CN114872532A - 软件定义混联动力总成及车辆 - Google Patents
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Abstract
本公开的双电机混联动力总成系统，通过对发动机和电池包的瞬态功率时变函数分别进行脉冲调制控制，即串混智能启停控制或并混智能功率切换控制,将现有技术模拟电控发动机的复杂面工况转换为数字脉控发动机的简单线工况，在燃烧高效区内指定高态线工况与零油耗零排放的指定无燃低态线工况之间二选一时分复用；将发动机工况与车辆工况之间的传统固定式一对一双向映射关系转换为动态可调式多对多双向映射关系，全面覆盖任何整车工况；实现脉控发动机工况与整车工况解耦及混联动力总成软件与硬件解耦；通过软件定义和空中下载升级，能够针对每台车辆或每个车辆应用场景敏捷定制整车功率管理策略，实施在线实时全局性节能减排优化算法。
Description
技术领域
本申请涉及混联动力总成及车辆。
背景技术
公路物流对世界各个主要经济体都至关重要。干线物流重卡(平均工作日行驶600公里以上；80％以上行驶里程为封闭式高速公路；总重超过15吨)即是公路物流行业的中坚力量，也是交通领域的油耗(CO2)和污染物排放(NOx等)大户，是各国政府常年节能减排监管整治的重点之一。当今欧美针对包括公路重型卡车(简称“重卡”)在内的大型商用车辆(车辆总重量大于10吨)的强制性排放法规已从聚焦减少尾气污染物排放的欧-VI标准(2014年开始在欧洲全面实施)和美国EPA-2010(2010年开始在美国全面实施)转变为聚焦降低尾气中以二氧化碳(CO2)为主的各种温室气体(GHG)碳排放的一系列新排放法规。车辆的碳排放(CO2克/公里)和其油耗(升/百公里)基本成正比，降低油耗(或提高燃油经济性MPG；英里/加仑)等同于减少碳排放。
美国联邦政府2016年颁布的针对中/重型发动机(柴油或天然气)和商用车的温室气体第二阶段法规(GHG-II)，明确规定了2021年到2027年期间，所有在美国新注册销售的中/重型发动机和商用车在维持EPA-2010尾气污染物排放限值不变的前提下，逐年提高车辆燃油经济性(FE，英里/加仑)，降低油耗(FC，升/百公里)或碳排放(CO2，克/公里)的详尽强制性标准。2019年欧盟通过了其历史上首部针对重卡碳排放的强制性法规(即欧洲CO2标准)；该法规在维持欧-VI尾气污染物排放限值不变的前提下，以2019年柴油重卡碳排放(即油耗)为基准，要求到2025年，欧洲新重卡碳排放(CO2，克/公里)下降15％；到2030年，碳排放下降30％。中国2017年开始全国实施大型商用车辆国-5强制性排放法规，从2021年7月开始全国范围实施国-6强制性排放法规；国-6标准在尾气污染物排放限值方面与欧-VI标准和美国EPA-2010标准基本相同，个别限值甚至更严格；同时中国也有针对重卡油耗或碳排放的法规。
排放法规是世界各国车辆动力总成技术发展的最主要推动力。中国国-6重卡的动力总成将和目前北美和欧洲重卡的动力总成在历史上首次处于同一技术平台水平。根据近二十年以来中国国-1到国-6法规制定颁布都参照欧盟欧-I到欧-VI法规的历史经验，预计中国将会跟进欧盟，很快推出聚焦重卡碳排放强度和油耗的新法规。显然，2021年以后，全球三大重卡市场(中国、美国、欧盟)的强制性排放法规和行业聚焦都将从继续降低重卡的尾气污染物排放转向逐年减少重卡的油耗和碳排放。一辆干线物流重卡在欧美平均燃油费近六万美元/年，在中国重卡燃油费可高达四十万元人民币/年。美国二百多万辆重卡每年总油费超过千亿美元，中国五百多万辆重卡每年总油费超过一万亿元人民币。通过技术创新，同时降低重卡油耗和排放，对主机厂、司机、车队、运货人、政府、社会等各利益攸关方都意义非凡。
美国在重卡排放及油耗法规制定和技术研发方面一直走在世界前列。由美国能源部(DOE)牵头并资助总计1亿美元的“超级卡车“项目(SuperTruck I,2011-2016)，四支由美国前四大重卡主机厂领衔的技术团队，通过五年研发，所打造的四辆超级重卡样车，2016年底都超额完成对标2009年重卡货运燃油经济性(加仑/吨英里)改善50％和柴油发动机热效率(BTE)50％的目标。2017至2022年，美国能源部再次资助五支技术团队总计八千万美元研发费，实施“超级卡车II”项目(SuperTruck II)，预期五辆超级重卡样车2022年将达到柴油机热效率(BTE)55％和重卡货运燃油经济性(加仑/吨英里)改善100％的目标。每个由重卡主机厂牵头的技术团队，企业自身的合计资源投入，都高于其从美国政府获得的资助金额；两期美国超级卡车项目(SuperTruck I&II)总计耗时十年(2011～2022)，美国联邦政府总投资超过4亿美元；九辆超级重卡样车的技术路线和研发及测试成果，代表当今世界重卡行业的顶尖技术水平。
美国的超级卡车项目，包含了北美重卡行业认为2027年前可能量产并落地商用的全部重卡节能减排技术方案，今后主要挑战是如何提高各项节能减排技术方案产品化的综合性价比，加快量产商用落地的步伐。目前美国重卡行业中长期挑战是如何在有效地控制新重卡售价涨幅的前提下，达到GHG-II重卡油耗2027年的强制性要求。值得注意，上述美国超级卡车项目全部九家技术团队无一采用深度油电混动的重卡技术路线；显然，当今美国重卡行业一致认为，全混重卡(Full Hybrid HDT)技术方案在2027年前无法量产商用。
近十年来，在世界主要汽车市场，特别是世界最大的中国汽车市场，纯电或油电混合动力的乘用车和大型客车，在政府大力补贴之下，都有大规模落地商用的成功先例。但在中国/美国/欧盟这三个全球范围体量最大、技术最先进的干线物流重卡市场，国内外行业专家普遍认为2030年以前，受限于当今可产业化的动力电池技术和性能极限，零排放纯电重卡或超低排放深混重卡(Full Hybrid Truck)在无政府补贴的情况下，在干线物流场景下，难以实现大规模商用；换句话讲，干线物流重卡的电动化是当前全球新能源汽车产业未征服的技术巅峰。细节参见下列欧美公开行业研究报告:1)里卡多(Ricardo)公司2017年题为“重型车辆技术潜力和成本分析”的研究报告。Ricardo(2017),“Heavy Duty VehicleTechnology Potential and Cost Study”,Final Report for ICCT；2)国际清洁交通协会(ICCT)Oscar Delgado等专家2018年1月发表的白皮书”European Heavy-Duty Vehicles:Cost Effectiveness of Fuel-Efficiency Technologies for Long-Haul Tractor-Trailers in the 2025-2030Timeframe”；3)国际清洁交通协会(ICCT)Felipe Rrodriguez博士2018年6月28日学术报告”HDV Fuel Efficiency Technologies”；4)美国能源部2016年6月提交国会的报告”Adoption of New Fuel Efficient Technologies fromSuperTruck”。5)北美货运效率协会(NACFE)2019年题为“纯电、混动、或替代燃料重卡”的调研报告；”Viable Class 7/8Electric,Hybrid and Alternative Fuel Tractors”,NorthAmerican Council for Freight Efficiency,December 2019。
油电混动车辆的实际油耗(升/百公里)与该车辆运行工况(Duty Cycle)高度关联。城市工况(Urban)下车辆平均车速低(小于40公里/小时)，主动加速、减速或制动频繁；高速公路(Highway)工况下车辆平均车速高(大于60公里/小时)，主动加速、减速或制动不频繁。混动车主要通过驱动电机的再生制动来回收能量，达到节能减排的有益效果。长期以来，全球汽车产业界和学术界对混动车辆(轻型车或重型车)的节油潜力有如下“共识”：城市工况下，混动车辆比传统燃油车节油明显，综合油耗可降低30％以上；但在高速公路工况下(平均时速高于60公里/小时；很少主动加速或刹车减速)，发动机能长期稳定地工作在其高效区，再生制动回收能量的机会少，混动车辆比传统燃油车节油效果不明显，综合油耗降幅不可能超过10％；特别是串联混动车辆，因发动机发电加纯电驱动需要经过多次能量转化，在高速公路工况下节油效果不如并联混动车辆，甚至可能比传统燃油车更费油。
全世界已量产商用重卡的发动机中，柴油机占比超过95％；重卡柴油机在高速工况下可稳定地工作在其燃烧高效区，经过几十年不断改进后，其节油边际效益递减，进一步减低传统柴油机油耗和排放的技术挑战越来越大，成本增加也越来越高；在过去二十五年间，美国、欧洲、和中国干线物流重卡行业平均油耗(升/百公里)年均降幅不足1.5％；对欧美或中国的重卡制造商而言，以市场认的高性价比逐年明显降低干线物流重卡实际综合油耗(升/百公里)，在技术上和商务上的挑战巨大。参见欧洲汽车制造商协会(ACEA)於2018年8月针对欧盟重卡新CO2排放标准立法的立场文件“The European Comission Proposal onCO2 Standards for New Heavy-Duty Vehicles”；ACEA当时认为，欧盟即将批准的新碳排放(CO2)强制性标准中，2025年油耗降15％，2030年油耗降30％的目标太激进；新重卡动力总成开发时间很长，目前没有性价比高和可及时量产的技术路线，来实现2025年欧盟节油法规目标；足见进一步双位百分点降低现代重卡的油耗在技术上和商务上极具挑战。显然，任何节油技术，都有降低车辆尾气污染物排放和温室气体(或碳)排放的双重益处。换句话讲，车辆节能必有利于减排(污染物和CO2)，但是减少尾气污染物排放并不一定有利于节油；实际上绝大多数减小以NOx为代表的尾气污染物排放的已量产或可量产的技术方案都以增加油耗(即CO2排放)为代价。
在保证整车动力性的前提下，优化整车实际(RDE运行)节能减排是全球汽车行业长期不懈追求的二大终极目标；欧美主流重卡主机厂及相关研究机构近二十年来，投入大量的人力和物力，积极探索和开发多种重卡节油减排技术，截止2020年底，欧美各家主流重卡主机厂和一级供应商都还没有公开能够满足欧洲CO2法规2030年碳排放目标值或美国GHG-II法规2027年碳排放目标值并可及时产业化的深度油电混动的重卡动力总成新技术路线或方案。在本发明中，针对传统内燃机重卡或油电混动重卡而言，节能的核心指标(Core Metrics)是油耗(FC，升/百公里)或碳排放(CO2，克/公里)，减排的核心指标是NOx排放(克/千瓦时或克/马力小时)。绝大多数已量产或近期(三年内)可量产的柴油机节能减排技术措施，在CO2与NOx排放之间只能实现零和权衡(Zero-sum Trade-off)，即二者只能一降一升，无法一降一平或二者同降；能够在CO2与NOx排放之间实现正和权衡(Positive-sumTrade-off；即二者能一降一平或二者同降)的高性价比且近期可量产的技术方案凤毛麟角，是全球重卡行业几十年不懈追求的圣杯(Holy Grail)。某全球著名的汽车集团，在美国销售了近60万辆清洁柴油乘用车，对外宣称找到了能够同时优化道路车辆柴油机CO2和NOx的高性价比可量产技术方案；但2015年该汽车集团向美国政府(EPA和CARB)公开承认在车辆节能减排认证过程中排放控制软件作弊造假；在车辆排放认证测试时，软件指挥柴油机采用减排控制策略，保证NOx排放稳定达标，但此时软件既不测算也不在乎实际油耗高(即CO2排放高)的代价；而在车辆实际行驶环境(RDE-Real Driving Enviroment)运行时，软件指挥柴油机采用节能控制策略，保证CO2排放最低(即油耗最小化)，但此时实际NOx排放比法规限值高二十倍以上；该汽车集团最终被以美国为首各国政府罚款总计超过二百亿美元，企业声誉大跌；这起震惊世界的“柴油门”事件，从一个侧面反映出如何发明高性价比可量产的技术方案，以达到同时优化柴油机RDE油耗和排放(即CO2和NOx排放同时最小化)的有益效果，是当今全球汽车行业急待解决的技术难题。需强调，在发动机排放法规认证过程中，与排放相关的硬件一样，标定软件版本一旦确定，如同刻在石板上，不得擅自修改；所有标定软件在工程更改之后必须重新做排放认证。
国际清洁交通协会(ICCT)於2020年5月发表了欧美重卡实际运行排放达标分析白皮书，“In-use NOx Emissions and Compliance Evaluation for Modern Heavy-DutyVehicles in Europe and United States”，White Paper,ICCT,May 2020；根据该白皮书，欧洲和美国的现代柴油重卡，在实际驾驶环境(RDE)下，特别是对整车油耗和排放极具挑战的低速低负荷工况或怠速工况下，使用便携式排放测试仪(PEMS)，实际NOx排放普遍超标；而且在大概率发动机低速低负荷或怠速运行的城市工况下，现代美国重卡(满足EPA-2010)比现代欧洲重卡(满足欧-VI)RDE实际NOx排放值要高一倍，且二者均超标；例如当车速低于25mph(即英里/小时，城市工况)时，美国重卡的NOx实际排放均值1.1g/bhp-hr(克/马力-小时)而EPA-2010的NOx法规限值为0.2g/bhp-hr；欧洲重卡的NOx实际排放均值0.5g/bhp-hr(克/马力-小时)而欧-VI的NOx法规限值为0.34g/bhp-hr；当车速高于50mph(高速公路工况)时，美国重卡和欧洲重卡的NOx实际排放均值都稳定达标。在充满低速低负载的城市工况下，美国重卡实际NOx排放普遍明显高于欧洲重卡的底层技术原因在于美国EPA-2010排放法规中对RDE实际运行排放测试规范(即不超过规范，NTE Protocol)与欧盟欧-VI排放法规中对RDE实际运行排放测试规范(即移动平均窗口规范，MAW Protocol)相比较，在确保实验室排放认证测试结果与RDE实际运行排放测试结果高关联方面有明显的缺陷。
全球汽车行业共识，柴油机在低速低负载或怠速工况下，CO2和NOx排放值(即油耗和排放)比高速高负荷工况下CO2和NOx排放值要明显升高；但美国NTE规范允许在评判柴油重卡RDE实际运行排放测试结果是否排放达标时，可剔除所有柴油机转矩负载率(即实际转矩/峰值转矩)小于30％、功率负载率(即实际功率/峰值功率)小于30％、或发动机尾气温度低于250摄氏度工况点的排放数据，城市工况下可合法合规地排除绝大部分(90％以上)高油耗高排放的实测数据；导致城市工况下柴油重卡名义上NTE规范NOx排放限值达标，但RDE实际NOx排放限值大概率明显“合法超标”。美国联邦政府(EPA)和加州政府(CARB)已意识到当前EPA-2010法规中NTE测试规范的缺陷，正在积极准备修改相关排放法规和测试规范，例如增加发动机排放认证时低负荷和怠速循环及综合评分权重，修改NTE测试规范等，堵上这个“合法”RDE运行NOx排放超标的漏洞。
2020年8月，美国加州空气资源委员会(CARB)批准了柴油重卡低NOx排放新系列法规(Heavy-Duty Engine and Vehicle Ominibus Regulation)，要求在加州销售的所有全新重型柴油车(包括大巴和重卡)於2024年将氮氧化合物NOx认证排放限值从当前的0.2g/bhp-hr(克/马力小时)减低到0.05g/bhp-hr，降幅高达75％；於2027年进一步将NOx认证排放限值降低到0.02g/bhp-hr，降幅高达90％；加州组合法规还包括新增加的柴油机低负载测试循环(LLC–Low Load Cycle)及替代NTE测试规范的实际运行RDE排放新测试规范。美国联邦政府目前正在走清洁卡车(Cleaner Truck Initiative)立法程序，预计2021年完成，要求2030年起，全美销售的所有全新大型商用车的NOx尾气排放量降低到0.02g/bhp-hr。欧盟也正在准备欧-VII立法，预计2030年起，全欧盟全美销售的所有全新大型商用车的NOx尾气排放量要求比欧-VI值减低约90％。预计中国也会追随欧盟，在2030年左右实施国7排放法规。换句话讲，2030年在美国、欧盟、和中国等三大市场销售的所有全新重型柴油车的NOx尾气排放量和CO2排放量比当前(2020年)的车型的NOx和CO2数值都必须大幅降低；重型柴油车的节能减排优化，永无止境。北美卡车和发动机制造商协会(EMA)2020年8月发布的342页的长篇技术评论，“Comments on CARB Heavy-Duty Engine and Vehicle OminibusRegulation,Truck and Engine Manufacturers Association,August 13,2020”，阐述加州新重型柴油车系列排放法规成本昂贵(Cost Prohibitive)，不可行(Infeasible)，且无法执行(Unenforceable)。EMA的报告从一个侧面说明重卡行业目前对如何在2027～2030年以市场可接受的成本增加来同时大幅降低重型柴油车(Heav-Duty Diesel Vehicle)的油耗(CO2)和尾气污染物排放(NOx)，还没有发明出高性价比的可行技术方案。全球重卡行业非常需要能够打破CO2与NOx之间的零和权衡(Zero-sum Tradeoff)，实现正和权衡(Positive-sum Tradeoff)，即发明能够同时优化重卡节能减排的高性价比且近期可量产的技术方案，以满足2027年美国联邦GHG-II碳排放法规和加州超低NOx排放组合法规、或满足2030年欧盟的碳排放法规和未来的欧-VII污染物排放法规。
由于重卡属于生产工具，在欧美使用寿命超过二十年，在中国最长使用寿命十五年。任何重卡节能减排的新技术投放市场，要等超过十年以上的时间，才能逐渐成为市场全部在用重卡的主流；同时，旧重卡的油耗和排放都明显高于新重卡；要想在全部在用重卡宏观市场层面快速明显降低CO2和NOx排放总量，即需要快速商用推广采用最新节能减排技术的新重卡，又需要有效的技术及商业手段来加速在用旧重卡(Used Truck)的升级换代。美国重卡市场的现行法律法规允许将二手柴油重卡改装成油电混动重卡，商家自律认证而不需要政府重新认证，然后直接将改装混动重卡(Retrofitted Hybrid Heavy Truck)投放市场运营。欧盟和中国重卡市场的现行法律法规不允许将二手柴油重卡改装成油电混动重卡，每个新车型(包括车架和动力总成)必须由有资质的主机厂提交政府认证后，才能投放市场商用。
在本发明中，车辆RDE运行油耗(简称“RDE油耗”)指车辆在实际驾驶环境下运行时的油耗，等于车辆的实际燃料消耗量(升)除以累计里程，量纲为升/百公里；车辆RDE运行排放数据(简称“RDE排放”)指车辆在实际驾驶环境下运行时利用便携式排放测试仪(PEMS)所测算的污染物排放，包括氮氧化合物NOx和颗粒物PM，等于车辆的实际污染物累计排放重量(克)除以累计里程发动机总输出做功，量纲为克/千瓦时(g/kWh)或克/马力小时(g/bhp-hr)，不允许剔除任何发动机非高效区工况点的排放数据；车辆NTE排放数据(简称“NTE排放”)或MAW排放数据(简称“MAW排放”)指针对RDE排放数据集，根据美国EPA-2010法规中的NTE技术规范或欧-VI法规中的MAW技术规范，允许依据规范合法剔除部分发动机非高效区工况点的排放数据后所测算的排放数据；发动机认证排放数据(简称“认证排放”)，指根据美国EPA-2010法规或欧-VI法规，发动机在实验室台架根据相应法规的认证排放测算规范所测算的排放数据；重卡的名义排放(Nominal Emission)指发动机认证排放数据或整车NTE排放\MAW排放。显然，对污染物排放限值而言，发动机的认证排放限值<整车的NTE排放限值或MAW排放限值<整车的RDE排放限值；整车的RDE排放测试与发动机的实验室内台架认证排放测试的最大的区别是，前者车辆的循环工况及外部环境不固定还难重复，并且增加了司机驾驶风格这一新变量，要确保重卡RDE运行排放限值长期稳定地达标在技术上和商务上都极具挑战；而整车RDE排放才是政府及社会车辆排放监管治理的试金石，名义排放应该尽量与RDE排放一致。欧美重卡行业经过近二十年的不懈努力，迄今为止仍然无法有效地解决重卡RDE排放长期稳定达标这一技术难题；美国NTE规范允许合法剔除所有发动机转矩或功率负载率小于30％的全部排放数据，而欧盟MAW规范则要求保留大部分发动机排放高挑战性的低速低负荷或怠速工况的排放数据，这是导致欧-VI版的柴油重卡与美国EPA-2010版的柴油重卡比较，RDE排放明显更低的底层技术原因。与油耗不同，现代重卡的RDE排放看不见也摸不到，对车队或司机而言，排放达标即可，没有原动力持续降低车辆RDE运行排放；而政府环保部门及社会公众所关注的则是尽量减少名义排放与RDE运行排放之间的差异并持续降低RDE运行排放。重卡是一种生产工具，对车队或司机而言，在车辆节能方面始终有市场原动力，RDE运行油耗越低越好，为车主降本增效；况且司机或车队只认RDE运行油耗，并不太在意主机厂或发动机厂的标称油耗；但在车辆减排方面则完全依靠政府的强制性排放法规来驱动，车队要求重卡名义排放达标即可，RDE运行排放并非越低越好，特别是当减排要以油耗略增为代价时。
需强调，2027年美国联邦GHG-II法规重卡CO2排放限值(即油耗限值)和加州超低NOx排放组合法规限值代表当今世界重卡行业最先进也最激进的重卡排放法规，预计欧盟和中国在2030年前后，会分别颁布并实施与美国类似的重卡CO2和NOx排放法规(欧-VII或国-7)；找到满足上述美国柴油重卡CO2和NOx排放法规2027年限值的高性价比可量产(High-value&Production-ready)技术方案，是当今全球重卡行业急待解决的重大技术难题。
该背景技术部分的信息仅旨在增加对本发明的总体技术背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提供一种软件定义的混联动力总成(Software Defined Mixed HybridPowertrain-SDPt)和配置该动力总成的智能网联电动(ACE)重卡，旨在解决现有技术中新柴油重卡难于找到同时满足2027年美国联邦CO2排放法规(GHG-II)和加州柴油重型车(包括重卡、大客车、工程车等)2027年超低NOx排放系列法规(Low NOx Omnibus Regulation)的高性价比、可量产商用的重卡动力总成技术路线这一行业世界性难题；还提供了在美国可将百万辆级在用二手柴油重卡或天然气重卡改装成油电混动ACE重卡，实现RDE油耗(L/100KM)降幅20％以上并确保RDE运行NOx排放(g/bhp-hr)长期稳定达标(EPA-2010)的高性价比且可量产(Cost Effective&Production Ready)的技术方案。在干线物流应用场景下，本发明的智能网联电动(ACE：Automated Connected Electrified)重卡对比传统柴油机重卡，在保证车辆动力性和出勤率的前提条件下，RDE油耗(升/百公里)降幅可高达25％以上，还能提升车辆行驶主动安全性，而且保证RDE排放在70万公里(即43.5万英里)有效寿命(Useful Life)范围内长期稳定达标；将当前美国市场百万辆级现代二手柴油重卡改装成ACE重卡，车主除享受比柴油重卡RDE平均油耗降低20％～30％的好处之外，在不增加硬件成本的前提下，仅靠动态软件定义加空中下载升级(OTA)，就能有效地解决美国现代柴油重卡在包含众多低速低负载或怠速工况下，RDE运行NOx排放值“合法”明显超标这一行业技术难题，使改装ACE重卡无论在任何整车运行工况下，都能保证RDE运行NOx排放长期稳定地达标(例如：EPA-2010，NOx认证排放限值：0.2g/bhp-hr)。本公开ACE重卡的各个主要子系统都已产业化，不依赖于任何目前尚不成熟或无法近期量产的产品或技术，能够在2024年实现量产商用，提前满足欧盟CO2法规2025年碳排放目标或美国温室气体排放第二期(GHG-II)法规2027年碳排放目标，和2027年加州超低NOx排放法规汇编，后续详述。
除非明确标注，本公开中软件定义动力总成(SDPt)技术方案指采用本发明多种技术措施的集合，以双电机混联(Mixed Hybrid)动力总成系统架构为硬件基础，再配合对发动机和电池包的瞬态功率分别实施脉冲调制控制(PMC–Pulse Modulation Control)；ACE重卡指配置SDPt的混联重卡；传统重卡(或车辆)指只配置内燃机(柴油发动机、天然气发动机等)但不包含任何混动装置的现代重卡(或车辆)；现代重卡主要指满足美/欧/中三地现行排放法规(EPA-2010，欧-VI，国六)的重卡；混动车辆指深度油电混动车辆(FullHybrid)，其中电驱动或再生制动峰值功率超过车辆总计最大驱动功率的30％。所谓柴油重卡“准零排放”(NZE)技术，又称超低NOx排放技术，指将柴油重卡认证NOx排放限值比现行排放法规(EPA-2010，欧-VI，国六)认证限值降低90％的技术措施集合；例如在美国加州，该州法规要求重卡柴油机的NOx排放值自2027年起，从当前EPA-2010的认证排放限值0.2g/bhp-hr降低到0.02g/bhp-hr；预计美国联邦政府近期完成重卡排放立法程序，全美范围将从2030年起，强制性全面实施与加州类似的NZE排放标准；预计欧盟和中国也将在2030年前后，强制性全面实施与加州类似的NZE排放标准。需要强调，满足NZE排放标准的天然气发动机和重卡已经量产并在美国加州等地开始小批量商用；但如何发明高性价比可量产的柴油重卡节能减排技术，使美国柴油重卡自2027年起，能同时满足加州NZE排放法规(认证NOx排放降90％)和联邦政府GHG-II法规(CO2排放限值，即油耗)仍然是行业急待解决的技术难题和急待攻克的技术难关。
本发明中所谓软件定义混联动力总成(SDPt)的“软硬件解耦”，既可指SDPt的技术特征，又可指其技术功能，至少包含以下几点：
1)ACE重卡工况与SDPt工况之间存在双向唯一映射关系，二者相互等效；
2)SDPt的瞬态工况点(即总成输出轴的瞬态转速和转矩)与发动机的瞬态工况点之间为多对多双向映射关系；换句话讲，SDPt的一个工况点可对应发动机的多个不同的工况点，而且SDPt的多个不同的工况点可对应发动机的同一个工况点；
3)ACE重卡瞬态路载功率时空函数或滚动时间平均路载功率时空函数的动态调控与发动机的瞬态功率时变函数或滚动时间平均功率时变函数的动态控制基本相互独立，互不影响；
4)SDPt的瞬态或稳态动力性指标(包括秒级脉冲峰值功率或小时级最大连续功率)与发动机、电机、电池包的相应动力性指标基本无关，即硬件组合性能和功能冗余超配；
5)针对任何ACE重卡的运行工况，SDPt的动力性、发动机的RDE油耗、发动机的RDE排放三者之间基本无交叉耦合，相互独立；可以通过软件对三者实时独立控制，同时优化；
显然，软硬件解耦是软件定义动力总成系统的必备技术特征和底层技术基石；传统重卡的发动机正常驱动模式下只能运行在第一象限复杂的面工况，整车工况与发动机工况双向唯一映射，发动机软硬件之间强耦合，技术上无法实现软件定义动力总成；现有技术中的油电混动重卡，对发动机和电机加电池包的瞬态功率函数分别进行模拟控制，虽然可以在有限范围内动态调整发动机的工况，但发动机正常驱动模式下的运行轨迹仍然是第一象限内的复杂面工况，仅增加了发动机运行在燃烧高效区的时间占比，无法将发动机运行在非高效区的时间占比减低到可忽略不计(例如小于5％)；此时动力总成的各个子系统之间交叉耦合效应不可忽略，软硬件之间并没有几乎完全解耦，所以现有技术中的油电混动系统难以实现软件定义动力总成；本发明通过对现有技术发动机和电池包的瞬态功率分别进行脉冲调制控制(例如串混iSS或并混iPS)，可将任何量产商用的模拟电控(AEC)发动机转换成数字脉控(DPC)发动机，该DPC发动机在至少两条指定的线工况(即至少一条发动机万有特性第一象限燃烧高效区内的高态线工况和一条第四象限零油耗零排放无燃高效区内的低态线工况)二选一时分复用运行，以DPC发动机简单的线工况完全覆盖ACE重卡所有循环工况(Duty Cycle)，首次实现了混联动力总成系统的软硬件解耦，最终实现了软件定义动力总成。
重卡做为生产工具，其实际(RDE)循环工况可能千变万化；传统内燃机重卡为优化RDE油耗，需要根据车辆运行的主流循环工况来量身定制动力总成的硬件参数；但是从优化RDE油耗角度考量，高速公路工况与城市工况对硬件参数的技术要求经常有矛盾，鱼与熊掌难以两全。例如，发动机降排量或降转速(Down-sizing or Down-speeding)及变速箱超速挡(Overdrive)等技术措施为现代传统重卡高速公路工况节能减排的主流成熟技术，但上述技术手段对经常运行在城市工况的传统重卡，无论是在动力性、系统寿命、实际节油效果等方面都有负面影响。本发明的软件定义混联动力总成技术方案能够有效地摆脱动力总成硬件配置对ACE重卡整车动力性、RDE油耗或排放的限制，只用一套由已量产商用的主流发动机、电机、功率型电池包组合而成的通用混联动力总成硬件，就可全面覆盖ACE重卡的任何循环工况，硬件上以不变应万变；通过整车功率管理策略(PMS)软件算法来动态定义SDPt的特性，实现千车千面，针对每辆ACE重卡及每个货运事件的动态循环工况，根据节能减排AI算法，同时优化整车动力性、RDE油耗或排放这三项技术指标。
ACE重卡的软件定义混联动力总成技术能够与重卡的其它节能技术，例如整车风阻降低技术、低轮阻轮胎技术、或车辆轻量化技术等，相叠加来增强节能减排效果；需强调，与传统柴油重卡相比，ACE重卡采用上述其它节能技术，还能够产生一加一大于二的协同效应；换句话讲，如果通过降低整车风阻系数和轮阻系数及轻量化等节能技术组合，令传统重卡的实际油耗可降低15％，则同样技术组合可让ACE重卡的实际油耗降幅明显超过15％。
为解决上述技术问题，达到上述有益技术效果，本发明通过以下技术方案来实现。
当前各种系统架构(串联混动、并联混动、混联混动)的油电混动乘用车或大型商用车，在主动加速和制动频繁且平均车速低于40公里/小时的城市(Urban)工况下，通过电机加动力电池包来有效地移动发动机的工况点，尽量让发动机在其万有特性曲线的高效区内运行；而且驱动电机还可通过再生制动(Regenerative Braking)给电池包充电，有效地回收能量，比传统发动机车辆RDE油耗(升/百公里)大幅降低(节油率可高达30％～60％)，节能减排效果明显，性价比高，已经在世界各主要汽车市场实现大规模商用。但对干线物流重卡而言，其产品生命周期内绝大部分的运行时间和里程(85％以上)为高速公路工况，车辆很少主动加速或刹车；中国经济发达区域高速公路网常年较拥堵，干线物流重卡平均车速约60公里/小时；而美国干线物流重卡平均车速约95公里/小时。传统柴油重卡高速公路工况下，主动加速或刹车不频繁，其发动机能长期稳定地工作在高效区，RDE油耗已很优化，进一步下降空间有限，而同时实现RDE油耗和排放最小化更具挑战；而油电混动车辆此时也因车辆主动刹车不频繁，其再生制动能量回收功能英雄无用武之地；同时油电混动车辆，特别是增程式串混车辆，还背负化学能-机械能-电能-机械能之间多次能量转换的额外损耗；所以全球汽车及公路运输业界专家及普通技术人员长期存在下列“共识”：干线物流混动重卡(简称为“混动重卡”)对比传统柴油重卡RDE油耗降幅有限，其最大节油率不可能超过12％；特别是串混车辆在高速工况下运行，甚至可能会出现综合油耗略升；根据当前全球大三电(电池、电机、电控)的技术水平及产业发展现状，混动重卡比传统柴油重卡购车成本增加显著；如果实际节油率无法突破20％，混动重卡的性价比不够高，通过节省油费来弥补混动重卡与传统燃油重卡的综合成本差价的投资回报期(ROI)将长于三年，将导致混动重卡在无政府补贴时，缺乏可持续性市场竞争力。
如上所述，当前全球重卡行业专家和普通技术人员普遍认为，2030年前在包括中国、美国、欧洲这三大重卡市场，在无政府补贴情况下，难于实现干线物流混动重卡的批量商用；受制于当今汽车动力锂电池技术极限和产业化发展局限，干线物流零排放纯电动重卡需要配置至少1000千瓦时有效容量的锂离子电池包，电池包太大、太重、太贵、且难以实现快充(亚小时级)；在没有政府高额补贴情况下，难以在2030年前实现批量商用；另外，以氢燃料电池为低碳清洁增程器的零排放氢电混动重卡，也因技术、产业链、和制氢/加氢基础设施不成熟及成本高等因素制约，要等到2030年后才可能开始批量商用。换句话讲，与纯电驱动乘用车市场份额快速增长明显不同，干线物流原装新重卡今后二十年内，仍将以内燃机，特别是柴油机，为核心动力源，油电混动为辅助；零排放的锂电重卡或氢燃料电池重卡要等到2030年后，才可能逐渐成为市场主流新车型；美国、中国、欧盟干线物流重卡市场零排放重卡行业渗透率超过10％更可能要到2035年以后。
欧美公路货运行业所面临的另一大挑战是重卡司机空缺率及流失率都常年居高不下。同样的重卡、载货和路段，不同水平的司机开车，实际综合油耗(升/百公里)差异率可高达25％；干线物流重卡实际油耗因人而异，司机日常管理和培训又占用车队管理资源且效率不高，是公路物流行业的另一大痛点。很多货运公司通过培训司机，节油奖惩，加装车载传感器，进行司机驾驶行为大数据分析加节油辅导等多种方法，来减少司机人为因素所造成的实际油耗与最佳油耗之间的差异；但上述方法治标不治本，对多数干线物流车队来讲，重卡实际油耗因人而异且离散度高始终是行业痛点之一。
干线物流ACE重卡要想与传统柴油重卡，在无政府补贴情况下可持续地竞争并胜出，早日实现大规模商用，必须大幅提其高性价比。干线物流重卡在美国或中国的整车平均售价(美国零售价15万美元/辆或中国零售价40万元人民币/辆)是该国市场普通乘用车平均车价的五到八倍，但其年燃油费则是家用乘用车年油费的近三十倍。美国和中国的汽油或柴油零售价都明显低于欧洲，欧洲乘用车与重卡车价和年油费的比例类似中美。提高干线物流混动重卡性价比的有效方法有两类，一是增大其对比传统柴油车的节油率，二是减小其与传统柴油车一次购车成本加累计车辆运维成本之和之间的差价，即开源节流；在保证ACE重卡动力性、安全性、出勤率的前提下，节省的燃油费可直接转化成车队的利润。
全球汽车行业专家(特别是重卡行业专家)，基于对绝大部分油电混动乘用车(总重小于3.5吨；串联、并联、或混联系统架构)在高速公路工况下对比传统内燃机车辆实际节油效果不明显这一客观事实进行主观外延推测，断定干线物流混动重卡，实际综合节油率不可能超过10％；尤其是串混重卡，甚至可能油耗略升。迄今为止(2019年底)，全球范围没有发现关于深度混动重卡(Full Hybrid Truck)，特别是双电机增程式串联或混联重卡，在干线物流应用场景下“三真”(真车、真路、真货)大规模路试，与传统柴油重卡油耗对比分析的公开报道或学术论文，更没有干线物流混动重卡批量落地商用的先例。但上述行业共识如同所谓“白天鹅共识”，有其历史局限性，可以通过科学实验被证伪；行业专家们忽略了干线物流混动重卡可能大幅降低实际油耗的秘密源泉：在高速行驶工况下，由于道路纵坡倾角(简称“纵坡”)的细微变化(1.0度)所带来的纵坡功率时变函数Pg(t)的百千瓦级变化和重卡高速下坡时产生的通过百千瓦级驱动电机的再生制动来回收千瓦时(kWh)级电能的众多机会。
ACE重卡节能减排技术的第一性原理便是汽车行业熟知的车辆纵向行驶的动力学方程(1-1)：
其中，Pv为车辆功率或称路载功率，所有功率项都是以千瓦(kW)为单位。
轮阻功率Pr指车辆行驶时，克服轮胎滚动摩擦阻力所需功率，为非负数，其可通过如下公式(1-2)表示：
风阻功率Pd指车辆行驶时，克服空气阻力(无风天气时)所需功率，为非负数，其可通过如下公式(1-3)表示：
纵坡功率Pg指车辆行驶上坡时，克服重力并增加势能所需要的驱动功率，为正数，而当车辆下坡时纵坡功率为负数，代表其势能与动能转换所产生的驱动功率，纵坡功率Pg可通过如下公式(1-4)表示：
加速功率Pa指车辆平路行驶时，要达到预定加速度值所需额外功率。当加速度为负值时，代表减速刹车，即可以是摩擦制动，将车辆动能转变成热能消耗掉，又可以是非摩擦再生制动，将部分车辆动能转变成电能，给电池包充电来回收能量。加速功率Pa可通过如下公式(1-5)表示：
在上述五个公式(1-1)至(1-5)中：V为车辆纵向线速度时空函数(米/秒)；η为车辆传动系统效率；M为车辆总质量(公斤)；g为重力加速度，g＝9.8(米/秒平方)；fr为轮胎滚动摩擦系数；α为公路纵坡空间函数，正值为上坡，负值为下坡，零为绝对水平；ρa为空气密度(公斤/立方米)；CD为车辆风阻系数；Af为车辆正前方投影面积(平方米)；δ为滚动质量转换系数；dV/dt为车辆纵向加速度(米/秒平方)，正值为加速，负值为减速或刹车。每条公路的纵坡仅为空间函数；除非修路，纵坡空间函数不随时间变化；由于车辆行驶时其纵向速度为时空函数，根据方程(1-4)，纵坡功率为时空函数，而且是当车辆基本恒速行驶时，其动力性方程(1-1)中仅有纵波功率一项百千瓦级幅度快速变化的函数项，其余三项均可近似为常量。根据车辆的纵向速度时空函数和车载卫星导航(GNSS)定时定位，车辆运行时间与地理定位之间有双向唯一映射关系，货运事件车辆时间和空间可唯一性相互转换；功率时空函数与功率时变函数等效。在优化ACE重卡节能减排时，将ACE重卡集合迄今为止的所有功率时空函数都投影到特定道路的纵向空间维度后，再做详细数学分析更有工程意义；投影到时间维度做分析工程意义不大。本发明中，g或G等效，既可代表重量克，又可代表重力加速度，普通技术人员根据上下文可明判，不会产生歧义。
在高速公路行驶工况下，车辆很少主动制动减速或加速。当车辆基本恒速行驶时，根据上述动力学方程(1-1)，加速功率近似为零，轮阻功率在小纵坡(即正负几度内的纵坡)的公路段基本不变，风阻功率亦可近似为常数，只有纵坡功率为时间变量，其变化幅度与该高速公路段的纵坡角度的正弦值、车速、和车总质量三者均成正比。公路纵坡通常简称“纵坡”，其计量单位有两种，一个是路面与水平面的夹角的度数，另一个是路面海拔升高与该路段水平投影距离之比值，以％表示。各国高速公路设计和建造多数将其纵坡限制在-7.0％～+7.0％范围内，主要是基于满载重卡在高速公路上安全行驶方面的考量。中国干线物流重卡总重多数在41吨以下，最高法定限速为90公里/小时，中国主要高速公路长期拥堵，公路物流全行业重卡平均速度约60公里/小时；而美国干线物流重卡总重限值为36吨，最高法定限速高达125公里/小时，公路物流行业重卡平均行驶速度约95公里/小时。多数美国运输公司，出于节油和安全的考虑，通常将重卡的最高时速限定在105公里/小时。
举例来说，一辆满载总质量40吨、车速60公里/小时的重卡，遇到高速公路纵坡2.0度恒速上坡时，所需纵坡功率高达228千瓦，而此时车辆的轮阻功率与风阻功率之和仅为71千瓦；如果此时动力总成功率余量不足时，重卡必须减挡降速后，才能继续上坡。对比一辆2吨总质量的乘用车同样恒速上2.0度的纵坡时，这时该车辆的纵坡功率为11.4千瓦(仅为重卡纵坡功率的5.0％)，而轮阻功率与风阻功率之和仅为3.6千瓦；这对拥有一百千瓦峰值功率发动机的乘用车来讲，此类小坡不足为虑，如履平地。换句话讲，对于每辆高速行驶的满载重卡而言，公路纵坡每变化肉眼难以察觉的1.0度时，该重卡的路载功率(主要源于纵坡功率的变化)会有超过一百千瓦的巨大变化。有上坡就必有下坡，下坡时重卡的百千瓦级纵坡功率为负值，可通过驱动电机的再生制动来维持车速恒定(等同于主动刹车时的负加速度功率)，将下坡时车辆的部分机械能转换成电能来给电池包充电，回收能量。虽然ACE重卡在高速工况下很少主动刹车，但因高速公路沿途布满1.0度级别纵坡的细微变化，能带来百千瓦级的纵坡功率变化，基本匀速行驶的ACE重卡，仍然有通过下坡再生制动来回收千瓦时级电能的众多“被动刹车”机会，细水长流，积少成多；这就是干线物流ACE重卡能够比传统柴油重卡节油显著的秘密所在。
车辆在60公里/小时车速下，要实现减速度2米/秒平方(即0.2G，G为重力加速度)的中等强度制动，对总质量2.0吨的乘用车，需要制动功率为67千瓦；但对总质量40吨的重卡而言，所需制动功率则高达1333千瓦；城市电动公交大巴总质量约20吨，平均时速30公里/小时，城市公交大巴实现0.2G减速度所需的制动功率约333千瓦。受限于当今全球已产业化的车载驱动电机和/或电机控制器(电力电子)的峰值功率，目前油电混合车辆通过再生制动可回收能量的功率峰值上限在500千瓦以下；而车辆瞬时制动功率高于500千瓦的部分，无法通过电机再生制动转换成电能给电池包充电来回收能量，只能通过车辆的机械刹车系统，将这部分车辆动能转换成热能完全浪费掉；比较而言，目前世界上已商用化的最大功率的直流快速充电桩为375千瓦。在加速/减速频繁的城市或城郊混合的行驶工况下，油电混动车辆(轻型车或大型客车)能通过众多百千瓦级主动刹车的机会，利用再生制动回收能量，比传统发动机车辆明显节油，实际节油率在30％～60％。换句话讲，干线物流ACE重卡在高速工况下虽然很少主动刹车，但仍有众多百千瓦级被动刹车(下坡)的机会，可利用再生制动回收能量；然而重卡高速工况紧急刹车时，主要依靠机械刹车系统输出超过一兆瓦的刹车功率，大部分重卡动能反而无法通过再生制动有效回收。
在主动加速和减速不频繁的高速公路正常路况下，车辆平均时速高于60公里/小时，传统发动机能够稳定地工作在其高效区，油电混动车辆比传统发动机车辆节油效果不明显(小于10％)，特别是串混车辆，因背负多次能量转换的额外能量损耗，甚至可能导致综合油耗不降反升；上述全球汽车行业的“共识”，对全部油电混动乘用车(总重小于3.5吨)和单电机并混大型商用车，例如峰值功率大于250千瓦发动机机械并联一个峰值功率小于200千瓦的中型电机，都适用。但是，发明人认为该行业“共识”对干线物流应用场景下的采用百千瓦级额定功率双电机增程式串混或者混联(串混-并混)系统架构的ACE重卡并不适用。高速工况下的ACE重卡，虽很少主动加速或刹车，但由于高速公路沿途布满纵坡1.0度级的细微变化，有众多利用下坡时百千瓦级纵坡功率，通过驱动电机再生制动，回收千瓦时级电能的被动刹车机会，细水长流，积少成多。换句话讲，载货重卡在高速公路恒速行驶时，纵坡函数沿途每一处1.0度级微小变化，都能导致纵坡功率百千瓦级的变化，对路载功率的影响，等效于乘用车或公交大客车在城市水平道路频繁主动加速或刹车。
美国有近13万英里的封闭式高速公路。根据美国国家再生能源实验室(NREL)2016年的一份研究报告，美国高速公路总里程中20％的路段纵坡小于0.2％，对ACE重卡而言可认为是平路；而总里程中近75％的路段纵坡分布在0.2％～3.0％之间，对ACE重卡而言不再是平路；仅有总里程5％的路段纵坡在3.0％以上，对高速行驶的ACE重卡而言是较大的上下坡。
本公开的双电机混联ACE重卡，包含一台峰值功率大于250千瓦的重卡发动机(柴油或天然气)和两台峰值功率大于200千瓦的大型电机。其中一台电机(MG1)主要用作发电机，另一台电机(MG2)主要用作驱动电机。驱动电机是混动重卡动力性的决定性因素之一，其峰值功率应大于250千瓦；驱动电机越大，车辆动力性越好，同时再生制动回收能量的效果也更佳。为解决车规大型驱动电机成本长期居高不下的问题，还可考虑采用标配主驱动电机(MG2)加一选配副驱动电机(MG3)的三电机混动系统。
近十年来，欧美部分中高端内燃机重卡，利用包含道路纵坡信息的车载3D地图，在丘陵或山区高速公路，通过预测性巡航控制(PCC)，实现节油。但传统重卡预测性巡航节油有其局限性：首先纯机械式动力总成不宜高频次瞬间(亚秒级)大幅度改变发动机输出功率或自动变速箱频繁换档，预测性巡航控制(PCC)主要适用于纵坡角度大于2.0度、坡长数公里以上的长坡；其次传统内燃机重卡没有再生制动功能，下长坡时无法回收能量；实际综合油耗降幅不到3.0％。
需要强调指出，世界上没有大范围绝对水平的高速公路；即便在广大平原地区，高速公路沿途串联的百米级颗粒度的路段，它们的纵坡函数的绝对值大概率分布在0.2％到3.0％范围内。对高速工况下基本恒速行驶的载货重卡，其轮阻功率Pr与风阻功率Pd之和可近似为常数，而其车辆路载功率Pv时间变量影响最大的因素就是纵坡功率Pg，该项与纵坡角度的正弦值成正比；道路沿途每个微小上下坡(纵坡变化1.0％)，纵坡功率的变化幅度都高达一百千瓦以上，为ACE重卡提供了众多通过百千瓦级再生制动功率来回收千瓦时级电能的机会，细水长流，积少成多。如果车辆预装高速公路纵向米级间隔密度、道路定位米级精度(经纬度)、纵坡测量精度达0.1度的车载3D电子地图，再加上车路协同联网或米级高精度卫星导航(GNSS)和惯性导航(IMU)协同实时定位(经度和纬度)及测姿(纵坡)，依据车辆动力学方程(1-1)，车辆控制器(VCU)能实时精准地预测(亚秒级刷新计算；千瓦级精度)车辆前方沿途百公里级范围内的路载功率时变函数，特别是纵坡功率Pg(t)和路载功率Pv(t)千瓦级颗粒度的时变函数；VCU功率预测刷新频率可高达10.0赫兹(Hz)以上,也就是说车辆每行驶2～3米，VCU就能够动态计算并刷新其电子地平线内路载功率函数的预测，高速公路正常行驶，车速高但变化缓慢，预测功率函数与实际功率函数之间的相对误差小于5％，而且时间越短或距离越近则预测误差越小；在城市或郊区工况下行驶的ACE重卡主动加速和刹车频繁，车速变化范围宽，变化快，根据车辆动力性方程(1-1)来实时预测百公里级电子地平线路载功率，预测相对误差将恶化到10％以上；换句话讲，重卡在高速公路正常行驶时，百公里级电子地平线内路载功率可预测，预测精度在千瓦级，相当于平均路载功率的5％以内，预测刷新频率高于5Hz。
