CN117396352A - 基于车轮滑移平衡驱动的节能推进 - Google Patents

基于车轮滑移平衡驱动的节能推进 Download PDF

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Abstract

一种被布置成控制重型车辆(100)的运动的车辆控制单元(130、140)，该重型车辆包括第一电机EM布置(EM1)和第二电机EM布置(EM2)，其中第一EM布置与第二EM布置相比具有不同的效率特性，其中车辆控制单元(130、140)被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制第一EM布置(EM1)和第二EM布置(EM2)，其中控制单元(130、140)被布置成获得将由第一EM布置和第二EM布置联合产生的期望的总纵向力(Fx)，其中控制单元(130、140)被布置成确定与由第一EM布置产生的第一纵向力(F1)相对应的期望的第一车轮滑移(λ1)，以及与由第二EM布置产生的第二纵向力(F2)相对应的期望的第二车轮滑移(λ2)，其中第一纵向力(F1)和第二纵向力(F2)的总和与期望的总纵向力(Fx)匹配，其中控制单元(130、140)被布置成根据第一EM布置(EM1)和第二EM布置(EM2)的相应效率特性来平衡第一车轮滑移(λ1)的幅度相对于第二车轮滑移(λ2)的幅度。

Description

基于车轮滑移平衡驱动的节能推进
技术领域
本公开涉及用于确保重型车辆的安全且节能的车辆运动管理的方法和控制单元。所述方法特别适合用于铰接式车辆，诸如包括多个车辆单元的卡车和半挂车。然而，本发明还可以应用于其他类型的重型车辆，例如，施工设备和采矿车辆。本发明还可以有利地应用于自供电牵引车辆单元，诸如包括多于一个从动车桥的电动化挂车车辆单元和拖台车辆单元。
背景技术
重型车辆(诸如卡车和半挂车车辆)被设计用于运载重载荷。重载车辆必须能够在上坡条件下从静止起步，在具有不同摩擦系数的各种类型的路面上加速，保持稳定的巡航速度，并且以可靠的方式减速。同时，能效是所有操作场景中要考虑的重要因素，因为它直接影响完成给定运输任务的成本。
诸如牵引车、电动化挂车和自供电拖台车辆等电动重型车辆正在开发中。能效对于这些车辆单元尤为重要，因为能效对给定能量存储容量下可实现的车辆行驶里程有重大影响。因此，人们在设计电动车辆的节能驱动布置方面做了大量的工作。
然而，许多已开发的驱动布置都是基于与高计算复杂性相关联的先进优化方法，这些方法在稳健性方面也难以正式验证。这些算法可能无法在例如电动化挂车和自供电拖台车辆单元中发现的较小的控制单元上执行。
US2010222953公开了一种用于在多个电机/车桥上分配扭矩以优化给定车辆状态的联合推进系统效率的方法。联合推进系统效率在此处被表述为请求扭矩、车轮滑移和车辆速度的函数。
尽管迄今为止已经完成了一些工作，但仍需要进一步改进驱动布置，以便优化电动车辆单元的全部潜力。
与电动重型车辆相关的另一个问题是持久制动能力的要求。所有重型车辆都必须还能够在长时间下坡行驶期间提供制动扭矩。摩擦制动器在长时间持续使用期间可能会出现制动衰退的风险，因此必须辅以某种形式的辅助制动系统。电动重型车辆单元可以使用电机进行再生制动，但这将产生必须存储或耗散的电能。如果能量存储系统充满电，并且被布置成耗散多余能量的制动电阻器已达到高温，这可能会成为问题。
因此，还需要提高电机布置的持久制动能力。
发明内容
本公开的目的是提供缓解或克服至少一些上述问题的技术。特别期望提供用于节能电驱动布置的简化控制机构。该目的至少部分地通过被布置成控制重型车辆的运动的车辆控制单元来实现，所述重型车辆至少包括第一电机(EM)布置和第二电机(EM)布置，其中第一EM布置与第二EM布置相比具有不同的效率特性。车辆控制单元被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制第一EM布置和第二EM布置，并且获得将由第一EM布置和第二EM布置联合产生的期望的总纵向力。控制单元还被布置成确定与由第一EM布置产生的第一纵向力相对应的期望的第一车轮滑移以及与由第二EM布置产生的第二纵向力相对应的期望的第二车轮滑移，其中第一纵向力和第二纵向力的总和与期望的总纵向力匹配，所述期望的总纵向力可以是用于使车辆加速的推进力或用于使车辆减速的制动力。控制单元还被布置成根据第一EM布置和第二EM布置的相应效率特性来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。
这样，可以提高整体推进效率，因为每个电机可以在给定的操作场景中更接近其最高效率操作点进行操作。本文提出根据驱动车桥效率特性来改变发送到车辆上的不同驱动车桥的滑移请求，而不是如例如US2010222953中提出的那样改变扭矩请求。例如，如果车辆低速操作，则与发送到针对较高速度优化的另一个驱动车桥的滑移请求相比，更高的滑移请求值将被发送到针对低速优化的车桥。与基于扭矩的车轮力控制相比，优点在于，车辆控制单元将能够以更高的带宽控制EM致动器，由此与基于发送到不同驱动车桥控制器的扭矩请求的控制系统相比，更准确地保持效率平衡。而且，如下面将更详细讨论的，本文提出的车轮滑移平衡算法可以以合理的计算复杂度来实施，这是一个优点。如果车轮滑移平衡技术在缺乏强大处理电路的车辆单元(诸如电动化挂车车辆单元或自供电拖台车辆单元)上实施，则该优点变得特别明显。
本文公开的技术还适用于再生制动，其中替代地可能需要低EM效率，以便在能量存储接近满容量并且诸如制动电阻器的能量耗散布置达到危险的高温情况下在长时间的再生制动期间限制输出功率。因此，本文公开的方法还通过最小化电机的能效来提供用于在制动期间限制再生能量的装置。换句话说，通过应用本文描述的技术，可以以稳健且有效的方式控制再生制动期间的EM温度升高。
应当理解，本文公开的技术适用于平衡两个或更多个EM布置上的车轮滑移，所述EM布置可以包括任选地经由差速布置驱动的单独的车轮模块和/或驱动车桥。
根据各方面，与第二EM布置(EM2)相比，第一EM布置(EM1)具有不同的随车辆速度变化的效率特性。因此，发送到EM1的车轮滑移请求将根据车辆速度与发送到EM2的车轮滑移请求进行平衡。例如，当车辆从静止加速时，驱动扭矩将逐渐从在低车辆速度下高效的EM转变为在较高车辆速度下更高效的EM。这是一种用于在多于一个EM布置上平衡车轮滑移的计算高效的方法。此外，与EM2相比，EM1可具有不同的随所施加的扭矩或车轮力变化的效率特性。在这种情况下，车轮滑移请求将得到平衡，以解决扭矩效率的差异。有利地，不同的EM在二维效率图上具有变化的效率特性，其中第一维度表示扭矩并且第二维度表示车桥速度或车辆速度。
根据各方面，与第二EM布置EM2相比，EM1包括具有不同EM设计的一个或多个EM和/或包括不同的齿轮比。这意指这两个EM将具有不同的效率特性。例如，EM1可以是被配置为在较低车辆速度下高效的可起动性EM布置，并且EM2可以是被配置为在较高车辆速度下高效的巡航模式EM布置。当涉及到再生制动时，这两个EM也可与不同的效率相关联。应当理解，如果要补充能量存储，则再生制动期间的效率可以有利地被最大化，同时如果能量存储已满或者出于某种其他原因不能接受来自制动的再生能量，则还可能期望最小化再生制动期间的整体EM效率。因此，可以执行车轮滑移平衡以便最大化车辆上的EM布置整体效率，或最小化整体EM布置效率，或介于两者之间的任何位置。
