基于动态轮胎模型的改进的车辆运动管理

技术领域

本公开涉及用于确保重型车辆的安全且高效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，本发明还可应用于其他类型的重型车辆，例如，施工设备和采矿车辆。

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。重载车辆必须能够也在上坡条件下从静止状态起步，在各种类型的路面上加速，并且最重要的是能够随时以受控且可靠的方式降低速度，即，制动。同样重要的是，车辆能够以节能的方式操作，而没有不必要的部件磨损。实现该功能的关键特性是一套设计精良的轮胎。因此，已经在开发重型车辆的轮胎方面做了大量工作，其中设计精良的轮胎提供高摩擦和低滚动阻力的组合。设计精良的轮胎还具有低磨损率，即，机械耐用并且使用寿命长。

当向车桥或车轮施加的扭矩与路面摩擦力相比过大时，就会出现过度车轮滑移。过度车轮滑移是不期望的，因为它会导致无法预测的车辆行为以及低能效操作。

GB2562308 A讨论了车轮滑移并且提出了用于限制可施加到车轮的最大再生制动扭矩的方法。控制器使用轮胎模型来确定每个车轮的最大可用牵引力并且基于该轮胎模型来计算要施加到每个车轮的最大再生制动力。

然而，重型车辆的车辆运动管理仍需进一步改进。

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。该目的至少部分地通过一种用于控制重型车辆的运动的方法来实现。该方法包括：获得与重型车辆上的轮胎的一个或多个参数相关的输入数据；以及基于输入数据来确定一个或多个轮胎参数的至少部分。该方法还包括：配置轮胎模型，其中该轮胎模型定义车轮滑移与生成的车轮力之间的关系，并且其中该轮胎模型由一个或多个轮胎参数进行参数化；以及基于车轮滑移与生成的车轮力之间的关系来控制重型车辆的运动。这样，车辆控制可基于更好地反映轮胎的当前性质的准确且最新的轮胎模型。与例如常规的基于扭矩的控制策略相比，这种类型的基于车轮滑移的车辆控制已被证明提供优越的性能，并且通过本文公开的动态地适应的轮胎模型进一步改进这种车辆控制策略。

根据各方面，输入数据包括来自一个或多个传感器的输入数据，该一个或多个传感器被布置为测量轮胎的一个或多个操作参数。传感器可被配置为提供来自轮胎的实时数据，因此实现轮胎模型的对轮胎性质的变化做出快速反应的实时动态适应。因此，如果轮胎性质改变，轮胎模型也将改变，这是优势。

根据各方面，一个或多个操作参数包括以下各项中的任一者：车辆速度、车轮旋转速度、轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度、轮胎应变、轮胎GPS位置、天气、环境温度、雨水分类数据、正常载荷、滑移角度、转向角度和施加的扭矩。因此，轮胎模型能够适应许多不同的操作参数，这是优势。

根据各方面，输入数据包括从存储器获得的与轮胎设计相关的数据。不同类型的轮胎可具有不同的性质，并且对诸如低道路摩擦力、高温、雨水等事件的反应可能不同。通过考虑轮胎设计，可使模型更加准确。与轮胎设计相关的数据可例如包括以下各项中的任一者：轮胎标称尺寸、轮胎结构特性、轮胎化学成分、轮胎历史。

根据各方面，一个或多个估计的轮胎参数包括以下各项中的任一者：轮胎磨损、轮胎纵向刚度、轮胎横向刚度、轮胎滚动阻力、轮胎峰值摩擦力、轮胎滚动半径、轮胎接地面性质、轮胎平衡性质和车轮定位性质。优势在于能够通过轮胎模型捕获所有这些不同的轮胎参数。具有关于这些参数中的一者或多者的准确信息有助于高效和/或安全的车辆控制。

根据各方面，该方法包括基于更新的输入数据来反复地更新一个或多个轮胎参数的至少部分。因此，尽管例如工况和轮胎状态发生变化，轮胎模型仍能保持最新。

根据各方面，轮胎模型被配置为定义车轮滑移与在纵向方向和横向方向上的生成的车轮力之间的关系。通过不仅考虑纵向滑移，实现了更先进的车辆运动管理。

根据各方面，轮胎模型被配置为对轮胎的滚动阻力进行建模。通过根据轮胎性质中的一者或多者对滚动阻力进行建模，还可关于滚动阻力来优化车辆控制，这是优势。例如，可选择用于完成与较低滚动阻力相关联的操纵的控制策略，而不是与较高滚动阻力相关联的控制策略。因此，根据各方面，该方法还包括协调重型车辆的一个或多个运动支持装置，以在包括满足运动请求的约束下降低轮胎滚动阻力。根据其他方面，该方法还包括协调重型车辆的一个或多个运动支持装置，以提高重型车辆的行驶里程能力。

根据各方面，轮胎模型被配置为对轮胎的磨损率进行建模。通过还根据轮胎参数对磨损率进行建模，车辆控制功能可被配置为优化车辆控制，使得轮胎更耐用。例如，可以最小化或至少减少轮胎磨损为目标来执行车辆控制。因此，根据各方面，该方法还包括协调重型车辆的一个或多个运动支持装置，以在包括满足运动请求的约束下降低轮胎磨损率。

