CN115087588B - 用于自驱动拖台车辆的控制架构 - Google Patents

Abstract

用于自驱动拖台车辆的控制架构，该拖台车辆(130)包括至少一个运动支持设备MSD(710、720)和被布置用于车辆运动管理VMM的控制单元(602，900)，其中，所述控制单元(602，900)能够被配置为主模式，在所述主模式中，基于包括所述拖台车辆(130)的车辆组合体(150)的一组能力来控制所述至少一个MSD以完成所分配的任务，并且其中，所述控制单元(602、900)能够被配置为从模式，在所述从模式中，基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD。

Description

用于自驱动拖台车辆的控制架构

技术领域

本公开涉及重型车辆，例如卡车和建筑设备，特别是包括至少一个运动支持设备(MSD)和用于控制该运动支持设备的控制单元的拖台车辆(dolly vehicles)。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(fifth wheelconnection)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，这是因为：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。

WO 2018/162030公开了这种电动拖台车辆的一个有趣的示例用途。

这种类型的先进拖台车辆依赖于实施控制方法以执行各种任务的一个或多个车载控制单元。

US 2018/297615 A1也公开了电动拖台车辆的使用。

需要更先进的此类控制单元和***，以便充分发挥自驱动和/或可转向的拖台车辆的潜力。

发明内容

本公开的目的是提供用于控制自驱动和/或可转向的拖台车辆的控制单元和方法、以及包括一个或多个拖台车辆的车辆组合体。该目的通过一种拖台车辆来获得，该拖台车辆包括至少一个运动支持设备(MSD)和被布置用于车辆运动管理(VMM)的控制单元。该控制单元能够被配置为主模式(master mode)，在该主模式中，基于包括拖台车辆的车辆组合体的一组能力来控制所述至少一个MSD，以完成所分配的任务。该控制单元还能够被配置为从模式(slave mode)，在该从模式中，基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD。

因而，拖台车辆可以在所述从模式下与外部控制单元交互，但也可以通过将自身配置为主模式来承担对其自身的控制，可能还承担对所连接的其它车辆的控制。这是一个优点，因为：当拖台连接到缺少能够被配置为主模式的控制单元的牵引卡车时，也可以使用拖台功能(于是，该拖台可以变为主车)。拖台单元也可以作为牵引车辆运行，例如当拖台单元没有经由其牵引杆连接到牵引卡车时。在这种情况下，拖台单元可以通过将自身配置为主模式来管理车辆控制。

根据各个方面，当拖台车辆的牵引杆处于断开状态时，自动配置为主模式。这意味着，例如，即使由于主VMM与拖台断开连接而失去与牵引卡车中的主VMM的连接，在VMM中实现的安全特征也可以保留功能。

根据各个方面，该拖台车辆被布置成：当处于主模式配置时，确定曲率和/或包括纵向和/或横向加速度的加速度请求，响应于所述请求来确定所需的全局车辆力，并控制所述至少一个MSD来协调并产生所需的全局车辆力和力矩，其中，所述力矩包括横摆力矩、侧倾力矩和俯仰力矩中的任一种。因而，拖台车辆可以承担车辆组合体的牵引卡车的角色。例如，拖台车辆可以例如通过将其自身配置为主模式并然后执行所请求的任务而将挂车移动到装载台或将挂车停放在货运站。

根据各个方面，当拖台车辆的牵引杆至少间接地连接到主车辆时，自动配置为所述从模式。这里，主车辆是包括被布置成以主模式运行的控制单元的车辆。该特征确保了一个车辆组合体中永远不会有两个主控制单元，因为这两个主控制单元可能会相互冲突并对车辆稳定性有负面影响。

根据各个方面，当拖台车辆的控制单元经由无线链路连接到外部控制单元时，自动配置为所述从模式。这意味着，例如，控制塔或其它远程无线连接的单元被连接到拖台单元。这样，使得能够方便地控制拖台的MSD。

