带有倒车辅助功能的电动挂车的制作方法

1.本发明主要涉及重型车辆、例如卡车和半挂车车辆，但本文公开的技术也可以用于其它类型的车辆。本发明特别地涉及电动挂车车辆，该电动挂车车辆包括用于推进和转向的装置。

背景技术：

2.半挂车车辆通常包括牵引车，该牵引车布置成经由第五轮连接件拖曳挂车单元。还可以向车辆组合增加拖台车辆单元，该拖台车辆单元允许由同一牵引车拖曳附加的挂车单元，由此扩展该车辆组合的货物运输能力。与包括一个以上挂车单元的重型车辆相关联的缺点在于，众所周知地是，此类重型车辆难以操纵并且需要强力的牵引车来提供拖曳多个挂车单元所需的推进扭矩。
3.传统的拖台车辆单元是被动(无动力)车辆单元，该被动车辆单元设计成用于连接到具有强大牵引力的牵引车单元、卡车或原动机车辆。然而，已经提出了电动拖台车辆，以提高车辆的能量效率、牵引力以及机动性。wo 2018/162030公开了此种电动拖台车辆的一个令人感兴趣的示例用途。us 10,518,831描述了电动拖台车辆单元的另一示例。
4.还提出了电动挂车，以提高车辆的推进力和机动性，例如参见us 2021/0053619，该专利文献公开了一种带有可转向轮轴的电动挂车单元，该可转向轮轴可以用于通过急转弯并且辅助车辆倒车至仓库月台等。us2020/238990还公开了一种挂车，该挂车布置成提高车辆的推进力和机动性。
5.然而，尽管迄今为止取得了进展，但在该领域仍需要进一步改进，以实现充分发挥自驱动被拖曳车辆的潜力。还期望开发与降低的计算复杂度相关联的、用于电动车辆单元的控制方法，使得这些控制方法可以在不太强力的处理单元上执行并且生成更易于预测的控制结果。

技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提供用于辅助重型车辆倒车的方法、电动挂车单元以及控制单元。该目的通过一种用于使铰接式车辆倒车的方法实现，所述铰接式车辆包括牵引车和一个或多个被拖曳车辆单元，所述方法包括：将包括一个或多个电机(em)和转向功能的电动挂车(e-trailer)布置为所述铰接式车辆的最后面的被拖曳单元，获得倒车命令，所述倒车命令指示由所述铰接式车辆进行的期望倒车操纵，将所述电动挂车配置成倒车拖曳操作模式，在所述倒车拖曳操作模式下，所述电动挂车被布置成在拖曳所述铰接式车辆的牵引车和任何其它挂车单元的同时，使用所述一个或多个em和所述转向功能来根据所述倒车命令进行倒车。所述方法还包括：将所述铰接式车辆的牵引车和其它挂车单元配置成被动拖曳操作模式，在所述被动拖曳操作模式下，所述牵引车和其它挂车单元被布置成至少部分地由所述电动挂车拖曳，以及通过向所述电动挂车发出所述倒车命令，来使所述铰接式车辆倒车。
7.这样，该电动挂车在倒车操纵期间临时承担拖曳车辆的角。由于牵引扭矩施加在最后面的轴(在倒车方向上，该轴现在是最前面的轴)处，因此控制问题得以显著简化。事实上，牵引车和任何其它车辆单元都可以布置在完全被动的自由滚动模式下，从而允许该牵引车和任何其它车辆单元由电动挂车拖曳。替代地，该拖曳车辆单元和其它挂车单元可以在至少部分地由电动挂车拖曳的同时、辅助倒车操纵。该方法允许多挂车车辆沿着狭窄的道路倒车，在其它情况下这将是一个非常困难的控制问题。
8.该方法可以在布置于电动挂车中的车辆控制单元(vcu)中和/或在布置于牵引车中的vcu中执行。
9.根据各方面，该方法包括基于从该铰接式车辆的驾驶员获得的手动控制输入来生成倒车命令。这意味着该方法可以用于提供驾驶员支持，例如，允许缺乏经验的人类驾驶员执行倒车操纵，而在其它情况下该倒车操纵只能由非常有经验的驾驶员执行。有利地是，可以为驾驶员提供平视显示器，该平视显示器使得从铰接式车辆的最后面的挂车单元观察到的后方视野可视化。然后，车辆控件可以重新配置，以使得方向盘和/或控制踏板模仿平视显示器中观察到的沿着道路的向前运动。这样，复杂的倒车操纵就可以转化成正常的向前驾驶操纵，与实际的倒车操纵相比，成功完成正常的向前驾驶操纵要简单得多。
10.根据各方面，该方法包括基于从该铰接式车辆的外部操作员获得的控制输入来生成倒车命令。所公开的方法也可以有利地用于多挂车车辆的远程控制。在多挂车车辆沿着复杂路线倒车的情况下，远程控制的倒车操纵可能甚至更难以执行。通过本文公开的方法，控制问题得以大大简化。
11.根据各方面，该方法包括由主车辆控制单元中的力生成模块自动地生成倒车命令。因此，有利地是，这些方法能够与针对高级驾驶员辅助系统甚至自动驾驶的控制架构相兼容。
12.根据各方面，该方法包括通过由牵引车施加转向来辅助铰接式车辆倒车，以减小与牵引车上的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使车轮滑移角最小化。转向以使车轮滑移角最小化的牵引车可以帮助倒车操作，而无需在电动挂车和牵引车之间进行控制连接，这是一个优点。牵引车转向控制可以是自动的或者手动的。在手动控制的情况下，可以向驾驶员提供指令，以指示驾驶员在倒车期间应该将牵引车转向哪边，从而以最佳方式辅助电动挂车。
13.根据各方面，该方法包括通过由牵引车施加扭矩来辅助铰接式车辆倒车，以减小牵引车联接点处的联接力，并且优选地使联接力最小化。同样，该牵引车和任何中间挂车单元可以通过提供一些牵引力来辅助倒车操作。这可以与由电动挂车执行的控制独立地执行，这是一个优点。这样，该牵引车可以在仍然至少部分地由最后面的电动挂车拖曳的同时被动地辅助该倒车操作。