目前已在全球各国已批量商用的各种ADAS电子导航地图或支持L3+自动驾驶商用的高精度地图(HD Map)，都可用作本发明的3D地图，为车辆提供电子地平线(ElectronicHorizon)先验信息；所谓电子地平线，是指车辆行驶前方特定范围内的3D电子地图所涵盖的各种道路信息，特别是高速公路沿途经度、纬度、和纵坡等三维信息。传统柴油重卡实施预测性巡航控制(PCC)，受限于其不宜频繁快速变换发动机工况或变速箱频繁换挡，且无再生制动回收能量的功能，只能有效使用约5公里范围内的电子地平线信息；而本发明的ACE重卡，能够有效地使用从10公里到1000公里范围内的电子地平线道路信息；详情见下。
对于在高速公路上正常行驶的ACE重卡，很少主动刹车或加速，其车速基本恒定，车辆道路负载功率的时间变化，主要来源于公路纵坡变化所带来的纵坡功率时间变化。然而车辆行驶路径和公路沿线纵坡分布函数都确定且预先可知，所以ACE重卡的VCU可根据车辆动力学方程(1-1)、车辆配置参数和动态工况数据、电子地平线先验3D道路信息、和实时路况信息，实时地(亚秒级)计算出电子地平线范围内车辆路载功率时变函数分布，以千瓦级颗粒度预测未来(小时级或百公里级)车辆路载功率时变函数，使ACE重卡能够未雨绸缪，充分利用功率型电池包十千瓦时级电能存储功能和百千瓦级电功率削峰填谷功能，根据节油机器学习(ML)算法，对ACE重卡的混联动力总成进行动态预测性能量管理控制，实现车辆节能减排最优化。本发明的ACE重卡软件定义混联动力总成系统，可将干线物流ACE重卡油耗最小化这一世界性难题变换成计算机下围棋(例如AlphaGo)这一等价的窄人工智能(Narrow AI)问题。可利用众多ACE重卡运行产生的节油数据集，结合机器学习算法和云端算力，训练云端节油机器人的AI大脑，建立节油算法的深度神经网(DNN)模型；再由车端的AI推理芯片，根据上述深度神经网(DNN)模型进行推理运算，实时地调控ACE重卡的发动机机械功率流或电池包电力功率流的路径、幅度、和方向，在保证整车动力性和主动安全性的前提下，实现车辆节能减排最优化；在实际油耗最小化方面，AI可完胜人类司机，而且实际节油效果和司机的水平及ACE重卡发动机的配置参数基本解耦。换句话讲，现有技术的传统内燃机重卡，因无再生制动回收能量的功能，采用预测性巡航控制(PCC)，实际节油率不足3％，效果有限；而本发明的双电机混联ACE重卡，因有并混合计峰值功率500千瓦再生制动回收能量的功能和十千瓦时级功率型电池包，加上具备超级运算能力和自主学习进化功能的车云协同人工智能(AI)，则能实现比传统内燃机重卡节油率30％的有益效果；详情后叙。
本发明提出配置软件定义混联动力总成的ACE重卡，通过车辆控制器VCU指挥电功率分流器ePSD,能够在十毫秒级系统响应时间内，在发动机-发电机机组、电池包、和驱动电机这三个电力动力源之间精准连续地调配百千瓦级电功率的流动路径、幅度、或方向；通过对发动机或电池包的瞬态输出功率分别进行脉冲调制控制(PM)，特别是脉宽调制控制(PWM)或脉幅调制控制(PAM)，使发动机长期稳定地(99％时间占比)工作在其高效区，将非高效区(特别是低负荷)工作占比压缩到1％，并根据电子地平线内车辆路载功率的动态预测，让电池包在荷电维持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或之间平顺切换；通过电池包百千瓦级高倍率充放电，对路载瞬态功率时变函数削峰填谷，实时地抵消纵坡功率项主导的秒级时间内路载功率函数数百千瓦级瞬态变化，随时提供满足车辆动力学方程(1-1)所要求的路载功率。在保证车辆动力性、货运时效性、和车辆主动安全性的前提条件下，ACE重卡比传统柴油重卡干线物流实际运营综合油耗降幅可高达30％，实际NOx排放量降幅可高达75％。
本发明的ACE重卡，采用双电机单离合器的混联系统架构，详情后续。ACE重卡可通过车辆控制器(VCU)来指挥离合器断开或闭合，分别实现串混模式和并混模式。城市工况下，车辆平均速度较低(小于45公里/小时)且主动加减速频繁，优选使用串混模式，可将发动机工况与车辆路载工况完全解耦，发动机能稳定地工作在其高效点，驱动电机也有众多通过再生制动回收能量的机会，与传统燃油车相比，串混车辆此时节油效果显著(30％以上)；而在高速工况下，车辆平均速度较高(大于50公里/小时)且很少有主动加减速，发动机即便和车辆驱动轮有直接机械耦合，也能够通过变速箱动态挡位调节，稳定地工作在其高效区，此时优选并混模式。从节油性和动力性两个角度考虑，在高速工况下，有发动机直驱的并混模式比串混模式更优。以丰田Prius为代表的功率分流混合动力系统同时具备串混和并混功能，能兼顾优化车辆的动力性和节油性，二十年来一直是乘用车混合动力的国际标杆。但受限于当前金属材料和生产工艺，该功率分流混动系统的核心部件行星齿轮必须承受三个峰值功率大于150千瓦的发动机、发电机、和驱动电机三端同时发力。当前全球没有这种重型车规行星齿轮商品，新产品设计和量产需耗时数年且单件成本会长期居高难降，所以基于行星齿轮的机械式功率分流混动系统难于高性价比地扩展到重型车；连丰田汽车集团都没有将其特有的单行星排的功率分流混联动力总成技术运用到混动重型车上。
本公开提供了一种可时分切换串混或并混模式的双电机混联动力总成架构，包括：由发动机直接驱动发电机(MG1)，用于将车载燃料的化学能转化为电能(串混模式下)或直驱车辆(并混模式下)；电功率分流器(ePSD)，其被配置为具有三个端口的电力电子网络，其中ePSD的第一端口(即端口I)与发电机组(即发动机加发电机)的交流电输出端双向电联接；ePSD的第二端口(即端口II)与至少一个驱动电机(MG2)交流双向电联接；ePSD的第三端口(即端口III)与至少一个功率型电池包双向直流电联接，同时还与一个刹车电阻单向直流电联接；自动变速箱，其输出轴与车辆的驱动桥双向机械联接；地图仪，其预先存储有3D地图，包含有车辆行驶道路的经度、纬度和纵坡等三维信息；至少一个标配混动P2位置的主驱动电机(MG2)，与ePSD第二端口双向交流电联接，并且其输出轴与自动变速箱的输入轴双向机械联接，该主驱动电机(MG2)可被操作为：将电能转化为机械能以用于驱动车辆(电驱动模式)，或将车辆的机械能转化为电能(再生制动模式)，并通过ePSD第二端口内的逆变器(即电机控制器)对电池包进行充电，回收能量；其中，发动机飞轮端输出轴与混动P1位置的发电机(MG1)的机械轴双向机械联接，该机械联接方式即可以为单轴同转速(同轴联接)，也可以为平行双轴加齿轮减速耦合(平行轴联接)；该发动机的输出轴还通过一个重型离合器与主驱动电机(MG2)双向机械联接，该机械联接方式即可以为单轴同轴，也可以为平行双轴加齿轮减速耦合；同时该主驱动电机(MG2)还与自动变速箱的输入轴双向机械联接，该变速箱的输出轴与车辆的驱动桥双向机械联接；并且车辆还包括：车辆控制器(VCU)，通过车辆的数据总线(例如CAN总线)，并基于车载卫星导航仪(GNSS)和/或地图仪(MU)中的3D地图数据，来对发动机、发电机、离合器、ePSD、驱动电机、自动变速箱、以及电池包中的至少一者以独立方式进行动态控制。
本公开的ACE重卡混合动力系统架构包括至少两个百千瓦级大转矩低转速电机和至少一个重型离合器的混联(Mixed Hybrid)动力总成系统，该混联系统通过百千瓦级重型离合器与电功率分流器(ePSD)协同工作的方式来动态控制车辆动力总成系统中发动机、发电机、电池包、、驱动电机、变速箱五者之间的百千瓦级机械或电力两种截然不同的功率流闭环(Power Flow Loop)的流动路径、幅度、和方向，通过开\闭离合器来切换车辆的串混模式或并混模式；混联架构有效地融合了串混和并混两种系统架构各自原有的优势，克服各自原有的缺点，能同时优化车辆的动力性和节油性，比双电机增程式纯串混系统或单电机纯并混系统的综合性价比及RDE运行节能减排效果都更高。发电机(MG1)被配置在混动P1位置(发动机飞轮之后，离合器之前)，主驱动电机(MG2)在混动P2位置(离合器之后，变速箱之前)，选装项副驱动电机(GM3)可被配置在P3(变速箱之后，传动轴之前)或混动P4(传动轴之后，轮边)位置。
上述双电机混联架构可实现以ePSD为核心的全数字化软件定义动力总成；混联动力总成通过对发动机或电池包瞬态功率时变函数分别经行脉冲调制控制，既能实现发动机工况与整车工况解耦，又能实现动力总成硬件与软件解耦，ePSD三端口电力电子网络硬件设计时，其功能及性能应预留余量，增加产品后期的可塑性，通过每辆ACE重卡在其全运营生命周期内软件远程更新迭代(OTA)，实现产品的不断升级和进化。依靠持续软件远程更新(OTA)，基于大数据加云端-车端互动的人工智能，可量身定制地不断修正每辆ACE重卡动力总成的实际性能，即保证每辆ACE重卡在排放法规要求的可用期(Useful Life)70万公里内，长期稳定地满足RDE运行排放法规限值，又实现该重卡RDE运行油耗最小化和智能运维(iMR–intelligent Maintenance and Repair)优化。
ePSD可被配置为三端口的电力电子网络(PEN–Power Electronic Network)，其内部包含至少三个百千瓦级额定功率的独特电力电子功能模块：内联接第一端口的是一个双向交流-直流转换模块(逆变器；又称电机控制器MCU)，内联接第二端口的是至少一个双向交流-直流转换模块(逆变器；又称电机控制器MCU)，内联接第三端口的是至少一个双向升降压直流-直流转换模块(斩波器)或一个单向直流压控开关模块(VCS–Voltage ControlSwitch)。本公开聚焦ACE重卡ePSD的主要外围输入/输出电气特性和内含三种电力电子(PE)功能模块(即逆变器、斩波器、压控开关)的核心功能和特征；各种能实现上述三种PE模块及相互机电联接的电路拓扑结构之集合，都属于本发明范围。ePSD的物理包装布置形态，即可是将上述三种PE功能模块集中包装布置在一个金属盒中，也可将三种PE功能模块分别与发电机(MG1)，主驱动电机(MG2)，和电池包等分散在多个金属盒包装布置。
上述ACE重卡的混联动力总成通过控制离合器的开关状态，分别实现串混(离合器断开)或并混(离合器闭合)两大独特系统架构或工作模式；每种系统架构下，又可再细分出多种不同的运行子模式。车辆控制器(VCU)以电控方式(而非纯机械方式)指挥线控机电式离合器，精准平顺切换串混或并混模式，下面分别详细描述。为同时优化车辆的节油性和动力性，在高速工况(高速路顺畅，平均车速50公里/小时以上，主动加速或刹车不频繁)或下长坡(沿途纵坡绝对值大于2.0度，坡长大于5公里)任何工况下(任何车速，为安全需要缓速功能)，可优选并混模式；在城市工况下(平均车速低于40公里/小时，主动加速或刹车频繁)，可优选串混模式。
首先在串混模式下，从发动机到驱动轮只有电力功率流回路，没有机械功率流回路，ePSD内部三大功能模块的直流端口都双向电联接到直流母线汇流点X，该汇流点处的直流电压和电流时变函数的乘积为对应能量转换装置的电功率时变函数，这些功率项实时满足下列三个方程：
PV＝ηdtPMG2 (2-1)
PMG1+PMG2-PBAT＝0 (2-2)
PICE＝-PMG1/ηg (2-3)
上述三个公式中，所有功率项均为百千瓦级时变连续函数，并假设发电机(MG1)、电池包、和驱动电机(GM2)的一次往返能量转换系数可近似为1.0；本领域普通技术人员能够无需创造性地推导出，当实际转换系数为小于1.0的正数时的对应公式；转换系数是否近似为1.0，对本发明中的技术讨论无实质性影响。
其中：
PMG1>0，为发电机(MG1)的电驱动功率(以发动机无燃怠速运行或发动机无燃制动为负载，将电能转换为机械能)；PMG1<0，为发电功率(由发动机直驱发电机来发电，将机械能转换为电能)；
PMG2>0，为主驱动电机(MG2)的电驱动功率(将电能转换为机械能)；PMG2<0，为再生制动功率(将机械能转换为电能)，给电池包充电，回收车辆的机械能量；
PBAT>0，为所有电池包的总计放电功率(将化学能转换为电能)；PBAT<0，为所有电池包的总计充电功率(将电能转换为化学能)；
PICE>0,为发动机燃烧做功(即主动工况)的有效输出驱动功率(将化学能转换为机械能)；PICE<0,为发动机无燃(不喷油)拖动或发动机制动(均为被动工况)的机械负载有效功率(各种机械能之间的相互转换)；
上述四个能量转换装置的功率参数优选配置原则如下：PICE-p>＝PMG2-m>＝PMG1-m；PBAT-m>PMG2-m。其中PICE-p为发动机的峰值功率(即最大连续功率)，PMG1-m、PMG2-m、PBAT-m分别为发电机、驱动电机、和电池包的额定功率(即最大连续功率)。与发动机不同，电机或电池可以承受短时间过载，电机的脉冲峰值功率(10秒)可比额定功率高50％以上；功率型电池包的脉冲峰值功率(10秒)可比其额定功率高100％以上。串混模式下，动力总成的系统峰值功率(即车辆最大连续驱动功率)完全由标配主驱动电机的PMG2-m决定。为改善车辆的动力性、节油性、和安全性，可考虑增加选配副驱动电机(MG3)；MG3可安置在混动P3位置(变速箱输出轴与第一驱动桥之间或第二驱动桥输入轴)；当然加了第三个电机，在提高车辆动力性和冗余性的同时，系统的复杂性及总成本也会增加。
串混模式下，PMG2为因变量，与车辆的路载功率Pv成正比；路载功率为自变量，反应司机当下的驾驶意图和本车(Ego Vehicle)动态交通环境，ηdt为转动系统效率(小于1.0的正数)。PMG1为另一个因变量，与发动机净输出功率PICE这一自变量成正比，而且发动机的工况与车辆的工况完全解耦，由发动机的控制策略独立决定；ηg为发电机组效率(小于1.0的正数)。显然在串混模式下，发动机的工况与车辆的工况完全解耦，可以独立动态设置发动机(ICE)和发电机(MG1)运行在各自的万有特性曲线的高效工况点(特定的转速和转矩点)，确保此时发动机的燃烧热效率最高(即比油耗BSFC最小值，g/kWh)，同时还能优化尾气排放。电池包功率函数PBAT等于两个电机功率函数PMG1和PMG2的代数和，也是一个因变量。ePSD内部的三大电力电子功能模块和发动机、发电机、驱动电机、自动变速箱、电池包等相关子系统，在车辆控制器(VCU)的统一指挥下，根据整车的功率管理策略(PMS)，动态地调节自变量PICE和因变量PBAT，对路载瞬态功率函数进行削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，在保证车辆动力性和货运时效性的前提下，达到最佳节油效果。
重新组合方程(2-1)、(2-2)、和(2-3)，可以得到下列ACE重卡串混模式下运行时，描述路载功率、发动机功率、电池包功率三者关系的瞬态功率平衡方程(简称“串混功率方程”)：
PV(t)＝ηdt(ηgPICE(t)+PBAT(t)) (2-4)
串混功率方程(2-4)的限制性边界条件如下：
a)电池包电量基本充足时(即高效区；BLL<SoC<BUL)，
PMG1-m<max(|PV(t)|)<PMG2-m (2-4c1)
b)电池包电量基本耗尽时(即SoC<LRL)，
max(|PV(t)|)<PMG1-m<PMG2-m (2-4c2)
c)发动机的转速和转矩在指定范围内任意连续可调(2-4c3)
其中max(|PV(t)|)为串混模式下，ACE重卡路载功率时间函数的绝对值|PV(t)|可实现的最大值。
串混功率方程(2-4)的等效变形公式为：
PBAT(t)＝PV(t)/ηdt-ηgPICE(t) (2-4A)
ePSD内部直流母线额定电压Vbus0优选范围在600V至800V之间。ePSD的第三端口外部可双向直流电联接至少一个功率型电池包，每个电池包的额定电压Vbat<Vbus0，同时第三端口外部还可以单向直流电联接一个自带散热器的百千瓦级刹车电阻Rbk，作为ACE重卡下长坡途中电池包基本满电量(SoC达到URL)时，驱动电机还需要继续再生制动发电，以保持车辆非摩擦式缓速功能时的有效电力负载。上述方程(2-2)假定ePSD内部的电压控制开关模块(VCS)断开，刹车电阻不起作用；如果该模块闭合时，则刹车电阻做为电负载，与电池包并联，此时方程(2-2)左侧还应该增加刹车电阻功率项PBR，为正数；同时，串混功率平衡方程(2-4)也要做相应调整，本行业普通技术人员可轻易完成；需强调，串混功率方程(2-4)是否包含PBR项，对本发明技术讨论无实质性响应。
ePSD的端口III可以通过内置斩波器分别双向电联接至少两个不同额定电压，或不同电化学成分电芯组成的电池包组合，优势互补，既可改善电池包总体性能并增加电池包系统的冗余度，又可降低电池包综合成本，给优化ACE重卡整车性价比带来多重益处。ACE重卡的电池包为超长循环寿命、宽环境温度范围、持续高倍率部分充放电(HRPSoC)运行的“峰值动力源“(Peak Power Source)，在串混模式下，其主要作用是提供百千瓦级快速削峰填谷的瞬态电功率，与发电机组提供的瞬态电功率叠加，协同给驱动电机供电，由驱动电机纯电驱动，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。该功率型电池包的容量一般都在90千瓦时以内，后续详述。一台带百升级大油箱的重卡柴油机，爆发力一般但耐力十足，可连续行驶一千公里以上；而功率型电池包更像一台带五升小油箱的大马力发动机，爆发力强劲但耐力严重不足，仅可纯电驱动连续行驶十公里；发动机和电池包结合，双方取长补短，混联动力总成的合计爆发力和耐力都超群出众；从整车功率平衡及能量管理考量，电机既不自产能量，也不储存能量，是个即无记忆又无迟滞效应的高效率能量转化器，将电能与机械能实时双向相互转换。
ACE重卡的功率型电池包容量一般只有几十千瓦时；提请注意，由于各种电池包的额定电压不尽相同，本发明中涉及电池包容量时的量纲为千瓦时(kWh)，而非电池行业常用的安时(Ah)。串混模式下，如果ACE重卡遇到十公里以上连续上高山或长坡(纵坡大于2.0度)的特殊路况，很可能在车辆登顶前电池包荷电基本耗尽(即SoC达到LRL)，此时串混车辆爬山的动力性(Gradeability)将完全取决于发电机组的最大连续功率PMG1-m。串混重卡在上高山的极限路况下，要保持与传统发动机重卡相同的动力性，就必须选配额定功率与发动机峰值功率相同的发电机(MG1)、驱动电机(MG2)和对应的电机控制器。目前全球主流干线物流重卡发动机(排量10L～16L)的峰值功率(指发动机的最大连续功率)都超过275千瓦，而顶配16L发动机的峰值功率甚至超过450千瓦。虽然额定功率(指电机的最大连续功率)超过250千瓦的车规大型电机及逆变器均已产业化，但因上述产品的电压平台和功率上限要求更高且年用量更小，无法与每年产销量大近两个数量级的新能源乘用车共用，导致大功率电机和逆变器产品价格昂贵，成本会长期居高难降。例如，一台300千瓦额定功率的车规大型电机(带电机控制器)的成本要明显高于两台150千瓦额定功率中型电机(带电机控制器)的合计成本；而且前者合格供应商的数量比后者小十倍，长期降成本及保质保供都更加困难；导致大功率电机高配置的增程式串混系统的综合成本会长期居高难降，整车性价比不高。ACE重卡遇到高山或大坡时，从车辆动力性和安全性角度考量，可优选并混模式，而串混模式为次优选择。
其次在并混模式下，离合器闭合且锁定，发动机与驱动轮直接耦合，机械功率流回路和电力功率流回路二者都闭环，发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)可三者可单独工作或协同发力，来实时地满足车辆动力学方程(1-1)。ePSD内部三大功能模块的直流端口都双向电联接到直流母线汇流点X，该汇流点处的直流电压和各个电路分支的电流的乘积为对应能量转换装置的电功率时变函数，这些功率项时刻满足下列二个功率平衡方程：
PV＝ηdt(PICE+PMG1+PMG2) (3-1)
PMG1+PMG2-PBAT＝0 (3-2)
上述方程(3-2)假定ePSD内部的电压控制开关(VCS)模块断开，刹车电阻不起作用；但如果该模块闭合，则刹车电阻做为额外电负载，与电池包并联，此时方程(3-2)左侧还应该增加刹车电阻功率项PBR，为正数。除非ACE重卡下长坡，需要当电池包基本满溢时(SoC达到URL)接通刹车电阻，实现非摩擦式缓速功能，在ACE重卡绝大多数运行时间，不需要缓速功能，刹车电阻与ePSD汇流点X之间电路断开。
重新组合方程(3-1)和(3-2)，可得到下列ACE重卡并混模式下运行时，描述路载功率、发动机功率、电池包功率三者关系的瞬态功率平衡方程(简称“并混功率方程”)：
PV(t)＝ηdt(PICE(t)+PBAT(t)) (3-3)
并混功率方程(3-3)的限制性边界条件如下：
a)电池包电量基本充足时(即高效区内；BLL<SoC<BUL)，
i.PICE-p<max(|PV(t)|)<PICE-p+PMG2-m+PMG1-m (3-3c1)
b)电池包电量基本耗尽时(即SoC<LRL)，
i.PMG2-m<max(|PV(t)|)<PICE-p (3-3c2)
c)发动机的转速与车轮转速成正比，转矩任意可调(3-3c3)
并混功率方程(3-3)的等效变形公式为：
PBAT(t)＝PV(t)/ηdt-PICE(t) (3-3A)
比较串混功率方程(2-4)与并混功率方程(3-3)及所对应的两套限制性边界条件，显而易见，只要电池包保持在高效区工作(即BLL<SoC<BUL)，并混模式的可实现最大路载功率要明显大于串混模式的可实现最大路载功率，ACE重卡并混的动力性明显优于串混；同时由于并混模式下，发动机可以直接驱动车轮，避免机械能和电能之间多次能量转换所带来的额外损耗，而且此时发电机MG1和驱动电机MG2等效合并成一个峰值功率超过500千瓦的更大的电机，能通过再生制动有效地回收更多的整车能量；在高速公路循环工况下，ACE重卡并混模式大概率比串混模式实际油耗更低；当然还可以充分利用电子地平线3D道路先验数据，结合ACE重卡的配置参数及动态工况数据，预测性和智能化地动态切换串混或并混模式(即智能模式切换技术；iMS)，充分利用两种模式各自的特点和优势，进一步实现整个运输事件的RDE油耗最小化；如同下围棋，不争每一粒子的局部得失，而要纵观全局，谋求终局全面性胜利，后续详述。
在ACE重卡高速公路正常行驶时，车辆路载功率函数PV(t)在秒级颗粒度时间内为缓慢变化的模拟函数；车辆在非拥堵高速公路上正常行驶，车辆加速度绝对值基本小于0.05G(G为重力加速度)，可根据车辆动力性方程(1-1)以高于2赫兹的刷新频率和千瓦级颗粒度来动态预测百公里级电子地平线内的路载功率时变函数分布；换句话讲，ACE重卡在高速公路正常行驶时，车辆未来十分钟级或小时级时间段内的路载功率函数是可以动态精准预测可知的。混动车辆控制现有技术中，通过不同功率管理策略(PMS)和实施方案对混动车辆发动机的瞬态功率和电机或电池包的瞬态功率分别进行模拟控制，实时满足串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，达到优化车辆实际运行环境下(RDE)优化节能减排的有益效果。混动车辆发动机控制与传统内燃机车辆发动机控制的核心差异点在于前者(混动车辆)发动机工况与车辆工况之间为多点对多点的双向映射，而后者(传统车辆)发动机工况与车辆工况之间为单点对单点的双向映射。显然混动车辆优化发动机节能减排的控制自由度或维度要明显高于传统内燃机车辆；但是现有技术中对混动车辆的发动机、电机、电池包的瞬态功率时变函数分别进行模拟控制也意味着混动车辆动力总成系统内各个子系统之间相互影响，交叉耦合，特别是发动机的工况无法与整车工况(等效于动力总成工况)无法完全解耦，导致动力总成硬件和软件仍然交叉关联，无法实现工程意义上的动力总成软硬件解耦；而系统软硬件解耦是实现软件定义该系统的先决条件和基石。换句话讲，现有油电混动车辆技术，特别是包含并混运行的混动车辆，难以实现工程意义上的动力总成软硬件解耦，无法实现软件定义动力总成。
ACE重卡有两个相互独立的动力源，发动机机械动力源和电池包电力动力源；从整车能量或功率管理策略角度考虑，发电机(MG1)和驱动电机(MG2)可被视为高效无源能量转换器件，以90％左右的效率将机械能与电能双向转换。本发明的核心在于，根据车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，对ACE重卡的发动机的瞬态机械功率时变函数和电池包的瞬态电力功率时变函数分别进行脉冲调制(PM)控制，特别是新颖独特的双极性矩形或非矩形脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)数字化控制；将发动机主动模式(AOM-Active Operating Mode；即燃烧做功运行)下的复杂面工况高度简化为其高效区内若干指定的点工况或线工况，运行时间占比99％，几乎完全避免发动机在非高效区任何主动工况；另外新增发动机被动模式(POM-Passive Operating Mode；即无燃被拖运行，此时发动机零油耗零排放；)下若干指定点工况或线工况；发动机可在主动模式与被动模式之一稳态运行或二者之间动态双向切换；在保证车辆动力性和行驶主动安全性的前提条件下，同时实现车辆实际油耗和污染物排放最小化。详情后续。根据行业熟知的发动机万有特性曲线(Engine Fuel Map)，发动机的主动模式(AOM)运行为第一象限(即非负转速或转矩)的面工况，包括高效区(例如105％最小比油耗曲线BSFC内部的区域)和非高效区；而发动机的被动模式(POM)运行为第四象限(即非负转速和负转矩)的面工况，显然全部四象限面工况对发动机而言，都是零油耗零排放的“双零工况”，等效于极限高效工况。
从本质上讲，车辆动力性方程(1-1)、串混功率方程(2-4)、并混功率方程(3-3)描述了配置本发明的混联动力总成的ACE重卡在任何循环工况及系统架构(串混或并混)下，包括车辆路载机械功率函数PV(t)、发动机机械功率函数PICE(t)、电池包电力功率函数PBAT(t)在内的各种功率项之间的瞬态功率平衡(Instantaneous Power Balance)；无论是串混运行或并混运行，车辆路载瞬态功率都等于该车发动机瞬态功率和电池包瞬态功率的线性叠加；但发动机和电池包的瞬态功率和工况必须满足串混或并混功率方程(2-4)或(3-3)的全部限制性边界条件。本发明中如无特别指明，则各项功率函数泛指瞬态功率函数。下面再定义一个称为“滚动平均”的新函数(MAW–Moving Average Window)，对原函数在窗口周期Tw内进行滚动时间积分时间平均运算，如下方程所示：
其中
为滚动时间平均功率时空函数，简称“平均功率”；P(t)为瞬态功率时空函数，简称“瞬态功率”；t为时间变量；Tw为窗口周期(分钟级常量)。
显然对上述串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)两边各个瞬态功率项根据上述方程(MAW)分别进行数学运算，方程(2-4)或(3-3)依然成立；此时原有的“瞬态功率”项都转换成双向唯一对应的“平均功率”项。平均功率函数的物理意义在于，充分利用ACE重卡在发动机被动模式(POM)，能够依靠十千瓦时级车载功率型电池包给电机MG1和/或MG2单独供电，纯电驱动车辆在基本平缓的高速公路上满载正常高速行驶近十英里的电能缓存(Electrical Energy Buffer)特点，将实时地满足车辆动力学方程(1-1)及串混功率方程(2-4A)或并混功率方程(3-3A)的车辆路载功率、发动机功率、电池包功率三者之间的“瞬态(亚秒级)功率平衡”的技术要求(又称“快速控制环”)与通过动态调节车辆路载平均功率与发动机平均功率之间的差值(即电池包平均功率函数值基本为零、明显大于零、明显小于零)，来主动调节电池包的工作模式(三选一运行或动态切换，荷电保持CS、荷电消耗CD、荷电增加CI)，从而动态控制电池包的平均荷电状态时变函数(SoC)的“稳态(分钟级)荷电状态调整”的技术要求(又称“慢速控制环”)完全解耦；使ACE重卡的发动机和电池包的“瞬态功率控制问题”(涉及车辆动力性、局部油耗及排放；但不涉及电池包平均SoC控制或全局油耗及排放)与“平均功率控制问题”(涉及电池包平均SoC控制或工作模式控制、车辆局部和全局油耗及排放；但不涉及车辆动力性)这两个维度的技术问题之间完全解耦；瞬态功率(快速控制环)与平均功率(慢速控制环)可以独立调整，互不影响，分别优化。发动机和电池包的瞬态功率函数实施脉冲调制控制，可决定车辆运行时的瞬态(亚秒级)车辆动力性、发动机实时油耗及污染物排放这三项重要动态指标，可对三项指标同时且分别优化；而平均功率控制则决定了无论ACE重卡实际循环工况如何，都能将发动机和电池包长期稳定地控制在二者的高效工作区内运行，几乎完全消除发动机或电池包的非高效区工况点；并可以通过电池包在荷电保持(CS)、荷电增加(CI)、荷电消耗(CD)三选一稳定运行或三种模式之间动态切换来实现对电池包平均荷电状态时变函数(SoC)的实时控制，在宏观准稳态(分钟级)意义上，同时优化车辆节能减排；车辆节能减排瞬态优化和稳态优化正交组合，达到同时优化整个货运事件ACE重卡RDE油耗和排放的有益效果。显然，根据串混功率方程(2-2)和并混功率方程(3-2)，电池包瞬态功率函数与双电机MG1和MG2的瞬态功率函数之代数和在数学上完全等价；但电机的功率函数从物理意义上与电池包功率函数不同；前者具备机电二象性，一方面代表机械功率，由电机轴的转速与转矩之乘积决定，另一方面又同时代表电力功率，由电机的交流电压与电流之复数乘积决定；而后者仅代表电力功率，由电池包的直流电压与电流之乘积决定。在串混功率方程(2-4)和并混功率方程(3-3)中，电机功率函数虽然从数学意义上讲并没有显性出现，仅隐性地出现在上述方程的边界条件中；但从物理意义上讲，双电机MG1和MG2恰恰是低损耗高效率地联接ACE重卡的路载机械功率函数、发动机机械功率函数、电池包电力功率函数三者的实体桥梁。
在ACE重卡并混模式下，发动机与车辆驱动桥之间有直接双向机械联接，所以发动机的转速受控于车辆工况(特别是车速和变速箱的挡位)；路载功率PV为自变量，可以独立控制，体现了司机对车辆行驶的控制意图(例如纵向车速或加速度)和本车(Ego Vehicle)所处动态交通状况，其值与车辆驱动轮的转速和总计驱动转矩的乘积成正比；车辆正常行驶时(即驱动轮不打滑时)，发动机的转速与驱动轮转速成正比，为因变量，不能独立设定；而发动机的转矩在该转速下的有效峰值转矩范围内为自变量，可根据车辆能量管理控制策略来独立动态设定；换句话讲，在并混模式下，发动机的瞬态功率函数仍为自变量，可以独立控制；但此时发动机的转速受控于车辆的速度和变速箱挡位，不能独立控制，仅转矩独立可控。从车辆RDE节能减排同时优化角度考虑，在城市工况下(车辆平均时速小于40公里/小时，主动加速和刹车频繁)，可优选串混模式；而在高速工况下(即正常高速公路工况，车辆平均时速大于50公里/小时，主动加速和刹车不频繁)，可优选并混模式。
当前全球在用重卡发动机95％以上为柴油机；重卡柴油机的高效区(即发动机最小比油耗BSFC值的105％的等油耗曲线内的工况区域)一般在转速1100～1600转/分(rpm)范围，转矩50％～90％最大转矩范围(即转矩负荷率50％～90％)，功率负荷率超过40％；在高效区外，发动机的比油耗值(BSFC；g/kWh)将明显升高(增幅超过6％)；特别当柴油机低负荷工况区(转矩负荷率或功率负荷率小于30％)运行时，除比油耗(BSFC)明显升高(增幅超过10％)外，其尾气温度通常低于250摄氏度，导致后处理系统催化剂转化效率下降，车辆RDE污染物排放(NOx和PM)明显增加。通过发动机降转速(Down Speed)或减排量(DownSize)来降低整车油耗，是欧美重卡行业近十年的大趋势；但上述两项节油措施与车辆在任何循环工况下的动力性都优化有矛盾，且对车辆传动系统的可靠性和耐久性有负面影响。ACE重卡在并混模式下，有两个额定功率百千瓦级的发电机和驱动电机可以和发动机三者协同发力，此时ACE重卡的动力性明显优于所有传统柴油机重卡或增程式串混重卡(峰值功率均小于450千瓦)，可实现总计峰值驱动功率(即最大路载功率)或再生制动功率超过500千瓦，具备超群出众的加速超车或爬坡能力和紧急刹车或缓速能力。
干线物流混联ACE重卡遇到十公里以上长坡或高山的极限路况，车辆控制器(VCU)可根据车载3D地图和车辆定位，车到山脚下提前闭合离合器，切换到并混模式，由发动机直接驱动车辆，省去从发动机到驱动轮的多次能量转换，提高驱动效率。如果ACE重卡登顶前电池包荷电耗尽(SoC<LRL)，发电机和驱动电机都可被配置为无负载空转，此时车辆继续爬山时的动力性完全取决于发动机的峰值功率(通常大于300千瓦)。在本发明的混联架构下，峰值功率参数配置条件：PICE-p>PMG2-m>PMG1-m，可选配PICE-p>300kW,PMG2-m<250kW,PMG1-m<200kW。如果电机额定功率小于200千瓦，可以明显降低电机和逆变器的成本。除上高山的极限路况外，在平原和丘陵地带，并混模式下ACE重卡能让电池包长期运行在荷电维持(CS)模式，通过对发动机瞬态输出功率进行智能功率切换控制(iPS)，结合电子地平线先验3D道路信息，将电池包荷电状况(SoC)保持在最佳工作区域(例如30％～70％)，此时发动机和双电机(MG1、MG2)可三者共同发力驱动车辆，并混动力总成分钟级持续时间的最大总驱动功率可高达500千瓦以上，混联重卡的动力性、安全性、和节油性等方面即明显优于传统发动机重卡，也优于高配置的增程式串混重卡。
ACE重卡完成整个货运事件所做的累计有用功都直接或间接地来源于发动机瞬态功率函数对时间的积分，即累计有效机械能(又称有效驱动功，Effective PropulsionWork)。ACE重卡节油策略的关键之一就是最大限度地保持发动机在其万有特性曲线的高效区内长期稳定地运转，尽量减少发动机在其高效区以外运行，特别是长时间在低负载工况区或怠速工况点运行。发动机启停技术(SS–Stop Start)和发动机停缸技术(CDA-CylinderDeactivation)是当前全球汽车行业人士熟知的节能减排现有技术，已广泛应用于乘用车行业；但这两种现有技术各自的缺点和使用局限性也是行业常识。
干线物流重卡运行绝大多数时间(85％+)在高速公路工况运行，不常遇见红绿灯，车辆启停频次很低，同时主动加速或刹车的频次也较低；重卡发动机在运转启停切换时，所引发的车辆振动噪声(NVH)问题比内燃机乘用车更突出；发动机停转时，重卡上多种机械式附属子系统(例如冷却风扇、水泵、油泵、气泵、转向助力泵、空调压缩机等)无法从发动机处直接获取机械能量来维持正常工作，会引发众多负面影响；发动机频繁启停会缩短发动机、启动马达、离合器、蓄电池等子系统的寿命；干线物流重卡发动机启停技术的实际节油效果甚微(节油率小于2％)；所以乘用车(总重小于3.5吨)节能减排现有技术中的发动机启停技术(SS)并不适用于干线物流重卡，至今全球范围重卡发动机启停技术(SS)还没有量产商用。同时干线物流重卡正常行驶时绝大部分时间其发动机稳定地工作在燃烧高效区，较少时间工作在发动机低转速、低负载的工况下，虽然在道路拥堵或等待装卸挂车时仍会怠速或低转速、低负载运行，但时间占比较小。干线物流重卡发动机若采用停缸技术(CDA)，则需要增加一套复杂的可变气门驱动装置(VVA)，通过动态切断发动机部分但非全部气缸(例如6缸变4缸、3缸、或2缸)喷油并且在四冲程发动机完整的周期内(曲轴两圈或转角720度)常闭这些被动气缸(Deactivated Cylinder)的全部进/排气门，增加其余主动气缸(Activated Cylinder)的实际燃烧做功负载率，有助于节能减排；需强调柴油机CDA的首要目的是在车辆低负载工况下提升发动机尾气温度，使后处理系统(ATS)内部各种催化剂在其高效区运行(摄氏250度至500度)，减少车辆污染物排放；次要目的才是通过调整主动气缸的实际工况点来节油。发动机停缸技术(CDA)明显增加了发动机的结构复杂性和成本，降低其可靠性和寿命，恶化车辆的振动噪声特性(NVH)，对干线物流重卡而言，综合节能减排效果有限，性价比不高。全球范围干线物流重卡市场，目前(2021年初)都没有批量商用重卡发动机启停技术(SS)或停缸技术(CDA)。当然，柴油重卡如果要满足美国加州2027年超低排放组合法规(即比EPA-2010法规的NOx显著降低90％)和美国联邦GHG-II法规，则必须考虑批量商用重卡柴油机停缸技术(CDA)。
ACE重卡混联动力总成的机械驱动功率回路和电力驱动功率回路，即可各自独立工作，也可二者协同工作，来实时地满足车辆动力学方程(1-1)、串混功率方程(2-4)、或并混功率方程(3-3)。ACE重卡即便发动机进入被动模式运行(停机或无燃被拖)，仅由电池包单独给驱动电机供电，也可以维持车辆满载高速行驶至少五分钟；从车辆功率或能量管理策略角度来讲，ACE重卡的行驶过程本质上是一种有分钟级响应时间的高惯性时变机电系统，根据冲量等效原理，可以对其发动机瞬态输出功率采取脉冲调制(PM)数字式控制策略，例如脉宽调制控制(PWM)或脉幅调制控制(PAM)，可保证发动机长期稳定地运行在其燃烧高效区或零油耗零排放的无燃被动区，通过功率型电池包的瞬态功率函数对发动机瞬态功率脉冲序列函数进行动态补偿，削峰填谷，二者线性叠加后再现模拟缓变路载功率函数，实时地满足车辆动力学方程(1-1)、串混功率方程(2-4)、或并混功率方程(3-3)；为充分利用各种数字信号处理技术、数字控制技术、大数据(BD)技术、机器学习(ML)技术来同时优化ACE重卡节能减排铺平道路。电池包或电机的瞬态功率比车辆路载瞬态功率或发动机瞬态功率的变化速度高一个数量级以上，电池包的瞬态功率函数完全能根据串混功率方程(2-4A)或并混方功率程(3-3A)来快速精准地(十毫秒级时延或千瓦级颗粒度)跟随路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；而且ACE重卡在整车动力性能、刹车性能、噪声和振动(NVH)特性、RDE油耗或排放等方面要明显优于传统柴油重卡。本公开将ACE重卡发动机输出功率的控制策略从现有技术的模拟调幅(AM)电子控制升级到基于脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)的数字电子控制技术；为充分利用各种新兴的人工智能、大数据、云计算(ABC)技术来优化干线物流重卡节能减排提供了高性价比的技术基础、装置、和方法。下面详细阐述本公开的核心发明点之一，两种既可以克服现有技术中的发动机启停技术(SS)或停缸技术(CDA)的原有缺点，又能够保留它们各自的原有优点，同时优化ACE重卡节能减排的新颖发动机脉冲数字控制技术：“智能启停”(iSS–intelligentStop Start)技术和“智能功率切换”(iPS–intelligent Power Switch)技术。
首先描述ACE重卡串混“智能启停”(iSS)控制技术。ACE重卡在串混模式下运行时，发动机与车辆的驱动轮完全机械解耦(即无机械联接)，此时发动机的工况点(即转速和转矩)可任意设定，与车辆的工况点无关。根据发动机的具体配置参数，可选定发动机万有特性曲线(Fuel Map)中比油耗最小值等高线所定义的“最佳工况区”内的最大功率点为“最佳工况点”；该工况点一般在发动机峰值转矩所对应的最高转速(即基速)附近，转矩负荷率在80％～90％之间(实际转矩与峰值转矩的比值)，发动机在最佳工况点的输出功率值(定义为“最佳输出功率”)一般为其峰值功率值的60％～80％之间；该工况点发动机的比油耗(BSFC；g/kWh)最小(即热效率BTE最高)，同时发动机排气口处废气的温度也高于250摄氏度，有利于车辆废气后处理系统(ATS)高效运行，最大限度减少污染物排放且延长后处理系统在实际运行环境下(RDE)的有效寿命。发动机的最佳输出功率应小于发电机(MG1)的额定功率；发动机的峰值功率显然大于最佳输出功率，也应大于发电机(MG1)的额定功率，只是发动机峰值功率工况点的比油耗(BSFC)通常大于最小值。另外还可将发动机稳定地运行在一个零油耗零排放的被动工况点：“无燃怠速点”(NCIP–Non-Combustion Idle Point)，该点的转速值可设定在400转/分至700转/分之间，以保证ACE重卡上必须从发动机处直接获取机械能量的各种附属子系统都能够正常工作；此时发动机切断其全部气缸的喷油(FuelCutoff)，进入被动模式(POM)运行，转矩变为负数，平均绝对值基本小于300牛米，需要由发电机(MG1)在驱动模式下拖动发动机旋转，该工况点的发动机功率定义为“无燃怠速功率”，为负数，其绝对值基本小于发动机峰值功率的10％；发动机在被动模式下，其作用相当于一个一进多出的变速箱(即机械功率分流器)，将发电机在驱动模式下输出的十千瓦级机械功率反向转递到车辆各个需要从发动机处获得连续机械能供应的附属子系统，赋能这些附属子系统正常运行。显然在无燃怠速工况点，发动机零油耗零排放，但发电机在驱动模式下会耗电。iSS模式下发动机的最佳输出功率又称“高态额定功率”；无燃怠速功率又称“低态额定功率”。
对没有可变气门驱动(VVA)功能的基本型发动机，在无燃怠速点一个完整的四冲程发动机周期内(曲轴转角720度；简称发动机周期)，吸气和排气两个冲程将分别产生泵气损失(Pumping Loss)，压缩和做功两个冲程得益于缸内压缩空气弹簧一缩一伸，基本没有泵气损失；发动机的自身机械损失(包括摩擦损失和泵气损失)与其转速高度正向关联。无燃怠速点的发动机做为机械负载，无燃怠速功率时间平均值基本小于20千瓦，额定功率百千瓦级的发电机可轻易地反拖发动机运转，且在分钟级时间内耗电量有限，一般在百瓦时级。对有可变气门驱动(VVA)功能的高级型发动机，则可控制全部气缸的所有进/排气门在发动机被动模式运行时保持常关状态，可明显减少泵气损失，从而进一步降低无燃怠速功率，减少电耗。发动机运行在被动模式运行时，如果此时发动机所有气缸的全部进/排气门同时保持常闭状态，定义为“二元停缸”功能(bCDA-binary Cylinder Deactivation)，实现该功能的可变气门驱动(VVA)技术方案则称二元停缸技术。本发明的发动机二元停缸技术与现有技术中的发动机停缸技术(CDA)在必备技术特征、控制方法、有益技术效果等方面有本质上的差异，后续详述。二元停缸技术除了能够明显减少发动机泵气损失，有利于节油外，另一重要益处是避免发动机被动模式运行时产生的大量清洁低温尾气，吹凉后处理系统内的各种催化剂，降温到关灯温度(Light-off Temperature)以下(即+200摄氏度)的缺陷，将脉控发动机的后处理系统中各个催化剂子系统的内部温度长期稳定地保持在关灯温度以上，能保持车辆RDE排放长期稳定地满足加州2027年超低排放法规限值(比EPA-2010降低90％)。当然，ACE重卡只采用智能启停技术(iSS)但不选用二元停缸技术，也能满足当前柴油重卡NOx排放法规限值(EPA-2010、欧-VI、国-6)的要求，但要满足2027年加州柴油重卡NOx超低排放限值0.02g/bph-hr的法规要求，则必须采用二元停缸技术，还需要增加后处理系统主动智能废气温控技术(iETM)，后续详述。
所谓智能启停技术(iSS)，指由车辆控制器(VCU)，根据ACE重卡在串混模式下的系统配置参数、车辆动态行驶数据、电子地平线道路三维信息、和聚焦优化节能减排的机器学习(AI)算法，指挥发动机在“无燃怠速点”和“最佳工况点”二者之一平稳运行或二者之间动态平顺切换，对发动机瞬态输出功率时间函数实施双极性非对称脉宽调制控制(PWM)；再通过电功率分流器(ePSD)，对电池包瞬态功率时变函数进行同步的(Synchronized)脉冲调制控制(PWM或PAM)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4A)及相应边界条件；在保证车辆行驶的动力性和安全性的前提条件下，同时优化车辆节能减排。该PWM脉冲序列的周期为亚分钟级，占空比ks定义为脉冲周期内高态(High State；又称主动态，AS-Active State)最佳工况点运行时间与脉冲周期的比值(％)，在0和1之间连续可调；而低态(Low State；又称被动态，PS–Passive State)无燃怠速点运行时间占比则等于1-ks；可以通过动态调节占空比ks来实现发动机的平均功率(参见方程MAW)在“无燃怠速功率”与“最佳输出功率”之间连续可调。优选发动机工况动态切换控制实施方式如下：从低态(无燃怠速点)切换到高态(最佳工况点)时，先由发电机(MG1)拖动无燃发动机，将其转速从怠速点提升到最佳工况点后，发动机再开始喷油燃烧做功；在其万有特性曲线(Fuel Map)固定转速垂直线上逐步增加转矩(秒级过渡时间)，到达最佳工况点后稳定地运行；从高态向低态反向切换时，发动机先在最佳工况点迅速(亚秒级)减少喷油直到完全切断喷油，依靠发动机飞轮的惯性，快速进入无燃状态(被动工况，做负功)；在最佳工况点的定转速下先将转矩迅速减小成负数(亚秒级过渡时间)，然后再由发电机拖动无燃发动机减速至无燃怠速点后稳定地工作。显然在串混iSS控制模式下，发动机的瞬态功率函数由现有技术的模拟时变函数被转换成非对称双极性PWM脉冲序列函数；将发动机瞬态功率函数的控制方式从复杂全域面工况的模拟控制转换成新颖独特的指定双点工况或双线工况数字控制。串混ACE重卡为纯电驱动，十千瓦时级功率型电池包可在短时间内(分钟级)单独支持驱动电机(MG2)满负荷(即额定功率分钟级或峰值功率秒级)运转；同时电池包瞬态充放电功率的响应速度比发动机瞬态功率的响应速度高一个数量级，瞬态功率值在电池包的负峰值功率到正峰值功率之间连续可调，完全胜任根据串混功率方程(2-4A)，对路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值进行快速精准地跟踪(十毫秒级时延及千瓦级颗粒度)，削峰填谷；既能保证整车瞬态动力性(即动力总成合计驱动功率)丝毫不受发动机两个工况点(高态或低态)之间动态切换的影响，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；又能保证混联动力总成运行时整车的振动和噪声性能(NVH)优于传统内燃机重卡；从整车NVH性能优化角度考量，发动机高低态工况点切换的过渡时间不宜太短，应在秒级。对ACE重卡而言，无燃低态的发动机是发电机在驱动模式下的机械负载；而在发电模式下，发电机则是燃烧高态的发动机的机械负载。发动机在最佳工况点工作时，发电机(MG1)的输出功率称为“最佳发电功率”，为正数，该值通常高于发电机额定功率的85％且上限为发电机的额定功率；发动机在无燃怠速点工作时，发电机(MG1)的功耗称为“无燃耗电功率”，为负数，其时平均绝对值小于百千瓦级发电机额定功率的15％；换句话讲，在串混iSS控制模式下，通过动态调节PWM序列占空比ks，可实现发电机组(指发动机加发电机)平均电功率函数在无燃耗电功率与最佳发电功率之间连续可调。
