する。
【００４２】
蓄電池１７０のキロワット時容量は、燃料電池１８０のキロワット容量および缶３１４の貯蔵容量と同様に、実施形態によって変わる可能性がある。一実施形態では、蓄電池１７０の容量は１４.４ｋＷｈであり、燃料電池１８０の容量は１５ｋＷであり、缶３１４の水素貯蔵容量は３００ｐｓｉで１ｋｇである。
【００４３】
次に図３Ｂを図３Ａとともに参照すると、車両３００はまた、サブシステム３０４を含み、それには空調、クラッチ、ブレーキ、およびステアリング用サブシステムが含まれる。サブシステム３０４の冷却、すなわち空調用の冷却剤は、従来通り、ＩＣＥ３０２によって駆動される圧縮機３４２によって圧縮される。サブシステム３０４のブレーキサブシステムは、高荷重のトラックで従来の通り、ＩＣＥ３０２によって駆動される空気圧縮機３４６によって圧縮されかつタンク３４７内に貯蔵された空気によって制御される。サブシステム３０４のステアリングサブシステムは、同じく従来通り、主ＩＣＥ３０２によって駆動される油圧ポンプ３５４によって押し出されるタンク３５５から補充される油圧アクチュエータ（図示せず）によって制御される。
【００４４】
空調、ブレーキ、およびステアリングサブシステム３０４に対する前述の従来の構成に加えて、本発明の図示の実施形態は、ＩＣＥ３０２が動作していないときの空調、クラッチ、ブレーキ、およびステアリングの動作のために、制御システム１６０によって制御されかつ蓄電池１７０から給電される補助駆動装置３０６を含む。この電気動作モードでは、空調用圧縮機３４２は、上に参照した特許文献４に記載のように、制御システム１６０の制御下で補助モータ３４４によって直接駆動される。また補助駆動装置３０６は、逆流を防止する逆流防止弁３５２によって空気タンク３４７に結合され、かつ補助モータ３５０によって駆動される補助空気圧縮機３４８を含み、それによって制御システム１６０の制御下において電気動作モードで圧縮空気を提供する。駆動装置３０６はまた、逆流を防止する逆流防止弁３６０によって油圧作動油タンク３５５に結合され、かつ補助モータ３５８によって駆動される補助油圧作動油ポンプ３５６を含み、したがってポンプ３５６は、制御システム１６０の制御下において車両３００の電気動作中にブレーキをかけるための作動流体を提供する。
【００４５】
＜制御システム＞
次に図４を図３Ａおよび３Ｂとともに参照すると、本発明の一実施形態による、車両の電気牽引モータ１５０の動作を可能にするための制御システム１６０の態様を示す概略図を示す。システム１６０は、モータ１５０の速度を制御するように電圧を提供するためのモータ制御装置４０６を含む。本発明の一実施形態では、モータ制御装置４０６は、Cutler PＭＣ１２３８である。本発明の別の実施形態では、モータ制御装置４０６は、Cutler PＭＣ１２３１Cである。より具体的には、モータ制御装置４０６は、要求信号に応じて電気牽引モータ１５０の速度を制御するように電圧を出力する。図示の制御システム１６０では、センサＦＴＲが、運転者のフットスロットルの位置決めに応じてＦＴＲの抵抗またはインピーダンスが変動するような形で、車両のフットスロットル（図示せず）に機械的に、電気的に、または光学的に結合され、それによってモータ制御装置４０６の出力電圧がそれに応じて変動する可変要求信号を与え、それによって車両の速度が可変要求信号に応じて滑らかに調整されるように、モータ１５０への電圧を変動させる。電圧の変動には、周波数、電圧レベル、または電圧パルス幅のいずれか、またはそれらの任意の組合せの変動を含むことができる。（フットスロットルは、ＩＣＥの回転速度、およびシステム１６０によって制御される車両速度など、その結果得られる車両速度を制御するための従来の周知の手段である。）
【００４６】
前述のように、車両が電気牽引モータ１５０を介して動作しているとき、補助モータ３５０は、車両のブレーキシステムを動作するために空気を加圧するように補助空気圧縮機３４８を駆動し、また補助モータ３５８は、車両３００のパワーステアリングシステムを動作するために油圧作動油を加圧するように補助ポンプ３５６を駆動する。本明細書で以下に記載するように、システム１６０はまた、車両３００の安全な動作を保証するために、センサ３３０から信号を受け取る、論理連結機能を提供する様々な制御部を含む。それには、電気牽引モータ１５０、補助駆動装置３０６、ならびにシステム３０４のＨＶＡＣ、クラッチ、ブレーキ、およびステアリング構成部品を含む。
【００４７】
＜ＶＤＥ鍵スイッチ＞
車両の従来の動作について、電気システム３０８の一部であるスイッチ４０２に関して以下に説明する。システム１６０は、車両３００の従来の１２ＶＤＣ電気システムに配線され、従来の車両ディーゼルエンジン鍵スイッチ４０２を有する。スイッチ４０２は、複数の異なる位置を有し、そのうちの３つ、すなわち「走行（run）」、「停止（off）」、および「アクセサリ（accessory）」という位置を図４に明示する。運転者は通常、最初に「停止」位置に向けられているスイッチ４０２に鍵を挿入する。車両を始動するために、次いで運転者は、鍵を右に回し「始動（start）」位置（図４には図示せず）に合わせて始動モータを通電し、始動モータが車両ディーゼルエンジン３０２を起動させる。次いで、エンジン３０２が内部燃焼によってその動作を維持すると、運転者は、スイッチ４０２内の鍵を解放し、鍵は、図４に示す「走行」位置へバネ復帰する。「走行」位置は通常、「停止」位置と「始動」位置の間にあり、スイッチが妨害されない限りそこに留まる位置、すなわちバネ復帰機能をもたない位置である。車両ディーゼルエンジン３０２を停止させるには、運転者は、スイッチ４０２内の鍵を左に回し「停止」位置に合わせることができ、スイッチ４０２は、妨害されない限りこの位置に留まる。スイッチ４０２はまた、図４に示すように、通常「停止」位置の左側にある、ラジオなどのアクセサリに電源を投入するための「アクセサリ」位置を有する。通常は、運転者が鍵を「アクセサリ」位置へ回した場合、スイッチ４０２は、妨害されない限りこの位置に留まる。
【００４８】
＜電気牽引モータ制御装置に論理的に連結されたＶＤＥ鍵スイッチ＞
次に本発明の一実施形態についての説明に戻ると、システム１６０によれば、リレーＡＣおよびＶのコイルは、それぞれスイッチ４０２の「アクセサリ」および「走行」位置に配線され、したがって、スイッチ４０２が「アクセサリ」位置にあるときは、リレーＡＣのコイルが通電され、スイッチ４０２が「走行」位置にあるときは、リレーＶのコイルが１２ＶＤＣで通電される。これは通常、１２ＶＤＣ蓄電池３１０から給電される。
【００４９】