根据各个方面，拖台车辆被布置成：当处于所述从模式配置时，该拖台车辆接收用于产生一个或多个所需的拖台车辆力和/或力矩的请求，并控制所述至少一个MSD以产生所述一个或多个所需的拖台车辆力。这样，提供了与拖台的MSD的高效接口，因为这些MSD不需要被单独控制。相反，拖台车辆至少部分地基于该拖台中包括的传感器***(例如轮速传感器和联接力传感器)来管理其自身的MSD。

根据各个方面，拖台车辆被布置成：当处于所述从模式配置时，该拖台车辆从外部主车辆控制单元和/或从经由无线链路连接的外部控制单元接收状态信息，其中，该状态信息与拖台车辆的本地坐标系相关联。通过在本地坐标系中接收来自主控制单元的状态信息和请求，该拖台不需要保持跟踪组合体中的其它车辆单元。相反，该拖台可以专注于自身的操作，并尝试基于同一坐标系中的传感器和MSD在其自身的坐标系中满足请求。该状态信息可以包括与拖台车辆相关联的速度矢量、加速度矢量和旋转中的任一个。

根据各个方面，拖台车辆被布置成控制所述至少一个MSD以产生与拖台车辆的牵引杆或牵引座连接相关联的所请求的联接力。通过允许控制联接力，在例如牵引卡车中运行的主VMM在车辆组合体控制方面获得更大的自由度。通常希望所述联接力是小的，但在某些机动期间，可能希望非零的联接力来控制车辆组合体，以便获得所期望的运动行为。

本文中还公开了与上文讨论的优点相关联的方法、计算机接口、计算机程序、计算机可读介质、计算机程序产品和车辆。

通常，权利要求中使用的所有术语均应根据它们在技术领域中的普通含义进行解释，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。本领域技术人员会认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，本发明的不同特征可以组合，以产生除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1C示意性地示出了自主地操作挂车的拖台车辆；

图2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至图6B示出了示例性的车辆控制堆栈；

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；并且

图10示出了示例性的计算机程序产品。

具体实施方式

现在将在下文中参考附图更全面地描述本发明，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，这些实施例是通过示例提供的，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至图1C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(其中至少一些车轮115是驱动轮)上的卡车或牵引车辆110。卡车110被配置成通过牵引座连接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现在也承载一些货物。如图1B中所示，可以将不止一个拖台单元添加到车辆组合体中，以便牵引不止一个额外的挂车单元。本文中公开的构思可以扩展到由一个牵引车牵引的多个挂车。为了在车辆组合体或公路列车中分配推进力，一些单元可以配备有推进设备。用于携带额外的推进设备的一个很好的候选者是该拖台，因为拖台很容易与挂车脱离，并且在将货物装载和卸载到挂车单元时不需要处于静止状态。

拖台车辆130传统上是不包括驱动桥或任何可转向桥的被动式无动力车辆。然而，近年来已经证明，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。

从包括一个或多个可转向桥的拖台车辆获得的更高的机动性可以例如用于提高组合车辆的转弯能力，因为拖台车辆可以用于在车辆组合体转弯时使第二挂车单元140转向，以便减少车辆组合体所扫过的总面积。这允许更长的车辆组合体通过更急的弯道，因而将这种的更长车辆的操作范围例如扩展到城市环境。

图1C示出了仅包括拖台车辆130和第一挂车单元120的车辆150。在这种构型中，自驱动拖台车辆是牵引车辆并且以自主或半自主方式运行。然后，该拖台车辆可以自主地或经由远程控制来操纵第一挂车单元120，例如，停放该挂车或将其带到装载台。所述远程控制可以由经由无线链路170连接到拖台车辆控制单元的外部服务器或控制功能160执行。

牵引车辆110和自驱动和/或可转向的拖台车辆130都需要控制单元。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，而其它一些功能可以被包括在车辆运动管理(VMM)层中。这里，VMM层有时被称为控制单元，有时被称为功能。就本公开而言，二者是可互换的，因为VMM控制单元被配置成执行VMM功能并且VMM功能驻留在某种控制单元中。