从本质上讲，智能启停技术(iSS)将串混模式下ACE重卡发动机的实际燃烧做功运行区域从复杂面工况极致地简化到单一最佳工况点(固定转速和转矩；比油耗最小)，通过对最佳工况点发动机运行所产生的恒定输出机械功率，进行非对称双极性矩形脉宽调制(PWM)控制，来动态连续地调节发动机分钟级平均输出机械功率和对应发电机组的发电平均功率，根据分钟级路载平均功率与发电平均功率之间的差值基本为零、明显大于零、明显小于零三种不同情况，使电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、或荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或模式之间平顺切换；通过动态精准地(亚秒级时延及千瓦级颗粒度)预测车辆电子地平线范围内(小时级或百公里级)路载平均功率时变函数并调节发动机平均功率函数，最大限度地使电池包长期稳定地工作在高效区(BLL<SoC<BUL)；尽量避免因电池包电量基本耗尽(SoC<LRL)，导致ACE重卡动力性降低的不良情况出现，或因电池包电量基本满溢(SoC>URL)，导致无法有效地回收再生制动电量的不良情况出现；发电机组(发动机+发电机)和电池包协同供电，确保驱动电机能实时地满足车辆路载功率要求，在保证ACE重卡行驶动力性的前提下，实现RDE油耗和污染物排放同时最小化。
最简洁有效的PWM控制策略如下，发动机的无燃怠速点和最佳工况点一旦选定后固定不变，通过动态调整发动机瞬态功率双极性等幅脉冲序列(PWM)的占空比ks来实现发电机组的分钟级发电平均功率在无燃耗电功率与最佳发电功率之间连续可调。当然智能启停(iSS)功能还可以拓展到发动机的可调节的无燃怠速点与多个高效工况点(即不同的最佳工况功率)之间动态切换的其它技术方案，但这些可调多工况点iSS技术方案更复杂且综合性价比并不优于上述固定双工况点的iSS技术方案。由于驱动电机转速和转矩的调节速度和精度比变速箱快一个数量级，在串混iSS模式下，如果车辆需要换挡，驱动电机(MG2)能够轻松的完成瞬态转矩中断和快速转速同步，令变速箱平顺换挡，整个变速箱换挡操作与发动机的工况无关。
现代重卡柴油机普遍采用涡轮增压器；智能启停技术(iSS)即适用于不带可变气门驱动(VVA)功能且配置低成本固定截面涡轮增压器(FGT)的基本型发动机；也适用于带可变气门驱动(VVA)功能和/或可变截面涡轮增压器(VGT)的高级型发动机。基本型发动机和高级型发动机虽然在万有特性曲线高效区(大小或形状)、动态特性(例如涡轮增压器延迟Turbo Lag等)、和价格等方面差异明显，但两种发动机的最小比油耗(BSFC)值或最佳输出功率值基本相同；借助ACE重卡串混智能启停技术(iSS)，配置基本型发动机的ACE重卡对比配置高级发动机的车辆，在各种运行工况和应用场景下，均能达到相同的动力性和节能减排效果；换句话讲，ACE重卡对比传统柴油重卡，大幅降低了对发动机的技术先进性及综合性能的要求，使发动机不再是ACE重卡动力性、RDE油耗或排放的瓶颈；ACE重卡能轻松适配任何量产商用的现代重卡发动机。未来中国国-6新ACE重卡即便配置成本较低的国产基本型发动机，在确保极具挑战的重卡七十万公里实际运行环境(RDE)排放长期稳定达标的前提条件下，仍能同时优化车辆动力性和燃油经济性。绝大多数发动机的最佳输出功率在其峰值功率的55％至85％之间；满负荷(负荷率>90％)或轻负荷(负荷率<30％)时，发动机的比油耗(克/千瓦时)都明显高于最小值。发动机的万有特性曲线中，比油耗(克/千瓦时)的等高线为多个互不相交的不规则环形曲线，其比油耗全域最小值等高线内部所包含的区域称最佳工况区，俗称发动机的“甜点”(Sweet Spot)，其中每一点都是最佳工况点(特定转速和转矩)，比油耗值相同；比油耗等于最小值的105％的等高线所包含的区域可称为高效工况区(简称“高效区”)；显然高效区的面积明显大于甜点并完全包含甜点。大多数重卡发动机的甜点所对应的转速在其基速(指峰值转矩点的转速)的95％到125％范围内，所对应的转矩在其峰值转矩的65％至90％之间。现代重卡发动机(柴油或天然气)基本型(BaseModel)的高效区面积较小，而高级型(Advanced Model)的高效区面积较大；两种柴油机在甜点的最小比油耗值均可达到186克/千瓦时。为持续降低油耗(升/百公里)，近十年来，欧美重卡发动机研发的大趋势是降排量(Down-Size)或降转速(Down-Speed)，发动机的基速(即峰值转矩点转速)从1200转/分逐年下降到1100转/分以下，甚至向1000转/分逼近；主流发动机的排量也逐渐向12L聚集。无论具体应用场景如何，ACE重卡在串混iSS控制模式下，都能将整车工况和发动机的工况完全解耦，在保证整车动力性前提条件下，令发动机在98％以上的时间工作在其高效区内或零油耗零排放的无燃怠速区内，基本完全消除发动机功率满负荷、低负荷、或有燃怠速运行工况(时间占比<2％)，达到同时优化节能减排的有益效果。
下面再描述并混“智能功率切换”(iPS)控制技术。ACE重卡在并混模式下运行时，因发动机与驱动轮直接机械联接(即机械耦合)，其转速完全由变速箱挡位和车速来决定并随时间变化，为因变量(无法独立控制)，但其转矩仍然是自变量，可以独立动态调整；此时对发动机，不能采用智能启停(iSS)控制技术，必须采用智能功率切换(iPS)控制技术。ACE重卡在高速路正常行驶时(平均行驶速度高于50公里/小时，无紧急刹车)，可优选并混模式运行，在无长坡的路段，其路载平均功率基本大于发动机峰值功率的35％，绝大部分时间为中高负载工况；车辆的瞬态速度在一窄速度带内随时间缓慢变化，车速变化率一般在平均车速正负15％范围内波动，所以车辆的发动机的转速的变化率的绝对值也小于15％；本车主动加速度的绝对值基本小于重力加速度G的5.0％(即0.5米/秒平方)，此时发动机的瞬态输出转矩仍然大范围独立可调。ACE重卡变速箱的自动换挡控制策略，总能让发动机在高速工况始终稳定地运行在基速(即峰值转矩点的转速)附近狭窄范围内(高效区)，例如在1100转/分到1600转/分之间。在并混模式下，发电机(GM1)和驱动电机(GM2)的转速也都和发动机的转速成正比，且两电机的瞬态转矩仍然大范围分别独立可调。可对发动机的瞬态机械功率函数和功率型电池包的瞬态电功率函数(充电或放电)分别进行双极性非矩形脉宽调制控制(PWM)或双极性非等幅(即非矩形)脉幅调制控制(PAM)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率平衡方程(3-3A)，而且还能通过控制发动机瞬态功率PWM脉冲序列的占空比来动态连续调节发动机平均功率函数，令车辆路载平均功率与发动机平均功率之差值(方程3-3A)基本等于零(绝对值小于30千瓦)、明显大于零或小于零，使电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或之间平顺切换；保证电池包绝大部分时间(90％+)在高效区运行(BLL<SoC<BUL)，完全杜绝电池包在上下红线外运行(SoC<LRL或SoC>URL)。
ACE重卡并混模式运行时，可对发动机的瞬态输出功率进行脉冲调制控制(PM；含PWM或PAM)，实现“智能功率切换”(iPS)控制功能，具体技术措施如下：车辆控制器(VCU)通过车辆数据总线(CAN总线)对发动机的瞬态输出功率函数进行双极性非矩形脉宽调制控制(PWM)，脉冲序列的周期T为亚分钟级，双极性非矩形(即非等幅)PWM脉冲序列同周期内可分为高态工况或低态工况，低态工况可设定为发动机无燃被拖动时的线工况(功率为负数，小范围波动)，该低态工况线的转矩范围由车辆上所有必须从发动机持续获取机械能才能正常工作的子系统的集合决定，为负数，绝对值在百牛米级；转速范围由ACE重卡的车速时间函数和变速箱挡位决定，为正数(1000～1800RPM)；高态工况线可设定为脉冲周期内发动机转速波动范围内，比油耗(BSFC)高效区域内(即发动机最小比油耗105％的比油耗曲线内包含的区域)功率值相对极大的多个工况点联接而成的线工况(转矩或功率为正数，有小波动)；占空比kp定义为高态工况运行时间与PWM脉冲序列周期T的比值，在0和1之间任意可调；而同一周期内低态工况时间占比则等于1-kp；由于并混时发动机的转速受制于车速，在PWM脉冲周期内(亚分钟级)有小范围的波动，发动机瞬态功率函数高态脉冲部分或低态脉冲部分都是非等幅(即非矩形)的脉冲。在串混智能启停(iSS)控制模式下，发动机的瞬态输出功率时间函数可转换为双极性等幅(即矩形)PWM脉冲序列，直接设定无燃耗电功率与最佳发电功率为常数，与车辆动态工况无关；但在并混智能功率切换(iPS)控制模式下，发动机的瞬态输出功率时间函数只能转换为双极性非矩形PWM脉冲序列，高态脉冲和低态脉冲部分的具体形状，与车辆动态工况高度关联，PWM脉冲的顶部幅度曲线会随时间在小范围内缓慢波动。在并混iPS模式下，与全高态脉冲序列(即占空比为1.0)一个周期T内时间积分面积相同(即等冲量)的等幅功率值定义为“高态等效功率”，是个大于发动机峰值功率70％的正数；与全低态脉冲序列(即占空比为0)一个周期内时间积分面积相同(即等冲量)的等幅功率值定义为“低态等效功率”，是个绝对值小于发动机峰值功率10％的负数；iPS模式下，发动机的平均功率函数在负的低态等效功率和正的高态等效功率之间任意可调，为缓变模拟时变函数。上述PWM控制方案，通过对发动机喷油量的动态控制(断油或喷油)，使发动机在其燃烧高效区内的高态工况线和零油耗零排放的低态工况线之间，沿垂直方向(即定转速，变转矩)来回平顺切换，动态地调整发动机平均功率函数(见方程MAW)，令车辆路载平均功率与发动机平均功率的差值在基本为零(例如绝对值小于15千瓦)、持续明显大于零(大正15千瓦)、持续明显小于零(小于负15千瓦)三种状态之间动态可调，使ACE重卡的电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或三种模式之间动态切换；最大限度地避免因电池包电量基本耗尽(SoC<URL)，导致电池包无法继续给驱动电机供电，ACE重卡动力性降低的不良情况出现，或因电池包电量基本满溢(SoC>LRL)，导致电池包无法继续通过再生制动回收整车能量的不良情况出现；再由发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者协同驱动，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率方程(3-3)。
ACE重卡并混模式下，发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者都和车辆的驱动轮直接机械耦合，三者的转速在变速箱挡位固定时，完全受控制于车速时变函数这个自变量，均为秒级缓慢小幅变化(每秒变化率小于5％)的因变量时变函数；而三者的转矩则都是百毫秒级可快速大幅变化(每秒变化率大于20％)的自变量时变函数；三者的瞬态转矩可直接叠加，整车变速箱输入轴处驱动转矩的合计峰值可超过4000牛米，明显高于当今世界上顶级配置干线物流重卡16L柴油机的峰值转矩(约2800牛米)；所以并混ACE重卡在高速工况下可长期稳定地工作在变速箱的最高挡位(直驱档或超速挡)，很少因加速超车或上坡时峰值转矩不足而向下换挡；为保护变速箱和传动系统的机械寿命，需要对并混模式下变速箱输入轴的最大转矩进行动态限制。如果ACE重卡并混模式运行中需要换挡，特别是向下换挡(即高挡位换低档位)，由于双电机(MG1和MG2)转矩或转速的调整速度比发动机快近十倍，可在换挡时先切断发动机喷油，令发动机进入无燃低态工况线运行，再由双电机(MG1和MG2)协同工作在驱动模式下，既拖动无燃发动机又驱动车辆；此时不需要断开离合器，就可以在秒级时间内完成发动机的飞轮与变速箱的输入轴之间转矩中断及转速同步后挂上新档，然后发动机再重新喷油燃烧做功，进入高态工况线运行，整套换挡动作在秒级时间自动完成。ACE重卡在并混iPS控制模式下换档时，不会出现明显的车辆驱动转矩中断，基本消除传统内燃机重卡变速箱换档时(特别是向下换档时)的明显顿挫感，还明显改善了整车运行时的振动及噪声特性(NVH)。换句话讲，在并混iPS模式下，如果ACE重卡需要换挡，则整个换挡操作必须在发动机瞬态功率PWM脉冲序列函数的低态脉冲部分完成(秒级)；与传统内燃机重卡换挡操作不同(特别是向下换挡操作不同)，此时换挡不需要断开离合器，由双电机(MG1和MG2)协同驱动车辆并拖动低态工况下的发动机，实现变速箱输入轴瞬态驱动转矩中断和转速同步，完成换挡操作；既减少离合器磨损，延长其寿命，又改善换挡时整车的动力性和NVH性能，上述并混(iPS)功能下的“无离合器换挡”(CGS-Clutchless Gearshift)技术措施与现有技术中的传统内燃机车辆或并混车辆离合器换挡方法有本质性差异，优点突出，后续详述。ACE重卡在高速公路正常行驶时,平均车速高于50公里/小时,很少主动加速或刹车，可优选并混模式。
并混模式下发动机的机械功率主要用来直接驱动车辆，而发电机和驱动电机可以工作在相同模式下，等效成一个峰值转矩和功率更大的组合电机，既可从电池包获取电能来驱动车辆，又可通过再生制动给电池包高倍率充电，回收能量。传统内燃机重卡高速路正常行驶时，变速箱的实际换挡频率，主要取决于司机的驾驶风格、实际道路纵坡函数、整车配置参数、车辆行驶工况、及车辆驱动的峰值功率或转矩等多重因素，发动机排量越大，转矩或功率余量越充沛，则换挡频率越低；ACE重卡在并混模式下，发动机、发电机、驱动电机三者的转矩或功率可以叠加，其车辆合计驱动转矩(大于3500牛米)或功率(大于450千瓦)要明显大于目前市场上顶级配置的16L柴油机重卡，所以ACE重卡并混运行时的换挡频率要明显低于所有的传统内燃机重卡，既可改善车辆的动力性和NVH性能，又延长变速箱自动换挡机构的寿命；在某些特殊路况下，发电机和驱动电机还可以工作在相反模式，即一个为发电模式而另一个为驱动模式。当然智能功率切换(iPS)功能还可以通过除脉宽调制控制(PWM)之外的其它技术措施来实现，例如对发动机瞬态输出功率进行非矩形脉幅调制(PAM)控制；普通技术人员受本发明启发，容易举一反三，借助成熟的现代数字通信技术或数字信号处理技术，联想出多种对发动机瞬态输出功率函数实施脉冲调制控制(PMC)的等效技术方案或措施；但这些等效技术方案或技术措施在系统性能、成本、可靠性等方面比上述PWM技术方案并无明显优势。
本发明的ACE重卡串混iSS或并混iPS技术，能将全球量产商用的任何一款现代模拟电控(AEC)重卡发动机在保持发动机硬件和标定软件不变的前提下，转换成一款新颖的数字脉控(DPC)发动机，简称脉控发动机；脉控发动机的运行工况分两大类；第一类为主动模式(AOM-Active Operation Mode)，此时发动机燃烧做正功(转矩和转速均为正值；对应万有特性曲线第一象限)，全部运行工况从传统的复杂面工况简化为燃烧高效区内若干指定的高态(High State)工况点或工况线，时间占比高于99％，几乎完全避免非高效区内的任何其它工况点，特别是对同时优化发动机节能减排极具挑战的低速低负载或怠速工况，非高效工况点时间占比小于1％；第二类为被动模式(POM-Passive Operation Mode)，此时发动机无燃被拖做负功(转矩为负而转速为正；对应第四象限)，全部运行工况简化为零油耗零排放的若干指定低态(Low State)工况点或工况线；显然，对脉控发动机节能减排而言，所有低态工况点都是绝对高效工况点，但此时需耗费电池包存储的电能。与传统的发动机电控技术不同，脉控发动机通过上述串混iSS或并混iPS技术措施将其瞬态功率时变函数从模拟函数转换成双极性脉冲序列函数(PWM或PAM)，并将脉控发动机的工况从复杂的面工况大幅简化为至少两条指定的线工况并与ACE重卡整车的工况完全解耦，对发动机的实际运行工况可完全独立控制，以不变应万变；换句话讲，无论ACE重卡的整车循环工况(Vehicle Duty Cycle)如何，脉控发动机的实际运行工况都是在主动模式(高效区燃烧做功)和被动模式(无燃被拖，零油耗零排放)之一稳定运行或在二者之间平顺切换；脉控发动机实现了发动机工况与整车工况解耦和混联动力总成软件与硬件解耦，为软件定义动力总成打下坚实的技术基础。可将脉控发动机视为只有特定高态和低态的二元状态机，有利于发动机硬件通用化(Generic)、抽象化(Abstract)、软硬解耦(SW&HW Decoupling)，从而大幅简化ACE重卡RDE节能减排在线实时全局优化算法，提高算法的收敛性和鲁棒性。。
ACE重卡可根据百公里级电子地平线道路三维信息(包括经度/纬度/纵坡)、车辆配置参数及动态运行数据、和司机所选择的智能巡航控制(iCC)子模式，依靠车辆动力学方程(1-1)实时精准地测算(秒级时延及千瓦级颗粒度)车辆在非拥堵的高速公路上未来小时级电子地平线路载瞬态功率或路载平均功率函数分别，车辆控制器(VCU)对发动机实施并混智能功率切换控制(iPS)，通过动态控制发动机瞬态功率函数PWM序列占空比kp来连续调整平均功率函数值，使功率型电池包在荷电保持(CS)模式(发动机平均功率基本等于路载平均功率)、荷电消耗(CD)模式(发动机平均功率明显小于路载平均功率)、和荷电增加(CI)模式(发动机平均功率明显大于路载平均功率)三者之一稳定地工作或之间平顺切换；对电池包进行及时(JIT)充放电，保证电池包最大限度地工作在高效区(BLL<SoC<BUL)，电池包高效运行时间占比90％，完全避免电池包进入清空(SoC<LRL)或满溢(SoC>URL)的极限红线工况；发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者协同驱动，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率方程(3-3)，以实现ACE重卡实际油耗和污染物排放同时最小化的有益效果。
ACE重卡在并混模式下，发动机、发电机、和驱动电机三者的驱动总转矩在变速箱输入轴处可以线性叠加，合计峰值转矩能轻易突破4000牛米，而目前全球已量产干线物流重卡的顶级配置的16升重卡发动机的峰值转矩小于2800牛米，全球现有量产商用重卡变速箱最大输入扭矩基本都小于3000牛米，现有重卡变速箱输入轴处最大转矩主要受制于变速箱、传动轴、或驱动桥的原设计机械强度和寿命，如果重新设计并量产峰值输入扭矩大于3500牛米的重卡变速箱，近期研发和生产单位成本将居高难下。换句话讲，即便只配置价廉物美的基本型重卡发动机(例如排量9升到12升；峰值功率大于260千瓦；峰值转矩小于2500牛米)和主流高性价比的百千瓦级发电机(MG1)和驱动电机(MG2)，配置本发明混联动力总成的ACE重卡也能在分钟级短时间内，爆发性输出合计驱动功率(机械功率与电力功率之和)超过450千瓦，合计峰值转矩超过3500牛米，其动力性明显的高于全球市场上已量产的顶级配置16升传统发动机重卡。目前已量产商用干线物流重卡变速箱输入端的最大输入转矩基本都小于3000牛米；为适配ACE重卡，现有重卡变速箱或其它传动子系统在机械强度和寿命方面需重新强化设计；应将变速箱输入端的峰值转矩提升到3000牛米以上，还可以将其档位总数从10至16档减半到5至8档。
现有技术中混动车辆功率功率策略(PMS)一般包括下列七种车辆运行子模式(又称控制子模式)；除非特别注明，否则某一模式对串混或并混均适用；各个控制子模式之间的切换不频繁，平均切换间隔一般在分钟级或十分钟级。
1)纯电池驱动模式：此时发动机不燃烧做功运行，电池包在荷电消耗(CD)模式工作，单独为驱动电机供电，满足路载功率要求。此时发动机平均功率为零，明显低于路载平均功率。
2)纯发动机驱动模式：此时完全靠发动机燃烧做功直接机械驱动车辆(并混)或通过驱动发电机发电来间接机械驱动车辆(串混)，电池包基本不参与工作(即无放电；有再生制动充电)，属荷电保持(CS)模式。此时发动机平均功率基本等于路载平均功率。
3)混合驱动模式：发动机、发电机、驱动电机、电池包协同驱动车辆。此时发动机平均功率与路载平均功率基本相同；而电池包通过高倍率充放电，对路载瞬态功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程；电池包工作在荷电保持(CS)模式。
4)发动机驱动加充电模式：发动机除提供完全满足路载功率要求外，剩余功率通过发电机给电池包充电，电池包工作在荷电保持(CS)或荷电增加(CI)模式。此时发动机平均功率明显高于路载平均功率。
5)再生制动模式：此时路载功率为负数(下坡或刹车)，发动机无燃不做正功，驱动电机通过再生制动发电，给电池包充电来回收车辆的机械能，给车辆减速。此时电池包工作在荷电保持(CS)或荷电增加(CI)模式；发动机平均功率非正数，但明显高于路载平均功率。
6)驻车充电模式：此时车辆停止，路载功率为零。发动机功率完全通过发电机用来给电池包充电，驱动电机不工作，此时电池包工作在荷电增加(CI)模式；发动机平均功率明显高于路载平均功率。
7)混合充电模式：此时路载功率为负数(下坡或刹车)，发动机通过发电机给电池包充电，同时驱动电机再生制动也给电池包充电，此时电池包工作在荷电增加(CI)模式；发动机平均功率明显高于路载平均功率。
显然，本发明中ACE重卡的功率管理策略(PMS)及运行子模式与上述现有技术集合中混动车辆PMS及运行子模式有本质性区别；ACE重卡通过串混iSS或并混iPS，将上述混动车辆现有控制技术中除驻车充电子模式外的其余六种控制子模式对混动车辆的百千瓦级机械功率流或电力功率流的各种模拟控制技术措施，在发动机瞬态功率脉宽调制(PWM)序列的各个脉冲周期内(亚分钟级)有机地融合应用并数字化；通过对ACE重卡的发动机瞬态功率函数进行脉冲调制(PM)控制，特别是串混iSS控制或并混iPS控制，将混动车辆运行时对机械功率流或电力功率流的复杂多维度非线性模拟控制问题转换成等价的简单降维准线性脉冲调制(PM)数字控制问题，非常适合以一种全新的数字信息技术方案来解决内燃机重卡节能减排这一世界性难题，使ACE重卡在整车动力性、实际运行环境(RDE)污染物排放、和实际油耗(升/百公里)这三项关键指标上比现有内燃机重卡都有明显改善；综合节油率(即油耗或CO2降幅比例)可达30％，RDE污染物排放量(例如NOx)降低75％以上(以现代柴油重卡为基准)，且整车动力性优于顶级配置16升柴油重卡。
现有技术集合中的内燃机车辆发动机启停技术(SS)、发动机停缸技术(CDA)、油电混动车辆的上述七种控制子模式等技术方案的必备技术特征，包括发动机是否旋转运行(SS)，发动机的部分但非全部气缸(例如六缸发动机中的二个缸或三个缸停缸)是否燃烧做功(CDA)，以及不同混动控制子模式之间切换等都与车辆路载瞬态功率函数高度关联；本发明的ACE重卡混联动力总成脉冲调制(PM)控制技术方案，包括串混智能启停技术(iSS)、并混智能功率切换技术(iPS)、和智能模式转换技术(iMS)等，必备技术特征包括发动机始终旋转，其全部而非部分气缸，或者在燃烧高效区内的高态工况点或线运行(AOM)，或者在零排放零油耗的低态工况点或线运行(POM)，高态工况与低态工况之间可双向动态平顺切换；显然脉控混联动力总成的不同工作子模式的分类方法(AOM或POM)和各个子模式下对动力总成机械功率流或电功率流的具体控制方法及所生成的发动机或电池包的瞬态功率脉冲序列函数，和现有技术集合有本质性区别；发动机高态工况(AOM)与低态工况(POM)之间的动态切换或电池包不同模式间的动态切换(CS、CI、CD三选一)与车辆路载瞬态功率函数分布(即整车瞬态工况)基本无关，而与电子地平线内路载平均功率函数分布高度关联。本发明的串混iSS或并混iPS控制技术，即保留了现有发动机启停技术(SS)和停缸技术(CDA)的主要优点(例如节油、尾气温度控制等)，又有效地克服两者的主要缺点(例如空调制冷的功能中断；整车震动噪声NVH特性恶化；增加系统复杂性和成本，降低发动机等子系统的可靠性和寿命等)，在不增加任何硬件的前提下，以更高的性价比来实现ACE重卡节能减排最优化(Optimization)。需强调，从理论上讲，串混iSS控制或并混iPS控制在ACE重卡从静止到最高法定车速的全域整车工况都适用；但当ACE重卡平均车速低于30英里/小时且主动加速或刹车频繁时(即拥堵高速路况或城市工况)，串混iSS控制在整车动力性和节能减排效果等方面比并混iPS控制有明显的优势，应为首选；而当ACE重卡在高速公路正常行驶时(平均车速高于40英里/小时，主动加速或刹车不频繁)，应优选并混iPS控制方式。
当前部分欧美先进内燃机重卡采用空挡滑行控制技术(商用名e-Coast或SmartCoast等)来进一步节油；如果某路段车辆路载平均功率绝对值小于预定阈值时(例如绝对值小于20千瓦；重卡下长缓坡)，重卡整车控制器(VCU)可根据英里级电子地平线3D道路信息，指挥自动变速箱(AMT)换空挡滑行(Neutral)或断开线控离合器滑行；此时发动机与变速箱的输出轴或车辆的驱动轮均机械解耦，发动机先减转矩后减转速，切换到怠速工况点运行，进一步减少机械功耗，车辆凭借自身巨大的惯性仍能以缓慢减速无驱动滑行一段距离(英里级或分钟级)，达到节油效果；当路载平均功率绝对值超出特定阈值时(例如绝对值大于20千瓦)，VCU指挥发动机再增加转速使发动机与变速箱转速同步后，闭合线控离合器，变速箱重新挂挡，秒级时间恢复发动机正常驱动模式或制动模式。重卡发动机在怠速工况为低转速和低负荷，比油耗(BSFC)较高，仍有油耗和排放，但此时因发动机负荷低(功率负荷率小于15％)，油耗总量并不高，但污染物排放强度会增加；重卡下缓坡挂空挡滑行(包括断开离合器滑行)，虽能省油，但此时车辆失去发动机制动功能，明显增加机械刹车系统的负担，同时也失去迅速加速车辆的能力，对车辆主动安全明显不利；司机开手动挡重卡下坡时，从驾驶主动安全考虑，绝大多数车队明令禁止挂空挡滑行来省油。受限于发动机和变速箱等机械系统反应速度较慢，空挡滑行控制技术模式切换的间隔在分钟级，很难以秒级间隔高频率来回切换；干线物流重卡实际行驶道路只有部分路段适用空挡滑行模式(例如总路程占比小于30％)，实际节油效果并不显著(小于1％)，而且还要随时平衡空挡滑行节油与刹车安全之间的矛盾；同时空挡滑行模式将大幅增加变速箱换挡累计次数或离合器开关累计次数，对变速箱的换挡机构和离合器的使用寿命都有负面影响，还可能负面影响整车的振动和噪声性能(NVH)。
ACE重卡在串混iSS或并混iPS控制模式下，在发动机瞬态功率函数的每个PWM脉冲序列周期内，都分布式地包含了发动机零油耗零排放的低态工况，还可采用下述“智能模式切换”控制技术(iMS)来进一步节油，具体实施技术措施如下；ACE重卡根据车辆配置参数、动态工况数据、和电子地平线先验3D道路数据等信息，能实时地(亚秒级时延)以千瓦级颗粒度计算并预测未来小时级或百公里级前方路段内，路载瞬态功率函数和路载平均功率函数分布；对路载平均功率函数的绝对值小于设定阀值(例如50千瓦)的英里级路段，可优选切换到串混iSS控制模式运行；而对路载平均功率的绝对值大于设定阀值(例如50千瓦)的其它路段，则优选切换到并混iPS控制模式运行；显然，串混iSS模式下的PWM周期的低态工况的转速和等效能耗要明显低于并混iPS模式下的对应PWM周期的低态工况的转速和等效能耗，前者单位距离的能耗(即电耗或油耗)更低，更利于节油；需强调，无论在串混iSS模式下还是在并混iPS模式下，车辆变速箱始终挂挡运行，永远杜绝空挡滑行，能兼顾节能减排和刹车有效性。驱动电机(MG2)的峰值转矩与发动机的峰值转矩旗鼓相当，但电机的工况(即转矩或转速)调节速度比发动机快一个数量级，无论是串混iSS还是并混iPS模式，驱动电机(MG2)能在十毫秒级响应时间内，通过变速箱给车辆提供百千瓦级驱动正功率或再生制动负功率，既同时优化发动机油耗和排放，又完全避免空挡滑行，保证刹车有效，同时还可减少自动变速箱换挡次数，改善整车振动和噪声性能(NVH)；如上所述，智能模式切换技术(iMS)的实际节油效果要明显优于空挡滑行现有技术，二者的实施技术措施有本质性差异，同时完全克服后者因变速箱换挡次数明显增加而对变速箱换挡机构寿命、线控离合器寿命、和整车NVH性能等方面的负面影响，和整车刹车有效性降低及刹车片磨损增加等缺点。
传统内燃机重卡的离合器与轮胎和刹车片类似，均为易耗品(Consumables)；离合器的核心功能是对发动机到变速箱输入轴之间的转矩传输(Torque Transfer)进行时间域开关控制，在离合器的完全断开与完全闭合两个稳定状态之间双向切换的秒级过渡态，离合器通过内部摩擦片来完成发动机飞轮与变速箱输入轴之间的转速同步和转矩传输；离合器的正常使用寿命明显低于发动机或变速箱的使用寿命，而且与重卡司机的驾驶风格高度关联，离合器和刹车系统永远是传统重卡日常运维工作的重点；更换或维修离合器既费钱，又影响车辆的出勤率，一直是许多车队日常运维的痛点之一。传统内燃机重卡行驶途中换挡时，特别是向下换档时(Downshift；即高档换低挡)，必须先断开离合器，实现转矩中断(Torque Interrupt)，等变速箱完成换挡操作和发动机在低负载率下提升转速后，再重新闭合离合器，在秒级换挡过渡时期内，利用离合器两端内部摩擦片打滑来消除发动机飞轮与变速箱输入轴之间的转速差，实现发动机与变速箱输入轴转速同步，离合器达到完全闭合后，发动机才可高效传输转矩，恢复高负载率运行，驱动车辆；整个重卡变速箱换挡操作一般在数秒内完成；由于发动机难以快速精准地调控转速，每次离合器闭合时其摩擦片不同程度的打滑在所难免，显然变速箱频繁换挡以及在秒级过渡期(即完全闭合前)内离合器主动端和从动端之间的转速差或转矩差过大等因素对离合器寿命和整车NVH性能都有负面影响；司机激进的驾驶风格能导致重卡单位里程换挡频率猛增，离合器实际寿命里程缩短50％以上。现代交流电机通过矢量控制，实现对电机转速和转矩的动态精准控制；电机转速控制的响应速度和精度比发动机转速控制要高近一个数量级；混动P2位置的百千瓦级驱动电机通过矢量控制(Vector Control)可轻松地完成变速箱换挡操作所必须的瞬态转矩中断和调速同步(亚秒级)，不需要离合器的任何协助。本发明的ACE重卡能够指挥双电机混联动力总成，实现车辆无离合器换挡(CGS–Clutchless Gear Shift)功能；即ACE重卡无论在串混模式下或并混模式下，变速箱换挡时都不需要离合器的同步开关动作，在整个变速箱换挡操作过程中(秒级)，离合器始终处于完全闭合状态(并混)或完全断开状态(串混)；具体技术措施如下：当ACE重卡稳态运行在串混iSS模式时，离合器一直断开，发动机和变速箱完全解耦，电功率分流器(ePSD)通过矢量控制技术指挥驱动电机可以轻松地实现变速箱输入端的瞬态驱动转矩中断和变速同步，令变速箱平顺完成换挡操作；当ACE重卡稳态运行在并混iPS模式时，离合器一直闭合(变速箱换挡时离合器也无开关动作)，发动机与双电机(MG1和MG2)和变速箱的转速同步或同比例，如果变速箱需要换挡，则可以动态调节发动机瞬态功率函数PWM脉冲序列的占空比，先将发动机的工况切换并维持在PWM低态工况(秒级)，由发电机在驱动模式下拖动发动机运转，此时发动机等效于一个功耗小于50千瓦的中小机械负载；百千瓦级发电机(MG1)和驱动电机(MG2)同转速(同轴联接)或速比固定(平行轴联接)，转矩可线性叠加，双电机合计峰值转矩可高于3000牛米，合计驱动功率可高达500千瓦，电功率分流器(ePSD)通过矢量控制技术，指挥双电机(MG1和MG2)协同，可以轻松地既拖动无燃的发动机运转，又实现变速箱输入端的瞬态驱动转矩中断和变速同步，令变速箱平顺地完成无离合器(CGS)换挡操作(秒级)，然后发动机可重新切换到PWM高态工况运行。显然，就某一PWM周期内脉控发动机的占空比动态控制而言，满足变速箱无离合器换挡(CGS)要求比满足电池包工作模式(CS/CD/CI)要求的优先级更高。
智能模式切换控制技术(iMS)指ACE重卡串混iSS模式与并混iPS模式之间受控双向动态切换，此时离合器必须完成一次开关动作(开变关或关变开)；)从串混切换到并混时(即离合器从断开到闭合)，通过动态调节发动机PWM脉冲序列占空比，令发动机运行在低态工况(秒级)，由发电机(MG1)拖动被动模式(POM)的发动机来实现发动机转速与驱动电机机械轴及变速箱输入轴转速之间的转速同步后，再闭合离合器，然后发动机可重新进入高态工况；由于发电机和驱动电机的转速和转矩都可以动态精准控制，能保证发电机(MG1)和驱动电机(MG2)在整车各种工况下都能实现快速同步(Synchronize)，离合器两端的转速同步相对误差可以严格控制在0.5％以内；而传统重卡换挡时，离合器两端的转速同步相对误差大于3％；所以在iMS控制模式下，ACE重卡离合器每次开关的磨损程度比传统内燃机重卡离合器开关的磨损程度大幅降低近一个数量级；显然ACE重卡的离合器需要稳定地工作在常开或常关两个稳态之一，而大多数传统离合器只有常闭一个稳态，其它方面与传统重卡离合器的要求基本相同。换句话讲，ACE重卡只有在串混模式与并混模式切换时，才需要离合器一次断开或闭合操作；而且在ACE重卡串混与并混之间双向切换的秒级过渡态，驱动电机始终与变速箱输入轴机械联接，向ACE重卡连续提供百千瓦级的瞬态驱动功率或再生制动功率，比现有技术(例如空挡滑行技术等)在整车动力性、节油效果、刹车有效性等方面都有明显的优势；车辆稳态运行时如果变速箱需要换挡(在串混iSS模式下或并混iPS模式下)，可优选无离合器换挡(CGS)控制，不需要离合器任何操作。一辆干线物流内燃机重卡每天平均行驶500英里，需要完成数百次变速箱换挡操作；ACE重卡的动力性(指整车合计峰值功率或峰值转矩)要明显优于所有干线物流内燃机重卡，可以将车辆日行500英里的变速箱换挡操作次数减少70％以上；而智能模式切换控制操作(iMS)的日平均次数仅几十次；再加上无离合器换挡功能(CGS)可以基本消除因变速箱换挡而引发的离合器开关操作；综上所述，ACE重卡通过无离合器换挡技术(CGS)和智能模式切换技术(iMS)，对比现代柴油重卡离合器(即现有技术)，能将离合器的开关操作累计次数减少75％以上，将离合器的有效寿命(即更换里程数)提升300％以上，明显降低车辆运维费用，提升出勤率，在不增加任何硬件的前提下，以高性价比解决了重卡司机和车队日常运维中的一个痛点；需强调，本发明的ACE重卡在离合器开关操作过渡期，脉控发动机始终运行在被动模式(POM)，全部操作由计算机(VCU)控制，完全避免了由于某些司机的剧烈驾驶风格对离合器实际寿命的明显负面影响，实现了离合器实际寿命与ACE重卡的循环工况和司机的驾驶风格均解耦。
传统内燃机重卡行驶时，其发动机瞬态功率与车辆路载瞬态功率基本相同，动态均衡，二者均为模拟时变函数；对车辆的节能减排优化问题进行计算机模拟分析，需要以发动机气缸单个燃烧做功冲程为基本单元来建模分析。发动机在其万有特性曲线全域面工况运行是个非常复杂的多变量非线性系统问题，发动机每个气缸燃烧做功冲程的总体时间不足100毫秒，人类至今仍无法在发动机全域面工况燃烧做功冲程层面，以百毫秒级的每次缸内燃烧做功冲程为基本单位，建立完整的动态微观(分子级)数理模型或数字模型，实现对发动机动态特性、比油耗、和排放等指标的高保真度计算机实时模拟(百毫秒级)；也无法实时采集在发动机单个四个冲程周期内(吸气/压缩/燃烧/排气)，能完备地描述发动机全域工况下节能减排最优化问题的发动机运行大数据；传统AEC内燃机的燃油喷射电子控制技术实质上是以发动机的单个四冲程周期(曲轴两圈，转角720度)为最小基本单位，对发动机瞬态功率这个模拟时变函数，进行模拟信号处理或模拟电子控制；此时发动机及动力总成的各个子系统之间交叉耦合，各个子系统自身的硬件与软件也高度耦合，而且发动机工况与整车工况的对应关系为双向一对一映射，发动机设计和标定(Design&Calibration)只能谋求面面俱到，以其固定的万有特性曲线的复杂面工况来适应不同车型或指定车辆不同运行工况(Duty Cycle)的要求，发动机的硬件和标定软件(即最底层的固件Firmware)一但通过强制性排放法规认证就完全固定，在量产和使用寿命周期内，绝不允许擅自更改；传统发动机只能以不变应万变，千车一面；无法针对车辆各种不同的应用场景，敏捷定制化地调整发动机的外特性来同时优化车辆的节能减排，实现千车千面。
本发明的ACE重卡可通过实施串混iSS或并混iPS控制，将DPC发动机和电池包的瞬态功率函数从现有技术中的软硬件强耦合且复杂多变的秒级缓变模拟函数(万有特性曲线面工况)转换成软硬件解耦且简洁的脉冲序列数字函数(几个固定的点工况和线工况；包含每个PWM脉冲周期内高态与低态之间最多一次往复切换；覆盖任意车型或车辆循环工况)，例如双极性矩形(串混)或双极性非矩形(并混)脉宽调制(PWM)脉冲时间序列和非矩形脉幅调制(PAM)脉冲时间序列，将车辆动力性优化问题(主要基于瞬态功率控制)、车辆能量管理(即RDE油耗)优化问题(主要基于平均功率控制)、车辆实际行驶环境下(RDE)污染物排放长期稳定达标问题(同时基于瞬态功率控制和平均功率控制)这三个高度非线性且交叉耦合的复杂模拟信号处理和控制问题(Analogue Signal)简化为三个可线性化且无交叉耦合的数字信号处理和控制问题(Digital Signal)，然后依靠计算机程序及AI算法来自动有效地解决ACE重卡节能减排最优化这一在线实时全局优化技术问题，真正实现了软件定义且全数字化的油电混合动力总成。本发明中，ACE重卡可将任何一款量产商用的现代模拟电控(AEC)发动机(满足EPA-2010，欧-VI，国-6)，通过串混智能启停控制(iSS)或并混智能功率切换(iPS)技术方案转换成一款数字脉控(DPC)发动机，简称“脉控发动机”。
“脉冲调制”控制技术可有两种不同含义，第一种含义，以脉冲序列函数为数字化载波(Digital Carrier)，该载波的特定参数(例如脉冲序列的脉宽PW、脉幅PA、脉位PP)随相对脉冲序列重复频率更低频的模拟调制信号而变化，即以低频模拟信号来调制控制数字载波信号；第二种含义，以脉冲序列函数为数字调制信号，对模拟时变函数(例如高频振荡载波)进行调制控制，即以数字脉冲信号来调制控制模拟信号。利用电力电子IGBT或碳化硅(SiC)模块对电机或电池的瞬态模拟功率函数(即模拟调制信号-Analogue ModulatingSignal)进行动态控制，生成对应的数字脉冲序列功率函数(即数字被调制信号–DigitalModulated Signal)，多数是基于第一种含义下的脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)控制技术；根据惯性系统控制的“等效冲量原理”，以模拟调制信号或以数字被调制信号为输入激励的惯性系统的输出响应函数基本相同，在工程意义上等效；而本发明ACE重卡的脉控发动机技术(串混iSS或并混iPS)，则是基于第二种含义下的脉冲调制控制技术，以PWM或PAM脉冲调制信号分别对发动机和电池包的瞬态模拟功率函数直接进行同步数字脉冲调制控制，生成两个含同步且互补跃变的双极性脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)脉冲序列数字函数，发动机瞬态功率、电池包瞬态功率、车辆路载瞬态功率三者实时地满足车辆动力性方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)；所谓发动机脉冲功率函数与电池包脉冲功率函数同步互补跃变指当发动机瞬态功率函数从高态向低态秒级百千瓦级跃变时(从AOM切换到POM)，电池包的瞬态功率函数同步等幅从低态向高态跃变(放电功率增加或充电功率减小)，反之亦然；根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，脉控发动机的瞬态功率PWM脉冲序列函数与同步的电池包的瞬态功率PAM或PWM脉冲序列函数之代数和等于ACE重卡的瞬态路载功率模拟函数。显然发动机或电池包的瞬态缓变模拟功率函数与瞬态数字脉冲功率函数(PAM或PWM)在数学或物理意义上都有本质性差异；模拟功率时变函数与脉冲功率时变函数代表发动机或电池包两类完全不同的运行工况点分布。
汽车行业普通技术人员都知道，如果能在混动车辆任何整车循环工况下动力性最优的前提下，将发动机实际工况分布从复杂的面工况大幅简化为高效区内几个固定的工况点或工况线，尽量避免发动机低速低负载、怠速运行、或发动机各工况点之间快速大幅切换等挑战性低效运行工况，则既能明显简化发动机动态控制又能同时优化车辆节能减排；但迄今为止，全球汽车行业还没有找到并公开混动车辆(特别是重型并混车辆)实现上述设想的一套可行技术方案；本发明提供了一个以高性价比的方式实现上述设想(特别是将并混模式下发动机的复杂面工况简化为点工况或线工况)的可行技术方案。通过对ACE重卡发动机的瞬态功率时变函数实施脉冲调制控制(PMC；串混iSS或并混iPS)，将发动机的运行工况从复杂的面工况大幅简化为其万有特性曲线第一象限(正转速、正转矩；AOM)高效区内的至少一个高态点工况或一条高态线工况，并额外增加了新颖的万有特性曲线第四象限(正转速、负转矩；POM)零油耗零排放的至少一个低态点工况或一条低态线工况；再加上ACE重卡发动机工况与整车工况之间的对应关系可转变为双向N对M映射(M和N均为大于1的正整数)，即每个整车工况可对应N种发动机工况，每个发动机工况可对应M种整车工况；通过对发动机和电池包的瞬态功率分别进行同步互补的脉冲调制控制(PWM或PAM)，实现发动机工况与整车工况几乎完全解耦，以及混联动力总成层面的控制软件与物理层硬件解耦；通过硬件标准化冗余设计，，以(底层硬件和标定软件的)不变应(车辆运行的)万变；加上控制软件动态定制及空中迭代(OTA)，实现软件定义的混联动力总成，高性价比地实现可敏捷批量定制(Agile Mass Customization)的千车千面的有益效果；能够同时优化ACE重卡的RDE动力性、油耗、污染物排放等多维度重要指标。所谓“千车千面”有两重意思，一是针对不同车型，都有高性价比可敏捷批量定制的动力总成控制技术方案；二是针对每辆车每个工作日的不同循环工况(Duty Cycle)，也有高性价比敏捷批量定制的动力总成控制技术方案；可通过软件定义和空中迭代(OTA)，实现针对任何ACE重卡车型或特定车辆的任何循环工况的双重动态定制动力总成的控制策略；无论整车具体配置参数如何，使每辆ACE重卡都成为全能型重卡，针对每日任何不同的整车循环工况，都能同时优化车辆RDE动力性、油耗、排放这三大指标，打破了现有重卡参数配置难以同时优化高速工况与城市工况的困境；可在ACE重卡的生命周期内，持续改善车辆动力总成的现有功能及性能，并不断增加新的功能。
需强调，任意一款在欧美中三大重卡市场上已量产商用的现代重卡AEC发动机(排量9升至16升；无论是基本型还是先进型的柴油发动机或天然气发动机)都能通过本发明的串混iSS或并混iPS技术措施，转换成为数字脉控(DPC)发动机；将DPC发动机的实际工况分布从全域复杂的面工况大幅简化到可预先设定的第一象限高效区内的至少一个点工况或线工况，有效地屏蔽了各种不同排量或技术档次的重卡发动机在万有特性曲线全域面工况内，瞬态或稳态动力性(转矩或功率特性)、比油耗(BSFC)、污染物排放等多方面的特性差异对ACE重卡整车RDE动力性、油耗、排放的影响；使发动机不再是ACE重卡车辆动力性和实际节能减排效果的系统瓶颈，可明显提升配置混联动力总成的ACE重卡的性价比。ACE重卡依靠额定功率百千瓦级双电机加容量十千瓦时级功率型电池包，与百千瓦级重型发动机这两套相互独立冗余的机电动力系统优势互补，在改善车辆动力性和主动安全性的前提下，同时实现车辆油耗和污染物排放的最优化，而且其实际节能减排效果与该ACE重卡的发动机的全工况域动态性能极限值(万有特性曲线)或司机的驾驶水平都基本解耦；所以，ACE重卡还可以有效地解决传统发动机重卡因动力总成配置不同和司机的驾驶水平不同，而引发车辆实际油耗高离散性这一公路物流业的长期痛点，让每辆ACE重卡在机器学习(ML)软件算法的控制下，能高度一致性地实现干线物流重卡节能减排最优化，完胜人类司机。
