CN115052802A - 用于在规避机动期间控制自驱动拖台车辆的方法 - Google Patents

用于在规避机动期间控制自驱动拖台车辆的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆的转向的方法，所述方法包括：确定与所述拖台车辆的牵引杆相关联的铰接角；确定所述拖台车辆的纵向速度；和基于所述铰接角和所述拖台车辆的纵向速度来控制所述拖台车辆的转向，其中，所述控制包括：在所述拖台车辆的纵向速度高于速度阈值的情况下，使所述拖台车辆开始在铰接角方向的方向上转向。

Description

用于在规避机动期间控制自驱动拖台车辆的方法
技术领域
本公开涉及重型车辆，例如卡车和建筑设备，特别是涉及包括用于控制拖台车辆转向的控制单元的拖台车辆(dolly vehicle)。虽然将主要针对半挂车车辆和卡车来描述本发明，但本发明不限于这种特定类型的车辆，而是还可用在其它类型的车辆中。
背景技术
半挂车车辆通常包括牵引车，该牵引车被布置成经由牵引座连接来牵引挂车单元。为了扩展半挂车车辆的货物运输能力，可以将拖台车辆添加到车辆组合体中，这允许同一牵引车牵引多个附加的挂车单元。传统的拖台是一种无动力车辆单元，其被设计成用于连接具有强劲牵引动力的牵引车单元、卡车或原动机车辆。
近年来已经提出了包括诸如电机的车载动力源的拖台车辆和具有一个或多个转向桥的拖台车辆。这样的拖台车辆可以为车辆组合体提供额外动力，从而减少了施加在原动机车辆上的牵引动力需求。电动拖台车辆还可以减少车辆组合体的整体燃料消耗，因为：与传统柴油发动机驱动的牵引车相比，电动拖台车辆提供了一定程度的混合动力。转向桥拖台车辆还可以用于改进车辆组合体的转向，例如当通过急转弯时。对通过急转弯的机动的这种类型的控制主要在低车速下执行，并且包括由拖台单元在与铰接角的方向相反的方向上转向，即，与该拖台前方的车辆单元的方向相反。
US 10,518,831 B2涉及自驱动(self-powered)可转向拖台车辆。公开了用于控制拖台车辆以便例如通过急转弯的方法。
US 9,598,089 B2讨论了包括拖台的长车辆组合体的稳定性。公开了用于使拖台车辆转向以提高整体车辆稳定性的方法。
然而，需要更先进的控制方法来充分发挥自驱动可转向拖台车辆的潜力。
发明内容
本公开的目的是提供一种改进的用于控制自驱动可转向拖台车辆的方法。该目的至少部分地通过一种用于在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆的转向的方法来实现。该方法包括确定与拖台车辆的牵引杆相关联的铰接角以及铰接角的方向。该方法还包括确定拖台车辆沿着轨迹的纵向位置和拖台车辆的纵向速度。该方法还包括基于铰接角和拖台车辆的纵向位置来控制拖台车辆的转向，其中，该控制包括：在拖台车辆的纵向速度高于速度阈值的情况下，使拖台车辆在所述铰接角方向上转向。
通过使拖台车辆在所述铰接角的方向上转向(即，跟随拖台车辆前方的车辆单元转向)，延长了车辆组合体的有效轴距，使车辆对横向加速度更具弹性，并有助于减少由于例如高车速下的规避机动而产生侧向力。通过还基于拖台车辆的纵向位置来控制拖台车辆的转向，进一步抑制了侧向力，因为这种依赖于位置的控制允许控制机动的精确定时和协调。
所述速度阈值可以被配置在10-40km/h之间，优选在20-30km/h之间，更优选为30km/h，这取决于车辆的类型和驾驶场景。
应当明白，基于铰接角并基于拖台车辆的纵向位置控制拖台车辆的转向可以基于使用拖台车辆上的转向桥施加转向角来执行。然而，也可以使用其它类型的MSD(例如行车制动器和能够再生制动的电机)执行转向。取决于当前驾驶场景和当前车辆状态，通常可以有利地使用不同MSD的组合。因而，可以使用转向桥或通过选择性地制动或加速拖台上的各个车轮，或者优选通过针对给定场景定制的运动支持设备操作的组合，来执行拖台车辆转向。
根据多个方面，所述控制包括在所述铰接角方向上施加转向角，该转向角与所述铰接角成比例。该转向角的这种比例控制提供了简单且复杂性低但稳健的实施选项，这是一个优点。
根据多个方面，所述机动是与显著的横向加速度相关联的规避机动。高速度下的规避机动产生所谓的向后放大效应，其中，在不同车辆单元处产生的侧向力会随着离牵引车辆的距离增大而增加。所提出的方法特别适合在较高速度下安全地执行规避机动。
根据多个方面，所述控制包括：最初在纵向速度低于速度阈值的情况下，使拖台车辆在与所述铰接角方向相反的方向上转向。如果速度不大，则可以施加有利于例如通过急转弯的反向转向类型，而不会降低整体车辆安全性。
根据多个方面，所述方法包括估计与拖台车辆牵引杆和/或布置在拖台车辆上的牵引座连接相关联的一个或多个联接力。然后，所述控制包括根据所述一个或多个联接力来产生加速力或减速力。能够基于联接力进行控制是有利的，因为它允许在执行控制以达到所期望的运动行为时具有额外的自由度，而且还因为能够关于将联接力保持在可接受的水平来执行包括制动或加速在内的规避机动。