图2示出了这样的控制层。TSM层以例如10秒的时间范围来规划车辆操作。该时间范围例如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。由TSM规划和执行的车辆操纵与加速度曲线(acceleration profiles)和曲率曲线(curvature profiles)相关联。TSM层连续地从VMM层请求所期望的加速度曲线(a_req)和曲率曲线(c_req)。例如，如果车辆单元具有前转向桥和后驱动桥，则所述曲率请求可以包括虚拟转向角，该虚拟转向角由具有在TSM层内的预测属性的车辆模型表示。要么TSM和VMM之间的接口仅控制初始***输入，而其余部分从车辆模型***继承或预测，要么TSM实际上也直接控制拖台的运动(例如转向、制动等)。

VMM层以大约1秒左右的时间范围运行，并将加速度曲线和曲率曲线连续地转换成控制命令，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。一个这样的MSD功能是所述牵引车辆和挂车单元的行车制动器。另一个MSD功能可以是被布置成向车辆组合体提供动力的一个或多个电机。

该VMM还控制车辆模式，即，车辆是否熄火、驻车或在运动。如果车辆在运动，则VMM执行运动估计，即，确定组合车辆中的不同单元的位置、速度、加速度、铰接角度。VMM还管理力的产生和协调，即，VMM确定满足来自TSM层的请求所需的力和力矩，例如，以根据从TSM接收的所请求的加速度曲线来加速车辆，或者产生该车辆组合体沿着其移动的特定曲率。所述力例如可以包括纵向力和横向力，并且所述力矩可以涉及例如围绕车辆单元质心的力矩和/或围绕车辆组合体的铰接点的力矩。VMM还基于所确定的力和力矩来对车辆组合体中的各种MSD执行协调，以便获得所期望的车辆动作。这可能使得需要例如协调推进设备、行车制动器、辅助制动器、悬架和转向。TSM请求(例如加速度曲线和曲率)与VMM层的MSD动作之间的转换通常是已知的，因此这里将不更详细地讨论。

本公开主要涉及包括一个或多个自驱动和/或可转向的拖台车辆130的车辆组合体的控制单元中的VMM模块，尤其涉及在不同的场景下如何在主车辆或牵引车辆中的控制单元与拖台车辆之间分配功能。

图2示意性地示出了其中并入了各种车辆控制功能的控制堆栈200。卡车110包括一个堆栈，而拖台车辆130包括另一个堆栈。这两个堆栈经由将在下面更详细地讨论的接口210连接。只要卡车连接到该拖台，该卡车就充当主车，而一个或多个拖台车辆则以从模式运行。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)，例如，用于如图1C中所示的场景，但该功能在图2中至少部分地被禁用，因为TSM功能正由卡车110中的主控制单元执行。然而，当拖台车辆130与主控制单元脱离时，该拖台中的VMM从模式(VMM salvemode)被切换为VMM主模式，并且现在基于从车载TSM功能(TSM B)接收的请求来计算其自身的力和力矩。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。如果拖台130已连接了半挂车(如图1C中所示)，则挂车单元上的VMM功能从拖台中的VMM而不是从卡车110中的VMM接收全局力请求和力矩请求。挂车中的VMM功能通常以从模式运行。

以从模式运行的拖台车辆VMM功能从主控制单元接收力产生数据，并因此禁用其自身的力产生功能，以免干扰主控制。该力产生数据优选被转换成拖台车辆的本地坐标系，如将在下面结合图3和图4更详细地讨论的。主VMM执行致动器协调并将请求发送到拖台中的MSD和由拖台车辆牵引的任何挂车中的MSD。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。主动悬架也可以被包含在该组MSD中。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通常驻留在原动机110中的主VMM。以从模式运行的拖台VMM还控制车载功能(例如动力传动系配置、驻车制动器和挂车联接器)。处于从模式下的VMM功能也可以执行滑移控制。

因而，当拖台车辆以从模式运行时，该拖台由牵引车110中的主单元或由一些其它主单元160经由无线链路来协调。该主单元基于整个车辆组合体的信息向被包括在车辆组合体中的所有致动器(包括拖台车辆上的那些致动器)发送请求。这种推进、转向和制动的整体协调可以提高铰接式车辆的机动性和稳定性。