14.根据各方面，该铰接式车辆包括其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元，并且该方法可以包括通过由该其它电动挂车和/或拖台施加转向来辅助铰接式车辆倒车，以分别减小与该其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使车轮滑移角最小化。这样，该其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元可以在仍然至少部分地由最后面的电动挂车拖曳的同时被动地辅助该倒车操作。该铰接式车辆还可以包括其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元，该方法然后可以包括通过由该其它电动挂车和/
或拖台施加扭矩来辅助铰接式车辆倒车，以减小在相应的挂车或拖台后部联接点处的联接力，并且优选地使联接力最小化。
15.这里还公开了与上述优点相关联的控制单元、车辆、计算机可读介质以及计算机程序产品。
16.通常，权利要求中使用的所有术语均应根据其在本技术领域中的普通含义来解释，除非本文另有明确定义。所有对“一/一个/该元件、设备、部件、装置、步骤等”的引用应广义地解释为指代该元件、设备、部件、装置、步骤等的至少一个示例，除非另有明确说明。除非明确说明，否则本文公开的任何方法的步骤不必按照所公开的确切顺序执行。当研读所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。本领域技术人员认识到，在不偏离本发明范围的情况下，可以将本发明的不同特征加以组合，以创建与下文描述的那些实施例不同的实施例。
附图说明
17.参照附图，下文将更详细地描述作为示例列举的本发明各实施例。附图中：
18.图1示意性地示出了示例重型车辆组合；
19.图2示出了电动挂车或电挂车；
20.图3示出了多挂车车辆的倒车；
21.图4示出了车辆控制功能架构；
22.图5示出了两个车辆控制功能堆栈之间的依赖关系；
23.图6示出了车辆控制功能架构；
24.图7到图8示出了示例车辆联接力；
25.图9是说明方法的流程图；
26.图10示意性地示出了控制单元；以及
27.图11示出了示例计算机程序产品。
具体实施方式
28.下文参照附图来更全面地描述本发明，在附图中示出本发明的某些方面。然而，本发明可以以许多不同形式体现，而不应理解成对这里所述的实施例和各方面进行限制；相反，通过示例的方式提供这些实施例，以使得本发明将是详尽和完整的，且将对于本领域的技术人员来说充分传达本发明的范围。在整个描述中，用相同的附图标记指代相同的元件。
29.应当理解，本发明不限于本文描述和附图所示的实施例；而是，本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的范围内进行许多改变和修改。
30.图1示出了用于货物运输的示例车辆100，其中，可以有利地应用本文公开的技术。车辆100包括卡车或拖曳车辆110，该卡车或拖曳车辆110配置成通过使用第一拖台140来拖曳第一挂车单元120，该第一拖台经由牵引杆连接到卡车110。图1中的第一拖台140和第一挂车120之间的连接包括以已知方式的第五轮连接。为了进一步扩展车辆组合100的货物运输能力，已将第二拖台车辆150连接到第一挂车120的后部。该第二拖台车辆150布置成拖曳第二挂车130。为了在车辆组合或道路列车上分配推进力，其中一些被拖曳车辆单元120、130、140、150可以是自驱动的，即配备有电源和推进装置。如上所述，电动拖台车辆单元和
电动挂车车辆单元都是众所周知的。
31.图1中的示例牵引车110还包括车辆控制单元(vcu)115，该车辆控制单元配置成执行各种车辆控制功能、例如车辆运动管理。然而，这一控制单元在当前上下文中是完全可选的。
32.图2示出了示例电动挂车或电挂车200。该电动挂车包括vcu210，该vcu布置成控制电存储系统(ess)220和电机(em)230。ess220可以包括电池组和燃料电池堆叠的任何组合。之前已例如在us2021/0053619中提出了电动挂车，在该专利文献中公开了“计算功率控制系统”，该计算功率控制系统执行对挂车和牵引车运动支持装置(msd)的联合控制，从而将挂车导航到仓库月台。为了加速对推进装置的控制，vcu优选地实施基于车轮滑移的控制方法，而非更常见的基于扭矩的控制。由于在一些情况下牵引车vcu115和电动挂车vcu210之间的通信延迟可能相当大，因此这种控制方法在由牵引车110中的vcu115控制的电动挂车的情况下特别有益。下面将更详细地讨论基于车轮滑移的控制。
33.通常，电动挂车是这样一种电动车辆单元，该电动车辆单元主要用于由牵引车或主拖曳车辆拖曳并运载货物。因此，电动挂车与并非布置成运载任何货物的自驱动拖台车辆单元不同。