根据一些方面，控制单元被布置成基于相应EM布置的效率特性相对于控制参数的相对梯度来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。这种基于梯度下降的方法可以以较低的复杂度实施，并且将根据车辆当前的操作条件自动调整车轮滑移平衡，这是一个优点。例如，控制单元可以在车辆的当前状态下第一EM布置的效率特性的梯度大于第二EM布置的效率特性的梯度的情况下，增加第一车轮滑移，并且在车辆的当前状态下第一EM布置的效率特性的梯度小于第二EM布置的效率特性的梯度的情况下减小第一车轮滑移。
根据一些其他方面，控制单元还可以被布置成基于与第一纵向力和第二纵向力之间的幅度关系相比的第一EM布置和第二EM布置的相对功耗来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。通过平衡实际功耗，减少了对不同EM布置的准确模型的依赖。可以容易地测量功耗，而不依赖于例如预定的效率模型。这意指与仅依赖于根据一个或多个参数对效率建模的方法相比，提供了更稳健的控制方法。例如，控制单元可以被配置为在第一EM布置的功耗与第二EM布置的功耗之间的比率小于第一纵向力和第二纵向力之间的对应比率的情况下增加第一车轮滑移，并且在第一EM布置的功耗与第二EM布置的功耗之间的比率大于第一纵向力和第二纵向力之间的对应比率的情况下减少第一车轮滑移。
根据各方面，控制单元被布置成基于由车辆速度参数化的预定平衡函数来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。这是本文公开的技术的复杂度相当低的实施。通过使用车辆速度和车轮滑移平衡之间的预定映射，仅需要很少的处理来执行实际的平衡操作。因此，所提出的技术的这个版本适合在缺乏更强大计算能力的车辆单元中实施。
根据各方面，控制单元被布置成基于由总纵向力参数化的预定平衡函数来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。因此，将根据所请求的力(无论是推进力还是制动力)来配置不同的车轮滑移平衡。值得注意的是，可以保持对车辆速度的依赖性，使得映射函数由速度和所请求的总车轮力两者(即二维函数)参数化。预定函数可以有利地实现为可以预先配置的查找表。这种技术的稍微更高级的版本是随着车辆在不同场景中操作而实时调整函数。
根据各方面，所传输的车轮滑移请求包括由下式给出的目标纵向车轮滑移：
其中R是以米为单位的有效车轮半径，ωx是车轮的角速度，并且vx是车轮对地的纵向速度。人们发现，基于车轮滑移请求的对轮端模块的直接控制相比于更传统的基于扭矩的控制具有优势。这主要是因为与从其中控制回路通常与较高的延时相关联的中央控制器接收扭矩请求相比，轮端模块可以以较低的延时操作来控制针对目标车轮滑移所施加的扭矩。所传输的车轮滑移请求还可以包括由控制单元关于车轮对地的纵向速度vx确定的车轮的目标角速度，以获得目标纵向车轮滑移λx。
根据各方面，控制单元被布置成基于估计的所产生的轮胎磨损来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。这样，由于可以控制轮胎磨损，因此可以延长车辆轮胎的整体使用寿命。例如，可以平衡轮胎磨损，以便使车辆的轮胎磨损得同样快。轮胎磨损自适应可以有利地基于轮胎磨损模型，所述模型可以根据例如车轮滑移来预先配置。
根据各方面，控制单元被布置成基于与EM1和EM2相关联的车桥上的相应正常载荷来平衡第一车轮滑移的幅度相对于第二车轮滑移的幅度。此操作可能会导致牵引力增加。
本文还公开了与上文讨论的优点相关联的方法、计算机程序、计算机可读介质、计算机程序产品和车辆。
通常，除非本文另外明确定义，否则在权利要求中使用的所有术语应当根据它们在本技术领域中的普通含义来解释。除非另外明确声明，否则所有提及的“一种/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”将被开放性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。除非明确声明，否则本文公开的任何方法的步骤并非必须按所公开的确切顺序来执行。当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步特征和优势将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可组合本发明的不同特征以产生不同于以下描述的那些实施方案的实施方案。
附图说明
下文将参考附图更详细地描述作为示例引用的本发明的实施方案。在附图中：
图1示意性地示出了用于货物运输的示例性重型车辆；
图2是示出轮胎模型的示例的图表；
图3示意性地示出了用于运动支持装置控制的系统；
图4至图5示出了不同的电机推进布置；
图6是示出电机效率的图表；
图7至图8示出了具有潜在驱动车桥的示例性铰接式车辆单元；
图9A至图9B是示出两个和三个驱动车桥上的车轮滑移平衡的图表；
图10至图11示意性地示出了示例性车轮滑移控制系统；
图12A至图12B示意性地示出了其他示例性车辆控制系统；
图13示出了示例性分层车辆控制系统；
图14是示出示例性方法的流程图；
图15示意性地示出了传感器单元和/或控制单元；以及
图16示出了示例性计算机程序产品。
具体实施方式
现在将在下文参考附图更完整地描述本发明，在附图中示出了本发明的某些方面。然而，本发明可以许多不同形式体现并且不应当被解释为限于本文阐述的实施方案和方面；而是，以举例方式提供这些实施方案，使得本公开将是透彻的并且完整的，并且将本发明的范围全面传达给本领域技术人员。贯穿本说明书，相同的附图标记指代相同的元件。
应当理解，本发明不限于本文描述和附图中所示的实施方案；而是，本领域技术人员将认识到可在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。
图1示出了重型车辆100。该特定示例包括被布置成拖曳挂车单元120的牵引车单元110。牵引车110包括被布置成控制车辆100的各种功能的车辆控制单元(VCU)130。例如，VCU可被布置成执行车辆运动管理(VMM)功能，包括控制车轮滑移、车辆单元稳定性等。挂车单元120任选地还包括VCU 140，该VCU则控制挂车120上的一个或多个功能。一个VCU或多个VCU可以例如经由无线链路通信地耦合到远程服务器150。该远程服务器150可以被布置成执行ECU的各种配置，并且向ECU 130提供各种形式的数据，诸如提供有关车载电机(EM)的效率特性的数据、有关安装在车辆100上的轮胎品牌和类型的数据以及其他车辆数据。
挂车单元120可以被布置为包括一个或多个EM和电能存储系统的自供电挂车。挂车VCU 140可以被配置为独立于主牵引车VCU 130控制这些EM，或者以主牵引车VCU 130的从属配置来控制这些EM。当然，车辆组合100还可以包括附加的车辆单元，诸如一个或多个拖台单元和多于一个挂车单元。这些附加的车辆单元还可以被配置为包括能源和EM的自供电车辆单元。
车辆100由车轮支撑，其中每个车轮包括轮胎。牵引车单元110具有正常转向的前车轮160以及后车轮170，其中至少一对后车轮是从动车轮。一般来说，牵引车110的后车轮170可以安装在随动车桥或推进车桥上。随动车桥是指最后面的驱动车桥是无动力的地方，也被称为自由滚动车桥或固定车桥。推进车桥是指最前面的驱动车桥未被供给动力的地方。挂车单元120被支撑在挂车车轮180上。一个或多个挂车车桥可以是从动车桥。