这样，当拖台车辆以从模式运行时，集中式主VMM可以例如向拖台中的从模式VMM发送全局力和力矩的请求。这些请求优选在拖台的本地坐标系中制定。主模式VMM决定应如何控制联接力以及应如何获得车辆组合体的所期望的整体运动。从模式VMM发送当前状态，包括例如当前产生的力和力矩以及其当前产生力和力矩的能力。从模式VMM还可以将在其本地车辆坐标系中制定的车辆单元的状态发送到主模式VMM。主模式控制单元和从模式控制单元之间的通信要么经由无线连接(例如单元到单元(U2U)通信)，要么经由某种形式的有线通信(例如单元之间的以太网通信)。

总之，根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述从模式配置时，拖台车辆130接收用于产生一个或多个所需的拖台车辆力的请求，并控制所述至少一个MSD以产生所述一个或多个所需的拖台车辆力。

根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述从模式配置时，拖台车辆130从外部主车辆控制单元和/或从经由无线链路连接的外部控制单元接收状态信息，其中，该状态信息与所述拖台车辆的本地坐标系相关联。

根据各个方面，该状态信息包括与所述拖台车辆相关联的速度矢量、加速度矢量和旋转中的任一个。

根据各个方面，该状态信息对应于与主车辆相关联并且在几何上被转换到与所述拖台车辆相关联的本地坐标系中的状态信息。

根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述从模式配置时，拖台车辆130将状态信息和能力信息传输到所述外部主车辆控制单元和/或传输到经由无线链路连接的外部控制单元。

以主模式运行的拖台车辆VMM功能则从专用TSM功能(例如图2中的TSM B)接收加速度请求和曲率请求。该专用TSM功能通常是车载功能，但它也可以是在拖台车辆的外部执行的功能，即从包括服务器功能160的控制塔等无线连接170到拖台车辆130。

以主模式运行的拖台车辆VMM功能执行力和力矩产生。这意味着VMM功能将来自TSM功能的加速度和曲率请求转换为车辆组合体根据该加速度和曲率请求运行所需的力和力矩。这些力和力矩有时被称为全局力和力矩。这些全局力和力矩用作致动器协调的输入，该致动器协调引起被发送到MSD的请求。例如，该致动器协调可以引起对发送到电机的正扭矩或负扭矩的请求，和/或对发送到行车制动器的负扭矩的请求。换言之，根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述主模式配置时，拖台车辆130确定曲率和/或包括纵向和/或横向加速度的加速度请求，响应于所述请求来确定所需的全局车辆力，并且控制所述至少一个MSD以协调并产生所需的全局车辆力和力矩，其中，所述力矩包括横摆力矩、侧倾力矩和俯仰力矩中的任一种。这些力矩可以是相对于车辆单元的质心或相对于车辆组合体的某个铰接点而言的。

以主模式工作的VMM还为拖台车辆130执行运动估计，并将该估计的结果报告回所述TSM功能。以主模式运行的拖台VMM还控制车载功能，例如动力传动***配置、驻车制动器、悬架和挂车联接器。主模式下的VMM功能也可以执行滑移控制。

因而，在主模式下，拖台车辆可以基于整个***的当前能力和所分配的任务来控制其各种致动器，例如，遵循预定义的路径。该设计遵循将信息和决策集中于VMM层的原理。这允许作为主车操作的拖台车辆执行若干种驾驶操纵，例如前进、倒车、驻车等。此外，以主模式运行的拖台车辆可以被布置成将拖台的牵引座自动联接到半挂车和从半挂车分离。

总之，本文中公开了一种拖台车辆130，其包括至少一个MSD和被布置用于车辆运动管理的控制单元，即，包括VMM模块。该控制单元能够被配置为主模式，在该主模式中，基于包括拖台车辆130的车辆组合体150的一组能力来控制所述至少一个MSD以完成所分配的任务。该控制单元还能够被配置为从模式，在该从模式中，基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD。