34.如上所述，由于涉及多个接头或铰接点，因此，众所周知地是，使多挂车车辆组合倒车非常困难。图3示出了使双挂车车辆倒车的示例300，该双挂车车辆包括牵引车110、第一挂车120以及第二挂车130，该第二挂车经由拖台140连接到第一挂车。牵引车110在倒车的同时推动其前方的挂车单元，因此只能通过经由不同的被拖曳车辆单元120、130、140的传播运动来间接地控制铰接角α1、α2、α3。也就是说，为了改变铰接角α3，牵引车首先需要移动第一挂车120，该第一挂车进而移动拖台140，以致使拖台140和第二挂车单元130之间的铰接角α3发生改变。由于车辆300中的多个铰接点，即使是计算机辅助的倒车操纵也难以成功完成，特别是如果道路狭窄且包含急弯的话，就例如在森林中的碎石路的情况下那样。
35.本发明基于这样的认识，电动挂车(例如图2中所示的电动挂车)可以临时承担牵引车单元的角，并且在倒车操纵期间代为拖曳其它挂车单元和牵引车。这会将由于使用推动各单元的牵引车110来使多挂车车辆倒车引起的困难的控制问题转化为更简单的控制问题，其中，最后面的挂车用作原动机并且沿着倒车路径拖曳其它车辆单元，即与当车辆100在向前方向f上移动时差别不大。本发明对us2021/0053619中提出的电动挂车概念进行了扩展，并且提出了一种电动挂车单元，该电动挂车单元能够用于辅助多挂车车辆在更长距离上(例如沿着狭窄的碎石路等)进行倒车，并且不需要通过在us2021/0053619中描述的先进“计算功率控制系统”来对挂车和牵引车msd进行联合控制。而是，所提出的电动挂车200只需将铰接式车辆100的牵引车110和其它挂车单元120、140、150配置成被动拖曳操作模式，就能够使不包括任何先进计算资源的传统牵引车和挂车单元进行倒车，其中在上述被动拖曳操作模式下，牵引车110和其它挂车单元120、140、150布置成由电动挂车200拖曳。
36.图4示意性地示出了用于通过一些示例运动支持装置(msd)来控制例如电动挂车上的车轮430的功能400，这些运动支持装置在这里包括动力转向装置420和诸如电机(em)的推进装置410。动力转向装置420和推进装置410是可以由一个或多个运动支持装置控制单元440控制的致动器的示例。msd控制单元440可以布置成控制一个或多个致动器。例如，通常将msd控制单元布置成控制用于轴的两个车轮的msd。通过使用例如全球定位系统、基
于视觉的传感器、车轮转速传感器、雷达传感器和/或激光雷达传感器来估计车辆单元运动，并且将该车辆单元运动转换成给定车轮的局部坐标系(例如，在纵向和横向速率分量方面)，从而可以通过将车轮参照坐标系中的车辆单元运动与从布置成与车轮相连接的车轮转速传感器获得的数据进行比较，来实时地准确估计车轮滑移。交通状况管理(tsm)功能470以例如1到10秒左右的时间范围来规划驾驶操作。这一时间范围对应于例如车辆100通过弯道所花费的时间。由tsm规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，这些加速度曲线和曲率曲线描述针对给定操纵的期望车辆速率和转弯。tsm持续从车辆运动管理(vmm)功能460请求期望的加速度曲线a
req
和曲率曲线c
req
，该车辆运动管理功能执行力分配，从而以安全和稳健的方式满足来自tsm的请求并将请求传送到不同的msd。vmm功能460同时管理力生成和msd协调，即，该vmm功能确定为了满足来自tsm功能470的请求而在车辆单元处所需的力，从而例如根据由tsm请求的所请求加速度曲线来加速车辆和/或也根据tsm请求而由车辆生成一定的曲率运动。这些力可以例如包括偏航力矩mz、纵向力fx和横向力fy，以及所要施加在不同车轮处的不同类型的扭矩。
37.图5示出了牵引车110中的车辆控制堆栈，该车辆控制堆栈通信地耦合到挂车单元130中的控制堆栈。在车辆100的倒车期间，在电动挂车130中实施的控制堆栈的示例可以承担对车辆100的控制。这意味着牵引车110的tsm和vmm功能暂时置于被动拖曳操作模式下，在该被动拖曳操作模式下，牵引车110(和任何其它挂车单元)布置成由电动挂车拖曳。这一操作模式之前是经由接口510的控制信令。该控制信令可以例如包括对由电动挂车进行倒车操作的请求，随后是确认，藉此该电动挂车控制堆栈承担倒车操作的命令，并且牵引车进入被动拖曳模式，在该被动拖曳模式下，该牵引车基本上类似于被拖曳单元起作用。以这种方式，铰接式车辆100中的车辆单元的“顺序”调转，使得最后面的挂车单元130在倒车操纵期间替代地变为原动机。这样，倒车操纵的复杂度显著降低，因为在倒车操纵期间，牵引车和其它挂车单元只需“跟随(tag along)”在电动挂车后面即可。
38.应当理解的是，本文公开的概念也可以适用于传统牵引车110与图2所示的新型电动挂车200相组合的情况。这一传统牵引车则在倒车操纵开始之前被置于空档并脱开制动器，藉此，在倒车操纵期间，该牵引车可以像被动挂车单元一样被拖曳。
39.如上所述，电动挂车200可选地但优选地基于车轮滑移或车轮速度而非惯用的车轮扭矩来控制。根据saej670(sae车辆动力学标准委员会，2008年1月24日)，纵向车轮滑移λ可以定义为：
[0040][0041]
其中，r是以米为单位的有效车轮半径，ω
x
是车轮的角速度，并且v
x
是车轮的纵向速度(在车轮的坐标系中)。因此，λ介于-1和1之间，并且量化了车轮相对于路面滑移的量。车轮滑移本质上是车轮和车辆之间测得的速度差。因此，本文公开的技术可以适用于任何类型的车轮滑移定义。还应当理解的是，在车轮坐标系中，车轮滑移值等于车轮速度值，该车辆速度值给定车轮在路面上的速率。车轮滑移控制的优点在于，在湿滑道路上提高了牵引力。