显然，百千瓦级电池包(或电机)的瞬态功率函数的变化速度要比百千瓦级内燃机或车辆路载的瞬态功率函数的变化速度要快一个数量级；受控于电功率分流器(ePSD)，电池包能够实时精准地(十毫秒级时延，千瓦级精度)跟踪路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值的动态变化，实时地满足串混功率方程(2-4A)或并混功率方程(3-3A)，对应发动机瞬态功率的双极性矩形或非矩形PWM脉冲序列函数而同步地生成电池包瞬态充放电功率的双极性非矩形脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)时间序列函数；电池包脉冲序列的等效幅度值在电池包充电峰值功率(负值)和放电峰值功率(正值)之间连续可调；电池包PWM的周期与发动机PWM的周期相同，而电池包PAM的周期可设定为发动机PWM周期的十分之一；实现对车辆路载瞬态功率模拟时变函数的数字化转换和控制；换句话讲，对ACE重卡路载瞬态功率模拟时变函数的实时控制问题可被转换为下列等价技术问题，对发动机瞬态机械功率函数进行脉宽调制(PWM)控制并同步地对电池包瞬态电功率函数进行脉冲调制(PAM或PWM)控制；然后再根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)对二者进行叠加，生成与原始路载瞬态功率模拟时变函数(简称“原始路载功率”)冲量等效的数字化路载瞬态功率脉冲序列函数(简称“数字路载功率”)，保证ACE重卡实时地满足车辆动力学方程(1-1)；原始路载功率函数与数字路载功率函数之间虽有细微差异，但二者的冲量相同(即做功量，等于功率函数对的时间积分)；重卡行驶是一种高惯性动态机电系统，根据“冲量等效原理”，数字路载功率与原始路载功率都能够实时地满足车辆动力学方程(1-1)，将产生基本相同的整车驱动效果；显然，数字路载功率为包含发动机机械功率PWM脉冲序列和电池包电力功率脉冲序列(PAM或PWM)的复合脉冲序列函数。干线物流ACE重卡在整个运输事件中的能量管理(稳态，功率函数的时间积分)或功率管理(瞬态，能量函数的时间微分)技术问题一旦通过本发明的串混iSS技术、并混iPS技术、智能模式切换技术(iMS)、无离合器换挡技术(CGS)、智能巡航控制技术(iCC)等组合技术措施完成数字化和软硬件解耦以后，其“整车节能减排最优化”问题就被转换成了一个和“计算机下围棋”(例如谷歌的AlphaGo)问题完全等价的狭义人工智能(Narrow AI)问题，非常适合采用机器学习(ML)算法，特别是多种深度学习算法(Deep Learning)，来自动解题；AlphaGo在围棋上已经完胜人类棋手，ACE重卡借力AI节油算法，在干线物流重卡节能减排最优化这一特定垂直应用领域，也能够完胜人类司机，并成为卡车司机的最佳助手或副驾驶。
国际清洁交通协会(ICCT)2020年5月发表白皮书，详细报告了美国和欧洲现代重卡实际驾驶环境(RDE)污染物NOx排放数据分析；“In-use NOx Emissions and ComplianceEvaluation for Modern Heavy-duty Vehicles in Europe and US”,F Posada,ICCT,May2020。虽然美国EPA-2010排放法规氮氧化合物(NOx)的限值比欧-VI排放法规的限值更低，但由于美国EPA-2010排放法规车辆实际驾驶环境(RDE)污染物测试方法(NTE)的固有设计缺陷，美国的EPA-2010柴油重卡与欧洲的欧-VI柴油重卡利用移动排放测量系统(PEMS)在实际驾驶环境(RDE)下测试时，在最具挑战的低速低负荷工况下(转矩或功率负荷率小于30％)，美国柴油重卡的实际NOx排放量比欧-VI柴油重卡高近100％，而比EPA-2010法定限值高近300％。美国加州空气资源委员会(CARB)2020年8月颁布的最新重型柴油车低NOx排放州法汇编(Heavy-Duty Low Nox Omnibus Regulations)，除强制性要求2027年起在加州销售的新重型柴油车NOx排放值比EPA-2010限值降低90％外，还增加新的低负荷测试(LowLoad Cycle)及怠速测试规范(Idling)及限值。换句话讲，对美国、欧洲、中国的现代柴油重卡而言，虽然新柴油重卡从名义上都满足各国排放法规(美国EPA-2010、欧-VI、国-6)，但在充满低速低负载(转矩或功率负载率小于30％)和怠速的城市循环工况(Urban DutyCycle)RDE实际NOx排放值基本比法规限值要高出100％以上，对人口密度较高的城区或郊区的本地空气质量和人体健康负面影响明显，属于“合法”超标排放；如何在重型柴油车各种实际驾驶环境下(RDE)都保证实际NOx排放能够长期稳定地达标，是当前全球柴油重卡行业急待解决的技术难题。当前全球各国重卡的污染物排放政府认证(例如美国EPA-2010；欧-VI；国-6)，主要依据发动机实验室台架排放测试数据，必须达标，否则产品无法销售；但发动机排放认证达标后继续降低整车RDE污染物排放并不加分，对厂商或车主均无显性经济意义，无人愿埋单；而降低整车RDE油耗(即降低CO2排放)则多多益善，永无止境，且显性经济意义重大，有人愿埋单。现有技术的柴油重卡，动力总成软硬件强耦合，发动机工况与整车工况双向一对一映射，现代柴油重卡的最小油耗和污染物排放值由设计和制造工艺决定，出厂时已固化，无法售后调整或改善(强制性售后召回除外)；除非政府修改现行排放法规，特别是柴油重卡RDE污染物排放(NOx和PM等)测试规范(例如美国的NTE规范或欧洲的MAW规范)，强迫主机厂和发动机厂耗资耗时重新设计并生产新型柴油机和重卡，否则美/欧/中三地所有现代柴油重卡在城市工况下(频繁低速、低负荷、怠速)RDE污染物排放(NOx/PM)严重超标这一技术难题和环境污染的社会问题无法有效地解决。
柴油发动机降低以NOx为代表的污染物排放和以CO2为代表的油耗及温室气体排放(GHG)之间通常是有矛盾的，多数降低整车尾气污染物排放的技术对同时减少油耗是不利的，例如增加尾气再循环(EGR)比例、提升柴油机怠速、后处理系统(ATS)增加微型燃油加热器(Mini-burner)等技术措施都有助于柴油重卡在低速低负载运行时减少NOx排放，但这些措施也都会增减油耗(即增加CO2排放)；反之亦然，例如将EGR比例减为零、尾气废热回收(WHR)等技术措施，虽然有益于整车油耗及CO2排放优化(即最小化)，但对实际驾驶环境下(RDE)，特别是在低速低负载的城市或郊区工况下，对污染物排放(NOx和PM等)最小化有负面影响；现有技术中能在实际驾驶环境下(RDE)同时优化柴油重卡的RDE油耗(CO2)和排放(NOx)且可立即量产商用的技术方案非常稀缺，为全行业技术人员不断追求的“圣杯”(HolyGrail)。重卡柴油机停缸(CDA)技术、催化剂电加热(EHC)技术、尿素加热喷射(HeatedDosing)技术、油电混动技术(Hybrid)等技术措施可能在包括低速低负荷或怠速工况在内的各种高挑战性工况下同时减少柴油重卡的实际CO2和NOx排放，但上述技术措施目前在全球柴油重卡上都没有量产商用。
配置本发明软件定义混联动力总成的ACE重卡，能够有效地采取多种新颖的技术措施来根据不同的整车实时循环工况，动态优化整车RDE排放，同时实现整车CO2和NOx实际排放值最小化。柴油重卡降低RDE污染物排放的有效技术手段主要分两类，第一类是降低发动机排气管出口废气中的污染物(Engine-out Emission)，例如废气再循环(EGR)技术；第二类是通过多种被动式(Passive)或主动式(Active)温度管理(Thermal Management)技术措施，使车辆后处理系统(ATS)长期稳定地工作在关灯温度(Light-off Temperature；200deg C+)以上，提升各种催化剂的转换效率(90％+)，最大限度降低车辆尾气排放中污染物限值。
首先本发明的串混智能启停技术(iSS)和并混智能功率切换技术(iPS)，在ACE重卡任何循环工况(Duty Cycle)下运行时，将发动机(柴油机或天然气发动机)始终控制在主动模式下(AOM)燃烧高效区内的若干固定点工况或线工况，几乎完全避免发动机主动怠速或低负荷工况；再加上新颖的被动模式下(POM)若干固定的零油耗零排放工况点或工况线；通过实时控制发动机瞬态功率函数脉宽调制(PWM)的占空比(Duty Cycle)来实现对发动机平均功率的动态调整；此时发动机的工况与整车的工况完全解耦，DPC发动机在高态工况运行时，比油耗很低(BSFC)，热效率高(BTE)，同时发动机排气管出口废气(出机废气)温度明显高于关灯温度(250摄氏度以上)，发动机在低态工况运行时(POM)，为零油耗零排放，但有十千瓦级电耗；脉控发动机，能够同时实现整车实际CO2和NOx排放最小化。无论ACE重卡实际工况如何，iSS和iPS技术中的脉冲周期都在分钟级，发动机从高态工况(POM，零油耗零排放)向高态工况(AOM，有油耗有排放)切换时，等效于发动机频繁热启动，后处理系统不会冷透；而发动机一旦进入高态工况，其出机废气(Engine-out Exhaust)流量充足且温度肯定明显高于关灯温度，即便后处理系统仅采用被动机械隔热保温措施，不采用主动温控措施，也能够保证后处理系统中各种催化剂都能够高效地工作(例如SCR催化转换效率大于90％)，确保ACE重卡RDE排放能长期稳定地达标(EPA-2010、欧-VI、国-6等)。
但如果要同时满足美国加州(CARB)2020年颁布的于2027年开始将柴油重卡NOx排放限值比EPA-2010法规限值降低90％的超低排放要求(ULE-Ultra Low Emission or NZE-Near Zero Emission)和美国联邦GHG-II法规CO2排放限值,则在串混iSS和并混iPS技术措施之外，还必须在基本保留现代发动机本体设计或主流集成一体化后处理系统(ATS：DOC/PDF/SCR/ASC)设计的前提下，增加发动机二元停缸技术(bCDA)和/或后处理系统主动温控技术，例如尿素喷射电加热技术(Heated Dosing)和/或催化剂电加热技术(EHC)等，后续详述。
本发明中的ACE重卡可配置多个电机，至少标准配置两个额定功率百千瓦级，转速和转矩分别独立任意可调的低转速高转矩车规电机；其中在混动P1位置的电机(MG1)主要运行模式为发电模式，简称“发电机”；另一个在混动P2位置的电机(MG2)主要运行在驱动模式下，称“主驱动电机”或简称“驱动电机”；当然发电机也可运行在驱动模式下(拖动无燃发动机)，驱动电机也可运行在发电模式下(再生制动)；还可以选配一个在混动P3位置的额定功率百千瓦级的副驱动电机(MG3)，其转速与主驱动电机成比例，转矩任意可调。本发明ACE重卡的系统架构为双电机混联架构，其中在混动P1位置的发电机与发动机的飞轮双向机械联接(等速同轴或定速比平行轴)，组成发电机组(Gen Set)；在混动P2位置的驱动电机即与变速箱输入轴双向机械联接(等速同轴或定速比平行轴)，还通过一个线控重卡离合器与发动机的飞轮和发电机的机械轴同时双向机械联接。显而易见，增程式串混重卡可视为上述混联ACE重卡在离合器常开时或取消离合器情景下的一种特例，而并混车辆则可视为上述混联ACE重卡在离合器常闭时的另一种特例，只是此时两个机械联接且转速比例固定的发电机和驱动电机可合二为一，等效为一个额定功率为两者之和的更大的电机。根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)及对应边界条件，可以从理论上推导证明，在整车全域工况保证动力性和主动安全性的前提条件下，寻求同时优化ACE重卡的节能减排时，本公开的混联ACE重卡(Mixed Hybrid)的性价比要明显高于同等配置的增程式串混重卡或并混重卡。
ACE重卡还包括：卫星导航仪(GNSS)，其可为双天线载波相位实时动态差分(RTK)接收机，能实时地测算车辆行驶过程中的纵向道路的经度、纬度、海拔高度、纵坡、以及线速度等参数；或可为高精度单天线卫星导航仪，能以优于十米级绝对定位精度，实时地测算车辆行驶过程道路的经度、纬度、以及线速度等(相对精度优于3％)；再配合含动态(秒级)倾角传感器的惯性导航单元(IMU)，能实时地测量道路纵坡，测量绝对精度达到0.15％。ACE重卡的车辆控制器VCU可被配置为：基于卫星导航仪(GNSS)实时测算的车辆在行驶过程中的经度、纬度、纵坡、车速、和车加速度，并结合车辆电子地平线内的先验3D道路信息(经度、纬度、纵坡等)，来对ACE重卡的发电机组(发动机+发电机)、离合器、驱动电机、自动变速箱、ePSD、和电池包(统称“混联动力总成“)进行智能巡航控制(iCC)；iCC技术包含了预测性控制技术(Predicative Control)和自适应巡航控制技术(ACC),后续详述。
功率型电池包即是ACE重卡中最昂贵的子系统之一，也经常是整车各个重要子系统中性能和寿命的短板之一。ACE重卡要想早日实现大规模商用，必须同时解决好功率型电池包的成本、性能、和寿命这三大难题。ACE重卡对电芯和电池包的技术要求与混动乘用车的要求对比有明显差异，首先在电池包总重量或体积等方面要求更宽松，基本没有限制；但在电池包耐高低温和振动，特别是在高倍率部分充放电(HRPSoC)工况下的循环寿命等方面要求更高。ACE重卡需要采用超长循环寿命、耐低温、安全可靠、高性价比的功率型电池包；其电芯在高效区内高倍率部分充放电工况下(例如SoC 30％～70％)，需要能承受5C～10C倍率的连续充放电和10C～25C倍率的峰值充放电(10秒或15秒脉冲)，电芯要长期工作在最具挑战的高倍率部分充放电(HRPSoC)工况，而且其充电倍率经常会高于放电倍率，进一步挑战当前锂离子电芯充电倍率明显小于放电倍率的短板；车辆外工作环境温度-30℃～+55℃宽温度区间内电池包要能正常工作；等效深度充放电(DoD 100％)循环寿命超过12000次。整车寒冬室外-30℃熄火停车24小时后，发动机冷启动后，原地驻车发动机怠速热车三分钟以内，车辆启动行驶十分钟内，电池包应能基本工作；此时电池包充放电性能允许暂时降低，等电芯内部温度上升到10℃时需能恢复全部充放电能力；但不允许因低温高倍率充电而永久性损伤电芯，减少循环寿命，甚至造成电芯热失控的重大安全隐患。
主流的锂离子动力电芯例如磷酸铁锂(LFP)和三元锂(NCM或NCA等)等都普遍怕冷。当电芯温度低于零摄氏度时，其高倍率放电(2C以上)能力明显暂时下降，等电芯温度回升到10摄氏度以上时，电芯放电性能恢复正常；电池包低温高倍率放电不会永久性地损伤电芯；但电芯内部低温下(特别是小于0摄氏度时)高倍率充电，则容易造成电芯碳负极镀锂(Lithium Plating)，严重永久性地减少电芯寿命；电芯的损伤机理主要是负极镀锂所产生的金属锂枝晶可能刺穿隔膜，造成电芯内短路而引发热失控的安全隐患。电池管理系统(BMS)会实时监控电芯的温度，严禁电芯低温时高倍率充电。除非采取有效的电池包预热及制冷温控技术措施，LFP，NCM，或NCA等主流汽车动力电芯均难以单独胜任ACE重卡的电池包。与上述主流车规动力电芯不同，钛酸锂电芯(LTO；正极三元锂/负极钛酸锂)负极永远不会出现镀锂现象，是唯一能完全满足ACE重卡全部技术要求的量产汽车动力电芯。对比上述几种主流锂离子电芯，LTO电芯有超长寿命及高安全性、耐低温、高倍率部分充放电(HRPSoC)性能最优异等多项明显优点，也有电芯比能量低(小于80wh/KG)和成本高($/kWh约四倍于LFP/NMC电芯)两大明显缺点。因ACE重卡对总容量仅几十千瓦时的功率型电池包在体积和重量等方面基本没有硬性布置限制，LTO比能量低和体积大的缺点不足为虑，但其成本高昂的缺点却会阻碍ACE重卡大规模商用，必须千方百计地降低功率型电池包系统总成本；本发明通过并联至少两个由不同电化学电芯组成的十千瓦时级功率型电池包，来同时优化ACE重卡电池包的综合性能和成本；后续实施例章节详述。
ACE重卡的电池包可以工作在三种不同的模式下：1)在荷电保持模式(CS)下，电池包的瞬态荷电状态函数(SoC)和分钟级时间平均SoC函数两者都始终保持在其高效区内(最佳上限BUL到最佳下限BLL之间)连续上下波动变化；2)在荷电消耗模式(CD)下，电池包的瞬态SoC函数始终保持在上红线(URL)到下红线(LRL)之间连续波动变化，而其平均SoC函数(分钟级滚动时间平均)在上红线(URL)到下红线(LRL)之间随时间持续下降；3)在荷电增加模式(CI)下，电池包的瞬态SoC函数始终保持在上红线(URL)到下红线(LRL)之间连续波动变化，而其平均SoC函数在上红线(URL)到下红线(LRL)之间随时间持续上升。电池包的最佳工作区(又称高效区)为荷电状态函数(SoC)在最佳下限(BLL)至最佳上限(BUL)之间波动；在高效区内，电池包高倍率部分充放电(HRPSoC)的性能最佳，而且全生命周期内实际等效循环寿命(即总吞吐电量与电池包有效容量的比值)最长；而当电池包SoC在下红线(LRL)至最佳下限(BLL)之间或最佳上限(BUL)至上红线(URL)之间高倍率部分充放电运行时，其充放电性能虽非最佳，但不会对电芯造成永久性伤害，不会降低等效循环寿命。显然电池包SoC函数的URL>BUL>BLL>LRL，每种电池包的上述四个SoC的限值由电芯制造商指定；应当完全避免电池包在红线以外运行(即SoC<LRL或SoC>URL)。
本发明ACE重卡的智能巡航控制(iCC)技术方案中，电池包的充放电功率控制策略与ACE重卡发动机机械功率控制策略和整车总驱动功率(即闭环驱动有效机械功率与有效电功率之和)控制策略息息相关；本发明ACE重卡功率管理策略(PMS)的核心是将“整车节能减排最优化”这一复杂的多维度非线性模拟控制问题分拆并转换成两个相对简单的降维准线性数字控制(Digital Control)问题，一个是亚秒级“瞬态功率管理”的数字控制问题，另一个是分钟级“平均功率管理”的数字控制问题；首先在瞬态功率(亚秒级)控制方面，通过串混iSS控制或并混iPS控制，将电池包的瞬态电功率模拟函数与发动机的瞬态机械功率模拟函数分别转换为两个同步互补的(Synchronized&Complimentary)PAM或PWM脉冲序列(电池包)和双极性PWM脉冲序列(发动机)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)、串混功率方程(2-4)、或并混功率方程(3-3)；此时电池包的瞬态荷电状态(SoC)时变函数在下红线(LRL)与上红线(URL)之间连续上下波动；其次在稳态平均功率(分钟级滚动平均)控制方面，通过分别动态调整上述PAM脉冲序列的幅度或PWM脉冲序列的占空比，并对上述PAM脉冲序列或PWM脉冲序列分别实施分钟级滚动时间平均运算(方程MAW)，来分别动态连续地调整电池包平均功率函数值或发动机平均功率函数值；还可以根据车辆动力学方程(1-1)，结合车辆卫星定位(GNSS)加道路3D电子地图，以千瓦级颗粒度实时地(秒级时延)计算并预测电子地平线内(小时级或百公里级)路载瞬态功率函数和平均功率函数(方程MAW)分布，再通过动态调整路载平均功率函数与发动机平均功率函数之间的差值，令电池包在荷电保持(CS)模式(差值基本等于零)、荷电消耗(CD)模式(差值明显大于零)、或荷电增加(CI)模式(差值明显小于零)三种工作模式之一稳定运行或模式之间平顺切换，最大限度地使功率型电池包能够长期稳定地工作在高效区，寻求电池包再生荷电周转率最大化及发动机荷电周转率最小化，实现同时优化ACE重卡的动力性、安全性、和节能减排等多重有益效果。
ACE重卡的电池包中所存储的荷电(又可称电量)分两种：一种是来源于发动机直接发电的高成本荷电，即“发动机荷电”(Engine Charge)，另一种为来自驱动电机再生制动所回收的准零成本荷电，即“再生荷电”(Regen Charge)；显而易见，再生荷电也间接来源于发动机，实属废物利用。除非特别注明，本发明中各种荷电或电量的量纲为千瓦时。ACE重卡在整个货运事件(Freight Event)中功率管理策略(PMS)聚焦在保证整车动力性和主动安全性的前提下，实现车辆RDE油耗和排放最小化(即CO2和NOx同时最小化)；首先应尽量增加电池包的累计荷电吞吐量，完成充电-放电完整的循环(Round Trip)，电能用于驱动车辆；其次是最大限度地提高再生荷电在总荷电中所占比例，同时尽量降低发动机荷电在总荷电中所占比例；显然总荷电等于再生荷电与发动机荷电之和，三者的量纲均为千瓦时。总荷电吞吐量与电池包有效容量的比值定义为“总荷电周转率”，累计再生荷电与电池包有效容量的比值定义为“再生荷电周转率”，累计发动机荷电与电池包有效容量的比值定义为“发动机荷电周转率”；如果忽略电池包充放电完整循环的损耗，则可得到下列公式，总荷电周转率＝再生荷电周转率+发动机荷电周转率。本发明中ACE重卡“节能减排优化”的表述，即可以指待解决的技术问题或技术目标，也可以指解决上述技术问题所达到的技术效果(即油耗和排放最小化)或益处，结合上下文既可判定；而ACE重卡智能巡航控制(iCC，即L1级自动驾驶功能)则指通过软件定义混联动力总成同时实现车辆RDE油耗及排放最小化(即CO2和NOx同时最小化)有益效果的技术方案，为本发明中多种具体技术措施的集合；iCC实质上是ACE重卡的敏捷批量定制化(即千车千面)整车动态功率控制策略，其油耗最小化的核心之一便是在尽量提升每个货运事件电池包总荷电周转率的前提条件下，同时寻求再生荷电周转率最大值和发动机荷电周转率最小值。市场驱动力(Market Force)对ACE重卡节能目标的追求永无止境，油耗或油费只有更低，没有最低；对减排目标的追求则终点明确，确保长期稳定地满足当地重卡污染物排放法规(新车认证排放、有效使用寿命、实际排放验证(NTE或MAW))，排放达标后则无市场原动力再花费资源进一步减排。。
VCU可被配置为：基于GNSS接收机的精准授时，实时地校准包括VCU的内置时钟在内的各个子系统微处理器的内置时钟，以具备单向性和唯一性的系统时间序列来自动标注ACE重卡整车及与车辆行驶横向或纵向控制相关联的各个子系统的动态运行数据，进行采样频率高于5赫兹(即每秒至少五次)的测算和存储；在第一维度上，将来自包括GNSS接收机、地图仪、发动机、发电机、电功率分流器(ePSD)、离合器、驱动电机、自动变速箱、以及电池包的中至少两个子系统的配置参数和/或动态工况数据，同步后拼接成数据组；以及按照系统时间序列，将多个数据组在第二维度上进行校准、对齐、或排列，以形成关于ACE重卡运行的结构化的大数据(即节油数据集)，用于描述其动态运行状况，特别聚焦车辆节能减排及行驶自动安全；可选地，为保护司机和车队的隐私和商业秘密，对节油数据集进行脱敏加密，随后以安全的方式通过移动互联网或有线互联网，实时地(亚秒时延)或及时地(小时级时延)上传云端计算平台存储，供后续大数据分析处理。
VCU还可被配置为：基于电子地平线范围内3D地图先验道路纵坡分布函数、车辆GNSS定位、发动机的万有特性曲线数字模型、发电机万有特性的数字模型、电池包充放电特性的数字模型、变速箱特性的数字模型、以及驱动电机万有特性的数字模型中的至少一者，来对发动机、发电机、电池包、ePSD、变速箱、以及驱动电机中的相应的至少一者进行实时控制。
VCU还可被配置为：在车辆行驶过程中，指挥众多车载传感器和微处理器集合，实时采集并本地存储ACE重卡运行的结构化大数据(即节油数据集)；并且将车载存储的节油数据集，经由无线移动互联网，实时地(亚秒级时延)或及时地(小时级时延)向远方云端计算平台进行发送并存储，以供后续在云端进行分析处理。在云平台上，集成深度学习算法、云平台算力、和众多ACE重卡集群的节油数据集，来训练ACE重卡的云端AI大脑(即AI训练芯片)，建立节油算法的深度神经网(DNN)模型，并将针对特定货运事件的默许节油算法下载或无线远程推送(OTA)到指定ACE重卡，再由该车端AI大脑(即AI推理芯片)进行本地实时推理运算，优化车辆油耗和排放。根据特定ACE重卡和具体货运路径，结合同一路径历史上所有ACE重卡的运行大数据，云端AI大脑迅速计算出该车辆在该路径行驶的默认最佳节油功率控制方案，下传推送给该车辆，再由车端AI大脑根据具体车况和路况，进行本地推理运算，实时修正功率控制策略，达到车辆油耗(升/百公里)和排放最优(即最小化)。
中国国-6重卡柴油机和现代欧美重卡柴油机(美国EPA-2010、欧-VI)的后处理系统(ATS)采用基本相同的技术路线，由柴油氧化催化器(DOC)、柴油颗粒过滤器(DPF)、消除氮氧化合物(NOx)的选择性催化还原器(SCR)、和尿素疏漏催化器(ASC)四大子系统从前向后依次循序串联组成，称集成后处理系统(IATS)；除非特别注明，本发明中的后处理系统(ATS)指上述集成后处理系统(IATS)。ATS各种催化剂减排转换高效温度范围一般在250℃(摄氏度)至550℃之间；柴油机在中高负荷工况下(转矩或功率负荷率大于40％)，其尾气温度一般在250℃到500℃之间，此时ATS系统运行在高效区，有利于减排；而发动机冷启动、怠速或低负荷运行时，其尾气温度明显低于250摄氏度，后处理系统内部的各种催化剂表面温度无法迅速达到其高效区阈值，即所谓的关灯温度(Light-off Tempreture；约250℃)，此时催化剂转换效率不高(例如小于50％)，污染物(微粒物、NOx等)排放污染较高。车辆累计排放污染的大部分来自其发动机冷启动、低负荷或怠速、和其它转速和转矩突变的瞬态；如何在70万公里ATS系统有效工作期内，长期稳定地满足车辆实际驾驶环境(RDE)下污染物排放法规限制，是包括中国国-6新重卡在内的所有现代柴油重卡都要有效解决的一道技术难题。
受控于实时监测车辆尾气排放情况的车载自诊断模块(OBD-II)，现代柴油重卡每隔一段时间(百英里级或千英里级)，就必须停车完成DPF系统主动再生(ActiveRegeneration)，清除淤积在DPF内部的碳颗粒；主动再生的频次(次/百公里)主要取决于车辆的配置参数和其主流运行工况(Duty Cycle)；DPF主动再生既耗时(约30分钟停车怠速柴油机)，又费油做无用功；DPF主动再生一直是欧美重卡司机和运输公司的痛点之一，也将成为使用新国-6重卡的中国司机和车队的痛点之一。
本发明的混联ACE重卡，能在其运行全生命周期内，通过实施串混智能启停控制(iSS)和并混智能功率切换控制(iPS)，将发动机长期稳定地设置在其燃烧高效区或最佳工况点，可比单电机并混重卡或传统柴油重卡的主动再生频次降低75％以上；在优化车辆油耗的同时，保证其排放后处理系统内催化剂表面温度长期稳定地落在高效转换温度范围内(高于250摄氏度)，即能降低油耗，又能减少重卡实际运行中的污染物排放，长期稳定地满足美欧中三地现行排放法规中实际行驶环境下(RDE)的排放控制强制性要求(CO2和NOx同时优化，稳定达标)。
如上所述，在干线物流应用场景下，本公开配置了混联动力总成(脉控发动机、双电机、单离合器)的ACE重卡能比传统发动机重卡综合油耗(升/百公里)可降低30％，且动力性、主动安全性、RDE污染物排放达标一致性等方面更优异。同时与双电机增程式串混重卡或单电机纯并混重卡相比，双电机混联重卡在节油性、动力性、主动安全性、和成本竞争力等方面都更具优势。
本发明的ACE重卡可根据电子地平线内的先验道路3D数据(经度、纬度、纵坡)、车辆配置参数及动态运行数据(总质量、滚动摩擦系数、风阻系数、车速、车加速度、实时定位等)等信息，和车辆动力学方程(1-1)，以高于2.0赫兹的刷新频率和千瓦级颗粒度动态预测电子地平线内(小时级或百英里级)的路载功率时空函数，然后根据聚焦节能减排的机器学习(ML)算法，在车端实时(亚秒级)自动生成并执行车辆功率控制策略，指挥混联ACE重卡动态实施串混智能启停控制(iSS)或并混智能功率切换控制(iPS)、智能模式切换控制(iMS)、无离合器换挡(CGS)、智能巡航控制(iCC)等一系列技术措施组合，再加上云端-车端协同，和通过软件空中升级(OTA)实现持续改进的节能减排优化机器学习算法(ML)，在保证车辆动力性和主动安全性的前提条件下，令发动机和电池包都能长期稳定地工作在各自的高效区，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，实现ACE重卡实际节能减排同时最优化，特别是RDE油耗最小化；上述多种技术措施之集合被定义为ACE重卡的“智能巡航控制”(iCC：inteligent Cruise Control)技术方案或功能。对比不带任何混动功能的传统内燃机重卡，在相同路径、相同负载、相同货运时间的条件下，ACE重卡通过iCC技术方案，可实现实际油耗均值降幅超过25％，油耗离散度(即方差)比人类司机小一个数量级，且与ACE重卡人类司机的水平和发动机的性能基本解耦。显然iCC技术方案可实现ACE重卡纵向SAE定义的L1级自动驾驶功能；在本公开中，iCC既可代表具体技术方案，又可代表该技术方案所能实现的L1级自动驾驶功能；iCC技术包含了现有技术中聚焦节油的预测性巡航控制(PCC–Predicative Cruise Control)和聚焦主动安全和驾驶便捷性的自适应巡航控制(ACC–Adaptive Cruise Control)两类功能，同时iCC对实现PCC和ACC功能的具体技术措施和最终技术效果等方面做出了重大技术改进，在实施例部分有进一步描述。
本公开的ACE重卡，其全部核心子系统或零部件都基于已经产业化的产品和技术，在公路干线物流应用场景下，对比现有技术的柴油机重卡，在保证车辆动力性、主动安全性、RDE排放长期达标、和出勤率的前提条件下，能够实现综合节油率30％的有益效果。ACE重卡在无政府补贴的情况下，通过节省车辆燃油费、运维费、提高重卡司机的劳动生产率，使车队或个体车主能在两年内或四十万公里内收回成本差价(指ACE重卡与传统柴油重卡之间综合成本(TOC)的差价)。量产全新ACE重卡(即原装ACE重卡)能够提前达到欧盟最近颁布的CO2法规2025年碳排放目标值和美国温室气体排放第二阶段法规(GHG-II)2027年碳排放目标值；还能够在现代柴油机和后处理系统都无重大设计更改的前提下，满足美国加州2020年8月颁布的2027年柴油重卡超低NOx排放组合法规。
在美国，重卡(特别是底盘或车架)平均使用寿命超过20年或150万英里，每辆重卡全生命周期内一副车架可能会配置两到三套动力总成(发动机+变速箱；约60万英里后更换大修)，第二套或第三套动力总成多为原厂认可企业大修过的二手动力总成(Remanufactured)。北美地区新重卡平均年销售量约二十五万辆，而每年改装重卡数量(即二手重卡换动力总成)超过二十五万辆。得益于当前美国宽进严出的重卡监管法律法规体系，允许改装后的重卡，包括将二手传统内燃机重卡改装成ACE重卡，不需要经过政府重新认证或审批，改装ACE重卡在美国市场就可以直接进入商业化运营；本发明的软件定义混联动力总成技术除可适配全新原装ACE重卡外，还可用于批量改装升级当前美国市场存量近二百万辆的二手传统柴油重卡，三年内可实现万辆级改装ACE重卡批量商用落地；使大量改装ACE重卡也能像全新原装ACE重卡一样，提前达到美国GHG-II法规2027年碳排放目标值，明显降低美国大批存量二手传统柴油重卡的RDE油耗(升/百公里)并能保证改装ACE重卡RDE排放长期稳定地达标，对美国干线物流行业的经济意义和社会意义重大深远；同时为促进全球范围原装新ACE重卡量产商用打下坚实的基础。需强调，中国和欧洲对所有道路车辆生产和销售采取政府强制性认证制度，二手重卡混动改装在目前中国或欧洲现行法律框架下不可行；但是本发明的改装ACE重卡在美国早日商用化，会极大促进在美国、中国、或欧洲推广原装ACE重卡商用的进程。
美国重卡的平均使用寿命可超过二十年。根据美国清洁柴油论坛(Clean DieselForum)2020年的一份媒体公告，截止2018年底，全美全部在用柴油重卡中仅有43％的柴油发动机满足美国现行排放法规EPA-2010(即市场渗透率43％)，其余柴油重卡都还是不满足EPA-2010且污染物排放量都更高的老式柴油机；换句话讲，美国要等到2030年，绝大部分在用的柴油重卡(市场渗透率90％以上)才都会使用满足现行污染物排放标准EPA-2010的现代柴油机，在重卡市场，一种新技术的市场渗透率增长缓慢，以十年为单位统计。显然从总体上讲，全美约二百万辆在用二手重卡(Used Truck)的油耗和排放都明显高于崭新的原装重卡；美国的法律法规允许对二手传统重卡进行混动改装，然后无需经过耗时耗资的政府重新认证，改装混动重卡可直接上路拉货运营；利用本发明的软件定义混联动力总成可将美国大量的二手柴油重卡改装成ACE重卡(Retrofit ACE Truck)，能以高性价比快速明显地降低美国百万辆级在用重卡整体的油耗和排放，具备技术和商业可行性，经济和社会价值巨大，可立即开展落地商用。
本发明内容虽然聚焦干线物流重卡，但本发明的待解决技术问题、具体技术方案及措施、和有益技术效果对总重超过五吨的大中型公路混联商用车(卡车或客车)运行，同样适用；同时，串混智能启停控制技术(iSS)、并混智能功率切换控制技术(iPS)、智能模式切换技术(iMS)、无离合器换挡技术(CGS)、智能巡航控制技术(iCC)等单项技术或组合技术也适用于双电机混联轻型车(总重小于四吨)。
本发明若干实施例聚焦描述干线物流混动重卡，主要因为全球汽车行业普遍认为干线物流重卡电动化的可量产工程技术(PRET-Production Ready EngineeringTechnology)挑战极高，主要受限于现代锂离子动力电池技术和直流快充技术商业化现状，不能将乘用车的混动或纯电动技术直接拓展到干线物流重卡领域，干线物流混动重卡或零排放纯电动重卡在2030年前在全球范围难以量产商用；本公开对现有技术的创造性贡献在于：在充分利用2020年已量产商用的重卡柴油机和集成化后处理系统，不需要对发动机和后处理系统进行硬件设计更改的前提下，提供了一种於2025年前能够同时满足从2027年开始强制执行的美国GHG-II重卡碳排放限值(即油耗)和加州超低NOx排放组合法规限值(比EPA-2010的限值降低90％)的高性价比可量产的工程技术方案。本公开的软件定义混联动力总成和ACE重卡的关键子系统硬件都已量产商用，发明点集中在动力总成系统架构、机电联接方式、发动机和电池包的瞬态或平均功率函数的脉控调制控制方法、节油数据集的采集和存储方法等方面，技术讨论聚焦干线物流重卡；汽车行业的普通技术人员，受本公开启发，无需创造性脑力劳动，就能将本发明的软件定义混联动力总成技术方案(特别是串混iSS和并混iPS控制技术，智能巡航控制iCC技术等)推广应用到其它道路或非道路混动轻型车(总重小于4.5吨)或混动大中型商用车(总重大于5吨)。
本发明的第一方面公开了一种混动重卡，该混动重卡包括：驱动电机，与所述所述混动重卡的驱动轴机械连接；发电机组和至少一个动力电池包，其各自能够独立地向所述驱动电机提供功率，其中所述发电机组包括双向机械连接的发动机和发电机；和车辆控制器，其被配置为：控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，所述车辆控制器还被配置为：以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
根据本发明的一些实施例，所述混动重卡还包括：可控离合器，设置在所述发电机组与所述驱动电机之间，并能够被操作为：当所述离合器耦合时，使得所述发电机组与所述驱动电机之间具有直接机械连接；以及当所述离合器断开时，使得所述发电机组与所述驱动电机之间失去直接机械连接。
根据本发明的一些实施例，所述以第一调制模式对所述所述发动机所提供的功率进行调节包括：在每个控制周期内，确定所述发动机工作在所述燃烧状态下的时间与所述控制周期之间的占空比。
根据本发明的一些实施例，所述以第一调制模式对所述所述发动机所提供的功率进行调节还包括：在每个控制周期内，根据未来某一时间点处所需的电池的电荷状态，来进一步调节所确定的所述占空比，以得到更新后的占空比。
根据本发明的一些实施例，所述以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节还包括：在每个控制周期内，控制所述发动机工作在所述燃烧状态下的功率幅度和/或工作在所述未燃状态下的功率幅度。
根据本发明的一些实施例，所述控制所述发动机工作在所述燃烧状态下的功率幅度包括：当所述离合器耦合时，所述发动机所提供的功率幅度选自：由转速的所述第一正值范围和转矩的所述正值范围共同限定出的区域中、预定义的比油耗曲线上的工作点所对应的功率幅度；以及当所述离合器断开时，转速的所述第一正值范围被设定为一固定值，并且所述发动机的所提供的功率的幅度选自：由所述转速的固定值和转矩的所述正值范围共同限定出的区域中的一条直线段上的工作点所对应的功率幅度。
根据本发明的一些实施例，所述混动重卡还包括：电功率分流器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中所述第一端口与所述发电机组双向交流电连接；所述第二端口与所述驱动电机的输入端双向电连接；和所述第三端口与所述至少一个动力电池包双向直流电连接，以及所述电功率分流器受控于所述车辆控制器，在所述发电机机组、所述电池包、和所述驱动电机之间，对电功率的流动路径、幅度、和方向进行控制。
根据本发明的一些实施例，所述车辆控制器还被配置为：确定多个控制周期内的所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值；以及基于所确定的所述路载功率的平均值与所述内燃机所提供的功率的平均值之差，来确定所述动力电池包在所述多个控制周期内的工作模式，以使得所述电池包能够进入下述三种模式中的一种：-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值基本为0时，进入电荷保持模式，其中电荷状态保持在预定义的第一上限和第一下限之间；-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值实质上大于0时，进入电荷消耗模式，其中所述电荷状态的平均值在预定义的第二上限和第二下限之间单调下降；以及-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值实质上小于0时，进入电荷增加模式，其中所述电荷状态的平均值在预定义的第二上限和第二下限之间单调上升，其中所述第二上限高于所述第一上限，所述第二下限低于所述第一下限。
根据本发明的一些实施例，所述混动重卡还包括：功率控制单元、催化电热器和后处理系统，其中，所述后处理系统沿废气排放方向布置在所述催化电热器的下游，其中，所述功率控制单元在所述内燃机处于所述未燃状态下以及从所述未燃状态向所述燃烧状态转变时，控制所述催化电热器对所述后处理系统进行加热。
根据本发明的一些实施例，所述车辆控制器还被配置为：在所述内燃机处于所述未燃状态下时，使所述内燃机的全部气缸的进气阀和排气阀均进入闭合状态，以降低吸入的空气对所述下游催化系统的温度的影响。
本发明的第二方面公开了一种混动重卡，该混动重卡包括：驱动电机，与所述所述混动重卡的驱动轴机械连接；发动机和至少一个动力电池包，其各自能够独立地向所述驱动电机提供功率；和车辆控制器，其被配置为：控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，所述车辆控制器还被配置为：以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式根据所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
本发明的第三方面公开了一种改装传统燃油重卡的方法，包括：提供一已有的传统燃油重卡，所述已有的传统燃油重卡中已经包含发动机；提供驱动电机，将其与所述传统燃油重卡的驱动轴机械连接；提供发电机，将其与所述发动机双向机械连接；提供至少一个动力电池包，其中所述发电机和所述动力电池包被设置成能够分别独立地向所述驱动电机提供功率；以及提供车辆控制器，其被配置为：控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，所述车辆控制器还被配置为：以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式根据所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
本发明的第四方面公开了一种用于控制车辆的装置，包括：处理单元；以及存储器，耦合到所述处理单元并包含有计算机程序代码，所述计算机程序代码当被所述处理单元执行时，使得所述装置执行如下动作：控制所述车辆的发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，所述装置还被配置为：以第二调制模式，对所述车辆的动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
本发明的第五方面公开了一种用于控制车辆的方法，包括：控制所述车辆的发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，以第二调制模式，对所述车辆的动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
本发明的第六方面公开了一种计算机程序产品，其存储在非易失性计算机可读介质上并包括机器可执行指令，所述可执行指令当被执行时引起所述机器执行根据本发明第五方面所述的方法的步骤。
附图说明
图1示出了根据本公开的一个实施例的配置软件定义混联动力总成的ACE重卡的系统框图；
图2示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡的电功率分流器(ePSD)的系统框图；
图3示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡所配置的软件定义混联动力总成的功能示意图；
图4示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡的发动机的万有特性曲线(EngineFuel Map)；
图5示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡通过移动互联网与云计算平台联网通信的车-云系统框图；
图6示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡的脉控发动机的瞬态功率PWM脉冲序列函数；以及
图7示出了根据本公开的一个实施例的ACE重卡的发动机尾气后处理系统框图。
这些附图中，相同或相似参考符号或标号用于表示相同或相似的元素(Element)或装置(Aparatus)。
具体实施方式
现在将参照若干示例实施例来论述本公开。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。
如本文所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其它明确的和隐含的定义。在本文中，“单向”或“双向”联接，是指电力的或机械的功率流或能量流从其动力源流向负载的方向是否可逆，二者的角色是否可以相互转换。单向联接时，动力源和负载的角色固定，功率流从源向负载的流向单一，且永不可逆；双向联接时，动力源和负载的角色可以动态转换，功率流向可逆,能够时分双向流动。除非特别说明，本发明中所有机电零件、模块或装置等都是车规级。车辆发动机包括车规内燃机或涡轮机；目前全球重卡近95％采用柴油机，很少部分采用天然气机。转矩和扭矩为同义词。本发明中“车辆”可泛指至少4个车轮且总车重(GVW，车自重加上最大法定负载)至少1.5吨的道路或非道路机动车，重卡可泛指至少6个车轮且总重至少10吨的道路或非道路机动车(即大型商用车)。
下面参考各个附图并结合若干示例实施例来展开说明本公开的技术方案、技术手段技术功能和效果。
图1显示了根据本发明一个实施例的ACE重卡010的混联(Mixed Hybrid)动力总成系统框图。该系统既可以被配置为含双电机，即混动P1位置的发电机(MG1)110和混动P2位置的主驱动电机(MG2)140，一个主动驱动桥160和一个被动驱动桥180的6x2动力总成系统，或者两个主动驱动桥160和180的6x4动力总成系统；也可以被配置为含三电机，即混动P1位置的发电机(MG1)110、P2位置的主驱动电机(MG2)140、P3位置的副驱动电机(MG3)170，两个主动驱动桥160(主驱动桥)和180(副驱动桥)的6x4动力总成系统。在一些实施例中，该重卡可以是车辆总重大于15吨的主要用于干线物流的混动重卡。
如图1所示，总体上，该ACE重卡混联动力总成可包括：发动机101、发动机控制单元(ECU)102、机械扭矩耦合器(mTC1)103、发电机(MG1)110、电功率分流器(ePSD)123、离合器111、机械扭矩耦合器(mTC2)104、至少一个主电池包130a、刹车电阻131、自动变速箱(T)150、变速箱控制单元(TCU)151、至少一个主驱动电机(MG2)140、以及车辆控制器(VCU)201、主驱动桥160、副驱动桥180等。其中主电池包130a和主驱动电机140为必装件(标配)，而副电池包130b和副驱动电机170为选装件(选配)；图中明确显示了上述各个带唯一标号的子系统或装置之间的机械或电力/电子联接关系。
具体来说，发动机101的飞轮端通过机械扭矩耦合器103分别双向机械联接配置在混动P1位置的发电机(MG1)110的机械轴和离合器111的A端，并受控于发动机控制器(ECU)102；发动机101的飞轮端、发电机110的机械轴、线控离合器111的A端(又称“从动端”)三者通过三端口机械扭矩耦合器103分别双向机械联接，机械扭矩耦合器(mTC1)103既可以采用最简洁的同心轴(Coaxial)结构来实施(简称同轴联接),也可采用更加复杂灵活的多平行轴加齿轮耦合(即减速器，飞轮与离合器A端同转速，发电机转速更高)结构来实施(简称平行轴联接)。可优选同轴联接，该机械联接方式最简单高效，但此时百千瓦级发电机110需要采用大扭矩(峰值扭矩大于1000牛米)低转速(最高转速小于3000转/分)且成本高昂的大型车规电机；还可优选采用平行轴联接，此时发动机101的飞轮输出端与离合器111的一端同轴直连(同转速双向机械联接)，可选配性价比更高的中等转矩(最大转矩小于500牛米)和中高转速(最高转速小于12000转/分)的百千瓦级车规发电机110，发电机110的机械轴通过包含固定齿比(4～8)的大型减速器的mTC1 103与上述发动机101的飞轮输出端和离合器111的从动端(即A端)双向机械联接；但mTC1如采用减速器结构会增加平行轴联接方式的复杂性、成本、和可靠性风险。图1内的机械扭矩耦合器(mTC1)103、离合器111、机械扭矩耦合器(mTC2)104三个装置一字排列，双向串联机械联接，三者组合构成机械功率分流器(mPSD)124；mPSD 124实质上是一个百千瓦级重型线控三端口组合型机械装置，与百千瓦级电力功率分流器(ePSD)123协同配合，可动态调节百千瓦级发动机(101)机械功率流或电池包(130a或130b)电力功率流的闭环路径、幅度、流向，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)。