システム１６０はまた、電気牽引モータ／発電機１５０を含む電気牽引システムに第１の補助電圧を供給する補助蓄電池１７０を含む。供給される電圧１４４ＶＤＣを図４に示す。（「１４４ＶＤＣ」と呼ぶが、蓄電池１７０から供給される電圧は変わることがあり、また制御システム１６０は電源電圧の範囲内で適切に動作できることを理解されたい。本発明の一実施形態では、制御装置４０６は、例えば僅か８４ＶＤＣという低い電源電圧でも適切に動作する。）図示のように、電子牽引システム鍵スイッチ４０４は、１２ＶＤＣ電源に配線され、かつ本明細書で前述したリレーＶの常閉接点V１およびリレーコイルＫＲと直列に配線された「走行」位置を有し、したがって、スイッチ４０４が「走行」位置にあるとき、スイッチ４０４の「走行」接点が閉じる。したがって、リレーＶの電源が遮断されて、接点Ｖ１が閉じた場合、リレーコイルＫＲは、１２ＶＤＣ電源を介して通電される。したがって、リレーＶは、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置にある場合は、リレーコイルＫＲが通電されないような連結を提供することを理解されたい。（電源が遮断されることを、本明細書では「引き外し（dropped out）」ともいう。）しかし、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が「走行」位置にない場合、リレーＶの電源は遮断され、したがって電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にある場合、リレーコイルＫＲが通電される（本明細書では「復帰（picked up）」ともいう）。
【００５０】
システム１６０はまた、１４４ＶＤＣ電源内で、前述のリレーＡＣの常開接点ＡＣ１と直列に配線されたリレーコイルＭＣを含む。したがって、リレーＡＣは、別の連結を提供する。すなわち、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が「アクセサリ」位置にある場合、リレーコイルＡＣが復帰し、接点ＡＣ１を閉じ、それによってリレーＭＣを復帰させる。しかし、スイッチ４０２が「アクセサリ」位置にない場合、リレーコイルＡＣは引き外され、接点ＡＣ１を開き、それによってリレーＭＣを引き外す。
【００５１】
図示のように、リレーＭＣの常開接点ＭＣ１は、１４４ＶＤＣを制御装置４０６の主端子+へ接続する（すなわち「閉じる」）ように配線される。同様に、図示のように、リレーＫＲおよびＫＧの常開接点ＫＲ１とＫＧ１の並列の組合せが、接点ＭＣ１と直列に配線されて、１４４ＶＤＣから制御装置４０６の制御電源端子ＣＰを閉じ、リレーＫＲおよびＫＧの常開接点ＫＲ２とＫＧ２の並列の組合せが、可変抵抗ＦＴＲおよび制御装置４０６の入力制御端子と直列に接続される。
【００５２】
したがって、リレーＡＣ、Ｖ、ＫＲ、ＫＧ、およびＭＣは協働して、モータ制御装置４０６を動作するためには、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置ではなく「アクセサリ」位置になければならず、一方電気牽引スイッチ４０４が「走行」位置になければならないような、以下にさらに説明する制御論理回路を提供する。すなわち、制御装置４０６の主端子+および-を通電するためには、接点ＭＣ１が閉じなければならない。これはもちろん、フットスロットルを介してＦＴＲによって電気牽引モータ１５０の速度を制御するために必要である。接点ＭＣ１を閉じるためには、もちろん、コイルＭＣが復帰しなければならない。こうするためには、車両ディーゼルエンジン３０２のスイッチ４０２が、「アクセサリ」位置になければならず、それによってコイルＡＣを復帰させて、接点ＡＣ１を閉じかつコイルＭＣを復帰させる。
【００５３】
また、追加の遮断装置４２０が、接点ＡＣ１およびコイルＭＣと直列に設けられる。これらの装置４２０は、ＭＣが復帰するのを防止し、したがってモータ１５０が動作するのを防止でき、またはモータ１５０が動作していると、ＭＣを復帰させかつ保持するための経路を切断し、それによってモータ１５０の電源を遮断することができる。遮断装置４２０は、追加のセンサ３３０が、ＩＣＥを始動するための信号、クラッチ位置信号、ＩＣＥ回転信号、ＩＣＥ点火信号などのＩＣＥの動作またはＩＣＥの動作の予兆を示す遮断信号を生成するのに応じて動作することができる。しかし、一部またはすべての遮断装置４２０は、クラッチ１２０を介してＩＣＥ３０２によって駆動される発電機としてモータ１５０を動作するためのものなど、異なる動作モードに対する無効化装置４２５によって無効化されることがあり、したがって無効化された遮断装置４２０は、モータ１５０を遮断しない。
【００５４】
制御装置４０６の主端子＋および−を通電することで、制御装置４０６に主電源を供給するが、制御装置４０６はまた、端子ＣＰへの制御電源も必要とする。接点ＭＣ１が閉じている場合、１４４ＶＤＣ電源は、１０００オーム、２０ワットの抵抗Rを介して端子ＣＰに結合され、これにより、端子ＣＰに結合された制御装置４０６の内部制御部を予め充電する。こうして予め充電することは、可変抵抗ＦＴＲの動作に対して制御装置４０６による素早い応答を提供するのに有用であるが、制御装置４０６を完全に動作するのに十分な電流は提供しない。
【００５５】
制御装置４０６が完全に動作するためには、接点ＫＲ１またはＫＧ１およびＫＲ２またはＫＧ２が閉じて、制御装置４０６に全電力を供給しなければならず、それにはもちろん、リレーコイルＫＲまたはリレーコイルＫＧが復帰する必要がある。こうするためには、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２は「走行」位置にあってはならず、それによって確実に、リレーＶが引き外されたままで、接点Ｖ１およびＶ２が閉じるようにする。同様に、電気牽引スイッチ４０４は「走行」位置になければならず、それによって、閉じた接点Ｖ１を介してリレーコイルＫＲを復帰させ、またそうでない場合は、「発電（generate）」位置になければならず、それによって、閉じた接点Ｖ２を介してリレーコイルＫＧを復帰させる。
【００５６】
スイッチ４０４の「発電」位置は、ＩＣＥ３０２による蓄電池１７０の充電を可能にするために設けられる。すなわち、電気牽引システムの「発電」動作設定では、ＩＣＥ３０２による蓄電池１７０の充電が可能になる。それには、変速機１２２が、ＩＣＥ３０２からの動力をモータ／発電機１５０へクラッチ１２０を介して機械的に伝達するために、クラッチ１２０を介してＩＣＥ３０２に係合されていることを含み、したがってモータ／発電機１５０は、発電機として動作可能になる。
【００５７】
＜クラッチの動作に関する制御部＞
前述の制御部に加えて、システム１６０は、電気牽引システム動作モードにあるとき、主車両ディーゼルエンジン３０２のクラッチ１２０を係合しかつ切り離すための制御部を有する。
【００５８】
クラッチ１２０の動作に関する制御部については、図５に関連して本明細書で下にさらに説明するように、システム１６０は、クラッチ１２０に機械的に連結されたクラッチアクチュエータ４１２を含む。アクチュエータ４１２は、クラッチペダル押下げコイルＤおよびクラッチペダル解放コイルＲを有する。押下げコイルＤを通電すると、アクチュエータ４１２が延び、それによって、車両の通常のクラッチペダルに結合されたリンク機構をペダル押下げ位置へ動かし、そこで、クランク軸１１０が変速機入力軸１２５から切り離される。逆に、解放コイルＲを通電すると、アクチュエータ４１２が引っ込み、それによってクラッチペダルをペダル解放位置の方へ動かし、そこで、クラッチ１２０がクランク軸１１０を変速機入力軸１２５に係合する。アクチュエータ４１２には、リミットスイッチ４１６ＣＤおよびＣＲが付随する。リミットスイッチＣＤは、アクチュエータ４１２が完全に延びた位置に到達するのに応じて開き、一方リミットスイッチＣＲは、アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだ位置に到達するのに応じて開く。
