CN114454866A

CN114454866A - 用于重型车辆的基于车轮滑移的车辆运动管理

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Publication number: CN114454866A
Application number: CN202111181859.3A
Authority: CN
Inventors: 里奥·莱恩; 阿迪耶·阿里凯雷; 西德汉特·雷; 马蒂亚斯·阿兹博加德; 里昂·亨德森
Original assignee: Volvo Truck Corp
Current assignee: Volvo Truck Corp
Priority date: 2020-01-15
Filing date: 2021-10-11
Publication date: 2022-05-10
Also published as: EP3851346A1; JP2023517445A; EP3851345A1; WO2021144010A1; JP2022068844A; EP4090561A1; EP3851346C0; CN114938644A; EP3851346B1; KR20220054209A; US20230339477A1; CN114454865A; US20220126801A1; KR20220122769A; EP3851345B1; JP7411102B2; US20220126799A1

Abstract

本发明涉及一种用于重型车辆的基于车轮滑移的车辆运动管理，尤其是一种用于控制重型车辆(100)的控制单元(130、140、300)，其中该控制单元被布置成获得表示车辆(100)的期望机动的加速度曲线(a_req)和曲率曲线(c_req)，控制单元(130、140、300)包括力生成模块(310)，该力生成模块被配置成确定执行所述期望机动所需的全局车辆力和力矩集合，控制单元(130、140、300)还包括运动支持设备MSD协调模块(320)，该MSD协调模块(320)被布置成协调一个或多个MSD，以通过生成一个或多个相应的车轮力来共同提供全局车辆力和力矩，以及逆轮胎模型块(330)，该逆轮胎模型块(330)被配置成将所述一个或多个车轮力映射为等效的车轮滑移(λ)，其中，控制单元(130、140、300)被布置成从MSD请求车轮滑移(λ)。

Description

用于重型车辆的基于车轮滑移的车辆运动管理

技术领域

本公开涉及用于重型车辆的车辆运动管理，即，对诸如行车制动器和推进设备之类的运动支持设备的协调控制。

本发明可以应用于重型车辆，例如卡车、公共汽车和建筑机械。虽然将主要针对货物运输车辆(例如半挂车和卡车)描述本发明，但本发明不限于这种特定类型的车辆，而是也可以用在其它类型的车辆中，例如轿车。

背景技术

车辆在机械、气动、液压、电子和软件方面变得越来越复杂。现代重型车辆可能包括各种不同的物理设备，例如内燃机、电机、摩擦制动器、再生制动器、减震器、空气波纹管和动力转向泵。这些物理设备通常被称为运动支持设备(MSD)。MSD可以是能够单独控制的，例如，使得可以在一个车轮处施加摩擦制动(即，负扭矩)，而车辆上的另一车轮(甚至可能在同一轮轴上)同时被用于通过电机产生正扭矩。

最近提出的例如在中央车辆单元计算机(VUC)上执行的车辆运动管理(VMM)功能依赖于MSD的协调组合，以操作车辆以便获得所期望的运动效果，同时维持车辆稳定性、成本效率和安全性。WO2019072379A1公开了一个这样的示例，其中，选择性地使用车轮制动器来辅助重型车辆的转弯操作。

控制各种MSD的常用方法是在致动器级别使用扭矩控制，其中，中央车辆控制单元从本地MSD控制单元请求扭矩水平，后者又控制不同的致动器。例如，US20150175009 A1提供了一种在起步期间基于扭矩控制的车辆控制方法。然而，这种扭矩控制可能由于中央运动控制器和本地MSD控制器之间的控制带宽不足以及传输延迟而导致太慢从而无法对例如道路摩擦水平的突然变化做出反应。

需要改进重型车辆的车辆控制方法，以改进可起动性和更高速度的驾驶。

发明内容

本公开的目的在于提供在可起动性方面以及在高速运行期间促进车辆控制的控制单元和方法。该目的至少部分地由一种用于控制重型车辆的控制单元实现。该控制单元被布置成获得表示车辆100的期望机动的加速度曲线a_req和曲率曲线c_req。该控制单元包括力生成模块，该力生成模块被配置成确定执行所述期望机动所需的全局车辆力和力矩集合。该控制单元还包括：运动支持设备协调模块，该运动支持设备协调模块被布置成协调一个或多个MSD，以通过生成一个或多个相应的车轮力来共同提供所述全局车辆力和力矩集合；和逆轮胎模型块，该逆轮胎模型块被配置成将所述一个或多个车轮力映射到与期望车轮力相对应的等效的车轮滑移。该控制单元被布置成从MSD请求车轮滑移，以在所述期望机动期间控制重型车辆。

因而，不是按照惯例从不同的致动器请求扭矩，而是将车轮滑移请求发送到车轮端部处的车轮扭矩致动器，然后，这些车轮扭矩致动器的任务是在所请求的车轮滑移下维持操作。通过这种方式，MSD的控制移动到更靠近车轮端部的位置，此外，由于控制回路延迟的减少和更快的处理(通常可在更靠近车轮端部处获得)，更高的带宽控制是可能的。由此，尽管操作条件会发生变化，但MSD能够更快地对例如道路摩擦等的变化做出反应，因而提供更稳定的车轮力。这种MSD控制方法既提高了重型车辆的可起动性，也提高了在高速驾驶情况下的机动性。例如，如果车轮暂时离开地面或由于道路颠簸而受到显著降低的法向力，车轮不会失控旋转。相反，MSD控制将快速减小所施加的扭矩，以将车轮滑移维持在请求值，使得当车轮再次接触地面时，将维持适当的车轮速度。