[0042]
vmm460以及可选地msd控制440保持关于v
x
(在车轮的参照系中)的信息，同时可以
使用车轮速度传感器450等来确定ω
x
(车轮的旋转速度)。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，滑移和所生成的力之间的关系近似线性，其中，比例常数通常表示为轮胎的滑移刚度。轮胎430经受纵向力f
x
、横向力fy以及法向力fz。法向力fz是确定某些重要车辆特性的关键因素。例如，该法向力在很大程度上确定了能够由车轮实现的横向轮胎力fy，因为通常其中，μ是与道路摩擦条件相关联的摩擦系数。对于给定横向滑移下的最大可用横向力可以通过由hans pacejka在《tyre and vehicle dynamics(轮胎和车辆动力学)》(elsevier ltd.2012，isbn978-0-08-097016-5)中描述的所谓“神奇公式”来描述。
[0043]
在车辆动力学的技术领域中，滑移角或侧滑角α是车轮指向的方向与实际行驶方向之间的夹角(即，向前速率矢量v
x
与车轮向前速率v
x
和横向速率vy的矢量和之间的夹角)。这一滑移角产生一个力、即转向力，该力位于接触小面(contact patch)的平面中并且垂直于接触小面与车轮中间面的交点。该转向力在前几度的侧偏角内近似线性增加，然后非线性增加到最大值，之后开始减小。
[0044]
滑移角α定义为：
[0045][0046]
还参照图6，vmm功能460在大约1秒左右的时间范围内操作，并且持续将加速度曲线a
req
和曲率曲线c
req
转换成用于控制车辆运动功能的控制命令，这些车辆运动功能由车辆100的不同的msd 410、420致动，这些msd向vmm回报能力，这些能力进而用作车辆控制中的约束。vmm功能460执行车辆状态或运动估计610，即vmm功能460通常但并非总是与msd结合地、通过使用布置在车辆100上的各种传感器650监测操作来持续确定车辆组合中的不同单元的车辆状态s，包括位置、速度、加速度以及铰接角。对本文概念特别重要的是联接力传感器和能够提供从中可以确定车轮侧滑、即滑移角的信息的传感器。
[0047]
将运动估计610的结果，即所估计的车辆状态s输入到力生成模块620，该力生成模块确定不同车辆单元所需的全局力v＝[v1，v2]，以致使车辆100根据所请求的加速度曲线a
req
和曲率曲线c
req
移动。将所需的全局力矢量v输入到msd协调功能630，该msd协调功能分配车轮力，并且协调其它msd，例如转向和悬架。然后，经协调的msd一起在车辆单元上提供期望的横向力fy和纵向力fx、以及所需的力矩mz，从而通过车辆组合100获得期望的运动。
[0048]
通过使用例如全球定位系统、基于视觉的传感器、车轮速度传感器、雷达传感器和/或激光雷达传感器来确定车辆单元运动，并且将该车辆单元运动转换成给定车轮430的局部坐标系(例如，在纵向和横向速率分量方面)，从而可以通过将车轮参照坐标系中的车辆单元运动与从布置成与车轮相连接的车轮速度传感器获得的数据进行比较，来实时地准确估计车轮滑移和滑移角。
[0049]
本文公开的电动挂车有利地基于车轮滑移λ或车轮速度ω、而非更常见的车轮扭矩t来控制，主要是因为这允许更快的控制和更少的时延。轮胎模型可以用于在给定车轮的期望纵向轮胎力和车轮的等效车轮滑移λ之间进行转换。车轮滑移λ涉及车轮旋转速率和地面速度之间的差异，并且将在下文进行更详细地讨论。车轮速度ω是以例如每分钟转数(rpm)为单位给出的车轮的旋转速度，或者是以弧度/秒(rad/sec)或度/秒(deg/sec)表示的角速度。轮胎模型是这样的车轮行为模型，该车轮行为模型描述了作为车轮滑移的函数
的、在纵向方向(滚动方向)和/或横向方向(正交于纵向方向)上生成的车轮力。在由hans pacejka所著的《tyre and vehicle dynamics(轮胎和车辆动力学)》(elsevier ltd，2012，isbn978-0-08-097016-5)中涵盖了轮胎模型的基础知识。例如，参见第7章，其中讨论了车轮滑移和纵向力之间的关系。
[0050]
vmm和msd之间能够向车辆的车轮传递扭矩的接口465传统上一直专注于vmm对每个msd的基于扭矩的请求，而不考虑任何车轮滑移。然而，这种方案具有很大的性能限制。在出现过度滑移(这在重载车辆组合的倒车操纵期间很可能会发生)的情况下，在单独的控制单元上运行的相关安全功能(牵引力控制、防抱死制动等)通常会介入并请求扭矩超控，以使滑移重回控制。这种方案的问题在于，由于致动器的主控制和致动器的滑移控制分配给不同的vcu，因此，vcu之间通信所涉及的时延会显著限制滑移控制性能。此外，用于实现实际滑移控制的两个vcu中的相关致动器和滑差假设可能不一致，这进而会导致性能欠佳。通过替代地在电动挂车上的vmm和msd控制器440之间的接口465上使用基于车轮速度或车轮滑移的请求，由此将困难的致动器速度控制回路转移到msd控制器(与vmm功能460的采样时间相比，该msd控制器通常在短得多的采样时间下操作)，可以实现显著的益处。与基于扭矩的控制接口相比，这种架构可以提供好的多干扰抑制，并且因此提高了对轮胎道路接触小面处生成的力的可预测性。
