MXPA01002685A

MXPA01002685A - Vehiculos hibridos.

Info

Publication number: MXPA01002685A
Application number: MXPA01002685A
Authority: MX
Inventors: Alex J Severinsky
Original assignee: Paice Corp
Priority date: 1998-09-14
Filing date: 1999-09-10
Publication date: 2002-04-08
Also published as: BR9913684A; CA2716246A1; CA2343056C; WO2000015455A3; KR20010085791A; EP1113943A4; DE69922221T2; DE69922221D1; ATE530402T1; EP1113943B1; JP2002525022A; JP4459876B2; EP2289750B1; CA2883981A1; JP2004007944A; JP3779676B2; ATE283179T1; EP2289750A1; AU6019299A; DE69922221T8

Abstract

Un vehiculo hibrido comprende una maquina de combustion interna acoplada de manera controlable a ruedas de marcha o carretera del vehiculo por un embrague, un motor de traccion acoplado a las ruedas de marcha del vehiculo, un motor de puesta en marcha acoplado a la maquina, ambos motores pueden operar como generadores,. un banco de baterias para proveer y aceptar energia electrica desde y a los motores y un microprocesador para controlar estos componentes se opera de diferentes modos, dependiendo de los requerimientos instantaneos de torque del vehiculo, del estado de carga del banco de baterias y de otros parametros de funcionamiento. El modo de operacion se selecciona por el microprocesador en respuesta a una estrategia de control que da como resultado una economia mejorada de combustible y emision de contaminantes reducida. La maquina puede ajustarse con un turbo cargador que funciona en respuesta a una senal de control para una operacion extendida de carga elevada.

Description

VEHÍCULOS HÍBRIDOS Campo de la Invención: Esta solicitud se refiere a mejoras en vehículos híbridos, esto es vehículos en los cuales se proveen tanto una máquina de combustión interna y uno o más motores eléctricos para suministrar momento de giro o torque a las ruedas de impulsión del vehículo. Más, particularmente, esta invención se refiere a un vehículo eléctrico híbrido que es totalmente competitivo con los vehículos convencionales actuales en lo que respecta al funcionamiento, conveniencia de operación y costo, pero alcanza substancialmente una economía mejorada de combustible y tiene emisiones contaminantes reducidas. Discusión de la Técnica Anterior: Durante muchos años se ha dado gran atención al problema de reducir el consumo de combustible de los automóviles y otros vehículos de carretera. Concomitantemente se ha dado una atención muy importante a reducir contaminantes emitidos por los automóviles y otros vehículos. En cierto grado, los esfuerzos para resolver esos problemas chochan entre si. Por ejemplo , incrementar la eficiencia termodinámica y así reducir el consumo de combustible, puede realizarse si la máquina funciona a temperaturas más elevadas. Asi se ha puesto un interés importante en máquinas construidas de materiales cerámicos resistentes a temperaturas de combustión más elevadas que aquella ahora en uso. Sin embargo temperaturas de combustión más elevadas en máquinas con combustible de gasolina conducen el aumento de ciertos contaminantes indeseables típicamente NOx . Otr-a posibilidad para reducir las emisiones es quemar mezclas de gasolina y etanol (gasohol) o totalmente etanol. Sin embargo a la fecha el etanol no se ha vuelto económicamente competitivo con la gasolina y los consumidores no han aceptado etanol en una escala considerable. Además, para hacer un combustible alternativo tal como etanol disponible en la escala necesaria para alcanzar mejoras apreciables en la calidad de aire nacional y conservación requeriría inmensos costos para la mejora de la inf aestructura; no únicamente toda la producción de combustible para motor de la nación y el sistema de suministro, sino también en la fabricación de los vehículo, la distribución, y sistema de reparación, que tendrían que revisarse extensivamente o básicamente duplicarse. Una proposición para reducir la contaminación en las ciudades es limitar el uso de vehículos energizados con máquinas de combustión interna y emplear en cambio vehículos eléctricos energizados por baterías recargables. A la fecha tales carros eléctricos derechos han tenido un alcance muy 5 reducido, no masa de 150 millas, tienen potencia insuficiente para la aceleración y el ascenso de montañas excepto cuando las baterías están básicamente .completamente cargadas, y requieren un tiempo importante para recargar la batería. Así 10 Aunque hay muchas circunstancias en las cuales el • alcance limitado y el tiempo de recarga grande no serian un inconveniente, tales carros no son adecuados para los requisitos de viaje de la mayoría de los individuos. Por lo tanto un carro eléctrico habría de 15 ser un vehículo adicional para la mayoría de los usuario, estableciendo un obstáculo económico. Además se aprecia en en los Estados unidos la mayoría de la electricidad se genera en plantas que queman carbón, • de modo al usar vehículos eléctricos meramente se 20 mueve la fuente de contaminación, pero no se elimina. Además, comparando los costos netos respectivos por milla de camino, los vehículos eléctricos no son competitivos con vehículos que usan como combustible etanol, mucho menos vehículos convencionales que usan 25 gasolina. Ver en lo general Simanaitis "Electric Vehicles" Road and Track mayo 1992, pp 126 -136; Reynolds "AC propulsión CRX) \road and Track, Octubre 1992 ppl26-129. Brooks y asoc en la patente U.S. 5, 492,192 5 muestran tal vehículo eléctrico; la invención aparece dirigida a la incorporación de enfrenado antibloqueo y tecnologías de control de tracción en un vehículo por otra parte eléctrico convencional. Mucha atención se ha dado en estos años al 10 desarrollo de vehículos eléctricos que incluyen • generadores de potencia de máquinas de combustión interna, eliminando asi el defecto del alcance limitado presentado por los vehículos eléctricos simples. El más simple de esos vehículos funciona en el mismo 15 principio general que las locomotoras eléctricas- diesel, usadas por la mayoría de los ferrocarriles. En tales sistemas una máquina de combustión interna impulsa un generador que provee energía eléctrica a • motores de tracción conectados directamente a las 20 ruedas del vehículos. Este sistema tiene la ventaja de que no se necesita ninguna transmisión de engranaje entre la máquina y las ruedas del vehículo. Mas particularmente, la máquina de combustión interna produce un momento de giro cero con una 25 velocidad de la máquina cero (RPM) y alcanza su torque máximo aproximadamente a la mitad de su margen de operación. Por lo tanto, todos los vehículos impulsados directamente por una máquina de combustión interna (aparte de ciertos vehículos de una sola velocidad que usan embragues de fricción o centrífugos y no son útiles para una impulsión normal), requieren una proporción entre la máquina y ruedas, de modo que el giro de. la máquina pueda hacer juego con la velocidad de la carretera y las cargas que se encuentren. Además, alguna clase de embrague debe proveerse de modo que la máquina pueda mecánicamente desacoplarse de las ruedas permitiendo que el vehículo se detenga cuando la máquina esta funcionando y para permitir algún deslizamiento de la máquina con respecto al tren de impulsión al empezar desde un alto. No seria práctico proveer una locomotora diesel, por ejemplo con una transmisión de múltiples o múltiples embragues, por tanto, se acepta la complejidad adicional del generador y de los motores de tracción eléctrica. Los motores de tracción eléctrica producen con cero RPM un giro completo y pueden conectarse directamente a las ruedas; cuando se desea que el tren acelere, la máquina diesel se activa para incrementar la salida de generador y el tren empieza a moverse. > i -¿Ai, *-***... *4Hto.*--~_ &,a¡&A • i-afcft ta ilá»* .r,S-¿™¿fa- m *»«&. „ * ¡j EL mismo sistema de impulsión puede emplearse en un vehículo más pequeño tal como un automóvil o camión, pero tiene varias desventajas claras en esta aplicación. En particular, y como se discute en detalle en referencia con las figuras 1 y 2, se conoce que una máquina de gasolina u otra máquina de combustión interna es más eficiente al trabajar cerca de su torque de salida máximo. Típicamente, el numero de las locomotoras diesel en un tren se selecciona de acuerdo con el tonelaje total que debe moverse y los grados de dificultad que han de vencerse de modo que todas las locomotoras pueden funcionar en casi el máximo de producción de torque. Todavía mas, tales locomotoras tienden a correr a velocidades continuas durante varios periodos de tiempo, así se consigue una eficiencia razonable en el uso del combustible, sin embargo, tal vehículo de impulsión directa no alcanzaría una buena eficiencia en un uso típico de automóvil, incluyendo muchos viajes cortos, frecuentes paradas en trafico con mucho funcionamiento a baja velocidad y similares. Los vehículos eléctricos llamados "series híbridos", han sido propuestos para el uso como automóvil, en donde las baterías se usan como dispositivos de almacenamiento de energía, de modo, que , ^i• ^.^? ,áá ^.m-?^m,i. .....^M^M ^^^^^ ^.Í Í^ A ?jx 8 „ la máquina de combustión interna provista para dar potencia a un generador, puede funcionar en su margen casi máximo de potencia y eficiencia de combustible, pero todavía permitiendo que la tracción eléctrica al 5 vehículo se haga funcionar cuando se requiera. Así, la máquina puede ser cargada para suministrar torque a un generador cargando las baterías en tanto que suministra energía eléctrica al motor de tracción cuando se requiera, para funcionar eficientemente. Este sistema 0 vence las limitaciones de los vehículos eléctricos anotadas anteriormente con respecto al alcance limitado y los largos tiempos de recarga. Así, en comparación a un vehículo convencional, en donde la máquina de combustión interna proporciona torque directamente a las ruedas, en un vehículo eléctrico de series híbrido, el torque se proporciona desde las máquinas y ruedas a través de un generador conectado en serie usado como un cargador de batería, la batería y el motor de tracción. La transferencia de energía entre estos componentes consume cuando menos aproximadamente 25% de la potencia de la máquina. Además, tales componentes aumentan substancialmente el costo y peso del vehículo; en particular un motor eléctrico capaz de proveer torque suficiente para cumplir toda la demanda esperada, por ejemplo, para permitir un funcionamiento razonable bajo aceleración, durante el asenso de montañas y similares, es bastante pesado y costoso. Así, los vehículos híbridos de serie no han tenido éxito inmediatamente. Una aproximación más prometedora "híbrido en paralelo", se muestra en las patentes US No. 3,566,717 y 3,732,751 a Berman y Asoc. En Berman y Asoc., una máquina de combustión interna y un motor eléctrico se acoplan a través de un tren de engranaje complejo, de modo que ambos pueden proveer torque directamente a las ruedas, funcionando el vehículo en varios modos diferentes. Donde la salida de la máquina de combustión interna es más que necesaria para impulsar el vehículo (primer modo de operación) , la máquina funciona o corre a una velocidad constante, y la potencia en exceso se convierte por un primer motor/generador ("speeder"), a energía eléctrica para almacenaje en una batería. En un (segundo modo de operación), la máquina de combustión interna impulsa a las ruedas directamente y se controla. Cuando se necesita más potencia que lo que la máquina puede proveer, un segundo motor/generador, o (torquer), provee torque adicional como se necesita. Berman y Asoc., así muestran dos motores eléctricos/generadores separados que reciben potencia separadamente de la máquina de combustión interna; el acelerador carga las baterías en tanto, que el llamado torquer propele al vehículo hacia adelante en el trafico. Este arreglo es una fuente de complejidad adicional, costo y dificultad, ya que se necesitan dos modos separados de control de máquina. Además, el operador debe controlar la transición entre los diferentes modos de funcionamiento. Un vehículo de tal complejidad, no es adecuado para el mercado de automóvil. Los automóviles pretendidos para la producción en serie no pueden ser más complicados en su funcionamiento que los vehículos convencionales, y deben ser esencialmente a "prueba de falla", esto es resistentes al daño que podría causarse por el error del operador. Además, el tren de engranaje mostrado por Berman y Asoc., parece ser bastante complicado y difícil de fabricar económicamente. Berman y asoc., también indican que una o aun dos transmisiones de velocidad variable pueden requerirse; ver por ejemplo columna 3 líneas 19- 22 y 36-33, de la patente 3,566,717 y columna 2 líneas 53-55 de la patente 3,732,751. Lynch y Asoc., en sus patente 4,165,795, también muestran un primer impulso híbrido paralelo. Lynch arguye que la eficiencia de combustible máxima puede realizarse con una máquina de combustión interna relativamente pequeña que se provea, de modo que cuando la máquina funcione a una velocidad eficiente produce aproximadamente la potencia promedio requerida para una misión típica. El ejemplo dado, es de una maquina produciendo un máximo de 25 hp, y 7 ph, en su velocidad más eficiente aproximadamente 2,500 rpm. Esto ha de combinarse con un motor eléctrico-generador de aproximadamente un máximo de 30ph. Este vehículo requiere una transmisión de proporción variable para alcanzar un funcionamiento razonable. Parece que la máquina debe hacerse funcionar continuamente a una velocidad continua, proveyéndose torque adicional por el motor cuando se necesite y el torque en exceso producido por la máquina usarse para cargar las baterías. En una primera modalidad, el torque provisto por el motor se transmite a las ruedas de impulsión por la máquina, en tanto que en una segunda modalidad se invierten sus suposiciones respectivas. Nishida en la US 5,117,931, muestra un vehículo híbrido en paralelo en donde el torque desde un motor eléctrico puede combinarse con torque desde una máquina de combustión interna en una "unidad de transmisión de torque", que comprende engranajes biselados en pares, y medios para controlar las tasas relativas de rotación del motor y la máquina, de modo que el motor puede usarse para iniciar la máquina, absorber torque en exceso de la máquina (cargando una batería), o proveer torque de propulsión adicional. Una transmisión de velocidad variable se acopla entre la unidad de transmisión de torque y las ruedas propulsoras, tanto la unidad de transmisión de torque como la transmisión de velocidad variable son complejas, pesadas son componentes, pesador y costosos, cuyo uso de preferencia se evitaría. Hellin patente US 3,923,115, también muestra un vehículo híbrido que tiene una unidad de transmisión de torque para combinar el torque de un motor eléctrico y de una máquina de combustión interna. Sin embargo, el Hellin las tasas relativas de rotación del motor y de los vastagos o flechas de entrada de la máquina están fijos; una rueda volante se provee para almacenar energía mecánica en exceso así como una batería para almacenar energía eléctrica en exceso. Albright Jr . y Asoc., en la patente US 4,588,040, muestra otro esquema de impulsión híbrido usando una rueda volante en adición a baterías para almacenar energía en exceso; varias conexiones mecánicas complicadas se proveen entre los varios componentes.

Ma*.^- -.* .^- *... *J _£__«_ - •« * Los capacitores también se han propuesto para almacenar energía; ver Bates y Asoc., patente US 5,318,142. Fjallstrom, en la patente US 5,120, 282, muestra un tren de impulsión híbrido paralelo en donde 5 el torque de dos motores eléctricos se combina con el torque producido por una máquina de combustión interna; la combinación se realiza por un arreglo complejo de juegos de engranajes planetarios en pares, y medios de control no especificados se alega que serán capaces de variar la velocidad en la carretera sin una transmisión de tasa variable. Hunt en la patente US 4,405,029, y 4, 470,476, también presenta híbridos en paralelo que requieren arreglos de engranajes complejos incluyendo transmisiones de múltiple velocidad. más específicamente, las patentes de Hunt presentan varias modalidades de vehículos híbridos en paralelo. Hunt indica (ver columna 4 línea 6-20 de la patente '476) que un motor eléctrico puede impulsar el vehículo a bajas velocidades hasta 20mph, y una máquina de combustión interna usarse para velocidades arriba de 20mph, en tanto que "en ciertos márgenes de velocidad tales como de 15 a 30 millas por hr . ambas fuentes de potencia pueden utilizarse; adicionalmente, pueden utilizarse ambas fuentes de potencia bajo condiciones de carga pesada". Hunt también indica que "el vehículo podría proveerse con un dispositivo de cambio automático que automáticamente cambiara desde la fuente de potencia eléctrica a la fuente de combustión • 5 interna dependiendo de la velocidad del vehículo", (columna 4 líneas 12-16) . Sin embargo el vehículo de Hunt no cumple los objetivos de la presente invención como se ve más adelante en detalle. El vehículo de Hunt en cada 10 modalidad requiere una transmisión automática o manual convencional. Ver columna 2 líneas 6-7, además, la máquina de combustión interna esta conectada a la caja de transferencia (en donde el torque desde la máquina de combustión interna y el motor eléctrico se 15 combinan) , por una "construcción convencional de acoplamiento de fluido o de convertidor de torque". (columnas 2 líneas 2-17), tales acoplamientos de transmisiones y fluidos y convertidores de torque son • ineficientes, costosos, voluminosos y pesados y deben 20 eliminarse de acuerdo a un objeto de la presente invención como se discute más adelante detalladamente. Además, los medios primarios para cargar la batería presentados por Hunt, incluyen además complejidad indeseable, propiamente una turbina 25 impulsa al motor eléctrico en una configuración de generador. La turbina recibe energía del calor de desperdicio de la máquina de combustión interna. Ver columna 3 líneas 10-60. La máquina de combustión interna de Hunt también esta ajustada con un alternador • 5 para capacidad adicional para cargar la batería, agregando todavía mayor complejidad. Así esta claro que Hunt falla para mostrar un vehículo híbrido que cumpla los objetos de la presente invención, esto es, un vehículo híbrido que compita con vehículos 10 convencionales con respecto al costo y complejidad pero • alcanzando una eficiencia de combustible substancialmente mejorada. Kawakatsu, en las patentes US 4,305,254 y 4,407,132, muestra un híbrido en paralelo que incluye 15 una sola máquina de combustión interna acoplada a las ruedas impulsoras por medio de una transmisión convencional de tasa variable, un motor eléctrico y un alternador para permitir el uso eficiente de la máquina de combustión interna. Como la presentación de Hunt, 20 se pretende que la máquina funcione en un margen eficiente relativo de velocidades de la máquina, cuando produce más torque que lo que necesita para impulsar el vehículo, el exceso se usa para cargas las baterías; cuando la máquina produce un torque suficiente, el 25 motor se usa también.

Otra patente de Kawakatsu, No. 4,335,429, muestra un vehículo híbrido comprendiendo en este caso una máquina de combustión interna y dos unidades motor/generadores. Un primer motor generador más grande que recibe energía de una batería, se usa para proveer torque adicional cuando aquel provisto por la máquina es insuficiente; el motor/generador más grande también convierte el torque en exceso provisto por la máquina en energía eléctrica que deba almacenarse por la batería, y se usa en un modo de enfrenado regenerativo . El segundo motor/generador más pequeño se usa similarmente para proveer torque adicional y enfrenado regenerativo adicional cuando se necesita. Mas particularmente, la ultima patente de Kawakatsu señala que un solo motor eléctrico con un tamaño para dar el torque suficiente para impulsar el vehículo no sería capaz de proveer suficiente fuerza de enfrenamiento regenerativa; ver columna 1, línea 50-columna 2 línea 8, por lo tanto Kawakatsu provee dos motor/generadores separados como ya se ha indicado; también se provee un motor separado para el inicio de la máquina. Ver columna 6, líneas 22-23. En la modalidad mostrada, el motor/generador más grande está conectado al vastago de impulsor de la rueda, en tanto que la máquina y el motor/generador más pequeño están conectados a las ruedas por medio de un mecanismo complejo que comprende tres embragues controlables separadamente. Ver columna 5, líneas 50-62. Numerosas patentes presentan impulsos de vehículos híbridos tendientes a caer en una o más de las categorías discutidas anteriormente. Un número de patentes presentan sistemas en donde se requiere un operador para seleccionar entre el funcionamiento eléctrico y la combustión interna; por ejemplo, se provee un motor eléctrico para la operación dentro de edificios, donde los sumos de exhaución serian peligrosos, y una máquina de combustión interna para funcionar en el exterior. También se conoce proponer un vehículo híbrido que comprende un motor eléctrico para usarse a bajas velocidades y una máquina de combustión interna para usarse a mayor velocidad. La técnica también sugiere usar ambos cuando se requiera un torque máximo. En algunos casos el motor eléctrico impulsa un juego de ruedas y la máquina de combustión interna impulsa un juego diferente. Ver generalmente Shea (4,180,138); Fields (4,351,405); Kenyon (4,438,342); Krohling (4,593,779); y Ellers (4, 923, 025) . Muchas de estas patentes muestran impulsos de vehículos híbridos en donde la una transmisión de m^m velocidad variable se requiere como lo hacen numerosas referencias adicionales. Una transmisión se nota anteriormente que se requiere típicamente, donde la máquina de combustión interna y/o el motor eléctrico no • 5 son capaces de suministrar suficiente torque a bajas velocidades Rosen (3,791,473); Rosen (4,269,280); Fíala (4,400,997); y Wu y Asoc. (4,697,660). Kinoshita (3,970,163),. muestra un vehículo de este tipo general en donde una máquina de turbina de gas esta acoplada a 10 las ruedas de carretera por medio de una transmisión de • tres velocidades; se provee un motor eléctrico para suministrar torque adicional. Para otros ejemplos de vehículos híbridos en serie, aquí discutidos generalmente, ver Bray 15 (4,095,664); Cummings (4,148,192); Monaco y asoc. (4,306,156); Park (4,313,080); McCarthy (4,354,144); Heidemeyer (4,533,011); Kawamura (4,951,769; y Suzuki y asoc. (5,053,632) . Varias de estos problemas • específicos mencionados se presentan en la fabricación 20 o uso de vehículos híbridos y en mejoras de diseño especificas alegadas. Por ejemplo, Park indica ciertas especificaciones de características de carga y descarga de la batería, en tanto que McCartthy muestra un sistema de impulsión complejo incluyendo una máquina 25 de combustión interna impulsando dos motores m*l-¡ é?i..*. * *i>.*.*?á *^£¿¡¿¿¡?^¿ -&s^iAt-vatitaiai t.^ ,&¿^u„.- eléctricos. El torque generado por los últimos se combina en una diferencial compleja que provee proporciones de engranaje variables continuamente. Heidemeyer:, muestra conectar una máquina de combustión • 5 interna a un motor eléctrico por un primer embrague de fricción, y conectar el motor a una transmisión por un segundo embrague de fricción. Otras patentes de importancia general en este asunto incluyen Toy (3,525,874), que muestra un híbrido 10 de serie usando una turbina de gas como una máquina de • combustión interna; Yardney (3,650,345), muestra usar un iniciador de aire comprimido o mecánicos similar para la máquina de combustión interna de un híbrido de serie, tal que, se podrían usar baterías de capacidad 15 de corriente limitada; y Nakamura (3,837,419), se refiere a mejoras en circuiteria de thyristor-batería y en impulsión del motor. Un campo algo separado de interés general son las presentaciones Deane • (3,874,472); Horwinski (4,042,056); Yang (4,562,894); 20 Keedy (4,611,462); y Lexen (4,815,334); Mori (3,623,563); Gradjry (3,454,122); Patst (3,211,249); Nims y asoc. (2,666,492); y Matsukata (3,502,165) . Referencias adicionales que muestran sistemas de impulsión de vehículo híbrido en paralelo incluyen 25 Froelich (1,824,014); reinbeck (3,888,325) . La patente US 4,578,955 a Medina muestra un sistema híbrido en donde una turbina de gas se usa para impulsar un generador como se necesita para cargara baterías. De interés particular a ciertos aspectos de 5 la presente invención es que Medina presenta que el paquete de baterías debe tener un voltaje en el margen de 144, 168 o 216 voltios, y el generador debe suministrar . corriente en el margen de 400 a 500 amperes. Los técnicos reconocerán que estas corrientes 10 elevadas incluyen considerables perdidas de calentamiento por resistencia y adicionalmente requieren que todas las conexiones eléctricas se hagan por medios mecánicos positivos, tales como pernos y tuercas y por soldadura. más específicamente, por 15 razones de seguridad y de acuerdo con la practica de la industria las corrientes en exceso de aproximadamente 50 ampares no pueden ser portadas por enchufes convencionales, preferidos por razones de conveniencia y economía, sino deben portarse por conectores fijos 20 mucho más pesados, más costosos y menos convenientes (como se usan para conexiones de cable de batería de marcha convencional) . Por lo tanto seria deseable operar el motor eléctrico de un vehículo híbrido con bajas corrientes.