车轮上的轮胎在决定车辆100的行为和能力方面起重大作用。一套设计精良的轮胎将提供良好的牵引力和燃料经济性，而一套设计不良的轮胎或过度磨损的轮胎可能会降低牵引力和燃料经济性，并且甚至可能导致车辆组合不稳定，这当然是不期望的。现在将讨论轮胎的一些重要性质和特性参数。这些轮胎参数任选地包括在轮胎模型中，作为VCU130、140确定轮胎的其他能力和特性可以依据的轮胎参数，或者仅作为可以由VCU 130、140或多或少地直接使用以优化各种控制决策的轮胎特性。安装在给定驱动车桥上的轮胎的性质可以至少部分地用于确定相关联的EM驱动布置的效率特性。轮胎模型还可以用于确定给定轮胎在给定车轮滑移下操作时的磨损率。因此，轮胎模型可以用作优化例程的输入，所述优化例程平衡从车辆100上的不同从动车桥请求的车轮滑移。
由于离心力迫使胎面橡胶远离旋转轴线，以更高速度旋转的轮胎往往会形成较大的直径，即，较大的滚动半径。这种效应通常被称为离心增长。随着轮胎直径增大，轮胎宽度减小。过度的离心力增长可能会显著影响轮胎的行为。
轮胎的拖距是指弹性材料轮胎在坚硬表面上滚动并且受到侧向载荷时(如在转弯中)产生的类似拖距的效果。轮胎的拖距参数描述轮胎侧滑的合力的作用点在轮胎的接地面的几何中心后面的距离。
滑移角度或侧滑角度(在本文表示为α)是滚动车轮的实际行进方向与其指向的方向之间的角度(即，车轮平移速度的矢量和的角度。
轮胎的松弛长度是充气轮胎的描述从引入滑移角度时与转弯力达到稳态值时之间的延迟的性质。通常，松弛长度被定义为轮胎达到稳态侧向力的63％所需的滚动距离，但其他定义也是可能的。
垂直刚度或弹簧率是轮胎垂直力与垂直偏转的比率，并且它有助于车辆的整体悬挂性能。一般来说，弹簧率随着充气压力而增加。
轮胎的接地面或接地印痕是与路面接触的胎面的区域。该区域经由摩擦在轮胎与道路之间传递力。接地面的长宽比例会影响转向和转弯行为。轮胎胎面和侧壁元件在进入和离开接地印痕时会经历变形和复原。由于橡胶是弹性体的，因此在此循环期间会变形。随着橡胶变形和复原，它向车辆施加循环的力。这些变化统称为轮胎均匀性。轮胎均匀性由径向力变化(RFV)、横向力变化(LFV)和切向力变化表征。在制造过程结束时用力变化机测量径向力变化和横向力变化。超出RFV和LFV的指定极限的轮胎会被拒绝。在轮胎厂当制造过程结束时使用轮胎均匀性机器来测量几何参数(包括径向跳动、横向跳动和侧壁隆起)以作为质量检查。
轮胎的转弯力或侧向力是车辆轮胎在转弯时产生的横向(即，与路面平行)力。
滚动阻力是由与路面接触的轮胎变形而产生的滚动的阻力。当轮胎滚动时，胎面进入接触区并扁平地变形以贴合道路。进行变形所需的能量取决于充气压力、旋转速度以及轮胎结构的许多物理性质，诸如弹簧力和刚度。在滚动阻力占燃料消耗的很高比例的卡车中，轮胎制造商通常寻求更低滚动阻力的轮胎结构，以提高燃料经济性。
图2示出了示例性轮胎模型200，其结合了至少一些轮胎性质来描述给定轮胎的性质，诸如上述性质以及其他性质。轮胎模型可以用于定义给定车轮的纵向轮胎力Fx与所述车轮的等效纵向车轮滑移之间的关系。纵向车轮滑移λx涉及车轮旋转速度与对地速度之间的差值，并且将在下面更详细地讨论。车轮旋转速度ω是以例如每分钟转数(rpm)或者根据弧度/秒(rad/sec)或度/秒(deg/sec)的角速度为单位给出的车轮的旋转速度。就在纵向方向(滚动方向)和/或横向方向(与纵向方向正交)上生成的车轮力而言的车轮行为随车轮滑移的变化由Hans Pacejka在Elsevier有限公司2012年的ISBN为978-0-08-097016-5的“Tyre and vehicle dynamics”中进行了讨论。参见例如第7章，其中讨论了车轮滑移与纵向力之间的关系。
根据SAE J670(SAE车辆动力学标准委员会，2008年1月24日)，纵向车轮滑移λx可以被定义为
其中R是以米为单位的有效车轮半径，ωx是车轮的角速度，并且vx是车轮的纵向速度(在车轮的坐标系中)。因此，λx介于-1至1之间，并且量化车轮相对于路面滑移的程度。车轮滑移本质上是在车轮与车辆之间测量的速度差。因此，本文公开的技术可适用于任何类型的车轮滑移定义。还应当理解，在车轮的坐标系中，在给定车轮在路面上的速度的情况下，车轮滑移值相当于车轮速度值。
横向车轮滑移λy可以被定义为：
其中vy是在与纵向速度vx的方向正交的方向上测量的车轮的横向速度(在车轮的坐标系中)。本公开主要集中于纵向车轮滑移，所述纵向车轮滑移是产生向前运动的车轮滑移。
为了使车轮(或轮胎)产生车轮力，必须发生滑移。对于较小的滑移值，滑移与所产生的力之间的关系近似线性，其中比例常数通常被表示为轮胎的滑移刚度。参考图2，轮胎(诸如轮胎160、170、180中的任一者)经受纵向力Fx、横向力Fy和法向力Fz。法向力Fz是决定一些重要车辆性质的关键。例如，法向力在很大程度上决定了车轮可达到的纵向轮胎力Fx，因为通常，Fx≤μFz，其中μ是与道路摩擦条件相关联的摩擦系数。给定横向滑移的最大可用横向力可用所谓的魔术公式来描述，如Hans Pacejka在Elsevier有限公司2012年的ISBN为978-0-08-097016-5的“Tyre and vehicledynamics”中所述。
图2示出了可达到的随车轮滑移变化的轮胎力Fx、Fy的示例。纵向轮胎力Fx示出了在小车轮滑移下几乎线性增加的部分210，接着是在较大车轮滑移下具有更加非线性行为的部分220。即使在相对较小的纵向车轮滑移下，可获得的横向轮胎力Fy也迅速减小。期望将车辆操作维持在线性区域210中，其中响应于施加的制动命令而可获得的纵向力更容易预测，并且其中如果需要，则可生成足够的横向轮胎力。为确保在该区域中操作，可对给定的车轮施加大约例如0.1的车轮滑移极限λLIM。对于更大的车轮滑移，例如超过0.1，得到更加非线性的区域220。本技术主要集中于将车轮滑移控制在施加的车轮滑移极限以下，即在线性区域210中。
这种轮胎模型可以通过实际实验、分析推导、计算机模拟或上述方法的组合来确定。在实践中，轮胎模型可由以轮胎参数为索引的查找表(LUT)来表示，或被表示为描述多项式等的一组系数。其中基于轮胎参数来选择该组系数，并且其中该多项式则描述轮胎行为与车辆状态之间的关系。
图3示意性地示出了用于通过一些示例性运动支持装置(MSD)来控制车轮310的功能性300，此处，所述MSD包括摩擦制动器320(诸如盘式制动器或鼓式制动器)和电机(EM)330。摩擦制动器320和EM 330是车轮扭矩产生装置的示例，所述车轮扭矩产生装置也可以被称为致动器并且可以由一个或多个运动支持装置控制单元340控制。所述控制是基于例如从车轮旋转速度传感器和从其他车辆状态传感器获得的测量数据，所述其他车辆状态传感器诸如雷达传感器、激光雷达传感器以及基于视觉的传感器(诸如相机传感器和红外检测器)。MSD控制单元340可以被布置成控制一个或多个致动器。例如，MSD控制单元被布置成控制用于车桥的两个车轮的MSD并不少见。MSD控制单元340可以包括用于控制不同致动器的单独的轮端模块(WEM)控制单元350、360。通过使用例如全球定位系统、基于视觉的传感器、车轮旋转速度传感器、雷达传感器和/或激光雷达传感器来估计车辆单元运动并将该车辆单元运动转化到给定车轮的局部坐标系中(在例如纵向速度分量和横向速度分量方面)，有可能通过将车轮参考坐标系中的车辆单元运动与从结合车轮布置的车轮旋转速度传感器获得的数据进行比较来准确地实时估计车轮滑移。
交通状况管理(TSM)功能380计划以例如1至10秒左右的时间范围进行驾驶操作。该时间范围对应于例如车辆100通过弯道所花费的时间。由TSM计划和执行的车辆操纵可以与加速度曲线和曲率曲线相关联，所述加速度曲线和曲率曲线描述针对给定操纵的期望车辆速度和转弯。TSM不断地从VMM功能370请求期望的加速度曲线areq和曲率曲线creq，所述VMM功能执行力分配来以安全且稳健的方式满足来自TSM的请求。可以任选地基于驾驶员通过重型车辆的人机接口经由正常控制输入装置(诸如方向盘、加速踏板和制动踏板)的输入来确定期望的加速度曲线和曲率曲线，但本文所公开的技术同样适用于自主或半自主车辆。用于确定加速度曲线和曲率曲线的确切方法不在本公开的范围内，并且因此本文将不再详细讨论。