[0051]
本发明将倒车模式功能640引入到车辆100的整体控制架构中。如上所述，包括对牵引车运动支持装置和电动挂车推进和转向的联合控制的车辆倒车是相对复杂的控制任务，这一控制任务通常需要大量的处理资源、即大功率车载计算机。本文提出的倒车技术是替代地将电动挂车布置为最后面的被拖曳单元，并且在倒车操纵期间，由该最后面的挂车承担原动机的角。然后，将其它车辆单元置于被动操作模式，在该被动操作模式下，这些车辆单元承担被拖曳车辆单元的作用。因此，参照图2和图4，公开了一种包括一个或多个em 410和转向功能420的电动挂车200，其中，该电动挂车包括vcu 210，该vcu布置成在倒车拖曳操作模式下控制该电动挂车，在该倒车拖曳操作模式下，该电动挂车配置成使用所述一个或多个em和转向功能，以根据倒车命令进行倒车。
[0052]
已经认识到的是，在倒车操纵期间以这种方式拖曳的车辆单元可以被动地辅助倒车，而不会使控制问题复杂化，即同时仍以被动拖曳配置操作。图7示出了铰接式车辆700，该铰接式车辆包括牵引车110和单个挂车120，该单个挂车是诸如在上述图2中所示的电动挂车。牵引车110可以配置成确定联接力矢量fc(这里以二维形式fcy1、fcy2，但三维联接力控制当然也是可能的)，该联接力矢量具有一定大小和方向并且作用在牵引车110和挂车120之间的联接点710上。然后，牵引车110可以施加有限量的推进力，以减小在联接点710处的联接力的大小，并且优选地使该联接力最小化。如果正确执行，则该电动挂车将不会注意到牵引车110的存在，而仅仅根据倒车命令独立地操纵，该倒车命令可以例如包括遵循给定路径或满足加速度和曲率请求的指令。由牵引车110进行的这种运动控制可以例如通过控制功能(例如，上面结合图6讨论的控制功能)来实现。值得注意的是，由于拖曳牵引车的仍然是电动挂车，因此这种类型的倒车辅助不需要对牵引车和挂车的联合控制，但牵引车在一定程度上帮助生成推进力以减轻电动挂车的拖曳负担。这带来了使施加在电动挂车上的扭矩要求减小的优点、和/或允许更大的车辆总重(gcw)。这一概念当然也可以扩展到多挂车车辆800，如图8所示，该多挂车车辆包括一个以上电动挂车和/或一个或多个自驱动拖台
车辆单元。然后，每个自驱动车辆单元可以配置成独立地施加推进力，以减小相对于从给定车辆单元向后的下一个被拖曳车辆单元的联接力大小。例如，在图8中，牵引车110用于减小联接点810处的联接力，第一挂车单元120用于减小联接点820处的联接力，拖台车辆单元用于减小联接点830处的联接力，并以此类推。
[0053]
因此，图7和图8示出了牵引车110的各方面，该牵引车包括vcu，该vcu布置成将牵引车110配置成被动拖曳操作模式，在该被动拖曳操作模式下，牵引车110布置成由电动挂车200拖曳，其中，该vcu布置成控制转向角δ，以减小与处于被动拖曳操作模式时的牵引车110上的两个或更多个转向轮相关联的车轮滑移角。本文还公开了这样一种牵引车110，该牵引车包括vcu，该vcu布置成将牵引车110配置成被动拖曳操作模式，在该被动拖曳操作模式下，牵引车110布置成由电动挂车200拖曳，其中vcu布置成通过由牵引车110施加推进力来辅助包括牵引车的铰接式车辆进行倒车，以减小在牵引车联接点710、810处的联接力。
[0054]
为了概括所提出的电动挂车概念，图9说明了一种用于使铰接式车辆100、300倒车的方法，该铰接式车辆包括牵引车110和一个或多个被拖曳车辆单元120、130、140、150。该方法包括：将包括一个或多个电机(em)410和转向功能420的电动挂车200布置成该铰接式车辆的最后面的被拖曳单元130。上文例如结合图2讨论了电动挂车200。应当理解的是，该电动挂车可以包括在全局车辆控制系统中，其中，车辆上的vcu210通常以从属模式作用于主车辆控制器，例如上文结合图5所讨论的那样。然而，电动挂车也可以与不包括任何形式的先进计算机化运动控制功能的传统牵引车辆单元相组合。该电动挂车的转向功能可以通过不同的方式进行配置。例如，可以将转向轴布置在电动挂车上，该转向轴允许电动挂车以相对敏捷的方式操纵。然而，固定轴也是可能的，在这种情况下，该转向功能可以通过在电动挂车的两侧上施加不同的车轮力来实现。
[0055]
该方法还包括获得倒车命令(s2)，该倒车命令指示由铰接式车辆100、300、700、800进行的期望倒车操纵。这一倒车命令可以例如是来自远程控制装置的控制信号，该远程控制装置由来自牵引车110的驾驶室或者来自车辆100外部位置的驾驶员管理。例如，驾驶员或操作员可以离开牵引车，并且从远程位置使车辆倒车，这允许更好地观察倒车过程。还可以通过将在原动机110中的控制单元上操作的tsm功能470连接到在电动挂车上实施的vmm功能来自动生成倒车命令。然后，该电动挂车上的vmm功能承担牵引车110上的vmm功能的角，从而允许通过使用电动挂车(而不是牵引车)作为原动机来使车辆倒车。同样，这使得为了完成倒车操作而必须解决的控制问题的解决方案得以简化。
[0056]