参考图2，电功率分流器(ePSD)123为三端口的百千瓦级电力电子网络(PowerElectronics Network--PEN)，其端口I(也称为“第一端口”)内部以百千瓦级逆变器(Inverter)为核心模块的电机控制器(MCU1)121的三相交流端与外部发电机110的三相交流电端双向电联接；外部电池包130a或130b与所述ePSD 123的端口III(也称为“第三端口”)内部的百千瓦级直流斩波器(DC Chopper；又称直流-直流转换器，简称“斩波器”)132a或132b的低压端分别双向直流电联接；外部百千瓦级刹车电阻131与端口III内部的百千瓦级压控开关(VCS)133的一端(即外联端)单向直流电联接。外部百千瓦级驱动电机140和170的三相交流端与所述ePSD的端口II(也称为“第二端口”)内部的以百千瓦级逆变器为核心模块的电机控制器(MCU2)122a或(MCU3)122b的交流端分别双向电联接；三个电机控制器121、122a、122b的直流端都双向电联接到ePSD内部的直流母线汇流点X(125)；百千瓦级压控开关(VCS)133的另一端(即内联端)单向直流电联接汇流点X；斩波器132a或132b的高压端与汇流点X分别双向直流电联接。
返回参考图1，自动变速箱150的输出轴与车辆的主驱动桥160双向机械联接，并受控于变速箱控制器(TCU)151。配置在混动P2位置的标配主驱动电机(MG2)140的机械轴通过机械扭矩耦合器(mTC2)104分别与离合器111的B端(又称主动端)及变速箱150的输入轴双向机械联接，而离合器111的B端与变速箱150的输入轴可优选同轴同转速机械联接，也可采用平行轴齿轮或链条双向联接。mTC2 104采用平行轴联接结构时，驱动电机(MG2)140的机械轴可通过固定齿比的百千瓦级重型单速减速器(优选速比范围：3～9)与变速箱150的输入轴和离合器111的B端双向机械联接。配置在混动P3位置的选配副驱动电机(MG3)170的机械轴通过百千瓦级重型单速减速器(优选速比范围：3～9)与第二驱动桥180的输入轴双向机械联接，本发明图1并没有显性标注该减速器，可理解选配副驱动电机(MG3)170包含合适的单速减速器。标配主驱动电机(MG2)140或选配副驱动电机(MG3)170可被操作为：将电能转化为机械能以用于驱动ACE重卡(电驱动)，或者将ACE重卡的机械能转化为电能(再生制动)，再通过所述ePSD 123内部的电机控制器122a或122b和斩波器132a或132b对电池包130a或130b进行充电，有效地回收能量。若以降低系统成本和复杂性为重点考虑，可以不选用副驱动电机(MG3)170及对应电机控制器(MCU3)122b。
作为本公开关键部件之一，ACE重卡的车辆控制器(VCU)201可通过车载数据总线(图一中虚线所示，无标号；例如CAN总线或无线通信虚拟数据线等)并基于对车载卫星导航仪(GNSS；简称导航仪)220实时测量到的车辆定位及姿态三维数据(经度、纬度、纵坡)、地图仪(MU)240内存储的电子地平线先验道路三维数据、车辆配置参数和动态工况数据(例如车速、车加速度等)、车辆纵向线控信号(反应人类司机或AI司机的驾驶意图)等信息，利用车辆动力学方程(1-1)，以高于0.2赫兹的刷新频率和千瓦级颗粒度预测电子地平线内车辆路载功率时空函数，并根据优化车辆油耗及排放的机器学习(ML)算法，对上述的发动机101、发电机110、ePSD 123、离合器111、驱动电机140&170、自动变速箱150、以及电池包130a&b中的一者或多者以“独立”的方式分别或同时进行动态控制。
在一些实施例中，VCU 201可以是车规级高性能嵌入式单核或多核微处理器。类似早期个人电脑为增加整机图像处理性能而增加图形处理器，VCU 201还可外挂车端AI推理芯片(AIU，又称AI处理器；图1中没有标注)，提高在ACE重卡010车端执行节能减排机器学习算法时的人工智能(AI)推理运算能力；同时AIU还可以被升级为支持SAE L4级自动驾驶软件堆栈的硬件计算平台。可以理解，非限制性地，VCU 201或AIU也可以是异构微电子硬件逻辑部件，包括：通用微处理器(CPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、图形处理器(GPU)、专用集成电路(ASIC)、数字处理器(DSP)、片上系统(SoC)、复杂可编程逻辑设备(CPLD)等等。
优选地，ACE重卡的发动机101为排量9升到13升，峰值功率范围250千瓦到350千瓦的重卡市场主流六缸柴油发动机或天然气发动机；也可选用更大排量(13升～16升)的重卡发动机，其峰值功率范围350千瓦至520千瓦，有更多功率余量，高速公路工况爬高山(连续上山超过十公里，纵坡大于2.0度)时，车辆爬坡动力性更好，但实际节油效果比优选发动机基本无提升，且发动机体积、重量、和成本都明显增加，性价比次优；还可选用更小排量(低于9升)的发动机，其峰值功率一般小于260千瓦，虽然节油效果较好，体积、重量、成本都较低，但发动机的功率余量不足，高速公路爬高山时，如果电池包130a&b中的荷电基本耗尽(SoC<LRL)，无法继续向驱动电机供电，驱动全靠发动机，则ACE重卡010爬坡动力性会明显不足，需要换低挡位减速才能继续上坡，同时小马拉大车，对发动机实现超长实际寿命不利(一百万公里)，性价比次优。可以理解，备选地，发动机101还可选用满足上述功率要求的车用燃气轮机。汽油机在燃烧热效率、低转速大扭矩、和使用寿命(B10寿命公里数)等方面都明显低于柴油机，不适合干线物流重卡使用。
注意到，如图1所示，在本公开的各种实施例中，当离合器111断开时，ACE重卡动力总成系统为串混模式；此时发动机101与车辆的驱动桥160或180之间无任何机械联接，发动机运行工况与车辆行驶工况完全解耦，使得发动机101能够长期稳定地工作在其万有特性曲线高效区(包括最佳燃油效率范围和/或最佳排放范围)内指定的若干工况点(指定转速/转矩)。当离合器111闭合并锁定时，ACE重卡动力总成切换为并混模式，此时发动机101通过变速箱150与车辆的主驱动桥160或副驱动桥180直接双向机械联接，发动机101的转速由车速和变速箱150的挡位共同决定，发动机101的输出转矩仍可以独立动态调整，并不受制于车辆的行驶工况；发动机101的输出功率与其转速和转矩的乘积成正比，仍然独立可调，只是此时发动机在万有特性曲线高效区为线工况而非点工况。车辆在高速工况下，通过变速箱150的换挡控制策略，总能让发动机稳101定地工作在其高效区内；对ACE重卡而言，发动机万有特性曲线的高效区基本在转速范围1000转/分至1600转/分，转矩负荷率在50％以上(即实际转矩/峰值转矩)。发电机110(MG1)和驱动电机140(MG2)的额定功率之和应大于发动机101的峰值功率，在并混模式下完全可以通过动态调节双电机(110&140)的总计驱动功率，根据并混功率(3-3)及边界条件，实现对车辆路载瞬态功率削峰填谷，实时地满足车辆的动力学方程(1-1)。一种线控离合器111的基本型开关控制策略(On-Off)，在高速工况下(车辆平均时速高于50公里/小时；很少主动加速或刹车)，优选并混模式(离合器闭合)；城市工况下或拥堵的高速公路行驶时(车辆平均时速低于45公里/小时；频繁主动加速或刹车)，优选串混模式(离合器断开)；还可优选智能模式切换策略(iMS)，为线控离合器111的高级型智能动态控制策略，iMS策略的节能减排实际效果要优于开关控制策略，后续详述。在本发明中，转矩和扭矩为同义词，尾气和废气为同义词。
传统重卡发动机电控的难点在于必须在全域面工况下(即全部转速和转矩范围内)，动态满足发动机的动力性、节油性、排放性、和成本等多个交叉耦合且经常相互矛盾的技术目标，满足世界各国日益严格的强制性排放法规(包括污染物排放和碳排放)；过去二十年来(2000～2020)，全球范围现代量产重卡发动机无论是最小比油耗(BSFC；克/千瓦时)或热效率(BTE；％)，还是实际综合油耗(升/百公里)这两项指标方面，累计改善幅度不到20％，已遇到了内燃机研发技术和生产工艺的瓶颈。发动机的运行范围如果能从全域面工况简化为高效区内的若干点工况或线工况，可为通过技术创新，突破当前可量产重卡发动机热效率(BTE)的上限(46％)，以高性价比最大限度地优化其油耗和排放性能，开辟了新天地(即新技术路线)；同时也可能有效地对应今后二十年为满足世界各国不断推出更严格的新内燃机汽车排放(污染物排放和碳排放)强制性法规，对重卡发动机本体、ECU、和尾气处理系统(ATS)设计、标定、和制造的复杂性和产品成本日益飙升所带来的严峻挑战，例如前述2020年8月颁布的美国加州柴油重卡超低NOx组合法规(2024降75％、2027降90％)。
对比点燃式汽油机(SI)，压燃式柴油机(CI)以节油，低转速时大转矩，皮实耐用，超长寿命(B10寿命大于一百万公里)，高性价比等优点，成为当前全球绝大多数重卡(超过95％)的发动机首选。但在污染物排放方面，特别是对大气环境和人体健康有害的氮氧化合物(NOx)和微颗粒(PM)等污染物排放方面，柴油机比汽油机逊色。满足美国EPA-2010、欧-VI、和中国国-6发动机排放强制性法规，减少重卡柴油机尾气污染物NOx和PM排放的世界主流后处理技术路线包括选择性催化还原器(SCR)及柴油微粒捕捉器(DPF)，SCR和DPF都需要在内部工作温度(即尾气温度)达到250摄氏度以上的关灯温度时(Light-offTemperature)，后处理系统内的催化剂才能正常高效地工作；当尾气温度低于200摄氏度时，催化剂的催化转换效率大幅降低，此时发动机污染物排放飙升；工作温度150摄氏度的低温催化剂在欧美还处在实验室科研早期，距离量产时间还以十年计算。柴油机在冷启动、低负荷或怠速运行(负荷率小于25％)、及瞬间大幅度输出功率调整时，其污染物排放和比油耗(克/千瓦时)都会大幅增加；而在高速公路工况下，发动机能够稳定地工作在其万有特性曲线的高效区，此时柴油机的污染物排放和比油耗都较小。传统重卡，很难在发动机万有特性曲线全部转速/转矩范围内(即面工况下)，同时优化油耗和污染物排放；目前美国重卡行业还没有找到能同时满足2027年联邦GHG-II温室气体排放法规(CO2排放)和加州超低NOx排放(降幅90％；0.02g/bhp-hr)的可量产商用的重卡动力总成技术方案。
本发明的ACE重卡通过串混iSS控制或并混iPS控制技术，能让脉控发动机101稳定地工作在其万有特性曲线第一象限高效区内的至少一个最佳工况点或至少一条高态工况线或第四象限内至少一个零油耗零排放的低态工况点或工况线，几乎完全消除发动机冷启动、低转速低负荷或怠速等高效区以外的挑战性非高效工况，在降低比油耗和CO2排放的同时，还能有效地提升并维持发动机尾气温度，令发动机101的后处理系统(ATS)稳定地工作在高温高效区(250摄氏度以上)，减少污染物(NOx,PM)排放，实现油耗和排放双重最小化的有益效果。同时，由于ACE重卡DPC发动机101在主动模式(AOM)下完全运行在其燃烧高效区，发动机的比油耗低(BSFC)且尾气温度高，其SCR系统保持高效运行，还能够减少耗材尿素(DEF)的用量(克/百公里)，从而进一步降低ACE重卡的运营费用；而且，ACE重卡的柴油机和柴油微粒过滤器(DPF)都能长期稳定地工作在各自的高效区，基本消除通过阶段性强制驻车30～45分钟，通过柴油机过量喷柴油怠速空转，进行DPF系统主动再生(ActiveRegeneration)，以消除沉积在其内部的大量微粒这一即耗时又费油的行业用户长期痛点，进一步降低车队运营费用，改善货运效率。
现代柴油重卡在冷启动后十分钟内的污染物排放值通常要明显高于后续稳态工况时的排放值；冷启动阶段高排放对满足美/欧/中三地现行排放法规(EPA-2010、欧-VI、国-6)没实质性影响，但如要满足加州柴油重卡超低NOx组合法规2027年排放限值，则必须大幅减少(降幅90％+))柴油重卡在冷启动、低速低负载、怠速等节能减排高挑战性工况下的实际污染物排放值，否则无法达标。与传统柴油重卡不同，ACE重卡的发动机能够实现“清洁冷启动”功能(CCS-Clean Cold Start)。ACE重卡在室外严寒下(环境温度负10摄氏度以下)长期停车(十小时以上)后冷启动发动机时，通过司机预设车辆冷启动预热时间，由车辆VCU指挥线控离合器111断开，车辆进入串混模式；可利用电池包十千瓦时级有效直流电量，由百千瓦级ePSD 123完成逆变并输出交流电或从汇流点(X)125输出百伏级高压直流电，通过安装(原装或后装)在ACE重卡后处理系统内峰值功率范围20千瓦至60千瓦的车规催化剂电加热器(EHC)301(参见图-7)，对尾气后处理系统305中包括SCR模块340在内的各个模块进行分钟级快速预加热，使各个模块(301、320、340)的温度基本达到200摄氏度(即关灯温度)，然后再由发电机110(MG1)在电驱动模式下，拖动DPC发动机101无燃运行(POM)到1000转/分～1200转/分之间指定高怠速点后，再首次喷油压燃点火做功，进入高效工况点(AOM)，对发动机采用串混智能启停控制(iSS)，此时发动机功率函数PWM序列的占空比大于0.5，催化剂电加热器(EHC)301成为发电机组(102和110)或电池包(130a或130b)的电阻性负载；可将从发动机冷启动点火到尾气后处理系统达到其高效工作温度(约250摄氏度)的过渡时间(即所谓“关灯时间”，Light-off Time)大幅减低90％以上，能比传统柴油机重卡冷启动时污染物排放量降低90％以上；如果要想实现ACE重卡超低排放，将柴油机NOx排放限值(特别是车辆RDE排放值)从当前EPA-2010或国-6排放法规的基础上再降低90％，优选采用上述CCS功能为高性价比的解决方案。传统柴油机重卡冷启动时，也通常要驻车怠速预热发动机几分钟后(即热车时间)，才挂挡动车开始行驶；ACE重卡清洁冷启动(CCS)驻车加热尾气后处理系统(ATS)的SCR模块的预热时间要小于传统重卡的热车时间，不耽误司机的工作，而且还可以通过软件OTA动态设定预热开启时间；需强调，ACE重卡驻车电预热发动机后处理系统时间内，发动机101和发电机110并不工作，驱动电机140和170也不工作，此时车辆无任何振动或噪声；可暂时由电池包供电，利用ePSD 123内含的百千瓦级额定功率的电机控制器122a或122b的交流端或直流汇流点(X)125给十千瓦级的车载催化剂电加热器(EHC)供电，在分钟级时间内将SCR模块340的温度从零下几十摄氏度提升至200摄氏度以上，VCU 201可根据ATS系统305内的温度传感器的数据，自动地调节催化剂电加热器(EHC)的运行功耗和时间。车辆后处理系统应加装热绝缘层保护，使系统热容较高，保温时间在分钟级，脉控发动机一旦进入稳定运行后，其PWM脉冲序列的亚分钟级或分钟级低态工况(被动无燃)运行并不会导致后处理系统(ATS)内部的催化剂的工作温度迅速降低到200摄氏度以下；发动机热启动时或从PWM脉冲序列的低态工况切换到高态工况时，等效于发动机101热启动，基本不需要EHC开启电加热功能，脉控发动机高态工况运行时，其尾气的温度明显高于250摄氏度，此时后处理系统(ATS)能够保持高温和高效运行，确保车辆RDE尾气排放稳定达标。
2021年中国开始全面强制执行的柴油重卡国六排放标准，对绝大部分技术积累不足的中国本土发动机和关键动力总成零部件供应商来说，是一场巨大的技术和商务挑战。在确保整车出厂时达到并持续满足国六排放标准，特别是70万公里RDE排放系统可用期(Useful Life)的前提条件下，本发明的ACE重卡对柴油机101的技术性能要求从全域面工况降维简化为发动机高效区内的若干指定点工况或线工况，要比传统内燃机重卡(无混动)对发动机101的面工况综合技术要求降低或放松很多，为多种高性价比的新颖技术路线同时优化车辆节能减排，早日实现批量商用创造了新机会，为广大中国的重卡动力总成和关键零部件供应商开辟了在后国六时代生存发展的另一片新天地。
电机的功率与其转速和转矩的乘积成正比，同时电机的体积、重量、和成本都与其峰值转矩(即最大转矩)高度正向关联。混动或纯电乘用车(总重小于3.5吨)多采用高转速(峰值大于12000转/分)低转矩(峰值小于350牛米)的中小型车规电机；而混动重卡多使用低转速(峰值小于3000转/分)大转矩(峰值大于1000牛米)的大型车规电机。例如，转速1200转/分及峰值转矩2000牛米的大型电机I和转速12000转/分及峰值转矩200牛米的中小型电机II的额定功率都是251千瓦；但电机I的体积、重量、和成本都明显高于电机II。与乘用车应用相比，ACE重卡对电机和电池包等子系统在体积和重量方面限制较少，但对它们的成本则高度敏感。在全球新能源车辆年产销量方面，乘用车比重卡高近几十倍。目前新能源乘用车所使用的高转速-低转矩电机的额定功率绝大多数都小于100千瓦(峰值过载率150％+)，单位成本(美元/千瓦)随产量增加而逐年明显下降；但新能源大型商用车(总重大于15吨)所使用的额定功率大于100千瓦的低转速-大转矩的大型电机，在今后二十年内，其单位成本(美元/千瓦)仍然会高昂，难以逐年明显下降。新能源乘用车或重卡，在IGBT或SiC等电力电子核心器件方面，要求基本相同，同电压平台的器件可以通用。如果混动重卡在大三电系统(电机、电池、电控)选型上(特别是电压平台、峰值转矩、峰值功率等)能与新能源乘用车的技术要求尽量靠拢，甚至部分重叠，则非常有利于ACE重卡的大三电系统充分利用新能源乘用车成熟供应链的规模效应，逐年降低成本、保质保供。
优选地，针对图1实施例，标配发电机(MG1)110为永磁同步电机(PMSM)，额定功率为100千瓦到150千瓦之间，也可选用满足上述额定功率要求的交流感应电机或磁阻电机；标配主驱动电机(MG2)140优选额定功率150千瓦至210千瓦的永磁同步电机，还可选用同功率规格的交流异步电机或磁阻电机；选配副驱动电机(MG3)170优选额定功率60千瓦至100千瓦的永磁同步电机，还可选用同功率规格的交流异步电机或磁阻电机。图1各种实施例中，如果三个电机(110、140、170)的额定功率分别超出上述优选参数范围时，ACE重卡仍能正常工作；当额定功率低于优选下限值时，电机成本、体积、重量都降低，但车辆的动力性、冗余量、或节油率在小概率极限路况或工况下(例如山区运行)可能会下降；当额定功率高于上限值时，车辆的动力性和节油率仅在小概率极限路况或工况下可能会提升，但电机成本、体积、重量都明显升高；二者均为次优选择。需强调，电机或电池包的峰值功率(10秒或15秒脉冲)要明显高于其额定功率，负载率可达150％～200％(以额定功率为基准)。
图2所示的电功率分流器(ePSD)123为具有三个端口的额定功率百千瓦级的电力电子网络(PEN)，其中包含至少两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或碳化硅(SiC)功率模块，但可以不包含任何电力电源或电力储能装置。有多种电力电子电路拓扑设计，可实现该三端PEN的输入输出特性和内部各种子系统的功能。需要指出，本公开并不旨在限制某种包括有IGBT或SiC功率模块的三端PEN的具体电路拓扑实现，而是只要是能够实现本公开所描述的ePSD 123的关键输入输出功能及特性的各种电力电子电路拓扑设计，均应落入本公开的范围内。鉴于电力电子模块集成设计的灵活性，为提高系统性能和/或降低成本，ePSD 123内部的电机控制器(MCU1，MCU2，MCU3)121，122a&b、斩波器132a&b、和压控开关(VCS)133等既可集中包装在一个金属盒中，也可以分散包装在多个金属盒中。目前IGBT为性价比最高的全球主流车规电力电子功率模块，碳化硅(SiC)功率模块为后起之秀，性能虽更好但近期成本也更高，但随着SiC产量增加，其市场占比会逐年提升。本公开中提及的IGBT模块，可泛指包括IGBT或SiC在内的各种已产业化的电力电子功率模块。
在图2所示的实施例中，ePSD的端口I内部电机控制器121的交流端与外部发电机(MG1)110的三相交流电输出端双向电联接；端口II内部电机控制器122a的交流端与外部主驱动电机(MG2)140的三相交流电输出端双向电联接，内部电机控制器122b的交流端与外部副驱动电机(MG3)170的三相交流电输出端双向电联接；端口III内部斩波器132a低压端与外部电池包130a双向直流电联接；斩波器132b的低压端与外部电池包130b双向直流电联接。所有电机控制器(121、122a、122b)的直流端都双向直流联接到ePSD的直流母线汇流点(X)125，所有斩波器(132a、132b)的高压端也都双向直流电联接到ePSD内部的直流母线汇流点(X)125。额定功率百千瓦级的压控开关(VCS)133的一端与汇流点(X)125单向直流电联接，另一端与外部百千瓦级带散热器的刹车电阻131单向直流电联接。
优选采用IGBT功率模块来实现压控开关(VCS)133，采用直流电压触发方式来控制压控开关VCS的导通或断开，具体控制方式由软件定义且动态可调，故称“智能压控开关”(iVS)；行业普通技术人员能采用多种电力电子拓扑结构来实现VCS功能。iVS控制策略实施例如下：Von＝(1+kon)Vbus0；Voff＝(1+koff)Vbus0；其中Von为导通电压阈值，Voff为断开电压阈值；Vbus0为直流母线额定电压，优选范围600V～750V；kon为导通偏置系数，优选范围2％～10％；koff为断开偏置系数，优选范围-5％～+2％；kon和koff由软件定义，可分别动态调整；当汇流点125(X)的直流电压上升至导通电压Von时，压控开关(VCS)133能以毫秒级响应时间从断开状态切换到导通状态并保持导通状态，使百千瓦级刹车电阻131成为ePSD 123汇流点125的有效电负载；当汇流点X的直流电压下降至断开电压Voff时，压控开关133又能以毫秒级响应时间从导通状态切换到断开状态并保持断开状态。当电池包130a或130b的瞬态荷电状态(SoC)函数值超过其上红线URL时，为保护电池包，斩波器132a或132b将迅速切断对电池包的充电路径(十毫秒级)；但此时如果ACE重卡从主动安全角度仍需要驱动电机140或170的再生制动功能，且突然失去电池包这一有效电负载时，会导致汇流点X处的直流电压瞬时急剧升高，甚至可能超过IGBT模块的击穿电压(例如1200V)，出现瞬态“极限电压脉冲”，可能导致ePSD 123内部各个IGBT模块或其它电子元件遭受永久性损伤；而智能压控开关(iVS)技术方案正是防止汇流点X出现极限电压脉冲的有效措施。智能压控开关(iVS)控制策略除能在电池包130a&b基本满溢时(SoC＝URL)，接通刹车电阻131，提供ACE重卡下长坡时非摩擦式稳态缓速功能外，还提供另一项重要的汇流点X瞬态过压保护功能，以避免ePSD 123内部含IGBT模块的主要电子元器件，例如电机控制器121、122a、122b和斩波器132a、132b等，在ePSD 123某些极限工况下，出现跳闸中断工作或遭受永久性损伤(特别是IGBT过压击穿损伤)等严重失效模式。优选压控开关(VCS)133的额定功率范围200千瓦至350千瓦，电压等级在1200V以上；相应刹车电阻131的额定功率应小于压控开关133的额定功率；从增加系统冗余度并降低成本方面考量，还可优选两套额定功率150千瓦左右的压控开关133及匹配的百千瓦级刹车电阻131并联的方式来实现合计额定功率300千瓦的智能压控开关(iVS)功能；显然iVS功能由软件定义，并可通过空中下载技术(OTA)实现持续升级迭代。
当电池包130a或130b的标称电压Vbp(即电池包室温下荷电状态SoC＝50％时的开路电压)等于ePSD 123的直流母线额定电压Vbus0时，为简化系统并降低成本，可以考虑省略斩波器132a或132b，将电池包130a&b直接双向电联接汇流点(X)125；但这时电池包的标称电压必须固定等于直流母线额定电压，而且电池包也将失去通过软件定义主动调节百千瓦级瞬态充放电功率的功能；同时ePSD 123也失去了通过软件定义(现场或OTA远程迭代)，灵活匹配新能源汽车供应链各种的不同额定电压的高性价比电池包的能力；为次优选项。电池包130a或130b是ACE重卡成本最高的子系统之一，也是整车动力性、可靠性、和耐久性的潜在短板，其高倍率部分充放电(HRPSoC)特性曲线及循环寿命与其荷电状态(SoC)和电芯温度等动态工况数据高度关联；采用百千瓦级斩波器132a或132b的另一项益处在于可以根据电池包供应商所提供的电芯HRPSoC数字化特性曲线列表、电芯工况数据(SoC、温度等)、和ACE重卡整车动态工况数据，迅速调整(十毫秒级时延)电池包(132a或132b)的瞬态充放电倍率，令电池包长期稳定地工作在高效区，以达到电池包性能和循环寿命最优化的有益效果；斩波器132a&b还可以通过软件定义，在不增加任何硬件成本的前提下，增加新功能，例如电池包智能脉冲预热功能(iPH)。
本公开ePSD 123内部的直流母线汇流点125(X)，是ACE重卡混联动力总成的电力电子网络的神经中枢，该点的唯一直流电压时变函数和所有进出分支电路的直流电流时变函数的集合，从数学上完备地描述了ACE重卡电力功率回路的动态工作状态，是ACE重卡运行节能、减排、及安全控制的关键节点。汇流点X虽然在电路拓扑上是一个点，但有多种物理实现方式，例如可以是一片金属汇流排或一个多接头的大功率电缆分配器等。
ePSD 123可以通过对内含几大电力电子功能模块(例如电机控制器121、122a&b；斩波器132a&b；压控开关133等)实施数字控制，实现其三个端口之间以十毫秒级响应时间和百千瓦级电力额定功率幅度来动态调整电力功率流的路径、幅度、和方向，根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)来融合机械功率流和电力功率流，动态匹配车辆路载功率时变函数Pv(t)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。VCU 201根据优化节能减排的机器学习算法(ML)，协同操控离合器111和ePSD 123，车辆可以分别实现串混iSS和并混iPS两种不同控制模式之一稳定运行或二者之间的动态切换(即智能模式切换iMS)，在满足车辆行驶动力性、安全性和货运时效性的前提下，达到发动机油耗及排放最优化(即最小化)；ACE重卡在干线物流应用场景下，车辆可启用iMS功能，串混和并混模式间切换频次较低，平均每百英里切换二十次以下，自动实施，进一步降低实际油耗。
可选地或附加地，ePSD 123还可以配置若干车规级传感器和存储器，能以不低于5赫兹的频率来测量并记录直流母线汇流点X处的动态电压函数Vbus(t)和电流函数Ig(t)，Im(t)，Ib(t)时间序列，作为节油数据集的一部分，并通过车载无线通信网关210，及时地(小时级时延)上传到云计算平台001存储，以供后续分析处理。关于节油数据集的实施方式后续详述。。
已知ePSD 123内部直流母线汇流点(X)125处的电功率平衡方程为：
Pg+Pbat+Pm+Pbr＝0 (4-1)
其中Pg∈[-Pigx,Pigx],Pbat∈[-Pbx,Pbx],Pm∈[-Pimx,Pimx]；Pigx为电机控制器(MCU1)121的峰值功率，Pbx为主电池包130a和副电池包130b的合计峰值充放电功率，Pimx为电机控制器(MCU2)122a和(MCU3)122b的合计峰值功率；参数配置满足下列不等式：Pbx>Pimx>Pigx。Pg为发电机(MG1)110的瞬态电功率时变函数，受控于电机控制器(MCU1)121，Pgx为其峰值功率(Pigx>Pgx)，正值为驱动功率(电能变机械能)，负值为发电功率(机械能变电能)；Pbat为电池包(130a&b)合计瞬态电功率时变函数，受控于斩波器(132a&b)，正值是充电功率(电能变化学能)，负值是放电功率(化学能变电能)；Pm为主驱动电机(MG2)140和副驱动电机(MG3)170的合计瞬态电功率时变函数，受控于电机控制器122a&b，Pmx为其峰值功率(Pimx>Pmx)，正值是驱动功率(电能变机械能)，负值是再生制动功率(机械能变电能，回收能量；等效于发电功率)；Pbr为刹车电阻131的瞬态电功率时变函数，受控于压控开关(VCS)133，为非负数且峰值功率应不小于主驱动电机(MG2)140的峰值功率。在本公开中，除非特别标注，峰值功率对发动机而言，指其最大连续机械功率；而对电机、电机控制器(即逆变器)、斩波器、或电池包而言，则指10秒或15秒脉冲的峰值电功率，明显大于额定功率(即最大连续电功率)，多数峰值功率可高达额定功率的150％以上。
本公开实施例描述时，重点讨论只有标配主驱动电机(MG2)140和主电池包130a的情景。如果ACE重卡系统还包含选配副驱动电机(MG3)170和/或副电池包130b，普通行业人士很容易扩展来描述。ACE重卡在高速工况下，可优选闭合离合器111，实现并混模式运行；在城市/郊区工况和拥堵的高速路时，可优选断开离合器111，实现串混模式运行；而当ACE重卡遇到长坡或高山时(指纵坡绝对值大于2.0度，连续上坡或下坡路程超过5公里)，出于对车辆行驶安全性和动力性考量，不论平均车速高低，应优选并混模式。ACE重卡在干线物流应用场景，近90％的里程为高速工况，其离合器111不需要频繁切换；同时由于有双电机(MG1和MG2)动态协同，二者都能快速精准地分别控制其转速或转矩，可实现并混模式无离合器换挡(CGS)功能，ACE重卡换档时并不会出现明显的驱动转矩中断和车辆行驶顿挫感，整车动力性和NVH性能都明显优于现有技术的内燃机重卡。
电池包132a&b是ACE重卡成本最高的子系统之一，同时也是ACE重卡整车动力性、可靠性、和耐久性(即长寿命)的潜在短板之一，所以电池包的高性价比设计制造至关重要。ACE重卡对功率型电池包的技术要求与混动轻型车相比，有明显差异。ACE重卡对总容量几十千瓦时的电池包的体积和重量无硬性限制，但对电池包耐高低温(环境温度范围：-30摄氏度至+50摄氏度)及耐冲击震动要求更高，特别是对电池包在高倍率部分充放电(HRPSoC)工况下的等效深度循环寿命(即等效满充满放累计次数；100％DOD)要求要高数倍。例如，ACE重卡的电池包在全生命周期内的累计电吞吐量要大于30万千瓦时；如果功率型电池包的有效容量为30千瓦时，如需支持合计额定功率210千瓦和峰值功率450千瓦的双电机(MG1，MG2)正常运行，则电池包的连续充放电倍率要高于7C，峰值(10秒)充放电倍率要高于15C，考虑到生命周期末(EOL)衰减率20％，其等效深循环寿命要高于12000次；显然，如果电池包的有效容量增大一倍，变成60千瓦时，则等效循环寿命可减半，降为6000次，且充放电倍率也基本减小50％，但此时电池包的体积、重量、和总成本都明显增加，大电池包的综合性价比并非最优，需根据ACE重卡的主流循环工况(Duty Cycle)和经常行驶的高速公路的纵坡分布函数等多种因素综合考量决定。
通过混搭高性能(低温高倍率充放电)、超长寿命、和高成本的钛酸锂电芯(LTO)的主电池包130a(容量10～20千瓦时)加上较低成本的LFP或NCM副电池包130b(容量25～50千瓦时)，则可以根据ACE重卡010的具体应用场景，优化整车系统性价比。当寒冬(低于零下10摄氏度)车辆室外停车超过10小时，车辆冷启动后，LTO主电池包130a耐寒，可立即参与高倍率充放电工作；此时采用LFP或三元锂电芯的副电池包130b受控于斩波器132b，可暂时不参与工作或仅低倍率工作，等行车十几分钟后将副电池包130b内部电芯温度逐渐加热到10℃以上后，副电池包130b才开始高倍率充放电；很容易利用ACE重卡发动机散热器(Radiator)的热水在十分钟级时间内将电池包逐渐加热到10℃，对整车油耗或排放无负面影响；这种电池包加热方法的缺点是加热时间较长(十分钟级)，短时间内ACE重卡的电池包无法高倍率负充电。电池包130a&b是ACE重卡中最昂贵的子系统之一，混搭不同电化学电芯的两个甚至多个电池包，有益于改善电池包综合性能，降低电池包总成本，对优化ACE重卡综合性价比至关重要。斩波器132a或132b，通过脉宽调制(PWM)技术和软件定义及远程迭代升级(OTA)，能根据电芯在不同温度下的充放电特性曲线和各种电芯的保护性限制条件，动态连续地调节电池包130a或130b的充放电电流值，在保证满足ACE重卡整车动力性的前提条件下，优化电池包的性能、电吞吐量、和等效循环寿命。
LTO单电芯标称电压(SoC＝50％的开路电压)仅为2.2V，低于LFP单电芯标称电压3.3V和NCM单电芯标称电压3.7V。同样容量(千瓦时)的电池包，高电压电池包方案(电芯多串联少并联；额定电压650V左右)对比低电压电池包方案(电芯多并联少串联；额定电压400V左右)，前者电池管理系统(BMS)的设计和控制更复杂，整个电池包的材料和制造成本更高，且系统冗余度和鲁棒性较差；同时后者更容易借力主流新能源乘用车电压平台(例如300V～450V范围)获得性价比更高的电池包，有多渠道保质保供。ACE重卡可优选采用至少两个由不同电化学电芯组成的电池包并联混搭，有益于提高ACE重卡系统性价比。目前全球主流新能源乘用车所采用的锂离子动力电池包的额定电压范围在300V～500V(简称400V平台电池包)，有成熟的供应链，中日韩三国十几家领先制造商合计车规锂离子动力电池年产销量占全球市场份额超过85％，400V平台电池包全球产量逐年快速攀升，成本(美元/千瓦时)逐年明显下降；而高于600V额定电压的电池包(简称800V平台电池包)每年全球生产量比前者小一个数量级以上，800V平台电池包成本较高，合格供应商少，年降价幅度低。本发明ePSD 123的峰值电功率可高达500千瓦，其直流母线额定电压优选范围为600V～750V(即800V平台)。本公开所用电池包(130a&b)优选额定电压值在350V至450V之间，尽量与年产销总量巨大的主流新能源乘用车电池包的额定电压范围重合，便于充分利用当今新能源乘用车成熟的400V平台动力电池供应链，降本保供。这些电池包130a或130b可分别通过ePSD123端口III内部的百千瓦级双向升降压直流-直流转换器(Boost-Buck，又称斩波器)132a或132b与ePSD 123的直流母线的额定电压相匹配，如图-2所示。除直流变压功能外，百千瓦级斩波器(132a&b)的另一有益功能是通过脉宽调制控制(PWM)，在0％～100％电池包充放电峰值电流范围内，可根据各种电芯在不同温度下或生命周期不同阶段(SOH)的充放电特性曲线和电池包厂商为保证电芯的循环寿命和安全性对其工况的各种限制条件，通过斩波器(132a&b)内含微处理器的软件定义和空中升级(OTA)，自动精准地动态调节电池包130a&b的充放电直流电流的幅度及方向，以保证电池包在全生命周期内，性能和循环寿命都最优化(Optimization)；同时，还可以在不增加硬件成本的前提下，利用斩波器132a&b对电池包130a&b在寒冬进行智能脉冲预热(iPH)，以高性价比和高能效的技术措施来解决锂离子电池(特别是除LTO电芯外其它主流电芯，例如LPF或NCM)怕冷但又难于高效均匀加热这一行业难题。
优选地，主电池包130a可以采用总容量在12kWh～26kWh范围内的钛酸锂电芯(LTO)组合,连续充放电倍率5C～9C，10秒或15秒脉冲峰值充放电倍率15C～30C；等效深度充放电(100％DoD)循环寿命(即电池包以HRPSoC循环工况为主，全生命周期内累计吞吐总电量周转次数，简称“等效循环寿命”)超过1.2万次，工作环境温度-30～+55摄氏度。如果配置百千瓦级斩波器132a，则电池包130a的标称电压优选范围为300V～450V(即400V电压平台)；如果没有配置斩波器132a，则电池包130a的标称电压等于汇流点X的额定电压(即800V电压平台)。全球现代已商业化的各种电化学配方的汽车规格动力电池中，只有钛酸锂电芯(LTO)仅一套电池就可以满足上述ACE重卡电池包的全部苛刻要求，特别是超长循环寿命和低温高倍率部分充放电的要求。LTO电芯比能量(Wh/KG)较低的缺点对ACE重卡应用而言，LTO电池包体积或重量较高不是问题；但LTO电池包的另一缺点是成本高昂，全球可选合格供应商少，其每千瓦时(kWh或度)电芯的成本(元/瓦时)为其它主流汽车级锂离子电芯(例如LFP、NCM、NCA)成本的三倍以上，导致LTO电池包的成本长期居高难降，如果全部采用LTO电芯，会因电池包总成本过高而限制ACE重卡在全球范围广泛应用；LTO电池包全生命周期的高成本问题必须有效地解决。主电池包130a还可以选用适合恶劣工作环境下高倍率部分充放电(HRPSoC)应用的如下功率型电芯：镍氢电池(NiMH)、磷酸铁锂(LFP)、三元锂离子电池(NCM/NCA)、或碳铅电池(PbC)；这四种电芯在电池包容量相当时，都可能需要至少两套电芯，才能满足过1.2万次超长等效循环寿命的要求；同时这四种电芯的成本(元/瓦时)都明显低于钛酸锂电芯，虽然需要两套系统才能满足超长循环寿命要求，但从电池包设备投资(Capex)角度考量，比一套LTO电芯有经济优势；还可以考虑采用上述两种不同电化学成分电芯组成的电池包并联混合搭配(例如LTO与LFP搭配)，如图2所示；同时将电池包(130a和130b)的总容量提升到40kWh～90kWh范围，以谋求电池包130a&b在ACE重卡全生命周期内性价比最优。
优选地，副电池包130b可以采用容量30kWh～60kWh范围内的主流功率型锂离子电芯(连续充放电倍率3C+)，例如磷酸铁锂(LFP)或三元锂(NCM或NCA)电芯。当然也可选用容量大于60kWh的副电池包130b，这样虽有利于增强整车在各种运行工况下的动力性，减少电池包等效循环寿命上限值和充放电倍率峰值；但大容量电池包的重量、体积、和成本都将明显升高，综合性价比并非最优，需综合考量。如果配置斩波器132b，则电池包130b优选400V电压平台，以便充分利用现代新能源汽车电池包产业链的共享机会；如果没有配置斩波器132b，则电池包130b应为800V电压平台。干线物流重卡满载行驶时，纯电驱动时的电耗约每英里2.0度电，即便ACE重卡配置总容量90kWh的大号功率型电池包130a&b，其纯电驱动连续行驶里程也仅有45英里，占车辆日平均里程500英里的零头，发动机101仍然是ACE重卡010货运事件的主要能量源。
本发明中，电池包130a&b的作用类似一个带有小号油箱的大功率发动机；对比柴油发动机101，电池包的特点在于爆发力超强、瞬态响应速度极快、但耐力严重不足。电池包130a&b既可以较长时间内(10分钟级)连续提供驱动电机(140或170)的120kW中强度电驱动功率，也可较短时间内(分钟级)连续提供驱动电机(140或170)超过300kW的高强度电驱动功率。假定ACE重卡电池包130a&b的总有效容量为30kWh，双电机MG1和MG2的总计额定功率为300kW，在脉控发动机101被动模式运行时(PAM)，电池包130a&b在荷电消耗模式下(CD)从满溢(SoC＝URL)以10C连续放电至亏空(SoC＝LRL)，可给双电机(110和140)以300kW强度连续6分钟单独供电，让满载(总重40吨)的并混ACE重卡010在平缓不拥堵的高速公路上以90公里/小时的速度纯电行驶近10公里；换句话讲，从整车驱动功率控制或能量管理层面考虑，ACE重卡010为具备五分钟级或十公里级缓冲时空的高惯性机电系统。
ACE重卡采用的功率型电池包，需支持驱动电机总计连续功率200kW+或10秒脉冲峰值功率近400kW+的高倍率充放电需求；电池包(130a&b)优选有效容量范围25kWh～65kWh，电池包的平均连续充放电倍率范围4C至8C，10秒峰值充放电倍率范围8C至20C，而且电池包的充电倍率(连续或峰值)通常要高于放电倍率，以对电芯最具挑战的非对称方式工作。ACE重卡如果要实现比传统柴油重卡在50万英里运行里程累计节油30％，其电池包全生命周期内(即50万英里内)等效累计吞吐电量需高达30万kWh以上；如选用生命初期(BOL)30kWh有效容量的电池包，考虑电池包生命末期(EOL)容量衰减率20％，则需要电池包130a&b的等效循环寿命要超过1.2万次；ACE重卡电池包对电芯性能和寿命的要求明显高于新能源乘用车电池包。受限于当前世界车规锂离子电芯技术路线和产业化发展水平，电池包的实际性能和循环寿命与电芯的瞬态工况(电流、电压、温度、SoC、SOH等)密切相关；ACE重卡需要斩波器132a&b与电池包130a&b的电池管理系统(BMS)实时通讯，根据电池包130a&b的瞬态荷电状态(SoC)、电芯温度、电芯健康状态(SOH)等数据，动态地控制电池包的实际充放电倍率，才能更有效可靠地实现电池包性能和循环寿命最优化。
功率型电池包要想既保证性能达标，又实现超长循环寿命，必须根据电池包130a&b的工况数据(SoC、SoH、温度、电压等)，在高倍率部分充放电(HRPSoC)工况下，动态调整高倍率充放电的电流幅度及方向，严格控制电池包所有电芯的荷电状态(SoC)时变函数。现代车规功率型电芯的充放电荷电状态SoC上红线(URL)一般在85％至95％，下红线(LRL)一般在10％至20％；高效区的最佳上限(BUL)70％至85％，最佳下限(BLL)20％至35％。电池包在SoC高效区(BLL<SoC<BUL)工作时，所有电芯的性能、安全性、和循环寿命最优，而电池包在SoC高于URL或低于LRL的红线区域高倍率部分充放电(HRPSoC)运行时，除电池包性能明显下降外，还可能会对电芯造成永久性损伤，减少循环寿命，产生安全隐患，需尽量避免。本发明对电池包130a&b实施预测性荷电控制(PSC)的核心，就是为保证ACE重卡010能够同时优化车辆的动力性、油耗、排放这三大指标，通过串混iSS或并混iPS控制及智能巡航控制(iCC)技术，动态自动调整电池包的运行模式(CS、CD、CI三选一)，最大限度地让电池包130a&b长期稳定地工作其在高效区，令总荷电周转率和再生荷电周转率都最大化。
ACE重卡010在串混模式下(离合器111断开)或并混模式下(离合器111闭合)，VCU201根据节能减排机器学习算法、车辆配置参数、整车和各个相关子系统的运行工况、路载瞬态功率路载瞬态功率、和电子地平线道路三维信息(特别是纵坡函数)及路载功率预测，对发动机101和电池包130a&b的瞬态输出功率进行串混iSS或并混iPS控制，既可以实时地满足车辆动力性方程(1-1)及串混功率方程(2-4)或并混方程(3-3)，又可预测性地调节发动机平均功率函数，通过控制ePSD 123三端口之间百千瓦级电功率的动态分配和mPSD 124三端口之间百千瓦级机械功率的动态分配，来实现ACE重卡电池包(130a&b)在下列三种荷电模式(CS、CD、CI)之一连续运行或之间平顺切换：1)在荷电维持模式(CS)下，电池包的瞬态荷电状态时变函数(简称瞬态SoC)和平均荷电状态函数(简称平均SoC；参见方程(MAW))需始终维持在最佳下线(BLL)到最佳上线(BUL)之间(即高效区内)连续波动；此时发动机101的平均功率基本等于车辆路载平均功率；车辆驱动(串混或并混)以发动机101为主，电池包130a或130b为辅，实时地满足车辆动力学方程(1-1)及串混方程(2-4)或并混方程(3-3)；2)在荷电消耗模式(CD)下，电池包的瞬态SoC连续波动而平均SoC在上红线(URL)到下红线(LRL)之间连续下降；此时发动机平均功率明显小于路载平均功率，车辆驱动以发动机101为辅，主要靠电池包130a或130b给驱动电机140或170供电，，实时地满足方程(1-1)及(2-4)或(3-3)；3)在荷电增加模式(CI)下，电池包的瞬态SoC连续波动而平均SoC在下红线(LRL)到上红线(URL)之间连续上升；此时发动机平均功率明显大于路载平均功率，发动机的机械功率除大部分在并混模式下直接或串混模式下间接用于驱动车辆外，剩余的机械功率通过发电机110给电池包130a或130b持续充电，以保证电池包SoC平均值随时间连续上升，实时地满足方程(1-1)及(2-4)或(3-3)。
电池包130a&b中的电能可分两种，一种是由发动机101驱动发电机110所产生的“发动机荷电”(Engine Charge)，为“高成本电能”，又称“发动机电能”；另一种则是通过电机110、140、或170利用再生制动回收车辆的机械能所产生的“再生荷电”(Regen Charge)，为“准零成本电能”，又称“再生电能”。要想最大限度地降低ACE重卡在整个运输事件中的综合油耗(FC；升/百公里)，首先需要尽量将电池包(130a或130b)中的电能随放随充，将电池包的累计吞吐总电能(kWh；指发动机电能与再生电能之和)或总荷电周转率(定义为累计吞吐总电能与电池包等效容量的比值)最大化；其次要尽量提升再生电能在总电能中的占比(即再生荷电周转率最大化)，抓住每一个通过再生制动回收电能的机会；同时应尽量减低发动机电能的占比(即发动机荷电周转率最小化)；要最大限度地避免因电池包满溢(SoC＝URL)，无法接受新增的再生电能，触发压控开关(VCS)133导通，由刹车电阻131将这部分再生电能完全浪费掉的情景出现。根据车载地图仪240内存的先验3D道路数据及车辆配置参数和动态工况数据，ACE重卡能实时地(亚秒级时延)以千瓦级颗粒度精准地测算出电子地平线内(小时级或百公里级)路载瞬态功率时空函数和平均功率函数；除非车辆遇到下长坡(例如超过10公里连续下坡)时再生制动荷电(即准零价电)一次充满电池包这种可预知但不常见的情景之外，ACE重卡总能够未雨绸缪，通过动态调节车辆010的路载平均功率与发动机101的平均功率之差值，以准时生产(JIT)的方式，将电池包130a&b的电能随充随放，最大限度地让电池包稳定地工作在高效区，避免因电池包过满(SoC＝URL)而无法回收再生电能或过空(SoC＝LRL)而无法提供驱动爆发力这两类不良情景出现；谋求再生制动荷电周转率和总荷电周转率同时最大化。显然，对长期运行在高山地区的ACE重卡，应配置大容量的功率型电池包(例如有效容量60kWh)；而全国范围运行的ACE重卡，绝大部分时间或里程运行在平原或丘陵地区，配置30kWh有效容量的功率型电池包，性价比更高。本发明ACE重卡节油策略的核心，就是在保证车辆动力性和主动安全性的前提条件下，充分利用电子地平线内的先验道路三维数据和道路沿途的纵坡变化带来的百千瓦级的纵坡功率正负波动，通过智能巡航控制(iCC)(即一维纵向L1级自动驾驶功能；包含预测性巡航控制PCC和自适应巡航控制ACC)并根据AI节油算法，对发动机101的瞬态功率或电池包130a&b的瞬态功率分别进行脉宽调制控制(PWM)或脉幅调制控制(PAM)(即串混iSS或并混iPS)，动态地调节ACE重卡010的机械功率流和电功率流的路径、幅度、或方向，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混方程(3-3)，令电池包130a&b在荷电维持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定地工作或之间平顺切换，谋求电池包再生电量周转率和总荷电周转率最大化，实现预测性荷电状态控制功能(PSC-Predicative SoC Control)，以达到同时优化车辆节能减排的有益效果(即CO2和NOx实际排放同时最小化)。