根据多个方面，所述方法包括独立于被布置成牵引拖台车辆的牵引车辆来控制该拖台车辆。这意味着该拖台车辆也可以与传统牵引车辆(传统牵引车辆缺少被配置成控制拖台车辆的功能的高级控制单元)一起使用，这是一个优点。
根据多个方面，所述方法包括控制被连接到拖台车辆的一个或多个挂车单元。在这些情况下，拖台车辆在主模式下运行，在该主模式下，拖台车辆能够控制车辆组合体中的其它车辆单元并控制这些车辆以达到所期望的车辆运动行为。例如，由拖台单元牵引的挂车可以包括能够由拖台车辆控制的行车制动器。该挂车甚至可以包括推进单元，这些推进单元可以用于在例如规避机动期间辅助车辆组合体转弯。
根据多个方面，所述方法包括基于从主控制单元接收的一个或多个控制信号来控制拖台车辆。在这些情况下，拖台车辆以从模式(slave mode)运行，在从模式下，拖台车辆被配置成从例如在牵引车中实施的主控制单元接收请求和控制信号。该主控制单元也可以被远程定位并被布置成经由无线链路控制该拖台。有利地，该拖台包括一定程度的智能，从而允许该拖台例如控制其自身的MSD，以完成包括例如产生给定的力矢量或力矩在内的请求。该拖台车辆被布置成协调并控制其车载MSD，以达到所期望的全局力和力矩，这简化了主控制单元与拖台车辆之间的接口。
根据多个方面，所述控制包括：在铰接角的变化率高于铰接角变化率阈值和/或在铰接角的幅度高于铰接角幅度阈值的情况下，使拖台车辆开始在所述铰接角方向的方向上转向。因而，有利地，由牵引车进行的较小受控转弯机动将会不引起来自拖台车辆的规避机动动作。
根据多个方面，所述方法还包括从布置在拖台车辆上的一个或多个车载传感器获得拖台车辆状态数据。该一个或多个传感器包括雷达(radar)传感器、激光雷达(lidar)传感器或基于视觉的传感器。该方法然后包括基于车辆状态数据和从轮速传感器获得的轮速数据来估计与拖台车辆相关联的车轮半径。该车轮半径可以用于基于车轮已滚动了多远来准确地确定拖台车辆沿着轨迹行驶时的、该拖台车辆的纵向位置。
根据多个方面，所述方法包括控制以下项中的至少一个：与拖台车辆相关联的牵引座连接的枢转能力、行车制动器、主动悬挂和/或推进单元。这些不同的MSD可以用于在与显著的横向加速度相关联的机动(例如规避机动)期间至少暂时地提高车辆稳定性。
本文中还公开了与上文讨论的优点相关联的计算机程序、计算机可读介质、计算机程序产品、控制单元和车辆。
通常，权利要求书中使用的所有术语均应根据它们在技术领域中的常规含义进行解释，除非本文另有明确定义。对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的所有引用应被开放地解释为是指该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个实例，除非另有明确说明。本文中公开的任何方法的步骤不必按所公开的确切顺序执行，除非另有明确说明。当研究所附权利要求书和以下描述时，本发明的进一步的特征和优点将变得明显。本领域技术人员会意识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除了下文中描述的实施例以外的实施例。
附图说明
参考附图，下面是作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。在这些图中：
图1A至图1B示意性地示出了一些示例性的重型车辆组合体；
图2A至图2B示意性地示出了车辆运动管理控制功能；
图3至图5示出了包括拖台车辆的车辆组合体；
图6A是示出作为时间的函数的侧向力的曲线图；
图6B至图6D示意性地示出了车辆机动；
图7示意性地示出了拖台车辆的细节；
图8是示出方法的流程图；
图9示意性地示出了控制单元；
图10示出了示例性的计算机程序产品；
图11是示出方法的流程图；并且
图12是示出作为位置的函数的车辆单元状态的曲线图。
具体实施方式
现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的某些方面。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，且不应被解释为限于本文中阐述的实施例和方面；相反，这些实施例是作为示例提供的，以便本公开将是彻底的和完整的，并将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。在整个说明书中，相同的附图标记指代相同的元件。
应当理解，本发明不限于本文所述和附图中示出的实施例；相反，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求书的范围内做出许多修改和变型。
图1A和图1B示出了可以有利地应用本文中公开的技术的、用于货物运输的示例性车辆100。图1A示出了被支撑在车轮115上(其中至少一些车轮115是驱动轮)的卡车或牵引车辆110。卡车110被配置成以已知方式牵引第一挂车单元120。为了扩展该车辆组合体的货物运输能力，可以将拖台车辆130连接到第一挂车120的后面。然后，该拖台车辆可以牵引第二挂车140，如图1B中所示，其中，牵引车辆110现在是也承载一些货物的类型。