力生成模块、MSD协调模块和逆轮胎模型块可以在车辆中的单个处理单元上实现或者分布在两个或多个处理单元上，可能布置在不同的车辆单元中或者甚至远离车辆。因而，提供了高度的实施灵活性。

根据多个方面，如果车辆对地速度低于第一阈值，则该控制单元被布置成请求车轮滑移作为从车辆对地速度的车轮速度偏离。

在低车辆速度下可能难以确定由对地速度归一化的将车轮速度与对地速度进行比较的相对车轮滑移测量值。这是因为：在较低的速度下，特别是在车辆静止时，可能难以跟踪较小的滑移请求(1公里/小时车辆速度下5％的正车轮滑移请求在车轮处仅为1.05公里/小时)。通过在较低速度下向MSD发送基于速度偏离的滑移请求，这一问题得以缓解。例如，要由MSD维持在低车辆速度下的期望车轮速度可以被确定为：

其中，v_x为车辆对地速度，R为车轮半径，ω_off为车轮速度偏离，A_pe为介于0和1之间的加速度踏板位置值。

因而，通过使用映射到基于可配置车轮速度偏离确定的马达速度请求的加速器踏板位置，可以在较低的车辆速度下获得改善的车辆控制。可以通过配置调整参数(例如，将在下面讨论的ω_off)来调整驾驶员感觉。在车辆对地速度高于第二阈值时，如果该控制单元还被布置成请求车轮滑移作为车轮速度与车辆对地速度之间的归一化差，则所述控制可以逐渐转移到基于纯车轮滑移的请求。第二阈值可以被设置成等于第一阈值，在这种情况下，控制突然从基于速度偏离的控制变为基于速度差的控制。然而，通过使第二阈值从第一阈值偏离预定速度值，可以获得额外的益处。在这种情况下，控制单元可选地被布置成请求车轮行为，该车轮行为表示：如果车辆速度在第一阈值和第二阈值之间，则在对应于速度偏差的车轮速度与对应于关于对地速度的车轮速度差的车轮速度之间插值。

根据多个方面，至少在更高的车辆速度下，例如，高于第二阈值，由MSD维持的期望车轮速度被确定为：

其中，v_x为车辆对地速度，R为车轮半径，λ_req为请求的车轮滑移。

该表达式相当于基于车轮滑移的控制，其中将车轮滑移确定为车轮速度和车辆对地速度之间的归一化差。基于例如车轮速度传感器和包括来自中央控制单元的车辆对地速度的常规传输，它被方便地实现以用于靠近轮端的控制。

根据多个方面，该控制单元被布置成接收指示一个或多个MSD的能力的数据，并且验证所请求的车轮滑移在相应的MSD的能力内。这种能力报告允许更稳健的车辆控制，其中，来自MSD的请求被保持在可行的限制内。能力信息可以被力生成模块用来确保全局力保持在可行的限制内，并且还可以被运动支持设备协调模块用来确保只有可行的车轮滑移请求被发送到MSD控制单元。

根据多个方面，该控制单元还被布置成通过从行车制动器MSD请求恒定负扭矩并从一个或多个电机MSD请求车轮滑移来执行制动混合。因而，所提出的技术可以有利地与制动混合相结合，从而为包括制动混合的车辆控制提供稳健且高效的机制。特别的优点是涉及一个或多个MSD的实施方式，该一个或多个MSD包括被布置成生成正扭矩和负扭矩二者的电机。然后，该电机可以用于使用高控制带宽精确地控制车轮滑移，而其它系统可以用于施加固定扭矩制动。例如，该控制单元被可选地布置成将来自行车制动器MSD的恒定负扭矩配置在基于关于总扭矩请求的裕度而确定的水平。因此，可以在高控制带宽下准确地执行滑移控制，而没有来自固定扭矩制动的无意中强加约束的风险。

本文还公开了与上文讨论的优点相关联的计算机程序、计算机可读介质、计算机程序产品和车辆。

一般而言，权利要求中使用的所有术语均应根据其在技术领域中的通常含义来解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/元件、装置、组件、措施、步骤等”的引用，除非另有明确说明，否则将被公开解释为指元件、装置、组件、措施、步骤等的至少一个实例。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。当研究所附权利要求书和以下说明时，本发明的进一步特征和优点将变得明显。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合以产生除下文中描述的那些实施例之外的实施例。

附图说明

参考附图，下面是作为示例引用的本发明实施例的更详细描述。

在这些图中：

图1示出了示例的重型车辆；

图2示意性地示出了运动支持设备控制布局；

图3示意性地示出了分层功能控制架构；

图4是示出了作为车轮滑移的函数的轮胎力的示例的曲线图；

图5是示出了车辆速度和各种相关联的控制区域的曲线图；

图6是示出了制动混合期间的示例车辆操作的曲线图；

图7示出了了示例的运动支持设备控制系统；

图8示意性地示出了分离摩擦操作条件；

图9是示出了方法的流程图；

图10示意性地示出了控制单元；并且

图11示出了示例的计算机程序产品。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的某些方面。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例和方面；相反，这些实施例是通过示例的方式提供的，以便本公开将是彻底的和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。