根据各方面，轮胎模型被配置为定义车轮滑移与推进和制动车轮力两者之间的关系。因此，本文公开的轮胎模型可支持加速和制动操作两者，这是优势。

根据各方面，轮胎模型被配置为对轮胎的自位扭矩进行建模。对轮胎的自位扭矩特性有良好的理解是一个优势，因为这通过消除原本可能导致控制不准确性的一些行为不确定性来简化车辆控制。

根据各方面，该方法包括协调重型车辆的一个或多个运动支持装置，以减少重型车辆的停车距离。因此，通过预测将由特定控制动作生成的制动力，本文所公开的轮胎模型可用于更高效地进行制动。例如，与其他轮胎相比，某些轮胎可能能够承受更大的制动力。与因例如由老化效应等引起的磨损而无法支持较大制动力的其他轮胎相比，便可向这些轮胎分配更多的制动力。

本文还公开了与上文讨论的优点相关联的控制单元、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

参考附图，下文是对作为示例引用的本发明的实施方案的更详细描述。在附图中：

图1示意性地示出了用于货物运输的车辆；

图2是示出轮胎模型的示例的曲线图；

图3是示出运动支持装置控制的框图；

图4示出了用于控制车辆的控制架构；

图5示出了示例车辆运动支持装置控制系统；

图6A至图6C是示出示例方法的流程图；

图7示意性地示出了传感器单元和/或控制单元；并且

图8示出了示例计算机程序产品。

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为拖挂挂车单元120的牵引车单元110。牵引车110包括被布置为控制车辆100的各种功能的车辆控制单元(VCU)130。例如，VCU可被布置为执行车辆运动管理(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然后控制挂车120上的一个或多个功能。该VCU或多个VCU可例如经由无线链路通信地耦合到远程服务器150。该远程服务器可被布置为执行ECU的各种配置，并且向ECU 130提供各种形式的数据，诸如提供有关安装在车辆100上的轮胎的品牌和类型的数据，如下文将更详细地讨论。

当然，车辆组合100还可包括附加的车辆单元，诸如一个或多个推车单元和多于一个挂车单元。

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。通常，牵引车110的后车轮可安装在支持车桥或推动车桥上。支持车桥(tag axle)是其中最后面的驱动车桥无动力，也被称为自由滚动车桥或静车桥。推动车桥(pusher axle)是其中最前面的驱动车桥未被供给动力。挂车单元120支撑在挂车车轮180上。具有从动车轮和甚至转向车桥的挂车也是可能的。

后车桥中的一者或多者和/或挂车120上的车桥中的一者可以是可升降车桥。升降车桥(也称为可伸缩车桥)是可被提升使得其轮胎不接触路面的车桥。这提高了燃料经济性并且减少维护和轮胎磨损。其还可降低或增加车辆的动态稳定性特征，并且其可增加或减少道路磨损，具体取决于车辆载荷、哪些车桥被提升以及车桥被提升的行驶情形。

后车桥中的一者和/或挂车120上的车桥中的一者可以是可升降车桥。升降车桥(也称为可伸缩车桥)是可被提升使得其轮胎不接触路面的车桥。这提高了燃料经济性并且减少维护和轮胎磨损，但其增加道路磨损。车轮中的一者或多者还可与主动悬架安装在一起，该主动悬架可由VCU 130、140控制，例如，以便调整一个或多个轮胎的法向力。

车轮上的轮胎在决定车辆100的性能和能力方面发挥重大作用。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油经济性，并且甚至可能导致车辆组合不稳定，这当然是不期望的。

本公开涉及例如针对给定的车辆状态(诸如车辆速度、正常载荷等)对轮胎参数和轮胎行为进行建模的软件轮胎模型。轮胎模型可被VCU充分利用以优化对车辆100的控制。例如，本文所公开的轮胎模型可用于对所生成的车轮力与车轮滑移之间的关系进行建模，该关系然后允许VCU通过从扭矩生成装置请求车轮滑移而不是直接请求扭矩来更好地控制车辆。由于较高带宽控制环路在本地(即，更靠近车轮末端)运行，扭矩生成装置然后能够维持所生成的车轮力更稳定。一些示例轮胎模型还可用于根据车辆状态来估计轮胎磨损率，即，特定车辆操纵或操作是否会导致过度轮胎磨损。此外，本文所讨论的其他轮胎模型对轮胎滚动阻力进行建模，使得VCU可优化车辆控制以降低轮胎滚动阻力，并且因此提高特定运输任务或仅单次操纵的能效。本文所讨论的轮胎模型被配置为在车辆操作时动态地更新。因此，优选地，轮胎模型是动态的而不是静态的，这意味着轮胎模型将能够根据例如整体行驶场景和轮胎随着时间推移的状态更好且更紧密地对轮胎参数进行建模，因为轮胎特性会因磨损以及充气压力和温度的变化而改变。

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被包括在轮胎模型中，作为VCU 130、140可从中确定轮胎的其他性能和特性的轮胎参数，或者仅作为可由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。

由于离心力迫使胎面橡胶远离旋转轴线，高速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。过度的离心增长可能会显著影响轮胎的行为。

轮胎的气动拖距是指弹性材料轮胎在坚硬表面上滚动并且经受侧向载荷时(如在转弯中)产生的类似拖距的效果。轮胎的气动拖距参数描述在轮胎的接地面的几何中心后面发生轮胎侧滑的合成力的距离。

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特性。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。