根据各个方面，拖台车辆控制单元实施授权功能。该授权功能防止在已经提供正确的授权之前使用拖台的功能。该授权功能例如可以根据质询-响应法(challenge-response method)来工作，其中，拖台控制功能在进入所述从模式和接受来自主控制功能的请求之前请求来自外部主控制功能的授权。该授权功能还可以在外部功能已经提供正确的授权之前防止拖台控制单元进入主模式并执行从该外部功能请求的一些任务。该正确的授权可以包括例如加密的密钥或其它形式的共享秘密。

因而，本文中公开了一种用于拖台车辆的控制单元和对应的方法，其被布置成在授权过程已经成功完成之前防止该拖台车辆操作。该授权过程可以包括外部主控制单元在该台车进入从模式并接受来自主控制单元的请求之前提供一种形式的授权。该授权可以包括共享秘密、质询-响应程序，或某种其它形式的已知授权方法。

图3示出了车辆组合体300，该车辆组合体300包括将第一挂车120连接到第二挂车140的拖台车辆130。在本文中，拖台车辆130中的控制单元被配置为从模式，并且其持续地接收来自作为主车工作的卡车110中的控制单元的全局力请求。每个挂车单元120、140还包括以从模式工作的VMM。挂车上的MSD通常只包括制动器，但一些挂车也可能配备有电机、主动悬架，甚至一个或多个可转向桥。

诸如图3中所示的组合体300之类的车辆组合体包括多个本地坐标系C1、C2、C3和C4。围绕车辆单元上的某一点的横向力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本地坐标系中表示。该车辆组合体的每个VMM在其自身的本地坐标系中从主VMM接收全局力请求是很方便的。然后，在其自身坐标系中接收所述请求的VMM仅需要协调其自己的MSD，而无需跟踪该组合体中的其它车辆单元的状态。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，并在其自身的坐标系中向每个VMM发送全局力请求和力矩请求，即，发送到拖台单元130的请求被在坐标系C3中制定，而发送到第二挂车单元140的请求被在坐标系C4中制定。替代地，所传输的力请求在全局坐标系中给出，并且用于变换到所期望的坐标系的变换由具有每个请求的主VMM功能提供。这极大地简化了所述从单元的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。从一个坐标系到另一坐标系的旋转例如可以通过与旋转矩阵相乘来执行。假设一个车辆单元关于另一车辆单元绕X轴的旋转为φ，绕Y轴的旋转为θ，绕Z轴的旋转为则对应的旋转矩阵为：

R＝R_XR_YR_Z

其中：

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4示出了在执行转弯机动时的车辆组合体300。于是，不同的车辆单元呈现出铰接角ψ1至ψ3。这些铰接角可以使用例如铰接角传感器、视觉传感器或通过使用被布置在不同车辆单元上的全球定位接收器来确定。通过了解组合体中的车辆单元的长度和铰接角，这些车辆单元中的一个车辆单元的车辆速度或加速度矢量可以通过三角运算以已知的方式转换到另一车辆单元的坐标系中。因而，根据各个方面，在主VMM和从VMM之间传输的状态信息对应于与主车辆相关联并且在几何上被转换到与拖台车辆相关联的本地坐标系中的状态信息。根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述从模式配置时，拖台车辆130从所述外部主车辆控制单元和/或从经由无线链路连接的外部控制单元接收状态信息，其中，该状态信息与拖台车辆的本地坐标系相关联。

图5示出了车辆组合体300的针对不同联接点的横向联接力Fcx和纵向联接力Fcy。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。因此，每个联接点都具有相关联的联接力矢量，该联接力矢量由纵向力分量和横向力分量给出，可能还由竖直力分量Fz给出。这些联接力提供了车辆控制的另一维度，其可以被VMM(例如原动机中的主VMM)利用，以便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锚(anchor)来减慢整个车辆组合体的速度。根据各个方面，拖台车辆130被布置成控制所述至少一个MSD以产生与拖台车辆的牵引杆或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都施加其行车制动器，达到对该车辆单元进行制动但又不产生相对于组合体中的其它车辆单元的显著联接力的程度。然而，这些联接力也可以用于更先进的车辆控制。例如，主VMM可以请求沿着车辆组合体的某处增加的联接力，以便通过使用后方车辆单元作为锚来制动车辆。这也将具有理顺车辆组合体的效果，在某些场景下可能希望这样。