如上所述，该电动挂车能够配置成倒车拖曳操作模式(s3)，在该倒车拖曳操作模式下，该电动挂车布置成在拖曳该铰接式车辆的牵引车110和任何其它挂车单元120、140、150的同时，使用所述一个或多个em和转向功能来根据倒车命令进行倒车。该铰接式车辆的牵引车110和其它挂车单元120、140、150替代地配置成被动拖曳操作模式(s4)，在该被动拖曳操作模式下，该牵引车110和其它挂车单元120、140、150布置成至少部分地由该电动挂车拖曳。这样，只需向电动挂车发出倒车命令，即使是多挂车铰接式车辆也可以沿着复杂的路线并且在狭窄的道路上倒车(s5)，而无需解决复杂的控制问题，该电动挂车然后将会在倒车操纵期间承担原动机的角并且拖曳其它车辆单元。
[0057]
本文讨论的方法可以由布置在电动挂车200中的车辆控制单元(vcu)210和/或由布置在牵引车110中的vcu115执行。如果该方法由电动挂车中的vcu210执行，则在牵引车
110中不需要高级计算机支持。如果替代地这些方法在牵引车vcu115中执行，则由于该电动挂车已承担原动机的角，因此计算控制负担显著降低，这进而意味着上文结合图3讨论的困难控制问题不再相关。
[0058]
该方法可选地包括：基于从该铰接式车辆的驾驶员获得的手动控制输入来生成倒车命令(s21)。这一手动控制输入可以由驾驶员经由某种形式的显示器或经由常规方向盘输入。在使用方向盘的情况下，显示器可以有利地配置在驾驶室中，以示出从最后面的挂车观察到的后视图。然后，驾驶员使用正常的车辆控制命令，即方向盘和踏板，以沿着倒车操纵路径来控制车辆。该方法还可以包括：基于从该铰接式车辆的外部操作员获得的控制输入来生成倒车命令(s22)。该外部操作员可以远离车辆，并且使用远程控制装置来经由无线链路控制电动挂车。这在特别具有挑战性的倒车场景中可能更容易，这是因为操作员可以四处走动，以更好地观察车辆100的周围环境。外部操作员也可以位于控制塔中或与位于仓库或物流设施的装货区附近。
[0059]
可以在驾驶室中提供平视显示器或其它形式的视觉支持，以辅助驾驶员倒车。该显示装置然后可以示出从最后面的挂车单元观察到的视图。然后，驾驶员输入控件或远程控制器的控件可以重新配置，以控制挂车的牵引力和转向，就好像这个转向轴是车辆上最前方的轴一样。因此，驾驶员可以在倒车操作期间简单地转向该铰接式车辆，就像倒车操作是正常的向前驾驶操作一样。换言之，踩下油门踏板会增加向后速率，向左转动方向盘会致使最后面的车辆单元在倒车方向上向左转，并且向右转动方向盘会致使最后面的车辆单元在倒车方向上向右转向。这种倒车操作可以与对车辆速率的限制相关联，以确保安全的倒车操作。
[0060]
根据各方面，该方法可选地包括由主车辆控制单元115中的力生成模块620自动地生成倒车命令(s23)。该力生成模块然后面临更简单的控制问题，这是因为该力生成模块足以控制电动挂车沿着倒车路径，藉此其它车辆单元将由该电动挂车沿着该路径拖曳。
[0061]
该方法还可以包括通过由牵引车110施加转向来辅助铰接式车辆倒车(s41)，以减小与牵引车110上的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使车轮滑移角最小化。任何车轮滑移角都指示不正确的车轮角，这是因为除了最后面的电动挂车之外，所有车辆单元的期望“跟随”配置将仅仅沿着倒车路径跟随前方的车辆。基于滑移角控制转向代表了一种用于控制转向角的低复杂度方法，该方法可以由不同的车辆单元独立执行，而无需例如us 2021/0053619中公开的复杂的计算功率控制系统，该复杂的计算功率控制系统执行对挂车和牵引车运动支持装置(msd)的联合控制，以便沿着倒车路径导航车辆。
[0062]
根据其它方面，该方法还包括通过由牵引车110施加扭矩来辅助铰接式车辆倒车(s42)，以减小牵引车联接点710、810处的联接力大小，并且优选地使联接力最小化。联接力大小的减小也可以由不同的车辆单元独立执行，由此避免对多挂车车辆组合中不同单元的复杂联合控制。联接力传感器可以安装在车辆100上的不同铰接点的连接处，并且单独的车辆控制单元可以配置成施加车轮力，以减小该联接力。该联接力传感器可以有利地与铰接角传感器组合。这些铰接角传感器然后提供对铰接角的指示，这简化了力的生成以减小联接力的大小。在这种联接力减小特征的非常简单的实施方式中，这些挂车单元仅在铰接角度低于给定大小的情况下施加牵引力，即，只要该铰接式车辆处于相对笔直的配置中即可。
[0063]
根据其它方面，该铰接式车辆包括其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元。然
后，该方法可选地包括通过由其它电动挂车120和/或拖台施加转向来辅助该铰接式车辆倒车(s43)，以分别减小与其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使该车轮滑移角最小化。以类似的方式，该方法可以包括通过由其它电动挂车120和/或由拖台施加扭矩来辅助该铰接式车辆倒车(s44)，以减小在相应的挂车或拖台后部联接点820、830处的联接力大小并且优选地使该联接力最小化。
[0064]