VMM功能370以约0.1至1.5秒左右的时间范围进行操作，并且不断地将加速度曲线areq和曲率曲线creq转换为用于控制由车辆100的不同MSD致动的车辆运动功能的控制命令，所述MSD向VMM报告回能力，所述能力进而用作车辆控制中的约束。传统上，VMM与能够向车辆的车轮输送扭矩的MSD之间的接口375集中于从VMM向每个MSD发出基于扭矩的请求，而完全不考虑车轮滑移。然而，这种方法有很大的性能限制。如果出现危及安全或滑移过多的情况，则在单独的控制单元上操作的相关安全功能(牵引力控制、防抱死制动等)通常会介入并请求扭矩超驰，以便使滑移重新得到控制。这种方法的问题在于，由于对致动器的主要控制和对致动器的滑移控制被分配给不同的电子控制单元(ECU)，因此它们之间的通信所涉及的延时显著地限制了滑移控制性能。此外，相关致动器与在用于实现实际滑移控制的两个ECU中做出的滑移假设可能不一致，并且这进而可能导致次优性能。
通过替代地在VMM与一个或多个MSD控制器350、360之间的接口375上使用基于轮速或车轮滑移的请求，可以获得很多益处，从而将困难的致动器速度控制回路转移到MSD控制器，MSD控制器通常以比VMM功能的采样时间更短的采样时间操作。与基于扭矩的控制接口相比，这种架构可以提供更好的干扰抑制，因此提高在轮胎路面接触面处产生的力的可预测性。VMM模块370通过使用轮胎模型诸如图2中的轮胎模型将针对每个车轮或针对车轮的子集确定的所需车轮力Fxi、Fyi转化成等效车轮速度ωwi或车轮滑移λi。然后将这些车轮速度或滑移发送到相应的MSD控制单元340。MSD控制器报告回能力(CAP)，所述能力可以用作约束。
VMM功能370和任选地还有MSD控制单元340保持关于vx(在车轮的参考系中)的信息，而轮速传感器等可以用于确定ωx(车轮的转速)。
VMM模块370可以被布置成将预定轮胎模型例如作为查找表存储在存储器中。反轮胎模型被布置成根据车轮310的当前工况存储在存储器中。这意味着反轮胎模型的行为根据车辆的工况进行调整，这意指与不考虑工况的模型相比，可以获得更准确的模型。存储在存储器中的模型可以基于实验和试验来确定，或者基于分析推导来确定，或者基于这两者来确定。例如，控制单元可以被配置为访问根据当前工况选择的一组不同模型。一种反轮胎模型可以针对法向力较大的高载荷驾驶进行定制，另一种反轮胎模型可以针对道路摩擦力较低的易滑路面进行定制，等等。对要使用的模型的选择可以基于一组预定选择规则。存储在存储器中的模型也可以至少部分地是工况的函数。因此，所述模型可以被配置为将例如法向力或道路摩擦力作为输入参数，由此根据车轮310的当前工况获得反轮胎模型。应当理解，工况的许多方面可以通过默认工况参数来近似，而工况的其他方面可以粗略地分为较少数量的类别。因此，根据车轮310的当前工况获得反轮胎模型并不一定意味着需要存储大量不同的模型，或者复杂的分析函数，所述分析函数能够以细粒度考虑工况变化。而是，根据工况选择两个或三个不同的模型可能就足够了。例如，当车辆载荷很重时使用一种模型，否则使用另一种模型。在所有情况下，轮胎力与车轮滑移之间的映射根据工况以某种方式发生变化，从而提高映射精度。反轮胎模型也可以至少部分地被实施为自适应模型，所述自适应模型被配置为自动地或至少半自动地适应车辆的当前工况。这可以通过在响应于给定车轮滑移请求而生成的车轮力方面不断地监测给定车轮的响应和/或响应于车轮滑移请求而监测车辆100的响应来实现。然后可以调整自适应模型以更准确地对响应于来自车轮的给定车轮滑移请求而获得的车轮力进行建模。
图4和图5示出了驱动布置400、500的一些示例，其中多个EM布置EM1、EM2、EM3被配置为为不同的驱动车桥提供动力。一般来说，车辆单元可以包括任意数量的从动车桥，并且从动车桥也可以是转向车桥，也可以不是转向车桥，如图4所示。从动车桥可以包括开放式差速器，如图5所示，或者包括轮端马达，如图4所示。EM布置被配置为产生相应的第一纵向力F1、第二纵向力F2和第三纵向力F3，它们一起总计为期望的总纵向力Fx。
值得注意的是，图4所示的驱动布置400适用于牵引车车辆单元100，或适用于转向拖台车辆单元。另一方面，驱动布置500可以是无转向车桥的自供电挂车、牵引车或拖台车辆单元中的驱动布置。由于所提出的方法中合理的计算复杂性，用于控制两个驱动车桥的控制方法可以有利地应用于自供电牵引车辆单元。
电机通常与正向和负向施加扭矩两者的效率特性相关联。电动马达效率可以用不同的方式定义。然而，EM效率的常见定义是功率输出(机械)与功率输入(电气)之间的比率。机械功率输出是基于所需的扭矩和速度(即移动附接到马达的物体所需的功率)计算的，并且电气功率输入是基于提供给马达的电压和电流计算的。机械功率输出始终低于电气功率输入，因为能量在转换(电气到机械)期间以各种形式(诸如热量和摩擦)损失。电动马达的设计通常但并不总是旨在最小化这些损失以提高效率。
图6示出了EM效率特性600的示例。此处将效率绘制为等高线图。等高线图(有时称为水平图)是一种在二维平面上示出三维表面的方法。其将x轴和y轴上的两个变量以及第三变量Z绘制为等高线610、620。这些等高线有时称为z切片或iso响应值。图6示出了正扭矩601和负扭矩602(即制动)两者的效率。效率通常是马达车桥速度的函数，马达车桥速度经由齿轮比、车轮直径等转化为车辆速度，并且效率也是施加扭矩的函数。值得注意的是，在示例600中存在最佳点(sweet-spot)630，其中EM以最大效率操作，与该最佳操作点的任何偏差都将导致效率降低。相反地，也可以针对制动限定最大效率操作点660，其中在制动期间回收最大量的能量。如上所述，如果在下坡行驶期间要对电池进行补充，则可能需要在此时执行制动。然而，如果电池已经充满电，则在这个最佳点工作可能是非常不理想的。
电动车辆的驱动车桥上的不同的两个或更多个EM布置可以配置有不同的效率特性。这可以实现，即通过使用不同类型的电机、通过使用不同的固定齿轮比和/或在不同的车桥上使用不同类型的轮胎。上面提到的US2010222953讨论了可以如何使用此类不同的能量效率特性来优化车辆推进。例如，一个车桥可以配置有在相对较低的车辆速度下具有最佳效率的效率特性，而另一个车桥可以配置有在较高速度下具有最佳效率的效率特性。然后，第一车桥可以用于可起动性，而另一个车桥可以在车辆以较高速度巡航时使用。一个车桥也可以被配置为产生大扭矩，而另一个车桥可以具有有限的产生扭矩的能力。
然而，与US2010222953中描述的技术不同，本文替代地提出改变发送到车辆100上的不同驱动车桥的滑移请求。因此，如果车辆低速操作，则与发送到针对较高速度优化的驱动车桥的滑移请求相比，更高的滑移请求值将被发送到针对低速优化的车桥。优点在于，MSD控制器340将能够以更高的带宽控制致动器，由此与基于发送到不同WEM的扭矩请求的控制系统相比，更准确地保持效率平衡。而且，如下面将更详细讨论的，本文提出的车轮滑移平衡算法可以以合理的计算复杂度来实施，这是一个优点。如果车轮滑移平衡技术在缺乏强大处理电路的车辆单元(诸如电动化挂车车辆单元或自供电拖台车辆单元)上实施，则该优点变得特别明显。
电动马达通常以最大效率操作，这意指在再生制动期间产生最大输出功率，以便在例如下坡行驶期间回收尽可能多的能量。然而，已经认识到存在与电机相关联的控制自由度，其允许大多数电机以降低的效率操作。此类次优能效电机控制的一般原理在例如GB2477229B以及US2017/0282751 A1中进行了描述。与以最大效率操作的电机相比，以较低能效操作模式操作的用于产生制动扭矩的电机将产生更多的热量和更少的输出电流。