La patente US 5,765,656 a Weaver también muestra un híbrido en serie en donde una turbina de gas se usa como máquina de combustión interna; se prefiere como combustible hidrogeno. 5 La patentes US 4,439,989 a Yamakaba muestra un sistema en donde se proveen dos máquinas de combustión internas diferentes de modo que solo una necesita funcionar cuando la carga es baja, este arreglo seria complejo y costoso de fabricar. 10 La discusión detallada de varios aspectos de • las impulsiones de vehículo híbrido pueden encontrarse en Kalbertah, "Electric Hybrid Drive Systems for Pasenger CArs : Taxis", SAE Paper No. 910347 (1991) . Kalberlah, primero compara eléctricos rectos híbridos 15 en serie y trenes de impulsión híbridos en paralelo y concluye que los híbridos en paralelo son preferibles, cuando menos cuando se pretenden para un uso general. Esto es los vehículos rectos pueden usarse bajo ciertas • condiciones limitadas de baja velocidad, e impulsión 20 urbana de rango limitado) . Karbelain entonces compara varias formas de híbridos paralelos, con respecto a su figura 4, y concluye que el arreglo más práctico es uno en el cual una máquina de combustión interna impulse un primer par de ruedas, y un motor eléctrico en segundo; 25 más particularmente Kalberlah indica que la combinación mecánica del torque de una máquina de combustión interna y de motor eléctrico es impráctica. Las patentes de Gardner US 5,301,764 y 5,346,031, sigue las enseñanzas de Karberlah y Garder muestra impulsando separadamente dos pares de ruedas, un par es impulsado por un primer motor eléctrico, y el segundo por un segundo motor eléctrico o alternativamente por una máquina de combustión interna pequeña. Se proveen tres embragues diferentes para permitir que varias fuentes de torque de impulsión se conecten a las ruedas y a un generador, dependiendo del modo de funcionamiento del vehículo. La máquina de combustión interna funciona continuamente y provee el torque de impulsión cuando el vehículo esta viajando, en otras veces se usa para cargar las baterías que dan potencia a motores eléctricos. Bullock, "The Technological Constraints of Mas, Volume, Dynamic Power Range and Energy Capacity on the Viability of Hybrid and Electric Vehicles", SAE Paper No. 891659 (1989), provee un análisis teórico detallado de vehículos eléctricos en términos de las cargas sobre ellos, y un análisis cuidadoso de los diferentes tipos de baterías entonces disponibles. Bullock concluye que un vehículo que tenga dos motores eléctricos de características diferentes impulsando .^«^ -faít & » I las ruedas a través de una transmisión de velocidad variable, sería óptimo para el uso automotriz. Ver la discusión de la Fig. 8. Bullock también sugiere el uso de una máquina de combustión interna para impulsar la • 5 carga de la batería pero no se refiere a combinar el torque de la máquina con ese de los motores; ver pagina 24-25. Otros documentos relacionados se colectan en Electric and Hvbrid Vehícle Technology, volumen SP-915 10 publicado por SAE, en febrero 1992. Ver también WOUK "Hybrids: Then and Now", Bates, "On the road with a Ford HEV", y King y asoc. "Transit Bus takes the Hybrid Rout", todos en IEE Spectrum, Vol. 32, 7, (julio 1995). Urban y asoc. en la patente US 5,667,029 15 muestra dos modalidades de híbridos en paralelo; una primera modalidad se muestra aßi 1-a^s Figs. 1-9, y 11, y una segunda en las Figs. 12-17. Ambas modalidades tienen numerosas características comunes incluyendo • modo de funcionamiento similar, refiriéndonos a la 20 primera modalidad, una máquina de combustión interna provee torque a las ruedas de carretera y a un generador; dos motores eléctricos pueden proveer torque a las ruedas de carretera o cargar las baterías durante el freno regenerat ivo ; el torque de la máquina 25 y motores se combina en la flecha de entrada a una transmisión de proporción variable. Se proveen embragues de sobre marcha, por ejemplo para permitir que el torque de la máquina se aplique a las ruedas de carretera también sin rotar los motores. • 5 Como se indica en la columna 6, líneas 25-54, ciertas transiciones entre varios modos de operación, se hacen automáticamente responsables a la posición del pedal del acelerador; por ejemplo si el operador no oprime el pedal más allá de un punto dado, únicamente 10 se emplea la máquina de combustión interna para • impulsar el vehículo; si el operador oprime el pedal más completamente los motores eléctricos también entran en actividad. Otros cambios en el modo de funcionar deben ser hechos por el operador 15 directamente; por ejemplo, el vehículo puede hacerse funcionar como un vehículo "eléctrico recto", por ejemplo para viajes de corta duración teniendo el operador una acción de control adecuada. Ver columna 7 • líneas 49-56. El diseño de Urban y asoc. parece sufrir 20 de un número de defectos importantes. Primeramente, la máquina de combustión interna se indica para proveer todo el torque necesitado para acelerar el vehículo a la velocidad de crucero bajo circunstancias normales (ver columna 5 líneas 3-10), y también para impulsar el 25 vehículo durante el crucero (ver columna 6 líneas 48- 54) . Los motores eléctricos han de usarse únicamente durante la aceleración rápida y el ascenso de montañas; columnas 5 líneas 10-13, una máquina de 20 caballos de fuerza operada a través de una transmisión de proporción variable continuamente y un convertidor se indica adecuada para este propósito. Tales componentes son claramente complejos y costosos, además los convertidores de torque son notoriamente ineficientes, además usando la máquina de combustión interna como la única fuente de potencia para marchas de baja velocidad, requeriría marchar a bajas velocidades, por ejemplo en las luces de trafico lo que es muy ineficiente y altamente contaminador. (Varias referencias adicionales sugiere que el torque en exceso puede usarse para cargas baterías, si esto se incorporara en el sistema Urban, la máquina podría correr a un nivel de salida razonablemente eficiente, en tanto que el vehículo estaría estacionario, pero esto podría conducir a altos niveles de ruido y vibración en tal caso Urban no parece considerar esta posibilidad) . Por otra parte, Urban sugiere que el vehículo puede ser operado como "eléctrico recto" bajo condiciones de baja velocidad, pero esto requiere que el operador provea una entrada explícita de control; -*&& &!&&*&&.** ^ F - ^Ék Ígí*áj^ esta complejidad es inaceptable en un vehículo que se pretende vender en cantidad, como seria requerido para alcanzar los fines establecidos por Urban de reducción de la contaminación atmosférica y reducción de consumo de energía. Como se ha hecho notar la operación del vehículo híbrido debe ser esencialmente "a prueba de falla" o "transparente" para el usuario, pare tener alguna probabilidad de éxito comercial. La segunda modalidad de Urban, es mecánicamente más simple empleando un solo (dinamómetro), a través del cual se transmite el torque desde la máquina a la transmisión de proporción variable, pero sufre de las mismas deficiencias operacionales . Una segunda patentes de Urban y asoc., 5, 704,440, esta dirigida al método de operación del vehículo de la patente '029, y sufre de las mismas inconformidades . Varios artículos describen varias generaciones de vehículos híbridos de Toyota Motor Company, indicándose que pronto estarán disponibles comercialmente. Ver por ejemplo Yamaguchi, "Toyota readies gasoline/eléctric hybrid system" Automotive Engineerifig, Julio 1997, pagina 55-58; Wilson, "Not Electric, Not Gasoline, But Both", Autoweek, Junio 2, 1997, pagina 17-18; Bulgin, "The Future Works, Quietly", Autoweek Febrero 23, 1998, pagina 12 y 13; y "Toyota Electric and Hibrid Vehicles", que es un cuaderno de Toyota. Una discusión más detallada del 5 tren de potencia del vehículo de Toyota se encuentra en Nagasaka y asoc., :Development of the Hybrid/Battery ECU for the Toyota Hybrid System", SAE paper 981122 (1998), pagina 19-27. De acuerdo al articulo de Wilson, Toyota describe este vehículo como un "Híbrido 10 serie-paralelo"; independientemente de la etiqueta • aplicada, su tren de potencia parece ser similar al de Berman en las patentes descritas, esto es, torque ya sea de uno o de ambos de una máquina de combustión interna y de un motor eléctrico combinados 15 controlablemente en un "Mecanismo dividido de potencia", y transmitido a las ruedas de impulsión a través de un juego de engranaje planetario que provee la funcionalidad de una transmisión de proporción • variable. Ver el articulo en Nagasaka, en las paginas 20 19-20. Furutani en la patente US 5, 95, 906, describe un vehículo que tiene una máquina de combustión interna que impulsa un primer juego de ruedas a través de una transmisión de proporción variable y un motor eléctrico 25 que impulsa un segundo juego de rudas, esta máquina . . . , <. ^»áa¿A1, )||r^ |^B1rr, | tf^,.^ ?j? , . t , aparentemente se pretende que corra continuamente; a bajas velocidades impulsa un generador para cargar baterías que proveen energía y a velocidades elevadas la máquina o motor impulsan al vehículo. En algunas circunstancias la transmisión puede no necesitarse; comparar por ejemplo columna 3 líneas 4-8, con columna 5 línea 59-64. La .patente US 5,842,534, concedida a Frank, muestra un método de control "de disminución de carga para vehículos híbridos, en este esquema, la máquina de combustión interna es usada únicamente cuando el estado de las baterías es tal, que el vehículo no puede alcanzar un punto de re-carga. Ver columna 3 líneas 50-55. En el funcionamiento normal, las baterías se recargan desde una fuente de potencia externa. Frank también discute dos modos de operación del pedal del freno, en donde los frenos mecánicos son acoplados, además del frenado regenerativo cuando el pedal se oprime más allá de un punto establecido. La patente US 5,823,280 a Lateur y asoc., muestra un híbrido paralelo en donde los vastagos o arboles de una máquina de combustión interna y los motores eléctricos primero y segundo son todos coaxiales; la máquina esta conectada al primer motor or un embrague y el primer motor al segundo por un engranaje planetario, permitiendo que las velocidades de los motores varíen para hacerlos funcionar en su margen más eficiente. Ver columna 4 línea 57-columna 5 línea 60. La patente US 5,826,671 a Nakae y asoc., muestra un híbrido paralelo en donde el torque de una máquina de combustión interna se combina con aquel de un motor en. un engranaje planetario; Un embrague se provee intermedia. La invención especifica se refiere al sensado de las condiciones del calentamiento de la máquina para limitar la emisión de combustibles sin quemar y así disminuir las emisiones. La patente US 5,846,155 a Taniguchi y asoc., muestra un híbrido paralelo en donde el torque de una máquina de combustión interna y de un motor se combinan de nuevo ¿n un engranaje planetario; la mejora especifica parece ser el uso de una transmisión variable continuamente. Se apreciará por los técnicos que hay limitaciones importantes inherentes en el uso de engranajes planetarios como un medio para conectar fuentes diferentes, por ejemplo una máquina de combustión interna y un motor eléctrico a las ruedas de impulsión de un vehículo, propiamente que a menos que el engranaje planetario sea efectivamente bloqueado, jl=J B=í a, *JÍk?*k<* '¿8^j^ ^ ( ana tema t i camente a su uso como una transmisión variable continuamente, por ejemplo en el vehículo de Toyota), es capas de la combinación aditiva de las velocidades del árbol, pero no del torque de salida. Por lo tanto, la principal ventaja del tren impulsor híbrido en paralelo, o sea la combinación aditiva del torque de salida de tanto el motor eléctrico como la máquina de. combustión interna, únicamente esta disponible cuando el engranaje esta bloqueado. Este hecho es reconocido por Lateur, por ejemplo en la columna 6 línea 27. Otras presentaciones de posible interés, incluyen la patente US 5,845,731, a Buglione y asoc.

Esta patente emitida el 8 de Diciembre de 1998, y por lo tanto no es necesariamente disponible como una referencia contra las reivindicaciones de la presente invención. El tren de potencia básico mostrado por Buglione y asoc., incluye una máquina de combustión interna 12, acoplada por medio de un primer embrague 18, a un primer motor eléctrico 20, acoplado a un segundo motor eléctrico 26, por medio de un segundo embrague 24; las ruedas son (aparentemente; ver columna 3 línea 8), impulsadas por el segundo motor 26. El esquema operacional híbrido general provisto por Buglione / asoc., se ilustra en la Fig. 4. A bajas . J n ...-I velocidades uno o ambos motores pueden usarse para impulsar el vehículo con la máquina apagada corriendo al vacío o impulsando uno de los motores como un generador. Durante el crucero a baja velocidad el • 5 segundo motor impulsa el vehículo, en tanto que durante el crucero a alta velocidad, la máquina impulsa el vehículo. Cuando se requiere aceleración a alta velocidad, la máquina o ambos motores pueden usarse para impulsar el vehículo, Buglione y asoc., también 10 indican que una transmisión de proporción variable • puede ser innecesaria, columna 3 línea 9, y que el primer motor puede usarse para poner en marcha la máquina, columna 4 líneas 8-15. La patente US 5,586,613 a Ehsani, que muestra 15 un híbrido en la cumbre eléctrico, también es de interés. El vehículo de Ehsani, se muestra en varias modalidades; en cada una, una máquina a aparentemente de corre continuamente con torque en exceso usado para cargar las baterías y uno o más motores se usan para 20 proveer torque de impulsión adicional cuando el torque de salida de la máquina es insuficiente. Una transmisión se provee en algunas modalidades del vehículo de Ehsani. Una modalidad incluyendo dos motores, se muestra en la Fig. 7, y puede modificarse 25 como se discute en el texto en la columna 9 líneas 4-5.

La Fig. 1 , muestra en si misma la impulsión de un primer juego de ruedas por una primera "máquina eléctrica", esto es, un motor capaz de funcionar como generador. Este arreglo de impulsión es independiente de un segundo arreglo de impulsión, con el cual un segundo juego de ruedas es impulsado por una maquina conectada por un primer embrague a una segunda máquina eléctrica conectada al segundo juego de ruedas por un segundo embrague. Ehsani sugiere en la columna 9 líneas 4-5, que el árbol de impulsión de otra manera acoplado a la primera máquina eléctrica también podría ser impulsado por la máquina. Aunque no aparece explícitamente que la primera máquina eléctrica debe de retenerse, esto parece así, de otra manera, la modalidad modificada de la Fig. 7, seria la misma que en la Fig. 1, de Ehsani modificada para hacer que la cuatro ruedas sean impulsadas por un árbol de impulsión común . Esta aplicación presenta un numero de mejoras sobre y adelantos a los vehículos híbridos presentados en la patente del presente inventor 5,343,970 (la patente "'970") que se incorpora por referencia. Cuando no se mencionan diferencias ha de entenderse que las especificaciones del vehículo se refieren a la patente 970 y son aplicables a los vehículos mostrados.

La discusión de la patente 970, no ha de considerarse que limita el alcance de sus reivindicaciones. Hablando generalmente, la patente '970, presenta vehículos híbridos, en donde una unidad de transferencia de torque controlable se provee capaz de transferir torque entre una máquina de combustión interna, un motor eléctrico y las ruedas de impulsión del vehículo. La dirección de la transferencia de torque se controla por un micro procesador que responde al modo de operación del vehículo para proveer un funcionamiento altamente eficiente en una amplia variedad de condiciones operativas y proveer un buen funcionamiento. El flujo de energía -ya sea energía eléctrica almacenada en un banco de batería, o energía química almacenada como combustible, se controla similarmente por el micro procesador. Por ejemplo, de acuerdo al esquema de operación del vehículo híbrido presentado en la patente '970, en un manejo de baja velocidad en la ciudad, el motor eléctrico provee todo el torque necesario respondiendo al flujo de energía desde la batería, en un manejo de carretera de alta velocidad donde la máquina de combustión interna puede funcionar eficientemente, provee ella todo el torque, el torque adicional puede ser provisto por el motor eléctrico g^^^s^ cuando sea necesario para aceleración, ascenso de montaña o paso. El motor eléctrico también se usa para iniciar la máquina de combustión interna y puede ser operado como un generador por conexión apropiada de su arrollamiento por un estado sólido en un inversor controlado por micro procesador. Por ejemplo, cuando el estado de carga del banco de la batería esta relativamente bajo, por ejemplo, después de un periodo largo de funcionamiento únicamente por batería en tráfico de ciudad, se pone en marcha la máquina de combustión interna e impulsa al motor a entre el 50 y 100% de su salida de torque máxima, para cargar eficientemente el banco de batería. Similarmente, durante el frenado o descenso de montaña, la energía cinética del vehículo puede convertirse en energía eléctrica almacenada por frenado regenerativo . El tren de impulsión híbrido mostrado en la patente '970, tiene muchas ventajas con respecto a la técnica anterior las cuales son retenidas por la presente. Por ejemplo, el motor de impulsión eléctrico se selecciona como siendo de una potencia relativamente elevada, específicamente igual o mayor que aquella de la máquina de combustión interna, y que tenga una salida de torque elevada a baja velocidad; esto permite que se elimine la transmisión de vehículo convencional :*:i. ?Á * -M)«a de múltiples velocidades. Como se compara a la técnica anterior, el banco de batería, motor/generador y la circuiteria de potencia asociada funcionan a un voltaje relativamente elevado y una corriente relativamente baja, reduciendo perdidas debido al calentamiento por resistencia y simplificando la selección del componente y la conexión. Se .puede ver que aunque la técnica anterior incluyendo la patentes '970, claramente presenta la conveniencia de hacer funcionar una máquina de combustión interna en su margen funcional más eficiente, y que una batería puede proveerse para almacenar energía que sea suministrada a un motor eléctrico con el objeto de aun compensar la carga sobre la máquina de combustión interna, todavía queda suficiente espacio para mejoras. En particular, es deseable obtener la flexibilidad funcional de un sistema híbrido paralelo al mismo tiempo que se optimizan los parámetros operacionales del sistema y proveer un sistema híbrido paralelo substancialmente simplificado en comparación a los mostrados en la técnica anterior, incluyendo otra vez la patente '970. Objetos de la Invención. Es un objeto de la invención, proveer un vehículo eléctrico híbrido mejorado que realice una ***^ J**'» * economía de combustible subs tancialmente aumentada y reduzca las emisiones de contaminante en comparación a los vehículos de combustión interna e híbridos actuales, pero que no sufra importante daño en su funcionamiento, conveniencia de operación, costo, complejidad o peso. Es un objeto de la invención, proveer un vehículo eléctrico mejorado realizando una economía de combustible substancialmente aumentada y reduciendo emisiones de contaminantes en comparación a los vehículos de combustión internaa e híbridos actuales que pueda ser manejado eficientemente por un operador acostumbrado a vehículos convencionales sin entrenamiento y que no requiera modificación de la infraestructura existente desarrollada a través de los años para soportar vehículos convencionales. Mas específicamente, es un objeto de la invención, proveer tal vehículo mejorado que funcione sobre combustible ahora ampliamente disponible y utilice baterías ya comprendidas y usables ampliamente, de modo que el operador no necesita aprehender nuevas técnicas de manejo, no trate con nuevos arreglos de suministro de combustible ni este obligado a prestar atención al mantenimiento de baterías empleando nuevas tecnologías complejas. , .. _¡ , Í Es un objeto más particular de la invención, eléctrico híbrido serie paralelo en donde una máquina de combustión interna y dos motores eléctricos controlados separadamente, puedan aplicar simultánea o 5 separadamente torque a las ruedas de impulsión del vehículo, controlado para realizar una eficiencia máxima de combustible sin ningún daño en conveniencia, funcionamiento o costo. Es otro objeto de la invención proveer un 10 vehículo eléctrico, híbrido serie-paralelo que • comprenda dos motores eléctricos que co juntamente provean una potencia de salida igual a cuando menos 100% de la potencia de salida tasada para la máquina de combustión interna y más preferentemente hasta 15 aproximadamente 150-200% de la misma, de modo que la máquina funcione bajo condiciones básicamente óptimas, con el objeto de realizar una economía de combustible importante y reducir la emisión de contaminantes • indeseables durante el funcionamiento. 20 Mas particularmente es un objeto de la invención, proveer un vehículo eléctrico híbrido en serie paralelo, en donde la máquina de combustión interna tenga un tamaño para prever eficientemente la potencia requerida para la operación a velocidades 25 moderadas y de carretera con dos motores eléctricos ->—* **---*-»-- *- . . . j.>**j¿toj¡h?A-? **M**Jk?¿*- -. ^.^ ^ *. > . ~**» Í¡ controlados separadamente que conjuntamente alcancen un tamaño para proporcionar la potencia adicional necesaria para la aceleración y ascenso de montaña. Todavía otro objeto de la invención, es proveer un vehículo eléctrico híbrido serie paralelo, en donde los circuitos del motor eléctrico y de la carga de la batería no funcionen a más de aproximadamente 30-50 amperes de corriente continua (aunque corrientes notablemente mayores puedan fluir durante cortos periodos, bajo condiciones de carga cumbre), con lo cual las perdidas por calentamiento de resistencia se reducen grandemente, y con lo cual se pueden utilizar técnicas baratas y una fabricación eléctrica simple, así como técnicas de conexión sencillas . Es un objeto más especifico de la presente invención proveer un sistema de impulsión híbrido para vehículos que no requiera la unidad controlable de transferencia de torque mostrada en la patente '970, pero proveyendo las ventajas funcionales del vehículo híbrido mostradas en la patente '970. Es otro objeto especifico de la invención, proveer una estrategia de control, que controle el tren de impulsión híbrido para responder diferentemente a entradas dadas de control instantáneo dependiendo de las entradas de control reciente, por ejemplo, distinguir entre una opresión suave y agresiva del pedal del acelerador por el operador. Es un objeto más especifico de la invención, emplear la flexibilidad de control provista por el tren de impulsión híbrido mejorado de la invención, para permitir la puesta en marcha de la máquina, a un rpm, comparat ivapvente elevado, y controlando la mezcla combustible-aire suministrada durante la puesta en marcha, controlar la máquina y proveer un convertidor catalítico pre-calentado, llevando a un mínimo la emisión de combustible sin quemar y mejorando además la economía del combustible. Es un objeto más especifico de la invención, emplear la flexibilidad de control provista por el tren mejorado de la invención para permitir el empleo de un motor que produzca básicamente torque constante hasta una velocidad base, y de ahí en adelante potencia substancialmente constante como el motor que pone en marcha la máquina, de modo que el torque producido así, también pueda usarse para impulsar el vehículo. Otros objetos y aspectos de la invención, se harán claros por la discusión que sigue a continuación. Sumario de la Invención.