在串混模式下(离合器111断开)，电池包130a&b放电时通过驱动电机140和170给ACE重卡010提供驱动功率，充电时通过驱动电机140和170再生制动回收能量；在并混模式下(离合器111闭合并锁定)，除发动机101直接参与车辆驱动或制动外，发电机110也可以和驱动电机140转矩或功率叠加，等效为一个更大峰值转矩或功率的电机，共同参与车辆驱动或再生制动回收能量，能进一步提升再生制动荷电吞吐量，改善节油效果。如果ACE重卡上长坡且电池包130a&b荷电基本耗尽(SoC＝URL)，此时的ACE重卡应工作在并混模式，其动力性完全取决于发动机101的峰值功率；如发动机101的峰值功率不够大，则只好换低挡减速继续爬坡，暂时降低车辆的动力性和货运时效性；一直要等到本车前方出现平路或下坡时，发电机110和/或驱动电机140&170才能有机会再利用再生制动或发动机驱动发电给电池包130a&b充电，恢复车辆动力性。
今后二十年，基于硅IGBT或碳化硅(SiC)MOSFET的电力电子(PE)功率模块的性价比年改善率要明显高于电机或电池包的性价比年改善率。继续参考图2，优先考虑在设计电域功率分流器ePSD 123所包含的六个百千瓦级PE功率模块时(例如端口I内接标配MCU1121，端口II内接标配MCU2 122a和选配MCU3 122b，端口III内接压控开关133、标配主斩波器132a和选配副斩波器132b等)，在电力电子硬件的功能和性能方面(特别是额定功率和峰值功率)都应采用过设计原则，留足余量(Over-design)，以便能在ACE重卡全生命周期内，能通过软件远程升级迭代(OTA)，持续改善各子系统的现有性能和功能或增加新功能。MCU1121的峰值功率Pigx应比发电机110的峰值功率Pgx高15％以上，MCU2 122a的峰值功率Pimx应比主驱动电机140的峰值功率Ppmx高15％以上,MCU3 122b的峰值功率应比副驱动电机170的峰值功率Psmx高10％以上，且Ppmx>Psmx；主斩波器132a和副斩波器132b的峰值功率应分别高于主电池包130a或副电池包130b的峰值功率15％以上，同时斩波器132a&b的合计峰值功率应比主驱动电机140的峰值功率Ppmx高20％以上；压控开关133的额定功率应比主驱动电机140的额定功率高15％以上。
功率半导体模块例如IGBT或SiC性价比年平均改善速度要明显高于电池包、电机、和刹车电阻等。可以充分利用全球功率半导体产业的不断创新和升级，采用多种电力电子电路拓扑结构来实现高性价比的电功率分流器ePSD 123；具备硬件设计余量的ePSD 123从一开始就是一种基于软件定义的电域功率分流器，可通过软件远程升级迭代(OTA)不断改善和进化已有的功能或增加新功能。采用上述模块化设计策略，ePSD 123的三个端口与外接的电机、电池包、或刹车电阻等机电负载可采用行业标准的机械和电气接口，方便灵活配套多家优质汽车供应商所提供的满足性能要求及目标成本的各种电机和电池包，持续改进和提高ACE重卡整车性价比，长期保质保供。
逆变器(Invertor；即双向DC-AC转换器)是现代电机控制器(MCU)的核心部分；在本公开中，电机控制器(MCU)应理解为以逆变器为核心模块的完整的车规电机控制器，有多种成熟的电路拓扑结构可以实现MCU，电机控制器与逆变器可广义理解为同义词，对本领域普通技术人员不会产生歧义。电机控制器(MCU1 121，MCU2 122a，MCU3 122b)能以矢量控制(Vector Control)方式动态精准地控制三相交流电机(MG1 110，MG2 140，MG3 170)的转速或转矩，可以实时精准地(十毫秒级时延，2％精度)调节百千瓦级电力功率流的幅度和方向，实现电能与机械能之间的双向转换。斩波器(132a，132b)为双向升降压直流-直流转换器(Boost-Buck),高压侧双向电联接ePSD 123的直流母线，优选直流母线额定电压范围为620V～750V；低压侧双向电联接电池包130a&b，优选电池包额定电压范围为320V～450V，与主流新能源乘用车的400V电压平台重合，以便共享；当然还可以选择额定电压范围：450V～650V，只是此选项性价比次优。斩波器132a&b既可以通过软件定义来灵活地匹配各种不同额定电压(320V～700V)的电池包130a&b，又可以根据动力电池供应商为保证其电芯全生命周期内的性能、安全、和循环寿命达标，对不同电芯内部温度及荷电状态下的电芯所提出的优选充放电曲线，通过软件定义和空中下载迭代(OTA)斩波器的控制程序及参数，为每个电池包自动地定制并动态地更新充放电控制方案，最大限度地动态补偿电池包(130a&b)在高低温运行性能、可靠性、循环寿命等方面的短板。
ACE重卡010的整车控制器201(VCU)能根据车辆节油减排控制策略和节油机器学习(ML)算法，指挥ePSD 123实时连续地调节三个相互关联的百千瓦级电功率时间函数，包括独立变量发电机功率Pg(t)，独立变量驱动电机功率Pm(t)，和非独立变量电池包充放电功率Pb(t)，随时满足ePSD直流母线汇流点X处的电功率平衡方程：
Pm(t)+Pg(t)-Pb(t)＝0。 (6-1)
该电功率平衡方程方程等价于前面串混模式下的方程(2-2)和并混模式下的方程(3-2)。
优选地，标配的主驱动电机(MG2)140为低转速高转矩大型永磁同步电机，额定功率范围150kW～250kW，峰值功率范围275kW～450kW，峰值转矩范围1500NM～2500NM；驱动电机140也可选用满足上述功率和转矩要求的交流感应电机或磁阻电机。主逆变器122a的峰值功率应高于主驱动电机的峰值功率15％以上，留有余量。油电混合乘用车的年销量比油电混合商用车高近两个数量级，所以尽量选择与乘用车共用某些核心零部件，可有效降低混动商用车的成本并保证批量供应。电动(包括油电混动)乘用车所用单个电机和逆变器的额定功率通常小于180千瓦。驱动电机140还可选配额定功率160kW～230kW,最大转矩350NM～500NM的大型新能源乘用车所用的永磁同步电机；机械转矩耦合器(mTC2)104采用平行轴结构，通过齿轮速比4～8范围的重型齿轮减速器将离合器111的B端、驱动电机140的机械轴、及变速箱150的输入轴三者双向机械联接。
针对图1的ACE重卡系统框图，标配发电机(MG1)110通过机械转矩耦合器(mTC1)103与发动机101的飞轮端双向机械联接(即所谓混动P1位置)，同时还与离合器111的A端(从动端)双向机械联接。机械转矩耦合器(mTC1)103的结构又分两类，I类为单轴同轴结构，三者(发动机、发电机、离合器)串在同一根机械转传动轴上；此时发电机110的转速与发动机101的转速完全相同(转速比1.0)；可优选额定功率100kW～150kW，峰值转矩1200NM～2000NM的低转速高转矩永磁同步电机；II类为平行轴结构(多轴)，通过重型齿轮减速器将三者双向机械联接，此时发动机101的飞轮与离合器111的A端同轴联接，且二者与发电机110通过重型齿轮减速器联接，转速比固定。主流重卡发动机(排量11升～16升)高效区的转速范围一般为：1000转/分～1800转/分，转矩负载率40％～90％；柴油机在高效区稳定工作时，其比油耗(BSFC；g/kWh)最低(可低到182g/kWh)，同时废气(Exhaust)的温度高于250摄氏度，有利于后处理系统高效地运行，降低实际排放。发动机和电机的功率与其转速和转矩的乘积成正比；同时发动机和发电机的最大转矩与其体积、重量、和价格高度正向关联。机械转矩耦合器(mTC1)103采用II类平行轴结构，可通过固定速比重型齿轮减速器将发电机110与发动机101的转速比提升到3.0～8.0范围，从而有可能选配新能源乘用车成熟的供应链体系内的高转速低转矩大功率永磁同步电机，大幅降低发电机110的体积、重量、和价格，实现高性价比保质保供。发电机110还可选择额定功率在130kW～200kW，峰值转矩小于500NM的中高速(最高转速小于12000转/分)车规永磁同步电机。
MG2 140通过mTC2 104与离合器111的B端双向机械联接，同时还与变速箱150的输入轴双向机械联接；离合器111的B端与变速箱150的输入轴之间优选同轴双向机械联接(转速比1:1)。mTC2的结构又分两类，I类为单轴同轴结构，三者(离合器、驱动电机、变速箱)串联在同一根机械传动轴上，此时驱动电机140的转速与变速箱150输入轴的转速完全相同(即转速比1:1)；II类为平行轴结构(多轴)，通过重型齿轮减速器将三者双向机械联接，此时驱动电机140与变速箱150输入轴的转速比值固定，优选速比范围在3～8。当离合器111闭合时，发动机101飞轮与变速箱150的输入轴之间同轴双向机械联接，两者转速比为1:1。传统重卡最大排量16升发动机的峰值转矩上限为2600NM(牛米)，所以当前主流重卡变速箱输入轴的最大输入转矩为2600NM；ACE重卡在并混模式下，发动机101和双电机110&140可三者转矩叠加协同发力，变速箱150输入轴处合计转矩能够超过4000NM；优选经过特别强化设计的增强型重卡自动机械变速箱(AMT)150，其输入峰值扭矩可高达3500NM，总档位数则可减少至8档以下，其中最好包括速比1.0的直接档(Direct Drive)和速比小于1.0的超驱档(Overdrive)；也可选用主流量产重卡AMT变速箱，主动限制合计有效峰值转矩小于3000NM，牺牲部分整车动力性，以保证转动系统的可靠性和长寿命。变速箱150的机械设计有冗余量(例如20％)，混联动力总成可以十牛米级和十毫秒级颗粒度动态精准地控制变速箱150输入轴合计转矩值和变化速率(即转矩函数的时间导数)，能有效地避免输入峰值转矩抖动对变速箱和其它转动系统部件产生剧烈机械冲击，可以将ACE重卡主流变速箱输入端的合计有效峰值转矩提升至3000NM以上，同时兼顾转动系统的可靠性和长寿命。采用II类平行轴结构可通过固定速比重型减速器将主驱动电机140转速与变速箱150的输入轴的转速的比值提升到3.0～8.0之间，从而有可能选配当前新能源乘用车体系内的大功率永磁同步电机，大幅降低驱动电机140的体积、重量、和价格；主驱动电机(MG2)140可优选额定功率在150kW～210kW之间的永磁同步电机或交流异步电机；mTC2 I类结构下，驱动电机140为低转速(最高转速3000转/分以下)大转矩(峰值转矩1500NM以上)的永磁同步电机或交流异步电机；II类结构下，驱动电机140为中高转速(最高转速10000转/分以下)中转矩(峰值转矩500NM以下)的永磁同步电机或交流异步电机；显然，后者比前者体积和质量都更小，价格也更低。
选配的副驱动电机(MG3)170即可以配置在变速箱150输出轴与驱动桥160之间(混动P3位置)，也可配置在第二驱动桥180之前(混动P3位置)，电机170与驱动桥双向机械联接。重卡驱动桥输入端的峰值转矩可高达20000NM以上，副驱动电机(MG3)170与驱动桥(160或180)之间必需加一个大型减速器(图1中没有标注该减速器，可理解为减速器与副驱动电机(MG3)合二为一)，速比范围7.0～15.0；可优选额定功率在60kW～120kW，峰值转矩小于500NM(牛米)的中高转速低转矩车规永磁同步电机或交流异步电机。
图1中，变速箱150的输入轴通过mTC2 104分别与离合器111的B端和主驱动电机140的输出轴双向机械联接，其输出轴与第一驱动桥160双向机械联接。优选地，采用当前成熟批量商用的最大输入转矩至少2500牛米的重型10速～12速的自动机械变速箱(AMT-10～AMT-12)，也可选用重型双离合器变速箱(DCT)或带液力转矩转换器的自动变速箱(AT)；还可以选用经过强化设计的5档或6档新兴重型自动机械变速箱(AMT-5或AMT-6)，最大输入转矩大于3500NM。与发动机101低转速时转矩较小的动力特性不同，驱动电机140零转速时可输出最大转矩，且并混时系统合计转矩明显大于顶级16升柴油机的峰值转矩和变速箱150输入轴可承受的最大转矩，明显减少因转矩不足而向下换挡的频率，所以ACE重卡自动变速箱只需要5～6个前进挡就足够用，无需更多挡位；显然挡位超过12档的AMT也能用，但该选项变速箱成本升高但整车性能不变，为次优。需强调，本发明中ACE重卡包括变速箱150在内的驱动转动系统并非传统重卡的准单向机械功率传递，而是双向机械功率传递，再生制动时最大反向转矩与正向峰值转矩基本相同，所以变速箱150内的主要轴承和齿轮需要特殊强化设计和制造，才能保证其性能和寿命都可靠达标。
本公开中，副驱动电机(MG3)170、电机控制器122b(MCU3)、和第二机械驱动桥180可三者合一构成“集成电驱动桥”(Integrated e-Axle)。6x2传统柴油机重卡也可选配集成电驱动桥而改装成6x4混动重卡，但此时发动机加变速箱的纯机械式动力总成与集成电驱动桥相互独立运行，缺乏密切协同，节能减排效果并非最佳。与现有技术不同，本公开图1中的ACE重卡，其集成电驱动桥与包括发动机101、发动机控制单元102、发电机(MG1)110、ePSD123、主驱动电机140、电池包130a&130b、离合器111、变速箱150、和变速箱控制单元151在内的一个以上的子系统动态强耦合且密切动态协同，共同受控于整车控制器(VCU)201；可根据具体车况和路况，通过动态调整车辆动力总成机械功率流或电功率流的路径、幅度、和方向，共同驱动ACE重卡，达到优化车辆节能减排的有益效果；同时还可提升车辆的动力性和刹车性能，并增加车辆动力系统和刹车系统的冗余度。
ACE重卡的发动机101可选择排量13L～16L、峰值功率320kW～450kW、峰值转矩2000NM～2600NM的大型重卡柴油机或天然气发动机；还可以选择排量9L～12L、峰值功率250kW～320kW，峰值转矩1500NM～2100NM的中重卡柴油机或天然气发动机；混联ACE重卡优选采用当今世界主流的11L～13L的重卡柴油机，综合性价比最优。例如，ACE重卡配置一台当前市场用量最大的11L柴油机101(基本型或高级型),峰值转矩2200NM@1200rpm,峰值功率300kW@1800rpm；额定功率175kW和峰值转矩1400NM的永磁同步发电机(MG1)110；额定功率200kW和峰值转矩1600NM的永磁同步驱动电机(MG2)140；连续充放电功率(即额定功率)大于250kW且生命终期(EOL)有效容量30kWh的超长寿命功率型电池包130a&b；在并混模式下和发动机高效区内(例如转速1000rpm～1600rpm)，发动机和双电机三者可协同发力，车辆变速箱150输入轴合计峰值转矩可高达4000NM，其车辆动力性(载货高速爬坡、加速超车等)要明显优于顶级配置16L柴油机的传统高端重卡，为防止变速箱和转动系统因过载而折寿，需对并联架构下的动力总成动态限制转矩；该ACE重卡同负载、同路径货运事件的实际综合油耗(升/百公里)比可比柴油重卡(基本相同的车辆年份和动力性)要降低20％以上，而且ACE重卡可实现的最佳油耗完全取决于节油机器人的节油ML算法，实际结果高度一致，与该车司机的驾驶水平和经验无关，与发动机101的技术水平和性能指标也基本无关。
图4为一个典型的现代重卡11升柴油机的万有特性曲线图(Fuel Map)，该发动机的峰值转矩为2000牛米，峰值功率为300千瓦，最小比油耗(BSFC)为187g/kWh(克/千瓦时)，图中布满互补不相交的多条不规则形状曲线，每条曲线都是一条比油耗(BSFC)等高线；发动机完整详细的万有特性曲线是发动机制造商的商业机密，只会与整车厂或有关的一级供应商在签署保密协议后分享。目前全球已量产商用的主流重卡柴油机的最小比油耗为182g/kWh，对应热效率(BTE)46％；热效率(BTE)50％～55％的重卡柴油机目前欧美还在样机研发阶段，距离欧美中三地量产商用还有三到五年时间。如果将发动机101的高效区定义为最小比油耗值105％的等高比油耗曲线内的工况区域(即196g/kWh)，参考图4所示，发动机的高效区对应的转速范围900转/分至1700转/分，转矩范围670牛米至2000牛米，即转矩负荷率33％至100％。很容易将图4的发动机高效区的万有特性曲线数字化后，变换成一个便于计算机处理的列表(Look-up Table)，优选地以10转/分的转速步进间距和10牛米的转矩步进间距生成描述发动机高效区特性的一个140x100矩阵列表，矩阵每行对应恒转矩而每列对应恒转速；该表中每一个元素(即特定行数/列数)对应一个发动机工况点(即特定转速/转矩)的比油耗值(BSFC；克/千瓦时)，称为“原始比油耗列表”(简称“原始油耗表”)，该原始列表反应该发动机的原始设计指标；ACE重卡010的发动机控制单元(ECU)102可以根据发动机101实际运行数据，每两日或每一千英里生成一个“修正比油耗列表”(简称“更新油耗表”)，该更新油耗表既反映该型号发动机的原始设计性能指标，又反映特定发动机磨损使用后，当前实际性能指标，供ACE重卡的节能减排AI算法使用。
参见图4，发动机101的万有特性曲线能以一个101X51的油耗矩阵列表(Look-upTable)呈现；该矩阵的行数(1～101)对应发动机转矩，列数(1～51)对应转速，每个矩阵元素代表一个发动机工况点，元素值为该工况点的比油耗值(BSFC)；发动机转矩或转速的有效范围分别为：-500NM～2000NM或500RPM～1800RPM；平均分割，转矩步幅为25NM，转速步幅为26RPM。例如矩阵元素(1，1)对应(-500NM，500RPM)工况点；(1，51)对应(-500NM，1800RPM)；(101，1)对应(2000NM，500RPM)；(101，51)对应(2000NM，1800RPM)；最佳工况点(91，26)对应(1840NM，1150RPM)，元素值为187(g/kWh)。显然全部第四象限工况点(即所有行数小于21的元素)对应的比油耗值都设置为0；将第一象限发动机最大转矩曲线以外全部不可能出现的燃烧工况点所对应的比油耗值设定为最小比油耗的一千倍，即187,000(g/kWh)，工程近似无穷大。其余有效燃烧工况点的比油耗值从厂家发动机万有特性曲线直接读取。发动机等转矩水平工况线由行数相同但列数变化的矩阵元素组成；等转速垂直工况线由行数不同但列数相同的矩阵元素组成；等功率曲线由行数和列数都不同的相邻矩阵元素组成。该油耗矩阵完备地描述了发动机101的万有特性，是ACE重卡010功率管理策略(PMS)数据驱动机器学习(ML)算法的关键数理模型之一。
参见图4，发动机燃烧高效区内转速或转矩变化5％所引发的比油耗变化要明显小于5％，但在燃烧非高效区(例如转矩负荷率小于30％)，转速或转矩变化5％所引发的比油耗变化要明显大于5％；换句话讲，对所有现代重卡发动机而言，燃烧高效区内不但比油耗低且废气温度高(超过300摄氏度)，而且比油耗及废气温度很稳定，基本不随发动机工况点的变化而变化；燃烧非高效区内不但比油耗高且废气温度低(小于250摄氏度)，而且比油耗或废气温度变得不稳地，随发动机工况点的变化而明显变化；发动机万有特性曲线及对应油耗矩阵的上述特征，是本发明DPC发动机实际油耗排放效果明显优于现有技术AEC发动机，以及前者节能减排优化算法比后者计算量降低至少一个数量级、收敛更快、鲁棒性更高等现象背后的物理基础。发动机、电机、变速箱、车轮由多组速度传感器，转速测量精度能长期稳定在0.5％以内，然而目前全球还没有车规量产商用的转矩传感器，发动机靠间接测算飞轮端有效转矩的精度约为3％；发动机可通过实时精准控制喷油量来直接动态调整发动机的转矩，转矩为自变量，但其动态测量相对误差较大(～3％)；发动机的转速由瞬态转矩和机械负荷共同决定，转速为因变量，但其测量误差小(小于0.5％)。本发明DPC发动机101高态工况运行时间占比99％为燃烧高效区指定线工况，低态工况100％为零油耗零排放；配置DPC发动机101的ACE重卡010的节能减排在线全局优化算法对比现有技术具备“三高一低”的特点：高精度、高收敛、高鲁棒性、低计算量。
下面结合图4讨论脉控发动机101的若干实施例。首先讨论若干串混智能启停控制(iSS)实施例。假定ACE重卡配置的发电机(MG1)110的额定功率为175kW(千瓦)，额定转矩1200NM@1400RPM，15秒峰值过载率超过50％；标配主驱动电机(MG2)140的额定功率为200kW，额定转矩1370NM@1400RPM，15秒峰值过载率超过50％；发动机101的原设计万有特性曲线如图4所示，最佳转速可选范围在1100RPM至1300RPM之间，优选发动机101原始列表或修正列表中转速1200RPM(转/分)及转矩1400NM(牛米)的工况点为“最佳工况点”(BOP–BestOperating Point)，该工况点对应的发动机功率为176千瓦，称“高态工况点”；同时优选发动机无燃运行在怠速600RPM(串混怠速点可选范围：550RPM至750RPM)，此时发动机101被动运行时的平均阻力转矩约为-250NM，该“无燃怠速点”(NCI–Non-Combustion Idle)所对应的发动机功率为-16kW，称“低态工况点”；最佳工况点(BOP)在发动机高效区内的优选串混高态工况线上(Lsh，为一条垂直工况线；例如定转速1200RPM，可变转矩范围：1000NM至1800NM)，无燃怠速点(NCI)在其被动运行区(POM)内的优选串混低态工况线上(Lsl，为一条垂直工况线，定转速600RPM，可变转矩范围：-500NM至-150NM)；ECU102控制发动机101在最佳工况点(BOP)或无燃怠速点(NCI)二选一稳定运行或二者之间动态平顺切换，将串混模式下的发动机101的传统模拟瞬态功率时变函数转换成新颖的双极性非对称等幅(即矩形)脉宽调制(PWM)脉冲序列函数；优选PWM脉冲序列的周期Ts取值范围30秒至90秒，占空比ks(即同周期内BOP运行占时与脉冲周期Ts的比值)在0.0和1.0之间任意可调。显然通过动态调节占空比ks就能够实现串混模式下发动机101的平均功率函数值(见方程(MAW))在-16kW至176kW之间任意连续可调。如果将发电机(MG1)110的机电转换效率近似等于1.0(即100％)，则串混发电机组的电功率函数与机械功率函数在数值上相同，根据串混功率方程(2-4A)，可以由电功率分流器(ePSD)123和功率型电池包130a或130b协同生成等于ACE重卡010路载瞬态功率函数与发动机101瞬态功率PWM脉冲序列函数差值的电池包130a&b同步(Synchronized)瞬态功率脉幅调制(PAM)脉冲序列，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；为保证串混iSS控制技术不负面影响整车震动噪声(NVH)特性，PAM的周期应比PWM的周期小一个数量级，优选电池包PAM脉冲序列的周期Tpk1为发动机PWM脉冲序列周期Ts的10％以下；PAM脉冲的幅度，既可采用自然抽样(即曲顶抽样)，又可采用等效平顶抽样。根据方程(MAW)，滚动时间平均运算的窗口周期Tw应明显大于PWM的周期Ts，可优选Tw>2Ts。
上述脉控发动机双点工况实施例是最简洁的串混iSS控制实施例，此时可动态控制发动机101平均功率函数值的唯一可调参数就是占空比ks；还可以优选更高级灵活的双线工况实施例。例如，在主动运行模式(AOM)下，发动机101可在万有特性曲线第一象限高效区内串混高态工况线Lsh(等转速1200RPM)上的任意工况点运行，转矩可调范围在1000NM至1900NM，所对应的高态功率值范围在126kW至239kW，转矩负荷率范围在50％至95％；在被动运行模式(POM)下，发动机101可在第四象限串混低态工况线Lsl(等转速600RPM)上的任意工况点运行，转矩可调范围在-500NM至-150NM，所对应的低态功率值范围在-31kW至-9kW，显然此时发动机101被发电机110拖动，零油耗零排放运行；PDC发动机低态工况实际转矩值完全取决于发动机的全部辅助子系统(油泵、水泵、气泵、压缩机等)的功率需求，绝大多数时间低态功率绝对值小于10kW。ECU 102控制发动机101在高态工况线Lsh或低态工况线Lsl二选一稳定运行或二者之间动态平顺切换，将串混模式下的发动机101的传统模拟瞬态功率时变函数转换成新颖的双极性非对称不等幅(即非矩形)脉宽调制(PWM)脉冲序列函数；此时可动态控制发动机101平均功率函数值的可调参数除占空比ks外，还增加了功率幅度；实质上双线工况iSS控制实施例所生成的发动机101瞬态功率脉冲序列函数等效于kWM序列与PAM序列的叠加；发动机101的平均功率函数在-31kW至+239kW之间任意可调。需强调，为保证ACE重卡的NVH特性优于柴油重卡，最好对发动机的瞬态功率函数进行脉宽调制控制(PWM)，不宜采用脉幅调制控制(PAM)；但电池包充放电时无任何机械运动，对电池包130a&b的瞬态功率函数则既可以进行PWM控制，又可以采用PAM控制。显然，ACE重卡010在串混架构运行时，车辆的最大连续转矩和功率受限于驱动电机140，分别为1370NM和200kW，10秒级峰值转矩或功率的过载率可超过50％，虽能满足中低速城市工况的车辆路载功率要求，但高速工况下ACE重卡串混模式的动力性明显不足，应切换到并混模式。
其次讨论若干并混智能功率切换控制(iPS)实施例。ACE重卡主要配置参数同上例，并混架构下离合器111闭合，变速箱150的换挡控制策略，在ACE重卡高速工况下，总能将发动机101的转速控制在高效区内(例如1000RPM～1600RPM)；参考图4，高效区对应的发动机转速范围在1100RPM至1500RPM之间(称“高效转速区”)，该发动机的基速(Base Speed；既峰值转矩对应转速的中心点)为1200RPM。ACE重卡010在非拥堵的高速公路开启智能巡航控制(iCC)功能时，车速基本能维持在以额定巡航速度(例如60英里/小时)为中心上下10％范围内波动，即车速在一个窄速度带内缓慢连续波动。在并混iPS控制模式下，发动机101的转速为因变量，在基速(1200转/分)左右10％的窄转速带内(1080转/分至1320转/分))缓慢连续波动；而发动机的转矩为自变量，可以在峰值转矩以下快速连续变化。参见图4，发动机101可工作在万有特性曲线的第一象限(First Quadrant；正转速正转矩)内主动运行区(AOM)或第四象限(Fourth Quadrant)内被动运行区(POM)。在并混架构下，对应每个发动机瞬态转速因变量，从发动机101的原始油耗表(见图4))或更新油耗表中，选取发动机高效区内比油耗极小值且转矩极大值的不同高态工况点连成线，构成高态高工况线Lphh，还可选取发动机高效区内比油耗极小值且转矩极小值的不同高态工况点连成线，构成高态低工况线Lphl；显然，高态工况线Lphh和Lphl为发动机101高效区中的两条不规则且不相交的曲线；Lphh工况线上所对应的发动机瞬态功率在230kW至251kW之间，转矩负荷率在80％至100％；Lphl工况线上所对应的发动机瞬态功率在167kW至173kW之间，转矩负荷率在53％至75％。在被动运行模式下(POM)，发动机101无燃被拖，零油耗零排放运行时，阻力转矩为负值，其绝对值在300NM以下，所有高效转速区内(1100RPM至1500RPM)各个低态工况点连线构成低态工况线Lpl，为一条在发动机万有特性曲线第四象限(正转速负转矩)的准等转矩工况线，如前所述，低态工况点功率的绝对值小于35kW，且大概率小于10kW。假定DPC发动机101的低态功耗绝对值为12kW，ACE重卡010高速工况下平均路载功率150kW，每分钟发动机低态运行被拖仅耗电0.2kWh，而此时驱动车辆每分钟耗电高达2.5kWh；换句话讲，DPC发动机低态工况的被拖电耗仅为驱动ACE重卡电耗的零头。
在并混iPS模式下，ECU 102控制发动机101在高态工况线(Lphh或Lphl)或低态工况线(Lpl)二选一稳定运行或二者之间动态平顺切换，实现在ACE重卡并混架构下，对发动机101瞬态功率函数进行脉宽调制(PWM)控制，生成双极性非对称非等幅(即非矩形)脉宽调制(PWM)脉冲序列；在每个PWM周期内，高态运行部分只在Lphh或Lphl二选一稳定运行，同一PWM周期内，不在两者之间动态切换；但相邻PWM周期，高态运行部分可在不同的高态工况线Lphh或Lphl稳定运行，实质上增加了一个控制自由度；该PWM脉冲序列周期Tp优选取值范围30秒至90秒，占空比kp(即同周期高态运行占时与脉冲周期Tp的比值)在0和1之间连续可调；根据滚动时间平均功率函数方程(MAW)，通过动态调整PWM占空比kp，发动机101的平均功率函数值在-35kW至251kW之间连续可调。根据并混功率方程(3-3A)，可以由电功率分流器(ePSD)123和功率型电池包130a或130b协同生成等于ACE重卡010路载瞬态功率函数与发动机101瞬态功率PWM脉冲序列函数差值的电池包130a&b同步(Synchronized)瞬态功率脉冲调制序列(PAM或PWM)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；为保证并混iPS控制技术不降低整车震动噪声(NVH)特性，电池包PAM的周期应Tpk1应比发动机PWM的周期Tp小一个数量级，而电池包PWM的周期Tpk2可与发动机PWM的周期Tp相同；优选电池包PAM脉冲序列的周期Tpk1为发动机PWM脉冲序列周期Tp的10％以下；根据并混功率方程(3-3A)，电池包PAM脉冲的幅度，既可采用自然抽样(即曲顶抽样)，又可采用等效平顶抽样；而电池包PWM脉冲的幅度则必然为非等幅。功率函数滚动时间平均运算(见方程MAW)的窗口周期应明显大于PWM的周期，可优选Tw>3Tp。此时可动态控制发动机101平均功率函数值的可调参数除占空比kp外，还增加了功率幅度调节的自由度(Lphh或Lphl)；实质上并混三线工况(Lphh,Lphl,Lpl)iPS控制实施例所生成的发动机101瞬态功率脉冲序列函数等效于PWM序列与PAM序列的叠加，而双线工况(Lphh/Lpl或Lphl/Lpl)iPS控制则为前者的特例。显然，ACE重卡010在并混架构运行时，发动机101、发电机110、驱动电机140三者可共同发力驱动车辆；车辆的最大连续转矩和功率理论值可高达4570NM和675kW，但受限于现代主流重卡变速箱150输入轴的最大转矩3000NM，实际最大连续转矩或功率值可高达3000NM或440kW，还能提供暂时(10秒级)过载率50％的峰值动力，并混ACE重卡的动力性明显超过当今顶配16升柴油重卡。在并混iPS模式下，ACE重卡010双电机110&140的合计峰值转矩大于3500NM，在各个PWM周期内，无论脉控发动机101运行在高态或低态，变速箱150输入轴处动力总成合计有效最大转矩都可高达3000NM；换句话讲，脉控发动机101在高态与低态之间切换，对ACE重卡的短期(分钟级)动力性毫无影响，ACE重卡始终能保持优于现有技术16升柴油重卡的动力性。
需要强调，当脉控发动机101(串混iSS或并混iPS)在主动运行时(AOM)，ECU 102可通过快速精准地控制喷油嘴的油量及时空分布来直接动态地控制发动机的转矩，并根据发动机的动态功率要求(即实际负载)，达到间接控制发动机转速的效果；当发动机在被动运行时(POM)，发动机101变成了发电机(MG1)110的机械负载，此时ECU 102并不主动控制发动机101，而由发电机110在耗电的驱动模式下拖动发动机101低态运行；MCU1 121可直接快速精准地控制发电机110的转速或转矩，满足发动机POM的动态功率要求，从而达到间接控制脉控发动机POM时转矩或转速的效果。换句话讲，发动机电控，转矩控制为因，转速控制为果，转速值取决于发动机的动态负载功率；交流电机矢量控制(Vector Control)，既可以转矩控制为因，转速控制为果，又可以转速控制为因，转矩控制为果。显然交流电机矢量控制在电机转速和转矩的控制精度或响应速度上都比发动机电控要高一个数量级；而ACE重卡的路载瞬态功率函数，除紧急刹车等特例外，在秒级时间颗粒度内为模拟缓变的时空函数；换句话讲，无论脉控发动机101瞬态功率函数(即PWM脉冲序列)如何变化，VCU 201和ePSD123等都能轻松地动态调整电池包130a&b的瞬态功率函数，实时地满足串混功率方程(2-4A)或并混功率方程(3-3A)。本发明通过串混iSS控制或并混iPS控制可将混联动力总成中的传统模拟电控(AEC)发动机转换成新颖的数字脉控(DPC)发动机，在确保ACE重卡在任何循环工况下的动力性都超过当前全球顶级配置量产商用的柴油重卡的前提条件下，将发动机101复杂的面工况大幅简化为高效区内的若干指定高态点工况或线工况，同时新增添若干零油耗零排放的低态点工况或线工况；为充分利用现有已量产的汽车技术和产品，以高性价比有效地解决现代柴油重卡如何在2027年同时满足美国联邦温室气体排放法规(GHG-II；即RDE油耗达标或CO2排放达标)和美国加州柴油重卡超低NOx排放组合法规(即RDE污染物排放达标)这一行业技术难题提供了新颖可量产的技术路径和技术方案，能够同时优化ACE重卡实际行驶环境下(RDE)的节能减排，在2025年前量产商用能满足上述美国联邦GHG-II和加州新法规对CO2和NOx排放2027年限值的ACE重卡。
电池包130a&b的瞬态电力功率函数的控制速度和精度比发动机101的瞬态机械功率函数的控制速度和精度要高一个数量级，而且电池包百千瓦级功率变化没有任何机械振动噪声，仅有电磁噪声；路载功率为秒级模拟缓变函数，脉控发动机功率为双极性非等幅PWM脉冲序列函数，通过斩波器132a&b的控制软件，电池包130a&b能实时精准满足串混功率方程(2-4A)或并混功率方程(3-3A)，电池包瞬态功率脉冲序列函数为非等幅PAM脉冲序列或双极性非等幅PWM脉冲序列。
图6例举了一台脉控发动机101的瞬态功率PWM脉冲序列函数。显然脉控发动机101在串混iSS控制下或并混iPS控制下可以产生相同的双极性非等幅PWM脉冲序列瞬态功率函数，单看发动机的PWM功率函数，无法反推判断发动机运行在串混iSS模式还是并混iPS模式。图6中周期1内，占空比k1＝th1/T；周期2内，占空比k2＝th2/T；周期3内，占空比k2＝th3/T＝0。数字脉控发动机101的瞬态功率函数与传统模拟电控发动机101的瞬态功率函数之间从数学或物理角度看都有本质性差别。ACE重卡010在任何循环工况下，脉控发动机工况与ACE重卡整车工况几乎完全解耦，几乎完全运行在(即大于99.0％的时间概率)燃烧高效区高态工况点(高效转速范围内；转矩或功率负荷率均大于40％)或零油耗零排放低态工况点，几乎完全避免了(即小于1.0％的时间概率)对整车节能减排充满挑战的众多低转速低负荷工况点(转速小于1200RPM；转矩或功率负荷率均小于30％)或怠速点(转速小于850RPM；转矩或功率负荷率均小于2％)；ACE重卡在并混架构下，现有技术模拟电控(AEC)发动机工况与ACE重卡整车工况属于强耦合，除AEC发动机大部分时间运行在燃烧高效区(高效转速范围内，转矩或功率负荷率均大于40％)，仍无法避免对整车节能减排充满挑战的低转速低负荷工况点(转速小于1200RPM；转矩或功率负荷率均小于30％)或怠速点(转速小于850RPM；转矩或功率负荷率均小于10％)，非燃烧高效区工况点运行时间占比可高于5％，仍属于复杂面工况；对比现有技术的模拟电控(AEC)发动机，本发明的数字脉控(DPC)发动机不但大幅简化了ACE重卡RDE油耗最小化问题，而且消除了油耗优化(即CO2排放优化)与NOx排放优化这两个技术问题之间的交叉耦合，能够分别独立地调整脉控发动机的油耗和排放，能实现脉控发动机的实际(RDE)油耗和排放同时最小化。
虽然从理论上讲，脉控发动机101瞬态功率PWM脉冲序列函数的占空比(ks或kp)在0到1之间连续可调，但实际上，从发动机101或ACE重卡010的振动噪声性能(NVH)优化或RDE排放优化角度考量(主要指柴油机后处理系统的动态温度控制)，则应尽量避免发动机101在高态工况与低态工况之间切换频次过高(例如每分钟超过2次)、以及高态工况连续运行时间过短(例如小于15秒)等情况发生，需要对占空比的允许动态取值范围做进一步的限制；在每个PWM脉冲周期内，优选发动机101的高态运行时间为零(即占空比为零)或者大于20秒；如果PWM脉冲周期选定为30秒时，则优选占空比的取值范围则为0或大于67％；如果脉冲周期选定为60秒，则优选占空比等于0或大于33％；显然，在PWM一个周期内，最多允许一次从低态切换到高态或从高态切换到低态，最少允许零次切换(占空比为零或一)。为保证ACE重卡的NVH性能优于传统内燃机重卡，可优选PWM脉冲序列从高态工况切换到低态工况的过渡时间为1秒钟，从低态工况切换到高态工况的过渡时间为2秒钟(即“慢升快降”的切换策略)；如果此时脉控发动机101的转速为1200RPM，则意味着发动机的每个气缸1秒钟能有10个燃烧做功冲程(曲轴旋转2圈为一个完整的发动机周期)；脉控发动机能以PWM高低态功率差值10％的功率步伐(约25kW)阶梯式下调，或以PWM高低态功率差值5％的功率步伐(约12.5kW)阶梯式上调，完成高态工况与低态工况之间的平顺切换；如果高低态之间的过渡时间太短(例如0.1秒)，意味着在脉控发动机一个四冲程完整周期内一步完成幅度超过250千瓦的功率阶跃，将明显恶化(Degrade)整车的NVH性能。显然，脉控发动机101高态工况与低态工况切换过渡时间和功率调整颗粒度的设定或调整，主要涉及整车NVH性能优化，与车辆的动力性、油耗、排放三大指标的同时优化无直接关联；脉控发动机101PWM脉冲序列的周期、高低态过渡时间、功率调整颗粒度等都由软件定义且动态可调，能有效地避免ACE重卡010的脉控发动机101运行时(特别是高低态双向切换时)生产额外的机械震动及噪声，特别是系统机械共振，动态优化脉控发动机和ACE重卡的实际NVH性能。而对电池包130a&b而言，虽然电池包充放电不涉及任何机械运动且过渡时间为十毫秒级，但与发动机高低态切换相同步的电池包充放电切换过渡时间控制在秒级而非十毫秒级，还有利于减少生成电磁干扰(EMI)。
需强调，目前全球已量产商用的重卡发动机，全部(即100％)都是模拟电控(AEC)发动机；本发明的数字脉控(DPC)发动机与现有技术的模拟电控(AEC)发动机在硬件和本征标定软件固件(Intrinsic Calibration Firmware)上无本质性差异，甚至可以完全相同(即发动机万有特性曲线相同)；二者间的本质性差异集中在通过动力总成系统或整车层面的功率管理策略(即VCU的软件算法)方面，即对发动机101瞬态功率时变函数的具体控制措施不同、发动机的运行工况点分布不同(AEC发动机复杂面工况；DPC发动机简单线工况)、所形成的发动机瞬态功率函数时域分布不同等；现有技术模拟电控(AEC)发动机的瞬态功率函数为时域秒级连续缓变函数，函数值为非负数(排除发动机制动这类特殊工况)，对应模拟电控发动机运行在第一象限的复杂面工况；而本发明的数字脉控(DPC)发动机的瞬态功率函数为时域双极性非等幅脉冲序列函数，函数值既可为正数也可为负数，在每一个脉冲周期内的大部分时间为连续缓变函数，但可能出现一次或两次高态(正数)与低态(负数)之间的百千瓦级双向跃变，对应数字脉控发动机运行在第一象限或第四象限的简单线工况。换句话讲，任何已量产商用的模拟电控(AEC)发动机，都可以在保持硬件不变的前提下，仅通过混动车辆层面VCU 201的控制软件(串混iSS或并混iPS)而转换成数字脉控(DPC)发动机；显然传统内燃机车辆无法支持数字脉控(DPC)发动机应用，配置至少一个大型电机的油电混合动力总成(串混、并混、混联)的车辆是实现数字脉控发动机的必备硬件基础。现有串混或并混车辆技术中，模拟电控(AEC)发动机虽然也能实现发动机工况与整车工况之间多对多双向映射，但发动机工况与整车工况的相互影响不能忽略，二者无法真正解耦，因此混动车辆的模拟电控发动机仍然工作在万有特性曲线第一象限的复杂面工况，只是在燃烧高效区的工况点分布数量(或运行时间概率)要高于传统车辆的模拟电控发动机。参见图-3，本发明通过串混iSS或并混iPS控制策略，将ACE重卡010的发动机101从一台传统的模拟电控(AEC)发动机转换成一台新颖的数字脉控(DPC)发动机，从工程意义上实现无论在串混或并混架构下，发动机101的工况都与整车010的工况完全解耦，并且动力总成系统也实现硬件通用化和抽象化及软硬解耦，进而实现软件定义混联动力总成；混联动力总成的硬件功能和性能有冗余，硬件(发动机101、双电机110&140等)可通用化或抽象化(Generic orAbstract HW)；在实际行驶环境下(RDE)该混联动力总成的动力性、油耗、排放这三大关键指标完全由VCU 201的软件动态定义和控制，与ACE重卡的具体硬件配置(特别是发动机101和双电机110&140的性能和价格)基本无关，可实现“千车千面”，保证ACE重卡(原装新车或改装二手车)在任何循环工况下，比同车龄顶级配置的16升柴油重卡在动力性、油耗、排放三方面都更优异。
每款量产商用的现代发动机(泛指满足美国EPA-2010、欧-VI、国-6排放法规的发动机)均指发动机101的硬件(包括发动机本体和后处理系统等)和ECU 102的硬件及标定软件(一种固件，Firmware)的软硬件集成，对应唯一的发动机万有特性曲线；显然同型号发动机的硬件可以配置同不的标定软件而产生不同款式(或型号)的发动机；量产现代发动机必须在其70万公里(约43.5万英里)有效生命周期内(Useful Life)长期稳定地满足排放法规；一但某款发动机获得政府排放认证并定型量产后，每台发动机101(包括ECU 102)的硬件或标定软件都不允许擅自更改，即便发动机硬件不变，仅更改其标定软件也必须重新通过政府的排放认证，否则属于违法。现有车辆技术(内燃机车辆或混动车辆)以量产模拟电控发动机唯一不变的万有特性曲线(即复杂的面工况特性)来适应车辆千变万化的实际循环工况，难以通过整车层面敏捷定制动力总成控制策略来实现千车千面，同时优化车辆的动力性、油耗、排放这三大指标。
全球乘用车(总重小于3.5吨的道路车辆)的政府强制性排放认证普遍采用“车机合一”的方式(即发动机加车辆底盘共同认证)，而大型商用车(总重大于6吨的道路或非道路车辆)的排放认证普遍采用“车机分离”的方式(只做发动机的台架排放认证，不包括车辆底盘)；换句话讲，同一款排放认证后的发动机可以适配多种不同类型的大型商用车，而每款整车不需要重新做排放认证。参见图6，每款经排放认证量产的发动机都有特定的硬件和固件(Firmware；即标定软件)，对应固定的发动机万有特性曲线；显然更改发动机硬件会改变其万有特性曲线，仅更改发动机标定软件同样能改变其万有特性曲线。从VCU 201对动力总成控制的视角，发动机101和双电机110&140均可抽象为提供整车驱动转矩的执行器；本发明通过串混iSS或并混iPS控制方法，将模拟电控发动机转换成数字脉控发动机，将发动机101的实际运行工况从前者(模拟电控)的复杂面工况大幅简化成后者(数字脉控)广义高效区内的至少两条简洁线工况(高态或低态)，其作用类比计算机系统中的指挥各个硬件子系统的驱动程序(Driver)；而本发明的智能巡航控制方法iCC，由VCU 201根据ACE重卡010的配置参数和动态运行数据(包括车速，定位，测姿等)、车载MU 240内存的百英里级电子地平线先验道路3D数据，结合车辆动力学方程(1-1)，准实时(亚秒级时延)地动态测算出本ACE重卡未来小时级路载功率时变函数分布(相对误差5％)，再根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，以发动机101与电池包130a&b之间的瞬态功率分配来动态调节发动机101的运行工况，以发动机与电池包之间的平均功率(见方程MAW)来动态调节电池包的平均荷电状态函数(SoC)，最终将高速公路设计运行域(ODD)内ACE重卡010运行的节能减排优化问题转换成计算机下围棋这一等价AI问题；VCU 201的节能减排算法能在保持ACE重卡动力性由于所有量产柴油重卡的前提下，同时实现车辆实际(RDE)油耗(CO2)和污染物排放(NOx,PM)最小化，其作用类比计算机系统中的应用程序(App)。
VCU 201的主芯片优选32位车规多内核嵌入式处理器，主频高于100MHz，安全等级至少ASIL-C，兆字节级闪存，支持多种或多路数据总线(至少两路CAN)；也可选择成熟低成本的16位车规处理器，但此时受限于芯片性能上限，系统可拓展性差，性价比次优；还可选未来量产的64位车规处理器，此时硬件明显超配，未来可拓展性强，但芯片较贵，性价比次优。VCU 201运行其内存的iSS、iPS、iCC等控制程序，通过CAN总线指挥发动机101、电机110&140、电池包130a&b、变速箱150、离合器111等动态协同，实现串混iSS、并混iPS、智能巡航iCC等功能。