拖台车辆130传统上是不包括驱动桥或可转向桥的被动车辆。然而，近年来已经表明，自驱动可转向拖台车辆可以提供更高的燃料效率和机动性。例如，如果将被布置用于再生制动的电机安装在拖台车辆中，则可以获得提高的燃料效率。即使所述牵引车辆仅包括传统柴油发动机而没有电动混合动力，车辆组合体也会有效地变成混合动力车辆。
牵引车辆110和可转向拖台车辆130二者都可以包括控制单元。这些控制单元可以根据分层功能架构来布置，其中一些功能可以被包括在交通状况管理(TSM)层中，而一些其它功能可以被包括在车辆运动管理(VMM)层中。
通常，TSM层以例如10秒的时间范围规划车辆操作。例如，该时间范围对应于车辆通过弯道(即，从直行过渡到进入弯道，然后再次离开弯道)所花费的时间。TSM层连续地从VMM层请求所期望的加速度曲线(areq)和曲率曲线(creq)。VMM层在大约1秒左右的时间范围内操作，并将这些加速度曲线和曲率曲线连续地转换成控制命令(有时被称为请求)，以用于车辆上的各种运动支持设备(MSD)功能，即，它尤其执行MSD协调等。
类似于图1A和图1B中所示的车辆组合体的车辆组合体遵循一定轨迹。组合体中的每个车辆单元都遵循自身的轨迹，并且可以基于已知的车辆模型来估计或预测这些轨迹。这里，车辆单元的纵向位置是指沿着车辆单元轨迹的一维坐标。
拖台单元转向桥的主动转向是对本文讨论的控制构思特别重要的MSD。其它重要的MSD包括制动器、推进单元、主动悬挂等。如上所述，可以通过控制拖台上的转向桥来产生拖台转向，也可以通过选择性地向拖台上的各个车轮施加正扭矩和负扭矩来产生拖台转向。这可以通过例如行车制动器和/或能够进行推进(正扭矩)和再生制动(负扭矩)的电机来实现。有时也可以使用主动悬挂系统来产生转向行为。换言之，可以主要使用拖台车辆上的转向桥来控制横向运动。然而，其它类型的MSD也可以用来产生横向运动。例如，行车制动器可以有利地用于产生转向。由于拖台上的轴距与例如牵引车或挂车相比相对短，所以这种用于产生转向的偏航运动制动通常是高效的。
图2A和图2B示意性地示出了示例性的车辆控制堆栈200、250，其中并入了各种车辆控制功能。如图2A中所示，一些现代卡车可以包括一个堆栈，而拖台车辆130可以包括另一堆栈。这两个堆栈经由接口210连接。然后，包括实施TSM功能和VMM功能的控制单元的卡车可以充当主单元(master)，而车辆组合体中的一个或多个拖台车辆在从模式(salvemode)下运行。因而，尽管拖台车辆130中的控制单元包括独立的TSM功能(TSM B)，但该功能在图2A中被至少部分地禁用，因为TSM功能由卡车110中的主控制单元执行。
然而，拖台车辆130也可以连接到不包括先进控制单元的传统牵引车辆。在这种情况下，无法使用根据至少一些现有技术的拖台车辆控制功能，因为这些功能通常依赖于来自布置在例如卡车110中的主控制单元的控制输入。
根据本公开，在拖台单元连接到不能承担主单元角色(role of master)的传统卡车110的情况下，拖台中的VMM从模式可以转换为VMM主模式。然后，独立于卡车110，拖台车辆基于例如从车载TSM功能(TSM B)接收的请求来计算其自身所需的力和力矩，如图2B中所示。
应当明白，一个或多个挂车单元还可以包括被包含在控制单元中的VMM模块。如果图2B中的拖台车辆130连接有半挂车或者正在被半挂车牵引，则挂车单元上的VMM功能可以从拖台中的VMM接收全局力请求和力矩请求，即使原动机110不包括VMM功能也是如此。挂车中的VMM功能通常在从模式下运行。
与长组合车辆相关联的问题被称为“向后放大”。这一问题在例如US 9,598,089B2中讨论过了，并且它涉及长车辆组合体中的后方单元在一些类型的机动(例如规避机动)期间经受放大的侧向力的问题。
本公开至少部分地涉及以下的车辆组合体：其中，牵引车辆不包括任何实施诸如TSM层或VMM层控制功能之类的功能的先进控制单元。这意味着拖台车辆130必须在没有来自牵引车辆或来自一些外部主控制单元的帮助下以独立方式操作。因此，不能依赖包括在卡车中实施的控制功能的许多已知方法而在包括一个或多个拖台车辆的长组合车辆中提供车辆稳定性。本公开的目的是提供用于在高速度下规避机动期间稳定长组合车辆的控制方法，该方法可以由拖台车辆独立于卡车或牵引车辆来执行。
图3示出了执行转弯机动时的车辆组合体300。不同的车辆单元则表现出铰接角a1-a3。如箭头所示，每个铰接角均与铰接角方向相关联。铰接角方向是前一车辆单元相对于后一车辆旋转的方向。即，如果紧接在拖台车辆前方的车辆单元向左转弯，则当从拖台车辆看时，铰接角方向是向左。可以使用例如布置在不同车辆单元上的铰接角传感器或全球定位接收器来确定这些铰接角。铰接角也可以由基于视觉的传感器或雷达收发器确定，该基于视觉的传感器或雷达收发器被布置成检测组合车辆中的两个相继的车辆单元之间的夹角。因而，与牵引杆和牵引座连接相关联的铰接角可以由拖台车辆确定，而无需来自其它车辆单元的辅助。