应当理解，本发明不限于本文中所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员应认识到，在所附权利要求书的范围内可以做出许多修改和变型。

图1示出了其中可以有利地应用本文中公开的技术的、用于货物运输的示例车辆100。车辆100包括被支撑在前轮150和后轮160上的牵引车或牵引车辆110，其中至少一些车轮是驱动轮。通常(但不一定)，牵引车110上的所有车轮都是制动轮。牵引车110被配置成以已知方式通过牵引座连接来拖行被支撑在挂车车轮170上的第一挂车单元120。挂车车轮通常是制动轮，但也可以包括在一个或多个轮轴上的驱动轮。牵引车110可以由中央内燃机和/或由一个或多个电机提供动力。其中可以有利地应用本文中公开的技术的感兴趣配置是一种电池供电的电动车辆，该电动车辆在每个车轮处包括可以提供推进和制动功能的单独电机。

应当明白，本文公开的方法和控制单元也可以有利地应用于其它类型的重型车辆，例如具有牵引杆连接的卡车、建筑设备、公共汽车等。

牵引车110包括车辆单元计算机(VUC)130，用于控制各种功能，即，用于实现推进、制动和转向。一些挂车单元120还包括用于控制挂车的各种功能(例如挂车车轮的制动，有时还有挂车车轮推进)的VUC 140。VUC 130、140可以集中或分布在若干个处理电路上。车辆控制功能的多个部分也可以被远程执行，例如，在经由无线链路180和无线接入网络185连接到车辆100的远程服务器190上执行。远程服务器190可以用于例如远程地配置车辆功能，并更新用于各种车辆控制功能的参数和模型。

牵引车110上的VUC 130(以及可能还有挂车120上的VUC 140)可以被配置成执行根据分层功能架构组织的车辆控制方法，在该分层功能架构中，一些功能可以被包含在更高层中的交通状况管理(TSM)域中，而一些其它功能可以被包含在驻留在较低功能层中的车辆运动管理(VMM)域中。下面将结合图3更详细地讨论这种分层功能架构300的示例，其中应当明白，可以在一个或多个处理单元上实现不同的功能。

图2示意性地示出了通过摩擦制动器220(例如盘式制动器或鼓式制动器)和推进设备250来控制车轮210的运动的功能200，它们代表了也可以被称为致动器的示例MSD。摩擦制动器220和推进设备250是车轮扭矩生成设备，其可以由一个或多个MSD控制单元230控制，该控制是基于例如从车轮速度传感器240和从其它车辆状态传感器280(例如雷达传感器、激光雷达传感器以及基于视觉的传感器(例如相机传感器和红外检测器))获得的测量数据。可以根据本文讨论的原理控制的其它示例的扭矩生成MSD包括车辆内燃机、内燃机缓速器装置和动力转向设备。

TSM功能270以例如10秒左右的时间范围(time horizon)规划驾驶操作。该时间框架(time frame)对应于例如车辆100通过弯道等所花费的时间。由TSM功能规划和执行的车辆机动可以与加速度曲线a_req和曲率曲线c_req相关联，这些加速度曲线a_req和曲率曲线c_req描述了沿着给定机动路径的期望的车辆速度行为。TSM从进行力分配和MSD协调的VMM功能260连续请求所期望的加速度曲线和曲率曲线，从而以安全且稳健的方式满足来自TSM功能270的请求。

VMM功能260以大约1秒左右的时间范围操作，并且连续地将加速度曲线和曲率曲线转换成用于控制由车辆100的不同MSD 220、250致动的车辆运动功能的控制命令。如果车辆正在运动，则VMM执行运动估计，即，通过使用布置在车辆100上的各种传感器240、280(通常与MSD相连)监视操作来确定车辆组合体中的不同单元的位置、速度、加速度和铰接角度。例如，通过使用例如全球定位系统、雷达传感器和/或激光雷达传感器确定车辆单元运动，并将该车辆单元运动转换成给定车轮210的本地坐标系(例如，在纵向速度分量和横向速度分量方面)，通过将车轮参考坐标系中的车辆(或车轮)对地运动与从和车轮210相连布置的车轮速度传感器240获得的数据进行比较，可以准确地估计车轮滑移。

将在下面结合图3更详细讨论的轮胎模型可以用于在期望的纵向轮胎力Fx和车轮滑移λ之间转换。车轮滑移λ涉及车轮旋转速度和对地速度之间的差异。车轮速度ω_w是车轮旋转速度，以例如每分钟转数或角速度为单位给出。车轮速度ω_w可以经由车轮半径(通过乘以旋转速度和车轮半径)转换成速度。这里的轮胎模型是车轮行为的模型，其描述了作为车轮滑移的函数在纵向方向(在滚动方向上)和/或在横向方向(与纵向方向正交)上生成的车轮力。在Hans Pacejka的文献“Tyre and vehicle dynamics(轮胎和车辆动力学)”(Elsevier Ltd.2012,ISBN978-0-08-097016-5)中涵盖了轮胎模型的基础知识。例如，参见第7章，其中讨论了车轮滑移与纵向力之间的关系。