【００５９】
押下げコイルDおよび解放コイルRの電源がどちらも遮断されている場合、アクチュエータ４１２はその最後の位置に留まり、仮にアクチュエータ４１２がクラッチペダルを押し下げていた場合、最後にどの程度まで押し下げたとしても、その位置までクラッチ１２０を押し下げたまま保持する傾向がある。しかし、アクチュエータ４１２も、アクチュエータ４１２をクラッチ１２０に接続する機械的リンク機構も、ペダルがまだ完全に押し下げられていない場合、クラッチペダルがさらに手動で押し下げられるのを防止しない。
【００６０】
次に図５を参照すると、アクチュエータ４１２とクラッチ１２０のリンク機構をさらに示す。図はリンク機構を全体として示すが、幾分概略的な性質のものであることを理解されたい。すなわち、図５では、図示の構成がどのように動作するかについて特定の特徴および態様をよりはっきりと示すために、一部の機械的な細部を省略し、または比喩的に示すことがある。
【００６１】
本発明のアクチュエータ４１２およびその付随するリンク機構を示すことに加えて、図５はまた、次のように、通常のクラッチペダル５１０と通常のクラッチ１２０の通常のリンク機構を示す。クラッチ１２０を切り離すためには、運転者は通常、車両の運転席内の通常のクラッチペダル５１０を押し下げ、それによって切離し動作５３０を生じさせる。クラッチペダル５１０は、枢支点５１２に回転可能に固定されたクラッチアーム５１４上にあり、したがって、切離し動作５３０は、切離し動作５３２をクラッチアーム５１４を介して連結棒５２０に伝える。図示のように、連結棒５２０は、連結棒５２０とクラッチアーム５１４の係合部の反対側に、連結棒５２２に回転可能に接続５３８された末端部を有する。また、連結棒５２０は、枢支点５１３に回転可能に固定される。したがって、連結棒５２０は、切離し動作５３２を連結棒５２２に伝え、連結棒５２２で切離し動作５３４を生じさせる。連結棒５２２は、その連結棒５２０との結合部の反対側に、クラッチアーム５２４に回転可能に接続された末端部を有する。クラッチアーム５２４は、クラッチ１２０に回転可能に結合され、クラッチ１２０の切離し軸受（図示せず）に係合する。したがって連結棒５２０は、切離し動作５３４をクラッチアーム５２４に伝えて、クラッチアーム５２４による切離し動作５３６を生じさせ、それによりクラッチ１２０の切離し軸受がクラッチ１２０を切り離し、それによって変速機入力軸１２５からクランク軸１１０を切り離す。
【００６２】
本発明の図示の実施形態によれば、アクチュエータ４１２およびその付随するリンク機構は、次のように、上段に記載の通常のリンク機構に追加される。アクチュエータ４１２の一方の端部は、車両のシャーシに、枢支点５１６で回転可能に固定される。アクチュエータ４１２の他方の端部にあるアクチュエータ４１２の延長／引込み可能軸５４２（その完全に引っ込んだ位置で図５に示す）は、連結棒５２０と５２２の接続部５３８にカップ５４０によって固定され、したがって、連結棒５２０および５２２は、すぐ上に記載したフットペダル５１０による通常の動作を可能にするのに十分な動きの自由を有するが、それでもなお、アクチュエータ４１２の軸５４２は、軸５４２をその完全に延ばした位置の方へ動かすことによって、切離し動作５３４を連結棒５２２へ伝えることもできる。
【００６３】
繰り返すと、図５に示す構成では、アクチュエータ４１２の軸５４２を延ばしたり引っ込めたりすることなく、クラッチ１２０の通常のクラッチペダル５１０の動作のために、連結棒５２０および５２２の通常の動きの自由を与え、これが、クラッチ１２０とクラッチペダル５１０の間の通常のリンク機構に追加された。すなわち、カップ５４０は、こうした通常の動きの自由を与えるのに十分な緩さで、しかし軸５４２が、クラッチペダル５１０の通常の運動範囲および結合部５３８の対応する運動範囲全体にわたって結合部５３８に係合されたままでいるのに十分なきつさで、結合部５３８を捕える。また、こうして係合を維持することで、アクチュエータ４１２は、クラッチ１２０を切り離しかつ再び係合するための代替手段を提供することができる。切り離すには、アクチュエータ４１２は、軸５４２を延ばすことによって、連結棒５２２に切離し運動５３４をさせる。通常のクラッチ１２０は、１つまたは複数のバネ復帰機構（図５には明示せず）を含み、したがってクラッチ１２０は、単に軸５４２を引っ込めるだけで再び係合する。すなわち、クラッチ１２０のバネ復帰機構は、軸５４２が引っ込んだ場合でも、カップ５４０と結合部５３８の係合が維持されるように、クラッチアーム５２４を再び係合される位置へ動かす。
【００６４】
本明細書で下にさらに説明するように、アクチュエータ４１２上に取り付けられたリミットスイッチ４１６ＣＲおよび４１６ＣＤは、軸５４２の位置を感知する。
【００６５】
再び図４を図３Ａおよび３Ｂとともに参照すると、システム１６０は、リレーＫＲの常開接点ＫＲ３と直列に、蓄電池３１０の１２ＶＤＣ電源に配線されたリレーコイルＣを含む。したがって、リレーコイルＣは、リレーコイルＫＲが復帰しかつ接点ＫＲ３を閉じるのに応じて復帰する。前述のように、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置になければ、リレーＶを引き外して、常閉接点Ｖ１を閉じ、それにより、電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にある場合は、リレーコイルＫＲを復帰させる。したがって、リレーＫＲおよびＶの動作を通じて、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置になく、また電子牽引システムスイッチ４０４が「走行」位置にあるのに応じて、リレーＣは復帰する。接点ＫＲ３を閉じることで、「電気牽引」動作モード、すなわち車両３００の動き、すなわち牽引が電気モータ１５０から動力供給されるモードの初期化を示す信号を提供する。
【００６６】
リレーＣは、アクチュエータ４１２の押下げコイルＤおよびアクチュエータのリミットスイッチ４１６ＣＤと直列の常開接点Ｃ１を有する。したがって、接点Ｃ１は、リレーＣが復帰するのに応じて閉じ、これにより、押下げコイルＤを通電し、アクチュエータ４１２を完全に延びた位置の方へ動かす。ただしクラッチアクチュエータ４１２は完全には延びず、したがってリミットスイッチ４１６ＣＤは閉じている。アクチュエータ４１２が完全に延びた位置に到達すると、リミットスイッチ４１６ＣＤが開き、それに応じてアクチュエータ４１２の押下げコイルＤが引き外される。
【００６７】
アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだ位置から離れると、アクチュエータリミットスイッチ４１６ＣＲが閉じ、したがって必要なときはアクチュエータ４１２の解放コイルRを通電して、再びアクチュエータ４１２を引っ込めることができる。しかし、リレーＣが復帰するのに応じて、常閉接点Ｃ２が開き、したがって４１２の解放コイルＲは、通電されない。このようにして、i）車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置にあり、それによってリレーＶを復帰させ、リレーＫＲを引き外して、リレーＣを引き外さない限り、またはii）電子牽引システムスイッチ４０４が「停止」位置にあり、それによってリレーＫＲを引き外して、リレーＣを引き外さない限り、リレーＣは、アクチュエータ４１２が引っ込むのを防止する。しかし、車両ディーゼルエンジンスイッチ４０２が「走行」位置に回されるか、または電子牽引システムスイッチ４０４が「停止」位置に回されるのに応じて、リレーＣは引き外され、接点Ｃ２を閉じ、したがってそれに応じて、アクチュエータ４１２の解放コイルＲが、接点Ｃ２を介して通電される。こうして、アクチュエータ４１２が完全に引っ込んだことを感知してリミットスイッチ４１６ＣＲが開くまで、アクチュエータ４１２を引っ込んだ位置の方へ動かす。
【００６８】
＜ブレーキおよびステアリングシステムの動作に関する制御部＞
前述の制御部に加えて、システム１６０は、電気牽引システム動作モードにあるときのシステム３０４のブレーキおよびステアリング構成部品の操作性を保証するための制御部を有する。
【００６９】
前述のように、車両３００用の通常のブレーキシステムは、ブレーキを動作するための加圧された空気を供給するために、内燃機関３０２によって駆動される空気タンク３４７および圧縮機３４６を含む。制御システム１６０は、エンジン３０２の電源が遮断されている場合でも、ブレーキのための空気圧が供給される機構を提供する。具体的には、制御システム１６０は、車両の通常のブレーキシステムのための空気圧がある所定の限界を下回り、次いで運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げた場合、予備空気圧縮機モータ３５０に電源が投入されて、車両の通常のブレーキシステムの動作のために予備の圧縮空気を提供する機構を提供する。
【００７０】
同じく前述のように、車両３００用の通常のステアリングシステムは、車両３００のパワーステアリングを動作するための油圧作動油を供給するために、内燃機関３０２によって駆動される油圧ポンプ３５４を含む。制御システム１６０はまた、エンジン３０２の電源が遮断されている場合でも、ステアリングのための油圧作動油が注入される機構を提供する。具体的には、制御システム１６０は、車両のステアリングホイールが所定の限界を超えて左または右に回され、次いで運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げた場合、予備油圧ポンプモータ３５８に電源が投入されて、ポンプ３５６を駆動して、車両の通常のステアリングシステムの動作のために予備の油圧作動油圧を提供する機構を提供する。
【００７１】
ブレーキシステムの動作に関する制御部１６０の具体的な詳細は、次の通りである。フットスロットルリミットスイッチＦＴＬＳ４２０は、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げたことを感知するのに応じて、その接点を閉じるように動作可能である。ＦＴＬＳ４２０は、１２ＶＤＣ電源内で、リレーＴと直列であり、したがって、ＦＴＬＳ４２０が閉じるのに応じて、接点リレーTが復帰する。リレーＴが復帰すると、次のように、通常の車両ブレーキシステムのための圧縮空気および通常の車両ステアリングシステムのための油圧作動油に対する要求が起こる。
【００７２】
本発明の制御システム１６０の図示の実施形態によれば、空気圧スイッチ４１８は、空気供給タンク３４７に結合される。スイッチ４１８は、タンク３４７内の空気圧が所定の限界、例えば１００ｐｓｉを下回ったことを感知するのに応じて閉じる。リレーＴの常開接点Ｔ１は、１２ＶＤＣ電源内で、空気圧スイッチ４１８と直列である。また、リレーＡのコイルは、T１およびスイッチ４１８と直列である。
【００７３】
リレーＡは、通常の車両ブレーキシステムのための予備の圧縮空気に対する要求を起こすためのものである。すなわち、リレーＡは、２４ＶＤＣ電源内で、補助空気圧縮機モータ３５０と直列の常開接点Ａ１を有する。Ｔ１およびスイッチ４１８が閉じるのに応じて、リレーAは復帰し、接点Ａ１を閉じ、かつブレーキシステムの補助空気圧縮機モータ３５０を通電する。要約すると、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げるのに応じて、空気圧が例えば１００ｐｓｉを下回った場合、補助空気圧縮機モータ３５０に電源が投入されて、車両の通常のブレーキシステムの動作のためにより多くの空気を供給する。
【００７４】
ステアリングシステムの動作に関する制御部１６０の具体的な詳細は、次の通りである。リレーTの常開接点T１はまた、１２ＶＤＣ電源内で、並列接続されたステアリングアームリミットスイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲと直列である。また、リレーSのコイルは、T１ならびに並列接続されたスイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲと直列であり、スイッチ４１４ＳＲＬおよび４１４ＳＲＲは、スイッチ４１４ＳＲＬは、ステアリングホイールがある所定の限界を超えて左に回されるのに応じて閉じ、またスイッチ４１４ＳＲＲは、ステアリングホイールがある所定の限界を超えて右に回されるのに応じて閉じるような形で、車両の通常のステアリングアーム上に取り付けられる。
【００７５】
リレーＳは、通常の車両ステアリングシステムのための予備油圧作動油圧に対する要求を起こすためのものである。すなわち、リレーＳは、２４ＶＤＣ電源内で、ステアリングシステム補助油圧ポンプモータ３５８と直列の常開接点S１を有する。Ｔ１およびスイッチ４１４ＳＲＬまたは４１４ＳＲＲが閉じるのに応じて、リレーＳは復帰し、接点Ｓ１を閉じ、かつステアリングシステムの予備油圧ポンプモータ３５８を通電する。要約すると、運転者が車両の通常のフットスロットルを押し下げるのに応じて、車両のステアリングホイールが特定の限界を超えて左または右に回された場合、補助油圧ポンプモータ３５８に電源が投入されて、車両の通常のステアリングシステムの動作のためにより多くの油圧作動油圧を提供する。
【００７６】
＜制御に関する概論＞
図４では、３つの異なる電圧システム、通常のＩＣＥ始動電圧システムである１２ＶＤＣ、１４４ＶＤＣ、および２４ＶＤＣがあることに留意されたい。比較的より低い電流でより大量の動力を送り出すためには、より高電圧のシステムが望ましい。ＫＲ、ＫＧ、Ｃなどのリレーが、それらが実行する論理回路機能に加えて、電圧絶縁および電流遮断能力を提供すると有利である。例えば、車両の居室内では、１２ＶＤＣを上回る電圧を引き回さないことが望ましい。
【００７７】
＜制御部の修正形態および変形形態＞
本実施形態の記載は、例示を目的として提示したものであり、包括的なもの、または本発明を開示の形態に限定するものではない。多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかになるであろう。例えば、制御部について、対応する制御に関連する処理が本質的にリレー論理であるリレーに関連して、本明細書で上に説明してきた。前述のものと同じ論理処理が、リレーの異なる組合せでも実現できることを理解されたい。例えば、適切に調整すれば、動作を開始するために通電するリレーでも、動作を開始するために電源を遮断するリレーでも実施される論理処理を、本質的に提供することが可能である。選択の幅は、例えば複雑さおよび所望の故障モードを含む、様々な要因に従って変わることがある。