*?»L.*,i. » i Como se discute anteriormente la patentes '970, presenta vehículos híbridos en donde una unidad de transf rencia de torque controlable se provee capaz de transferir torque entre una máquina de combustión interna, un motor eléctrico y las ruedas de impulsión del vehículo. Ver Fig. 3-11 de la misma. La dirección e la transferencia de torque se controla por un micro procesador que responde al modo de operación del vehículo para proveer una operación altamente eficiente en una amplia variedad de condiciones de operación, pero proveer constantemente buen funcionamiento, el flujo de energía ya sea energía eléctrica almacenada en un banco de baterías substancial o energía química almacenada como combustible a quemarse - se controla similarmente por el micro procesador. De acuerdo a la presente invención, la unidad de transferencia de torque controlable mostrada en la patente '970, se elimina al reemplazar el único motor eléctrico ahí mostrado por dos motores separados, ambos operables como generadores y como motores de tracción cuando sea adecuado. Ver las Figs. 3 y 4 de esta. La máquina está conectada a las ruedas de impulsión por un embrague operado al modo de funcionamiento del vehículo y a las órdenes de entrada provistas por el operador t?*,,, - .*?~ del vehículo. Como en la patentes '970 se provee una máquina de combustión interna con un tamaño suficiente para dar un torque que sea adecuado para el margen de las velocidades de crucero deseadas, y que se use para cargar la batería cuando se necesite. Un motor de tracción de relativamente alta potencia se conecta directamente al vastago o árbol de salida del vehículo; el motor de- tracción provee torque para impulsar al vehículo en situaciones de baja velocidad y provee torque adicional cuando se requiera, por ejemplo, para acelerar, rebasar o ascenso de montaña durante manejo a alta velocidad. De acuerdo a la presente invención, un motor de puesta en marcha de relativamente baja potencia, también se provee y puede usarse para proveer torque impulsando al vehículo cuando se necesite. Este segundo motor está conectado directamente a la máquina de combustión interna para iniciar la máquina. A diferencia de un motor de puesta en marcha convencional, el cual rota una máquina de combustión interna (por ejemplo 60-200rpm para la marcha necesita el suministro de una mezcla rica combustible/aire para ponerse en marcha, el motor para poner en marcha de acuerdo a la invención, gira la máquina a velocidades relativamente altas, por ejemplo 300 rpm, para ponerla ^?.á^-iM? .. ^? A^. ^ .. . . . . ..¿t^,A«M^.¿«.ia .|f t ...,.._.., ;„„ , . , «^^IM en marcha, esto permite iniciar la máquina con una mezcla combustible/aire, mucho menos rica en combustible que lo que es lo convencional, reduciendo de manera importante las emisiones indeseables y mejorando la economía del combustible en la puesta en marcha. Un convertidor catalítico se provee para catalíticamente realizar la combustión del combustible sin quemar -en la salida de la máquina, el cual se calienta a una temperatura de trabajo efectiva antes de poner en marcha la máquina, reduciendo más las emisiones . En la modalidad discutida en detalle, el motor de puesta en marcha esta conectado directamente a la máquina y esta combinación está conectada al motor de tracción por un embrague para la transferencia de torque; el vastago de salida de motor de tracción esta entonces conectado a las ruedas de carretera del vehículo. En otras modalidades la combinación máquina/motor de puesta en marcha puede conectarse a un primer juego de ruedas de carretera por un embrague con el motor de tracción conectado a otro juego de ruedas de carretera directamente. En otra modalidad, pueden proveerse motores de tracción plurales, en cada caso la máquina se desconecta controlable de las ruedas de carretera por el control de embrague. El acoplamiento ,-J&-^ ^ . Í » del embrague se controla por el microprocesador, por ejemplo controlando un accionador eléctrico o hidráulico que responda al estado de funcionamiento del vehículo y a la entrada actual del operador. 5 Por ejemplo, durante el funcionamiento a baja velocidad el embrague se desacopla de modo que la máquina se desconecta de las ruedas, entonces el vehículo funciona como un carro eléctrico recto, esto es la potencia se toma del banco de batería y se 10 suministra al motor de tracción. si las baterías se • descargan relativamente (por ejemplo se descargan al 50% de la carga completa) el motor de puesta en marcha se usa para poner en marcha la máquina de combustión interna que entonces corre con una salida de torque 15 relativamente elevada (por ejemplo entre 50-100% de su torque máximo) para un uso eficiente de combustible, y el motor de puesta en marcha se hace funcionar un generador de salida elevada para recargar el banco de • batería . 20 Similarmente, cuando el operador pide más potencia que aquella disponible solo del motor de tracción, por ejemplo al acelerar en una carretera, el motor de puesta en marcha, pone en marcha la máquina de combustión interna, cuando alcanza una velocidad de 25 máquina en la cual produce torque útil, se acopla el embrague de modo que la máquina y motor de puesta en marcha pueda proveer. Como se ha hecho notar la máquina se hace notar a una velocidad de la puesta en marcha, de modo que la máquina rápidamente alcanza una velocidad útil . Como en la patente 970, la máquina tiene un tamaño con el cual provee suficiente potencia para mantener al , vehículo en un margen de velocidades de crucero de carretera adecuadas, en tanto que funciona en un margen de torque proveyendo buena eficiencia de combustible; si se necesita entonces potencia adicional, por ejemplo para rebasar o ascenso de montaña, los motores de tracción y/o puesta en marcha pueden acoplarse como se necesite. Ambos motores pueden funcionar como generador, para transformar cinética del vehículo a potencia eléctrica durante el descenso o la desaceleración. También como en la patente 970, la potencia cumbre de los dos motores conjuntamente cuando menos iguala la potencia marcada de la máquina, como es necesario para proveer buen funcionamiento sin el empleo de una transmisión de rapidez variable o el equivalente. En cada uno de estos aspectos de la operación del vehículo, y como en la patente 970, el operador del vehículo no necesita considerar la naturaleza híbrida jj ¿r r: .µ¡¿»¿~ t Juinas mu, s íd, ...... iM jif?frfSf? -i—l "•3- ' ' del vehículo durante su funcionamiento, sino simplemente provee las entradas de control al manejar los pedales del acelerador y freno. El micro procesador determina el estado apropiado de operación del vehículo basándose en estas y otras entradas y controla de acuerdo los diferentes componentes del tren de impulsión híbrido. También queda dentro del alcance de la invención,, operar uno o ambos de los motores a diferentes velocidades rotacionales que la máquina, de modo que cada uno pueda usarse óptimamente para las demandas sobre el mismo. más específicamente, los motores pueden hacerse en general más pequeños si se operan con rpm, relativamente elevadas. Los motores operando hasta 9000-18mil rpm parecen adecuados para la presente aplicación. Sin embargo, al funcionar la máquina de combustión, a esta velocidad se presentarían niveles de ruido y vibración y podría limitar sus caracterí ticas de funcionamiento de una manera indeseable. Por lo tanto, por ejemplo, el motor de puesta en marcha puede impulsar la máquina a través de un piñón engranado a una rueda volante más grande dentada que lo convencional. Similarmente, puede ser deseable proveer el motor de tracción como una unidad de relativamente alta velocidad, impulsando las ruedas ^ t.^án*,,^*^*..^* _ -ir i : i ^g á de carretera por una unidad de cadena, banda o reducción de engranaje. en la modalidad preferida al presente, el motor de puesta en marcha esta configurado como un motor "pancake", esencialmente formando la 5 rueda volante de la máquina y rotando a la velocidad de la máquina, en tanto, que el motor de tracción es un motor de inducción de mucha mayor velocidad conectado al árbol de. impulsión del vehículo por una unidad de reducción de impulsión de cadena. También queda dentro 10 del alcance de la invención como se ha hecho notar, • operar la máquina y los dos motores a la misma velocidad cuando esta acoplado el embrague, evitando trenes de engranaje intermedios o componentes mecánicos similares y evitando costo, complejidad, 15 peso, ruido oíble y perdidas por fricción ocasionadas por su uso . Sin embargo, en todos los casos las velocidades de rotación de los dos motores y maquina • están fijas una con respecto a la otra, y a la 20 velocidad de las ruedas de carretera; no se requieren transmisiones de múltiples velocidades entre los motores y la máquina y las ruedas de carretera por el tren de potencia híbrido de la invención. Otras mejoras provistas de acuerdo con la 25 invención, incluyen proveer las baterías en dos bancos ... . iAflb* .? ..me.i,t . í de batería conectados en serie, con el chasis del vehículo conectado a las baterías en un punto central entre los bancos. Este conexión de chasis de punto central reduce el voltaje entre varios componentes de • 5 circuito y el chasis del vehículo a la mitad, reduciendo de manera importante el aislamiento requerido y simplificando tales factores como el hundimiento .de calor de los semiconductores de potencia usados en la circuiteria del inversor. Al proveer 10 bancos de batería duales y motores eléctricos duales • como anteriormente, también se provee cierto grado de redundancia permitiendo la falla de ciertos componentes sin que deje de funcionar el vehículo. En la modalidad preferida, tanto los motores 15 de tracción como los de puesta en marcha, son motores de inducción AC de cuatro más fases y la circuiteria de potencia acompañante provee corriente de más de tres fases preferentemente de cinco fases permitiendo que el • vehículo funciona aun después de fallar uno o más 20 componentes. Estos motores y el inversor/cargadores que los impulsan, deben seleccionarse y operarse de modo que los motores tengan características de salida de torque que varíen como una función de rpm, como se ilustra en la Fig. 14, de la patente 970; esto es, los 25 motores deben producir básicamente torque constante hasta una velocidad base y deben producir potencia constante básicamente a mayores velocidades. La proporción de la base a la velocidad máxima puede variar entre aproximadamente 3 a 1 y aproximadamente 6 5 a l. Por comparación los motores con arrollamiento en serie DC usados convencionalmente como motores de puesta en marcha de máquina, proveen un torque muy elevado pero únicamente a bajas velocidades; su salida de torque cae precipitadamente a velocidades más 10 elevadas. Tales motores de puesta en marcha • convencionales serían insatisfactorios en el presente sistema . Durante la operación substancialmente de estado continuo, por ejemplo durante el crucero en 15 carretera, el sistema de control hace funcionar la máquina en niveles de salida de torque variante que responden a las ordenes del operador. El margen de los niveles de salida de torque de la máquina permitidos • queda limitado al margen en el cual la máquina provee 20 buena eficiencia de combustible. Donde los requisitos de torque de vehículo excede la salida de torque máximo eficiente de la máquina, por ejemplo, al rebasar o ascenderá la montaña uno o ambos de los motores eléctricos se ponen en marcha para proveer el torque 25 adicional; donde los requisitos de torque de vehículo . ? í.jtrí-**?íáL iá3Í son menores que el mínimo provisto de la máquina, por ejemplo, al marchar lentamente o descender la montaña o durante el enfrenado, el torque en exceso de la máquina se usa para cargar las baterías, la carga generativa puede realizarse simultáneamente cuando el torque de la máquina y la energía cinética del vehículo impulsando ya sea uno o ambos motores en modo de generador. La tasa de cambio de salida de torque por la máquina, puede controlarse de acuerdo con el estado de carga de las baterías. El vehículo es operado en diferentes modos dependiendo de sus requisitos de torque instantáneo y del estado de carga de la batería y otros parámetros funcionales. El modo de operación se selecciona por el micro procesador en respuesta a una estrategia de control discutida más adelante; los valores de los parámetros sensados en respuesta al modo de operación el cual se selecciona pudiendo variar dependiendo en la historia reciente o en análisis por el micro procesador de viajes re*petidos diariamente y también pueden recibir histeresis de modo que el modo operativo no se conmuta repetidamente simplemente porque uno de los parámetros sensados fluctúe alrededor de un punto definido .

Los anteriores y otros objetos características y ventajas de la presente invención, se harán aparente por la consideración de la siguiente descripción detallada de una modalidad especifica del mismo, especialmente al tomarse en conjunción con los dibujos anexos en donde los números de referencia iguales en las diferentes figuras se utilizan para designar componentes iguales. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención se entenderá mejor en referencia a los dibujos anexos en los cuales La figura 1, es un trazo de la potencia exterior con respecto a la velocidad rotacional (RPM) para una máquina de combustión interna típica, ilustrando el consumo de combustible relativo de la máquina según se usa en un automóvil convencional, en galones/caballos de fuerza por hora; La figura 2 es un trazo similar, que describe la operación de una máquina de combustión interna relativamente pequeña usada en la presente invención, bajo circunstancias similares a aquellas presentadas en la figura 1. La figura 3 muestra un diagrama esquemático de los componentes principales de la primera modalidad del ^^*S sistema de impulsión del vehículo híbrido de acuerdo con la invención; La figura 4 muestra un diagrama en bloque de los componentes principales del sistema de impulsión de 5 la invención en una segunda modalidad, que difiere en ciertos arreglos mecánicos de aquella de la figura 3, e ilustra varias señales de control provistas en varias modalidade s ;. La figura 5 muestra un diagrama esquemático 10 parcial del banco de la batería, el inversor y la • circuitería del motor; La figura 6 es un diagrama que ilustra diferentes modos de operación del tren de potencia del vehículo, trazado en una carta de tres dimensiones, 15 ilustrando que el modo de operación del vehículo es una función del estado de carga del banco de la batería de la carga instantánea de carretera y del tiempo; La figura 7 comprende las figuras 1 (a) - (c) • y se extiende en dos hojas, es un diagrama de tiempo 20 que muestra la carga de carretera, la salida del torque de la máquina, el estado de carga del banco de la batería y de la operación de la máquina como funciones del tiempo, ilustrando así una estrategia de control típica empleada durante la impulsión a baja velocidad en la ciudad, crucero de vía rápida y una impulsión de carga elevada extendida. La figura 8 comprende las figuras 1 (a) - (d) que son diagramas que indican el flujo del torque y de • 5 la energía entre los componentes del tren de potencia híbrido de la invención en varios modos de operación; La figura 9 es una carta de flujo simplificada del algoritmo empleado por el microprocesador para implementar las estrategias de control provistas por el 10 vehículo de acuerdo con la invención. • La Figura 9 (a) es una carta de flujo de una subrutina de iniciación de máquina empleada en la carga de flujo de la figura 9; La figura 9(b) es una visión alternativa de 15 uno de los pasos de la tarjeta de flujo de la figura 9 que implementa una modificación a la estrategia de control del vehículo; La figura 9(c) es una visión alternativa de • otro de los pasos de la tarjeta de flujo de la figura 20 9, que implemente similarmente una modificación a la estrategia de control del vehículo; La figura 10 ilustra el torque preferido en relación a las características de velocidad de la iniciación, eléctrica y los motores de tracción y de la 25 máquina de combustión interna; La figura 11, es un diagrama esquemático similar a la figura 3, que ilustra una modalidad alternativa del tren de potencia del vehículo híbrido de acuerdo a la invención, en donde la máquina se 5 provee con un turbocargador que es operable de manera controlable, de modo que solo se emplea cuando se necesita; La . figura 12 es un diagrama en tres dimensiones comparable a la figura 6, que muestra los 10 modos de operación del vehículo híbrido turbocargado de la figura 11; y La figura 13 es un diagrama de tiempo similar a la figura 7, que comprende de nuevo las figuras 13 (a) - (c) que se extienden en dos hojas y que ilustra 15 la operación típica del vehículo híbrido turbocargado de la figura 11. DESCRIPCIÓN DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS. Refiriéndonos específicamente a la figura 1, que se reproduce aquí de la patente '970 por 20 conveniencia, la curva 10 representa la potencia de salida con respecto a la velocidad de la máquina (RPM) de una máquina de combustión interna con combustible de gasolina e ignición por chispa, como se usa en una transmisión automática en un sedan típico de 3,300 25 libras. Como se puede ver, la potencia de máquina máxima disponible es de aproximadamente de 165 caballos de fuerza a aproximadamente 5,000 rpm. También se muestra en la figura 1 por la curva 12, los requisitos de potencia promedio de tal tipo de vehículo. Los • 5 puntos C, S y H en la curva 12, muestran consumo de combustible promedio en la ciudad suburbano y en carretera respectivamente. El punto C en la curva 12 muestra, qu.e la potencia promedio requerida en la impulsión típica de la ciudad es menor de 5 caballos de 10 fuerza. El punto s muestra que la potencia promedio • consumida en el manejo suburbano es de 10 caballos de fuerza y el punto H muestra, que la potencia necesaria para la impulsión en carretera con velocidad continua es de únicamente de aproximadamente 30 caballos de 15 fuerza. Entonces el vehículo recibe sobrepotencia en exceso en todo tiempo, excepto durante la aceleración o el ascenso de montaña. La figura 1, también incluye curvas de líneas punteadas que indican el consumo de combustible 20 relativo de la máquina. Como se puede ver, la eficiencia razonable de combustible, esto es, cuando menos aproximadamente 105% de consumo de combustible relativo (siendo lo ideal 100%) se alcanza únicamente cuando la máquina opera entre aproximadamente 2,000 y 25 4,000 rpm y cuando se produce entre aproximadamente 75 ..«.. s&k.- ii? * y 150 caballos de fuerza. La figura 1, así indica que la máquina de combustión interna típica, únicamente funciona con una eficiencia razonable al producir entre aproximadamente 50 y 90% de su potencia máxima. El 5 automóvil típico, únicamente requiere tal potencia substancial bajo condiciones de aceleración extrema o ascenso de montaña. Por- lo tanto se apreciará que la máquina típica únicamente funciona eficientemente durante 10 intervalos relativamente breves, más específicamente • con producciones de potencia baja perdidas debido a la fricción y el bombeo consume también grandes fracciones del torque total de la máquina, de modo que una fracción baja queda disponibles para impulsar el 15 vehículo. Como se puede ver, durante la impulsión típica de carretera mostrada por el punto H en la curva 12, el consumo de combustible relativo es del orden del 190% de aquel requerido durante la operación más • eficiente de la máquina. La situación es aún peor en la 20 impulsión suburbana en donde, el consumo de combustible relativo es de cerca del 300% del valor más eficiente y en la impulsión en la ciudad donde el consumo de combustible relativo, es de casi 350% de aquel requerido con el funcionamiento más eficiente.

«.«¿«Aéfeas ?Á A i* * ..Slittwtetatfs La figura 1 también demuestra que una máquina de combustión interna que tenga suficientes caballos de fuerza para acelerar adecuadamente y ascender la montaña, debe tener un exceso de tamaño con respecto a las cargas encontradas durante la mayoría de la impulsión normal y que la máquina es ineficiente de manera tosca en su consumo de combustible. Como se nota la figura • 1 muestra además, que únicamente aproximadamente 30 caballos de fuerza se necesitan para mover en carretera a un coche relativamente grande. La figura 2, otra vez reproducida desde la patente '970 por conveniencia, es similar a la figura 1 e ilustre las características funcionales del mismo coche de 3,300 libras, si se impulsa por una máquina relativamente pequeña que tenga una tasa máxima de caballos de fuerza de aproximadamente 45 caballos de fuerza a 4,000 rpm. El requisito de potencia del vehículo durante el camino en carretera mostrado por el punto H en la curva 14, está en el centro de la región más eficiente de funcionamiento de la máquina. Sin embargo, aún con esta pequeña máquina, así considerada óptima para un crucero de carretera, hay un espacio importante entre la línea de potencia de funcionamiento de la máquina 16 y la línea de requerimiento de potencia promedio 14. Esto es, aún esta pequeña máquina produce subs tancialmente más potencia que lo que se necesita con baja rpm para el manejo en la ciudad (punto c) o para un manejo suburbano (punto S) . Por lo tanto aun con una pequeña máquina de un tamaño apropiado para un crucero en carretera persisten inef iciencias substanciales a bajas velocidades. Además por su puesto, tal vehículo tendía una aceleración • insatisfactoria y mala capacidad para ascender la montaña. Por lo tanto, la respuesta no es tan simple para reemplazar las máquinas de combustión interna grandes con máquinas de combustión internas más pequeñas . La técnica anterior, reconoce que hay ventajas importantes que pueden ganarse al combinar las virtudes de una máquina de gasolina u otra de combustión interna con aquellas de un motor eléctrico funcionando desde una batería cargada por la máquina de combustión interna. Sin embargo, la técnica anterior ha fallado en proveer una solución que sea directamente competidora en precio y en funcionamiento con los vehículos ahora en el mercado; además con el objeto de que tal vehículo pueda ser exitosos comercialmente también no debe ser más complicado para manejarse que los vehículos existentes.

,H.<Mt»?h.«?. ,..,,.... ., , .*-....-. JJ&¿^ÍI^JÍ ?^^ »ÍU^M^. «fa^, ^¿ » t ffiíSÜJ Como se ha indicado anteriormente, los vehículos eléctricos "rectos", esto es vehículos que tienen motores de tracción eléctricos y baterías que requieren recarga al final de cada día de uso, no tienen suficiente alcance y requieren demasiado tiempo para recargarse, para poder reemplazar completamente los automóviles convencionales. Además, los costos de operación de tales vehículos no son competitivos con los vehículos de combustión interna que funcionan con combustibles derivados de recursos renovables, tales como el etanol y todavía son menos competitivos con respecto a los automóviles que usan como combustible gasolina . Un primer tipo de vehículos híbridos en serie incluyendo, una máquina de gasolina que impulse un generador que cargue una batería que da potencia a un motor de tracción eléctrico, quedan limitados en aceleración y capacidad de ascenso de montaña a menos que el motor eléctrico se haga muy grande, costoso y voluminoso. Los intentos alternativos de series híbridas que incluyen una transmisión entre un motor eléctrico relativamente pequeño y las ruedas para proveer el torque que se necesita para acelerar rápidamente pierde la virtud de simplicidad obtenida por la eliminación por la transmisión de múltiples .jAí¿Ji -^^to!,fat WMi?a, velocidades. Estos vehículos fallan en realizar las ventajas provistas por el sistema híbrido en paralelo, en donde tanto la máquina de combustión interna, como el motor eléctrico, proveen torque a las ruedas de • 5 manera apropiada. Si embargo, (a parte de la patente '970) la técnica anterior referente a los vehículos híbrido en paralelo falda en presentar un sistema suficientemente simple para la fabricación económica. La técnica ha 10 fallado en mostrar un método óptimo de operación de un • vehículo híbrido en paralelo. Además la técnica referente a los híbridos paralelos (otra vez excepto la patente '970) no enseña los parámetros funcionales adecuados que han de emplearse, con referencia a las 15 salidas de potencia relativas de la máquina de combustión interna y del motor eléctrico; el tipo de motor eléctrico que ha de emplearse, las características de frecuencia voltaje y corriente del • sistema motor/batería; la estrategia de control 20 adecuada que ha de emplearse bajo varias condiciones de uso; y combinaciones de estas. Como se muestra en la patente '970 con referencia a las figuras 1 y 2 de la misma, y otra vez anteriormente, los automóviles modernos típicos 25 funcionan con muy baja eficiencia, debido principalmente al hecho de que las máquinas de combustión interna son muy ineficientes excepto cuando funcionan con una salida de torque cerca de la cumbre; y siendo esta condición muy raramente cumplida. (Lo mismo es verdad en mayor o menor grado en otros vehículos de carretera que tienen potencia por máquinas de combustión interna) . De acuerdo a un aspecto importante de la invención de la patente '970 se provee substancialmente una mejora de eficiencia al funcionar la máquina de combustión interna únicamente con una salida de torque relativamente elevada, típicamente a cuando menos 35% y preferentemente a cuando menos 50% del torque cumbre. Cuando las condiciones de funcionamiento del vehículo requieren torque de esta magnitud aproximada, la máquina se usa para impulsar el vehículo; cuando se necesita menos torque un motor eléctrico con potencia de la energía eléctrica almacenada en un banco de batería substancial impulsa al vehículo:; cuando se requiere más potencia por la provista ya sea por la máquina o el motor ambos funcionan simultáneamente. Las mismas ventajas se proveen por el sistema de la presente invención con otras mejoras y ampliaciones descritas en detalle más adelante .