加速度曲线和曲率曲线可以从重型车辆的驾驶员处经由诸如方向盘、加速器踏板和制动器踏板之类的常规控制输入设备来获得。也可以从更高层的自主或半自主驾驶功能来获得加速度曲线和曲率曲线。

参考图3，VMM功能260首先在力生成模块310中执行全局力生成。在该模块中，VMM功能确定将引起车辆根据加速度曲线加速并遵循由曲率曲线限定的路径的所需全局力和力矩。这种全局力生成方法通常是已知的，因此本文中将不进行更详细的讨论。

一旦针对给定的加速度和曲率曲线完成了全局力生成，VMM功能260就通过MSD协调模块320协调不同的MSD，以通过经协调的MSD共同提供所需的全局力和力矩。应当明白，通常有若干不同的解决方案来生成给定的全局力和力矩集合。例如，可以通过行车制动器(通常是摩擦制动器，例如盘式或鼓式制动器)和/或通过施加电磁制动的电机二者来执行制动。转向可以通过动力转向系统也可以通过如WO2019072379A1中解释的差速制动来执行。

再次参考图2，VMM和MSD之间的能够向车辆车轮传递扭矩的接口265传统上一直专注于从VMM功能向每个MSD发出基于扭矩的请求，而未考虑任何车轮滑移。然而，这种方法与一些性能限制相关联。如果出现安全危急或过度车轮滑移的情况，则在单独控制单元上运行的相关安全功能(牵引力控制、防抱死制动等)通常会介入并请求扭矩超控，以使滑移恢复受控。这种方法的问题在于，由于致动器的主要控制和致动器的任何车轮滑移控制通常被分配给不同的电子控制单元(ECU)，它们之间的通信时延会显著限制滑移控制性能。此外，相关致动器和在用于实现实际滑移控制的两个ECU中做出的滑移假设可能不一致，这反过来会导致次优性能。此外，如上所述，接口265上的控制带宽可以与带宽限制相关联，这会阻止足够快地更新扭矩请求，使得难以在困难情况下(例如分离摩擦驾驶情况、车辆在丘陵条件下起动等)控制车辆。

作为代替，通过如下措施可以实现显著的好处：通过在VMM和MSD控制器或多个控制器230之间的接口265上使用基于车轮速度或车轮滑移的请求并由此将困难的致动器速度控制回路转移到本地MSD控制器230，该本地MSD控制器230通常以比VMM功能260更短的采样时间操作(更高的控制带宽)，并且该本地MSD控制器不受中央VCU 130、140和本地MSD控制器之间的接口265的带宽限制的影响。与基于扭矩的控制接口相比，这种架构可以提供更好的干扰抑制，并提高轮胎道路接触面处生成的力的可预测性。

而且，这种基于本地车轮滑移或车轮速度的控制将会对道路摩擦和/或车轮法向力的突然变化不太敏感。如果道路摩擦突然减小，或者如果车辆驶过道路上的颠簸区而临时且突然减小车轮法向力，则传统扭矩控制的车轮存在过度车轮滑移的风险，这会触发诸如牵引力控制等的反制措施。然而，如果MSD控制的目标是将车轮滑移维持在恒定水平，则系统将快速检测车轮速度的变化并调整扭矩以将车轮滑移维持在所请求的水平。事实上，所提出的系统甚至在车轮短时间内失去与地面的接触时也将维持期望的车轮速度。当车轮离开地面时，MSD控制器将迅速检测到车轮速度的增加，MSD控制器立即降低所施加的扭矩以根据所请求的车轮滑移来维持车轮速度。

根据SAE J670(SAE车辆动力学标准委员会，2008年1月24日)，纵向车轮滑移λ可以定义为：

其中：R是以米为单位的有效车轮半径，ω_w是车轮的角速度，v_x是车轮的对地纵向速度(在车轮坐标系中)。因而，λ介于-1与1之间，并且量化了车轮相对于路面滑移的程度。

车轮滑移本质上是在车轮与车辆之间测得的速度差。因此应当明白，本文中公开的技术可以适用于任何类型的车轮滑移定义。还应当明白，在车轮坐标系中，给定车轮对表面的速度，车轮滑移值等效于车轮速度值。

VMM 260以及可选地还有MSD控制单元230维持关于v_x(在车轮参考系中)的信息，而车轮速度传感器240等可以用于确定ω_w(车轮旋转速度)。例如，可以基于车辆状态传感器(例如全球定位传感器、雷达传感器和/或激光雷达传感器，以及诸如相机等的基于视觉的传感器)来不断更新关于v_x的信息。

图4是曲线图400，示出了作为车轮滑移的函数的可实现轮胎力。纵向可获得轮胎力Fx对于小的车轮滑移呈现出几乎线性增加的部分410，之后是对于较大的车轮滑移具有更多非线性行为的部分420。即使在相对较小的纵向车轮滑移下，可获得的横向轮胎力Fy也迅速减小。希望将车辆操作维持在线性区域410中，其中，响应于所施加的制动命令的可获得纵向力更容易预测，并且在需要时可以生成足够的横向轮胎力。为了确保在该区域中操作，可以在给定的车轮上施加例如约0.1的车轮滑移限制λ_LIM。对于较大的车轮滑移(例如超过0.1)，可以看到更加非线性的区域420。在该区域控制车辆可能是困难的，因此经常要避免该区域。