上述脉控发动机101(串混iSS或并混iPS)若干实施例，描述了如何将ACE重卡整车工况与发动机工况有效解耦，从而实现软件定义混联动力总成；接下来将进一步描述如何利用车载3D电子地图(MU)240、车载卫星导航仪(GNSS)220、以及云计算平台001(见图5)上(例如，云端服务器)存储的ACE重卡集群的运行结构化大数据(简称“数据集”，Data Set)，结合节油机器学习(ML)算法和云平台算力，培训云端和车端的节油AI大脑，实施ACE重卡高速公路上同车道内的的智能巡航控制技术(iCC)，实现ACE重卡节能减排最优化的有益效果。
在图1的某些实施例中，该ACE重卡上配置地图仪(MU)240和卫星导航仪(GNSS)220。地图仪240中预先存储有的覆盖全国高速公路和其它主要封闭式道路的先验三维电子地图(或称3D地图)；该3D地图信息包括但不限于：描述自我车辆绝对位置的经度、纬度、以及特别是显示道路纵向坡度(诸如图5中所示的上坡角度αu和下坡角度αd)的信息。例如，如图1所示的车载地图仪240内存中可以包含道路米级或十米级绝对地理定位精度(经纬度)和道路纵坡0.1度级绝对精度的3D地图；包含上述道路三维信息的各种高级驾驶辅助系统(ADAS)地图，在全球各个主要汽车市场，均已实现批量商用；能够支持L3或L4自动驾驶系统的高清地图(HD Map)，也已进入初步商用阶段；本发明的描述中，ADAS地图应广义理解为可以包含HD地图。
卫星导航仪(GNSS)220用于实时地测算ACE重卡010当前绝对地球地理位置的经度、纬度、海拔高度、纵向道路坡度、纵向线速度、纵向线加速度、系统绝对时间等车辆定位和运行工况数据。在某些实施例中，可采用双天线输入的载波相位动态实时差分(RTK)技术的卫星导航仪(简称“RTK接收机”)220，能以每秒五次以上的测量速度(即测量刷新频率高于5赫兹)对ACE重卡进行实时精准定位和测姿。国际卫星导航系统(GNSS)目前有四大独立体系，美国的GPS、俄国的Glonass、欧盟的Galileo、和中国的北斗BD。目前北斗三号可对以中国为核心的亚太地区和“一带一路“沿线各国提供最新卫星导航服务，2020年刚完成全球组网覆盖；同时中国的北斗系统已与其它三家卫星导航系统签署兼容协议。优选地，采用含最新北斗三号RTK芯片的卫星导航仪(GNSS)220，匹配安装在重卡驾驶室顶部间隔至少一米的两个卫星天线，实时动态测算车辆的授时、速度、位置(经/纬度)、和纵向姿态(即道路纵坡角度)。该RTK芯片可根据收到GNSS四大体系中任意组合的四颗导航卫星的相互独立的信号，完成卫星导航定位及测姿的测算。授时精度50纳秒，测速精度0.2米/秒，水平面经纬度定位精度小于2.5米，公路纵坡精度小于0.15度，测算频率10赫兹；该RTK导航仪难以实时准确测算车辆轮下路面的垂直海拔高度，同时世界上许多国家，对精准海拔高度信息的测绘和发布严格管控；所幸本发明对车辆路面绝对海拔高度的测量精准度要求不高，10米级精度即可；但对道路纵坡的测量精度要求很高，本车正前方道路纵坡测量精度应优于0.2度。在某些实施例中，也可以采用单天线卫星导航接受机加惯性导航单元(IMU)来完成车辆三维定位和导航；基于多个微机电系统(MEMS)加速度传感器和陀螺仪(Gyro)加专用处理芯片的车规量产IMU能以高于10Hz的测量频率和优于0.2度的测量精度实时地测量ACE重卡前方道路的纵坡函数。本发明中的GNSS 220应理解为既可以是双天线RTK接收机，也可以是单天线卫星导航仪加惯导IMU。ACE重卡高速行驶时，道路纵坡函数0.1度级微小变化所引发的十千瓦级纵坡功率函数变化是ACE重卡大幅节油减排的秘密源泉，所以采用GNSS 220实时精确地测量高速公路沿途纵坡分布函数，再加上地图仪(MU)240所存储的电子地平线先验3D信息，对实现本发明至关重要；需强调，GNSS 220的道路纵坡测量精度和测量刷新速度都远明显高于现有技术中重卡自动变速箱所配置的传统纵坡传感器。
每辆ACE重卡完成一个运输事件(货运起点至终点)的实际油耗，和该重卡各重要子系统的配置参数常量(包括混联动力总成各个参数、车辆风阻系数、摩擦系数等)、车辆总质量(牵引头加载货挂车)这个离散变量、纵向车速和加速度这二个连续变量、行驶路径的经度、纬度、和纵坡分布函数这三个连续变量等多个参数或变量高度关联；而与包含所有ACE重卡在所有道路上行驶的宏观平均油耗基本无关。ACE重卡的司机，在货运出发前，输入本次货运事件的的起点和终点，然后ACE重卡就能自动化规划货运事件的行驶路径，并请求云端001人工智能(AI)节油大脑，参考云端存储的所有历史上在该路段运行的ACE重卡运行的节油数据集，实时地计算并下载针对该车辆和特定路径所及时定制的默认(Default)最佳节油控制策略，再结合车端AI推理芯片(包含在VCU 201中)进行本地计算，实时地修改并优化车辆节油策略，对ACE重卡实施智能巡航控制(iCC)，实现包含预测性功率控制和自适应巡航控制功能的高速公路同车道L1级自动驾驶功能；每辆ACE重卡，无论其司机是否有该特定货运线路的驾驶经验，都可以依靠所有ACE重卡的集体经验和智慧，每次都能一致性地实现行业最佳油耗，比现代内燃机重卡的实际油耗可降低30％，而且节能减排效果与司机的水平和发动机101的性能解耦，并一致性地优于人类司机。
ACE重卡010能够自动地采集、标注、在车端存储、向云端上传整个货运事件的节油数据集；所谓“节油数据集”包括ACE整车010、发动机101、变速箱150、发电机110、驱动电机140或170、电池包130a或130b、离合器111、卫星导航仪(GNSS)220、电功率分流器(ePSD)123等关键子系统的配置参数和在整个货运事件中的全面动态运行数据，是关于ACE重卡能量管理的专用结构化大数据，是训练和持续自主进化ACE重卡的机器学习(ML)算法的“数据石油”；该结构化大数据简称“节油数据集”。
ACE重卡010节油数据集的核心内容之一是其电功率分流器(ePSD 123)的运行大数据，可包括如下内容：采样并记录的频率至少5.0Hz,根据卫星导航仪220的精准授时(10纳秒级绝对精度)来随时校准并同步所有其它车载子系统微处理器的时钟，做为整车系统的唯一系统时钟基准；在每个采样时刻点ti，ACE重卡的各个微处理器指挥相关传感器本地采集并存储至少下列变量值：ACE重卡010的当前的经度Llg(ti)、纬度Llat(ti)、纵坡Gd(ti)、纵向车速v(ti)、纵向车加速度a(ti)、发电机110的直流电流Ig(ti)、驱动电机140&170的合计直流电流Im(ti)、电池包130a&b的合计直流电流Ibat(ti)、直流母线汇流点X处的直流电压Vbus(ti)、电池包130a&b的各自荷电状态(SoC)Cbat(ti)、刹车电阻131的直流电流Ibk(ti)、车外环境温度T(ti)、环境风速及风向vxyz(ti)；还可以本地采样并存储采样时点(ti)各个电机(发电机110、主驱动电机140、副驱动电机170)、发动机101、自动变速箱150的主要时间变量类动态运行数据，例如转速、转矩、挡位、喷油率(克/秒)、比油耗(克/千瓦时)等；还可以采集并存储脉控发动机101(串混iSS或并混iPS)瞬态机械功率PWM脉冲序列函数采样时点ti的瞬态幅度值、脉冲周期、占空比等数据，以及电池包130a&b(串混iSS或并混iPS)瞬态电功率PAM或PWM脉冲序列函数采样时点ti的瞬态幅度值、脉冲周期、占空比等数据。需要强调，上述ACE重卡的节油数据集，必须使用本公开图1所示的混联ACE重卡系统装置和脉控发动机技术方案(串混iSS或并混iPS)，一次性随车集中动态采集并存储；无法分散(泛指分时、分地、分子系统或分车)采集或模拟后再同步拼接后生成。
初期训练和后续持续改善云端或车端节油人工智能(AI)模型时，可采用多种开源或专有的机器学习(ML)算法和随需随购的网联云端计算机算力，结合上述节油数据集来完成节油算法深度神经网(DNN)的建模、训练、和优化。ACE重卡运行的节油数据集为非公开及专有的数据资产，积累越多则价值越大，类比数据石油；可以为采用本发明ACE重卡的干线物流企业继续降本增效，不断提高并长期保持竞争优势。在某些实施例中，ACE重卡010的车辆控制器(VCU)201可以被配置为：基于预先存储在地图仪240中先验3D地图所提供的货运事件沿途电子地平线(米级间隔密度)的经纬度(等效米级或十米级地球地理绝对定位精度)、纵向道路坡度(简称“纵坡”，0.1度精度)等道路信息，和/或基于由卫星导航仪(GNSS)220所测算的所述车辆所处位置处的经度、纬度、海拔高度、纵坡等动态数据，或基于ACE重卡010的配置参数和关键子系统动态工况数据，根据车辆动力学方程(1-1)来实时地(亚秒级)预测电子地平线内车辆路载功率函数时间序列值(千瓦级精度)和节油AI算法，来对下列至少一个子系统，包括ePSD 123、发动机101、发电机110、驱动电机140或170、离合器111、变速箱150、和电池包130a或130b以“独立”方式进行预测性动态功率控制，在保障车辆行驶动力性和安全性的前提下，追求ACE重卡实际油耗和/或污染物排放最小化。
可选地或附加地，VCU 201可对实测纵坡时变函数实施秒级时间平均运算或其它滤波降噪措施，提高纵坡函数测量的精度和鲁棒性；当预存在地图仪240内的3D地图中的先验道路信息与由卫星导航仪(GNSS)220实测的道路信息之间的偏差的绝对值超出允许公差范围时，尤其是作为节油ML算法的关键信息之一，车辆当前的纵坡数据出现偏差的绝对值超出允许公差范围的时候，则VCU 201可先以GNSS 220实测的纵坡数据为准，来控制ePSD123三端口之间的瞬态电力功率分布，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。如果此时车辆的速度或加速度明显偏离控制预期值，则说明实际情况是GNSS 220的实测数据出错，而3D地图的先验数据正确，VCU 201则可根据ACE重卡ePSD 123三端口的瞬态功率分布参数、车辆010纵向线速度和加速度，结合车辆动力学方程，进行车辆在环(VIL)模拟计算后做出判断，改选以车载三维电子地图为准，实现ACE重卡定位测姿自动检错或纠错功能。
GNSS采用双天线RTK接收机方案系统较复杂，虽然性能优越，但成本较高。当然，为降低系统成本，也可选用只有单天线的普通卫星导航仪220，同时选配包含单轴或多轴动态倾角传感器(测量精度优于0.15度；量程大于正负15度；刷新频率高于5Hz)的惯性导航仪(IMU)来实时测量行驶车辆的绝对定位(经度/纬度)和道路纵坡。动态倾角传感器有多种实现方法；其中一种高性价比的实施方案为车规微机电系统(MEMS)的加速度传感器(Accelerometer)、陀螺仪(Gyroscope)再加专用芯片集成。在下面的若干实施例中，将以示例性方式阐释VCU 201是如何利用车辆动态三维定位测姿导航信息(尤其是道路纵坡分布函数)来实现自动化预测性节油控制。再次指出，下面具体示例并不应被理解为限制本公开的保护范围，而完全是出于为了本领域技术人员更好地理解本发明的目的。
在一些实施例中，当车辆前方百公里范围内的高速公路仅有短坡，指坡度小于预定义第二坡度阈值(例如，小于3.0°)并且坡度路段的长度小于预定义的第二长度阈值(例如，小于10公里、或甚至小于2公里)的路段，VCU 201可通过串混智能启停控制方式(iSS)或并混智能功率切换控制方式(iPS)来调节发动机101的瞬态功率kWM函数和/或平均功率函数，实现电池包预测性荷电状态控制功能(PSC-Predicative SoC Control)，使电池包(130a&b)在荷电消耗(CD)、荷电维持(CS)、或荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定运行或之间动态切换；这尤其适于前方路段具有“短坡”(也可以称为“小坡”)的情景；因为坡度长度较短(例如小于2公里)，所以在电池包130a&b将其存储的电能释放完之前，车辆就已经能爬上坡顶，在随后的下坡阶段，很快又能通过驱动电机140百千瓦级再生制动功率给电池包130a&b再次充电，回收千瓦时级能量，随充随放；通过这种方式，能增加容量有限的(十千瓦时级)功率型电池包130a&b的电能吞吐周转率，特别是寻求准零成本的再生荷电周转率极大值和高成本发动机荷电周转率极小值，比使用百千瓦时级大容量的能量型电池包(体积/重量大，价格高)的方案性价比更高。在比较平坦地区或丘陵地区的高速公路，没有长坡或高山(指纵坡绝对值大于2.0度；坡长超过10公里的情景)，还可以采用智能模式转换控制方式(iMS)，动态切换串混iSS与并混iPS，由节油机器学习算法来自动探索并发现针对该指定路径的最佳节油控制策略。
返回参考图1，出于行驶安全性的考虑，在一些实施例中，ACE重卡还可以包括安装在重卡前端的汽车级毫米波雷达模块(mWR)230，用于实时地测量重卡与其正前方同车道领航车辆(Leading Vehicle)之间的绝对距离和两车之间的相对速度；所述长距离毫米波雷达(LRR)的前方最大探测距离超过250米，水平视角(FOV)范围：+/-10度；毫米波雷达230还可以包括车规级短距离大视角雷达(SRR)，最大探测距离70米，视角范围+/-65度。还可采用车规级前视单目或双目摄像头加处理芯片，最大探测距离超过250米，与前视毫米波雷达(LRR&SRR)融合，增强车辆前端测速和测距的性能和系统鲁棒性；如需要保证车辆前视速度和距离传感器系统的冗余性和鲁棒性，还可加装一个小水平视角(FOV+/-10度)前视16线以上的低成本激光雷达(LiDAR)，最远探测距离超过200米。本公开图1中的毫米波雷达mWR230,应理解为上述三种测量、跟踪、或识别车辆周围，特别是前方物体或事件相对速度和绝对距离的多品种多个传感器(毫米波雷达、激光雷达、摄像头)的任意组合。
在一些实施例中，重卡还包括车载无线通信网关(T-Box)210，通过三代/四代/五代(3G/4G/5G)蜂窝移动通信网002(参见图5)，让重卡010与云计算平台001广域无线或有线联网，还能支持C-V2X(车-路、车-车、车-网、车-人等)实时通讯。
VCU 201可以通过车载数据总线(例如CAN总线)与包括卫星接收机220、毫米波雷达230在内的众多车载子系统单向或双向实时通讯，实时地操控包括发动机101及其控制模块(ECU)102、发电机110、离合器111、电功率分流器ePSD 123(内含MCU1 121、MCU2 122a、MCU3 122b，压控开关(VCS)133，斩波器132a&b)、电池包130a&b、驱动电机140和170、自动变速箱150及变速箱控制器(TCU)151、地图仪240等模块或子系统的任意组合，通过“交响乐队式”的多模块实时动态协同，实现ACE重卡高速公路同车道内行智能巡航控制功能(iCC)，即SAE L1或L2级自动驾驶功能，解放司机的双脚，减轻驾驶劳动强度，同时优化车辆的动力性和节能减排，并且在70万公里后处理系统有效期内保证车辆实际尾气污染物排放稳定达标(国-6、欧-VI、EPA-2010)。VCU 201可以有效地利用百公里级电子地平线三维道路信息，通过累计顺序公里级颗粒度(Granularity)路段的ACE重卡智能巡航控制(iCC)，在保证车辆动力性的前提下，实现车辆全旅程综合油耗最小化。
此外，ACE重卡在封闭的高速公路行驶时，还可由司机人工开启或关闭智能巡航控制(iCC)功能，结合已量产商用的高级辅助驾驶系统ADAS，实现SAE L1或L2级自动驾驶功能，基本解放了司机的双脚，减轻其驾驶劳动强度；iCC功能在高速公路ODD内和非极限天气下(无大雨、大雪、冰雹、洪水等)各种车辆速度都能启用。
在一些实施例中，上述智能巡航控制(iCC)可包括下列三种细分工作模式：1)普通模式N(Normal Mode)；2)节油模式Eco(Eco Mode)；和3)高性能模式P(Power Mode)；统称iCC子模式。
举例来说，一辆乘用车总重不足3.0吨，最大驱动功率可超过125kW,而一辆满载重卡总重可高达40吨，但欧美主流重卡的最大驱动功率不足400kW，显然重卡的单位重量驱动功率(千瓦/吨)远小于乘用车；换句话讲，重卡的加速性能远低于乘用车，同时重卡的紧急刹车距离也远高于乘用车；这两种车辆的动态行驶特性差异巨大。重卡载货在非拥堵的高速公路行驶时，难以恒速上下2.0度以上的纵坡，也很难保持恒定距离跟随领航的乘用车；若保持恒速行驶，重卡每次上坡加油或下坡刹车即等效于主动加速或刹车，导致发动机的油耗和排放增加。ACE重卡在高速公路设计运行域(ODD)进入智能巡航控制(iCC)时，需要根据司机选定的车辆额定巡航速度Vc和子模式，来合理设定巡航速度带的上限和下限，并将车辆控制在巡航速度带内；上述三种iCC子模式的侧重点不同，普通模式(N)兼顾节油和货运时效；节油模式(Eco)侧重节油而放松货运时效要求(即可以开慢点但必须省油)；高性能模式(P)强调货运时效而放松节油要求(即可以费油但必须快)。优选地，可选择下列各个iCC子模式的巡航速度带的上下限值：
普通模式(N)下，巡航车速(1.0-0.05)Vc<V<(1.0+0.05)Vc且不可高于该路段的法定最高车速的103％；节油模式(Eco)下，巡航车速(1.0-0.10)Vc<V<(1.0+0.05)Vc且不可高于该路段的法定最高车速的103％；高性能模式(P)下，巡航车速(1.0-0.03)Vc<V<(1.0+0.03)Vc且不可高于该路段的法定最高车速的105％。如将重卡巡航控制的速度带设置的过窄(例如上下浮动率小于2％)，不利于重卡节能减排优化。
VCU 201能根据包括ACE重卡010的配置参数(特别是整车总质量)和动态运行数据(特别是纵向车速)，结合车辆当下的3D道路信息(经度、纬度、纵坡)和地图仪240存储的车辆电子地平线范围(特别是前方公里级路段)道路的纵坡分布函数和弯道曲率等三维信息，实时地(百毫秒时延)计算并调整自适应巡航的安全跟车距离时变函数Ls(t)(简称安全距离函数)。与乘用车自适应巡航控制不同，本车前方公里级道路纵坡函数分布对载货高速行驶的ACE重卡的加速性(即动力性)或减速性(即刹车有效性)影响巨大；乘用车因为其单位质量的驱动功率(千瓦/吨)和刹车功率都数倍于重卡，没有必要根据本车前方道路纵坡分布函数来动态地调节其安全跟车距离Ls；但动态调整Ls对ACE重卡在上述iCC子模式下行驶主动安全性十分重要。安全跟车距离Ls可再细分为三个特定距离：L1为预警距离(AlertDistance)，L2为警告距离(Warning Distance)，L3为紧急制动距离(Emergency BrakingDistance)，其中L1>L2>L3。VCU 201可根据车辆配置参数和行驶工况数据(例如车辆总质量，车速等)、实时天气情况(风、雨、雪、冰、温度等)、和车辆前方公里级范围内的3D道路数据(经度、纬度、纵坡等)，结合车辆动力学方程(1-1)，以高于10赫兹的刷新频率和米级精度动态计算上述三个跟车距离函数L1、L2、或L3。显然安全距离函数与ACE重卡的瞬态车速、前方公里级路段的纵坡函数、整车重量等可知数据高度正向关联；在无长坡或高山的平坦路段，以60英里/小时车速行驶的满载重卡，预警距离L1约250米，警告距离L2约150米，紧急制动距离L3约60米；显然，ACE重卡的总重越高或车速越高，则上述三种距离(L1、L2、L3)也越长。
高速公路工况下，ACE重卡主要采用并混iPS控制；当并混ACE重卡010的安全距离函数Ls＝L1而且相对速度v>0时(表示不断缩短两辆车之间的跟车距离)时，VCU 201通过车内声觉、视觉、触觉等多种物理信号中至少一个给出预警提示，同时立即将(0.1秒时延)脉控发动机101的瞬态功率PWM脉冲序列占空比下调至50％以下，降低发动机的平均功率函数值，车辆驱动以电池包为主，发动机为辅，令电池包130a&b工作在荷电保持(CS)模式或荷电消耗(CD)模式，为快速(十毫秒级时延)再生制动刹车做好准备；当安全距离函数Ls＝L2而且相对速度v>0时，VCU 201通过车内声觉、视觉、触觉等多种物理信号中至少两个同时给出更高强度警告提示，同时立即下调(十毫秒级时延)脉控发动机101的PWM脉冲序列占空比为零(即0％)，发动机进入被动模式(POM)，其平均功率函数值为负数；发动机101变成发电机110的机械负载，令电池包130a&b工作在荷电保持(CS)模式或荷电消耗(CD)模式并提供全部车辆驱动电功率；可利用电机140加电池包130a&b在十毫秒级响应时间内有百千瓦级驱动功率或再生制动功率之间快速切换的能力，尽最大努力将跟车距离Ls保持在警告距离L2和紧急制动距离L3之间，并为立即实施紧急刹车做准备；当安全距离函数Ls＝L3而且相对速度v>0时，VCU 201通过车内声觉、视觉、触觉等多种物理信号同时给司机最高强度紧急刹车提示，维持发动机101在被动模式运行(POM；PWM占空比为零)，并立即开启发动机自身制动功能；此时发动机平均功率函数值为负数，经过秒级时延后，发动机制动功率可达百千瓦级；且立即实施(十毫秒级时延)双电机110&140合计峰值功率近五百千瓦的再生制动紧急刹车辅助，同时还可启动(亚秒级时延)一兆瓦级机械制动紧急刹车；电机再生制动和发动机制动为紧急刹车辅助功能，二者均为非摩擦性制动，合计制动功率虽不足以将高速行驶的重卡急停下来，但也不会导致驱动车轮锁死而引发车辆失控，是对ACE重卡机械刹车系统的快速冗余补充，明显改善了ACE重卡的刹车有效性；双电机(110、140或170)合计500kW的最大再生制动功率，对高速行驶的满载重卡而言，也只够满足加速度绝对值不足0.1G(G为重力加速度)的辅助性制动减速要求；遇紧急情况，必须依靠司机踩刹车板或ADAS系统线控信号来启动重卡的摩擦式机械制动系统(兆瓦级)，才能实现加速度绝对值超过0.2G的紧急制动。司机刹车反应时间加上重卡机械制动(气动刹车)系统响应时间合计时延超过500毫秒；而ACE重卡从百千瓦级驱动功率快速切换为百千瓦级再生制动功率的系统响应时间在25.0毫秒内，比传统重卡司机加机械制动系统的反应速度快至少一个数量级，能更快更安全(不锁轮)地令车辆减速，而且电力再生制动系统与机械刹车系统完全相互独立；ACE重卡的电机再生制动功能，既改善了车辆的综合刹车性能，又提供了安全冗余性。前面描述的动态控制车辆巡航速度带或安全跟车距离的多种技术措施集合统称为智能巡航控制(iCC)技术或功能；显然，本发明的智能巡航控制(iCC)与现有技术集合中的车用车或传统柴油重卡的自适应巡航控制(ACC)比较，无论在具体技术措施方面，还是在技术效果方面都有本质区别；本发明的ACE重卡对比现代欧美顶级配置的16L柴油机重卡，在整车动力性、节能减排、刹车有效性、和系统安全冗余性等多方面都有明显的优势。
ACE重卡的智能巡航控制功能(iCC)工作情景可分为两类。第一类是本车同车道前方250米内无其它车辆时，车辆根据节油AI算法，将ACE重卡控制在指定的车速带内行驶，无需考虑上述三种安全跟车距离Ls；第二类是当本车同车道正前方250米内有其它车辆时，首先需要将ACE重卡控制在上述三种安全跟车距离Ls之内，然后再考虑节油AI算法；换句话讲，凡是涉及车辆行驶安全的控制算法或线控信号的优先级或权重都明显高于涉及节能减排的控制算法或线控信号。本发明的ACE重卡智能巡航控制技术(iCC)与传统柴油重卡的预测性自适应巡航控制技术(即现有技术)相比较，最明显的差异点是通过脉控发动机101(串混iSS或并混iPS)，根据本车定位测姿和电子地平线3D道路信息和节油AI算法，动态调整安全跟车距离L1/L2/L3并对电池包130a&b进行预测性荷电状态控制(PSC)，在保证车辆动力性、时效性、安全性的前提下，同时优化车辆的油耗和污染物排放，达到实际CO2和NOx排放值同时最小化的有益效果。
干线物流重卡不时会遇到因上下班交通高峰、修路、极端天气、或交通事故等因素造成的拥堵路段城市工况(平均车速低于40公里/小时；主动加减速频繁)，此时司机驾驶劳动强度、重卡油耗及排放都明显增加。拥堵的高速公路是全球公路物流行业的长期“痛点“之一，而且中国比美国高速公路平均拥堵程度更高，平均车速更低(重卡中国平均车速60公里/小时；美国平均时速90公里/小时)。ACE重卡此时可开启“智能跟车”功能，该功能只能在封闭式道路(例如高速公路或城市高架公路等)低速行驶时(平均车速低于40公里/小时)才能使用，不适合在开放式城市或郊区道路上使用。利用前视雷达(SRR)加摄像头230，在封闭的拥堵公路段，与同车道正前方领航车保持设定的安全跟车距离L0，由VCU 201指挥ACE重卡断开离合器111，对发动机101采取串混智能启停控制(iSS),将电池包主要控制在荷电维持(CS)或荷电消耗(CD)模式下运行，完全由驱动电机140实现车辆频繁主动加速或再生制动。驱动电机140或170从零转速至额定转速范围内都能够保持其最大转矩输出，此时ACE重卡的加速性和刹车减速性都明显高于传统发动机重卡，甚至能和传统发动机轻卡的动力性能相媲美；此时重卡频繁主动刹车，十分有利于百千瓦级再生制动回收能量；ACE重卡在“智能跟车“模式下，比传统发动机重卡更加节油，实际节油率可明显高于30％，且大幅降低实际NOx排放，同时还可大幅减轻司机的驾驶劳动强度。
载货重卡高速公路下长坡(超过10公里)行驶时，机械刹车系统因长时间制动摩擦生热而导致性能下降(Brake Fade)甚至完全失效的风险不可忽略。2018年3月，中国兰海高速公路兰州某收费站，因一辆重卡经17公里长下坡路段行驶时，刹车系统过热失灵，撞向多辆排队缴费的乘用车，造成17人死亡，34人受伤的特大交通事故。目前欧洲法规强制要求干线物流重卡加装重卡非摩擦式缓速器；美国和中国的重卡当前虽无重卡缓速器强制性法规要求，但越来越多的重卡用户选装重卡缓速器。现有量产商用的缓速器，例如电涡流缓速器、液力缓速器、和发动机制动缓速器等都各有优缺点。电涡流缓速器和液力缓速器都只有一项缓速功能，不参与车辆驱动，还增加车辆的重量和万元人民币以上成本，且车辆低速行驶时其缓速效果明显下降。发动机缸内或缸外制动缓速器虽能一机多用，但缸内制动缓速器工作时噪声巨大，制动功率大多低于发动机的峰值功率，且车辆低速时其缓速效果明显下降。本公开的ACE重卡动力总成，采用并混iPS控制，除同时优化节油减排的有益效果外，还能通过多电机(110、140、170)再生制动加上发动机101缸内或缸外制动，实现ACE重卡下长时坡五百千瓦级缓速器功能，不需增加任何硬件，就可完全取代电涡流缓速器或液力缓速器，比上述已商用的几种重卡缓速器产品的性价比都更高。
ACE重卡010遇到长坡路段(纵坡绝对值大于2度，坡长大于5公里)下行时，纵坡功率足以克服轮阻功率加风阻功率，驱动车辆恒速下坡，多余的纵坡功率需通过电机(110、140、170)再生制动发电来回收能量，避免车辆不断加速下坡或启动机械刹车将这部分剩余的机械能变成热能浪费掉；VCU 201可指挥离合器111闭合锁定，车辆工作在并混模式下，此时发动机101工作在智能功率切换控制模式(iPS)的一种特例，即将发动机瞬态功率PWM脉冲序列的占空比下调为零，进入低负载被动运行(不启动发动机制动功能)或高负载被动运行(启动发动机制动功能)的零油耗及零排放低态线工况，发电机110和驱动电机140或170可协力通过再生制动发电来回收车辆下坡时的机械能量，经过ePSD 123给电池包130a&b充电；当电池包130a&b充满时(即SoC＝URL)，斩波器132a&b断开电池包130a&b，同时压控开关(VCS)133从断开状态切换至导通状态，单向电联接百千瓦级刹车电阻131，做为再生制动发电的有效电力负载，将多余的电能转换成热能消耗掉。并混模式下，发动机制动功率和电机再生制动功率可叠加，即可大幅提高无摩擦缓速功能的总功率，又可提供两套相互独立冗余的缓速系统，提高ACE重卡下坡行驶时的主动安全性。再生制动除能近零成本回收能量节油减排外，还可以大幅延长机械刹车片的寿命，明显降低ACE重卡010全生命周期内机械刹车系统运维总成本。从安全性考虑，ACE重卡下长坡时，无论车速高低，都应首选并混模式，尽量避免串混模式。
本公开的ACE重卡010混联动力总成系统通过串混iS或并混iPS控制技术，能够将任何一款量产商用的现代模拟电控发动机升级转换成数字脉控发动机，实现了全数字化软件定义的动力总成系统(SDPt)；该SDPt的必备技术特征包括发动机101的工况与整车010的工况解耦及总成系统的软硬件解耦；换句话讲，只要该总成系统的各个硬件子系统(例如：发动机101、发电机110、离合器111、主驱动电机140、变速箱150、电功率分流器123、电池包130a&b等)满足门槛技术条件，则动力总成系统的实际(RDE)动力性、油耗、排放这三大技术指标完全由软件定义并可动态敏捷定制，实现千车千面，三大指标与发动机101、电机110&140等硬件的具体技术性能和价格基本无关；软件定义混联动力总成(SDPt)的各个硬件子系统性能达标即可(即硬件可通用化和抽象化)；硬件超配对ACE重卡010当前的动力性最优化无益也无害，但可提升系统的冗余性和未来升级潜力，特别是通过置换未来量产强化型变速箱(最大输入扭矩超过3500牛米)和相匹配的驱动桥来提升系统三大指标峰值的潜力。ACE重卡聚焦优化节能减排的高速公路ODD智能巡航控制(iCC)功能，实质上是1D纵向L1级自动驾驶功能，并具备了向L2级、L3级、或L4级自动驾驶功能升级的潜力。配置了本发明SDPt的ACE重卡天然具备整车驱动、电源、刹车的系统冗余性，很容易通过对多种环境感知传感器、线控自动转向装置、自动驾驶AI芯片等硬件和软件升级换代，将L1级ACE重卡升级成L3或L4级自动驾驶重卡，是未来批量商用L4级干线物流重卡的优选车辆平台，L4级ACE重卡未来批量商用将对全球干线物流重卡行业产生的影响，可类比全球移动通信行业从2G功能手机到3G智能手机的产业升级换代所产生的巨大深远影响。
行业专家一致认为，L5级无人驾驶重卡很难在2030年前在全球主要市场进入批量商用。L1到L4级的自动驾驶重卡都必须遵从道路车辆功能安全标准ISO26262，达到指定的汽车安全等级(ASIL安全等级)，级别越高，对系统可靠性和冗余度的要求越高。ACE重卡010基于包括驱动电机140和170、电池包130a&b、和ePSD 123的系统集成，来实现高性能纯电驱动行驶、再生制动回收能量、自动紧急刹车辅助功能(AEBA)、和长下坡缓速器功能，在车辆的传统发动机和机械刹车系统之外，增加了一套完全独立冗余的电力再生制动刹车主动安全系统，同时还增加了冗余的车辆电力驱动系统(发动机加多电机)和冗余的电源；换句话讲，本发明的ACE重卡010天然具备冗余的动力系统、刹车系统、转向系统、及多电压电源系统，是未来开发和量产高速公路ODD内L4级自动驾驶重卡的优选基础车辆平台。本公开的ACE重卡比所有量产商用的现代内燃机重卡，能够在确保整车动力性最优的前提下，以更高性价比来同时改善汽车产业的三大终极目标：安全、节能、和环保。
需强调，本发明ACE重卡通过脉控发动机(串混iSS或并混iPS)、智能巡航控制(iCC)等技术措施，实现高速公路ODD内一维(1D)纵向SAE L1自动驾驶功能，达到综合油耗(升/100公里)对比传统柴油重卡降低近30％的有益效果，主要依靠混联动力总成技术，特别是电功率分流器ePSD，充分利用电子地平线3D地图先验数据，车辆动态工况数据，再加上车-云协同的节油数据集和节油机器学习(ML)算法；即便由人类司机手动驾驶ACE重卡(即L0级)，也可以实现节油率近25％，即实现节能减排优化潜力的约80％；通过ACE重卡的iCC功能，实现高速公路ODD内纵向L1级自动驾驶，则可以确保每辆ACE重卡的综合油耗(升/100公里)与该车发动机的技术档次及性能和司机的个人驾驶水平(指能力、道路经验、和工作态度等)高度解耦，在实际节油效果和一致性两方面都明显优于人类司机。本发明的ACE重卡采用成熟并已量产商业的核心零部件和系统集成技术，节油效果明显，性价比高，车队不依靠政府补贴，仅靠实际燃油费节省，就可实现2.5年内回本(即补齐ACE重卡与传统柴油重卡之间的差价)，5年累计单车利润翻番；ACE重卡能够在三年内以改装二手重卡的方式在北美首先实现量产商用。其它已商业化的各种干线物流重卡非动力总成节油技术，例如低滚动摩擦轮胎、轻量化、降低风阻系数(牵引车头加挂车)等，都可以直接叠加应用到ACE重卡上；需强调，与现代柴油重卡不同，上述各种非动力总成节油技术在ACE重卡上能够产生1+1>2的节能减排协同效应(Synergy)，而且低轮阻、轻量化、低风阻的节油效果越明显，则ACE重卡的协同效果也越强；同时由于ACE重卡具备超强的再生制动回收能量的能力，ACE重卡在高性能模式(P)或平均巡航速度超过65英里/小时(在美国法定最高时速以内)运行时，不但能提高货运时效性，保证实际油耗不增加，而且大概率能进一步降低实际油耗，有效地打破现代柴油重卡时效性(即最高巡航速度)与油耗之间的零和权衡。预计2023年前后在美国开始批量商用化的ACE改装重卡要比2019年版的现代柴油重卡的实际油耗(升/100公里)基准线(Baseline)降幅将超过20％，实际NOx排放值(g/bhp-hr)降幅超过50％，动力性和刹车性明显提升。
与现有技术不同，本公开图1至图7所示实施例的ACE重卡010，依靠全数字化软件定义混联动力总成，由VCU 201指挥，根据车辆的配置参数和动态工况数据(例如车总质量、纵向车速及加速度、本车动态定位测姿等)，结合地图仪(MU)240电子地平线先验3D道路数据和机器学习(ML)节油算法(即AI节油算法)，通过对发动机101瞬态功率函数实施脉冲调制控制(PM)，包括串混智能启停控制(iSS)或并混智能功率切换控制(iPS)，再加上智能模式转换控制(iMS)和无离合器换挡控制(CGS)，动态连续地调节发动机平均功率函数值(见方程MAW)；还通过控制电功率分配器(ePSD 123),在其三端口电力电子网络外接众多电源或负载(例如发电机110、驱动电机140或170、电池包130a或130b、刹车电阻131等)之间，动态调节百千瓦级电功率的流向、路径、和幅度；根据串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，对电池包130a&b的瞬态功率函数实施脉冲调制控制(PAM或PWM)，让电池包130a&b在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、或荷电增加(CI)三种模式之一稳定地工作或之间平顺切换，实现对电池包的平均SoC函数的预测性控制(PSC)，使电池包130a&b长期稳定地工作在高效区(BLL<SoC<BUL)，追求总荷电周转率和再生制动荷电周转率同时最大化，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；再结合智能巡航控制(iCC)功能，达到比现代柴油重卡RDE油耗(升/百公里)降低25％以上、明显提升车辆的动力性和刹车有效性、确保实际排放长期稳定达标、降低司机驾驶的劳动强度、改善司机反怠速(Anti-Idling)驻车时的休息体验等多重有益效果。本发明配置软件定义混联动力总成的ACE重卡，通过智能巡航控制(iCC)技术措施，将ACE重卡在高速公路设计运行域(ODD)内的功率管理问题，转换成计算机下围棋这一等价窄人工智能问题(Narrow AI)，非常适合利用机器学习(ML)节油算法和本发明计算机可读介质存储并上传云端的节油数据集，通过云端和车载的节油AI芯片联动(训练或推理)，自动地掌握最优节油策略并持续自主进化，ACE重卡的AI节油算法在实际节能减排最优化方面完胜人类司机且一致性极强，能够成为人类司机的宝贵助手。
如前面所讨论的，ACE重卡010在载货高速公路行驶时，通过巧妙地利用频繁出现的由道路沿途纵坡0.1度颗粒度细微变化所产生的几十千瓦到数百千瓦的下坡纵坡功率，通过驱动电机140&170再生制动发电，经电功率分流器ePSD 123整流后，给电池包130a&b充电，从沿途每个百米到数公里长度的下坡，均可能收获百瓦时级或千瓦时级的“零成本电能”(即再生制动电荷)，细水长流，积少成多。另外，ACE重卡从电池到驱动轮的综合能量转换效率比从油箱到驱动轮的综合能量转换效率高出近两倍；换句话讲，ACE重卡电池包内的电能对比油箱内燃料的化学能，在驱动车辆做功时，前者以一抵三。ACE重卡高速路工况下节油的秘密，就在于最大限度地利用电池包130a&b内累积的零成本的“再生制动荷电”，提供部分车辆的驱动功率，通过随充随放的快速周转方式，提高电池包130a&b在整个运输事件中累计吞吐电能周转率，特别是再生制动荷电周转率，同时降低发动机荷电周转率，达到最佳节油效果。
VCU 201实时地根据车辆地图仪(MU)240电子地平线先验3D道路数据，审时度势，未雨绸缪，保证当车辆遇到长度超过十公里以上且纵坡大于2.0％的长坡之前，有足够时间指挥离合器111接合并锁定，切换到并混模式下，对发动机101和发电机(MG1)110实施并混智能功率切换控制(iPS)，在车辆到达长坡前，及时地(JIT)将电池包130a&b充满(SoC达到URL)，并将车辆速度提升到法定车速上限，最大限度地延缓和减少ACE重卡010爬坡途中，电池包电能耗尽后，因发动机的峰值功率不足以单独支持车辆高速恒速上坡，只好换低挡减速上坡，影响车辆动力性和运输时效性。根据车载MU 240存储的3D地图，特别是电子地平线内高精度纵坡空间分布函数，和车辆的配置参数和动态工况和定位数据，VCU 201可以通过车辆动力学方程(1-1)，以千瓦级精度及高于1赫兹的刷新频率来动态地预测电子地平线内(小时级或百公里级)车辆的纵坡功率时变函数和路载瞬态功率时变函数，以便通过对发动机101的瞬态功率函数进行脉冲调制(PM)控制(串混iSS或并混iPS)，对电池包130a&b的瞬态功率函数进行脉冲调制控制(PAM或PWM)，实现对电池包130a&b的平均SoC函数的预测性控制；根据司机选定的车辆智能巡航控制(iCC)不同子模式，在保证行车主动安全性和实际(RDE)排放始终达标的前提条件下，寻求ACE重卡节油性和动力性二者之间的正和权衡(即同时优化)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)，可达到同时优化ACE重卡节能减排的有益效果。需要强调的是，某一辆ACE重卡完成特定货运事件的综合油耗(升/百公里)最小值(即最优值)和该车辆的配置参数(特别是总重)、特定旅程(或路线)沿途道路的纵坡空间函数、当日沿途气象条件、和沿途车辆动态工况数据(特别是纵向速度或加速度)等高度关联，而与类同配置和负载的重卡在全国范围内宏观大数据平均油耗值基本无关。ACE重卡在每分钟运行或每公里行驶时，实现平均油耗最小化，线性叠加，就能保证该ACE重卡每日、每月、每年、和全生命周期内累计综合油耗最优。所有不同配置和不同负载的ACE重卡集群在全国或全大洲高速公路网运行，日积月累形成的干线物流节油数据集，是训练机器学习节油算法的宝贵“数据石油”，云端节油算法所推荐的默认节油控制策略，对特定旅程(route)运营的每一辆ACE重卡，都有普遍借鉴和指导意义。
参照图5，下面来描述如何利用由上述ACE重卡010在行驶期间所采集并本地存储的节油数据集，脱敏加密后，经由车载无线网关210通过移动互联网002及时地(分钟或小时级时延)上传至云计算平台001来存储，供后续分析处理。云平台001通过若干种优选的机器学习(ML)节油算法(特别是深度学习算法)，调集公有云或私有云的足够计算力，利用云端存储的日益累计的ACE重卡节油数据集，训练云端节油AI算法，自动建立并持续改进深度神经网(DNN)模型，寻求最佳节油控制策略；通过无线移动通讯网向每辆ACE重卡下传针对某货运事件特定路径的油耗标杆值和默认(Default)节油控制策略，使每辆ACE重卡都充分利用所有ACE重卡的集体智慧，同时优化节能减排；每辆ACE重卡可利用其VCU 201，进行车端AI推理运算，根据ACE重卡此时此地的环境、路况和车辆运行动态数据，实时动态地修改本车默认节油控制策略，实现该车辆该货运事件的实际油耗最小化。
在一些实施例中，在ACE重卡010行驶过程中，来自上述发电机组(包括发动机101、ECU102、发电机110、MCU1 121)、ePSD 123、离合器111、驱动电机140或170、自动变速箱150、TCU 151、刹车电阻131、以及电池包130a或130b等各个主要动力总成子系统的各种配置参数或动态运行数据，均可被ACE重卡010车载的多传感器构成的“物联网”实时地测量采集(优选测量和记录的刷新频率在5赫兹以上)，以行业常用的结构化大数据的格式，集中地存储在例如车载VCU 201的存储器或其它车载存储器中，当然，也可以将上述测量数据分散地存储在若干子系统所对应的微处理器的存储器中；所谓的“节油结构化大数据”(简称“节油数据集”)，是指以某种“映射关系”而被“相关联地”记录在计算机可读取存储介质上的关于ACE重卡行驶过程中各个子系统运行动态数据的多维时间序列集合。
举例说明，可以利用车载卫星导航仪(GNSS)220的十纳秒级超高精度授时，做为ACE重卡的唯一系统基准时钟，随时反复地校准(例如十分钟级间隔)包括VCU 201时钟在内的各个车载微处理器的时钟,用有序唯一的车辆系统运行时间序列，来自动地标注并同步(Label and synchronize)ACE重卡各个子系统的动态运行数据，方便后续拼接合成多维时间序列，生成针对特定ACE重卡和特定货运事件的节油数据集。如图1～5所示，车辆010上包括VCU 201、发动机101、发动机控制模块102、发电机110、电功率分流器(ePSD)123(包含电机控制器121，122a&b、压控开关133、斩波器132a&b等)、离合器111、驱动电机140&170、电池包130a&b、刹车电阻131、变速箱150、变速箱控制器151、毫米波雷达230、移动通信网关210、地图仪240、卫星导航仪220等重要的子系统都有对应的专用微处理器、存储器、或传感器；这些子系统都能在1.0赫兹<fm<50.0赫兹的测量频率(fm)范围内，在本地车端实时地测量、计算、并记录或存储各子系统以车辆运行时间为唯一性标注的主要动态运行数据的时间序列。例如：发动机控制模块102能以5赫兹以上的测量频率测算并记录纵向车速、纵向车加速度、发动机101的转速、转矩、比油耗(BSFC)等动态运行数据；发电机控制器(MCU1)121能以10赫兹以上的测量频率测算并记录发电机110的转速和转矩、电机内部温度、或发电机控制器121的直流电压或电流、和内部温度等动态数据；ePSD 123能以10赫兹的频率测量并记录其直流母线汇流点X处唯一的直流电压函数及所有分支电路的直流电流函数等动态数据；电池包130a&b所配置的电池管理模块(BMS)能以10.0赫兹的测量频率记录其输出端的直流电压、电流，和其内部电芯和电池模组级别的电流、电压、温度、荷电状态等动态数据；电机控制器122a&b能以10赫兹以上的频率测算并记录驱动电机140、170的机械轴的转速和转矩、电机内部温度、MCU2或MCU3直流端电流和电压等动态数据；斩波器132a&b能以10赫兹以上的测量频率测算并记录其高压端或低压端的直流电压和电流动态数据；变速箱控制器(TCU)151能以2.0赫兹以上的测量频率记录变速箱150的挡位、输入端转速、输出端转速等动态数据；卫星导航仪220能以5赫兹的测量频率测算并记录车辆的纵向车速及加速度、经纬度、纵坡、授时等动态数据；毫米波雷达230能以10赫兹的频率测算并记录本车辆与正前方车辆之间的绝对距离和相对速度等动态数据；压控开关133能以10赫兹的频率记录其直流电压和电流等动态数据。各个子系统的传感器测量数据可能相互有部分重叠，而数据重叠冗余有助于提高全系统测量的容错性和纠错性。
接下来，如图1～5所示，VCU 201以车辆运行基准时间序列单向唯一标注，作为所有子系统测量数据时间序列的基准，通过自动化拼装、集成、和脱敏加密后，生成ACE重卡010运行过程中产生的与ACE重卡整车节能减排控制策略高度关联的“节油数据集”；该节油数据集可经由移动互联网002或有线互联网被“实时地”(亚秒级时延)或“及时地”(小时级时延)上传到互联网云端计算平台001集中式或分布式地存储，供后续数据分析处理。
例如，如图1和图5所示，可以通过无线通信网关210和蜂窝移动通信网002，将ACE重卡节油数据集及时地(分钟级或小时级时延)上传到互联网上的云端计算平台001分散式或集中式存储，供后续数据加工处理。可选地，该数据包在上传之前可以被脱敏并加密，以确保数据安全性，保护客户(司机或车队)的隐私权和商业秘密。该云平台001将汇集使用本发明的众多ACE重卡运行时生成的节油数据集。利用这些ACE重卡集群日益累积增加的运行结构化大数据(即节油数据集)，通过聚焦节油的机器学习(ML)算法，调配相应的云端计算机算力，来训练云端和车端的人工智能(AI)芯片，其中云端为AI训练芯片而车端为AI推理芯片，自动建立并持续完善节油ML算法的深度神经网(DNN)模型，寻求针对每辆ACE重卡和每个货运事件的最佳节油控制策略，实现干线物流ACE重卡的实际油耗比现代柴油重卡的实际油耗降低25％以上且与司机的驾驶水平和发动机的性能基本解耦等有益效果。云端001优选采用已商用的AI训练芯片，其特点是高通用性、高性能、高功耗、高成本；而车端优选采用AI推理芯片，其特点是高专用性、性能适中、低功耗、低成本。车端节油AI推理芯片(例如含在VCU201中)和云端节油AI训练芯片实时或及时联动，能根据不断变化的ACE重卡行驶状况，寻找每一秒钟或每一分钟时间段(对应行车距离二十米到二千米)的动态最佳节油控制策略；脉控发动机101的主动运行(AOM)无滞后效应或记忆效应，通过每一时段内取得微观最低油耗(升/百公里)，不断累积，线性叠加，能最终实现ACE重卡010在整个货运事件全程宏观最低油耗。VCU 201指挥ACE重卡010在高速公路ODD行驶时，通过智能巡航控制技术(iCC)来实现1D纵向L1自动驾驶功能，可将ACE重卡节能减排优化问题转换成计算机下围棋这一等价狭义AI问题；本公开的软件定义混联动力总成，加上VCU 201、iCC功能及节油AI算法，等效于一个无人形的工业机器人，可称ACE重卡的“节油机器人”；如同AlphaGo下围棋能够完胜人类，本公开的ACE重卡“节油机器人”也能在干线物流重卡实际油耗和排放指标方面超越人类司机。同时还要强调，本发明的“节油机器人”不会完全取代人类司机，而是甘当干线物流重卡司机的可靠副驾和助手。