为了提供可转向的拖台车辆(例如，具有可转向桥或在拖台车轮的至少一个子集上具有独立可控的电机)，该拖台车辆能够独立于布置在例如卡车110中的主控制单元来操作，并且仍然在规避机动期间提高车辆稳定性，本文中提出了基于拖台车辆牵引杆的铰接角(即，图3中的角a2)以及基于拖台车辆130的纵向速度来控制转向。拖台车辆的纵向速度可以基于例如拖台车辆130上的车轮速度传感器，或基于来自与拖台车辆130相关地布置的全球定位系统(GPS)接收器的输入信号来确定。因而，这些量可以由拖台车辆130独立于所述组合体中的其它车辆的能力来确定。拖台车辆转向是基于拖台牵引杆处的铰接角来控制的，使得拖台在连接到拖台车辆牵引杆的车辆的方向上转向，即，在牵引杆铰接角a2的方向上转向，如上文关于图3所讨论的。这意味着该拖台试图跟随紧接在该拖台前方的车辆单元(即，与拖车牵引杆连接的车辆单元)，至少在速度高于速度阈值时如此。转向角可以例如被控制成与铰接角成比例。这样，可以在例如以高或中车辆速度进行规避机动期间提高车辆稳定性，而不依赖于布置在卡车110中的先进的主控制单元。
在例如US 10,518,831B2中提出的用于通过急转弯的拖台车辆130的反向转向类型在较高的车辆速度下(即，当拖台车辆纵向速度高于所配置的速度阈值时)被自动停用。这是有利的，因为在以较高车辆速度进行规避机动期间，反向转向对车辆稳定性和“向后放大”具有负面影响。同样，可以独立于所述组合体中的其它车辆的能力来实现反向转向功能的停用。
可选地，拖台车辆的转向可以以铰接角的变化率高于铰接角变化率阈值为条件。这将在牵引车辆仅执行缓慢转弯的情况下防止拖台车辆的不必要的转向。可选地，拖台车辆转向也可以以铰接角的某个幅度为条件，使得在铰接角的幅度超过某个预先配置的阈值之前不进行拖台转向。下文中将结合图12讨论估计器，该估计器被配置成检测规避机动的开始。
总之，还参考图7和图8，本文中公开了一种用于在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆130的转向的方法。该方法包括确定与拖台车辆130的牵引杆730相关联的铰接角a2以及该铰接角的方向。该方法还包括确定拖台车辆130沿着轨迹的纵向位置和拖台车辆130的纵向速度，并基于铰接角a2和拖台车辆130的纵向位置来控制拖台车辆130的转向，其中，该控制包括在拖台车辆130的纵向速度高于速度阈值的情况下使拖台车辆130在所述铰接角方向上转向。
通常，拖台转向可以在没有来自布置在卡车或原动机110中的主控制单元的辅助下执行，即，可选地，本文中公开的方法包括独立于牵引车辆110来控制S34拖台车辆，牵引车辆110被布置成牵引该拖台车辆。该方法也可以在无需确定作用在拖台车辆130上的力或力矩的情况下执行。
图12和13示出了本文中提出的用于规避机动的方法的一些示例。图12示出了以下示例：其中已经实现了规避机动估计器1110，其目的是检测何时执行规避机动。该估计器1110例如可以基于车辆纵向速度和转向变化率，或者基于车辆组合体中的不同单元的俯仰、偏航和侧倾运动。当车辆规避机动估计器检测到规避机动的开始1120时，立即触发对车辆状态的记录1130。该功能记录并存储车辆状态数据，如图12所示。该数据被用位置信息1140、1150戳记(stamped)，而不是像传统情况中一样用时间戳记。该位置数据指示了沿着车辆组合体中的车辆单元所遵循的轨迹的纵向位置。所述控制系统在其参数集1160中已经知道车辆维度数据(即，前导单元相对于拖台的位置有多远)。拖台的主动系统部件需要行进到前导单元的部件的产生该状态(例如，铰接角等)的位置。到达此位置后，该主动式拖台基于与沿所述轨迹的此位置相关联的车辆状态采取控制动作。所提出的控制系统计算要由拖台执行的控制动作1170，所计算出的动作是从拖台车辆130上的MSD致动器请求1180的。在图12中例示了在位置域(s)中测量的多个状态的类比。在位置s处的控制动作是根据s处的车辆状态计算的。应当注意，在s处的不同车辆状态是在先前的不同时间根据车辆的纵向方向上的长度而测量/估计的。因而，应当明白，这些控制动作是根据拖台车辆的纵向位置来执行的，或者换句话说，对拖台车辆130的转向的控制至少部分地基于拖台车辆130的纵向位置。每个控制动作都被延迟“一定距离”，以便提高车辆在高速下规避机动期间的稳定性1190。
对本文中提出的规避机动控制方法的输入也可以是从前方车辆单元(即，连接在拖台车辆130前面的车辆单元)接收的其它状态。
图6A示出了取自US 9,598,089 B2的示例630，即，在没有向拖台车辆130施加转向的情况下，在规避机动期间为不同车辆单元产生的侧向力Fy的示例。第一曲线631是在牵引车110的重心处产生的侧向力，第二曲线632表示在第一挂车单元120的重心处产生的侧向力，而第三曲线633示出了在第三挂车单元140的重心处产生的侧向力。可以清楚地看到向后放大效应640，它是第二挂车单元相对于牵引车的幅度增大。本文中公开的技术通过独立于布置在例如牵引车110中的外部控制单元使拖台车辆130主动转向来提供向后放大效应640的减小。因而，有利地，在由未配备有实施诸如TSM和VMM之类的功能的先进控制单元的传统牵引车辆提供动力的车辆组合体中，也能够通过本文中提出的技术来减小向后放大。