VMM 260可以使用这种类型的轮胎模型以在某个车轮处生成期望的轮胎力。代替像传统系统中那样请求对应于期望的轮胎力的扭矩，VMM功能260可以将期望的轮胎力转换为或映射为等效的车轮滑移(或等效地，相对于对地速度的车轮速度)，并从MSD控制器请求该车轮滑移而非请求扭矩。因而，在图4中，如果在某个车轮处生成的期望车轮力约为5.5kN(由带附图标记430的虚线表示)，那么，如果请求等效的车轮滑移λ_req，该力将由所述车轮生成。只要MSD控制单元230控制车轮以维持这种车轮滑移，就将会生成接近期望值的恒定车轮力。

这种方法的主要优点之一是MSD控制单元230将能够以高得多的控制带宽(并由此更准确地)通过使用车辆速度v_x和车轮速度ω_w将操作维持在期望的车轮滑移，从而传递期望的车轮力。这种从所需车轮力到车轮速度或车轮滑移的转换是在图3中的逆轮胎模型块330中执行的。控制单元300可以被布置成将预定的逆轮胎模型f^-1存储在存储器中以在逆轮胎模型块330中使用。逆轮胎模型f^-1也可以经由到远程服务器190的无线链路定期更新，并因而保持与整体车辆特性是时新的(up to date)。

总结上文的讨论，本文公开了一种用于控制重型车辆100的控制单元130、140、300。该控制单元被布置成获得表示车辆100的期望机动的加速度曲线a_req和曲率曲线c_req。加速度曲线a_req和曲率曲线c_req可以例如指示驾驶员的手动输入，或者它可以是一些半自主或自主驾驶高层功能的输出。加速度曲线和曲率曲线的来源不在本公开的范围内，因此本文将不进行更详细的讨论。

控制单元130、140、300包括力生成模块310，该力生成模块被配置成确定执行期望机动所需的全局车辆力和力矩集合。例如，要加速如图1中所示的车辆组合体等，需要在一个或多个车轮处生成可计算量的正扭矩。如果所述期望机动包括制动，则一种选项是在一个或多个车轮处生成负扭矩，例如，通过应用行车制动器或通过由一个或多个电机生成负扭矩。也可以考虑制动混合，这将在下面更详细地讨论。该全局车辆力集合例如可以包括每个车辆单元110、120在纵向方向和横向方向上的力向量、以及每个车辆单元110、120围绕质心的力矩。

控制单元130、140、300还包括MSD协调模块320，该MSD协调模块被布置成协调一个或多个MSD，以通过生成作用在车辆单元110、120上的相应的车轮力而至少在纵向方向上共同提供全局车辆力和力矩。可选地，车辆100上的MSD控制单元向控制单元提供能力信号，该能力信号通知控制单元关于可以生成的车轮力或扭矩的范围。VMM功能可以使用这些能力报告来确保所请求的车轮滑移可以由MSD在当前操作场景中可行地生成。WO2019072379 A1公开了力生成和MSD协调的示例，其中，选择性地使用车轮制动器来辅助重型车辆的转弯操作。

通常，在传统系统中，MSD协调会生成扭矩请求，这些扭矩请求被发送到不同的MSD控制单元，以便生成车轮力以执行期望的机动。然而，与已知的车辆控制单元不同，本文公开的控制单元130、140、300还包括逆轮胎模型块330，该逆轮胎模型块被配置成将一个或多个车轮力映射为等效的车轮滑移λ，然后从MSD请求车轮滑移λ而非(或者除此之外)请求扭矩。参考图2，这意味着MSD控制单元230被请求控制车轮速度，以维持所期望的车轮滑移或相对于车辆速度的车轮速度而不是所期望的车轮扭矩。如上所述，这种方法的主要优点在于，与MSD控制单元的任务是维持目标车轮扭矩时相比，MSD控制单元230将能够通过使用车辆速度v_x和车轮旋转速度ω_w以期望的车轮滑移维持操作来非常准确地传递所期望的车轮力，尤其是在驾驶条件的瞬变期间。应当明白，这等效于取决于车轮对地速度来请求车轮速度，这是因为车轮滑移仅仅是车轮旋转速度与车轮对地速度之间的差异。

以这种方式，扭矩生成MSD致动器可以被布置成生成与恒定车轮滑移相关联的车轮速度，即，与车轮对地速度相比具有恒定差异。为此，上文讨论的滑移方程可以被重新布置并用作基础，以给出在给定滑移下将维持的所需目标车轮速度：

其中，ω_w是要维持的目标车轮速度，λ_req是基于例如加速器踏板映射的滑移请求。应当明白，为了将ω_w作为输入提供给电机，可能有必要首先根据所实施的齿轮齿数比和最终传动比将该ω_w转换为马达速度。如果归一化总是关于车辆速度v_x，则上面的表达式可能会稍微简化：