本公开的各方面建立在GB2477229B和US2017/0282751 A1中的工作的基础上，并且提供了控制机制和通信接口，所述控制机制和通信接口允许车辆控制单元130平衡在再生制动期间从EM 330输出的电流与在制动期间EM的温度升高。本质上，通过所提出的技术，控制单元130能够在长时间的下坡行驶期间平衡EM温度升高与电存储系统(ESS)能量吸收能力，从而为重型车辆100提供改进的持久制动能力并且因此减少对为车辆100的电气系统部件(诸如制动电阻)制定过大尺寸的需求。根据优选实施方式，控制单元130还以预测方式平衡驱动期间EM的电流输出。例如，假设一条路线首先是道路的一段平坦路段，然后是一段长下坡路段。然后，控制单元可以将EM配置为低能效操作模式，以在路线的平坦路段上行驶期间消耗更多功率，以便确保在路线的长下坡部分期间有足够的持久制动能力。通过允许车辆的不同从动车桥处的车轮滑移之间的平衡，可以执行温度控制。无论EM是用于推进还是制动，请求的滑移越高，EM的温度升高就越大。因此，根据一些方面，当平衡车辆驱动车桥上的车轮滑移时考虑EM温度。EM处的高温然后可能会导致请求的车轮滑移减少，同时另一个驱动车桥处的车轮滑移增加以补偿所述减少。一旦高温EM冷却，所请求的车轮滑移可能会再次增加。
图7和图8示出了可以使用本文公开的技术的一些示例性重型车辆700、800。车桥710、720、730、740、750、760中的任一者可以包括被布置用于推进和再生制动的EM布置。这些技术可以有利地在牵引车单元110、挂车单元120、130和/或拖台车辆单元140中实施。车轮滑移平衡可以在中央VCU 130中或在车辆单元本地VCU 140中执行。
图9A和图9B示出了所公开的技术可以如何在诸如图7和图8所示的车辆中操作的一些示例。图9A中的车辆以恒定加速度加速，这意指车辆纵向速度Vx线性地增加。开始时，第一EM布置足以提供所请求的推进扭矩。控制单元130(或140)确定最高效的推进选项是从第一EM布置请求车轮滑移λ1，第一EM布置可以例如与牵引车110的后车桥730或挂车120的前车桥740相关联。然而，与大多数EM布置类似，第一EM布置效率随着支持车辆速度增加所需的马达车桥速度的增加而下降，如图6中的点划线640所示。控制单元因此开始也从第二EM布置请求车轮滑移λ2，第二EM布置被配置为为车辆的另一个车桥提供动力。这两个车轮滑移值最终平衡成由控制单元确定为期望关系的关系，以便维持车辆的期望操作。图9B示出了车辆包括第一EM布置、第二EM布置和第三EM布置的示例，这些EM布置被配置为为相应的第一从动车桥、第二从动车桥和第三从动车桥提供动力。此处，控制单元确定在车辆以第一车轮滑移请求λ1起动期间，第一EM布置单独操作是最高效的。然后，控制单元以车轮滑移请求λ2在第二EM布置中混合，随后第一EM布置对车辆推进的贡献逐步撤出，并最终被第三EM布置取代，从所述第三EM布置请求第三车轮滑移λ3。
为了总结以上讨论，本文公开了一种被布置成控制重型车辆100的运动的车辆控制单元130、140，所述重型车辆至少包括第一EM布置EM1和第二EM布置EM2，其中第一EM布置与第二EM布置相比具有不同的效率特性。当然，多于两个EM布置也是可能的。上面结合例如图6讨论了EM效率，并且可以与推进和制动期间的能效相关。一般来说，EM的EM效率特性指示EM将电存储的能量转换成推进力的能力，所述推进力使重型车辆加速，或者至少通过克服来自例如道路摩擦和空气阻力的损失来维持稳定的车辆速度。EM效率特性可以通过例如根据直接和正交设定点来调整电机的操作点而进行修改，如上所述。
与第二EM布置EM2相比，第一EM布置EM1例如可以具有不同的随车辆速度Vx变化的效率特性。这意指其中一个EM布置通常在低车辆速度下更高效，而另一个EM布置在较高车辆速度下更高效。与第二EM布置EM2相比，第一EM布置EM1还可以具有不同的随所施加的扭矩或所产生的车轮力变化的效率特性。通常，EM的能效特性是速度和扭矩的函数，如图6所示。然而，值得注意的是，可以通过不考虑对速度或扭矩的依赖性，仅考虑相关参数的子集来进行简化，从而降低实施的复杂性。如上所述，还可以通过根据EM布置的直流电流和正交电流设定点来调整操作点，而针对某些EM实施来调整该效率图。
第一EM布置EM1可以与重型车辆100的第一车辆车桥相关联，并且第二EM布置EM2可以与所述重型车辆的第二车辆车桥相关联。然而，如上面结合图8和图9所讨论的，车辆组合可以包括在一个或多个车辆单元上的大量驱动车桥以及单独的轮端马达。因此，本文的教导应被解释为适用于多种不同的车辆单元类型和组合。第一EM布置EM1任选地是被配置为在较低车辆速度下高效的可起动性EM布置，并且第二EM布置EM2则可以是被配置为在较高车辆速度下高效的巡航模式EM布置。优选地，可起动性EM布置被配置为为车辆单元后车桥720、730提供动力，并且巡航模式EM布置被配置为为车辆单元转向车桥710提供动力。这主要是因为转向车桥在较大转向角下免受载荷，而这种情况通常只发生在车辆缓慢行驶时。
一种实现具有不同能量特性的EM布置的方式是提供第一EM布置EM1，所述第一EM布置与第二EM布置EM2相比包括具有不同EM设计的一个或多个EM和/或包括不同的齿轮比。
本文公开的车辆控制单元被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制第一EM布置EM1和第二EM布置EM2。此处，车轮滑移请求被解释为任选地还包括车轮速度请求，只要该车轮速度请求是相对于车辆对地速度(即相对于车轮对地速度)确定的。在这种情况下，至少出于本文的目的，车轮速度和车轮滑移是等效的。
因此，所传输的车轮滑移请求任选地包括或至少指示由下式给出的目标纵向车轮滑移：
其中R是以米为单位的有效车轮半径，ωx是车轮的角速度，并且vx是车轮对地的纵向速度。根据另一个选项，所传输的车轮滑移请求可以包括由控制单元130、140关于车轮对地的纵向速度vx确定的车轮的目标角速度ωx，以获得目标纵向车轮滑移λx。
控制单元130、140还被布置成获得将由第一EM布置和第二EM布置联合产生的期望的总纵向力Fx。确定总纵向力以便使车辆产生期望的运动，诸如期望的加速度。
控制单元130、140被布置成确定与由第一EM布置产生的第一纵向力F1相对应的期望的第一车轮滑移λ1，以及与由第二EM布置产生的第二纵向力F2相对应的期望的第二车轮滑移λ2，其中第一纵向力F1和第二纵向力F2的总和与期望的总纵向力Fx匹配。这意指至少两个EM布置投入工作以便产生相应的力，这些力合在一起等于期望的总纵向力，因为控制单元130、140根据第一EM布置EM1和第二EM布置EM2的相应效率特性来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度，所以这两个分量纵向力将变化。