应当明白，对于进一步连接到长车辆组合体中的后部的车辆单元的横向加速度和偏航率，也可以观察到向后放大效应。
图6B至图6D示出了根据本文中的教导的示例性的规避机动。在图6B中，该机动通过牵引车110转弯以避开一些障碍物630开始。这产生侧向力601、602、603。在牵引车处产生的侧向力开始时大于为第一和第二挂车单元产生的侧向力602、603。在图6C中，已经过去了一段时间，并且铰接角a2已经增大。这被拖台车辆检测到，该拖台车辆在所述铰接角方向的方向上开始转弯614，即，在紧接在该拖台单元前面的车辆单元120(拖台牵引杆连接到该车辆单元)的方向上开始转弯。最终，铰接角a2改变方向，如图6D中所示。这被拖台车辆130检测到，该拖台车辆130将转向控制在所述铰接角方向的方向624上。应当注意，由拖台车辆执行的转向操作基于由拖台车辆确定的数据，而没有来自所述组合体中的其它车辆的外部辅助。
通过在所述铰接角方向的方向上转向，组合车辆的有效轴距被延长，这提供了更稳定的车辆组合体，能够更好地执行与高的侧向力相关联的机动，例如高速度下的规避机动。所施加的转向角例如可以被控制为与铰接角大致成比例。这意味着，铰接角a2越大，所施加的转向角就变得越大。速度阈值可以被配置成处于10-40km/h之间，优选在20-30km/h之间，更优选为30km/h。可选地，拖台车辆的转向可以如上所述地以铰接角的变化率高于铰接角变化率阈值为条件。拖台车辆转向也可以以铰接角的某个绝对值为条件。这意味着在铰接角a2的幅度超过预先配置的阈值之前不执行主动拖台转向。该阈值可以被设置为例如5-15度之间的值，例如10度。这将在对于车辆稳定性来说不必进行拖台转向的情况下防止对拖台转向的小的连续调整。
拖台车辆转向还能够以拖台车辆130所经历的某个力矩Mz(参见图5)的绝对值为条件。该力矩(或等效地，旋转加速度)可以由布置在拖台车辆上的惯性测量单元(IMU)确定。仅当力矩高于某个预先配置的阈值时，才可以选择性地触发主动拖台转向。
如果车辆速度相对小(即，低于速度阈值)，则可以施加例如US10,518,831B2中描述的反向转向操作，而不会有负面地影响车辆稳定性的风险。换言之，该控制可选地包括：最初在纵向速度低于速度阈值的情况下，使拖台车辆130在与所述铰接角方向相反的方向上转向S32。这种转向操作可以再次以独立方式执行，而无需从外部控制单元(例如从布置在卡车110中的主控制单元)接收控制信号。值得注意的是，这种在低车速下的反向转向可以看作是对转向的成比例控制，其中在低速度下初始将增益因子选择为负的。
在卡车110中没有布置先进的传感器功能或控制单元的情况下推断关于整个车辆组合体的状态的信息的一种方式是监测联接力。图4示出了车辆组合体400的针对不同联接点的横向联接力Fcx和纵向联接力Fcy。每个联接点都有相关联的联接力矢量。取决于实施方式，这些联接力可以在两个或三个维度上给出。这些联接力提供了车辆控制的另一维度，VMM(例如原动机或拖台车辆中的主VMM功能)可以利用该维度，以产生一组所需的全局力。例如，联接力可以用于通过经历更好摩擦条件的后方车辆单元来制动经历不良摩擦的车辆单元，即，使用后方车辆单元作为一个锚(anchor)来减慢整个车辆组合体。根据多个方面，拖台车辆130被布置成控制至少一个MSD，以产生与牵引杆或与拖台车辆的牵引座连接相关联的所请求的联接力。在对车辆组合体进行制动时，通常希望很小的联接力或甚至不存在联接力，这意味着车辆组合体中的每个车辆单元施加其行车制动器的程度足以制动该车辆单元，而不产生相对于所述组合体中的其它车辆单元的显著联接力。
这些联接力可以用于定义在包括传统卡车110的车辆组合体中充当主控制器的自驱动拖台车辆的操作状态，传统卡车110缺少实施TSM和/或VMM功能的先进控制单元。例如，如果在拖台车辆的牵引杆处检测到推动联接力，则拖台单元可以施加一些制动力而不影响车辆稳定性。同样地，如果在拖台车辆的联接点处检测到拉动联接力，则这表明可以在拖台单元处施加一些加速力，而不会对车辆稳定性有负面影响。
再次参考图7和图8，根据多个方面，本文中提出的技术包括估计S4与拖台车辆牵引杆730和/或布置在拖台车辆130上的牵引座连接740相关联的一个或多个联接力Fcx、Fcy，其中，所述控制S33包括根据所述一个或多个联接力来产生加速力或减速力。这样，在规避机动期间，联接力也可以保持在可接受的限制内。
包括具有能够执行TSM和/或VMM功能的控制单元的不止一个拖台车辆的车辆组合体可以将这些拖台车辆之一配置为主单元，并将其它拖台车辆配置为从单元。例如，这可能是图1B中所示的车辆组合体中的情况。然后，主拖台单元确定所需的全局力并将请求发送到其它拖台车辆的MSD。在从模式下运行的拖台车辆VMM功能从主控制单元接收力产生数据，本因此禁用其自身的力产生功能，以便不干扰所述主控制。该力产生数据优选被转换到从拖台车辆(slave dolly vehicle)的局部坐标系中，如下文将结合图5更详细地讨论的。根据多个方面，本文中公开的方法包括基于从主控制单元接收的一个或多个控制信号来控制S36拖台车辆130。