在较低的速度下，特别是在零速(静止)时，可能难以跟踪较小的滑移请求。例如，在1公里/小时的车辆速度下，5％的正车轮滑移请求相当于在车轮处仅大约1.05公里/小时。这些问题可以通过发送基于较低速度下的速度偏离(相当于较大的滑移请求)的速度请求来解决，速度偏离可选地逐渐改变为较高速度下所需的滑移请求。这使得MSD控制单元根据下式进行车轮速度控制：

其中，v_x是车辆速度(即，车轮对地速度)，R是车轮半径，ω_off是车轮速度偏离，A_ped是加速器踏板位置，这里被定义为无单位值，例如，从0到1。偏离ω_off可以被确定为：

ω_off＝min(k_PedalFeel*A_ped，k_offsetLim)

其中，k_PedalFeel是可以基于特定期望的驾驶员感觉或其它输入灵敏度指标确定的调整参数，并且其中，k_offsetLim是低速偏离限制。这些参数可以针对不同的车辆进行更改，也可以在同一车辆上具有不同的设置。这些调整参数可以被预先配置或手动配置，这例如取决于驾驶员的偏好。因而，可选地，如果车辆速度v_x低于第一阈值v_low，则该控制单元被布置成请求车轮滑移λ作为与车辆速度v_x的车轮速度偏离ω_off。可选地，如果车轮对地速度v_x高于第二阈值v_high，则该控制单元还被布置成请求车轮滑移λ作为车轮速度ω_w与车辆对地速度或车轮对地速度v_x之间的归一化差(normalized difference)。

第二阈值v_high可以等于第一阈值v_low，由此不存在中间控制区域。替代地，参考图5，可以存在中间控制区域，在这种情况下，第二阈值v_high从第一阈值v_low偏离预定的速度量，并且其中，如果车辆速度在第一阈值和第二阈值之间，则该控制单元被布置成请求以下的车轮行为：该车轮行为代表了对应于速度偏离的车轮速度ω_w与对应于车轮滑移λ的车轮速度ω_w之间的插值。该插值可以例如作为查找表或者作为两个车轮速度之间的加权来实现，其中，根据与这些阈值相关的车辆速度来配置其权重。这意味着，从静止开始的车辆中的一个或多个MSD控制单元将如图5中的曲线图500所例证的那样首先基于车轮速度偏离来施加控制，直到车辆达到等于第一阈值v_low的速度，这发生在时间t₁。然后，在中间区域中，车轮速度被MSD控制单元230控制为通过速度偏离控制方法给出的车轮速度值与通过相对车轮滑移控制方法给出的车轮速度之间的插值。一旦车辆速度超过第二阈值v_high，该车辆控制就会转变为纯粹基于相对车轮滑移的控制，其中，车轮力经由逆轮胎模型被映射为等效的车轮滑移，并且其中，MSD控制单元控制车轮速度以在所请求的相对车轮滑移下维持操作，由此获得上述优点并避免与面向MSD控制单元的传统基于扭矩的控制接口相关联的缺点。

根据一些方面，该控制单元被布置成接收表示一个或多个MSD的能力的数据，并且验证所请求的车轮滑移在相应的MSD的能力内。该能力数据可以是扭矩范围等的形式，其可以与当前期望的车轮力进行比较。在期望的车轮力处于该扭矩能力范围内所能提供的范围之外的情况下，不同的MSD协调解决方案，甚至是不同的全局力生成解决方案可能是有必要的。

图6示出了涉及制动混合的两个示例MSD(即，当两个或更多个MSD被共同使用以生成制动力时)的平均总扭矩请求610的示例600。在图6的示例中，电机用于提供围绕平均总扭矩请求610的滑移受控的制动车轮扭矩620。以高带宽控制由电机施加的扭矩，这是因为该控制是基于车轮滑移并且该控制是在车轮端部或轮轴本地的。基线制动扭矩630由行车制动系统(即车辆摩擦制动器)或由如发动机缓速器等的辅助制动系统施加。基线扭矩水平630使得控制单元有足够的时间在由电机施加的扭矩620应接近零的情况下脱开行车制动器和/或辅助制动器，在这种情况下，将失去高带宽扭矩控制。为此，该控制单元可以被布置成将行车制动器或辅助制动器的恒定扭矩630配置为比总扭矩请求610低一定裕度640的扭矩水平，由此允许电机可以在其中操作的扭矩范围。优选根据使行车制动器或辅助制动器从主动制动状态脱开的时间来配置该裕度640。换句话说，即使道路条件突然改变，需要重新配置恒定扭矩630，该系统也为电机留出足够的空间来执行基于滑移的车轮控制。

所述裕度可以例如通过安全系数乘以总请求扭矩来确定，使得由行车制动器或辅助制动器施加的恒定扭矩总是比总请求扭矩低给定的百分比。这为电机提供了足够的空间来启动制动。

根据一些方面，该控制单元被布置成配置所述裕度640，以优化电机的能量再生。在这种情况下，该电机以接近最大负扭矩运行，以便提供尽可能多的再生能量，例如在下坡行驶时。然而，如果电机扭矩生成能力应该下降，例如由于过热等，则裕度640将相应地减小。