Respecto a un aspecto de la invención de la patente '970, la máquina de combustión interna de un vehículo híbrido tiene un tamaño para suministrar potencia adecuada para el crucero en carretera, ^ 5 preferentemente con alguna potencia adicional en reserva, de modo que la máquina de combustión interna únicamente funciona en su rango de operación más eficiente. E.l motor eléctrico que tiene básicamente la misma eficiencia en todas las velocidades de 10 funcionamiento se usa para suministrar potencia • adicional cuando se necesita para aceleración y ascenso de montaña y se usa para suministrar toda la potencia a bajas velocidades, donde la máquina de combustión interna es particularmente ineficiente, por ejemplo en 15 un tráfico intenso. Como se indica anteriormente, esta solicitud presenta ciertas modificaciones, mejoras y ampliaciones de los vehículos híbridos mostrados en la • patente del inventor US 5 343 970; donde no se indica 20 otra cosa el diseño del vehículo de la presente invención es similar a aquel mostrado en la patente '970. Los componentes comúnmente numerados en esta solicitud y en la patente '970 son funcionalmente similares en los sistemas correspondientes, haciéndose 25 notar diferencias detalladas. Las ventajas del sistema mostrado en la patente '970 con respecto a la técnica anterior se proveen por la presente invención, con mayores ventajas como se detalla aquí. En el sistema de la patente '970 el torque ya sea, de uno de los dos o de ambos, esto es de la máquina y el motor se transfiere a las ruedas de impulsión del vehículo por una unidad de transferencia de torque controlable. Esta unidad también permite que el torque sea transferido entre el motor y la máquina, para iniciar la máquina y entre las ruedas y el motor para la carga regenerativa de la batería durante la desaceleración del vehículo. Esta unidad aunque enteramente práctica, comprende engranajes para la transferencia de potencia, que son inevitablemente una fuente de ruido audible y pérdidas por fricción. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, la unidad de transferencia de torque controlable se elimina. En vez de eso, se proveen dos motores eléctricos cada uno controlado separadamente por un controlador de microprocesador responsable a las órdenes del operador y que sensa las condiciones de funcionamiento . En esta conexión se entenderá que los términos "microprocesados" y "controlador de microprocesador" se usan intercambiablemente a través de la presente --*?*j-itfji¿ *áití?t**. ""' M- ^g^ solicitud y que ha de entenderse además que estos términos como aquí se usan incluyen varios tipos de dispositivos de control computarizados no siempre mencionados como "microprocesadores", tales como los computadores en sí mismo que incorporan microprocesadores, procesadores de señal digital, controladores lógicos, fuzzy, computadores análogos y combinacione.s de estos. En resumen cualquier controlador capaz de examinar los parámetros y señales de entrada y controlar el modo de funcionamiento del vehículo de cuerdo a un programa almacenado como se discutirá más adelante en detalle se considera que es un microprocesador o un controlador de microprocesador, según se utiliza aquí. Además, la inyección de combustible electrónico y los dispositivos del manejo de la máquina electrónica mostrados en las figuras 3 , 4 como elementos separados también podrían estar integrados dentro del "microprocesador" o "controlador de microprocesador" como aquí se describe. La figura 3 de la presente solicitud, muestra una primera modalidad de la presente invención, en tanto que la figura 4 discutida más adelante muestra una segunda modalidad que ilustra ciertos arreglos alternativos mecánicos; en general las dos modalidades son muy similares y funcionalmente son substancialmente idénticas. La figura 11 también discutida más adelante ilustra otra modalidad. En la modalidad de la figura 3, un motor de 5 tracción 25 está conectado directamente al diferencial de vehículo 32 y así, a las ruedas de marcha 34. Un motor de iniciación 21 está conectado directamente a la máquina de c-ombustión interna 40. Los motores 21 y 25, son funcionales como motores o generadores por la 10 operación adecuada de las unidades correspondientes • inversor/cargador 23 y 27 respectivamente, conectadas entre los motores y el banco de batería 22. Al presente, se prefieren esencialmente baterías convencionales ácido/plomo para el banco de baterías 15 22, puesto que estas son ampliamente alcanzables y bien comprendidas. Otras baterías más avanzadas pueden usarse si se vuelven disponibles ampliamente y competíti?as económicamente. Los motores 21 y 23 están conectados 20 controlablemente para la transferencia de torque por un embrague 51 interbloqueando mecánicamente los vastagos 15 y 16 de los motores 21 y 25. como se discute más abajo, en conexión con la figura 4, el microprocesador ("mP") 48, está provista con señales indicativas de las 25 velocidades de rotación de los vastagos 15 y 16, y . « i ItfMMW'rr-''- . i. ? é.¿?¡M^Í¿kA.Í^?áíJuí-Mm:-,»áÍAit. . ,*-.-. *. -.> *.** ?e..i* *t¡x t ..,.?;...¿ ^-i,,., > i controla el funcionamiento de la máquina 40, el motor 21 y el motor 25 como sea necesario para asegurar que los vastagos están rotando a básicamente la misma velocidad antes de acoplar el embrague 51. Por lo • 5 tanto, el embrague 51 no necesita necesariamente ser un embrague de fricción automotriz ordinario (como se ilustra esquemáticamente en la figura 1) ya que si convencionalmente se provee que provea un resbalamiento importante antes de que los vastagos 10 estén totalmente acoplados. Más particularmente, ya • que el deslizamiento del embrague 51 no se requiere para impulsar el vehículo inicialmente desde el reposo, como es el caso en vehículos convencionales, el embrague 51 no necesita permitir muchos resbalamientos 15 al acoplarse. En algunos casos, puede ser satisfactorio proveer el embrague 51 como un interbloqueo simple mecánico de autoalineación (como se muestra en la figura 4), en donde la conexión mecánica positiva se hace entre los vastagos 15 y 16 al acoplarse. Tal 20 interbloqueo mecánico es mucho más sencillo y menos costoso que un embrague de fricción. En cualquier caso, el embrague 51 es operado por el microprocesador 48, por ejemplo por medio de un accionador conocido eléctrico o hidráulico 53, conjuntamente con los otros 25 componentes del sistema de acuerdo con el estado de ; .A ..» i,^.iÁ» . ^^^l^g^^^ ^ ^^^^^^^^^^^^^^^^^^ funcionamiento del vehículo y las órdenes de entrada del operador . Las posiciones respectivas del motor 21 y la máquina 40 con respecto al embrague 51, al motor 25 y a las ruedas 34 pueden invertirse en comparación a sus posiciones en las figuras 3 y 4 sin afectar el funcionamiento del sistema aunque, ya que entonces la máquina 40 requeriría conexión transmisora de torque en ambos extremos de su cigüeñal, resultaría alguna complejidad adicional. Como se muestra en la figura 4, los decodificadores de vastago 18 y 19 pueden estar montados en los vastagos 15 y 16 del motor de marcha 21 y motor de tracción 25 respectivamente, para proveer señales al microprocesador 48 indicativas de la velocidad rotacional relativa de los vastagos y sus respectivas posiciones rotacionales. Tales decodificadores de vastago son bien conocidos y obtenibles comercialmente. Alternativamente señales indicativas de las velocidades rotacionales de los vastagos pueden derivarse de las señales de control del inversor, de acuerdo con principios bien conocidos de control de impulsos de motor "sin sensor" (ver por ejemplo Bose, "Power Electronics and Variable Frquency Drives", IEEE, 1996). Sin embargo, la provisión de *, -t Jtoitkiit iA otA-feÉ ij. - , _ ^ta ^ .- 3»¿=JK_¿fa . .-. *i I ? iÍMÍk?*,li? « decodi f icadores 18 y 19 permitirá mejores características de torque con baja velocidad del motor 21 y del 25 y así reducción en costo. Así estando provisto con señales indicativas de las velocidades de rotación de los vastagos 15 y 16, el microprocesador 48 controla el funcionamiento de la máquina 40, del motor 21 y del motor 25 como sea necesario para asegurar que los vastagos estén rotando a básicamente la misma velocidad antes de acoplar el embrague 51; por lo tanto, el embrague 51 no necesita ser un embrague de fricción automotriz ordinario (como se ilustra esquemáticamente en la figura 3) que se provee convencionalmente para permitir resbalamiento extensivo antes de que los vastagos acoplen completamente. De acuerdo a este aspecto de la invención y particularmente si el microprocesador se hace capaz de asegurar que los vastagos 15 y 16 presentan una relación angular deseada relativa, el embrague 51 en vez de eso puede ser un interbloqueo mecánico autoalineante relativamente barato (como se ilustra esquemáticamente en la figura 4) en donde la conexión mecánica positiva se hace entre los vastagos 15 y 16 al acoplar. La figura 4, también muestra señales adicionales provistas al microprocesador 48 en las modalidades tanto de la figura 3 como de la figura 4. Estas incluyen ordenes de entrada del operador, típicamente aceleración, dirección, desaceleración y órdenes del modo de crucero como se muestra. Las • 5 órdenes de aceleración y desaceleración pueden proveerse por decodi f icadores sensores de posición 71 y 72 (figura 3) (que podrían configurarse como reostatos, sensores de .efecto Hall o de otra manera) conectados al microprocesador 48 por líneas 67 y 68 para informar al 10 microprocesador de las órdenes del operador en respuesta al movimiento de los pedales de acelerador y freno 69 y 70, respectivamente. El microprocesador controla la tasa en la cual el operador oprime los pedales 69 y 70 así como el grado en el cual los 15 pedales 69 y 70 son soltados. El operador también puede proveer una señal de "modo de crucero" como se indica cuando se ha alcanzado una velocidad de crucero deseada. El microprocesador usa esta información y otras señales provistas como aquí se discuten de 20 acuerdo con la estrategia funcional discutida en detalle mas adelante en relación con las figuras 6 - 9, para controlar adecuadamente el funcionamiento del vehículo de acuerdo a la invención, por señales de control adecuadas provistas a sus varios componentes. 25 Por ejemplo, supongamos que el vehículo ha estado funcionando en el tráfico de la ciudad por algún tiempo, esto es únicamente con potencia de batería. Típicamente el operador únicamente oprimirá el pedal 5 del acelerador 69 ligeramente para manejar en el tráfico. Si el operador ahora oprima el pedal del acelerador 69 de manera notable más de lo que lo ha hecho, por -ejemplo, las pocas veces de aceleración anterior requerida, esto puede tomarse como una 10 indicación de que un aumento de torque puede proveerse • eficientemente por la máquina 40 que se requerirá en breve; el microprocesador entonces iniciará la secuencia con la cual el motor de marcha 21 se usará para iniciar la máquina 40. 15 A la iniciación de la secuencia de inicio de la máquina, un calentador 63 (figura 3) se usará primeramente para precalentar un convertidor catalítico 64 provisto en el sistema de exhausión de la máquina 62, de modo que cualquier combustible que no 20 sea quemado durante el inicio y subsecuente marcha de la máquina 40, será tratado catalíticamente, reduciendo la emisión de los contaminantes indeseables. Un sensor de temperatura 102 se provee preferentemente para asegurar que la máquina no se haya 25 puesto en marcha hasta que el material catalítico esté ,-^- - - l? • >-* «?d¿?ßÍ*»iM?ÍL. . , . ...^faiiA.. suficientemente calentado a la temperatura de trabajo. Como se nota anteriormente, la puesta en marcha de la máquina se realiza preferentemente con la máquina girando a una velocidad más elevada de lo que es • 5 convencional, de modo que una proporción combustible/aire, únicamente necesite ser ligeramente más rica (por ejemplo 20%) que lo estequiométrico . Como resultado, únicamente cantidades muy limitantes de contaminantes se emiten durante la puesta en marcha de 10 la máquina. Por comparación, en los vehículos convencionales, una fracción muy importante de los contaminantes totales emitidos durante cualquier viaje, se emiten durante los primeros 30 - 60 segundos de funcionamiento, debido a las mezclas extremadamente 15 ricas que normalmente se suministran durante la puesta en marcha y a la ineficacia del catalizador hasta que ha sido calentado por el aire de exhausión. Si el operador oprime el pedal 69 rápidamente indicando una necesidad inmediata para completa 20 aceleración, la etapa de precalentamiento puede omitirse; sin embargo, una alternativa preferente podría ser permitir que los motores de tracción y puesta en marcha fueran impulsados a o ligeramente más allá de su potencia, considerada proveyendo torque 25 adecuado durante un tiempo corto suficiente para permitir que el catalizador se caliente y 1-a máquina se ponga en marcha. Similarmente si el operador deprime el pedal de freno 70 con relativa suavidad, todo el enfrenado 5 puede proveerse por la carga regenerativa de las baterías; si en vez de eso el operador presiona agresivamente el pedal del freno 70 y/o presiona el pedal del freno 70 más allá de un punto predeterminado, se proveerá tanto freno mecánico como regenerat ívo . El 10 freno mecánico también se provee en largas bajadas de montaña cuando las baterías estén totalmente cargadas y en caso de emergencia. Además, se la velocidad de la máquina y del motor de puesta en marcha y de la velocidad del motor 15 de tracción, controlados por los codificadores de vastago 18 y 19 como se ha discutido anteriormente, el voltaje de la batería, el nivel de carga de la batería y la temperatura del ambiente, también se controlan directamente o de manera derivada de las variables 20 controladas. En respuesta a estas entradas y a las entradas del operador el controlador de microprocesador 48 opera un programa de control (ver la carga de ílujo de alto nivel de un programa de control ejemplar provisto como figura 9), y provee señales de 25 control de salida a la máquina 40, por ordenes * .-*¿& e si *, *.* i ? -A A^ áAii 'ii^-'"- provistas a su unidad de inyección de combustible electrónica (EFI) 56 y al sistema electrónico de la máquina (EEM) 55 y al motor de puesta en marcha 21 y al embrague 51, al motor de tracción 25, a las unidades inversor/cargador 234 y 27 y a otros componentes. Como se indica en la figura 4, las señales de control provistas al inversor/cargador 23 y 27 por el microprocesador 48 permite el control de la corriente (representada como I) de la dirección de rotación del motor 25 (representada como +/-) permitiendo la reversa del vehículo y de la frecuencia de conmutación (representada como f) así como el control de la operación de los motores 21 y 25 en un modo de motor o de generador. Los inversor/cargadores 23 y 27, están controlados separadamente para permitir la operación independiente de los motores 21 y 25. La operación inversor/cargador se discute más adelante en conexión con la fi?fura 5. Como se nota anteriormente, las modalidades de las figuras 3 y 4 del sistema de la invención difieren en ciertos arreglos mecánicos con los que se pretende ilustrar variaciones dentro del alcance de la invención y la figura 4 también provee más detalle con referencia a las señales de control específicas que pasan entre varios elementos del sistema.

Refi iéndonos a los arreglos mecánicos diferentes se observara que en la figura 3 los vastagos de los motores 21 y 25 se ilustran como coaxiales con aquel de la máquina 40; esto es el arreglo más simple, por supuesto, se requeriría que en la máquina 40 y el motor de puesta en marcha 21, roten a la misma velocidad en todo momento. Y, a la misma velocidad que el motor de tracción 25 cuando el embrague 51 se acople. Como se nota anteriormente, puede ser preferible diseñar los motores 21 y 25 para que tengan velocidades máximas de 9,000 - 15,000 rpm de modo que puedan hacerse más pequeños ligeros y menos costosos que motores que roten más lentamente. Sin embargo, se planea que una velocidad máxima preferida para la máquina 40 es de 6,000 rpm ya que las máquinas de combustión internas que funcionan a velocidades substancialmente más elevadas se desgastan rápidamente y tienden a tener un torque limitado a baja velocidad y también porque, el ruido y la vibración de la máquina con alta frecuencia también será difícil de absorber. Esta dentro del alcance de la invención el proveer los motores coaxiales con el vastago de la máquina como se ilustra en la figura 3, pero proveer un sujeto de engranaje planetario entre los vastagos de ya sea alguno o ambos del motor de tracción 25 y el motor de y^^^ puesta en marcha 21 y el vastago de salida para permitir diferentes velocidades de la máquina y el motor . La figura 4 ilustra una construcción alternativa que también permite velocidades diferentes de la máquina y el motor. En este caso el vastago de salida del motor de marcha 21 se muestra conectado a aquel de la -máquina 40 por los engranajes rectos 52 y el motor de tracción 25 está conectado al vastago de salida 55 por la impulsión de cadena impulsada en 54. Numeroso arreglos se les ocurrirán a los técnicos. Sin embargo en cada caso, no hay transmisión de tasa variable entre las fuentes de torque, esto es los motores 21 y 25 y la máquina 40 y las ruedas de impulsión 34. También queda dentro del alcance de la invención conectar el motor de tracción a un juego de ruedas y conectar la combinación de la máquina 40 y el motor de puesta en marcha 21 a otro juego de ruedas a través del embrague 55, proveyendo un vehículo de impulsión con cuatro ruedas con diferentes fuentes de potencias para los pares alternos de rueda. En esta modalidad el torque desde el motor de tracción 25, se combina efectivamente con aquel de la máquina 40 (y del motor puesta en marcha 21 cuando se usa como una fuente de torque de propulsión) por la superficie de la carretera más bien, que una conexión mecánica como en la modalidad 3 y 4. Otra alternativa sería proveer un sistema completo como en la figura 3 impulsando un par 5 de ruedas de carretera y un motor de tracción separado impulsando un segundo par de ruedas de carretera. Ambas modalidades quedan dentro del alcance de la invención y de la estrategia de control es esencialmente la misma para ambas 10 Otros elementos del sistema se ilustran en las • figuras y 4 y se discuten en lo general en la patente '970 incluyendo suministro de combustible 36 del tanque 38, filtro de aire 60 y mariposa 61. El control de la máquina 40 por 15 microprocesador 48 se cumple por medio de las señales de control provistas a la unidad electrónica de inyección de combustible (EFI) 56 y al manejo electrónico de la máquina (EEM) 55, el control de • puesta en marcha de la máquina 40 y usar ya sea a uno o 20 ambos del motor de marcha 21 el motor tracción 25 como motores proveyendo torque de impulsión o como generadores proveyendo corriente de recarga al banco de batería 22, por el microprocesador 48 se realiza por medio de señales de control provistas a las unidades 25 inversor/cargador 23 y 27.

Bajo desaceleración por ejemplo, durante el descenso o cuando se necesita para el enfrenado o cuando la salida del torque instantáneo de la máquina excede los requisitos de torque normal del vehículo, ya 5 sea uno o ambos de los motores 21 y 25 funcionan como generadores proveyendo un recargo regenerativo del banco de batería 22. La figura 7, discutida más adelante ilustra este aspecto de la operación del vehículo de la invención con mayor detalle. 10 Así como se indica anteriormente cuando el • microprocesador 48 detecta una petición del operador continua para potencia adicional, tal como la transición de un funcionamiento de baja velocidad a un funcionamiento en carretera o al medir la tasa a la 15 cual deprime el operador el pedal de acelerador 69, la máquina 40 se inicia usando el motor de marcha 21 y se lleva a la velocidad antes de que el embrague 21 se acople para asegurar una transición suave. Cuando se • alcanza la velocidad de crucero (determinada por el 20 control de las ordenes del operador), la potencia la motor de tracción 25 se reduce gradualmente (y al motor de marcha 21 si también se usa para acelerar el vehículo) la provisión del embrague 51 y del motor de marcha 21 en comparación a usar el único motor de 25 tracción para iniciar la máquina 40 al tiempo que se ., ******** i 'j?.-i. Atfc* i ** fe acelera simultáneamente el vehículo, esto es como en la patente '970, simplifica algo los arreglos de control. En una modalidad preferida particularmente ambos motores 21 y 25, y el embrague 51 pueden estar 5 provistos en un solo alojamiento sellado posiblemente bañado en aceite para enfriamiento y protección del polvo y similares. También se conoce controlar motores auxiliares tales como motores de marcha convencionales para absorber o agregar torque a aquel provisto por la 10 máquina de combustión interna asociada, para amortiguar la vibración causada por la fluctuación del torque provisto por la máquina; haciendo eso usando uno o ambos de los motores 21 y 25, queda dentro del alcance de la invención y se simplifica en virtud de la 15 conexión directa de la máquina 40 a las ruedas de impulsión a través de los motores 21 y 25 de acuerdo a la invención. La provisión del embrague 51 y del motor de marcha separado 21 también permite otra mejora 20 importante de acuerdo a la presente invención propiamente iniciar la máquina 40 a alta velocidad, por ejemplo 300 rpm en comparación a las 60 - 200 rpm de iniciación provistas convencionalmente. Como es en general conocido en la técnica (ver Simanaitis, "What 25 goes around comes around", Road & Track, Noviembre "itfJJMfiililí a»«¡»aiv . . .n ,i i**i**íí»icn. i. ittJJiíiú?L *. i ,. ^^. *¡ iÁéA*, 1998, pagina 201), la iniciación con un rpm elevado permite la eliminación substancial de la mezcla usualmente necesaria rica en combustible, aire/combustible para iniciar la máquina 40 reduciendo 5 la emisión de combustible no quemado y mejorando la economía de combustible al inicio particularmente estando frío. Más. particularmente en los inicios con bajas rpm convencionales, una mezcla rica comprendiendo 10 hasta 6 a 7 veces la cantidad estequiométrica de combustible para asegurar que alguna fracción del combustible esté en la fase de vapor, ya que únicamente combustible en fase de vapor puede encenderse por una chispa. La mayoría del combustible en exceso se 15 condensa como líquido en las paredes del cilindro frías y así no se quema eficientemente, si acaso, y es emitido directamente sin quemar. Por comparación con velocidades de inicio elevadas es suficiente asegurar la presencia del vapor, de modo que una mezcla cerca de 20 lo estequiométrico típicamente incluyendo únicamente 1.2 veces la cantidad estequiométrica de combustible puede proveerse a la máquina 40 durante la fase de iniciación. El evitar mezclas ricas en la puesta en marcha reduce de manera importante la emisión de 25 combustible sin quemar - puesto que la mayoría del combustible provisto a la máquina convencional al inicio es inmediatamente expulsada sin quemar y así se provee alguna mejora en la eficiencia del combustible. Además como se nota anteriormente, siempre que es posible, esto es siempre que la máquina se inicia excepto cuando se requiere torque completo inmediato por el operador, un convertidor catalítico 44 es precalentado. a una temperatura de trabajo efectiva de cuando menos aproximadamente 350°C antes de iniciar la máquina para impedir aun esta pequeña ignición de combustibLe sin quemar. Así, la consideración primaria para seleccionar el torque del motor de marcha 21 es que sea capas de rotar la máquina 40 a aproximadamente 300 rpm para el inicio y que sea capas de aceptar cuando menos aproximadamente 30% del torque máximo de la máquina al operar como generador de modo que la máquina pueda emplease eficientemente al cargar el banco de batería durante una operación larga a baja velocidad; la consideración principal en la especificación del torque de la máquina 40, es que provea suficiente potencia para el crucero en carretera funcionando con la eficiencia elevada, esto es que su salida de potencia máxima sea suficiente para el crucero en un margen de velocidades de crucero deseadas; y la i-*i.*-i , .*. *?¿aáa.í*. * -a principal consideración que define la potencia requerida del motor de tracción 25 es que sea suficientemente poderoso para proveer aceleración adecuada en combinación con la máquina 40 y el motor de marcha 2L. Dicho de otra manera, la potencia total disponible provista por todos los componentes que producen torque debe ser cuando menos igual a y preferentemente exceder la potencia cumbre provista por las máquinas de combustión internas de los vehículos convencionales de un uso pretendido similar midiéndose ambos en las ruedas. Todavía más como se establece en la patente '970 el torque total provisto por los motores 21 y 25 debe ser cuando menos igual a aquel provisto por la máquina 40 con el objeto de proveer un funcionamiento adecuado a baja velocidad únicamente con el motor y sin necesidad de una transmisión de proporción variable. Al mismo tiempo, los motores 21 y 25 tendrán tamaño para ser capaces de recuperar casi toda la energía cinética del vehículo al funcionar como generadores en el modo de enfrenamiento regenerativo . Una fracción particularmente elevada de la energía cinética del vehículo, puede recuperarse durante la operación a baja velocidad; en comparación a la operación con alta velocidad, en donde la resistencia -****Í??^Í., del aire y la fricción de la carretera consume una fracción relativamente grande de la energía total requerida, en operación a baja velocidad gran parte de la energía se pierde por los vehículos convencionales, como calor despedido durante el enfriamiento. Dadas las anteriores consideraciones, las siguientes son especificaciones de potencia típica para la máquina 40, el motor de marcha 21 y el motor de tracción 25 de un vehículo de 3,000 libras que tenga, un funcionamiento aproximadamente equivalente al de un sedan "de tamaño medio" de fabricación de los Estados Unidos. Debe entenderse que en estas especificaciones se hace referencia a la potencia tasada producida continuamente por la máquina y no a la potencia cubre tasada de los motores como es generalmente convencional en la técnica. Además, los motores, se especifican suponiendo la modalidad de impulsión directa de la figura 3; si los motores funcionan a velocidades más elevadas, sus tasas deben determinarse convenientemente. Máquina 40: 40 a 50 caballos de fuerza a 6,000 rpm . Motor de marcha 21: 10 - 15 caballos de fuerza a aproximadamente 1,500 rpm y velocidades más elevadas. v i -*í* i**?A*-it *d*?k ámi¿.*. «wtáSfaíái&uAifa l Adk* !* Motor de tracción 25: 50 - 75 caballos de fuerza desde 1,500 a 6000 rmp . El mismo motor de marcha, sería satisfactorio para un sedan más grande de 4,000 libras, pero la 5 máquina proveería típicamente 70 - 90 caballos de fuerza a 6,000 rpm y el motor de tracción 75 - 100 caballos de fuerza. En ambos casos, la potencia total disponible desde los motores eléctricos conjuntamente debería ser 0 igual y preferentemente exceder la potencia máxima disponible desde la máquina. En el vehículo híbrido de la invención que como se ha hecho notar no requiere una transmisión de proporción variable, compleja, pesada y costosa, estos 5 componentes proveerían aceleración muy superior a aquella de automóviles típicos de un tamaño similar de fabricación de los Estados Unidos junto con una economía de combustible mucho mejor y emisión reducida de manera importante de contaminantes. Se hará evidente que estas especificaciones pueden variar entre márgenes relativamente amplios dependiendo del uso pretendido del vehículo de la invención, y no deben utilizarse para limitar el alcance de la invención. Como se indica anteriormente en la modalidad preferida, tanto los motores de puesta en marcha como gigj¡^^^^^|¡|^2 ^J^g^?^^^3 j ' i tiUlÉnMÉ*»**»**-" -*•*** * de tracción, son motores de inducción AC, aunque otros tipos también pueden emplearse. Estos motores y los inversores/cargadores controlándolos en respuesta a señales de control desde el micro procesador (como se 5 discute más adelante), deben escogerse y operarse de modo que los motores tengan características de salida de torque variando como función de rpm, como se ilustra por la curva. A, en la Fig. 10. Esto es, los motores se hacen funcionar por los inversores/cargadores, en 0 respuesta a señales de control del micro procesador para producir un torque constante hasta la velocidad base C, típicamente l,500rpm, para un motor que tenga una velocidad superior de 6, OOOrp , como se emplea en la modalidad de impulsión directa de la Fig. 3, y debe 5 producir potencia constante a velocidades más elevadas; de acuerdo a que el torque cae a velocidades arriba de la velocidad base C, como se muestra. La proporción de la velocidad base a la máxima 4:1, en este ejemplo puede entre aproximadamente 3 a 1, y aproximadamente 6 a 1. Esta característica de salida de torque permite esencialmente que el vehículo de la invención tenga un funcionamiento bastante aceptable, especialmente aceleración, sin el peso, complejidad y costo de una transmisión de proporción variable.