轮胎的接地面或足迹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足迹时会经历变形和复原。由于橡胶是弹性体，因此其在此循环期间会变形。随着橡胶变形和复原，其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的指定限制的轮胎会被拒绝。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。

乘坐舒适度与驾驶员或乘客在乘坐车辆时的总体体验有关。乘坐舒适度取决于车辆的行为，而车辆的行为又取决于轮胎的性质。

自位扭矩(SAT)是指轮胎在滚动时产生的扭矩，该扭矩趋于使轮胎转向，即，使其围绕垂直轴线旋转。

轮胎模型可用于描述特定轮胎的性质，诸如上述那些以及其他性质。例如，轮胎模型可用于定义给定车轮的纵向轮胎力Fx与该车轮的等效纵向车轮滑移之间的关系。纵向车轮滑移λ

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λ

其中R是以米为单位的有效车轮半径，ω

轮胎的横向滑移是轮胎移动的方向与轮胎指向方向之间的角度。横向滑移可能会例如在转弯时发生并且由轮胎结构和胎面的变形引起。尽管名称如此，但对于较小的滑移角度，不需要实际滑动。横向车轮滑移通常被定义为

其中v

横向车轮滑移λ

其中v

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，滑移与所生成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230(诸如轮胎160、170、180中的任一者)经受纵向力F

图2示出了展示可达到的轮胎力F

对于纵向轮胎力和横向轮胎力，线性区域中的车轮力都可用刚度来描述，即，

F

F

其中w是指示轮胎磨损的参数，α是轮胎的滑移角度，并且C

这种轮胎模型可通过实际实验、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一组系数，并且其中该多项式便描述轮胎行为与车辆状态之间的关系。

相反或作为补充，其他感兴趣的轮胎模型可根据例如车辆速度和正常载荷对轮胎磨损率进行建模，和/或对给定车辆状态下的轮胎滚动阻力进行建模，该滚动阻力便取决于当前安装在给定车轮上的轮胎的特定轮胎参数。

图3示意性地示出了用于通过一些示例MSD来控制车轮330的功能性300，在这里，所述MSD包括摩擦制动器320(诸如盘式制动器或鼓式制动器)和推进装置310(诸如电机或燃烧发动机)。摩擦制动器320和推进装置310是车轮扭矩生成装置的示例，所述车轮扭矩生成装置也可被称为致动器并且可由一个或多个运动支持装置控制单元340控制。该控制是基于例如从车轮旋转速度传感器350和从其他车辆状态传感器获得的测量数据，该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)。可根据本文讨论的原理控制的其他示例扭矩生成运动支持装置包括发动机减速器和动力转向装置。MSD控制单元340可被布置为控制一个或多个致动器。例如，MSD控制单元被布置为控制用于车桥的两个车轮的MSD并不少见。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350获得的数据进行比较来准确地实时估计车轮滑移。

摩擦制动器320和推进装置两者都经由包括轮胎的车轮330与路面相互作用。因此，轮胎性质和行为特性会影响摩擦制动器320和推进装置310的不同控制动作如何产生车辆运动。系统中包括基于软件的轮胎模型380。该轮胎模型提供有关当前安装在车轮330上的轮胎、其性质以及行为特性的信息。VMM 360和/或MSD控制单元340使用由轮胎模型提供的信息来预测不同控制分配的后果。这意味着VMM和/或MSD控制单元可根据轮胎的特定特性和性质来优化控制动作。

根据第一示例，VMM 360使用来自轮胎模型的输入，以便根据车轮滑移来预测所生成的车轮力。预测函数(即，滑移与力之间的映射)由当前轮胎参数决定，诸如轮胎滑移刚度性质、轮胎螺纹区域温度、轮胎标称充气压力、当前轮胎法向力、车轮旋转速度、轮胎磨损和道路摩擦系数。

根据第二示例，轮胎模型被配置为针对即将进行的操纵预测轮胎的轮胎磨损率(以g/km或g/s为单位)，其中轮胎磨损率与车辆状态之间的映射同样由当前轮胎参数决定。这允许VMM功能360在不同的控制选项之间进行选择，这些控制选项都实现期望的全局力生成，但可能与明显不同的轮胎磨损率相关联。

根据第三示例，轮胎模型被配置为针对即将进行的操纵、车辆状态和车辆配置预测轮胎的轮胎滚动阻力。这允许VMM功能360在不同的控制选项和车辆配置之间进行选择，这些控制选项和车辆配置都实现期望的全局力生成，但可能与明显不同的轮胎滚动阻力相关联。因此，VMM功能可例如决定如果在给定的行驶场景中将可升降车桥从地面提升，则对滚动阻力和轮胎磨损率两者都有益。

根据第四示例，轮胎模型被配置为基于如由轮胎模型预测的轮胎在操纵期间的响应和行为针对即将进行的操纵预测车辆的乘坐舒适度指标。这同样允许VMM功能360在不同的控制选项和策略之间进行选择，以便以安全且高效的方式完成操纵而次要目的是反映乘坐舒适度。因此，与先前的车辆相比，VMM功能360可控制车辆以更高的乘坐舒适度操作。