因此，车辆100上的制动系统可以包括行车制动系统和电机制动系统。本文公开的方法可选地包括：确定车辆车轮的总制动车轮力，获得电机的制动扭矩能力，确定总制动车轮力请求是否超过电机的制动扭矩能力，以及，如果总车轮力请求超过电机的制动扭矩能力，则由行车制动系统施加基线制动扭矩。更基线制动扭矩被配置成补偿总车轮力请求和电机的制动扭矩能力之间的差异。该方法还包括通过电机制动系统而不是通过行车制动系统来控制车轮滑移，作为代替，在恒定的扭矩水平下控制车轮滑移。以这种方式，在大多数制动操作期间主要由电机高效地应对滑移控制，即使在相对较重的制动事件期间也是如此。电机的制动扭矩能力受到监视，并且，由行车制动系统控制的扭矩(固定扭矩水平)制动用于确保能够满足制动扭矩请求。这意味着电机控制车轮滑移，而行车制动系统滑移控制器不活动，只要制动扭矩请求不高于使用行车制动器提供例如重紧急制动的阈值水平即可。这简化了控制并允许通过例如再生减速系统进行高效操作，这是因为在例如协调和联合车轮滑移控制方面，不需要考虑行车制动器滑移控制系统。

因而，根据一些方面，该控制单元被布置成通过从行车制动器MSD请求恒定负扭矩并从一个或多个电机MSD请求车轮滑移λ来执行制动混合。换句话说，本文中公开的技术可以与行车制动系统的扭矩控制相结合，以使行车制动器充满额外的能力，同时使电马达的使用率最大化，并使其进行大部分的高频控制，这在再生方面对车轮速度控制和效率来说是更好的。

类似地，也有可能将制动器踏板映射为对马达的负速度请求，并将其与现有的行车制动器混合。

根据一些方面，电机能够在有限的时间量内提供更高的扭矩、峰值扭矩。因而，根据一些方面，存在与电机的制动扭矩能力相关联的时间依赖性，并且总制动扭矩请求包括持续时间。

图7示出了包括多个MSD控制单元230a-230f的车辆控制系统，其中所述多个MSD控制单元被布置为控制相应的车轮210a-210f。MSD该控制单元被布置成由包括上文讨论的VMM功能260和TSM功能270的VUC 130控制。

图8示意性地示出了在分离摩擦情形800中的驾驶，其中，在没有事先警告的情况下遇到低摩擦区域830、840、850。车辆100能够安全且高效地在向前方向820上遵循加速度曲线。由于例如控制带宽限制，在用具有传统基于扭矩的MSD控制架构的此类场景中的操作具有挑战性。然而，如果替代地从车辆100上的MSD控制单元请求车轮滑移，则将生成更接近所期望的车轮力的车轮力。而且，如果一些车轮暂时经历法向力的突然变化(例如如果车辆驶过道路810中的颠簸区)，不会导致车轮过度滑移，这是因为车轮速度传感器将快速检测到车轮速度的增大并相应地进行补偿以维持在请求的车轮滑移下操作。

图9是示出总结了至少一些上述讨论的方法的流程图。示出了在控制单元130、140、300中执行的用于控制重型车辆100的方法。该方法包括：

获得S1表示车辆100的期望机动的加速度曲线a_req和曲率曲线c_req，

由力生成模块310确定S2执行所述期望机动所需的全局车辆力和力矩集合，

由运动支持设备MSD协调模块320协调S3一个或多个MSD，以通过生成一个或多个相应的车轮力来共同提供所述全局车辆力和力矩，以及

通过逆轮胎模型330将所述一个或多个车轮力映射S4为等效的车轮滑移λ，

其中，该方法进一步包括通过从MSD请求车轮滑移λ来控制S5所述重型车辆。上文结合图1至图8讨论了该方法的各个方面。

图10在多个功能单元方面示意性地示出了诸如VUC 130、140、300之类的控制单元的部件。根据本文的讨论的实施例，该控制单元可以实现TSM 270、VMM 260和/或控制功能230的一个或多个上文讨论的功能。该控制单元被配置成执行上文讨论的至少一些用于控制重型车辆100的功能。使用能够执行存储在计算机程序产品(例如，呈存储介质1020的形式)中的软件指令的合适中央处理单元CPU、多处理器、微控制器、数字信号处理器DSP等中的一个或多个的任意组合来提供处理电路1010。处理电路1010可以进一步被提供为至少一个专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。

特别地，处理电路1010被配置成使控制单元101执行一组操作或步骤，例如结合图7讨论的方法。例如，存储介质1020可以存储所述一组操作，并且处理电路1010可以被配置成从存储介质1020检索所述一组操作以使控制单元800执行所述一组操作。所述一组操作可以作为可执行指令集提供。因而，处理电路1010由此被布置成执行本文中所公开的方法。

存储介质1020还可以包括永久存储设备，例如，可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任一种或它们的组合。

控制单元800可以还包括用于与至少一个外部设备通信的接口1030。因此，接口1030可以包括一个或多个发射器和接收器，包括模拟和数字部件以及用于有线或无线通信的合适数量的端口。