与不产生显著车轮滑移的车轮相比，通过较大车轮滑移对车辆推进或制动做出贡献的车轮可能会经历更高的轮胎磨损。为了平衡车辆车轮上的轮胎磨损，可能需要在平衡车轮滑移时考虑估计的轮胎磨损。此处，由于给定的车轮滑移，轮胎正常载荷也可能在预测的轮胎磨损中起到重要作用，其中与在较小正常载荷下打滑的车轮相比，较高的正常载荷通常意味着较高的轮胎磨损率。可以构建与例如正常载荷和车轮滑移相关的轮胎磨损模型并将其用作车轮滑移平衡算法的输入。如果模型估计某个车轮经历高轮胎磨损，则可以减少从该车轮请求的车轮滑移，反之亦然。一种示例性控制方法是仅实施车轮滑移限制，所述车轮滑移限制防止在给定车轮滑移以上操作，所述车轮滑移限制可以根据轮胎正常载荷来确定。这样，某些车轮平衡解决方案变得不可接受，因为它们会导致不可接受的轮胎磨损率，尽管从某个其他角度(例如，诸如能效角度)来看是高效的。因此，根据一些方面，控制单元可以被布置成基于由当前轮胎滑移引起的估计的轮胎磨损或轮胎磨损率来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。正常载荷也可以被考虑用于平衡车轮之间或从动车桥之间的车轮滑移。因此，根据一些方面，控制单元130、140被布置成基于与第一EM布置EM1和第二EM布置EM2相关联的车桥上的相应正常载荷来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。
图10和图11示出了如何可以在实践中实现该车轮滑移平衡的示例。此处仅平衡两个EM布置，但是当然也可以使用多于两个EM布置。MSD协调功能接收要生成的期望的纵向力Freq。为了满足该请求，MSD协调功能必须将第一车轮滑移请求λ1和第二车轮滑移请求λ2分配给第一EM布置EM1和第二EM布置EM2，所述车轮滑移请求转化为由第一EM布置产生的第一纵向力F1，以及由第二EM布置产生的第二纵向力F2，其中第一纵向力F1和第二纵向力F2的总和与期望的总纵向力Fx匹配。力和车轮滑移之间的映射可以根据诸如上面结合图2讨论的轮胎模型来确定。通常但不一定，此处的“匹配”意指“等于”，但是一些差异当然是可以接受的，至少在短暂的时间内。一般来说，第一车轮滑移请求和第二车轮滑移请求被确定为使得第一EM布置和第二EM布置一起共同努力提供满足更高层期望的、具有足够准确度的车辆行为。所施加的扭矩T1、T2或由两个EM布置产生的估计的纵向力F1和F2被反馈回到效率梯度函数，所述效率梯度函数还接收指示当前车辆速度Vx(即车辆在地面上行驶的速度)的信息。由于齿轮比、车轮半径和其他车辆参数对于系统来说是已知的，所以该车辆速度Vx可以被转换成两个EM布置的等效车桥速度。效率梯度函数基于相应EM布置EM1、EM2的效率特性相对于控制参数的相对梯度来确定两个车轮滑移请求之间的适当平衡。所述方法是基于效率模型，其中效率η是施加扭矩T或产生的纵向车轮力F以及马达车桥速度或车轮速度ω的函数，即，
η＝f(T/F,ω)
所述方法在图11中进一步可见，该图示出了效率与车轮滑移λ(或扭矩T)的绘图。图11中的曲线可以被认为是图6中的等高线绘图沿着虚线650的横截面。包括第一EM布置和第二EM布置的驱动系统的联合整体效率是EM布置的相应效率和电流平衡(即它们之间的分配)的函数。参考图11，可以认识到，如果相对于第一EM布置的扭矩(或车轮力或车轮滑差)的效率梯度
与相对于第二EM布置的扭矩(或车轮力或车轮滑差)的效率梯度相比较大
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则可以通过将更多的推进力传送到具有更大正梯度的EM布置上来实现总体效率的增加。在两个梯度相同的平衡点处，可以传送哪一个推进力并不重要，因为一个EM布置的效率增加被另一个EM布置的效率降低所抵消。因此，只要一个梯度比其他梯度更正，效率梯度函数就会将更多的推进力传送到具有较大梯度的EM布置上，直到达到梯度相同的情况，此时已获得节能操作模式。如果条件发生变化，诸如车辆速度的变化或车辆所需的加速度的变化，则可以快速调整分配。
根据另一个示例，可以使用基于梯度下降的策略来找到车轮滑移之间的适当平衡。假设车辆运动管理模块确定需要总车轮力F总计，并且三个从动车桥将通过相应的车轮力贡献F1、F2和F3来产生该总力，使得F总计＝F1+F2+F3。还假设将EM功率(消耗和/或再生的)与车轮力相关的近似函数P1(F1)、P2(F2)和P3(F3)可用，其中总消耗或再生的功率P总计＝P1(F1)+P2(F2)+P3(F3)。这些功能可以在车辆操作期间预先配置或自适应地确定。由于车轮力和车轮滑移之间的关系是可用的，因此总消耗或再生功率也可以根据车轮滑移表述为P总计＝P1(λ1)+P2(λ2)+P3(λ3)。
成本函数
J＝P1(λ1)+P2(λ2)+P3(λ3)
可以通过平衡车轮滑移来制定并优化(最小化或最大化)。假设J的梯度为
则将第i个车轮滑移调整Δλi的梯度下降法可以表述为Δλ1＝wg1，Δλ2＝wg2，其中w是步长，并且调整第三轮滑移λ2以满足总力约束，使得F总计＝F1+F2+F3。当然，所请求的车轮滑移还必须满足相应的MSD产生车轮力的能力。
总之，根据一些方面，控制单元130、140被布置成基于相应EM布置EM1、EM2的效率特性相对于控制参数的相对梯度来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。例如，控制单元可以被布置成在车辆100的当前状态下第一EM布置EM1的效率特性的梯度大于第二EM布置EM2的效率特性的梯度的情况下，增加第一车轮滑移λ1，并且在车辆100的当前状态下第一EM布置EM1的效率特性的梯度小于第二EM布置EM2的效率特性的梯度的情况下减小第一车轮滑移λ1。
图12A示出了另一种控制方法，其基于这样的直觉：一个EM布置上的能量消耗相对于另一个EM布置的能量消耗应该与EM布置对产生的总推进力的贡献成正比。也就是说，第i个EM布置消耗的能量Ei是汲取功率Pi的函数，其应与第i个EM布置产生的推进力相对于车辆上的所有EM布置产生的总推进力的比率成正比，如
换句话说，根据一些方面，控制单元130、140被布置成基于与第一纵向力F1和第二纵向力F2之间的幅度关系相比的第一EM布置EM1和第二EM布置EM2的相对功耗P1、P2来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。这表示一种平衡车轮滑移的特别简单的方法。参考图12，MSD协调功能接收对将由MSD协调器控制的一组EM布置产生的总纵向力的请求。MSD协调器确定第一车轮滑移λ1和第二车轮滑移λ2，它们一起转化为车轮力，所述车轮力一起与总纵向力请求Freq匹配。所述分配由能量平衡函数确定，所述能量平衡函数监测两个EM布置EM1、EM2消耗的功率，并将这些汲取的功率与分配的第一纵向力F1和第二纵向力F2进行比较。如果一个EM布置贡献的力小于其在总能量消耗中所占份额所保证的力，则相应的车轮滑移将减少，反之亦然。因此，控制单元130、140被布置成在第一EM布置EM1的功耗与第二EM布置EM2的功耗之间的比率小于第一纵向力F1和第二纵向力F2之间的对应比率的情况下增加第一车轮滑移λ1，并且在第一EM布置EM1的功耗与第二EM布置EM2的功耗之间的比率大于第一纵向力F1和第二纵向力F2之间的对应比率的情况下减少第一车轮滑移λ1。
当然，通过使用预定的车轮滑移分配，诸如可以基于一个或多个操作场景参数来编索引的查找表，可以进一步简化车轮滑移平衡功能。根据一些此类方面，控制单元130、140被布置成基于由车辆速度参数化的预定平衡函数来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。根据一些其他此类方面，控制单元130、140被布置成基于由总纵向力Fx参数化的预定平衡函数来平衡第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。