如上所述，轮胎模型可被实现为查找表或其他类型的函数。轮胎模型由一个或多个轮胎参数进行参数化，即，定义。这意味着功能本身根据轮胎性质而变化。如上所例示，轮胎模型可用于对各种关系建模，诸如车轮滑移与所生成的车轮力之间的关系或映射，和/或轮胎磨损率与车辆状态(诸如轮胎正常载荷、车辆速度和车轮滑移)之间的映射。应当理解，本公开不限于任何特定形式的轮胎模型结构。相反，应当理解，许多不同类型的数学和/或基于实验的函数和映射可用作轮胎模型。

还参考图4和图5，交通状况管理(TSM)功能370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与加速度曲线和曲率曲线相关联，该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360请求期望的加速度曲线a

可任选地基于驾驶员通过重型车辆的人机接口440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，并且因此本文将不再详细讨论。应注意，交通状况管理和/或运输任务和路线规划功能420可配置车辆的各种性质，诸如提升和降低可升降车桥、调整悬架等。

被布置为提供关于车辆环境430的传感器提供对整个控制堆栈400的输入，并且控制堆栈中还任选地包括对远程处理资源(诸如基于云的处理资源410)的连接。图1中的远程服务器150可被包括在这种类型的云层410中。

VMM功能360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a

主要参考图5，VMM功能360执行车辆状态或运动估计520，即，VMM功能360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510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520的结果(即，估计的车辆状态s)被输入到全局力生成模块530，该全局力生成模块确定在车辆单元上需要生成的所需全局力，以满足来自TSM 370的运动请求。MSD协调功能540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5所指示，MSD协调功能540可将车轮滑移λ

MSD协调功能540由轮胎模型功能380支持，该功能不断地更新车辆上的轮胎的基于软件的模型。MSD协调功能540可例如使用轮胎模型来确定车轮滑移与所生成的车轮力之间的关系，如结合图2所讨论。此外，根据另一个示例，MSD协调功能可决定全部满足来自TSM370的当前请求的一些不同的控制选项和/或不同的MSD协调解决方案，并且由此还改进一些次要目标，例如通过减少滚动阻力来降低轮胎磨损率和/或提高运输任务的能效。这样的选择和/或优化可由优化模块550执行。换句话说，应当理解，在执行MSD协调时通常可获得附加的自由度，这意味着一组给定的全局力通常可通过许多不同的方式获得。可基于轮胎模型380对每个这种MSD协调解决方案进行评估，从而可产生对提供减少的轮胎磨损和/或降低的滚动阻力的某一特定解决方案的偏好。

轮胎模型由一个或多个轮胎参数(诸如轮胎磨损、轮胎正常载荷、轮胎滑移刚度等)进行参数化。这些轮胎参数当然可预先配置。然而，如果基于从存储器565获得的轮胎数据或基于从一个或多个传感器510获得的轮胎数据来估计或以其他方式确定轮胎参数，则可获得附加优势。轮胎参数可由轮胎参数估计软件(TYPRESSW)模块560来估计或至少定期地更新。

通常，本文所公开的车辆控制方法和不同的示例轮胎模型380可基于输入信号，包括基于轮胎的传感器(诸如压力传感器、螺纹磨损传感器、温度传感器、振动传感器、基于轮辋的传感器等)。输入信号还可包括从布置在车辆100上的其他传感器(诸如车轮旋转速度传感器、雷达传感器、激光雷达传感器、振动传感器、声学传感器等)获得的数据。本文所公开的方法和轮胎模型还可获得并使用经由无线链路从远程装置(诸如远程服务器150)接收的信息，以及驾驶员请求和各种致动器状态。

TYPRESSW模块560和任选地轮胎模型380的输入可包括相对于路面的车轮速度v

因此，应当理解，车辆控制单元(诸如VCU 130、140)可被布置为将轮胎模型380存储在存储器中，例如，作为查找表或数学函数。轮胎模型被布置为根据轮胎的当前工况和参数存储在存储器中。这意味着轮胎模型可有利地根据轮胎的工况和总体状态进行调整，这意味着与不考虑轮胎的细节的模型相比，获得更准确的模型。存储在存储器中的模型可基于安装在车轮上的轮胎的结构设计细节和化学成分而通过分析或实验来确定。另外，控制单元可被配置为访问根据当前轮胎工况进行选择的一组不同模型。一种轮胎模型可针对法向力较大的高载荷驾驶进行定制，另一种轮胎模型可针对道路摩擦力较低的易滑道路状态进行定制，等等。对要使用的模型的选择可基于一组预定选择规则。

因此，模型可被配置为将例如法向力或道路摩擦力作为输入参数，由此根据车轮的当前工况来获得轮胎模型。应当理解，工况的许多方面可通过默认工况参数来近似，而工况的其他方面可粗略地分为较少数量的类别。因此，根据车轮的当前工况获得轮胎模型并不一定意味着需要存储大量不同的模型，或者能够以细粒度考虑工况变化的复杂的分析函数。相反，根据工况选择两个或三个不同模型可能就足够了。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改变，从而提高映射的精度。

轮胎模型也可以至少部分地被实施为自适应模型，该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。

轮胎模型380的输出可任选地分组为两类：当前状态估计和模型参数。当前状态估计表示对瞬时轮胎和车轮状态的估计。基于共享的通用轮胎模型定义，模型参数是涵盖当前估计的轮胎模型“系数”的一组信号。轮胎模型(或多个模型)可由VCU 130、140用来预测例如在当前轮胎状态和车辆运动特性下可预期什么样的力、滚动半径、滚动阻力和磨损率。