主VMM功能执行致动器协调并向从拖台(salve dolly)中的MSD和由拖台车辆牵引的任何挂车中的MSD发送请求，特别是向拖台转向发送请求。然后，以从模式工作的拖台VMM将来自主VMM的MSD请求转发到其MSD，例如转向、动力传动系和制动器。以从模式工作的VMM对拖台车辆130执行运动估计，并将该估计的结果报告回主VMM。在从模式下运行的拖台VMM还控制车载功能，例如动力传动系配置、驻车制动器、主动悬挂和挂车联接器。所述从模式下的VMM功能还可以执行滑移控制。
在主模式下运行的拖台自然会控制自身的MSD，例如转向、制动器、推进和悬挂。该拖台还可以控制牵引座连接以缓冲甚至阻止牵引座的枢转运动，这可以提供更刚性的车辆组合体。在主模式下运行的拖台单元还可以承担对组合车辆中包括的任何先进挂车单元的控制(在这些挂车单元包括实施VMM功能的控制单元或者包括可从车辆组合体中的VMM功能控制的MSD的情况下)。这在牵引卡车是缺少实施VMM功能的先进控制单元的老旧卡车的情况下又是优点。因而，根据多个方面，本文中公开的方法包括控制被连接到拖台车辆的一个或多个挂车单元。
本文中讨论的拖台车辆能够在它们连接到例如包括实施TSM和/或VMM功能的控制单元的牵引车辆时充当从单元(salve units)，并且能够在它们连接到不包括先进控制单元的传统牵引车辆的情况下充当主单元。这是一个优点，因为这些拖台单元能够在例如规避机动期间稳定车辆组合体，即使卡车是缺少先进控制单元的老旧卡车也是如此。
图5示出了车辆组合体500，该车辆组合体500包括将第一挂车120连接到第二挂车140的拖台车辆130。诸如组合体500的车辆组合体包括多个局部坐标系C1、C2、C3和C4。围绕车辆单元上的某一点的侧向力Fy、纵向力Fx和惯性矩Mz可以在全局坐标系或在与特定车辆单元相关联的局部坐标系中表示。车辆组合体的每个VMM在其自身的局部坐标系中从主VMM(它可以在卡车110中或台车130中实施)接收全局力请求是很方便的。根据本公开的一些方面，主VMM在车辆组合体的每个坐标系(C1-C4)中确定全局力请求，并在每个VMM自身的坐标系中向每个VMM发送全局力和力矩请求。可替代地，所传送的力请求在全局坐标系中给出，并且用于转换到期望坐标系的转换由主VMM功能提供。这极大地简化了组合车辆中的所述从单元的VMM设计以及车辆组合体中的不同VMM之间的接口。
为了转换诸如速度矢量或加速度矢量之类的车辆状态，需要旋转并且可能还需要平移。平移通常只是基于两个坐标系在空间中的相对位置的偏差。例如，可以通过与旋转矩阵相乘来执行从一个坐标系到另一坐标系的旋转。假设一个车辆单元相对于另一车辆单元绕X轴的旋转为φ，绕Y轴的旋转为θ，并且绕Z轴的旋转为
Figure BDA0003781870380000161
则对应的旋转矩阵为
R＝RXRYRZ
其中：
Figure BDA0003781870380000162
Figure BDA0003781870380000163
Figure BDA0003781870380000164
任何向量都可以通过与矩阵R相乘来旋转。VMM能够基于车辆组合体的状态(即，基于车辆单元几何形状和铰接角)来确定该矩阵。
图7示出了所公开的拖台车辆130的多个方面。该拖台车辆包括可转向桥750。这种特定的拖台车辆还包括一组行车制动器710，这里被示出为盘式制动器，但鼓式制动器或缓速器也同样可以。该拖台车辆还包括电机720和相关联的电能存储器(ESS)725，这意味着该拖台是自驱动的，并且能够在没有卡车或原动机车辆的帮助下移动其自身和一个或多个被牵引的挂车。因而，根据多个方面，本文中公开的拖台单元的至少一个MSD包括推进单元720，该推进单元720被配置成与拖台车辆的驱动桥连接。根据多个方面，本文中公开的方法包括控制以下项中的至少一个：与拖台车辆130相关联的牵引座连接740的枢转能力、行车制动器710、主动悬挂和/或推进单元720。
该拖台车辆可以经由牵引杆连接730而连接到卡车或前方的车辆单元。挂车可以经由牵引座连接740连接到该拖台。拖台车辆130包括一个或多个传感器，该传感器被布置成确定牵引杆连接730的铰接角。
控制单元701布置在该拖台车辆上并被配置成控制该拖台车辆上的各种MSD(即，制动器、电机、悬挂，特别是转向)。该控制单元实施上文所讨论的类型的VMM功能，并且可以根据运行场景被配置成主模式或从模式。该控制单元701可以经由前方接口760通信地耦合到车辆组合体的前方部分，并经由后方接口765通信地耦合到该车辆组合体的后方部分。
应当注意，控制单元701还可以经由无线链路770连接到远程控制单元或服务器780。该远程控制单元可以连接到通信网络790，例如由第三代合作伙伴计划(3GPP)定义的通信网络。这种网络的示例包括4G、5G和6G通信网络、以及802.11系列中的网络，特别是802.11p。