【００７８】
また、本明細書で上にリレーおよびリレー論理として示したものは、埋込み式制御装置の形で、または本質的にコンピュータプログラムとして対応する制御に関連する処理を有するコンピュータシステムという他の形で、少なくとも部分的に実施することができる。例えば、そのようなコンピュータシステムおよび制御に関連する処理は、前述のモータ制御装置内に組み込むことができる。さらに、様々な専用のリレーを作動させるための離散センサ３３０を、本明細書に示す。センサ３３０から提供される信号は、制御システム１６０のコンピュータへ入力するために車両の製造者によって供給される元の機器のデータバス上で利用可能とすることができる。
【００７９】
次に図６を参照すると、本発明の一実施形態による、本発明の制御に関連する処理を実施できるコンピュータシステム６００を示す。「コンピュータシステム」という用語は、埋込み式制御装置、マイクロコントローラ、パーソナルコンピュータシステム（保護型もしくはその他）と呼ぶか、または他の何らかの用語で呼ぶかにかかわらず、記憶媒体からの命令を実行する処理装置を有するあらゆる装置を包含するものであることを理解されたい。コンピュータシステム６００は、１つまたは複数の処理装置６１５と、揮発性メモリ６２７、例えばＲＡＭと、不揮発性メモリ６２９とを含む。メモリ６２７および６２９は、本発明によるソフトウェアプログラムの様々な実施形態を実施するために、処理装置６１５によって実行可能なプログラム命令（「ソフトウェアプログラム」とも呼ぶ）を記憶する。１つまたは複数の処理装置６１５ならびにメモリ６２７および６２９は、バス６４０によって相互接続される。入力／出力アダプタ（図示せず）もまた、バス６４０に接続されて、処理装置６１５と他の装置または回路の間の情報交換を可能にする。システム６００はまた、キーボード６３３、ポインティング装置６３０、例えばマウス、および表示装置６３７の少なくとも一時的な接続にも適合される。
【００８０】
図示の実施形態では、不揮発性メモリ６２９は、データ記憶用のディスク、ならびにオペレーティングシステムおよびソフトウェアアプリケーションを含むことができる。他の実施形態では、不揮発性メモリ６２９は、必ずしもディスクであるというわけではない。オペレーティングシステムは、特殊なチップハードウェア内にプログラムすることさえできる。メモリ６２９はまた、明示しないがＲＯＭを含み、同じく明示しないがテープなどの他の装置を含むこともできる。
【００８１】
データの記憶は、コンピュータシステム６００の１つまたは複数の処理によって実行することができ、処理が進行している同じコンピュータシステム６００のメモリ６２７もしくは６２９などのメモリ内、または異なるコンピュータシステム上での記憶を含むことができる。
【００８２】
さらに、本発明の制御に関連する処理の少なくとも一部は、本明細書で前述した方法、すなわち処理を実行するために、処理装置によって実行可能な命令のコンピュータ可読媒体の形で分配することができる。そのようなコンピュータ可読媒体は、様々な形態を有することができる。本発明は、分配を実施するために実際に使用される信号担持媒体の特定のタイプにかかわらず同様に適用される。具体的なコンピュータ可読媒体の例には、フロッピー（登録商標）ディスクなどの書込み可能型媒体、ハードディスクドライブ、ＲＡＭ、およびＣＤ−ＲＯＭが含まれる。伝送型媒体の例には、デジタルおよびアナログ通信リンクが含まれる。
【００８３】
様々な実施形態が、１つまたは複数のソフトウェアプログラムを様々な形で実施し、中でも、手続きベースの技法、コンポーネントベースの技法、および／またはオブジェクト指向の技法が含まれる。具体的な例には、ＸＭＬ、Ｃ、Ｃ＋＋オブジェクト、Ｊａｖａ（登録商標）、および市販のクラスライブラリが含まれる。本明細書に記載のハードウェアは、実装形態によって変わりうることが、当業者には理解されよう。記載の例は、本発明に関する構造上の制限を意味するものではない。
【００８４】
さらに多くの修正形態および変形形態が、当業者には明らかになるであろう。例えば、本明細書で上に、モータへの電圧を変動させて、可変要求信号に応じて車両速度を滑らかに変化させることについて説明した。本発明の一実施形態では、制御部は、モータを突沸させて車両を急に動かすように、すなわちただ単に低周波数でモータを通電しかつ電源を遮断するように動作可能とすることができる。モータ制御装置は、オン／オフ要求信号に応じて、この突沸を達成することができる。
【００８５】
＜車両でのＡＰＵの固定＞
再び図３Ａを参照すると、燃料電池１８０はとりわけ、車両３００の居室の後ろに、その牽引部分のフレーム上に固定された補助電源装置（「ＡＰＵ」）内に含むことができる。居室も、このフレーム上に乗る。ＡＰＵは、燃料電池１８０用の方形のハウジングを含み、このハウジングは、ハウジングの４つの隅部の下に直接配置されたそれぞれの空気バネにボルトで固定される。ＡＰＵは掛枠をさらに含み、そこに空気バネがボルトで固定される。また、２つのコイルバネが、それぞれの隅部付近のハウジングの一面にボルトで固定されたそれぞれのアイボルトによって、掛枠に接続され、したがって、掛枠のコイルバネの接続部は、コイルバネをハウジングの底部から下方へかつ外方へ延ばして保持するように配置される。コイルバネがハウジングの底部から外方へかつ下方へ延びる形で掛枠によって保持されることに加えて、コイルバネはまた、掛枠によって幾分引っ張られるが、十分にそれらの弾性限界の範囲内である。このようにして、バネは、引っ張られた状態で保持され、互いに対向し、ならびにハウジングを中心で位置合わせし、かつ空気バネの方へしっかりと下へ引っ張って保持する力をもたらす傾向がある。
【００８６】
空気バネは、車両３００のブレーキ用サブシステム３０４内に含まれる通常の圧縮空気システムに空気バネを接続するための、圧力調整機を介する接続を有する空気供給線によって相互接続される。このようにして、ＡＰＵの掛枠がフレームにボルトで固定された後、圧縮空気システムから空気バネに空気を入れることができ、それによりコイルバネの張力が増し、それによってよりしっかりと、ハウジングを中心で位置合わせして、かつ空気バネの方へ下に引っ張って保持する。したがって、隆起および急な動きの衝撃をフレームからハウジングへ直接伝達する可能性のあるいかなる剛性の部材も、またさらにはピストン型の緩衝装置もなしで、ハウジングが車両３００のフレームに固定されると有利である。緩衝装置は、もちろん一方向からのそのような衝撃を吸収する傾向があるが、複数の方向の動きは妨げる傾向があり、したがって、前述の構成よりも、複数の方向からの力を伝達する傾向が強い。前述の用途に適した通常の空気バネは、例えば、ＭＣＭａｓｔｅｒ−Ｃａｒｒから入手可能である。
【００８７】
＜概論＞
以上から、本発明が多数の有用な利益を提供することが理解されよう。それには以下を含む。