En comparación los motores de embobinado en serie DC, convencionalmente usados como motores de puesta en marcha de la máquina automotriz, proveen un torque muy elevado, pero únicamente en velocidades muy • 5 bajas; su salida de torque cae precipitadamente con velocidades elevadas, tales motores de puesta en marcha convencionales no serian satisfactorios en el presente sistema. La Fig. 10, también muestra la curva de torque 10 de una máquina de combustión interna típica en B; como • se nota, el torque cero con cero rpm, de modo que un embrague permitiendo deslizamiento se requiere para permitir que la máquina mueva al vehículo desde el reposo. La Fig. 10, muestra en D, curvas típicas para 15 un torque como se mide en las ruedas de un vehículo propulsado por una máquina de combustión interna típica que impulsa al vehículo a través de una transmisión de cuatro velocidades, usada para proveer torque adicional a bajas velocidades; los espacios verticales 20 entre las secciones de la curva D, representan cambios en la proporción de engranaje, esto es, el vehículo será desplazado para moverse entre las secciones de la curva D. Las características de torque deseadas de los motores de puesta en marcha y de tracción discutidos 25 anteriormente permite que el vehículo de la invención tí.-~ * . .* *'. *****.. iiáti.ik.-?íM. -faa¿ ; provea un funcionamiento a baja velocidad comparable a o mejor que un vehículo convencional, pero eliminando la necesidad de una transmisión de proporción variable. La proporción entre la velocidad base y máxima de los motores así descrito es así comparable a la proporción entre los engranajes más bajo y elevado de una transmisión convencional; para los carros de pasajeros esta ultima proporción esta típicamente entre 3 y 4:1, de modo que el torque de la máquina esta bien adaptado a la carga de carretera sobre un margen razonable de velocidades de carretera ( "Overdrive" , en engranajes superiores se proveen algunas veces para reducir la velocidad de la máquina durante la impulsión en carretera, ampliando este margen algo, pero típicamente no permite aceleración adecuada) . Por supuesto si se desea emplear el tren de potencia del vehículo híbrido y la estrategia de control de la invención en un vehículo que requiera un margen más amplio de velocidades (por ejemplo camiones pesados pueden tener caja de engranaje múltiples permitiendo que el chofer escoja entre 18 o más proporciones de engranaje, permitiendo que el torque máximo de la máquina este disponible en un margen muy amplio de velocidades de carretera), queda dentro del alcance de la invención donde no esta excluido por las la_& . * £.& *. «.*¿¿ ¿a&s ¿£.,3feAf. i * i¿&i. reivindicaciones anexas también proveer una transmisión de proporción variable, sin embargo, esto no deberá ser necesario con respecto a coches de pasajeros, camiones ligeros y vehículos similares. Como se discute anteriormente, aunque esta dentro del alcance de la invención, operar los motores 21 y 25, y la máquina de combustión interna 40, a la misma velocidad máxima de modo que no se necesite engranaje para acoplar estos elementos, se prefiere al presente que cuando menos el motor de tracción 25, tenga una velocidad máxima substancialmente más elevada que aquella de la máquina de combustión interna 40; el vastago o árbol de salida del motor 25, esta conectado a las ruedas de carretera por una unidad de reducción impulsada por cadena, como se indica en la Fig. 4. La velocidad máxima de la máquina de combustión interna, queda preferentemente limitada a un orden de 6,000rpm, para limitar el desgaste, el ruido y la vibración, lo cual aumenta con velocidades de funcionamiento más elevada, y porque las máquinas capaces de funcionar a un rpm, más elevado tienden a tener márgenes angostos de rpm, dentro de los cuales producen torque substancial; la ultima característica seria indeseable en un vehículo que no tenga transmisión de proporción variable y que se pretende que haga un crucero con potencia únicamente de la máquina de combustión interna, de acuerdo a la invención . En comparación, el funcionar los motores 21 y 5 25, a veLocidades máximas de 9, 000-18, OOOrpm, permite hacerlos más pequeños, ligeros y menos costosos; si esta ventaja vence la complejidad agregada, de cadena engranaje impulsos de banda u otros medios mecánicos que permitan la combinación del torque desde los 10 motores, con aquel de la máquina, es un asunto de selección de ingeniería que puede variar de un modelo de vehículo al siguiente. Ambos quedan dentro de la presente invención. Si cada uno de los componentes productores de torque (esto es, la máquina 40 y los 15 motores de puesta en marcha y tracción 21 y 25), ha de operarse a la misma velocidad, se prefiere una velocidad máxima de aproximadamente 6, OOOrpm, ya que esto representa un buen compromiso entre el costo, peso y tamaño de los componentes clave. 20 Como se discute anteriormente, se prefiere que los motores 21 y 25, tengan más de dos polos y sean operados por corriente aplicada en más de tres fases, de modo que la falla de algún componente tal como los semiconductores de potencia usados en las unidades 25 inversor/cargador, como se discute más adelante puede M á&* —í A A30 <?uáéA*» ..... ^ ,.„ >« ,.,,.,.. .uu^. tolerarse sin falla total de vehículo, también se desea que el banco de la batería sea dividido en dos con el chasis del vehículo conectado entre ellos dividiendo a la mitad el voltaje entre los componentes dados y el 5 chasis y así simplificando su construcción, aislamiento y conexión. La Fig. 5, muestra un diagrama esquemático parcial de un circuito que suministra estos atributos. Las funciones de los inversores/cargadores 23 10 y 27, (inversores/cargadores separados se requieren para permitir el funcionamiento independiente de los motores 21 y 25), incluyen el control de los motores 21 y 25, para funcionar como motores o generadores; la operación del motor de tracción 25, en la dirección 15 opuesta para mover en reversa el vehículo; la conversión de la DC almacenada por el banco de batería al tipo AC, para el funcionamiento del motor; y la conversión de AC inducida en los motores cuando funcionan como generadores a una corriente DC para 20 cargar la batería. Funciones esencialmente similares fueron provistas por la conmutación de estado sólido del convertidor 44 AC/DC, en la patente '970; en donde no se especifica lo contrario la discusión se aplica al diseño de inversor mostrado en la Fig. 5, de esta 25 solicitud.

-Ijfhffftm * * ^J**-*?J* > .. ^.. ' f É iniílíaíi ifi N infrÉiiiiii i ,*- i J^^^^^^ Como se ilustra en la Fig. 5, el motor de tracción 25, eta materializado como un motor de inducción de cinco fases AC ; el motor de puesta en marcha 21 que no se ilustra completamente, como se indica, puede ser pero no necesariamente en lo general similar. Otros tipos de motor, tales como motores DC, sin cepillo de imán permanente o motores sincrónicos también pueden emplearse. Los motores son hechos funcionar como dispositivos de fase múltiple, teniendo tres fases o mas, permitiendo el empleo de semiconductores más pequeños y en general menos costosos, y permitiendo el funcionamiento aun si alguno de los semiconductores falla. El uso de motores operados a frecuencia relativamente alta, por ejemplo de más de 60 Hz, también permite motores de una salida de potencia dada menores. Como se muestra en la Fig. 5, se prefiere al presente que cuando menos un motor de tracción 25, sea alambrado en el arreglo "Y", más bien que en el arreglo "delta", conocido; se encuentra que ciertas armónicas indeseables se reducen por el arreglo Y, ambas se conocen bien en la técnica y quedan dentro del alcance de la invención. Como se ilustra en la fig. 5, cada uno de los arrollamientos 78, del motor 25, se conecta a un par de elementos de conmutación semiconductores 80, que ^¿iuí ,.. J^??^^^???At? M^ forman colectivamente el inversor/cargador 27. El inversor/cargador 27, esta configurado correspondientemente como un conjunto de 10 semiconductores de potencia 80, controlados por 5 señales de conmutación A-J, provistas por un generador de pulsos 88, que responde a la frecuencia, polaridad y corriente de las señales recibidas de micro procesador 48 (Figs. 3 y 4) . Las frecuencias de funcionamiento típicas pueden ser de hasta 200, 400, 600 Hz; la 10 transferencia de potencia entre el banco de la batería 22, y los motores 21 y 25, se controla entonces por una modulación del ancho de pulso, esto es controlando los semiconductores 80, para conducir durante porciones de la forma de onda de potencia, la duración de las 15 porciones conductoras varia de acuerdo con la potencia requerida. Los semiconductores 80, pueden ser de cualquier tipo adecuado para manejar voltajes y corrientes relativamente elevados; tansistores bipolares aislados de compuerta satisfactoriamente 0 (IGBT), están disponibles y se prefieren al presente, como es convencional cada uno de los semiconductores 80, esta en paralelo por un diodo rectificador 82, de rueda libre. El diseño de los inversores/cargadores 23 y 5 27, y el generador de pulsos 88, para proveer señales iH . , ti li?J? ±U/k^. ....^,^.-. -l|||f)||1|¡f |.|3t^¿¿aL^.?. ,. •?iu? "- "«*• * » * de control adecuadas A-T, de modo que los inversores/cargadores realicen las funciones mencionadas anteriormente, queda dentro de la habilidad de la técnica; otra vez ver por ejemplo, Bose, "Power Electronics and Variable Frequency Drives", [EEE, 1996. La corriente tomada del banco de baterías 22, durante la operación en un termino largo de los motores de tracción y de puesta en marcha para impulsar el vehículo debe limitarse a 30-50 amperes, para reducir el tamaño de los conductores y otros componentes requeridos, como se discute en la patente 970, estos componentes son satisfactorios son 200 amperes como pueden encontrarse durante aceleración de potencia total ya que esta condición no persistirá por más de 10, 15 segundos. Como se ha indicado, el banco de batería 22, comprende dos ensambles de batería subs tancialmente similares 84; en una modalidad, cada ensamble de batería comprenderá ocho baterías de 48 voltios, tal que se provea 384 voltios por cada uno. Los ensambles de batería 84, están conectados en serie, de modo que 768 voltios se proveen a través de los "rieles", de circuito 86, 88. Sin embargo, la conexión de chasis de vehículo se toma de entre los ensambles de batería conectados en serie, de modo que únicamente 384 voltios están presentes entre cualquier componente de circuito y el chasis de vehículo. Esta conexión chasis "punto central", reduce de manera importante varios requisitos de aislamiento y hundimiento de calor, más específicamente, los conductores, conectores relés, interruptores y elementos pueden ser como se aprueban por National Electrical Manufacturers Asociatión (NEMA), para un servicio de 600 voltios; tales elementos están ampliamente disponibles y son más fáciles de emplear y mucho menos costosos que aquellos necesitados para aportar corriente continua, por ejemplo, 300 voltios y 300 amperes. Preferentemente, como se indica por la Fig. 5 (a), que ilustra un detalle de una porción de una de los ensambles de batería 84, las baterías de 48 voltios 85, están conectadas por relé, normalmente abiertos 87, de modo que las baterías 85, están aisladas una de la otra bajo condiciones de seguridad de falla. por ejemplo, si el vehículo sufre un accidente se corta la potencia a los relés, de modo que el voltaje abierto máximo en cualquier lado del vehículo es de 48 voltios reduciendo el peligro de incendio, similarmente el relé se abre cuando la ignición del vehículo se abre por el chofer. -.4 Enfrentándonos ahora a la discusión detallada de la estrategia de control inventiva de acuerdo a la cual los vehículos híbridos de la invención se operan: como en el caso del sistema de vehículo híbrido mostrado en la patente 970 y como se discute con mayor detalle más adelante, el vehículo de la invención se hace funcionar a diferentes modos dependiendo del torque requerido, estado de carga de las baterías y otras variables. A continuación las relaciones entre estos modos se ilustran usando diferentes técnicas para asegurar el perfecto entendimiento por el lector e varios aspectos de la estrategia de control de vehículo; algunos de los cuales son más claros en una forma de ilustración que en la otra. La Fig. 6, ilustra los diferentes modos de operación del vehículo con respecto a la relación entre los requisitos de torque instantáneos de vehículo o "road load" "carga de carretera", el estado de carga del banco de baterías 22, y el tiempo, en tanto que la Fig. 7, muestra variación en y la relación entre, la carga de carretera, la salida de torque de la máquina y el estado de la carga del banco de la batería sobre el tiempo, esto es, durante un viaje ejemplar. Las Figs. 8 (a) - (b), muestran diagramas esquemáticos simplificados del vehículo de la invención en sus modos rft«¿ftfol principales de operación mostrando el flujo de energía en forma de electricidad o combustible quemable por líneas punteadas y el flujo de torque por líneas interrumpidas. Finalmente la Fig. 9, provee una carta 5 de flujo de alto nivel que muestra los puntos de decisión principales en el algoritmo de acuerdo al cual el micro procesador hace funcionar los diferentes componentes del tren de impulsión del vehículo híbrido de acuerdo con la invención, y las Figs. 9 (a) - (c), 10 muestra detalles y modificciones de los mismos. Como se ha notado, la estrategia de control preferida de la invención, se ilustra de diferentes maneras por las Figs. 6-9, los mismos ejemplos numéricos específicos para variables de control 15 importantes diferentes, los asuntos de datos y similares se usan continuamente a su través para mayor claridad . Se entenderá que estos ejemplos normalmente se expresarían como márgenes. Aunque los márgenes no se 20 usan a continuación para simplificar la discusión, debe entenderse que estos ejemplos numéricos son simplemente ejemplos, y que la invención no queda limitada a los valores exactos de las variables de control aquí mencionados. ?^^Éi S?—^^+? ii &áil^i íiiití& «.. .-.«*«. .. ^^ „ Además, debe realizarse que ciertas de estas variables de control no necesitan restringirse a números específicos; en algunos casos, los puntos de decisión pueden ser "fuzzy", esto es la llamada "lógica fuzzy", y puede emplearse de modo que el esquema de operación retenga sus características generales, los valores específicos en contra de los cuales las variables de control y los asuntos de datos se prueban en la implementación de la estrategia de control de acuerdo a la invención, y pueden variar de vez en vez. Ejemplos de esta practica que en muchas circunstancias consisten en modificar ciertos valores específicos dependiendo en otros conjuntos de datos no discutidos en detalle o al controlar los patrones de uso reales del vehículo en el tiempo se dan más adelante. Dadas estas diferentes explicaciones de la relación entre los varios modos de operar del vehículo de la invención y específicamente estas diferentes de las combinaciones de condiciones en respuesta a las cuales el micro procesador controla la selección de modo, el técnico no tendrá dificultad en implementar la invención . Como se ha hecho notar, durante el funcionamiento de baja velocidad, tal como en el trafico de la ciudad, el vehículo se hace funcionar * t t «t i ^^ lt'áfmlÍ t,mí *¡.*^í*MJM??t??,- como un coche eléctrico simple, en donde todo el torque se provee a las ruedas de carretera 34, por el motor de tracción 25, operando por la energía eléctrica suministrada desde el banco de batería 22. Esto se menciona como "modo Y", de funcionamiento (ver Fig. 6), y se ilustra en la Fig. 89(a), las mismas trayectorias de energía y torque también pueden emplearse bajo circunstancias de emergencia mencionado como modo de funcionamiento III, como se discute más adelante. Mientras funciona a bajas velocidades, por ejemplo cuando los requisitos de torque por el vehículo (carga de carretera o "RL"), son menores que el 30 % de la salida del torque máximo de la máquina ("MTO"), la máquina 40, solamente funciona cuando se necesita para cargar el banco de batería 22. El motor de puesta en marcha 21, se usa primeramente para poner en marcha la máquina 40, y luego funciona como generador con un funcionamiento adecuado del inversor/cargador 23, de modo que la corriente de carga fluye al banco de batería 22. Por lo tanto, el embrague 51 se desacopla, de modo que la velocidad de carretera del vehículo es independiente de la velocidad de la máquina 40; la máquina 40, puede así ser hecha funcionar a un nivel de torque de salida relativamente elevado para la eficiencia del combustible este "modo II", de operación > ¿t&t .?*r* *á-tt* se ilustra en la Fig. 8(b); como se indica, el embrague 51 se desacopla de modo que la operación de la máquina para cargar el banco de batería 22, a través del motor de puesta en marcha 21 y la impulsión 21 por el motor 5 de tracción 25 son completamente independientes entre si. como en la patente 970, la máquina 40 tiene un tamaño tal que su torque máximo sea suficiente para impulsar al . vehículo en un margen de velocidades de crucero deseadas; este requisito asegura que la máquina 10 funciona a una eficiencia elevada durante un crucero de carretera normal. Por lo tanto, cuando un aumento sensado en la carga de carretera (por ejemplo por una solicitud continua del operador para más potencia, indica que el modo de funcionar preferido esta 5 cambiando de baja velocidad a operación de crucero en carretera, el micro procesador controla al motor de puesta en marcha 21, por medio del inversor/cargador 23, para poner en marcha la máquina 40. Cuando la máquina 40, esta esencialmente elevándose en 0 velocidad, el embrague 51 se acopla de modo que la máquina 40 impulse las ruedas de carretera 34, a través de los arboles o vastagos de los motores 21 y 25. Cuando el operador suelta la presión sobre el pedal del acelerador indicando que se ha alcanzado una velocidad 5 de crucero deseada, el motor de tracción 25, pierde *&j&¿; í .i i.A. poder convenientemente, el modo de crucero de carretera se menciona como funcionamiento en "modo IV", y el flujo de energía y torque son como se ilustra en la Fig. 8 (c) . Si se necesita torque extra durante el crucero en carretera, por ejemplo para aceleración o ascenso de montaña uno o ambos de los motores 21 y 25, puede energizarse .. Este funcionamiento en "modo V", se ilustra en la Fig. 8 (d); la energía fluye del tanque 38, a la máquina 40, y del banco de batería 22, al motor de tracción 25, y posiblemente también al motor de puesta en marcha 21; el torque fluye ya sea de uno o de ambos motores y de la máquina a las ruedas 34. El flujo de energía durante la carga de batería, no se ilustra por si en la Fig. 8, pero se entenderá por los técnicos y se describirá más adelante. Por ejemplo cuando el torque de salida instantánea de la máquina excede la carga de carretera el motor de puesta en marcha 21 funciona como un cargador suministrando corriente de re-carga al bando de la batería. Similarmente, cuando la carga de carretera tiende a disminuir o es negativa, ya sea el motor de tracción o el motor de puesta en marcha, o ambos pueden funcionar como cargador regenerat ivo , suministr ndo corriente de carga al banco de la „ j, fj-aat . && » .. i batería. El frenado puede realizarse similarmente en respuesta a un comando adecuado del operador. La Fig. 6, como se ha indicado anteriormente, es un diagrama que ilustra diferentes modos de operación del tren de potencia híbrido de la presente. Los modos de funcionamiento indicado por las cifras I- V, se trazan sobre una carta de tres dimensiones, ilustrando que el modo del funcionamiento del vehículo se controla por el micro procesador 48 como una función del estado de carga del banco de batería, de la carga de carretera instantánea y del tiempo. La Fig. 7, discutida más adelante ilustra más el modo inventivo del funcionamiento del vehículo. La Fig. 6, muestra sobre un eje el estado de la carga de batería que se extiende desde el 70% en la salida original a un valor mínimo mostrado de 30%.

Normalmente las baterías se mantienen a cuando menos 30% de la carga completa. Preferentemente el banco de la batería no se carga a más del 70% de su capacidad total teórica; si un número de baterías conectadas en serie se cargaran todas al 100% de su carga total nominal, algunas se sobrecargarían debido a una variación en la fabricación, variación en la temperatura local y similares, lo que acortaría notablemente sus vidas de servicio. Además, también es ^^^^ dañoso a la vida de la batería recargar cualquier batería individual frecuentemente a 100% de su capacidad teórica. La carga de carretera como se muestra en la 5 Fig. 6, en un segundo eje, varia de cero en el origen a 200% de la salida de torque máxima de la máquina. (Carga de carretera negativa que se presenta durante el descenso bajo enfrentamiento no se muestra en la Fig. 6 debido a la dificultad de la ilustración, esta se 10 discute en conexión con la Fig. 7, más adelante), el tiempo se muestra en el tercer eje extendiéndose desde un punto de origen, esto es la Fig. 6, muestra el modo de funcionamiento en el siguiente periodo corto de tiempo (del orden de 30-60segundos) desde un instante 15 presente en el origen, dicho diferentemente de acuerdo a un aspecto de la invención el micro procesador 48 controla el modo de funcionamiento del vehículo en cualquier tiempo dado en dependencia de "la historia reciente",, así como con respecto a la carga de 20 carretera instantánea y al estado de carga de la batería . Mas específicamente, la Fig. 6, muestra que durante el manejo en la ciudad (modo I), definido en este ejemplo como impulsión donde los requisitos de 25 torque instantáneo del vehículo o "carga de carretera" es hasta del 3 O1?, del torque máximo de la máquina, el vehículo funciona como un carro eléctrico recto el embrague se desacople y la energía del banco de batería se usa para darle potencia al motor 25 para impulsar el vehículo, en tanto que la batería permanece cargada a entre 50 y 70% de su carga completa. Si la carga cae abajo de un valor dado, que puede variar en el tiempo como se indica por la línea curva que define la extensión del modo II, el modo II entra como se indica, la máquina se pone en marcha, y el motor de puesta en marcha 21 funciona como generador para cargar la batería a básicamente carga completa. Como se indica en el modo III, la operación del vehículo como carro eléctrico también puede permitirse cuando la batería caiga abajo del 40 % de la carga completa, por ejemplo si hay una falla en la máquina o en el sistema de carga, pero únicamente en una base de emergencia, pues tal descarga profunda es dañosa para la vida de la batería, durante el crucero en carretera, región IV, donde la carga de carretera esta entre 30 y 100% de la salida de torque máxima de la máquina, únicamente la máquina se usa para impulsar el vehículo por tanto, cuando el micro procesador detecta que se requiere la transición entre las regiones I y IV, (por ejemplo el micro procesador puede efectivamente determinar la carga de carretera al controlar la respuesta del vehículo a la orden del operador para más potencia), ocasionara que el motor de puesta en marcha 21, gire la máquina 40 a una velocidad relativamente alta; cuando se alcanza una velocidad de puesta en marcha deseada típicamente 300 rpm, la unidad de manejo electrónica de la máquina 55, y la unidad electrónica de inyección de combustible 56, se controlan para encender las bujías y suministrar combustible respectivamente poniendo en marcha la máquina. Así, el poner en marcha la máquina a rpm, relativamente elevadas permite que se use una mezcla combustible/aire, casi estequiométrica en comparación a las mezclas mucho más ricas normalmente usadas para la puesta en marcha. De esta manera las emisiones de hidrocarburos no quemadas se reducen substancialmente y se mejora la economía del combustible . Cuando la velocidad del vastago de salida de la máquina hace juego básicamente con aquella del motor de tracción 25, se acopla el embrague 51; la potencia producida por el motor 25 se reduce a medida que aquella producida por la máquina 40 aumenta, de modo que la transición entre los modos I y IV es suave y esencialmente indetificada por el operador. Cuando el operador reduce la presión sobre el pedal del < J j»* *^«¡¡¡t^.^^^!^k . acelerador 29 indicando que se ha alcanzado la velocidad de crucero deseada, la potencia al motor 25 se reduce a cero. Si el operador entonces pide potencia adicional, por ejemplo, para la aceleración o rebasar, entra la región V; esto es cuando el micro procesador detecta que la carga de carretera excede 100% de la salida de torque máxima de la máquina, controla al inversor/cargador 27, de modo que el flujo de energía va desde el banco de batería 22 al motor de tracción 25, suministrando torque impulsor del vehículo además de aquel provisto por la máquina 40. El motor de puesta en marcha 21 puede controlarse similarmente para suministrar torque de impulsión. Como se ha indicado anteriormente, durante el crucero en carretera, en donde el torque requerido para impulsar el vehículo varia como se indica por las ordenes del operador, el sistema de control opera la máquina a niveles de salida de torque que varían correspondientemente. El margen de niveles de salida de torque de la máquina permitidos queda limitado al margen en el cual la máquina provee buena eficiencia de combustible. Donde los requerimientos de torque instantáneos del vehículo exceden la salida máxima de torque eficiente, por ejemplo al rebasar o al ascender * *-t* -. la montaña, uno o ambos de los motores eléctricos se energizan para suministrar torque adicional; donde los requerimientos de torque del vehículo son menores que el torque entonces producido por la máquina, por ejemplo al ir de crucero por la costa, o colina abajo o durante el frenado, el torque en exceso de la máquina se usa para cargar las baterías. La carga regenerativa puede ocurrir simultáneamente, ya que el torque de la máquina y la recuperación de la energía cinética del vehículo impulsan ambos uno o dos motores operados en el modo de generador. La tasa de cambio de salida de torque por la máquina puede ser controlada para reducir las emisiones, y de acuerdo con el estado de carga de la banca de batería. La figura 7 ilustra estas relaciones. Como se ha mencionado anteriormente, la Figura 7, comprendiendo las figuras 7 (a) - (c) y extendiéndose en dos hojas, es un diagrama de tiempo que muestra la relación entre la carga de carretera, la salida del torque de la máquina, el estado de carga del banco de batería, y la operación de la máquina como estos varían en el tiempo, durante manejo a baja velocidad en la ciudad, crucero de carretera, y manejo largo con carga elevada, así ilustrando más ? t 4 &á3Í?l*j tík¿* . A<„?,ia«,t* . « * - -. w.- - ¿ *«i&£ -**. .*&** I i í 88ei_ la estrategia de control empleada de acuerdo con la invención . La Figura (a) muestra el torque necesario instantáneo del vehículo, esto es la "carga de carretera" por una línea sólida, como y el torque de salida instantáneo del vehículo por una línea interrumpida, como estas varían en el tiempo. (El torque de salida instantáneo del vehículo se repite en la figura (c) por claridad, y con el objeto de mostrar claramente ciertos aspectos adicionales de la estrategia de control de la invención) . La carga de carretera se expresa como una función de la salida de torque máxima de la máquina. Donde la carga de carretera excede el torque de salida instantáneo de la máquina, las áreas rayadas entre esas dos líneas representan el torque provisto por el motor de tracción o de puesta en marcha; en donde la carga de carretera es menor que el torque de salida instantáneo de la máquina, las áreas cruzadas representan cargado de las baterías. Se apreciara que las demandas del torque positivo del vehículo corresponde a un crucero de estado continuo, aceleración, ascenso de montaña y similares , en tanto que las demandas de torque negativo del vehículo corresponden a desaceleración o descenso. El torque de salida de la máquina está limitado al margen de funcionamiento eficiente; como se ilustra en la Figura 79a) y (c), este margen es controlado para que esté entre 30% y 100% de la salida de torque máximo de la máquina (MTO") . Como se ha mencionado se apreciará que el 30% así como proporciones similares pueden cambiar sin salir del alcance de la invención. En el ejemplo de la operación del vehículo mostrado en la Figura 7, inicialmente el vehículo es operado únicamente a cargas de carretera abajo del 30% de MTO, esto es en trafico como se indica en A.