远程控制单元780可以例如被包括在控制塔中，该控制塔被布置成控制货运站中的拖台。在这种情况下，该拖台被配置成进入从模式配置(slave mode configuration)，并以类似于连接到主牵引车辆时的方式接收来自控制塔的请求。
该拖台车辆还可以包括被配置成测量车轮速度的轮速传感器WS1-WS4。这使得控制单元701能够使用行车制动器和所述电机对车轮执行精细的滑移控制。例如，拖台单元上的控制单元701可以经由接口760、765和770之一在其自身的坐标系中接收车辆状态数据(包括车辆速度)，并基于该速度根据SAE J670(SAE车辆动力学标准委员会，2008年1月24日)确定车轮滑移率，如：
Figure BDA0003781870380000181
其中，R是以米为单位的有效车轮半径，ω是从轮速传感器获得的车轮角速度，vx是车轮的纵向速度(在车轮坐标系中)。
参考图7，本文中公开的方法包括从布置在拖台车辆130上的一个或多个车载传感器获得拖台车辆状态数据，其中，所述一个或多个传感器包括雷达传感器、激光雷达传感器或基于视觉的传感器，并且其中，该方法包括基于车辆状态数据和从轮速传感器WS1-WS4获得的轮速数据来估计与拖台车辆130相关联的车轮半径。
图8是示出总结了上述的讨论和本文中公开的控制单元的能力的方法的流程图。图1示出了一种用于在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆130的转向的方法。该方法包括：确定S1与拖台车辆130的牵引杆730相关联的铰接角a2以及该铰接角的方向；确定S2拖台车辆130沿着轨迹的纵向位置和拖台车辆130的纵向速度；以及基于铰接角a2和拖台车辆130的纵向位置来控制S3拖台车辆130的转向。该控制包括：在拖台车辆130的纵向速度高于速度阈值的情况下，使拖台车辆130在所述铰接角方向上转向，如上所述。
根据多个方面，所述控制S31包括施加与铰接角a2成比例的转向角s。
根据多个方面，所述机动是与显著的横向加速度相关联的规避机动。
根据多个方面，所述控制包括：最初在纵向速度低于速度阈值的情况下，使拖台车辆130在与铰接角方向a2相反的方向上转向S32。
根据多个方面，该方法包括估计S4与拖台车辆牵引杆730和/或布置在拖台车辆130上的牵引座连接740相关联的一个或多个联接力Fcx、Fcy，其中，所述控制S33包括根据该一个或多个联接力来产生加速力或减速力。
根据多个方面，该方法包括独立于被布置成牵引该拖台车辆的牵引车辆110来控制S34该拖台车辆。
根据多个方面，该方法包括：控制S35被连接到该拖台车辆的一个或多个挂车单元。
根据多个方面，该方法包括基于从被布置成至少间接地牵引拖台车辆130的牵引车辆110接收的一个或多个控制信号来控制S36拖台车辆130。
根据多个方面，该方法包括从布置在拖台车辆130上的一个或多个车载传感器获得S5拖台车辆状态数据，其中，该一个或多个传感器包括雷达传感器、激光雷达传感器或基于视觉的传感器，并且其中，该方法包括基于车辆状态数据和从轮速传感器WS1-WS4获得的轮速数据来估计S6与拖台车辆130相关联的车轮半径。
根据多个方面，该方法包括控制S7以下项中的至少一个：与拖台车辆130相关联的牵引座连接740的枢转能力、行车制动器710、主动悬挂和/或推进单元720。
根据多个方面，所述速度阈值在10-40km/h之间，优选在20-30km/h之间，更优选为30km/h。
图9在许多功能单元方面示意性地示出了根据本文中讨论的实施例的控制单元900的组件。该控制单元900可以被包括在车辆100中，例如，以VMM单元的形式。处理电路910使用合适的中央处理单元CPU、多处理器、微控制器、数字信号处理器DSP等中的一个或多个的任意组合来提供，能够执行存储在计算机程序产品(例如，以存储介质930的形式)中的软件指令。处理电路910可以进一步被提供为至少一个专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA。
特别地，处理电路910被配置成使控制单元900执行一组操作或步骤，例如结合图10讨论的方法。例如，存储介质930可以存储该组操作，并且处理电路910可以被配置成从存储介质930检索该组操作以使控制单元900执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令来提供。因而，处理电路910由此被布置成执行如本文所公开的方法。
存储介质930还可以包括持久存储器，例如，可以是磁存储器、光存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任一个或其组合。
控制单元900可以还包括用于与至少一个外部设备通信的接口920。因此，接口920可以包括一个或多个发射器和接收器，包括模拟和数字组件以及适当数量的用于有线或无线通信的端口。
处理电路910控制控制单元900的一般操作，例如，通过向接口920和存储介质930发送数据和控制信号，通过从接口920接收数据和报告，以及通过从存储介质930检索数据和指令。省略了控制节点的其它组件以及相关功能，以免混淆本文中提出的概念。