通常のＰＴＯが、通常のＰＴＯポートを介して通常の変速機に追加されて、車両のＩＣＥの電源が遮断されているときでも、外部電源装置によって給電される電気牽引モータから車両の駆動系に動力を与えるために、従来とは異なる形の伝達装置として働くことができる。
本明細書に開示の車両に取り付けられた適切な補助電源装置内の水素燃料電池は、満載されたトレーラートラックなどの非常に大きな負荷でも、相当な距離にわたって、または相当な走行期間にわたって動かすための外部電源装置として提供できるのに十分な耐久性を有し、かつ十分なエネルギーを提供する。
蓄電池は、瞬間的な動力の要求に対してさらなるエネルギーを提供することができ、燃料電池からでも、電気牽引モータの逆作動によるＩＣＥからでも、低電力または非電気的な動作要求の適切な間隔で再充電することができる。
通常のＩＣＥを干渉または妨害することなく、駆動系に結合された電気牽引モータの動作を可能にし、かつ電気牽引モータおよび発電機の動作モードで、車両の既存のサブシステムの安全な動作を調整するための、制御部、ならびにクラッチ作動、補助空気、および補助油圧作動油サブシステムを含む補助サブシステムが開示される。
【００８８】
実施形態は、本発明の原理、実際の適用分野について最もよく説明し、かつ他の当業者が本発明を理解できるようにするために、選択しかつ記載した。様々な修正形態を有する様々な他の実施形態が、企図する特定の用途に適する可能性があり、本発明の範囲内である可能性がある。
【００８９】
明瞭にかつ明示的に述べない限り、以下の特許請求の範囲は、動作のいかなる特定の順序も暗示するものではない。特許請求の範囲の部分に対してa）、b）、c）などの表示を含むことは、それ自体で、いかなる特定の順序も暗示するものではなく、単にそれらの部分の参照を容易にするものである。
【符号の説明】
【００９０】
１１０ クランク軸
１２０ クラッチ
１２２ 変速機
１２４ ポート
１２５ 変速機入力軸
１２７ 変速機ケース
１２９ 変速機出力軸
１３０ 伝達歯車
１４０ 動力取出装置（「ＰＴＯ」）
１４１ 歯車
１４２ ケース
１５０ 電気牽引モータ、電気牽引モータ／発電機
１５４ ブラケット
１５６ フレームレール
１５８ ピンチクランプ
１６０ 制御システム、制御部
１７０ 蓄電池
１８０ 水素燃料電池
３００ 車両
３０２ 牽引ＩＣＥ、車両ディーゼルエンジン、内燃機関
３０４ サブシステム
３０６ 補助駆動装置
３０８ 電気システム
３１０ １２ＶＤＣ蓄電池
３１４ 缶
３１６ 差動装置
３１８ 車軸
３２０ 車輪
３３０ センサ
３４２ 空調用圧縮機
３４４ 補助モータ
３４６ 空気圧縮機
３４７ 空気タンク、空気供給タンク
３４８ 補助空気圧縮機
３５０ 補助モータ、予備空気圧縮機モータ、補助空気圧縮機モータ
３５２ 逆流防止弁
３５４ 油圧ポンプ
３５５ 油圧作動油タンク
３５６ 補助油圧作動油ポンプ
３５８ 補助モータ、予備油圧ポンプモータ、補助油圧ポンプモータ
３６０ 逆流防止弁
４０２ 車両ディーゼルエンジン鍵スイッチ
４０４ 電子牽引システム鍵スイッチ
４０６ モータ制御装置
４１２ クラッチアクチュエータ
４１４ ステアリングアームリミットスイッチ
４１６ アクチュエータリミットスイッチ
４１８ 空気圧スイッチ
４２０ 遮断装置、フットスロットルリミットスイッチ、FTLS
４２５ 無効化装置
５１０ クラッチペダル、フットペダル
５１２ 枢支点
５１３ 枢支点
５１４ クラッチアーム
５１６ 枢支点
５２０ 連結棒
５２２ 連結棒
５２４ クラッチアーム
５３０ 切離し動作
５３２ 切離し動作
５３４ 切離し動作
５３６ 切離し動作
５３８ 接続部、結合部
５４０ カップ
５４２ 延長／引込み可能軸
６００ コンピュータシステム
６１５ １つまたは複数の処理装置
６２７ 揮発性メモリ
６２９ 不揮発性メモリ
６３０ ポインティング装置
６３３ キーボード
６３７ 表示装置
６４０ バス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を含む駆動系を有するシステムであって、
モータと、
前記モータを前記変速機に前記ポートを介して結合させる伝達装置と、
を備え、前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記モータが前記駆動系に選択的に動力供給できるように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記モータに動力を供給するための電源装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電源装置が燃料電池を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電源装置が蓄電池を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記電源装置が、
蓄電池と、
前記蓄電池を充電するように構成された燃料電池と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、前記ＩＣＥの電源が投入されているときに前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にするように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
変速機の入力部に結合されたクラッチを含む駆動系に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を有する車両用の電気牽引システムであって、
モータと、
前記車両を動かすために、前記モータの回転を前記変速機入力部に伝達するための伝達装置と、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記車両の前記動きのための動力を供給するように前記モータに電気的に結合された電源装置と、
前記車両の前記動きを選択的に可能にするように構成された制御部と、
を備えることを特徴とする電気牽引システム。
【請求項８】
モータ制御装置を備え、前記電源装置が、前記モータ制御装置を介して前記モータに電気的に結合されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記電源装置が、燃料電池を備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電源装置が、前記モータに電力を供給するように前記モータ制御装置に電気的に結合された蓄電池を備え、前記燃料電池と前記モータの前記電気的結合が前記蓄電池を介するものであり、したがって前記燃料電池が、前記蓄電池を再充電するように動作可能であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電源装置が、蓄電池を備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御部が、要求信号に応じて前記モータを通電するように前記モータ制御装置に電気的に結合され、且つ共に動作可能であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記要求信号が可変要求信号であり、また前記モータの前記通電が、前記可変要求信号に応じて前記車両の速度が調整されるような可変通電を含有することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御部が、