图12B示出了示例性控制方法，其中车轮滑移平衡功能作为现有车辆运动管理系统的附加组件来实施。此处，MSD协调块接收总纵向力请求Freq并确定将由不同推进单元产生的合适的扭矩T1/T2或车轮滑移λ1/λ2。能量平衡功能将来自MSD协调单元的请求修改为根据本教导平衡的新的车轮滑移请求λ1’/λ2’。值得注意的是，平衡可以仅在车辆直线行驶时执行，即不在转弯期间执行，因为车轮滑移平衡可能影响车辆在转弯期间的行为。最大偏航运动阈值可以用于确定何时可以执行滑动平衡以及何时应当停用滑动平衡。如前所述，来自Ems的功率反馈可以用于确定合适的车轮滑移分配。图13示出了可以使用本文所公开的技术的示例性分层控制堆栈架构。上述TSM功能380计划以例如1至10秒左右的时间范围进行驾驶操作。TSM功能380与VMM功能370相互作用，所述VMM功能以约0.1至1.5秒左右的时间范围操作并且不断地将来自TSM 380的加速度曲线areq和曲率曲线creq转换为用于控制由车辆100的不同MSD致动的车辆运动功能的控制命令，所述MSD向VMM报告回能力，所述能力进而用作车辆控制中的约束。
VMM功能370执行车辆状态或运动估计1320，即，VMM功能370通过使用布置在车辆100上通常但不总是与MSD相关的各种传感器1310监测车辆状态和行为来不断地确定包括车辆组合中的不同单元的位置、速度、加速度、横摆运动、法向力和铰接角度的车辆状态s(通常是矢量变量)。
运动估计1320的结果(即，估计的车辆状态s)被输入到全局力产生模块1330，所述全局力产生模块确定在车辆单元上需要产生的所需的全局力，以便满足来自TSM功能380的运动请求。MSD协调功能1340分配例如车轮力并且协调其他MSD，诸如转向装置和悬架。经协调的MSD然后一起在车辆单元上提供期望的横向力Fy和纵向力Fx以及所需力矩Mz，以获得车辆组合100的期望运动。如图13所指示，MSD协调功能1340可以将车轮滑移λi、车轮旋转速度ω和/或转向角度dI中的任一者输入到不同的MSD。
此处，上面讨论的车轮滑移平衡技术在滑移平衡优化功能1350中实现，所述滑移平衡优化功能与MSD协调功能相互作用。滑移平衡优化功能可以例如根据上面结合图11或图12讨论的原理来操作，并且其他实施方式当然也是可能的。MSD协调功能1340将力分配给不同的MSD，同时考虑期望的车轮滑移平衡或至少部分地由滑移平衡优化模块确定的车轮滑移分配。来自滑移平衡优化模块的输入可以在MSD协调功能中用作在整个优化过程中要考虑的附加约束，或者作为先决条件。
应注意，MSD协调功能1340可以是相对简单的协调功能，其中由例如自供电挂车车辆单元或自供电拖台车辆单元产生的期望的总纵向力将被分配在车辆单元的两个或更多个车桥上，或分配在铰接式车辆组合的两个或更多个车桥上。来自滑移平衡函数1350的输入然后可以按原样实施而无需进一步优化，即，根据从滑移平衡优化函数1350获得的分配决策并且根据轮胎模型来将期望的总力分配在两个或更多个驱动车桥上，所述轮胎模型用于将期望的纵向车轮力转化为等效的车轮滑移值(或在考虑车辆对地速度后确定的车轮速度值)。
值得注意的是，滑移平衡优化1350可以单独地确定每个车辆单元的车轮滑移分配，或者联合地确定整个铰接式车辆的车轮滑移分配。
图14是示出总结上述讨论的方法的流程图。所述方法被设计成在车辆控制单元130、140中执行，所述车辆控制单元被布置成控制重型车辆100的运动，所述重型车辆包括第一电机EM布置EM1和第二电机EM布置EM2，其中第一EM布置与第二EM布置相比具有不同的效率特性。此外，如上所述，车辆控制单元130、140被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制第一EM布置EM1和第二EM布置EM2。
所述方法包括获得S1将由第一EM布置和第二EM布置联合产生的期望的总纵向力Fx，
确定S2与由第一EM布置产生的第一纵向力F1相对应的期望的第一车轮滑移λ1，以及与由第二EM布置产生的第二纵向力F2相对应的期望的第二车轮滑移λ2，其中第一纵向力F1和第二纵向力F2的总和对应于期望的总纵向力Fx，以及
根据第一EM布置EM1和第二EM布置EM2的相应效率特性来平衡S3第一车轮滑移λ1的幅度相对于第二车轮滑移λ2的幅度。
图15在许多功能单元方面示意性地示出了根据本文的讨论的实施方案的控制单元130、140的部件，诸如VUC 130、140中的任一者。该控制单元130、140可以包括在铰接式车辆1中。使用能够执行存储在例如呈存储介质1530的形式的计算机程序产品中的软件指令的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等中的一者或多者的任何组合来提供处理电路1510。处理电路1510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。
具体地，处理电路1510被配置为使控制单元130、140执行一组操作或步骤，诸如结合图14讨论的方法。例如，存储介质1530可以存储该组操作，并且处理电路1510可以被配置为从存储介质1530中检索该组操作以使控制单元130、140执行该组操作。该组操作可以作为一组可执行指令来提供。因此，处理电路1510由此被布置成执行如本文所公开的方法。
存储介质1530还可以包括持久性存储装置，其例如可以是磁存储器、光学存储器、固态存储器或甚至远程安装的存储器中的任何一种或组合。
控制单元130、140还可以包括用于与至少一个外部装置通信的接口1520。因此，接口1520可以包括一个或多个发射器和接收器，包括模拟和数字部件以及用于有线或无线通信的合适数量的端口。
处理电路1510例如通过向接口1520和存储介质1530发送数据和控制信号、通过从接口1520接收数据和报告以及通过从存储介质1530中检索数据和指令来对控制单元130、140的一般操作进行控制。控制节点的其他部件以及相关功能被省略以免使本文呈现的概念变得模糊。
图16示出了承载计算机程序的计算机可读介质1610，所述计算机程序包括用于在所述程序产品在计算机上运行时执行图14中所示的方法的程序代码装置1620。计算机可读介质和代码装置可以一起形成计算机程序产品1600。

Claims (22)

1.一种被布置成控制重型车辆(100)的运动的车辆控制单元(130、140)，所述重型车辆包括第一电机EM布置(EM1)和第二电机EM布置(EM2)，其中所述第一EM布置与所述第二EM布置相比具有不同的效率特性，
其中所述车辆控制单元(130、140)被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)，
其中所述控制单元(130、140)被布置成获得将由所述第一EM布置和所述第二EM布置联合产生的期望的总纵向力(Fx)，
其中所述控制单元(130、140)被布置成确定与由所述第一EM布置产生的第一纵向力F1相对应的期望的第一车轮滑移(λ1)，以及与由所述第二EM布置产生的第二纵向力(F2)相对应的期望的第二车轮滑移(λ2)，其中所述第一纵向力(F1)和所述第二纵向力(F2)的总和与所述期望的总纵向力(Fx)匹配，
其中所述控制单元(130、140)被布置成根据所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)的相应效率特性来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的幅度。
2.根据权利要求1所述的车辆控制单元(130、140)，其中与所述第二EM布置(EM2)相比，所述第一EM布置(EM1)具有不同的随车辆速度(Vx)变化的效率特性。
3.根据权利要求1或2所述的车辆控制单元(130、140)，其中与所述第二EM布置(EM2)相比，所述第一EM布置(EM1)具有不同的随所施加的扭矩或车轮力变化的效率特性。