图10以多个功能单元的形式示意地示出了根据本文讨论的实施例的控制单元115、210、1000的各部件。该控制单元可以例如呈vmm单元的形式被包括在车辆100中。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处理电路1010，上述中央处理单元、多处理器、微控制器、数字信号处理器能够执行存储在计算机程序产品中的软件指令(例如，呈存储介质1030的形式)。处理电路1010还可以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。
[0065]
特别地，处理电路1010配置成致使控制单元1000执行一组操作或步骤，例如结合图9讨论的方法。例如，存储介质1030可以存储该一组操作，并且处理电路1010可以配置成从存储介质1030检索该一组操作，以致使控制单元900执行该一组操作。该一组操作可以作为一组可执行指令提供。因此，处理电路1010由此布置成执行例如本文所公开的方法。特别地，公开了一种用于控制铰接式车辆100、300、700、800的倒车的控制单元115、210、1000，该铰接式车辆100、300、700、800包括牵引车110和一个或多个被拖曳车辆单元120、130、140、150，该控制单元包括处理电路1010、耦接到处理电路1010的接口1020以及耦接到处理电路1010的存储器1030，其中，该存储器包括机器可读计算机程序指令，并且当由处理电路执行时，这些机器可读计算机程序指令致使该控制单元：
[0066]
将包括一个或多个电机em410和转向功能420的电动挂车(e-trailer)200布置为该铰接式车辆的最后面的被拖曳单元130(s1)，
[0067]
获得倒车命令(s2)，该倒车命令指示由铰接式车辆100、300、700、800进行的期望倒车操纵，
[0068]
将电动挂车配置成倒车拖曳操作模式(s3)，在该倒车拖曳操作模式下，该电动挂车布置成在拖曳该铰接式车辆的牵引车110和任何其它挂车单元120、140、150的同时，使用所述一个或多个电机和转向功能来根据倒车命令进行倒车，
[0069]
将该铰接式车辆的牵引车110和其它挂车单元120、140、150配置成被动拖曳操作模式(s4)，在该被动拖曳操作模式下，该牵引车110和其它挂车单元120、140、150布置成由该电动挂车拖曳，以及
[0070]
通过向电动挂车发出倒车命令，来使该铰接式车辆100、300、700、800倒车(s5)。
[0071]
存储介质1030还可以包括永久存储器，该永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何一个或组合。
[0072]
控制单元900还可以包括用于与至少一个外部装置通信的接口1020。这样，接口1020可以包括一个或多个发射器和接收器，其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。
[0073]
处理电路1010例如通过向接口1020和存储介质1030发送数据和控制信号来通过从接口1020接收数据和报告以及通过从存储介质1030检索数据和指令来控制该控制单元900的一般操作。将控制节点的其它部件以及相关功能进行省略，以免混淆这里呈现的概
念。
[0074]
图11示出了携带计算机程序的计算机可读介质1110，该计算机程序包括程序代码装置1120，当所述程序产品在计算机上运行时，该程序代码装置用于执行图9中所示的方法。该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1100。

技术特征：

1.一种用于使得铰接式车辆(100、300、700、800)倒车的方法，所述铰接式车辆(100、300、700、800)包括牵引车(110)和一个或多个被拖曳车辆单元(120、130、140、150)，所述方法包括：将包括一个或多个电机(410)和转向功能(420)的电动挂车(200)布置为所述铰接式车辆的最后面的被拖曳单元(130)(s1)，获得倒车命令(s2)，所述倒车命令指示由所述铰接式车辆(100、300、700、800)进行的期望倒车操纵，将所述电动挂车配置成倒车拖曳操作模式(s3)，在所述倒车拖曳操作模式下，所述电动挂车被布置成在拖曳所述铰接式车辆的所述牵引车(110)和任何其它挂车单元(120、140、150)的同时，使用所述一个或多个电机和所述转向功能来根据所述倒车命令进行倒车，将所述铰接式车辆的所述牵引车(110)和所述其它挂车单元(120、140、150)配置成被动拖曳操作模式(s4)，在所述被动拖曳操作模式下，所述牵引车(110)和所述其它挂车单元(120、140、150)被布置成至少部分地由所述电动挂车拖曳，以及通过向所述电动挂车发出所述倒车命令，来使所述铰接式车辆(100、300、700、800)倒车(s5)，其中，基于从所述铰接式车辆的驾驶员获得的手动控制输入来生成所述倒车命令(s21)。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法由布置在所述电动挂车(200)中的车辆控制单元(210)执行。3.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法由布置在所述牵引车(110)中的车辆控制单元(115)执行。