スロットルと、
可変インピーダンス装置と、
を含み、前記モータの前記通電が可変通電を含み、また前記要求信号が、前記可変インピーダンス装置からの可変インピーダンス信号を含み、前記インピーダンスが前記スロットルに応じて変動することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御部が、遮断信号に応じて前記モータの電源を遮断するように前記モータ制御装置に電気的に結合され、且つ共に動作可能であり、前記遮断信号が、前記ＩＣＥの動作または前記ＩＣＥの動作の予兆を示すことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
前記遮断信号が、前記ＩＣＥを始動するための信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記遮断信号が、クラッチ位置信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記遮断信号が、ＩＣＥ回転信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記遮断信号が、ＩＣＥ点火信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御部が、
信号に応じて、前記ＩＣＥが前記変速機入力部から切り離される位置へ、前記クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御部が、
前記車両の動きが前記電気モータから動力供給される動作モードの初期化を示す信号に応じて、前記ＩＣＥが前記変速機入力部から切り離される位置へ、前記クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムが、前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にするように構成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にする前記構成が、前記ＩＣＥからの動力を前記モータへ前記クラッチを介して機械的に伝達するための、前記クラッチを介して前記ＩＣＥに係合されている前記変速機を含み、したがって前記モータが、発電機として動作可能であることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記車両が、前記車両のブレーキサブシステム用のタンクに空気を供給するための、前記ＩＣＥによって駆動される空気圧縮機を含み、また前記電気牽引システムが、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の時間中、前記タンクに空気を供給するための補助空気圧縮機と、
前記補助空気圧縮機を駆動するための補助空気モータと、
空気圧が低いのに応じて前記補助空気モータに電源を投入するための、前記タンクに結合された空気圧スイッチと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記車両が、前記車両のステアリングサブシステムに作動油を供給するための、前記ＩＣＥによって駆動される油圧作動油ポンプを含み、また前記電気牽引システムが、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の時間中、前記パワーステアリングサブシステムに作動油を供給するための補助油圧作動油ポンプと、
前記補助油圧作動油ポンプを駆動するための補助油圧作動油モータと、
前記ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品の位置に応じて、前記補助油圧作動油モータに電源を投入するための、前記ステアリングサブシステムに結合された少なくとも１つのリミットスイッチと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ステアリングサブシステムの前記少なくとも１つの構成部品がステアリングアームを含むことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記変速機が、前記変速機入力部にアクセスするためのポートを画定するケースを有し、
また前記伝達装置が、前記変速機ケースに固定されたケースを有し、したがって前記伝達装置が、前記モータの回転を伝達するように前記変速機入力部に係合することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項１】
動力取出ポートを有する変速機に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を含む駆動系を有するシステムであって、
モータと、
前記モータを前記変速機に前記ポートを介して結合させる伝達装置と、
を備え、前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記モータが前記駆動系に選択的に動力供給できるように構成されることを特徴とするシステム。
【請求項２】
前記モータに動力を供給するための電源装置を備えることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記電源装置が燃料電池を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記電源装置が蓄電池を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記電源装置が、
蓄電池と、
前記蓄電池を充電するように構成された燃料電池と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記システムが、前記ＩＣＥの電源が投入されているときに前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にするように構成されることを特徴とする請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
変速機の入力部に結合されたクラッチを含む駆動系に結合された内燃機関“ＩＣＥ”を有する車両用の電気牽引システムであって、
モータと、
前記車両を動かすために、前記モータの回転を前記変速機入力部に伝達するための伝達装置と、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の期間中、前記車両の前記動きのための動力を供給するように前記モータに電気的に結合された電源装置と、
前記車両の前記動きを選択的に可能にするように構成された制御部と、
を備えることを特徴とする電気牽引システム。
【請求項８】