处理电路1010例如通过向接口1030和存储介质1020发送数据和控制信号、通过从接口1030接收数据和报告、以及通过从存储介质1020检索数据和指令来控制控制单元800的一般操作。控制节点的其它部件以及相关功能被省略，以免混淆本文呈现的概念。

图11示出了计算机可读介质1110，其计算机可读介质1110携载有包括程序代码组件1120的计算机程序，该程序代码组件用于当所述程序产品在计算机上运行时执行图9中所示的方法。该计算机可读介质和代码组件可以一起形成计算机程序产品1100。

Claims

1.一种用于控制重型车辆(100)的控制单元(130、140、300)，

其中，所述控制单元被布置成获得表示所述车辆(100)的期望机动的加速度曲线(a_req)和曲率曲线(c_req)，

所述控制单元(130、140、300)包括力生成模块(310)，所述力生成模块(310)被配置成确定执行所述期望机动所需的全局车辆力和力矩的集合，

所述控制单元(130、140、300)还包括运动支持设备MSD协调模块(320)，所述MSD协调模块(320)被布置成协调一个或多个MSD，以通过生成相应的一个或多个车轮力来共同提供所述全局车辆力和力矩的集合，以及

逆轮胎模型块(330)，所述逆轮胎模型块(330)被配置成将所述一个或多个车轮力映射为等效的车轮滑移(λ)，

其中，所述控制单元(130、140、300)被布置成请求要由所述MSD维持的所述车轮滑移(λ)，以在所述期望机动期间控制所述重型车辆。

2.根据权利要求1所述的控制单元(130、140、300)，如果车辆对地速度(v_x)低于第一阈值(v_low)，则所述控制单元(130、140、300)被布置成请求车轮滑移(λ)作为从所述车辆对地速度(v_x)的车轮速度偏离(ω_off)。

3.根据权利要求2所述的控制单元(130、140、300)，其中，要由MSD维持的期望车轮速度ω_w被确定为

其中，v_x为所述车辆对地速度，R为车轮半径，ω_off为所述车轮速度偏离，A_ped为介于0和1之间的加速度踏板位置值。

4.根据权利要求3所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述车轮速度偏离ω_off是根据与驾驶员偏好和/或低速偏离限制k_offsetLim相关联的增益因子k_PedalFeel来确定的。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制单元(130、140、300)，如果所述车辆对地速度(v_x)高于第二阈值(v_high)，则所述控制单元(130、140、300)被布置成请求车轮滑移(λ)作为所述车轮速度ω_w和车辆对地速度(v_x)之间的归一化差。

6.根据权利要求5所述的控制单元(130、140、300)，其中，要由MSD维持的期望车轮速度ω_w被确定为：

或

其中，v_x为所述车辆对地速度，R为车轮半径，λ_req为所请求的车轮滑移。

7.根据权利要求5所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述第二阈值(v_high)等于所述第一阈值(v_low)。

8.根据权利要求5所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述第二阈值(v_high)从所述第一阈值(v_low)偏离预定的速度值，其中，如果所述车辆速度在所述第一阈值和所述第二阈值之间，则所述控制单元被布置成请求以下的车轮行为：该车轮行为代表了对应于速度偏离的车轮速度(ω_w)与对应于关于对地速度的车轮速度差的车轮速度之间的插值。

9.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述控制单元被布置成接收表示一个或多个MSD的能力的数据，并验证所请求的车轮滑移(λ)在相应的MSD的能力内。

10.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述控制单元被布置成通过从行车制动器或辅助制动器MSD请求恒定负扭矩(630)并从一个或多个电机MSD请求所述车轮滑移(λ)来执行制动混合。

11.根据权利要求10所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述控制单元被布置成以比总扭矩请求(610)低一定裕度(640)的扭矩水平来配置所述行车制动器或辅助制动器的所述恒定负扭矩(630)，其中，所述裕度(640)是根据使所述行车制动器或辅助制动器从主动制动状态脱开的预期时间来配置的。

12.根据权利要求1-4中的任一项所述的控制单元(130、140、300)，其中，所述MSD包括被布置成生成正扭矩和负扭矩的至少一个电机。

13.一种车辆(100)，其包括根据权利要求1至12中的任一项所述的控制单元(130、140、300)。

14.一种在控制单元(130、140、300)中执行的用于控制重型车辆(100)的方法，所述方法包括：

获得(S1)表示所述车辆(100)的期望机动的加速度曲线(a_req)和曲率曲线(c_req)，

由力生成模块(310)确定(S2)执行所述期望机动所需的全局车辆力和力矩的集合，

由运动支持设备MSD协调模块(320)协调(S3)一个或多个MSD，以通过生成相应的一个或多个车轮力来共同提供所述全局车辆力和力矩，以及

通过逆轮胎模型(330)将所述一个或多个车轮力映射(S4)为等效的车轮滑移(λ)，

其中，所述方法进一步包括通过请求要由所述MSD维持的所述车轮滑移(λ)来控制(S5)所述重型车辆。

15.一种计算机可读介质(1110)，所述计算机可读介质(1110)携载有包括程序代码组件的计算机程序(1120)，所述程序代码组件用于当所述计算机程序在计算机上或在控制单元(130、140、300)的处理电路(1010)上运行时执行根据权利要求14所述的方法。