4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法包括通过由所述牵引车(110)施加转向来辅助所述铰接式车辆倒车(s41)，以减小与所述牵引车(110)上的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使所述车轮滑移角最小化。5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，所述方法包括通过由所述牵引车(110)施加扭矩来辅助所述铰接式车辆倒车(s42)，以减小牵引车联接点(710、810)处的联接力，并且优选地使所述联接力最小化。6.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述铰接式车辆包括其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元，所述方法包括通过由所述其它电动挂车(120)和/或所述拖台施加转向来辅助所述铰接式车辆倒车(s43)，以分别减小与所述其它电动挂车和/或所述自驱动拖台车辆单元上的车轮相关联的车轮滑移角，并且优选地使所述车轮滑移角最小化。7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，所述铰接式车辆包括其它电动挂车和/或自驱动拖台车辆单元，所述方法包括通过由所述其它电动挂车(120)和/或所述拖台施加扭矩来辅助所述铰接式车辆倒车(s44)，以减小在相应的挂车或拖台的后部联接点(820、830)处的联接力，并且优选地使所述联接力最小化。8.一种计算机程序(1120)，所述计算机程序(1120)包括程序代码装置，当所述程序在计算机上或在控制单元(115、210、1000)的处理电路(1010)上运行时，所述程序代码装置用
于执行根据权利要求1到7中的步骤。9.一种用于控制铰接式车辆(100、300、700、800)的倒车的控制单元(115、210、1000)，所述铰接式车辆(100、300、700、800)包括牵引车(110)和一个或多个被拖曳车辆单元(120、130、140、150)，所述控制单元包括：处理电路(1010)；接口(1020)，所述接口(1020)耦接到所述处理电路(1010)；以及存储器(1030)，所述存储器(1030)耦接到所述处理电路(1010)，其中，所述存储器包括机器可读计算机程序指令，并且当所述机器可读计算机程序指令由所述处理电路执行时，所述机器可读计算机程序指令致使所述控制单元：将包括一个或多个电机(410)和转向功能(420)的电动挂车(200)布置为所述铰接式车辆的最后面的被拖曳单元(130)(s1)，获得倒车命令(s2)，所述倒车命令指示由所述铰接式车辆(100、300、700、800)进行的期望倒车操纵，将所述电动挂车配置成倒车拖曳操作模式(s3)，在所述倒车拖曳操作模式下，所述电动挂车被布置成在拖曳所述铰接式车辆的所述牵引车(110)和任何其它挂车单元(120、140、150)的同时，使用所述一个或多个电机和所述转向功能来根据所述倒车命令进行倒车，将所述铰接式车辆的所述牵引车(110)和所述其它挂车单元(120、140、150)配置成被动拖曳操作模式(s4)，在所述被动拖曳操作模式下，所述牵引车(110)和所述其它挂车单元(120、140、150)被布置成由所述电动挂车拖曳，以及通过向所述电动挂车发出所述倒车命令，来使所述铰接式车辆(100、300、700、800)倒车(s5)，其中，基于从所述铰接式车辆的驾驶员获得的手动控制输入来生成所述倒车命令(s21)。10.一种电动挂车(200)，所述电动挂车(200)包括一个或多个电机(410)和转向功能(420)，其中，所述电动挂车包括车辆控制单元(210)，所述车辆控制单元(210)被布置成在倒车拖曳操作模式下控制所述电动挂车，在所述倒车拖曳操作模式下，所述电动挂车配置成使用所述一个或多个电机和所述转向功能以根据倒车命令进行倒车，所述倒车命令基于来自所述铰接式车辆的驾驶员的手动控制输入而生成。11.一种包括车辆控制单元的牵引车(110)，所述车辆控制单元被布置成将所述牵引车(110)配置成被动拖曳操作模式，在所述被动拖曳操作模式下，所述牵引车(110)被布置成由电动挂车(200)拖曳，其中，所述车辆控制单元被布置成控制转向角(δ)，以减小与处于所述被动拖曳操作模式下的所述牵引车(110)上的两个或更多个转向轮相关联的车轮滑移角。

技术总结

公开了带有倒车辅助功能的电动挂车。一种用于使得铰接式车辆倒车的方法，该铰接式车辆包括牵引车和一个或多个被拖曳车辆单元，该方法包括：将包括一个或多个电机和转向功能的电动挂车布置为铰接式车辆的最后面的被拖曳车辆单元；获得倒车命令，其指示由铰接式车辆进行的期望倒车操纵；将电动挂车配置成倒车拖曳操作模式，在该模式下，电动挂车被布置成在拖曳该铰接式车辆的牵引车和任何其它挂车单元的同时，使用一个或多个电机和转向功能来根据倒车命令进行倒车；将铰接式车辆的牵引车和其它挂车单元配置成被动拖曳操作模式，在该模式下，牵引车和其它挂车单元被布置成由电动挂车拖曳；以及通过向电动挂车发出倒车命令来使铰接式车辆倒车。接式车辆倒车。接式车辆倒车。