モータ制御装置を備え、前記電源装置が、前記モータ制御装置を介して前記モータに電気的に結合されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記電源装置が、燃料電池を備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記電源装置が、前記モータに電力を供給するように前記モータ制御装置に電気的に結合された蓄電池を備え、前記燃料電池と前記モータの前記電気的結合が前記蓄電池を介するものであり、したがって前記燃料電池が、前記蓄電池を再充電するように動作可能であることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電源装置が、蓄電池を備えることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項１２】
前記制御部が、要求信号に応じて前記モータを通電するように前記モータ制御装置に電気的に結合され、且つ共に動作可能であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記要求信号が可変要求信号であり、また前記モータの前記通電が、前記可変要求信号に応じて前記車両の速度が調整されるような可変通電を含有することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記制御部が、
スロットルと、
可変インピーダンス装置と、
を含み、前記モータの前記通電が可変通電を含み、また前記要求信号が、前記可変インピーダンス装置からの可変インピーダンス信号を含み、前記インピーダンスが前記スロットルに応じて変動することを特徴とする請求項１２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記制御部が、遮断信号に応じて前記モータの電源を遮断するように前記モータ制御装置に電気的に結合され、且つ共に動作可能であり、前記遮断信号が、前記ＩＣＥの動作または前記ＩＣＥの動作の予兆を示すことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項１６】
前記遮断信号が、前記ＩＣＥを始動するための信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記遮断信号が、クラッチ位置信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記遮断信号が、ＩＣＥ回転信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項１９】
前記遮断信号が、ＩＣＥ点火信号を含むことを特徴とする請求項１５に記載のシステム。
【請求項２０】
前記制御部が、
信号に応じて、前記ＩＣＥが前記変速機入力部から切り離される位置へ、前記クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２１】
前記制御部が、
前記車両の動きが前記電気モータから動力供給される動作モードの初期化を示す信号に応じて、前記ＩＣＥが前記変速機入力部から切り離される位置へ、前記クラッチを自動的に動かすように構成されたアクチュエータを備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２２】
前記システムが、前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にするように構成されることを特徴とする請求項７に記載のシステム。
【請求項２３】
前記ＩＣＥによる前記蓄電池の充電を可能にする前記構成が、前記ＩＣＥからの動力を前記モータへ前記クラッチを介して機械的に伝達するための、前記クラッチを介して前記ＩＣＥに係合されている前記変速機を含み、したがって前記モータが、発電機として動作可能であることを特徴とする請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記車両が、前記車両のブレーキサブシステム用のタンクに空気を供給するための、前記ＩＣＥによって駆動される空気圧縮機を含み、また前記電気牽引システムが、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の時間中、前記タンクに空気を供給するための補助空気圧縮機と、
前記補助空気圧縮機を駆動するための補助空気モータと、
空気圧が低いのに応じて前記補助空気モータに電源を投入するための、前記タンクに結合された空気圧スイッチと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２５】
前記車両が、前記車両のステアリングサブシステムに作動油を供給するための、前記ＩＣＥによって駆動される油圧作動油ポンプを含み、また前記電気牽引システムが、
前記ＩＣＥの電源が遮断されている少なくとも特定の時間中、前記パワーステアリングサブシステムに作動油を供給するための補助油圧作動油ポンプと、
前記補助油圧作動油ポンプを駆動するための補助油圧作動油モータと、
前記ステアリングサブシステムの少なくとも１つの構成部品の位置に応じて、前記補助油圧作動油モータに電源を投入するための、前記ステアリングサブシステムに結合された少なくとも１つのリミットスイッチと、
を備えることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ステアリングサブシステムの前記少なくとも１つの構成部品がステアリングアームを含むことを特徴とする請求項２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記変速機が、前記変速機入力部にアクセスするためのポートを画定するケースを有し、
また前記伝達装置が、前記変速機ケースに固定されたケースを有し、したがって前記伝達装置が、前記モータの回転を伝達するように前記変速機入力部に係合することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【図１】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５６５７１（Ｐ２０１２−５６５７１Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０００７（Ｐ２０１１−２２０００７）
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【分割の表示】特願２００８−５５６３１０（Ｐ２００８−５５６３１０）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（５１１２３８６５３）クリーン・エミッションズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月４日（２０１１．１０．４）
【分割の表示】特願２００８−５５６３１０（Ｐ２００８−５５６３１０）の分割
【原出願日】平成１８年１１月１３日（２００６．１１．１３）
【出願人】（５１１２３８６５３）クリーン・エミッションズ・テクノロジーズ・インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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