图6A和图6B示出了主模式和从模式，本文中公开的拖台车辆控制单元602可以配置为所述主模式和从模式。在图6A中，拖台车辆130连接到包括主控制单元601的卡车110。然后，主TSM功能由卡车110中的主控制单元执行，并且，拖台控制单元602以如上所述的从模式运行。然后，主VMM确定满足来自TSM层的请求所需的全局力和力矩。这些全局力和力矩优选被转换到与该拖台车辆相关联的本地坐标系中并通过接口610传输到该拖台车辆中的VMM。拖台中的VMM将来自主VMM的请求转发到其致动器，并向主VMM响应回620状态消息和能力消息，例如行车制动器的状态和该拖台车辆中包括的任何电机的能力。在图6A中，拖台车辆中的TSM功能是禁默的(silent)，因为该功能是由卡车中的主控制单元执行的。如上所述，在拖台进入主模式之前，可能需要授权过程。

图6B示出了一种配置，其中，卡车110中的主控制单元已经断开连接并且拖台车辆自主或半自主地运行。如上所述，在拖台进入主模式之前可能需要授权过程。然后，拖台车辆激活其完整的控制堆栈(包括TSM和潜在的更高层控制功能，例如任务规划等)。该本地拖台的TSM将加速度请求和/或曲率请求710向下发送到VMM功能，VMM功能现在执行主VMM的角色，包括MSD全局力产生、力矩产生、MSD协调等。

图7示出了所公开的拖台车辆130的各个方面。该拖台车辆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同样是可以的。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，本文中公开的拖台车辆130的所述至少一个MSD包括推进单元720，该推进单元720被配置成与该拖台车辆的驱动桥连接。

该特定的拖台车辆也包括可转向桥750，即，根据各个方面，拖台车辆130上的所述至少一个MSD包括该拖台车辆的可转向桥750。

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。该牵引杆连接可以用于触发该拖台车辆的主模式和从模式选择。因而，根据一些方面，当拖台车辆的牵引杆730处于断开状态时，自动配置为所述主模式。根据一些其它方面，当拖台车辆的牵引杆730至少间接地连接到主车辆110时，自动配置为所述从模式。授权程序可以与将该拖台车辆配置为主模式或从模式相关联，如上所述。

控制单元602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、转向、电机，可能还有悬架)。该控制单元实施上文所讨论的类型的VMM功能，并且可以根据操作场景被配置为主模式或从模式。该控制单元602可以经由前方接口760通信耦合到车辆组合体的前方部分，并经由后方接口765通信耦合到车辆组合体的后方部分。

应当注意，控制单元602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)，并以类似于其连接到主牵引车辆时的方式接收来自所述控制塔的请求。

总之，所述接口是用于将拖台车辆控制单元602连接到外部控制单元601、780的通信接口，其中，每个接口被配置成支持在几何上被转换到与拖台车辆130相关联的本地坐标系中的状态信息的传输，如上文结合图3、图4和图5所讨论的。根据各个方面，拖台车辆130被布置成：当处于所述从模式配置时，拖台车辆130将状态信息和能力信息传输到所述外部主车辆控制单元和/或传输到经由无线链路连接的外部控制单元。

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至WS4。这使得控制单元602能够使用行车制动器和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602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)来确定车轮滑移率，如：

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，v_x是车轮的纵向速度(在车轮坐标系中)。

根据各个方面，当该拖台车辆的控制单元602经由无线链路770连接到外部控制单元780时，自动配置为所述从模式。

总之，参考图7，本文中公开了一种拖台车辆130，其包括至少一个运动支持设备(MSD)710、720和被布置用于车辆运动管理(VMM)的控制单元602。控制单元602能够被配置为主模式，在该主模式中，基于包括拖台车辆130的车辆组合体150的一组能力来控制所述至少一个MSD以完成所分配的任务。该控制单元还能够被配置为从模式，在该从模式中，基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD。