轮胎模型可适于根据轮胎设计、轮胎状态和车辆运动状态对大量轮胎参数进行独立或组合建模以及对能力进行建模：

[F

[σ

R＝f3(R

M

其中f1至f5是函数，可以是分析函数、数值近似或只是查找表。在上述等式中，

Fx

σ

C

σ

Ts,0

Ts

P是瞬时充气压力，

P

F

F

v

v

w是磨损(0至100％)，0％对应于全新状况，

σ

λ

μ是瞬时摩擦力估计，

s

R是计算出的瞬时(自由)滚动半径，

R

M

是轮胎的磨损率(以g/km或g/s为单位)。

应当理解，等式也可根据横向滑移的不同定义重新表述，例如，如上文讨论的α或λ

还可推导出动态(瞬时)力。至少两种替代方式是可能的：放宽计算出的静态力，或者通过将上述公式中的λ

/>

其中i是x或y，即，纵向方向或横向方向。

图6A至图6C是概述和例示上述讨论的流程图。这些方法可由车辆100中的VCU130、140执行，或至少部分由远程服务器150执行。这种VCU可在中央处理单元中实现或分布在多个单元中。

还参考图5，图6A示出了用于控制重型车辆100的运动的方法。该方法包括获得Sa1与重型车辆100上的轮胎150、160、170的一个或多个参数相关的输入数据561、562。输入数据Sa12任选地包括从存储装置565获得的与轮胎设计相关的数据。输入数据可包括与例如轮胎品牌和/或型号、轮胎的化学成分、轮胎标称尺寸或轮胎其他结构和机械特性和特征相关的配置数据562。任选地，与轮胎设计相关的数据还包括指示轮胎是否经受过可能已经改变轮胎行为的任何处理或事件的轮胎历史。例如，轮胎可能经受过胎面翻新和/或可能已经以可能影响其行为特性的方式进行过维修。输入数据还可包括来自一个或多个传感器510、与实际轮胎相关地布置的两个传感器和/或布置在车辆100上的传感器的数据561。这些任选的传感器510被布置为测量轮胎的一个或多个操作参数，其中一个或多个操作参数可包括以下各项中的任一者：车辆速度、车轮旋转速度、轮胎压力、轮胎温度、轮胎加速度、轮胎应变、轮胎GPS位置、天气、环境温度、雨水分类数据、正常载荷、滑移角度、转向角度和施加到轮胎的正/负扭矩。

该方法还包括基于输入数据来确定Sa2一个或多个轮胎参数的至少部分。可直接确定参数中的一些。例如，标称轮胎气压可从被布置为测量轮胎压力的压力传感器直接给出。轮胎的其他参数可基于输入数据来估计。例如，有效轮胎滚动半径可根据轮胎标称尺寸、轮胎压力和轮胎旋转速度的组合来确定。轮胎磨损可通过整合估计的轮胎磨损率或简单地基于轮胎年龄来估计。一个或多个估计的轮胎参数Sa21任选地包括以下各项中的任一者：轮胎磨损、轮胎纵向刚度、轮胎横向刚度、轮胎滚动阻力、轮胎峰值摩擦力、轮胎滚动半径、轮胎接地面性质、轮胎平衡性质和车轮定位性质。

然后配置Sa3轮胎模型，其中轮胎模型定义了车轮滑移和所生成的车轮力之间的关系，例如，如上文结合图2所讨论。然后通过一个或多个轮胎参数对该轮胎模型进行参数化。例如，举个简单的例子，轮胎模型可能只包括车轮滑移与根据轮胎的滑移刚度参数确定的所生成的力之间关系的线性近似。如上所述，本文所公开的技术的一个关键概念是，可基于更新的输入数据来反复地更新Sa22轮胎模型以及不同的估计和测量的轮胎参数。这意味着，随着轮胎在其生命周期内的发展，从新轮胎到几乎用坏并需要更换的轮胎，轮胎型号和各种轮胎参数都将保持更新。因此，与固定配置的轮胎模型相比，该轮胎模型将更加准确。此外，轮胎模型会对错误配置做出反应，并且消除预配置数据与轮胎实际行为之间的任何差异。

根据一些方面，轮胎模型Sa31被配置为定义车轮滑移与纵向方向和横向方向上的所生成的车轮力之间的关系，如上文结合图2所讨论。车辆100的VMM功能可有利地使用该轮胎模型来执行MSD协调，以便以更精确的方式在重型铰接式车辆的不同车辆单元上生成期望的全局力分布。例如，在期望加速度的情况下，VMM功能可协调MSD以产生车轮滑移，这些车轮滑移在期望的加速度的方向上共同提供期望的力。轮胎模型Sa34任选地被配置为定义车轮滑移与推进和制动车轮力之间的关系，或仅定义推进或制动中的一者。

根据其他方面，轮胎模型Sa32被配置为对轮胎的滚动阻力进行建模。这意味着，VMM功能可在滚动阻力方面将MSD协调问题的不同解决方案进行比较，并且选择与MSD协调问题的其他解决方案相比更小的滚动阻力所关联的解决方案。此外，如果车辆100包括一个或多个可升降车桥，那么VMM功能可评估升降车桥在滚动阻力方面是否会产生更有利的操作。这样，VMM功能可优化或至少改善车辆控制，目的是达到较低的滚动阻力。因此，本文所公开的方法有力地有可能提供车辆100的降低的整体滚动阻力。