4.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中与所述第二EM布置(EM2)相比，所述第一EM布置(EM1)包括具有不同EM设计的一个或多个EM和/或包括不同的齿轮比。
5.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述第一EM布置(EM1)与所述重型车辆(100)的第一车辆车桥相关联，并且所述第二EM布置(EM2)与所述重型车辆的第二车辆车桥相关联。
6.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述第一EM布置(EM1)是被配置为在较低车辆速度下高效的可起动性EM布置，并且其中所述第二EM布置(EM2)是被配置为在较高车辆速度下高效的巡航模式EM布置。
7.根据权利要求6所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述可起动性EM布置被配置为为车辆单元后车桥(720、730)提供动力，并且其中所述巡航模式EM布置被配置为为车辆单元转向车桥(710)提供动力。
8.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于所述相应EM布置(EM1、EM2)的所述效率特性相对于控制参数的相对梯度来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的所述幅度。
9.根据权利要求8所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元被布置成在所述车辆(100)的当前状态下所述第一EM布置(EM1)的所述效率特性的所述梯度大于所述第二EM布置(EM2)的所述效率特性的所述梯度的情况下，增加所述第一车轮滑移(λ1)，并且在所述车辆(100)的所述当前状态下所述第一EM布置(EM1)的所述效率特性的所述梯度小于所述第二EM布置(EM2)的所述效率特性的所述梯度的情况下减小所述第一车轮滑移(λ1)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于与所述第一纵向力(F1)和所述第二纵向力(F2)之间的幅度关系相比的所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)的相对功耗(P1、P2)来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的所述幅度。
11.根据权利要求10所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130,140)被布置成在所述第一EM布置(EM1)的所述功耗与所述第二EM布置(EM2)的所述功耗之间的比率小于所述第一纵向力(F1)和所述第二纵向力(F2)之间的对应比率的情况下增加所述第一车轮滑移(λ1)，并且在所述第一EM布置(EM1)的所述功耗与所述第二EM布置(EM2)的所述功耗之间的所述比率大于所述第一纵向力(F1)和所述第二纵向力(F2)之间的所述对应比率的情况下减少所述第一车轮滑移(λ1)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于由车辆速度参数化的预定平衡函数来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的所述幅度。
13.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于由所述总纵向力(Fx)参数化的预定平衡函数来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的所述幅度。
14.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所传输的车轮滑移请求包括由下式给出的目标纵向车轮滑移：
其中R是以米为单位的有效车轮半径，ωx是所述车轮的角速度，并且vx是所述车轮对地的纵向速度。
15.根据前述权利要求1至13中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所传输的车轮滑移请求包括由所述控制单元(130、140)关于所述车轮对地的纵向速度vx确定的所述车轮的目标角速度ωx，以获得目标纵向车轮滑移λx。
16.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于由所述第一车轮滑移(λ1)和所述第二车轮滑移(λ2)引起的估计的轮胎磨损或轮胎磨损率来平衡所述第二轮胎滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二轮胎滑移(λ2)的所述幅度。
17.根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)，其中所述控制单元(130、140)被布置成基于与所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)相关联的车桥上的相应正常载荷来平衡所述第一车轮滑移(λ1)的所述幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的所述幅度。
18.一种重型车辆(100、110、120)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(130、140)。
19.一种牵引车辆单元，诸如自供电挂车(120、130)或自供电拖台车辆单元(140)，其包括根据前述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(140)，其中所述牵引车辆单元包括第一车桥和第二车桥，其中所述第一车桥被布置成由第一EM布置(EM1)驱动，并且其中所述第二车桥被布置成由第二EM布置(EM1)驱动。
20.一种在车辆控制单元(130、140)中执行的方法，所述车辆控制单元被布置成控制重型车辆(100)的运动，所述重型车辆包括第一电机EM布置(EM1)和第二电机EM布置(EM2)，其中所述第一EM布置与所述第二EM布置相比具有不同的效率特性，
其中所述车辆控制单元(130、140)被布置成通过将车轮滑移请求传输到相应的EM控制单元来控制所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)，
所述方法包括
获得(S1)将由所述第一EM布置和所述第二EM布置联合产生的期望的总纵向力(Fx)，
确定(S2)与由所述第一EM布置产生的第一纵向力(F1)相对应的期望的第一车轮滑移(λ1)，以及与由所述第二EM布置产生的第二纵向力(F2)相对应的期望的第二车轮滑移(λ2)，其中所述第一纵向力(F1)和所述第二纵向力(F2)的总和对应于所述期望的总纵向力(Fx)，以及
根据所述第一EM布置(EM1)和所述第二EM布置(EM2)的相应效率特性来平衡(S3)所述第一车轮滑移(λ1)的幅度相对于所述第二车轮滑移(λ2)的幅度。
21.一种计算机程序，其包括用于在所述程序在计算机上运行时执行根据权利要求20所述的步骤的程序代码装置(1620)。
22.一种承载计算机程序的计算机可读介质(1610)，所述计算机程序包括用于在所述程序产品在计算机上运行时执行根据权利要求20所述的步骤的程序代码装置。
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