根据各个方面，所述至少一个MSD包括推进单元720，该推进单元720被配置成连接到拖台车辆的驱动桥。

根据各个方面，所述至少一个MSD包括该拖台车辆的可转向桥750。

根据各个方面，拖台车辆130被布置成控制所述至少一个MSD，以产生与该拖台车辆的牵引杆730或牵引座连接740相关联的所请求的联接力。

图8是示出了用于管理拖台车辆运动的方法的流程图，其中，拖台130包括至少一个MSD 710、720，该方法包括：

确定S1拖台车辆130应以主模式还是以从模式运行，

如果拖台车辆130应以主模式运行，

则基于包括拖台车辆130的车辆组合体150的一组能力来控制S2所述至少一个MSD以完成所分配的任务，以及

如果拖台车辆130应以从模式运行，

则基于从外部主控制单元接收到的请求来控制S3所述至少一个MSD。

根据各个方面，该方法包括在允许该拖台以主模式或以从模式运行之前执行S11授权程序。

根据各个方面，该方法包括：当该拖台车辆即将进入从模式运行时，建立S12主VMM功能与在该拖台车辆中运行的从VMM功能之间的接口。

根据各个方面，该方法包括：当拖台车辆以主模式运行时，激活S21被包括在该拖台车辆中的控制单元中的TSM功能。

根据各个方面，该方法包括：当该拖台车辆以主模式运行时，产生S22用于车辆控制的全局力和力矩。

根据各个方面，该方法包括与主控制单元沟通S31以所述从模式运行的拖台车辆的能力。

根据各个方面，该方法包括：当该拖台车辆以从模式运行时，将MSD控制请求从主VMM功能转发S32到该拖台车辆中的MSD。

根据各个方面，该方法包括：当该拖台车辆以从模式运行时，向主VMM功能响应回S33能力消息和状态更新消息。

本文中还公开了一种方法，其包括以下操作和动作：

1.从交通状况管理(TSM)，产生第一单元和任何后续单元的加速度和曲率请求，所述后续单元是更智能的单元，例如自驱动拖台车辆(具有转向和/或推进功能)。主动TSM功能也可以给该单元提供曲率和加速度请求。另一选项是VMM具有主行为模型(TSM可以使用该主行为模型进行预测)，并且仅控制主单元/第一单元的状态，而其余运动由组合体中的VMM主机(VMM master)自动地控制。

2.第二步骤是：全局力产生中的VMM主机计算每个单元中的所述从VMM需要产生的全局力和力矩。这些力和力矩将被转换到每个车辆单元本地坐标系中。

3.一个重要的特征是：当多个车辆单元连接时，牵引联接器中的联接力由主VMM决定。在许多情况下，该联接力控制需要像标准牵引杆连接器一样为零，但在牵引座中，需要一些负载传递和所传输的挂车推动纵向力，这是因为半挂车上的负载并不完全在挂车单元车桥上。而是，半挂车的有效载荷由牵引座和牵引车单元驱动桥承载。

4.所述全局力和力矩作为请求被发送到每个单元。车辆单元状态和能力被发送回主VMM单元。

5.在主VMM中估计车辆状态，例如第一单元中的车辆纵向速度。该车辆状态被传送到从车辆单元(salve vehicle units)，到每个单元的本地坐标系中。这意味着，例如，当仅在4x 2后轮上施加推进力时，拖台车辆130可以根据前桥车轮速度来执行其自身的车速运动估计。然而，如果拖台车辆130正在制动，则所有车轮或在所有车轮上都具有主动的滑移控制，无论是来自推进还是制动，都需要更多的运动估计能力。主VMM单元在拖台车辆的本地坐标系中发送车辆速度值，以确保其具有用于从模式VMM运动控制的临界状态。