干线物流重卡的每一货运事件(Freight Event)的起点和终点都是预知的，货运重量也是可知且基本固定的，极少临时随机变化；每个货运事件的里程从数百公里至数千公里，时间从数小时至几天。每次运货事件出发前，ACE重卡010的节油机器人(VCU 201)或司机能通过无线移动网关210或手机自动地向云平台001的AI“节油大脑”要求下载针对该货运事件旅程的最优节油控制默认(Default)方案及当前针对该路径的行业最佳油耗标杆(升/百公里)，作为车辆VCU 201节油机器学习算法实施本地实时运算和动态调整时的初值或参考；这样，每辆ACE重卡，都能够将全行业ACE重卡在同路段运行的集体智慧为我享用，达到最佳节油效果。当司机将ACE重卡开上封闭式高速公路后，即可选定iCC功能的子模式(普通模式N/节油模式Eco/高性能模式P)，启用智能巡航控制功能(iCC)，由VCU 201替代司机的部分驾驶职能，实现该重卡一维纵向运动(加速/巡航/滑行/减速)持续性自动控制(即L1级自动驾驶)，即可长时间解放司机的双脚，降低司机长途驾驶的劳动强度，又能同时实现RDE油耗和排放(CO2和NOx)最优化(即最小化)且与司机的驾驶水平解耦等有益效果；需强调，此时司机的手、眼、耳、脑仍需工作，负责车辆周围目标与事件探测及响应(OEDR)，持续实时地控制该车辆的转向或紧急制动，对该重卡行驶安全付全责。本发明的另一个有益效果是节油机器人通过iCC功能来实现ACE重卡节能减排同时优化，可有效地解决由于司机的各种人为因素(道路熟悉度、驾驶水平、工作态度、疲劳度等)而导致实际综合油耗值(升、百公里)离散度(Spread)高达20％这一众所周知的干线物流行业长期难题，保证每一辆ACE重卡和任何司机在同路段运行时，都能高度一致性地达到最低油耗，该亮点对运输公司降本增效而言，非常重要。
总之，本发明中带智能巡航控制(iCC)功能的ACE重卡010与当今市场上具备类似功能的任何油电混动车辆或传统柴油重卡相比的本质区别在于，前者高度聚焦干线物流重卡节能减排同时最优化，有效地解决了全球汽车及运输行业公认的世界性难题，即在高速公路工况下，油电混动重卡与传统柴油重卡相比节油效果不明显，实际节油率不可能高于12％这一行业难题，可以达到干线物流应用场景下，实际综合油耗降幅高于25％，同时还能明显提升车辆动力性和刹车有效性、并保证ACE重卡在中国/美国/欧盟三大重卡市场实际行驶环境下(RDE)，长寿命稳定地(70万公里排放达标质保期)满足污染物排放和碳排放法规指标等多重有益效果。换句话讲，ACE重卡010在非拥堵的封闭式高速公路行驶时，司机可只负责动态驾驶任务(DDT)中车辆周围物体与事件的感知与决策(OEDR)和车辆横向控制，交由重卡节油机器人通过智能巡航控制(iCC)技术措施来实现车辆1D纵向L1级自动驾驶功能，实现车辆节能减排同时最优化。
在智能巡航控制(iCC)司机预设子模式下(指普通模式N/节油模式Eco/高性能模式P三选一)，重卡节油机器人根据车辆关键子系统的性能特征及配置参数、车辆行驶工况动态数据、电子地平线三维道路先验数据，采用基于机器学习(ML)节油算法的车辆能量管理控制策略和车载实时算力进行AI推理运算，对发动机101的瞬态输出功率进行串混智能启停控制(iSS)、或并混智能功率切换控制(iPS)、或智能模式转换控制(iMS)，对电池包130a&b的瞬态功率函数进行脉冲调制控制(PAM或PWM)，动态调节电池包平均功率函数(等于车辆路载平均功率与发动机平均功率的差值)，使电池包130a&b在荷电维持(CS)、荷电消耗(CD)、荷电增加(CI)三种模式之一稳定工作或之间平顺切换，在满足车辆动力性、主动安全性、尾气排放RDE长期达标等约束条件下，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率方程(2-4)或并混方程(3-3)，实现整个货运事件实际油耗最小化，对比传统柴油机重卡，ACE重卡实际综合节油率可高达30％，并保证在任何RDE环境下，其污染物排放长期稳定地达标(EPA-2010、欧-VI、国-6)。现有技术中乘用车或商用车的“自适应巡航控制(ACC)”功能，主要提供驾驶便捷性，改善主动安全性，对车辆实际综合节油率的降幅很小(小于2％)；而传统内燃机重卡的“预测性巡航控制”(PCC)，虽聚焦车辆能量管理控制策略，但因无法通过再生制动有效地回收能量，实际节油效果也不足3％；同时，现代柴油车无法保证在任何RDE下，特别是包含一定比例的低速低负荷工况和怠速工况时，实际污染物排放长期稳定达标；美欧中三地当前都没有找到柴油车在任何RDE下都能够长期稳定地满足当前污染物排放法规限值(EPA-2010、欧-VI、国-6)的可行(即高性价比、可量产)技术方案，更缺乏满足美国加州新NOx排放组合法规(Omnibus Regulations)2027年超低排放(再降90％)的高性价比可量产的技术方案。本发明聚焦解决的技术问题是如何保证同时优化ACE柴油车辆(特别是ACE柴油重卡)的油耗和排放，即车辆CO2和NOx实际排放同时最小化。显然，车辆的动力性泛指该车辆所配置的动力总成(例如ACE重卡的混联动力总成包括发动机101、双电机110&140、mPSD 124、ePSD123、电池包130a&b、变速箱150、驱动桥160&180等子系统)的动力性(即合计机电转矩或功率)，并非单指发动机101的动力性；车辆的油耗和排放虽泛指动力总成的实际(RDE)油耗及污染物(NOx和PM)排放，因电池包零油耗零排放，实质上单指发动机101的油耗和排放。
智能巡航控制(iCC)与现有技术中预测巡航控制(PCC)或自适应巡航控制(ACC)的区别技术特征包括：1)iCC的电子地平线的有效范围可超过百英里或一小时，整车层面功率管理策略(PMS)，既包括秒级快速控制环，又包括小时级慢速控制环；而PCC的电子地平线有效范围仅为英里级或分钟级，整车PMS只包括秒级快速控制环，不包括小时级慢速控制环；2)iCC可根据车辆配置参数(特别是总重量)、车速、天气和路面状况、本车正前方英里级路段道路纵坡函数分布等信息，自主动态调节安全跟车距离(L1>L2>L3)，而ACC的安全跟车距离为可预设的静态参数，无法动态调整；本发明iCC技术在RDE油耗及排放最小化、货运时效性和刹车有效性等有益技术效果方面都要明显优于现有技术PCC加ACC。
与现有技术不同，本发明中“软件定义混联动力总成”技术是聚焦同时优化ACE重卡的动力性、油耗、排放三大技术指标的多种技术措施的集合，包括下列技术措施中至少两种的组合，例如串混智能启停控制技术(iSS)、并混智能功率切换控制技术(iPS)、智能模式切换控制技术(iMS)、智能巡航技术(iCC)、发动机清洁冷启动技术(CCS)、无离合器换挡控制技术(CGS)，预测性荷电状态控制技术(PSC)、基于机器学习(ML)节油算法的整车预测性功率管理策略(PPMS–Predicative Power Management Strategy)、后处理系统智能温控技术(iTM)、发动机二元停缸技术(bCDA)等。虽然本发明的若干实施例聚焦干线物流ACE柴油重卡，但软件定义混联动力总成技术同样适用配置混联动力总成的各种类型和吨位的道路或非道路车辆(乘用车，轻型/中型/重型商用车)和各种内燃机(点燃式汽油机，压燃式柴油机，点燃式或压燃式天然气发动机)；可采用上述组合技术措施，达到车辆在实际驾驶环境下(RDE)同时优化油耗及排放的有益效果。
改装ACE重卡实施例如下：1)在美国选择合适的二手重卡(Used Truck)；优选满足美国联邦EPA-2010排放法规，总里程(Milage)小于60万英里、车况良好的二手柴油或天然气重卡，发动机101只要状态良好，排量11升～16升都能用，变速箱150必须是状态良好的自动机械变速箱(AMT)；如果连发动机101和变速箱150都要拆下大修(Powertrain Out-of-frame Overhaul)，则只需整车底盘和驾驶室状况良好；2)准备混动改装套件(HCK-HybridConversion Kit),包括双电机110&140(低转速高转矩永磁同步或交流异步电机，额定功率100～200kW)、电池包130a&b(功率型液冷电池包，总容量20～90kWh，可由两组不同电芯组合并联)、离合器111(重型线控离合器)、电功率分流器(ePSD)123，百千瓦级刹车电阻131；还可以包括实现新增混联动力总成域控制器功能的车辆控制器(VCU)201、卫星导航仪(GNSS)220、无线网关210、毫米波雷达230、地图仪240(含全国道路ADAS三维电子地图)，和配合上述关键子系统改装所需的各种机电配件组合；3)由经过训练并获得上岗许可的技工完成ACE重卡010的改装。无论发动机101的排量大小，每辆改装ACE重卡在并联模式下的整车合计连续驱动功率均大于500kW，其动力性和刹车性能明显优于当今全球任何顶级量产商用的柴油重卡，并且比改装前的二手重卡的实际(RDE)油耗(CO2)减少20％～30％，RDE排放(NOx)降低50％以上，达到美国GHG-II法规针对2027年新重卡的强制性要求。本发明的ACE重卡技术，除适用于新重卡外，还能以高性价比在2027年前，将美国近200万量在用柴油重卡中超过25％的二手重卡(累计超过50万辆)改装成高动力性、超低RDE油耗和排放的ACE重卡，具有重大的经济和社会益处。ACE重卡还可以配置带二元停缸功能(dCDA)的柴油机和增加智能温控功能(iTM)的现有技术的单箱集成式后处理系统(ATS)，在2027年前批量商用能够同时满足2027年全美GHG-II法规CO2限值和加州超低排放组合法规(NOx比EPA-2010限值减少90％)的ACE重卡。
参见图6，发动机101在其万有特性曲线第四象限内(正转速，负转矩)被动运行模式(POM)可按照特定气缸在一个完整的发动机四冲程循环周期的具体工作方式再细分为两类；第一类为“断油模式”(CCO–Cylinder Cut-Off)，第二类为“停缸模式”(CDA)；所谓CCO，指特定气缸在燃烧冲程完全切断喷油，但该缸的进气阀和排气阀都正常开关运行，显然CCO适用于所有量产商用的发动机，实质上为一种特定的发动机喷油控制策略，完全由软件实现，并不需要发动机配置复杂的可变气门驱动机构(VVA)；而所谓CDA，指发动机部分但非全部指定气缸除在燃烧冲程完全切断喷油之外，对应断油气缸的进气阀和排气阀都在发动机四冲程周期(Four-Strock Engine Cycle)内保持常闭，显然CDA控制策略只适用于配置复杂可变气门驱动机构(VVA)的先进发动机，无VVA机构的普通发动机则无法实现CDA功能。
发动机的“燃烧因子”(CF-Combustion Factor)定义为在发动机一个四冲程发动机周期(Engine Cycle)内完成燃烧做功的气缸数占比。例如对现代重卡的直列六缸(I6)柴油机而言，CF＝1对应发动机全部六个气缸都正常燃烧做功；CF＝1/2对应发动机只有三个气缸正常燃烧做功，另外三个气缸无燃被动运行(CCO或CDA)；CF＝1/3对应发动机只有两个气缸正常燃烧做功，其余四个气缸被动运行(CCO或CDA)；CF＝0对应发动机全部六个气缸都被动运行(CCO或CDA)。现有发动机CDA技术中，燃烧因子CF为不大于1的正数；换句话讲，现有模拟电控发动机技术(包括CDA技术)中，发动机101正常运行时，除零转速和转矩(即发动机静止点)的特殊零点外，发动机的CF不允许为零，即发动机不允许全部气缸都被动运行，工作在其万有特性曲线的第四象限(发动机刹车模式除外)。
以I6发动机为例，要实现CDA功能，该发动机必须配置VVA机构；现有CDA技术最简单的实施例需要两路独立线控信道的VVA机构(称VVA-2)，可分别控制两组气缸的进排气阀，每组包括三个气缸；多数为有六个独立线控信道的VVA-6，可分别控制六个气缸的进排气阀；最复杂的实施例需要十二路独立线控信道的VVA-12，可分别控制六个气缸的进气阀或排气阀；显然线控信道数越高，发动机的VVA机构也越复杂，成本也更高，同时控制的维度更高，性能更好；同时VVA机构功能向下兼容而非向上兼容，例如VVA-12可兼容VVA-6的全部功能，而VVA-6可兼容VVA-2的全部功能，反之不成立。与现代汽油机采用CDA技术聚焦降低RDE油耗不同，现代重卡柴油机采用CDA技术，主要目的是增加一种柴油机后处理系统热管理的有效方法，在维持RDE油耗基本不变的前提下，明显降低柴油机RDE排放(NOx和PM)。
发动机停缸技术(CDA)在轻型车汽油机或柴油机上已经量产商用，但在重卡柴油机上，截止2020年底，世界范围内重卡柴油机CDA技术仍处于研发阶段，没有量产商用。重卡柴油机CDA技术的挑战除发动机需重新设计，增加复杂的VVA机构及成本，重新标定，待验证VVA机构的长期寿命(百万英里级)外，还有CDA发动机模式切换(即发动机正常运行(CF＝1)与各种CDA模式(0<CF<1)之间的动态切换)时所引起的整车层面的振动噪声问题(NVH)；而CDA发动机的NVH问题无法在发动机台架上通过调整测试来有效地解决，必须在整车层面定制化调测解决，费时耗资。本发明聚焦一种新颖的CDA发动机技术方案–“二元停缸技术”(bCDA–binary Cylinder DeActivation),具体技术措施如下：优选通过对发动机进排气机构进行设计更改，配置一套VVA-1机构，该机构包含一个气阀组离合器(VtC–Valve-trainClutch)，该VtC由一路数字信号(例如高态为1，低态为0)控制，有两个稳定的VtC工况，断开或闭合；线控信号为1时，离合器(VtC)闭合时，发动机的所有进排气阀都由发动机的凸轮轴驱动正常工作，CF＝1或0；线控信号为0时，离合器(VtC)断开，发动机的所有进排气阀都与发动机的凸轮轴机械解耦，全部进排气阀在发动机四冲程周期内都常闭，CF＝0；显然，对六缸重卡CDA发动机101而言，单信道VVA-1机构比多信道VVA-2、VVA-6、VVA-12等机构都更简洁耐用，控制策略简单实用，成本增量(Cost Delta)更低，为bCDA最优实施例；当然，各种多信道VVA机构(例如VVA-2、VVA-6、VVA-12等)也能向下兼容实现VVA-1机构的所有功能，但性价比都不如VVA-1，为次优实施例。发动机行业的技术人员可采用多种可量产商用的可变气门启动技术方案来实现VtC装置，而配置VtC装置的单信道VVA-1机构，是实施发动机二元停缸技术(bCDA)的多种可行技术方案中最简单和性价比最高的VVA装置；本发明以抽象化的VtC为一个系统零件，聚焦软件定义动力总成和ACE重卡。需强调，二元停缸技术(bCDA)应结合数字脉控发动机技术(iSS或iPS)，才能充分发挥同时优化发动机节能减排的有益功效，而现有技术的发动机停缸技术方案，并不包含本发明的二元停缸技术方案；换句话讲，二元停缸技术(bCDA)是对现有停缸技术(CDA)的明显改进，在保持性能的前提下，结构更简单、成本更低、耐久性更长、NVH特性更优。
本发明的脉控发动机(串混iSS或并混iPS)还能够明显改善由停缸技术(包括二元停缸技术)，特别是CDA模式动态切换，所引发的发动机或整车层面的振动噪声特性(NVH)恶化问题，具体技术措施如下：将脉控发动机CDA模式切换的瞬态时间都控制在数字脉控发动机101的被动运行模式(POM)时间段内，例如发动机在高态(CF＝1)与低态(CF＝0)之间双向切换时，先实施断油模式(CCO)，等发动机在低态运行开始至少0.5秒后再断开VtC，启动二元停缸模式(bCDA)，全部气缸的进排气阀都进入常闭状态；后等发动机低态运行结束前至少0.5秒再闭合VtC，退出二元停缸模式，全部气缸的进排气阀都恢复到正常开关工作状态，每个气缸的进排气阀，都会在无燃被动运行模式下经过至少一个完整的发动机周期后才会出现CDA模式双向切换；换句话讲，受控于VCU 201和/或ECU 102，数字脉控发动机101的CDA模式切换，只会发生在发动机第四象限的低态工况时间段，不允许发生在发动机第一象限的高态工况时间段，从而极大避免了发动机CDA模式切换与发动机各个气缸燃烧冲程(Combustion Strock)直接耦合并相互影响所引发的发动机或整车层面的机械振动噪声问题(NVH)；本发明的数字脉控(DPC)发动机比现有技术的模拟电控(AEC)发动机的另一个优点在于前者能完全避免后者CDA模式切换所引发的整车层面振动噪声问题(NVH)和相应的发动机与整车工程适配联调问题。
参考图7，ACE重卡010的现代柴油机101的后处理系统(ATS–After-TreatmentSystem)可包括下列模块，涡轮增压器(T)108的废气出口可视为发动机本体与后处理系统之间的机械接口，催化剂电加热器(ECH；简称“催化电热器”)301的外形结构可为一段联接T108的废气出口与集成式后处理系统305(简称“单箱系统”)的入口的带耐热绝缘外层的不锈钢管，ECH内部包含废气流通压降小的车规电加热器，受控于功率控制器(PCU)302，可将通过ECH的废气迅速加热(秒级)至250摄氏度以上，还可以迅速加热单箱系统305内部的各个催化剂模块，例如DOC 310、DPF 320、SCR 340等。优选基于IGBT电力电子技术的功率控制器302，从ePSD 123的汇流点(X)125获取高压直流电，可采用脉宽调制(PWM)控制策略并配置CAN总线的通讯能力，ECH和PCU的额定功率应至少30kW。除非特别注明，本发明中的各种基于IGBT电力电子技术的强电功率控制器和弱电微处理器或微控制器都具备双向CAN总线通讯能力。满足当前排放法规(美国EPA-2010；欧-VI；国-6)的主流柴油机集成式后处理系统305包括下列模块：柴油氧化催化器(DOC)310，串联柴油微粒捕捉器(DPF)320，串接选择性催化还原器(SCR)340，串联尿素泄漏催化器(ASC)，串接排气管360；尿素喷嘴(UIU)330位于DPF 320的出口与SCR 340的入口之间，可动态精准地控制从柴油排放液体罐(DEF；即尿素罐)331的喷尿素时间和剂量。
可优选催化电热器(ECH)301的额定电功率范围30kW～70kW，功率控制器(PCU)302的额定电功率范围25kW～65kW；额定功率小于上述下限的ECH和PCU成本更低，但迅速加热能力有限，为次优方案；额定功率大于上述上限的ECH和PCU迅速加热能力高，但成本明显增加，为次优方案；因PCU 302的成本明显高于ECH 301，ECH的额定功率应大于PCU，适度超配。其它实施例还包括，将图7中ECH 301的位置后移到单箱系统305的内部，放置在DPF320之后和SCR 340之前。尿素喷嘴(UIU)330可包括千瓦级电加热功能。本公开中的发动机后处理系统(ATS)智能温控技术(iTM),指采用图7所示ECH 301、PCU 302、UIU 330等模块，通过电力电子控制和电加热来动态调节单箱系统305内部各种催化剂(特别是SCR 340)的工作温度范围(250摄氏度至550摄氏度)，保证整车工况如何，发动机后处理系统始终工作在各种催化剂的高效区，最大限度降低整车污染物排放。
当前美国重卡行业还没有找到能够同时满足柴油重卡2027年GHG-II法规CO2排放限值(等效油耗)和加州超低NOx排放限值(比EPA-2010限值降低90％)的可量产商用的技术方案；行业专家普遍认为，可行的技术方案应包括对现代柴油机本体加后处理系统实施全局性(Holistic)的设计更改(硬件和软件方面)，例如发动机停缸技术(CDA)，在涡轮增压器108的出口与集成式后处理系统305的入口之间增加一个前置性“关灯选择性催化还原器”(LO-SCR，包括另一个尿素喷嘴)等；LO-SCR的主要作用是当柴油机涡轮增压器出口废气温度(ToT–Turbo Out Temperature)低于250摄氏度时(后处理系统的“关灯”状态；LO–LightOut)，以更快的速度加热升温，承担柴油机低负荷(功率或转矩负荷率<30％)或怠速工况运行降低NOx排放的主要任务；配置LO-SCR除增加后处理系统的体积、重量、复杂性、成本之外，还因LO-SCR布置在DOC及DPF之前，要承受更多废气内物质的不良影响，例如颗粒物或硫等，会明显降低LO-SCR的性能和寿命，而通过改变发动机工况对LO-SCR实施间歇性高温(500摄氏度以上)脱硫再生(Desulfation)又会消耗燃料，提升CO2排放。
本发明提出一项基于当前全球可量产商用的柴油机和其它车规机电零部件，能在2027年量产商用同时满足美国GHG-II法规CO2限值和加州柴油机超低排放组合法规NOx限值(比EPA-2010降低90％)的ACE重卡软件定义混联动力总成技术方案，具体技术措施如下：选择带VVA机构的量产商用发动机101(柴油或天然气)，参照图1和图2和前述实施例，搭建ACE重卡010的双电机混联动力总成系统；利用串混iSS技术或并混iPS技术，将该模拟电控发动机(AEC)转换成一台数字脉控发动机(DPC)，对该VVA数字脉控发动机实施二元停缸控制(bCDA)，参照图7和前述实施例；搭建具备智能温控功能(iTM)的发动机后处理系统；由VCU 201与ECU 102、ePSD 123、电池包130a&b的BMS(电池管理系统)、TCU 151、PCU 302、UIU330等控制模块协同，根据ACE重卡010的节能减排AI算法，动态控制发动机101、双电机110&140、离合器111、变速箱150、电池包130a&b、催化电热器(ECH)301、尿素喷嘴(UIU)330等子系统的运行工况，同时优化节能减排，实现ACE重卡RDE油耗和排放同时最小化，满足2027年美国法规(GHG-II；加州)柴油重卡CO2和NOx的限值；上述技术方案简称“柴油NZE”技术方案。
如果ACE重卡010要同时满足美国联邦GHG-II(CO2排放)法规和EPA-2010法规(NOx法规)，性价比最优实施例中，可采用配置无VVA机构的普通发动机101的混联动力总成(参见图1&2)，配合串混iSS技术或并混iPS技术及节能减排AI算法；该发动机虽无法实施二元停缸控制(bCDA)，但仍可实施二元断油控制策略(bCCO–binary Cylinder Cut-Off)，只需不带智能温控功能(iTM)的普通单箱系统305为后处理系统；在北美将现代二手柴油重卡(满足EPA-2010法规)合法改装成ACE重卡，优选该实施例的技术方案。显然，二元停缸技术(bCDA)与二元断油技术(bCCO)相比，优点首先在于完全避免数字脉控发动机被动运行模式下(POM)的冷废气给单箱系统305内部各个催化剂模块降温到250摄氏度以下，保证后处理系统始终运行在高效区，有助减排；其次才是降低数字脉控发动机被动运行模式下的泵其损失，有助节能；缺点是前者要将现代量产普通发动机硬件升级成带VVA机构的先进发动机，系统成本增加。
本发明中，准零排放(NZE)柴油重卡特指同时满足2027年美国联邦GHG-II法规和加州超低NOx排放组合法规(NOx比EPA-2010限值降低90％)的可量产商用的柴油重卡，目前行业还在积极寻找高性价比和可量产商用的NZE柴油重卡技术方案。柴油NZE技术实施例，优选采用带单信道可变气门驱动机构(VVA-1)的大型六缸柴油机；还可选用带多信道可变气门驱动机构的大型六缸柴油机，例如VVA-2、VVA-3、VVA-6、VVA-12等。
需强调，针对并混车辆实施iPS控制技术，其实只需要一台峰值转矩或功率与发动机相当的大型电机(混动P1或P2位置)与发动机101并联，以转矩叠加共同驱动车辆，就能通过VCU201的软件将该车的模拟电控发动机转换成一台数字脉控发动机，实现软件定义的并混动力总成；并不强求使用双电机(110和140)加离合器111。单电机的ACE并联重卡可视为配置了图1所示双电机混联动力总成的特例。参见图1和图2，一种单电机并混动力总成的实施例如下，取消发电机(MG1)110和电机控制器(MCU1)121，但保留转矩耦合器(mTC1)103、离合器111、转矩耦合器(mTC2)104、驱动电机(MG2)140；此时电功率分流器(ePSD)123从三端口电力电子网络简化为双端口网络(关闭端口I；保留端口II&III)；优选永磁同步(PMSM)或交流异步(ACIM)电机(MG2)140的最大连续功率值(即额定功率)范围：150kW～220kW，最大脉冲功率值(10秒级)范围：250kW～410kW；电机控制器(MCU2)122a的最大连续功率值和最大脉冲功率值应比电机(MG2)的对应限值略高(至少110％)；图1和图2中的其余标配或选配的子系统与上述双电机混联实施例保持相同。显然，电机(MG2)140的最大功率(连续或脉冲)超出优选范围系统也能正常工作；但电机太小(小于150kW)虽能降低其重量和成本，但车辆动力性和节能减排优化效果也降低；但电机太大(大于250kW)虽能提升车辆动力性和节能减排优化效果，但其重量和成本明显增加；二者均为次优选项；其它单电机并混实施例还包括将驱动电机(MG2)布置在混动P1、P3、P4位置，但在P3或P4两种位置因电机(GM2)无法通过变速箱150放大转矩，对ACE重卡010整车动力性和DPC发动机101的正常运行都有负面影响，为次优选项。本发明中，除非特别声明，双电机混联动力总成即包含双电机纯串混或纯并混这两个特例，也包括单电机并混动力总成这一特例。
参见图1&2，比较下列两类实施例的优劣；一个实施例为双电机混联动力总成，发动机101的峰值功率300kW，双电机(MG1/MG2)110和140的额定功率分别为125kW和175kW；另一个实施例为单电机并联动力总成，发动机101的峰值功率300kW，电机(MG2)的额定功率为300kW；两套系统的其它子系统(标配或选装)相同；根据目前全球低转速大转矩车规电机产业的发展现状，双电机系统(125kW+175kW；包括电机控制器)的成本大概率会低于单个大电机(300kW；包括电机控制器)，前者在供货商多样化，确保低成本高质量供货方面明显优于后者；二者的系统综合动力性基本相同，都可通过脉冲调制(串混iSS或并混iPS)技术措施将现有技术的模拟电控(AEC)发动机101转换成数字脉控(DPC)发动机；但前者比后者多出若干系统功能(例如智能模式切换(iMS)，串混模式，双电机冗余性等)，在同时优化整车节能减排方面，前者(双电机混联)比后者(单电机并混)控制抓手更多，性能更优；所以前者(混联)比后者(并混)的综合性价比更高，为优选实施例。
全球重卡行业常识，同样车辆配置参数(发动机排量、总重等)和货运路线的条件下，干线物流重卡的实际油耗与司机的驾驶风格密切相关，RDE油耗值离散度高达20％；省油的司机擅长充分利用高速重卡的巨大惯性和对前方英里级路段纵坡函数分布的观察和记忆，尽量减少猛踩油门或刹车，将车速平稳地控制在一个速度带内；而费油的司机既不会充分利用高速重卡的巨大惯性，也不擅长对前方英里级路段纵坡函数分布的观察和记忆，高频次猛踩油门或刹车来维持车速或超车，每一脚油门或刹车都意味着增加油耗-油费或排放。人类要上天飞行，不能简单地模仿鸟类，设计出带振动翅膀的飞行器，而要根据空气动力学第一性原理和控制论来设计飞行器；同样，人类要将干线物流重卡节能减排优化任务自动化，同样不能简单模仿有经验的司机，而要找到解决干线物流重卡节能减排问题的第一性原理。
干线物流重卡优化节能减排的第一性原理为车辆动力性方程(1-1)；人类司机无法用心算(Mental Steps)或笔算(Pen and Paper)来实时(秒级时延)求解车辆动力性方程，不能定量地(相对误差小于10％)动态预测电子地平线内(分钟级或英里级)车辆路载功率时空函数的分布，省油的司机也只能对全国范围内部分熟悉路段的纵坡分布有粗犷定性的记忆；而车载计算机(例如VCU 201)可根据ACE重卡010的静态参数(发动机排量和功率、电机功率、电池包容量、车辆总重、3D地图、风阻系数、轮阻系数等)和动态数据(车速、加速度、道路纵坡、时间、本车定位等)，轻松地以至少0.2Hz的刷新频率和相对误差小于10％精度动态求解车辆动力性方程(1-1)，实时精准地预测电子地平线内(小时级或百英里级)车辆路载功率时空函数分布(简称“预测路载功率”)；同时ACE重卡010的各种传感器和控制器(例如ECU102、GNSS 220、VCU 201、MCU1 121、MCU2 122a、BP1 130a、BP2 130b等)协同，能以高于2Hz的刷新频率测算、本车存储、云端上传重卡实测“节油数据集”。显然节油数据集中包含实际路载功率；将实际路载功率时空函数与预测路载功率时空函数投影到车辆行驶道路纵向一维空间并计算差值，可借助机器学习(ML)算法，车端和云端协同(见图5)，自主持续改善VCU 201预测路载功率的精度；实时精准地预测百英里级电子地平线内路载功率函数分布是干线物流ACE重卡010通过智能巡航控制(iCC)技术措施来同时优化车辆节能减排的技术基础；VCU 201需要小时级或百英里级电子地平线做为整车功率管理策略(PMS)的规划空间来未雨绸缪，通过动态控制DPC发动机101瞬态功率函数的占空比并实时测算电子地平线内路载平均功率和发动机平均功率(方程MAW)来动态规划并控制电池包130a&b的平均荷电状态函数(SoC)，保证电池包130a&b大多数时间(90％+)工作在其高效区(BLL<SoC<BUL)，全部时间(100％)运行在其安全区(LRL<SoC<URL)，实现ACE重卡的DPC发动机101在整个货运事件实际油耗排放都最小化，且ACE重卡实际节能减排效果与司机水平和发动机性能都基本无关。
ACE重卡010节能减排优化问题的本质是整车功率管理策略(PMS)问题，本发明通过ACE重卡010的智能巡航控制(iCC)技术措施，实现整车在线实时全局的功率管理策略(PMS)；iCC通过两个相互解耦的控制环(即快速环或慢速环)，在保证整车动力性和主动安全性的前提下，实现ACE重卡010针对每个货运时间定制(Customize)并实施实时全局(Real-time&global)节能减排优化控制策略；iCC内层为秒级快速控制环，任何时刻，无论DPC发动机101工况点是高态或低态，VCU 201都能动态指挥ePSD 123、双电机110&140、电池包130a&b、离合器111等,实时地满足车辆动力性方程(1-1)及串混功率方程(2-4)或并混功率方程(3-3)；显然快速环只关注当下时空如何在发动机和电池包之间动态分配功率，以保证ACE重卡010的瞬态动力性、主动安全性和发动机节能减排的瞬态局部优化，不直接涉及发动机实时全局节能减排优化；iCC外层为小时级慢速控制环，VCU 201先以高于0.2Hz的刷新频率预测(小时级或百英里级)电子地平线内预测路载瞬态功率函数和预测路载平均功率函数(见方程MAW)，再根据特定的节能减排算法来动态调节预测平均路载功率与DPC发动机101平均功率函数在(小时级或百英里级)电子地平线内的差值分布(调DPC发动机的占空比；串混功率方程(2-4A)或并混管理方程(3-3A))，以保证电池包130a&b长期稳定地工作在高效区并寻求电池包再生电能或总电能累计吞吐量全局最大化，实现特定货运事件DPC发动机101实时全局节能减排最优化(Real-time and Global Optimization)；显然慢速环只关注实时全局优化车辆的节能减排，不关注发动机与电池包之间(即发动机与电机之间)的瞬态功率分配，而且慢速环与快速环之间解耦，二者可分别独立控制。
优选实施例中，DPC发动机101的PWM周期TPWM为一分钟,滚动平均窗口TMAW为五分钟(即五个PWM周期)，电子地平线时间段Tehz为一小时或到达终点时间Tttd；ACE重卡010在高速公路正常行驶时，平均车速高于40英里/小时，由于受同车道正前方车辆突然减速或其它交通状况的影响，ACE重卡010可能需要突然减速以保持行车安全距离，但这种瞬态车速突然下降多为暂时扰动(Transient Disturbance)，在一分钟内ACE重卡的车速会恢复到高速公路交通流的速度(高于40英里/小时)；由于ACE重卡010具备超强的再生制动能力(并混模式下10秒脉冲再生制动功率高达500千瓦)，这类暂时扰动仅对瞬态车速有明显影响，对整车全局节能减排的影响可忽略不计；功率管理策略(PMS)的快速环负责动态调节车辆的瞬态速度和加速度，保证车辆的动力性和主动行驶安全，其整车层面合计转矩千牛米级跃变或合计功率百千瓦级跃变的响应时间在百毫秒级；显然VCU 201预测未来一小时电子地平线内平均预测路载功率函数分布的相对误差要明显低于瞬态预测路载功率函数的相对误差(即预测值与实际值的方差)，同时平均预测路载功率的鲁棒性也明显优于瞬态预测路载功率；慢速环有充足的时间(小时级)通过动态调节DPC发动机101瞬态功率PWM占空比来动态控制电池包130a&b在CS、CD、CI三种模式之一稳定运行或切换，对电池包实施预测性荷电控制(PSC)，寻求再生荷电周转率最大值或总荷电周转率最大值，从而实现ACE重卡010实时全局性优化RDE节能减排；需强调，基于本发明iCC技术的节能减排优化算法为在线实时全局(On-line Real-time Global)优化算法，与现有技术内燃机车辆或混动车辆所采用的功率管理策略(PMS)有实质性差异，前者(iCC)比后者(现有技术)有车端算力要求低、算法误差小且鲁棒性高、发动机101油耗和排放(CO2&NOx)同时最小化、可实现“千车千面”等多重优点。
在本发明中，发动机101的工况指发动机飞轮处的瞬态转速和转矩，动力总成(含发动机101，电机110&140，变速箱150，驱动桥160&180等)或ACE重卡010的工况指车辆所有驱动轮的瞬态转速和合计转矩；对ACE重卡010而言，车辆工况与混联动力总成工况等效，但与发动机101的工况不等效；ACE重卡工况与发动机工况相互独立，可以分别控制。所谓发动机的点工况、线工况、或面工况分别指在发动机运行时间内，其所有瞬态工况点在万有特性曲线平面(转速为横轴，转矩为纵轴)的投影集合分别为若干(一至三)固定的点、线、或面；显然车辆的运行工况永远为面工况。参见图4，本发明与现有技术的区别特征之一是ACE重卡010的数字脉控(DPC)发动机101能永远以线工况运行(串混或并混)，其中至少一条线工况在发动机的主动运行(AOM)高效区，另一条线工况在发动机零排放零油耗的被动运行(PAM)高效区，两条线工况之间可秒级平顺切换；而现有技术中内燃机重卡或混动重卡(特别是并混或混联重卡)的传统模拟电控(AEC)发动机均为面工况，无法长期稳定地以最多三条线工况之一运行(含快速切换)。
现有技术中内燃机重卡或混动重卡的模拟电控(AEC)发动机101的瞬态功率函数与车辆路载功率函数类似，均为模拟缓变时间函数，车辆正常行驶时(紧急刹车除外)，发动机瞬态功率函数不会出现秒级时间内百千瓦级的跃变(特别是从低态向高态的跃变)；参见图4和图6，本发明ACE重卡所配置的数字脉控(DPC)发动机101的瞬态功率函数为双极性非等幅脉宽调制(PWM)函数，在每个PWM周期内(分钟级时间段)，最多可出现两次百千瓦级的秒级跃变(一次低态向高态跃变和/或一次高态向低态跃变)；本发明DPC发动机的必备技术特征之一便是无论ACE重卡010的实际循环工况(Duty Cycle)如何，发动机瞬态功率函数会经常(分钟级间隔)出现百千瓦级跃变(秒级)；显然DPC发动机的瞬态功率函数与现有技术AEC发动机的瞬态功率函数在时间域的表现形式有本质性的差异，上述两种不同发动机瞬态功率函数表现形式所对应的物理解释如下：现有技术的AEC发动机101的全部运行工况点在发动机万有特性曲线第一象限内以点云分布复杂面工况呈现，其中有不可忽略的部分工况点(10％+时间概率)落在发动机的燃烧高效区以外；而DPC发动机101的全部运行工况点在发动机万有特性曲线第一象限或第四象限内以至少两条简单线工况呈现(参见图4)，其中第一象限内的高态工况点几乎全部(99％+时间概率)落在发动机的燃烧高效区内指定的工况线，保证DPC发动机能同时优化实际油耗和排放；第四象限内的低态工况点全部落在指定的零油耗零排放工况线(即另一类高效工况点)；在发动机高态与低态之间双向切换瞬态燃烧低效工况点出现的时间概率小于1％，这些小概率低效工况点对DPC发动机实际累计油耗和排放的影响可忽略不计。
智能模式切换(iMS)技术是智能巡航控制(iCC)组合技术集合中的一员，优选实施例如下：VCU 201以不低于0.5Hz刷新频率动态计算小时级电子地平线内瞬态预测路载功率和平均预测路载功率分布，在平均预测路载功率时空函数绝对值小于50kW且长度大于0.5英里的高速公路路段，优先从并混模式(离合器111闭合)切换到串混模式(离合器111断开)，当平均预测路载功率绝对值或平均实际路载功率大于50kW时，优选并混模式；显然DPC发动机101在串混iSS低态工况的机械功耗或电耗要明显低于并混iPS低态工况的机械功耗或电耗，iMS能进一步降低油耗1％；由于驱动电机140与变速箱150机械联接，变速箱永远不挂空挡运行，iMS与现有技术的空挡滑行(商用名eCoast或SmartCoast)在技术措施上有明显差异，前者比后者的刹车有效性更优。
本发明的软件定义混联动力总成和ACE重卡与现有技术相比，聚焦车辆RDE节能减排，大幅降低了利用信息(节油数据集)节省能量(油耗)的技术难度，明显提升了通过消耗信息导致ACE重卡实际油耗排放下降的转化效率。
尽管本公开采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
Claims (15)
1.一种混动重卡，包括：
驱动电机，与所述所述混动重卡的驱动轴机械连接；
发电机组和至少一个动力电池包，其各自能够独立地向所述驱动电机提供功率，其中所述发电机组包括双向机械连接的发动机和发电机；和
车辆控制器，其被配置为：
控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，
在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及
在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，
所述车辆控制器还被配置为：
以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
2.根据权利要求1所述的混动重卡，还包括：
可控离合器，设置在所述发电机组与所述驱动电机之间，并能够被操作为：
当所述离合器耦合时，使得所述发电机组与所述驱动电机之间具有直接机械连接；以及
当所述离合器断开时，使得所述发电机组与所述驱动电机之间失去直接机械连接。
3.根据权利要求1或2所述的混动重卡，其中所述以第一调制模式对所述所述发动机所提供的功率进行调节包括：
在每个控制周期内，确定所述发动机工作在所述燃烧状态下的时间与所述控制周期之间的占空比。
4.根据权利要求3所述的混动重卡，其中所述以第一调制模式对所述所述发动机所提供的功率进行调节还包括：
在每个控制周期内，根据未来某一时间点处所需的电池的电荷状态，来进一步调节所确定的所述占空比，以得到更新后的占空比。
5.根据权利要求3所述的混动重卡，其中所述以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节还包括：
在每个控制周期内，控制所述发动机工作在所述燃烧状态下的功率幅度和/或工作在所述未燃状态下的功率幅度。
6.根据权利要求5所述的混动重卡，其中所述控制所述发动机工作在所述燃烧状态下的功率幅度包括：
当所述离合器耦合时，所述发动机所提供的功率幅度选自：由转速的所述第一正值范围和转矩的所述正值范围共同限定出的区域中、预定义的比油耗曲线上的工作点所对应的功率幅度；以及
当所述离合器断开时，转速的所述第一正值范围被设定为一固定值，并且所述发动机的所提供的功率的幅度选自：由所述转速的固定值和转矩的所述正值范围共同限定出的区域中的一条直线段上的工作点所对应的功率幅度。
7.根据权利要求1所述的混动重卡，还包括：
电功率分流器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中
所述第一端口与所述发电机组双向交流电连接；
所述第二端口与所述驱动电机的输入端双向电连接；和
所述第三端口与所述至少一个动力电池包双向直流电连接，以及
所述电功率分流器受控于所述车辆控制器，在所述发电机机组、所述电池包、和所述驱动电机之间，对电功率的流动路径、幅度、和方向进行控制。
8.根据权利要求1所述的混动重卡，其中所述车辆控制器还被配置为：
确定多个控制周期内的所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值；以及
基于所确定的所述路载功率的平均值与所述内燃机所提供的功率的平均值之差，来确定所述动力电池包在所述多个控制周期内的工作模式，以使得所述电池包能够进入下述三种模式中的一种：
-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值基本为0时，进入电荷保持模式，其中电荷状态保持在预定义的第一上限和第一下限之间；
-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值实质上大于0时，进入电荷消耗模式，其中所述电荷状态的平均值在预定义的第二上限和第二下限之间单调下降；以及
-当所述路载功率的平均值和所述内燃机所提供的功率的平均值之间的差值实质上小于0时，进入电荷增加模式，其中所述电荷状态的平均值在预定义的第二上限和第二下限之间单调上升，其中所述第二上限高于所述第一上限，所述第二下限低于所述第一下限。
9.根据权利要求1所述的混动重卡，还包括：
功率控制单元、催化电热器和后处理系统，其中，所述后处理系统沿废气排放方向布置在所述催化电热器的下游，
其中，所述功率控制单元在所述内燃机处于所述未燃状态下以及从所述未燃状态向所述燃烧状态转变时，控制所述催化电热器对所述后处理系统进行加热。
10.根据权利要求9所述的混动重卡，其中所述车辆控制器还被配置为：
在所述内燃机处于所述未燃状态下时，使所述内燃机的全部气缸的进气阀和排气阀均进入闭合状态，以降低吸入的空气对所述下游催化系统的温度的影响。
11.一种混动重卡，包括：
驱动电机，与所述所述混动重卡的驱动轴机械连接；
发动机和至少一个动力电池包，其各自能够独立地向所述驱动电机提供功率；和
车辆控制器，其被配置为：
控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，
在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及
在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，
所述车辆控制器还被配置为：
以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式根据所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
12.一种改装传统燃油重卡的方法，包括：
提供一已有的传统燃油重卡，所述已有的传统燃油重卡中已经包含发动机；
提供驱动电机，将其与所述传统燃油重卡的驱动轴机械连接；
提供发电机，将其与所述发动机双向机械连接；
提供至少一个动力电池包，其中所述发电机和所述动力电池包被设置成能够分别独立地向所述驱动电机提供功率；以及
提供车辆控制器，其被配置为：
控制所述发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，
在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及
在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，
所述车辆控制器还被配置为：
以第二调制模式，对所述动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式根据所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
13.一种用于控制车辆的装置，包括：
处理单元；以及
存储器，耦合到所述处理单元并包含有计算机程序代码，所述计算机程序代码当被所述处理单元执行时，使得所述装置执行如下动作：
控制所述车辆的发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，
在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及
在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，
所述装置还被配置为：
以第二调制模式，对所述车辆的动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
14.一种用于控制车辆的方法，包括：
控制所述车辆的发动机，使其仅能够工作在一指定的燃烧状态或另一指定的未燃状态下，并能够在所述两个状态下之间进行切换，从而以第一调制模式对所述发动机所提供的功率进行调节，其中，
在所述燃烧状态下，所述发动机具有在一指定的第一正值范围内的转速，和在一指定的正值范围内的转矩；以及
在所述未燃状态下，所述发动机具有在一指定的第二正值范围内的转速，和在一指定的负值范围内的转矩，并且所述负值范围内的转矩的绝对值均低于所述正值范围内的转矩值，以及，
以第二调制模式，对所述车辆的动力电池包所提供的功率进行调节，所述第二调制模式基于所述所需的路载功率和所述第一调制模式来确定。
15.一种计算机程序产品，其存储在非易失性计算机可读介质上并包括机器可执行指令，所述可执行指令当被执行时引起所述机器执行根据权利要求14所述的方法的步骤。
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