图10示出了携载计算机程序的计算机可读介质1010，该计算机程序包括程序代码组件1020，该程序代码组件1020用于当所述程序产品在计算机上运行时执行图8中所示的方法。该计算机可读介质和代码组件可以一起形成计算机程序产品1000。

Claims (15)

1.一种用于在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆(130)的转向的方法，所述方法包括：
确定(S1)与所述拖台车辆(130)的牵引杆(730)相关联的铰接角(a2)以及所述铰接角的方向；
确定(S2)所述拖台车辆(130)沿着轨迹的纵向位置和所述拖台车辆(130)的纵向速度；以及
基于所述铰接角(a2)和所述拖台车辆(130)的所述纵向位置来控制(S3)所述拖台车辆(130)的转向，其中，所述控制包括：在所述拖台车辆(130)的所述纵向速度高于速度阈值的情况下，使所述拖台车辆(130)在铰接角方向上转向。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述控制(S31)包括在所述铰接角方向上施加转向角(s)，所述转向角(s)与所述铰接角(a2)成比例。
3.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述机动是与显著的横向加速度相关联的规避机动。
4.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，所述控制包括：最初在所述纵向速度低于所述速度阈值的情况下，使所述拖台车辆(130)在与所述铰接角方向(a2)相反的方向上转向(S32)。
5.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：估计(S4)与拖台车辆牵引杆(730)和/或布置在所述拖台车辆(130)上的牵引座连接(740)相关联的一个或多个联接力(Fcx、Fcy)，其中，所述控制(S33)包括根据所述一个或多个联接力来产生加速力或减速力。
6.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：独立于被布置成牵引所述拖台车辆的牵引车辆(110)来控制(S34)所述拖台车辆。
7.根据任一前述权利要求所述的方法，包括：控制(S35)被连接到所述拖台车辆的一个或多个挂车单元。
8.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，包括基于从主控制单元接收的一个或多个控制信号来控制(S36)所述拖台车辆(130)。
9.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述控制(S37)包括：在所述铰接角的变化率高于铰接角变化率阈值和/或在所述铰接角的幅度高于铰接角幅度阈值的情况下，使所述拖台车辆(130)开始在所述铰接角方向的方向上转向。
10.根据任一前述权利要求所述的方法，包括从布置在所述拖台车辆(130)上的一个或多个车载传感器获得(S5)拖台车辆状态数据，其中，所述一个或多个传感器包括雷达传感器、激光雷达传感器或基于视觉的传感器，并且其中，所述方法包括基于所述车辆状态数据和从轮速传感器(WS1-WS4)获得的轮速数据来估计(S6)与所述拖台车辆(130)相关联的车轮半径。
11.根据任一前述权利要求所述的方法，包括控制(S7)以下项中的至少一个：与所述拖台车辆(130)相关联的牵引座连接(740)的枢转能力、行车制动器(710)、主动悬挂和/或推进单元(720)。
12.根据任一前述权利要求所述的方法，其中，所述速度阈值在10-40km/h之间，优选在20-30km/h之间，更优选为30km/h。
13.一种计算机程序(1020)，所述计算机程序包括程序代码组件，所述程序代码组件用于当所述程序在计算机上或在控制单元(900)的处理电路(910)上运行时执行根据权利要求1至12中的任一项所述的步骤。
14.一种控制单元(701、900)，所述控制单元被布置成在机动期间控制自驱动可转向拖台车辆(130)的转向，所述控制单元包括处理电路(910)，所述处理电路被布置成：
确定与所述拖台车辆(130)的牵引杆(730)相关联的铰接角(a2)；
确定所述拖台车辆(130)沿着轨迹的纵向位置和所述拖台车辆(130)的纵向速度；并且
基于所述铰接角(a2)和所述拖台车辆(130)的所述纵向位置来控制所述拖台车辆(130)的转向，其中，所述控制包括：在所述拖台车辆(130)的所述纵向速度高于速度阈值的情况下，使所述拖台车辆(130)开始在铰接角方向(a2)的方向上转向。
15.一种拖台车辆(130)，其包括根据权利要求14所述的控制单元(701、900)。
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