Por lo tanto todo el torque requerido se provee por el motor de tracción 25, y el estado de carga del banco de baterías 22 ("BSC") como se ilustra por la Figura 7 (b) , corresponde directamente a la carga de carretera; cuando la carga de carretera es negativa, BSC aumenta a medida que el banco de baterías es cargado por el frenado regenerativo . (Cambios en BSC se exageran notablemente con el objeto de explicar claramente los eventos mostrados) . En el punto B, la carga de carretera excede el 30% de MTO por primera vez en este viaje particular. Cuando esto se detecta por el microprocesador 48, el motor de puesta en marcha 21 .it i- É ii*m -£'..•» •,*$,' gira la máquina 40 a una velocidad relativamente alta, y el convertidor catalítico es precalentado, ocasionando un drenaje corto de BSC como se muestra en C. Cuando la máquina alcanza la velocidad de puesta en marcha deseada, por ejemplo 300 RPM y el catalizador alcanza una temperatura mínima de funcionamiento efectivo, por ejemplo cuando menos 350°C la máquina es puesta en marcha por el suministro de combustible y encendido de sus bujías, y se acopla el embrague. Ya que la máquina esta rotando a una velocidad relativamente alta, y se calentará por la compresión de aire en sus cilindros durante el proceso de puesta en marcha, empieza a producir torque útil casi inmediatamente, como se indica en D. Posteriormente , cuando los requisitos de torque del vehículo exceden el torque instantáneo de -la máquina, como en los puntos E - G y P, uno o ambos de los motores de tracción y de marcha a25 y 21 reciben energía para proveer torque adicional a las ruedas de marcha, esto es el vehículo es operado en el modo V. En tanto que la carga de carretera RL permanece dentro del margen eficiente de operación de la máquina por ejemplo en tanto 30% MTO mayor RL mayor 100% de MTO, el vehículo es operado en el modo IV. Durante la operación en el modo IV si la salida . *, i , í ..- ¿¡tai iítíáAÉLtáu. ?J«i,A a fc S: , A^a tet tc» de torque instantáneo de la máquina excede el requerimiento de torque, pero la batería esta relativamente completamente cargada como en el punto H, la salida de torque de la máquina se reduce para hacer juego con la carga de carretera; cuando MTO excede la carga de carretera, y BSC cae abajo de un nivel predeterminado ( ver Fig. 7(b) . como en I y J, el torque en exceso disponible de la máquina 40 se usa para cargar las baterías, como se indica en K y L (Fig. 7(c) . Cuando la necesidad de torque del vehículo es menos que la salida de torque mínima permisible de la máquina, como en M, la máquina se usa de nuevo para cargar las baterías, y también se realiza frenado regenerativo, cargando más las batería. Si las baterías se ponen totalmente cargadas, por ejemplo durante un largo descenso, como en N, la máquina puede apagarse enteramente, como se ve en Q en la Figura 7(c) . La tasa de cambio de la salida de torque de la máquina esté limitada, por ejemplo a 2% o menos por revolución, como se indica notando que la línea interrumpida en la figura 7 (a) indicando el torque de salida instantáneo de la máquina, queda atrás de la línea sólida indicando el requerimiento de torque instantáneo del vehículo. Así, limitando la tasa de cambio del torque de salidas de la máquina se prefiere limitar emisiones indeseables y mejorar la economía del combustible, esto es ya que la proporción estequiométrica combustible /aire varia algo cuando cambia la carga, simplemente abriendo la estrangulación y ocasionando que se inyecte combustible adicional ( como se practica típicamente) cuando el operador oprime el pedal del acelerador, resultaría en una combustión no eficiente y no estequiométrica. De acuerdo con este aspecto de la invención, la tasa de cambio del torque de la máquina esta limitado; esto provee suficiente tiempo para el manejo de la máquina electrónico esencialmente convencional y los sistemas de inyección de combustible electrónicos, que comprenden un "sensor lambda" 104 (Fig. 3) para controlar el contenido de oxigeno de la corriente de gas de exhaución como una indicación de la combustión estequiometrica, para responder a los cambios de carga, preservando la combustión estequiometrica y reduciendo la emisión de combustible no quemado. La tasa permisible máxima de cambio del torque de salida de la máquina también puede variarse de acuerdo con el estado de carga de las baterías; más específicamente, si las baterías están relativamente descargadas, puede ser preferible permitir que el torque de la máquina crezca más rápidamente que de otra manera, con el objeto de limitar la cantidad de potencia eléctrica tomada de las baterías en respuesta a una orden de aceleración, más generalmente, se prefiere operar la máquina de manera que se limite la cantidad de potencia tomada de las baterías, puesto que hay perdidas inevitables en relación a la conversión de la energía almacenada en las baterías al torque de salida del motor, y durante el periodo de recarga correspondiente. Como se menciona anteriormente, la figura 9 es una carta de flujo de alto nivel de los puntos principales de decisión en el programa de control usado para controlar el modo de operación del vehículo. Hablando ampliamente, los valores de las pruebas de microprocesador sensados y calculados para las variables del sistema, tales como la necesidad de torque instantáneo del vehículo, esto es la "carga de carretera" RL, la salida de torque instantáneo de la máquina MTO, expresados ambos como un porcentaje la salida de torque máximo de la máquina MTO, y el estado de carga del banco de baterías BSC, expresado como porcentaje de su carga completa, en contra de los puntos establecidos, y así usa los resultados de las comparaciones para controlar el modo de funcionamiento del vehículo. Como se ha notado anteriormente, ciertas decisiones de control incluidas en la estrategia de • 5 control inventiva ilustrada en la Figura 9, y descrita se ha determinado en respuesta a criterios precisos (con el objeto de presentar claramente las carácter! sti.cas principales de la estrategia operativa de la invención) podría ser útil algo 10 "fuzzy" en la presente solicitud, este termino • pretende indicar que el valor de un punto establecido ( por ejemplo) puede variar algo en respuesta a historia reciente, o en respuesta a variables controlables no discutidas anteriormente. Como se 15 menciona anteriormente, también se entiende que los valores dados anteriormente para varias cantidades numéricas pueden variar algo sin salir de la invención. Alternativas especificas se proveen abajo para las • etapas establecidas en la figura 9, que implementan 20 ciertas de esas alternativas. Por ejemplo, en el ejemplo de la estrategia de control inventivo discutida anteriormente, se señala repetidamente que la transición de operación a baja velocidad a crucero de carretera ocurre cuando la 25 carga de carretera es igual al 30% del MTO. Este punto i -. « ír íí freíate,., ^ .-*iÉ&. ü *fc téL fe i * Ü6 establecido mencionado en las reivindicaciones como "SP" y algunas veces de aquí en adelante como punto de transición ( esto es entre la operación en los modos I y IV) es obviamente arbitrario y puede substancialmente variar, por ejemplo entre 30-50% de MTO dentro del alcance de la invención. También queda dentro del alcance de la invención para el microprocesador el controlar la operación del vehículo durante un periodo de días o semanas y restablecer este punto establecido importante en respuesta a un patrón repetitivo de manejo. Por ejemplo, supóngase que el operador maneja la misma ruta de un desarrollo suburbano congestionado a un lugar de trabajo aproximadamente a la misma hora cada mañana; típicamente la carga de carretera puede permanecer bajo el 20% de MTO durante los primeros pocos minutos de cada día luego variar entre 0 y 50% de MTO por otros pocos minutos a medida que el operador pasa a través de una cuantas luces de trafico, y luego de repente aumentar a 150% cuando el operador acelera en una carretera. Queda dentro de la técnica el programar un microprocesador para registrar y analizar tales patrones diarios, y adaptar la estrategia de control correspondientemente. Por ejemplo en respuesta al reconocimiento de un patrón regular como el anterior el punto de transición puede ajustarse a 60% del MTO; esto prevendría puestas en marcha repetidas a medida que la carga de carretera excede 30% de MTO durante unas cuantas yardas cada vez, como puede ocurrir frecuentemente en el trafico suburbano. Similarmente la rutina de puesta en marcha de la máquina puede iniciarse de.spués de que la misma distancia total ha sido cubierta cada día. También queda dentro del alcance de la invención el hacer el punto establecido SP en el cual la carga de carretera se compara para controlar la transición de modo I a modo IV algo "fuzzy", de modo que el SP pueda variar de una comparación de la carga de carretera a MTO al siguiente dependiendo de otras variables. Por ejemplo, como se discute anteriormente, si durante la operación a baja velocidad , el operador oprime el pedal del acelerador rápidamente, esto puede tratarse como una indicación de que pronto se necesitará potencia total, y empezar la operación de puesta en marcha de la máquina antes de que la carga de carretera alcance algún punto establecido SP. El valor del punto de transición también puede variar en dependencia del modo de operación en i A & Í $ efecto cuando la carga de carretera iguala un valor establecido dado SP, por ejemplo, supóngase que el punto establecido al cual se controla el modo de operación para cambiar del modo de baja velocidad • 5 al modo de crucero en carretera, se establece normalmente a 30% del MTO, como en los ejemplos discutidos anteriormente. Si las condiciones de trafico fueran tales que la carga de carretera fluctuase alrededor de este valor, y la operación de 10 la máquina se controlara únicamente en respuesta a la carga de carretera, la máquina se encendería y se apagaría repetidamente cuando la carga de carretera excediere el 30% de MTO durante unos pocos cientos de yardas cada vez, y luego caería al 30% de MTO, como 15 puede ocurrir frecuentemente en trafico suburbano. Repetidas puestas en marcha también pueden presentarse si la carga de carretera promedia sobre 30% de MTO pero ocasionalmente cae abajo de este valor, como puede ocurrir en crucero de carretera plana, a velocidad 20 moderada. Controlando la carga de carretera por el tiempo, y comparando diferentes puntos establecidos convenientemente, puede eliminarse mucho de esta secuencia repetitiva indeseable de encender y apagar. 25 Podría ser preferible comenzar el modo de operación IV al presentarse condiciones diferentes; por ejemplo el modo IV podría entrar del modo I únicamente después de que la carga de carretera exceda un primer punto establecido inferior SP durante un periodo extendido de tiempo, de modo que la máquina funcionara para crucero de baja velocidad, pero iniciar la máquina inmediatamente si la carga de carretera excede un punto establecido más elevado SP2, por ejemplo 50% de MTO como durante la aceleración a velocidad de carretera. Similarmente la máquina podría preferentemente apagarse únicamente si la carga de carretera fuera menos que un punto establecido mínimo para el modo IV de operación durante un periodo de tiempo largo. Así proveyendo "histerisis" en la determinación del modo de conmutaciones limitaría las puestas en marcha repetitivas de la máquina en ciertos tipos de manejo. Estas limitaciones podrían ajustarse más a medida que el patrón de manejo se volviera más claro ; esto es se discerniera por el microprocesador. En un refinamiento mas, el punto establecido al cual la máquina se apaga cuando la carga de carretera cae abajo del valor mínimo usual para la operación en modo IV podría variar dependiendo de BSC; si las baterías están substancialmente cargadas, la máquina podría apagarse cuando la carga de carretera ) *í ? i - ,£ caiga abajo del 30% de MTO. Pero si su carga fuera inferior, la máquina podría controlarse para continuar funcionando, por supuesto, el embrague tendría todavía que desacoplarse cuando la carga de carretera 5 cayera abajo del 20-30% de MTO, con el objeto de que la máquina pudiera correr a una velocidad eficiente para la producción de torque. La Figura 9 muestra así los puntos de decisión principales del programa de control realizado por el 10 microprocesador, con el punto de transición entre el • modo I, la operación de baja velocidad, y el modo IV de crucero de carretera, establecido a una carga de carretera igual al 30% de MTO. Se dan ejemplos para algunas de las diferentes opciones discutidas 15 anteriormente, al substituir varios de los puntos de decisión con alternativas indicadas más adelante. Otros puntos opcionales no mostrados específicamente pero aquí discutidos quedan dentro del alcance de la • invención . 20 El programa de control entra en el paso 100, donde el microprocesador determina si la carga de carretera RL es menor que el 30% del MTO. Si la respuesta es si ("Y"), el embrague se desacopla si es necesario como se indica en los posos 103 y 105. El 25 estado de carga del banco de la batería BSC se prueba ..... it?ii en el paso 110; si BSC esta entre 50 y 70% de la carga completa, el vehículo puede operar pro algún tiempo como un vehículo eléctrico recto, y el modo I se introduce por lo tanto, como se indica en 115. Un • 5 "modo I" de moño se establece entonces, incluyendo los pasos 100, 103, y 110; en tanto que todas las condiciones probadas en estos pasos permanecen estables, el vehículo continua operando en el modo I. Sin embargo si en el paso 110 se determinó 10 que BSC era menos del 50% de su valor máximo ("N") • la máquina debería funcionar, si posible, para cargar el banco de batería, hasta por ejemplo, 75% de su carga máxima, como se probo en el paso 130. Si la máquina ya esta funcionando, como se probo en el paso 125, la 15 batería está cargada como se indicó en 130, y un modo estable II de moño , como se noto en 135, está establecido incluyendo los pasos 100, 103, 1*10, 120, 125 y 130 (la operación normal en el paso 110 • seria saltar o desarmar este modo para prevenir que 20 la carga de la batería se detenga cuando BSC alcance 70%) . Si la máquina no esta funcionando, se introduce una subrutina de puesta en marcha de máquina ( mostrada separadamente por la Figura 9 (a), como se indica en el paso 140. i !i*.jt.?ítáíá ii. ,*,...,.. .. ..... , ^A^ázm^i ^^., . ..

En la subrutina de puesta en marcha de máquina empezando con el bloque de entrada 141, el embrague se desacopla si es necesario en los pasos 142-143, y la temperatura del catalizador se prueba en 145, para determinar si está cuando menos a 350°C; el catalizador se calienta si es necesario, como se indica en 150. Cuando el catalizador esta adecuadamente calentado, la máquina es hecha girar por el motor de puesta en marcha hasta que se alcanza una velocidad deseada, como se indica por el moño que incluye bloques 155 y 160. Cuando la máquina alcanza su velocidad de marcha deseada, se pone en marcha en el paso 165, al suministrar combustible y disparo de sus bujías, concluyendo la subrutina de puesta en marcha de la máquinas indicada por el bloque de retorno 170. Si la subrutina de puesta en marcha de la máquina se introdujo desde el modo II de moño, como anteriormente, el bando de batería puede entonces cargarse como se indica en 130. Si al realizarse el paso 230 aparece que BSC era menos que el 40%, lo cual solo pasaría por falla de la máquina o del sistema de carga, el paso 175 puede realizarse; así si 30% menor BSC menor 40%, el vehículo puede operarse en modo III como un carro eléctrico, para proveer funcionamiento de emergencia. *.** .. „*j**?? ki. >-il Sin embargo, esto debe estar estrictamente limitado para evitar una descarga profunda del banco de batería, tendiente a acortar su vida útil. Como se indica en 177, el vehículo queda completamente incapacitado si BSC cae abajo del 30%. Si RL se determina que excede 30% de MTO en el paso 100, el programa va al paso 180, en donde el termino 30% .mayor RL mayor 1005 se evalúa, esto es, el microprocesador determina si la carga de carretera es adecuada para crucero de carretera en el modo IV. Si es as , y si la máquina está funcionando, como se probo en el paso 190, un moño estable incluyendo los pasos 180 y 190 se establece; el sistema permanece en modo IV, como se indica en 185, hasta que el estado de una de esas pruebas cambia. Si en el paso 190 se determina que la máquina no esta funcionando, se introduce la subrutina de puesta en marcha de la máquina , empezando con el paso 140 como se ha discutido anteriormente, según se indica en 195; así regreso en 200, el embrague se acopla en 210 y sea introduce el moño incluyendo los pasos 180 y 190. Como se ha anotado, en el paso 180, se determina si RL está entre 30 y 100% de mto; si no, se determina en el paso 220 si RL es mayor que 100% de . -,*:i -j.ri*. jaita **i .--*. ~?- ???UU * MTO. Si es así, el modo Vse introduce, y el motor de tracción ( y opcionalmente el motor de puesta en marcha) reciben energía para proveer torque adicional impulsando el vehículo, como se indica en 230. Un moño incluyendo los pasos 220 y 230 se establece así, de modo que el modo V permanece estable hasta que el estado de la prueba realizada en 220 cambia. Si al estar haciendo el paso 220, aparece que RL es ahora menos que 100% de MTO, se determina en el paso 215 si RL es menor que 30 % de MTO. Si es así, la máquina es apagada, como se indica en 240, y el programa retorna al paso 100, si no, el programa retorna al paso 180. Se apreciará que de acuerdo a la Figura 9 de la carga de flujo, es posible para el sistema proceder directamente desde el modo I al modo V, esto es del paso 100 al paso 220, si la carga de carretera aumenta rápidamente de menos del 30% de MTO a más de 100% de MTO. Permitiendo así al operador operar el sistema, representa una importante característica de seguridad, por ejemplo cuando se requiere rápida aceleración desde un alto para sumarse al trafico de carretera. En estas circunstancias la máquina no estaría funcionando durante la operación inicial en el modo V, necesitando un drenaje importante en el banco de batería y sobrepasar al motor de tracción. Por lo tanto, los pasos equivalentes a los pasos 190, 195 y 210 (incluyendo la subrutina de puesta en marcha de la máquina) han de entenderse siguientes al paso 220 y precediendo el paso 230. Esto es, en el caso del modo IV fue omitido efectivamente al pasar directamente, de modo I a modo |V, la máquina es iniciada y el embrague acoplado tan pronto como sea posible, estos pasos duplicados no se muestran, por claridad . En la discusión anterior de la Figura 9, se supuso que el punto de transición entre la velocidad b ja y la operación de carretera esta puesto de modo que la transición ocurre cuando la carga de carretera es igual al 30% de MTO bajo todas las circunstancias. Sin embargo como se ha discutido anteriormente, puede ser deseable operar el sistema de modo que el vehículo vaya del modo de baja velocidad I al modo de crucero de carretera IV a una carga de carretera más elevada, por ejemplo 50% de MTO que la carga de carretera en la cual vuelve a entrar el modo de baja velocidad, por ejemplo, cuando la carga de carretera en modo IV cae abajo del 20%. Esta "histeresis" del punto de conmutación de modo, por ejemplo permitiendo que el _^^£*4^ vehículo acelere en modo I hasta la carga de carretera de 50% de MTO, pero no apagando la máquina, terminando la operación del modo IV, hasta que la carga de carretera caiga abajo del 20% de MTO- evita una conmutación de modo excesiva durante periodos de fluctuación de la carga de carretera. Por ejemplo en un tráfico suburbano típico, uno puede acelerar comúnmente más del 30% de MTO, a lo que de otra manera podría ser una velocidad de crucero normal, pero detenerse poco después; seria ineficiente así detenerse y volver a poner en marcha la máquina cuando la carga fluctúa alrededor del 30%. La histerisis puede similarmente ser útil para evitar conmutación de modo innecesaria en velocidad moderada, crucero de vía plana en modo IV, cuando la carga de vía o carretera bien puede caer ocasionalmente abajo de 30 % de nuevo, seria ineficiente el apagar y volver a iniciar la máquina repetidamente. Así al proveer diferentes puntos de conmutación de modo dependiendo de la dirección de cambio de la carga de carretera, puede realizarse inmediatamente al controlar la carga de carretera RL como una función de tiempo y tomando un control adecuado. Por ejemplo si el sistema se mantiene en , **,•,.,.-. ???i -*u?É, modo I hasta que RL exceda el punto de conmutación de modo "normal " del 30% de MTO durante un periodo por ejemplo de 30 segundos, y sin exceder 50% de MTO, el modo de conmutación excesivo por otra parte 5 fácilmente encontrado en trafico suburbano podría evitarse ampliamente. La figura 9 (b) muestra un paso 100' reemplazando al paso 100 en la Figura 9 e implementandp el modo de baja velocidad I en tanto que RL es menor que el 30% de MTO, o a menos que RL exceda 10 30% de MTO por más de 30 segundos, o exceda 50% de MTO; si se presenta alguna de las ultimas condiciones, el programa va al paso 180, iniciando la operación del modo IV. Similarmente, la histeresis en el modo IV de 15 crucero, con el objeto de implementar una conmutación de modo excesiva que podría de otra manera presentarse si la carga de carretera fluctúa alrededor de un punto de conmutación de modo fijo, puede implementarse de manera sencilla proveyendo que 20 el sistema permanezca en el modo IV en tanto que RL permanece entre 30 y 100% de MTO, a menos que RL sea menor que RL por más de 30 segundos, o exceda 1005 de MTO. Esto puede implementarse como se muestra en la figura 9 ( c ) ; un paso revisado 215' reemplaza el paso 25 215 de la Figura 9 y provee que , si el sistema está afeanMatoAjag; ; ; j; iA.l¡Bm*i¡¡i S».. ..- $&.*. ****.~* , ****** ... § .í..¿ í i en el modo IV, a menos que RL sea menor del 30% de MTO por más de 30 segundos, la máquina se apagará, en el paso 240, el control pasa al paso 100, y se vuelve a introducir el modo I. Numerosas otras modificaciones a la estrategia de control detallada de la invención como se ilustra en las Figuras 6-9 se ocurrirán a los técnicos, y quedan dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, puede ser deseable variar la operación del sistema en tanto que responda a BSC de acuerdo con las variables controladas que indican la temperatura de la batería, temperatura ambiente y similares; por ejemplo en un día caliente puede ser aconsejable evitar cargar el banco de batería en más del 60% de la carga completa, puesto que esto puede ocasionar sobre calentamiento. Además, como se ha hecho notar anteriormente, los puntos de transición entre los modos I, IV y V pueden cambiar en particular de acuerdo con las ordenes del operador, para así proveer el máximo de responsabilidad del vehículo para la seguridad y facilidad de aceptación del consumidor, y en periodos de días o semanas, cuando el microprocesador forme un récord histórico detallado del patrón de uso del vehículo, del cual se puede derivar una estrategia de control óptima. ^á*^i^ s w .. ig¿¿¿aAt..í~-^-a'-»aA'•- También puede ser posible proveer al microprocesador con información de control útil desde el operador sin requerir que el operador entienda el trabajo de sistema en detalle. Por ejemplo los operadores están ahora bien acostumbrados a establecer un "control de crucero" cuando se alcanza una velocidad de crucero deseada; posteriormente los sistemas de manejo de la máquina existentes controlan la salida de torque instantánea de la máquina con respecto a la variación en la carga de carretera o ruta para mantener substancialmente constante la velocidad del vehículo. Sería un asunto sencillo para el microprocesador aceptar una velocidad de crucero deseada así introducida por el operador como se indica en la figura 4. El operador entonces estaría liberado del control continuo de la estrangulación y el microprocesador controlaría similarmente la salida de toque instantánea de la máquina con respecto a la variación en la carga de carretera para mantener la velocidad del vehículo substancialmente constante, ambas como convencional; sin embargo, de acuerdo a la invención, el microprocesador restablecería también el punto de transición de modo que el sistema permaneciera en el modo de sistema IV hasta que el operador hubiera indicado lo contrario, esto es al salir del modo de crucero . Como se ha discutido anteriormente, de acuerdo a otra modalidad de la invención, flexibilidad adicional se provee al vehículo híbrido como se describe anteriormente al proveer un turbo cargador 100 también controlado por el microprocesador 48, para ser operado cuando sea útil para mejorar más la eficiencia del vehículo y la manejabilidad y no en otro tiempo. Al proveer el "turbo cargador al solicitarse" se permite que la máquina funcione eficientemente en márgenes de salida de torque diferente, como se necesita. Esencialmente, el turbo cargador 100 se emplea únicamente cuando los requerimientos de torque del vehículo, la carga de carretera como anteriormente, excede la capacidad de torque máxima de la máquina que normalmente se desea durante un período de tiempo relativamente largo T, por ejemplo, durante un manejo a alta velocidad largo, jalando un remolque o subiendo por una colina larga. Cuando la carga de carretera excede el torque máximo de la máquina durante un periodo relativamente corto menor que T, el motor de tracción (y posiblemente también el motor de puesta en marcha) se usan para proveer torque adicional como en la patente '970 y anteriormente.