6.每个单元上的每个VMM都了解需要实现哪些全局力、横摆力矩和联接力。主VMM单元正在基于车辆组合体的期望行为来解决完整的力产生和力矩产生问题。

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的部件。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，处理电路910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，它可以是磁存储器、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它们的组合。

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，包括模拟部件和数字部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部件以及相关功能，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 (14)

1.一种拖台车辆(130)，包括至少一个运动支持设备MSD和被布置用于车辆运动管理VMM的控制单元(602，900)，

其中，所述控制单元(602，900)能够被配置为主模式，在所述主模式中，基于包括所述拖台车辆(130)的车辆组合体(150)的一组能力来控制所述至少一个MSD以完成所分配的任务，并且

其中，所述控制单元(602，900)能够被配置为从模式，在所述从模式中，基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD，

其中，当所述拖台车辆的所述控制单元(602、900)经由无线链路连接到外部控制单元时，自动配置为所述从模式。

2.根据权利要求1所述的拖台车辆(130)，其中，当所述拖台车辆的牵引杆(730)处于断开状态时，自动配置为所述主模式。

3.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，所述拖台车辆被布置成：当处于主模式配置时，所述拖台车辆确定曲率和/或包括纵向和/或横向加速度的加速度请求，响应于所述请求来确定所需的全局车辆力，并且控制所述至少一个MSD以协调并产生所需的全局车辆力和力矩，其中，所述力矩包括横摆力矩、侧倾力矩和俯仰力矩中的任一种。

4.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，其中，当所述拖台车辆的牵引杆(730)至少间接地连接到主车辆(110)时，自动配置为所述从模式。

5.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，所述拖台车辆被布置成：当处于从模式配置时，所述拖台车辆接收用于产生一个或多个所需的拖台车辆力的请求，并控制所述至少一个MSD以产生所述一个或多个所需的拖台车辆力。

6.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，所述拖台车辆被布置成：当处于从模式配置时，所述拖台车辆从外部主车辆控制单元和/或从经由无线链路连接的外部控制单元接收状态信息，其中，所述状态信息与所述拖台车辆的本地坐标系相关联。

7.根据权利要求6所述的拖台车辆(130)，其中，所述状态信息包括与所述拖台车辆相关联的速度矢量、加速度矢量和旋转中的任一个。

8.根据权利要求6所述的拖台车辆(130)，其中，所述状态信息对应于与主车辆相关联并且在几何上被变换到与所述拖台车辆相关联的本地坐标系中的状态信息。

9.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，所述拖台车辆被布置成：当处于从模式配置时，所述拖台车辆将状态信息和能力信息传输到外部主车辆控制单元和/或传输到经由无线链路连接的外部控制单元。

10.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，其中，所述至少一个MSD包括推进单元(720)，所述推进单元(720)被配置成连接到所述拖台车辆的驱动桥。

11.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，其中，所述至少一个MSD包括所述拖台车辆的可转向桥(750)。

12.根据权利要求1或2所述的拖台车辆(130)，所述拖台车辆被布置成控制所述至少一个MSD，以产生与所述拖台车辆的牵引杆(730)或牵引座连接(740)相关联的所请求的联接力。

13.一种用于管理拖台车辆运动的方法，其中，所述拖台车辆(130)包括至少一个运动支持设备MSD，所述方法包括：

S1：确定所述拖台车辆(130)应以主模式还是以从模式运行，其中，至少当所述拖台车辆的控制单元(602、900)经由无线链路连接到外部控制单元时，所述拖台车辆(130)应以所述从模式运行，

如果所述拖台车辆(130)应以所述主模式运行，

则S2：基于包括所述拖台车辆(130)的车辆组合体(150)的一组能力来控制所述至少一个MSD以完成所分配的任务，以及

如果所述拖台车辆(130)应以所述从模式运行，

则S3：基于从外部主控制单元接收到的请求来控制所述至少一个MSD。

14.一种计算机可读介质，其包括具有程序代码组件的计算机程序，所述程序代码组件用于当所述计算机程序在计算机上或在控制单元(900)的处理电路(910)上运行时执行根据权利要求13所述的方法。