根据进一步的方面，轮胎模型Sa33被配置为例如根据车辆状态和/或操纵对轮胎的磨损率进行建模。因此，各种车辆控制功能可考虑到轮胎磨损率。这意味着，可丢弃用于通过不同的MSD生成一组期望的全局力的一个或多个可行方案，因为它们会导致过多的轮胎磨损率。例如，车辆在转弯时可能会出现这种情况，其中一些控制分配导致严重的刮擦。通过结合包括针对不同车辆状态和轮胎参数输出的轮胎磨损率的轮胎模型，可通过避免与高轮胎磨损率相关联的车辆操纵来延长轮胎寿命。

轮胎模型Sa35还可被配置为对轮胎的自位扭矩进行建模。这种自位扭矩有时也是MSD协调功能的组成部分。因此，对这个重要力有良好的理解简化了执行准确的车辆运动管理。

该方法还包括基于车轮滑移与所生成的车轮力之间的关系来控制Sa4重型车辆的运动。上文结合例如图3和图4讨论了控制的示例。例如，该方法可包括协调Sa41重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以在包括满足运动请求的约束下降低轮胎磨损率。这意味着，关于如何生成作用在车辆100中的不同车辆单元上的一组期望的全局力和力矩，VMM功能可有多种可能的解决方案。然后可通过轮胎模型在轮胎磨损率方面对每个解决方案进行评估，并且可选择不会导致过多轮胎磨损率的一个解决方案。这种类型的功能可用于约束车辆运动管理以便仅选择与有限的轮胎磨损率相关联的控制解决方案。当驾驶员进行与高轮胎磨损率相关联的车辆控制时，该功能还可用于向驾驶员提供警告信号。在这种情况下，如果驾驶员进行了对轮胎有害的操纵，则可触发车厢中的警告灯或其他通知装置(诸如可听警报信号)，并且可显示向驾驶员告知当前生成的高轮胎磨损率的消息。

本文所公开的方法还可包括协调Sa42重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以在包括满足运动请求的约束下降低轮胎滚动阻力。因此，就轮胎磨损率而言，VMM功能可在全都产生一组期望的全局力的不同MSD协调解决方案之间进行选择，并且选择与可接受的或甚至最小的滚动阻力相关联的解决方案。因此，通过选择与减少的滚动阻力相关联的控制分配，车辆100的能效得到提高，这是优势。

根据一些方面，轮胎模型可用于估计或预测车辆的停车距离。因此，本文所公开的方法任选地包括协调Sa43重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以减少重型车辆100的停车距离。这种协调可包括调整可升降车桥，和/或通过例如可调整悬架系统等来产生正常载荷的改变。这个特征可用于进一步优化例如燃料经济性或其他形式的能效，从而将停车距离保持在某个最大值以下。

本文所公开的方法还可包括协调Sa44重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以提高重型车辆100的行驶里程能力。

应当理解，本文所公开的许多功能和特征可彼此独立或组合地实施。特别地，与轮胎磨损率估计和轮胎滚动阻力估计相关的特征可独立于与轮胎力估计相关的特征来实施，或者结合起来作为能够输出多于一种形式的输出数据的更先进的轮胎模型来实施。

图6B是示出用于控制重型车辆100的运动并且特别是用于根据车辆运动状态来估计车辆上的一个或多个轮胎的磨损率的方法的流程图。还参考例如图5，该方法包括获得Sb1与重型车辆100上的轮胎150、160、170的一个或多个轮胎参数相关的输入数据561、562。可与确定磨损率相关的轮胎参数可包括例如轮胎化学成分和机械结构、接地面几何形状、充气压力等。该方法还包括基于输入数据来估计Sb2一个或多个轮胎参数的至少部分。如上所述，输入数据可直接标识轮胎参数(例如，可从存储在存储器中的数据中获得的化学成分)，或间接地与轮胎参数相关联。传感器数据可用于估计例如当前轮胎接地面几何形状。

通常，一个或多个轮胎参数可包括轮胎压力、轮胎温度、轮胎应变、轮胎GPS位置、天气、环境温度和雨水分类数据中的任一者。与轮胎设计相关的数据任选地包括轮胎标称尺寸、轮胎结构特性、轮胎化学成分和轮胎历史中的任一者。

该方法还包括配置Sb3轮胎模型，其中轮胎模型定义了轮胎磨损率与车辆运动状态之间的关系，并且其中轮胎模型由一个或多个轮胎参数进行参数化。因此，在给定特定轮胎模型结构的情况下，首先对轮胎模型进行调整以适应安装到车辆的给定轮胎，即，对其进行参数化。应当理解，车辆上的不同轮胎可能与不同的轮胎模型参数化相关联，即使安装到车辆的不同车轮的轮胎是相同的品牌和类型，它们也可能经受不同的工况，并且因此可能具有不同的轮胎模型参数化。轮胎模型定义了当前或未来车辆运动状态与轮胎磨损率之间的关系。这意味着轮胎模型可被看作是车辆运动状态和轮胎磨损率之间的函数或映射。

通常，车辆运动状态可包括车辆速度、车轮旋转速度、轮胎加速度、轮胎正常载荷、滑移角度、转向角度和施加的扭矩中的任一者。车辆运动状态任选地还包括轮胎Sb31的相应车轮的纵向车轮滑移、轮胎Sb32的相应车轮的横向车轮滑移、轮胎Sb33的相应车轮的正常载荷和轮胎Sb34的相应车轮的旋转速度中的任一者。