De acuerdo a otro aspecto de la invención, el período T se controla en respuesta al estado de carga del banco de baterías; cuando el banco de baterías está relativamente descargado, el turbo cargador se activa • 5 más pronto que en otro caso para así preservar el banco de baterías . Como es bien conocido a los técnicos, un turbo cargador 100. (ver figura 11) típicamente comprende dos ruedas de turbina 102 y 104 sobre un árbol común 106 10 mencionadas aquí como las ruedas del lado de salida y del lado de aire respectivamente. El flujo del gas de salida de la máquina 40 ocasiona que la rueda por el lado de salida 102 gire; la rueda por el lado del aire 104 es impulsada por el árbol 106, jalando aire al 15 cuerpo del turbo cargador 100 a través del filtro de aire 110. El calor de desperdicio en la corriente de salida, se recupera así efectivamente comprimiendo el aire de entrada que luego se conduce al cabezal de toma de la máquina 40. El combustible adicional puede ser 20 quemado en el aire adicional así provisto, de modo que se produce torque adicional. El aire comprimido puede ser enfriado adiabáticamente por intercambio de calor con el aire ambiental en un ínter-enfriador 112 si se desea, proveyendo más eficiencia térmica a la máquina 25 40.

En la operación típica del turbo cargador, una "compuerta de desperdicio" 114 se provee para limitar la presión de salida que se presente sobre la rueda del lado de salida 102, limitando así la velocidad de la rueda del lado de aire 104 y regulando el "empuje" provisto por el turbo cargador. La compuerta de deshecho o desperdicio puede estar cargada con resorte para abrirse a una presión fijada de empuje (como se provee típicamente para regular la salida de las máquinas de carrera turbo cargadas) o puede controlarse en un lazo de retroalimentación usando la presión en el cabezal de toma de la máquina como la variable de control ver Automotive Handbook, 2a. edición, Robert Bosch GmbH. página 356. Además en la práctica convencional, el turbo cargador se usa en todo tiempo y el diseño de la máquina se optimiza convenientemente, por ejemplo máquinas de gasolina turbo cargadas típicamente tienen proporciones de compresión de 7 u 8 a 1, en comparación de 9 - 11 a 1 para máquinas normalmente aspiradas. Ninguna de esas practicas se emplean de acuerdo a la presente invención; el turbo cargador se controla para por el microprocesador para funcionar únicamente cuando se necesita y la proporción de compresión de la máquina, y otros parámetros de diseño se seleccionan basándose en criterios de diseño importantes al funcionar en el modo aspirado normalmente . De acuerdo a la presente invención, la compuerta de desperdicio 114, se controla por el micro 5 procesador 48; excepto bajo circunstancia cuando la potencia extra provista por el turbo cargador se necesita, la compuerta de desperdicio 114 se abre (como se muestra en la figura 1) de modo que la salida de la máquina esencialmente salta al turbo cargador 100. Una 10 válvula 120 también controlada por el micro procesador 48 también puede proveerse en el ducto que conecta el lado del aire del turbo cargador 100 y el cabezal de toma 112 de la máquina, de modo que la máquina jala aire a través de turbo cargado únicamente cuando está 15 en uso; entonces se provee un segundo filtro de aire 124. Comúnmente, el turbo cargador para el uso en los automóviles se emplea con el objeto de que máquinas de desplazamiento relativamente pequeñas, produzcan un 0 elevado valor de caballos de fuerza en el extremo superior de su margen operativo; los otros parámetros de diseño de tales máquinas (por ejemplo el perfil del cigüeñal) se escogen similarmente. Las máquinas así llevadas a un estado óptimo para una energía de 5 caballos de fuerza rpm elevada, produce un torque de S *.* . . A. ,*, í, . á*í .?~* ák* . «r^+iU?^ .,^^_..,, ..t. ^ ...¡t^jASa baja velocidad reducido, esto es son "zonzas" en comparación a máquinas aspiradas normalmente. Una transmisión de proporción variable es esencial para obtener aceleración razonable desde bajas velocidades. • 5 Dicho de otra manera, el turbo cargado como se implementa usualmente para el uso en automóviles, provee un torque relativamente elevado en el extremo superior del margen de velocidad de la máquina pero un torque relativamente pobre a bajas velocidades; tal 10 máquina sería inadecuada en la práctica de la presente invención. Además, las máquinas turbo cargadas típicamente sufren de "atraso turbo", esto es respuesta lenta a un aumento repentino en el torque requerido. Como se discute más adelante, este problema particular 15 es vencido por el uso del turbo cargador en un vehículo híbrido de acuerdo a la invención. Los técnicos reconocerán que las máquinas turbo cargadas también son usadas en aplicaciones de vehículos de carga pesada de carretera tal como 20 camiones y similares, pero estos vehículos demandan transmisiones que tiene 12, 16 o más proporciones, de modo que la cumbre de poder angosto de la máquina pueda adaptarse a la carga y presenta aceleración extremadamente pobre, así como un costo excesivo y 25 cambio del engranaje, todo lo cual sería inaceptable al chofer ordinario. Así máquinas turbo cargadas normalmente, tanto del tipo de camión de baja velocidad o del tipo de automóviles de velocidad elevada, no son satisfactorios en la implementación de la presente • 5 invención ni permitirían que el vehículo se impulsara únicamente por la máquina en un crucero de carretera sin una transmisión de proporción variable, lo cual es un objeto importante de la presente invención. Como también se ha hecho notar anteriormente, 10 al usarse convencionalmente un turbo cargador se usa en todo tiempo. En comparación de acuerdo con la presente invención, el turbo cargador está controlado por el microprocesador 48 para usarse únicamente bajo condiciones de manejo especificadas, permitiendo que 15 la máquina sea operada eficientemente en otros modos. La figura 12 como se indica anteriormente, es un diagrama comparable a la figura 6, los diferentes modos de operación del tren de potencia del vehículo híbrido de acuerdo con la invención, allí mostrados, 20 son idénticos a aquellos de las figuras 3 y 4 del vehículo ilustrado en la figura 6, con la adición del modo turbo cargado VI. Similarmente, la figura 13 es similar a la figura 7, pero ilustra la operación de un vehículo que incluye un "turbo cargador en demanda" de 25 cuerdo a este aspecto de la invención.

Como se muestra en la figura 12, de acuerdo a este aspecto de la presente invención, se provee otra región VI en donde el turbo cargador 100 está activado por el microprocesador 48 cuando detecta que la carga de carretera ha excedido la salida máxima de la máquina por más de un período de tiempo T. Típicamente estos eventos se presentarán cuando el vehículo esté jalando un remolque .o esté de otra manera cargado pesadamente, esté ascendiendo una colina larga o esté operando a una velocidad elevada durante un largo período de tiempo. Más específicamente, cuando la carga de carretera únicamente excede la potencia máxima de la máquina durante un tiempo corto menor que T, como durante la aceleración en una carretera o durante el rebase, el motor de tracción se emplea para proveer el torque adicional requerido como se describe anteriormente. Cuando la carga de carretera excede la potencia máxima de la máquina por un tiempo mayor que T el turbo cargador se energiza cerrando la compuerta de desperdicio 114 y operando la válvula 120 si se provee para abrir el ducto entre el lado de aire del turbo cargador 100 y el cabezal de toma 122 de la máquina 40. Cuando el turbo cargador "se desenrolla" a su margen de velocidad operativo, el torque máximo producido por la máquina 40 aumenta y el torque producido por el motor de tracción 25 se reduce gradualmente. Esta secuencia de eventos se discute más adelante en relación a la figura 13. La figura 12 también muestra por el ángulo de la línea que separa las regiones V y VI con respecto al plano t =: 0 que T puede variar con el estado de carga del banco de baterías 22; cuando el banco de baterías está totalmente cargado. Si T es más largo, esto es, si energía del banco de baterías se usa para satisfacer la carga de carretera en exceso de la salida de torque máxima de la máquina por un período más largo que cuando el banco de la batería está relativamente menos completamente cargado. El turbo cargador también puede ser operado para proveer potencia adicional a la máquina cuando se necesita aceleración completa, por ejemplo, al detectar que el operador presiona agresivamente el pedal del acelerador bajándolo completamente . Como se menciona anteriormente, la figura 13, comprendiendo las figura 13 (a) - (c) y extendiéndose en dos hojas es un diagrama de tiempo que muestra la relación entre carga de carretera salida de torque de la máquina, estado de carga del banco de baterías y operación de la máquina en los modos de carro eléctrico, aspirado normalmente y turbo cargado, a ií?if i*t^.*^*t—^.~ ?..A.^i-j*ál ?ita<rtJ ?~t iJ * *«_:, .SA^.i *"*- - " *-~ 8 * medida que estos varían en el tiempo durante el manejo a baja velocidad en la ciudad, crucero de carretera, y manejo extendido con carga elevada, ilustrando así además la estrategia de control empleada de acuerdo con 5 la invención. La figura 13 es esencialmente idéntica a las figuras 7 con la adición de la ilustración de la operación del turbo cargador 100 cuando la carga de carretera excede 100% de MTO durante más de un período de tiempo T. 0 Así como se muestra en la figura 13 (a) en tl r t2, t3 t , el micro procesado controla la longitud de tiempo t durante el cual la carga de carretera excede 100% de MTO y compara t continuamente a un valor T variado preferentemente de acuerdo con BSC; esto se muestra con la longitudes relativas de las fechas marcadas T en la figura 13 (b), en tanto que t < T, como en E, F y G en la figura 13 (a) el torque en exceso requerido por la carga de carretera se provee ya sea por uno o por ambos de los motores de tracción y de puesta en marcha obteniendo potencia del banco de batería. Nótese que los motores conjuntamente están tasados para ser capaces de proveer torque continuamente hasta cuando menos 100% de MTO de acuerdo con la patente '970; esto permite que los motores provean torque adecuado para un buen funcionamiento del vehículo sin una transmisión de proporción variable. Los motores también pueden ser sobre impulsados para proveer más de su torque tasado bien arriba del 100% de MTO durante cortos periodos de tiempo, t < T como en F como se ha hecho notar de cuerdo a un aspecto importante de la invención donde el torque en exceso de MTO se necesita por un periodo de tiempo mayor, t > T entonces de activa el turbo cargador. Así, cuando t4 >. T, como en P, el micro procesador activa el turbo cargador esencialmente como se discute anteriormente, esto es cerrando la compuerta de desperdicio 114 y la válvula 120 (si existe) . Cuando el turbo cargador se desenrolla, lo que puede tomar algunos segundos y aumenta el empuje ofrecido, como se indica en Q el torque provisto por el motor de tracción (y posiblemente también por el motor de puesta en marcha) disminuye correspondientemente, como se indica en R. El operador no necesita estar al tanto o tomar ninguna acción para iniciar la activación del turbo cargador; esto es controlado por el microprocesador en respuesta al control de la carga de carretera durante el tiempo y al estado de carga del banco de baterías. Como se discute en conexión tanto con la figura 12 como con la 13, T varia preferentemente de acuerdo con BSC, de modo que el turbo cargador se activa relativamente más pronto cuando el BSC es relativamente bajo; esto limita la cantidad de energía tomada de la batería durante la operación de la máquina y el motor de tracción ( o ambos motores) cuando la • 5 carga de carretera excede 100% de MTO, de modo que BSC no caiga a un valor bajo indeseable. Los técnicos reconocerán que la provisión de un turbo cargador controlado por microprocesador en un vehículo híbrido de acuerdo a la invención, permite la 10 operación en un modo adicional, al proveer flexibilidad aumentada en el esquema operacional provisto; esencialmente, el turbo cargador provee una máquina más grande, únicamente cuando se necesita, no cobrando en eficiencia en otras veces. Esto tiene particular 15 importancia para cumplir los objetivos del vehículo híbrido de la invención. Más específicamente, además de las ventajas operacionales anotadas, la provisión de "un turbo cargador en demanda" en el vehículo híbrido de acuerdo con la invención, permite que la máquina sea 20 menor que de otra manera, esto es proveer un funcionamiento adecuado de carretera en un vehículo de un peso dado. Como el motor de puesta en marcha/generador debe tener tal tamaño que cuando funcione para cargar las baterías (por ejemplo en un 25 manejo extendido en la ciudad) cargue la máquina adecuadamente de modo que la máquina funcione eficientemente, el empleo de una máquina más pequeña permite el uso de un motor generador más pequeño. Por razones similares, la provisión de una máquina más 5 pequeña, permite que se use para impulsar eficientemente el vehículo en un manejo de carretera comenzando con velocidades promedio bajas, lo que a su vez da mejor economía de combustible. Al proveer " el turbo cargador en demanda" de acuerdo a la invención, 10 todas esas ventajas pueden realizarse sin sacrificio en el funcionamiento final del vehículo. Como se ha notado anteriormente, una implementación conveniente del "turbo cargador en demanda" de acuerdo con la invención es operar la 15 compuerta de desperdicio por un solenoide o similar controlado por el microprocesador, esto es, emplear la compuerta de desperdicio como una válvula de paso desviador excepto cuando se deseen las operaciones de turbo cargado. Una válvula de paso de desviación 0 también podría proveerse alternativamente. La compuerta de desperdicio, de todas maneras de preferencia se implementa como una válvula de alivio cargada por resorte, como se ilustra en la figura 11, y es generalmente convencional, para limitar el "empuje" 5 provisto. También queda dentro de la invención el - ^ .. i- At-Türfíi-íiin**- «<«**<*, ---*•- <—~^*>* operar la compuerta de desperdicio para tomar posiciones intermedias, esto es entre las posiciones totalmente abierta y totalmente cerrada para limitar el torque para limitar el giro de la rueda como se detecta y para mantener las ruedas del turbo cargador girando a una velocidad intermedia para reducir el tiempo de que se "desenrolle" a la velocidad completa. También queda dentro de la invención ajustar la compuerta de desperdicio para que responda a una señal de presión atmosférica provista por un sensor adecuado 107 (figura 11) para asegurar que el empuje adecuado se provee altitudes más elevadas para asegurar el funcionamiento del vehículo. También se apreciará que un super cargador esto es, una bomba de aire de desplazamiento positivo impulsada por la máquina, podría usarse para implementar los diferentes modos de operación del vehículo ilustrados en las figuras 12 y 13; por ejemplo la operación de super cargador podría controlarse por el microprocesador para impulsar a través de un embrague controlado eléctricamente y esto esta de acuerdo con la invención. Sin embargo, esto sería menos eficiente que la operación del turbo cargador, puesto que el turbo cargador recupera efectivamente algo del calor de desperdicio en la salida de la máquina al comprimir el aire que llega al cabezal de entrada, en tanto, que el super cargado consumiría torque de la máquina. Por lo tanto como se discute en detalle el turbo cargador se prefiere. 5 Se apreciará que al proveer la máquina de combustión interna de un vehículo híbrido con un turbo cargador controlado por el controlador del vehículo para funcionar únicamente durante periodos largos de requerimientos de torque elevado, se realiza un número 10 de ventajas importantes, tanto en comparación a un • sistema convencional en donde el turbo cargador se activa continuamente o en comparación a una máquina grande que tenga el mismo torque máximo que la máquina turbo cargada más pequeña. En lo último, como se ha 15 explicado anteriormente, todas las máquinas de combustión interna son extremadamente ineficientes, excepto al funcionar cerca de la salida cumbre del torque, entre más grande es la máquina esto ocurrirá con menor frecuencia. En cuanto a lo primero empleando 20 una máquina turbo cargada convencionalmente que tenga la curva de torque típica "peaky o zonza", no permitirá que la máquina se use pare impulsar el vehículo durante el manejo de carretera sino una transmisión de velocidad variable. En vez de eso al proveer un turbo 25 cargado en demanda, esto es que únicamente se emplea > * , - •*=* * , * * . *, cuando realmente se necesite, esto es el vehículo de la invención puede emplear una pequeña máquina óptima para su función principal de impulsar el vehículo eficientemente durante el crucero de carretera y que opera como una máquina mucho más grande cuando se necesita . Otras ventajas provistas por la invención incluyen el . hecho de que la compuerta de desperdicio están normalmente abierta, la temperatura de exhaución permanecerá elevada llevando a un estado óptimo el funcionamiento del convertidor catalítico; como se implemente convencionalmente, el enfriado de los gases de exhausión cuando su energía se retira por el giro del rotor del turbo cargador puede impedir un buen funcionamiento del convertidor catalítico especialmente a bajas velocidades. Además debido a que el motor de tracción provee torque adicional cuando se necesita, el atraso de turbo "experimentado" en vehículos convencionales turbo cargados, en tanto que el turbo cargador se despliega, cuando el operador pide más potencia, se elimina ahora en la invención. Al construirse y operarse de acuerdo con la invención,, esto es cuando un vehículo híbrido tiene una máquina de combustión interna con un turbo cargador controlado por el controlador del vehículo para operar únicamente durante períodos largos en los que se requiera torque elevado, aún un vehículo pesado que tenga características aerodinámicas pobres tales como un vehículo deportivo o una camioneta puede ofrecer buena aceleración, ascenso de montaña y capacidad de remolque, pero ofreciendo de todas maneras una economía de combustible extremadamente buena y emisiones extremadamente bajas. Otro aspecto de la invención se refiere al método de escoger los tamaños de los diferentes componentes del sistema. Los ejemplos dados anteriormente para la selección de los componentes para un vehículo, no incluyeron un turbo cargador de acuerdo a este aspecto de la presente invención. Usando como otro ejemplo un "vehículo de utilidad deportiva" de 5,500 libras, ("SUV") requerido para tener aceleración razonable y funcionamiento de rebase aún arrastrando un remolque de 6,000 libras, la selección de los componentes del sistema de impulsión híbrido de la presente invención se realiza preferentemente de la siguiente manera: 1. una máquina de combustión interna se selecciona que tenga suficiente torque para impulsar el SUV sin remolque, a una media hasta una velocidad a lo largo de una inclinación moderada. Una máquina de 100 ^^¿s a ??SM-?. tA* t caballos de fuerza a un máximo de 6,000 RPM es adecuada . 2. Si un remolque debe remolcarse, un turbo cargador operado como se ha indicado se agrega. El turbo cargador tiene un tamaño tal que cuando funciona la máquina provee 140 caballos de fuerza. 3. El motor cargador se selecciona de tal tamaño que . provee una carga de máquina igual a aproximadamente 70% del torque máximo de la máquina a una velocidad adecuada de la máquina. De esta manera el combustible se usa eficientemente durante el cargado de las baterías como se discute anteriormente. En el ejemplo, el motor cargador es preferentemente un motor de inducción de 30 - 40 caballos de fuerza configurado como un tipo de "faceplate" o "pancake" que forma esencialmente el volante de la máquina. Tal motor puede ser operado a una velocidad que requiera 20 - 22 caballos de fuerza que es 70% del torque máximo producido por la máquina especificada anteriormente a 1200 - 1500 rpm; así el cargado de la batería puede realizarse de una manera muy eficiente con respecto al combustible . 4. El motor de tracción tiene un tamaño para proveer torque adecuado a velocidad cero para vencer la resistencia máxima especificada desde el reposo, asistiendo el motor de puesta en marcha cuando se necesite. En el ejemplo el motor de tracción puede ser un motor de inducción de 100 caballos de fuerza con una velocidad de máxima de 6, 000 rpm y estar conectada a las ruedas de impulsión por medio de una cadena impulsora que provea la proporción de reducción adecuada. Se apreciará que en este ejemplo, el torque total disponible desde los motores de tracción y de puesta en marcha combinados exceden aquel provisto por la máquina de acuerdo con un aspecto de la invención de la patente ' 970. 5. El torque en comparación al perfil del velocidad del motor de tracción se selecciona para permitir el manejo el la ciudad, en particular para proveer una aceleración suficiente para adaptarse a la prueba de kilometraje de combustible de manejo urbano federal ("FUDS") sin el uso de torque de la máquina. 6. La capacidad de la batería se selecciona entonces para proveer suficiente vida de ciclo esto es para no sobre tensarse por una descarga profunda en muchos ciclos de manejo repetitivos. En el ejemplo se provee un paquete de batería 8.5 KAH, 800 v. 7. Finalmente el controlador se provee con software para implementar el esquema de control descrito en detalle anteriormente, esto es para usar el c i is ,? motor de tracción como la única fuente de torque de impulsión a baja velocidad para poner en marcha la máquina cuando la carga de carretera aumenta más allá de un punto establecido, para operar el turbo cargador cuando la carga de carretera exceda el torque máximo de la máquina por más de un tiempo prescrito T que puede variar de acuerdo con el estado de carga de las baterías y ser de otra manera de lo que se ha descrito. Las simulaciones muestran que un SUV configurado como se ha indicado (sin remolque) debe ser capaz de 40 millas por galón, en tanto que provee un funcionamiento de carretera equivalente a SUV convencionales retornando típicamente a economía de combustibLe de únicamente 15 millas por galón. Se apreciará que el vehículo híbrido y la estrategia operacional para el mismo de la invención provee numerosas ventajas sobre la técnica anterior aquí discutidas, y que otras mejoras y modificaciones a la misma queda dentro del campo de la técnica. Por lo tanto, aunque una modalidad preferida de la invención se ha presentado, y varias alternativas se han mencionado específicamente, la invención no queda limitada por ellas. .. -?-? &*. -»»i¡tffc».t «._'.-.... j-atafe i,¿.i .if^;a¿JÍ^.,j^^; «^ k.ía '.. «, ...i-?*.,¿

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un vehículo híbrido que comprende, -un controlador capaz de aceptar entradas indicativas de parámetros de operación del vehículo y 5 proveer señales de control en respuesta a un programa de control; - un banco de baterías; - una máquina de combustión interna; un primer motor eléctrico acoplado 10 eléctricamente al banco de batería para: a) aceptar energía eléctrica del banco de batería y b ) prove e r energía eléctrica al banco de batería, y el primer motor está acoplado mecánicamente a la máquina de combustión interna, la combinación de la máquina de 15 combustión interna y el primer motor eléctrico está a su vez acoplado mecánicamente a un embrague controlado por el controlador para una conexión transmisora de torque controlable entre la combinación y las ruedas de carretera o marcha del vehículo, 20 el primer motor responde a las órdenes desde el controlador de tal modo que el primer motor eléctrico puede ser controlado para (1) aceptar torque desde la máquina para cargar el banco de batería, (2) aceptar energía desde el banco de batería para aplicar 25 torque a la máquina para poner en marcha la máquina, (3) aceptar energía del banco de batería para aplicar torque a las ruedas de marcha para impulsar al vehículo y (4) aceptar torque desde las ruedas de marcha para cargar el banco de batería; y • 5 un segundo motor, acoplado eléctricamente al banco de batería de tal modo que el segundo motor eléctrico puede controlarse para (a) aceptar energía eléctrica desde el banco de batería y (b) proveer energía eléctrica al banco de batería, el segundo motor 10 está acoplado mecánicamente a las ruedas de marcha del vehículo y responde a las ordenes desde el controlador con el objeto de controlar el segundo motor eléctrico para (1) aceptar energía desde el banco de batería para aplicar torque a las ruedas de marcha para impulsar al 15 vehículo y (2) aceptar torque desde las ruedas de marcha pa a cargar el banco de batería. 2. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 1 en donde el controlador es provisto con señales indicativas de la carga de carretera 20 instantánea experimentada por el vehículo y del estado de carga del banco de baterías y controla la operación de la máquina, del embrague y del primero y del segundo motor de modo que el vehículo es operado en una pluralidad de modos operativos que responden a esas 25 señales. 3. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la señal indicativa de la carga de carretera instantánea experimentada por el vehículo se determina por el controlador cuando menos en parte al controlar las órdenes provistas por el operador del vehículo. 4. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 2, en donde la carga de carretera RL se expresa como un tanto por ciento de la salida de torque máxima de la máquina MTO y los modos operativos incluyen : - un modo de baja velocidad I en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de batería, en tanto RL < SP en donde SP es un punto establecido expresado como un tanto por ciento predeterminado de MTO, - un modo de crucero de carretera IV en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro del combustible en tanto, SP < RL < 100% de MTO, y un modo de aceleración V en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro de combustible y por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la t.f - «•„! .». «a» i?<¿ i , 8- -dñk-i,*!*^:* energía suministrada desde el banco de baterías, en tanto que RL > 100% de MTO. 5. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el embrague está desacoplado 5 durante la operación en modo I y acoplado durante la operación en los modos IV y V. 6. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicaci.ón 4, en donde los modos de operación incluyen además un modo de carga de batería a baja 10 velocidad II que entra en tanto RL < SP y el estado de carga del banco de baterías está abajo de un nivel predeterminado, en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de 15 baterías y el banco de baterías es cargado simultáneamente por el suministro de energía eléctrica desde el motor de puesta en marcha impulsada por torque por la máquina en respuesta al suministro de combustibLe, el embrague se desacopla durante la 20 operación en el modo II. 7. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el punto establecido SP puede variarse por el controlador en respuesta a patrones de control de la operación del vehículo 25 durante e l tiempo. 8. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la transición entre la operación en los modos I y IV se controla para que ocurra únicamente cuando RL > SP por cuando menos un 5 tiempo predeterminado o cuando RL > SP2 en donde SP2 es un tanto por ciento de MTO más grande que SP. 9. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la transición entre la operación en los modos IV y I se controla para que 10 ocurra únicamente cuando RL < SP por cuando menos un tiempo predeterminado. 10. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el controlador IV puede controlar la transición del modo de operación de la 15 operación en el modo I directamente a la operación del modo V en donde se detecte un rápido incremento en RL . 11. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde el controlador puede aceptar entrada del operador de una velocidad de crucero 20 deseada y posteriormente controla la salida de torque instantánea de la máquina de acuerdo con la variación en RL para así mantener la velocidad del vehículo substancialmente constante, y no permite transición al modo I de operación a menos que el operador provea otra señal más indicando que la velocidad de crucero deseada ya no se desea. 12. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 4, en donde la carga regenerativa del banco de la batería se realiza cuando la salida de torque instantánea de la máquina mayor que RL cuando RL es negativa o cuando se inicia el frenado por el operador. 13. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el total de torque disponible en las ruedas de marcha desde la máquina no es mayor que el torque total disponible desde la combinación del primero y del segundo motor. 14. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la velocidad máxima de cuando menos el motor de tracción es cuando menos 150% de la velocidad máxima de la máquina. 15. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un turbo cargador que es operable en respuesta a señales de control desde el controlador con el objeto de incrementar la salida de torque por la máquina de combustión interna. 16. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el controlador ocasiona que el turbo cargador funcione aumentando el torque de salida máximo de la máquina únicamente cuando la carga de carretera instantánea exceda la salida de torque máxima normalmente aspirada de la máquina durante más de un período predeterminado de tiempo. 17. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 15, en donde el controlador está provisto con señales indicativas de la carga de carretera instantánea experimentada por el vehículo y del estado de carga del banco de baterías y controla la operación de la máquina, el embrague, el motor primero y segundo, y el turbo cargador, de modo que el vehículo es hecho funcionar en una pluralidad de modos operativos que responden a las señales. 18. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 17, en donde la carga de carretera o vía RL se expresa como un tanto por ciento de la salida de torque máxima de la máquina, en tanto que es aspirada normalmente MTO y los modos operativos incluyen: un modo de baja velocidad I en donde el vehículo es impulsado por torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de baterías, en tanto, RL < SP en donde SP es un punto establecido expresado como un tanto por ciento predeterminado de MTO. > -i I -d-AJJL. un modo de crucero de carretera IV en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro de combustible en tanto, SP < RL < 100% de MTO, 5 un modo de aceleración V en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro de combustible utilizable y por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de 10 baterías en tanto RL > 100% de MTO, y un modo de alta potencia VI en donde el turbo cargador es hecho funcionar de modo que el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro y uso de combustible en tanto, 15 RL > 100% de MTO por más de un tiempo predeterminado T. 19. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el embrague es desacoplado durante la operación en el modo I y acoplado durante la operación en los modos IV, V y VI . 20 20. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 18, en donde el tiempo T es controlado en respuesta al estado de carga del banco de baterías. 21. Un método para controlar la operación de un vehículo híbrido operable en una pluralidad de modos 25 diferentes, el vehículo comprende: una máquina de *..?S? M M.<**- t <j .•. .i..mn¿¿ . i. *,*.. &ÍJ3,-,,:: . »-,..*». * ^&a combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO, la máquina está acoplada de manera controlable a las ruedas de marcha del vehículo por un embrague, un motor de tracción está acoplado a las ruedas de marcha del vehículo, un motor de puesta en marcha está acoplado a la máquina, ambos motores son operables como generadores, un banco de baterías para proveer energía eléctrica y aceptar energía eléctrica desde los motores, y un controlador para controlar la operación de la máquina, del embrague y de los motores primero y segundo y controlar el flujo de energía eléctrica entre los motores y el banco de batería; en donde de acuerdo al método, el controlador controla la selección del modo operacional del vehículo entre un modo de baja velocidad I, un modo de crucero IV, y un modo de aceleración V, en donde el torque para impulsar el vehículo se provee por el motor de tracción, la máquina y ambos respectivamente en respuesta al control de los requerimientos de torque instantáneos RL del vehículo. 22. El método de acuerdo con la reivindicación 21, en donde el controlador controla al vehículo para operar en el modo de baja velocidad I en tanto RL < SP, en donde SP es un punto establecido expresado como un ? tanto por ciento predeterminado de MTO, el modo de crucero de carretera IV en tanto, SP < RL < 100% de MTO el modo de aceleración V en tanto RL > 100% de MTO. 23. El método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende además, el paso de desacoplar el embrague durante la operación en el modo I y acoplar el embrague durante la operación en los modos IV y V. 24. El método de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el controlador controla además el vehículo para operar el un modo de carga de batería de baja velocidad II que se introduce en tanto, que RL > SP y el estado de carga del banco de la batería está abajo de un nivel predeterminado, durante el cual el vehículo es impulsado por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de baterías, y en donde el banco de baterías es cargado simultáneamente por el suministro de energía eléctrica desde el motor de puesta en marcha, siendo impulsado por el torque por la máquina en respuesta al suministro de combustible usable, el embrague se desacopla durante la operación en el modo II. 25. El método de cuerdo con la reivindicación 22, que comprende el paso adicional de emplear el g^^^^ d controlador para controlar patrones de operación del vehículo sobre el tiempo y variar convenientemente el punto establecido SP. 26. El método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende el paso adicional de emplear el controlador para controlar RL en el tiempo y para controlarla transición entre la operación en los modos I y IV de manera conveniente, de modo que la transición ocurra únicamente cuando RL > SP por cuando menos un tiempo predeterminado, o cuando RL > SP2, en donde SP2 es un tanto por ciento de MTO que SP. 27. EL método de cuerdo con la reivindicación 22, que comprende el paso adicional de emplear el controlador para controlar RL en el tiempo y controlar la transición entre la operación en los modos I y IV de manera conveniente, de modo, que la transición ocurra únicamente cuando RL < SP por cuando menos un tiempo predeterminado . 28. El método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende el paso adicional de operar el controlador para controlar RL en el tiempo y para controlar el modo de operación para cambiar de la operación en el modo I directamente a la operación en el modo V cuando se detecta un rápido incremento en RL . .. thifeáA k ÉkM&ii-? *.¿*,..*.*iíí.^ 29. El método de acuerdo con la rei indicación 22 que comprende el paso adicional de operar el controlador para aceptar una entrada del operador de una velocidad de crucero deseada, el controlador 5 posteriormente controla la salida de torque instantánea de la máquina de acuerdo con la variación en RL para mantener así la velocidad del vehículo substancialm.ente constante, y para impedir la transición al modo de funcionamiento I hasta que el 10 operador provee otra señal indicativa de que la velocidad de crucero deseada ya no se desea. 30. El método de acuerdo con la reivindicación 22, que comprende el paso adicional de realizar una .carga regenerativa del banco de baterías bajo el 15 control del controlador cuando, la salida de torque instantánea de la máquina > RL cuando RL es negativa o cuando se inicia frenado por el operador. 31. El método de acuerdo con la reivindicación 22, en donde los motores son controlados conjuntamente 20 para proveer un torque máximo cuando menos igual al torque máximo de la máquina. 32. El método de acuerdo con la reivindicación 22, en donde la velocidad máxima de cuando menos el motor de tracción se controla para que sea cuando menos 25 150% de la velocidad máxima de la máquina. iii * » . ,*: ,, ?. i ?ak&iiÁ i», v. .a-tfaaü&ü.. ^,^r*?..,-, .. ¿un., «- . «AiiscaAa. «¡feA-A t -t ¿afcaa-jSjsKiü 33. El método de acuerdo con la reivindicación 22, en donde el vehículo híbrido comprende además un turbo cargador que funciona operativamente y está acoplado de manera controlable a la máquina para • 5 aumentar la salida de torque máximo de la máquina a más del MTO cuando se desee y en donde de acuerdo al método, el controlador controla la selección del modo de operación del vehículo entre un modo de baja velocidad I, un modo de crucero IV, un modo de 10 aceleración V y un modo turbo cargado VI en respuesta a controlar los requerimientos de torque instantáneo RL del vehículo durante el tiempo. 34. El método de acuerdo con la reivindicación 33, en dcnde el controlador controla el vehículo para 15 funcionar en los modos mencionados como sigue: en el modo de baja velocidad I, en tanto RL < SP en donde SP es un punto establecido expresado como un tanto por ciento predeterminado de MTO, en el modo de crucero de carretera IV en 20 tanto, que SP < RL < 100% en el modo de aceleración V en tanto RL > 100% de MTO, y en el modo sostenido de alta potencia VI en tanto RL > 100% de MTO por más de un tiempo 25 predeterminado T. -..J ato* , s . ivU?£? ta g .« 35. El método de acuerdo con la reivindicación 34, en donde el tiempo T se controla en respuesta al estado de carga del banco de batería. 36. El método de acuerdo con la reivindicación 33 que comprende, el paso adicional de desacoplar el embrague durante la operación en el modo I y acoplar el embrague durante la operación en los modos IV, V y VI . 37. Un método para controlar la operación de un vehículo híbrido operable en una pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende una máquina de combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO, la máquina está acoplada de manera controlable a las ruedas de marcha del vehículo por un embrague, un motor de tracción está acoplado a las ruedas de marcha del vehículo, un motor de puesta en marcha está acoplado a la máquina, ambos motores son operables como generadores, un banco de baterías para proveer y aceptar energía eléctrica desde los motores y un controlador para controlar la operación de la máquina del embrague y de los motores primero y segundo y controlar el flujo de energía eléctrica entre los motores y el banco de baterías, en donde de acuerdo al método el controlador controla la selección del modo de operación del vehículo entre un modo de baja velocidad I y un modo de crucero IV en donde el torque para . * * -i, ¡? impulsar el vehículo se provee por el motor de tracción o la máquina respectivamente, en respuesta al control de los equerimientos de torque instantáneos RL del vehículo, y en donde además de acuerdo al método, cuando el controlador determina que es deseable la transición del modo de operar del vehículo del modo I al modo IV, el controlador controla el motor de puesta en marcha para mover la máquina para iniciarla a una velocidad mínima de cuando menos 300 rpm. y el embrague no se acopla para el suministro de torque desde la máquina a las ruedas de marcha o de carretera hasta que la máquina está corriendo a una velocidad a la cual eficientemente produce torque. 38. El método de acuerdo con la reivindicación 37, e donde el vehículo comprende además un convertidor catalítico que comprende un catalizador para reducir las emisiones dañosas desde la máquina a productos inofensivos, el convertidor catalítico está provisto con un calentador controlado por el controlador para calentar el catalizador a una temperatura de trabajo efectiva, y en donde cuando el controlador determina que es deseable la transición del modo de operación del vehículo del modo I al modo IV, el controlador calienta al catalizador a una temperatura mínima de trabajo ~* flAft- u£Ü ß&&&t.ji., >* . efectivo si es necesario antes de controlar el motor de puesta en marcha para mover la máquina para ponerla en marcha . 39. Un vehículo híbrido operable en una • 5 pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende una máquina de combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO y cuando menos un motor de tracción que está acoplado a las ruedas de marcha del vehículo, el cuando menos un motor es 10 operable como un generador, un banco de baterías para proveer y aceptar energía eléctrica del motor, un controlador para controlar la operación de la máquina y cuando menos un motor y controlar el flujo de energía eléctrica entre el motor y el banco de baterías y 15 cuando menos un inversor/cargador controlable conectado entre el motor y el banco de baterías, el inversor /cargador controlable, comprende una pluralidad de pares de elementos conmutables de manera controlable en respuesta a órdenes desde el controlador 20 para operar el motor para suministrar torque impulsor a las ruedas de marcha en respuesta a la energía del banco de baterías, y para convertir el torque transmitido desde las ruedas de marcha al motor en energía para recargar el banco de baterías, en donde el banco de baterías está configurado como dos sub-bancos de baterías separados, teniendo cada uno polos positivo y negativo, el polo positivo de uno de los sub-bancos, está conectado al polo negativo • 5 del otro de los sub-bancos en una conexión de chasis de vehículo, y los polos opuestos de los sub-bancos de batería están conectados a través de los pares de elementos de. cuando menos un inversor/cargador. 40. Un vehículo híbrido operable en una 10 pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende • una máquina de combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO y cuando menos un motor de tracción acoplado a las ruedas de marcha del vehículo el cuando menos un motor es operable como 15 generador, un banco de baterías para proveer energía eléctrica y aceptar energía eléctrica del motor, un controlador para controlar la operación de la máquina y del cuando menos un motor, y controlar el flujo de energía eléctrica entre el motor y el banco de baterías 20 y cuando menos un inversor/cargador controlable conectado entre el motor y el banco de baterías, el inversor/ cargador controlable, comprende una pluralidad de pares de elementos conmutables de manera controlable en respuesta a órdenes del controlador para 25 operar el motor para suministrar torque impulsor a las . ..< ' .i** í *.í>&*lÁi. - .* 3¿¿ -?, * . .i**A - - , _ -a. ro A * > a rf—*-*»- ruedas de marcha en respuesta a la energía desde el banco de baterías, y para convertir el torque transmitido desde las ruedas de marcha al motor en energía para recargar el banco de baterías, 5 en donde el banco de baterías está configurado como un número de baterías conectadas por dispositivos de conmutación normalmente abiertos de modo que las baterías están aisladas eléctricamente una de la otra en el caso de que se corte la potencia de los 10 dispositivos conmutadores. 41. Un vehículo híbrido operable en una pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende una máquina de combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO y cuando menos un 15 motor de tracción acoplado a las ruedas de marcha del vehículo el cuando menos un motor es operable como generador, un banco de baterías para proveer energía eléctrica y aceptar energía eléctrica del motor, un • controlador para controlar la operación de la máquina y 20 del cuando menos un motor, y controlar el flujo de energía eléctrica entre el motor y el banco de baterías y cuando menos un inversor/cargador controlable conectado entre el motor y el banco de baterías, el inversor / cargador controlable, comprende una 25 pluralidaol de pares de elementos conmutables de manera controlable en respuesta a órdenes del controlador para operar el motor para suministrar torque impulsor a las ruedas de marcha en respuesta a la energía desde el banco de baterías, y para convertir el torque • 5 transmitido desde las ruedas de marcha al motor en energía para recargar el banco de baterías, en donde el motor tiene cuando menos cuatro fases. 42. Un vehículo híbrido operable en una 10 pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende • una máquina de combustión interna para proveer torque hasta una salida de torque máxima MTO y cuando menos un motor de tracción acoplado a las ruedas de marcha del vehículo el cuando menos un motor es operable como 15 generador, un banco de baterías para proveer energía eléctrica y aceptar energía eléctrica del motor, un controlador para controlar la operación de la máquina y del cuando menos un motor, y controlar el flujo de energía eléctrica entre el motor y el banco de baterías 20 y cuando menos un inversor/'cargador controlable conectado entre el motor y el banco de baterías, el inversor / car gador controlable, comprende una pluralidad de pares de elementos conmutables de manera controlable en respuesta a órdenes del controlador para 25 operar el motor para suministrar torque impulsor a las ... ?tai»aj¿,ab¿. . * * i **: -i.. áiÁiA .í ***í]:^ßt?íi*- * .*. -*. ...-**.M ~-*j*-*&í* t*, - í* .1. . *s&**t&m- « ¿ dL- ¿r ruedas de marcha en respuesta a la energía desde el banco de baterías, y para convertir el torque transmitido desde las ruedas de marcha al motor en energía para recargar el banco de baterías, • 5 en donde el motor es operado por el inversor/cargador en respuesta a señales de control provistas por el controlador de modo que el motor provee torqu.e constante desde cero rpm a una velocidad base y provee potencia constante a velocidades entre la 10 velocidad base y una velocidad máxima y en donde la • proporción entre la velocidad base y la velocidad máxima está aproximadamente entre 3 y 6:1. 43. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 42, en donde la velocidad máxima del 15 motor es de cuando menos aproximadamente 150% de la velocidad máxima de la máquina. 44. Un -vehículo híbrido operable en una pluralidad de modos diferentes, el vehículo comprende una máquina de combustión interna para proveer torque 20 hasta una salida máxima de torque normalmente aspirada MTO, la máquina está ajustada con un turbo cargador operable en respuesta a una señal de control para incrementar la salida del torque máximo de la máquina más allá del MTO, la máquina está conectada a las 25 ruedas de marcha o de carretera del vehículo por medio -.-..- . >- ato?afc,-8?. . . » ¿ ?A ¿.líitjt ¡ito? . . .«,.„,*«;,. „. í t-. Jül?ln. , .i.„i* . , Ü3i- ¿ ...*. de un embrague para la transmisión de torque, cuando menos un motor de tracción está acoplado a las ruedas de marcha del vehículo, el cuando menos un motor es operable como generador, un banco de baterías para proveer y aceptar energía eléctrica del motor, cuando menos un inversor/cargador controlable conectado entre el motor y el banco de baterías y un controlador para controlar la operación de la máquina, cuando menos de un motor y el turbo cargador y para controlar el flujo de energía eléctrica entre el motor y el banco de baterías . 45. Un vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el controlador está provisto con señales indicativas de la carga de carretera instantánea experimentada por el vehículo y del estado de carga del banco de baterías, y controla la operación de la máquina el embrague el cuando menos un motor y el turbo cargador, de modo que el vehículo es operado en una pluralidad de modos de operación que responden a las señales. 46. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 45, en donde la carga de carretera RL se expresa como un tanto por ciento de la salida de torque máxima de la máquina, en tanto que se aspira o se desea normalmente MTO y los modos de operación incluyen: :. **-, .i ?.i. t¡¿áH*k i**, --rifcjí Í... . Í , ¡^?t8 £* * i un modo de baja velocidad I en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la energía suministrada desde el banco de batería, en tanto que RL 5 < SP o en donde SP es un punto establecido expresado como un tanto por ciento predeterminado de MTO, un modo de crucero de carretera IV en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro de combustible 10 usable en tanto, que SP < RL < 100% de MTO, • un modo de aceleración V en donde el vehículo es impulsado por el torque provisto por la máquina en respuesta al suministro de combustible y por el torque provisto por el motor de tracción en respuesta a la 15 energía suministrada desde el banco de baterías, en tanto RL > 100% de MTO y un modo de alta potencia VI en donde el turbo cargador es operado de manera que el vehículo es impulsado por torque provisto por la máquina en 20 respuesta al suministro de combustible en tanto, RL > 100% MTO por más de un tiempo predeterminado T. 47. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 45 en donde el embrague se desacopla durante la operación en el modo 1 y se acopla durante 25 la operación en los modos IV, V y VI . A t.AiiSt-*..¿ t>i¿»..• J^^^^^^^^^^^* 48 el vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 46 e donde el tiempo T se controla en respuesta al estado de carga del banco de baterías. 49. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 44, en donde el torque de la máquina se transmite a un primer juego de ruedas de marcha o de vía y el torque de cuando menos un motor se transmite a un segundo juego de ruedas de marcha o vía. 50. El vehículo híbrido de acuerdo con la reivindicación 44 en donde un segundo motor se provee y está acoplado a la máquina para poner en marcha la máquina en respuesta a una señal de control del controlador . 51. Un método para determinar los tamaños relativos de la máquina de combustión interna de los motores de inicio de marcha/carga y tracción y el banco de baterías de un vehículo híbrido que comprende esos componentes, método que comprende los pasos de: a) Seleccionar una máquina de combustión interna que tenga suficiente torque para impulsar el vehículo sin remolque a una velocidad media y elevada a lo largo de un grado moderado; b) Darle al motor de puesta en marcha/carga, un tamaño tal que provea una carga de máquina durante la carga de batería igual a aproximadamen e el 30% de l a salida máxima de torque de la máquina; c) Darle un tamaño al motor de tracción para proveer torque adecuado a una velocidad cero para vencer el grado máximo especificado desde el reposo con el motor de puesta en marcha asistiendo cuando se necesite; d) seleccionar el torque en contra del perfil de la velocidad del motor de tracción para obtener un manejo conveniente en la ciudad sin uso de torque de la máquina y; e) seleccionar la capacidad de la batería para que sea suficiente para evitar ciclos excesivamente frecuentes de descarga y carga. 52. El método de acuerdo con la reivindicación 51, en donde la máquina se provee con un turbo cargador controlado para aumentar la salida máxima de torque de la máquina durante la operación extendida de alto poder en donde el turbo cargador aumenta la salida máxima de torque de la máquina por cuando menos aproximadamente 25%.