该方法还包括估计车辆运动状态Sb4，以及基于轮胎模型和车辆运动状态来控制Sb5重型车辆的运动。轮胎模型可用于各种车辆控制功能。例如，如果期望减少给定车辆的轮胎磨损，则可在轮胎磨损率方面将对不同的控制选项或MSD协调解决方案进行比较，并且可选择具有可接受或甚至最小的轮胎磨损率的控制选项。还可确定车辆配置，目的是降低轮胎磨损率。例如，假设车辆包括一个或多个可升降车桥或者允许VCU调整不同车桥或甚至各个轮胎上的正常载荷的主动悬架系统。在这种情况下，可选择导致轮胎磨损减少的正常载荷分布，而不是导致轮胎磨损程度更高的配置。因此，车辆100的轮胎磨损可减少，这是优势。

根据各方面，一个或多个估计的轮胎参数Sb21包括以下各项中的任一者：轮胎磨损、轮胎纵向刚度、轮胎横向刚度、轮胎滚动阻力、轮胎峰值摩擦力、轮胎滚动半径、轮胎接地面性质、轮胎平衡性质和车轮定位性质。这些轮胎参数可用于“定制”轮胎模型以适应给定的轮胎。与未被定制以适应给定轮胎的更一般的轮胎模型相比，这种轮胎模型便将提供车辆工况与轮胎磨损率之间的更准确的映射。优势在于，本文提出的轮胎模型可基于输入数据针对一个或多个轮胎参数的至少部分进行反复更新Sb22。因此，如果轮胎性质随时间而改变，模型也将改变，以便维持车辆工况与轮胎磨损率之间的准确映射。

关于可如何调整车辆控制以考虑到轮胎磨损率，存在许多不同的示例，如由轮胎模型根据车辆操作状态给出的。轮胎磨损率既可针对当前车辆状态来确定，即，当前车辆状态在轮胎磨损方面对轮胎的影响程度，也可针对未来车辆操作来预测。例如，假设车辆即将转弯并且在转弯时有几个不同的选项，即，通过制动进行转向、通过转向车桥进行转向或这两者的组合。车辆还可能够选择通过弯道的路径。然后可查询轮胎模型，以便确定与不同控制选项相关联的轮胎磨损，并且可选择与最小轮胎磨损率相关联的选项。应当理解，如果轮胎模型还被配置为输出与例如滚动阻力相关的数据，则可以使用两个选择标准的组合，以便找到具有合理轮胎磨损量同时提供可接受程度的滚动阻力的控制选项。

有利地，用于车辆运动控制的车轮滑移限制可根据预先确定的可接受目标磨损率进行配置。因此，只要车辆没有遇到危险情况，便可通过以该优选的车轮滑移限制或低于该优选的车轮滑移限制操作车辆来显著减少轮胎磨损。

该方法任选地还包括以下各项中的任一者：根据与车辆运动状态相对应的磨损率来控制Sb51车轮滑移、根据与车辆运动状态相对应的磨损率来控制Sb52正常载荷，例如，通过根据磨损率和/或主动悬架系统的设置来调整车辆的可升降车桥的设置。该方法任选地还包括以下各项中的任一者：根据磨损率来控制bS53车轮旋转速度、基于配置的目标磨损率来控制Sb54重型车辆的运动，以及协调Sb55重型车辆100的一个或多个运动支持装置以在包括满足运动请求的约束下降低轮胎磨损率。

还可在最大或至少优选的停车距离的要求下进行车辆控制，即，可能需要要求车辆能够在指定的距离内完全停止。在这种情况下，该方法可包括协调Sb56重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以减少重型车辆100的停车距离。

图6C是示出用于控制重型车辆100的运动并且特别是用于根据车辆运动状态来估计车辆上的一个或多个轮胎的滚动阻力的方法的流程图。还参考例如图5，该方法包括获得Sc1与重型车辆100上的轮胎150、160、170的一个或多个轮胎参数相关的输入数据561、562。可与确定滚动阻力相关的轮胎参数可包括例如轮胎化学成分和机械结构、接地面几何形状、充气压力等。该方法还包括基于输入数据来估计Sc2一个或多个轮胎参数的至少部分。如上所述，输入数据可直接标识轮胎参数(例如，可从存储在存储器中的数据中获得的化学成分)，或间接地与轮胎参数相关联。传感器数据可用于估计例如当前轮胎接地面几何形状、当前充气压力等。

通常，一个或多个轮胎参数可包括轮胎压力、轮胎温度、轮胎应变、轮胎GPS位置、天气、环境温度和雨水分类数据中的任一者。

与轮胎设计相关的数据任选地包括轮胎标称尺寸、轮胎结构特性、轮胎化学成分和轮胎历史中的任一者。

该方法还包括配置Sc3轮胎模型，其中轮胎模型定义了轮胎滚动阻力与车辆运动状态之间的关系，并且其中轮胎模型由一个或多个轮胎参数进行参数化。因此，在给定特定轮胎模型结构的情况下，首先对轮胎模型进行调整以适应安装到车辆的给定轮胎，即，对其进行参数化。应当理解，车辆上的不同轮胎可能与不同的轮胎模型参数化相关联，即使安装到车辆的不同车轮的轮胎是相同的品牌和类型，它们也可能经受不同的工况，并且因此可能具有不同的轮胎模型参数化。轮胎模型定义了当前或未来车辆运动状态与轮胎滚动阻力之间的关系。这意味着轮胎模型可被看作是车辆运动状态和轮胎滚动阻力之间的函数或映射。

通常，车辆运动状态可包括车辆速度、车轮旋转速度、轮胎加速度、轮胎正常载荷、滑移角度、转向角度和施加的扭矩中的任一者。

车辆运动状态任选地还包括轮胎Sc31的相应车轮的纵向车轮滑移、轮胎Sc32的相应车轮的横向车轮滑移、轮胎Sc33的相应车轮的正常载荷和轮胎Sc34的相应车轮的旋转速度中的任一者。

该方法还包括估计车辆运动状态Sc4，以及基于轮胎模型和车辆运动状态来控制Sc5重型车辆的运动。轮胎模型可用于各种车辆控制功能。例如，如果期望减少给定车辆的轮胎磨损，则可在轮胎滚动阻力方面将对不同的控制选项或MSD协调解决方案进行比较，并且可选择具有可接受或甚至最小的轮胎滚动阻力的控制选项。还可确定车辆配置，目的是降低轮胎滚动阻力。例如，假设车辆包括一个或多个可升降车桥或者允许VCU调整不同车桥或甚至各个轮胎上的正常载荷的主动悬架系统。在这种情况下，可选择导致轮胎磨损减少的正常载荷分布，而不是导致轮胎磨损程度更高的配置。因此，车辆100的轮胎磨损可减少，这是优势。

根据各方面，一个或多个估计的轮胎参数Sc21包括以下各项中的任一者：轮胎磨损、轮胎纵向刚度、轮胎横向刚度、轮胎滚动阻力、轮胎峰值摩擦力、轮胎滚动半径、轮胎接地面性质、轮胎平衡性质和车轮定位性质。这些轮胎参数可用于“定制”轮胎模型以适应给定的轮胎。与未被定制以适应给定轮胎的更一般的轮胎模型相比，这种轮胎模型便将提供车辆工况与轮胎滚动阻力之间的更准确的映射。优势在于，本文提出的轮胎模型可基于输入数据针对一个或多个轮胎参数的至少部分进行反复更新Sc22。因此，如果轮胎性质随时间而改变，模型也将改变，以便维持车辆工况与轮胎滚动阻力之间的准确映射。

关于可如何调整车辆控制以考虑到轮胎滚动阻力，存在许多不同的示例，如由轮胎模型根据车辆操作状态给出。轮胎滚动阻力既可针对当前车辆状态来确定，即，当前车辆状态在轮胎磨损方面对轮胎的影响程度，也可针对未来车辆操作来预测。例如，假设车辆即将转弯并且在转弯时有几个不同的选项，即，通过制动进行转向、通过转向车桥进行转向或这两者的组合。然后可查询轮胎模型，以便确定与不同控制选项相关联的轮胎磨损，并且可选择与最小轮胎滚动阻力相关联的选项。应当理解，如果轮胎模型还被配置为输出与例如滚动阻力相关的数据，则可以使用两个选择标准的组合，以便找到具有合理轮胎磨损量同时提供可接受程度的滚动阻力的控制选项。

该方法任选地包括以下各项中的任一者：根据与车辆运动状态相对应的滚动阻力来控制Sc51车轮滑移、根据与车辆运动状态相对应的滚动阻力来控制Sc52正常载荷，例如，通过根据滚动阻力和/或主动悬架系统的设置来调整车辆的可升降车桥的设置。该方法任选地还包括以下各项中的任一者：根据滚动阻力来控制bS53车轮旋转速度、基于配置的目标滚动阻力来控制Sc54重型车辆的运动，以及协调Sc55重型车辆100的一个或多个运动支持装置以在包括满足运动请求的约束下减少轮胎滚动阻力。

还可在最大或至少优选的停车距离的要求下进行车辆控制，即，可能需要要求车辆能够在指定的距离内完全停止。在这种情况下，该方法可包括协调Sc56重型车辆100的一个或多个运动支持装置，以减少重型车辆100的停车距离。

应当理解，上文结合图6A至图6C讨论的方法步骤可自由组合。

图7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700的部件，诸如VUC 130、140中的任一者。该控制单元700可被包括在铰接式车辆1中。使用能够执行存储在例如呈存储介质730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710。处理电路710可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710被配置为使控制单元700执行一组操作或步骤，诸如结合图7所讨论的方法。例如，存储介质730可存储该组操作，并且处理电路710可被配置为从存储介质730检索该组操作以使控制单元700执行该组操作。该组操作可作为一组可执行指令来提供。因此，处理电路710由此被布置为执行如本文所公开的方法。

存储介质730还可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700还可包括用于与至少一个外部装置通信的接口720。因此，接口720可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710例如通过向接口720和存储介质730发送数据和控制信号、通过从接口720接收数据和报告以及通过从存储介质730检索数据和指令来控制控制单元700的一般操作。控制节点的其他部件以及相关功能性被省略以免使本文呈现的概念变得模糊。

图8示出了承载计算机程序的计算机可读介质810，该计算机程序包括用于当所述程序产品在计算机上运行时执行图6A至图6C中所示的方法的程序代码装置820。计算机可读介质和代码装置可一起形成计算机程序产品800。