具有节油系统的重卡及其节油控制方法与流程

本公开涉及一种聚焦干线物流应用场景的智能网联电动(ace)重卡节油系统。该信息物理系统基于发动机加双电机的混联动力总成，采取在串混模式下的智能启停技术方案或并混模式下的智能功率切换技术方案，实现对发动机输出功率时变函数的脉冲编码调制。发动机和双电机动态协同驱动，确保车辆路载功率实时地满足车辆动力学方程。利用车载物联网、卫星导航、3d电子地图、结合车辆配置参数和动态行驶数据，通过预测性自适应巡航控制策略，实现车辆高速公路同车道l1级自动驾驶，产生ace重卡的节油数据集并及时上传云端，将ace重卡能量管理问题变成alphago下围棋的等价问题。重卡节油机器人利用机器学习算法、云端节油大数据、融合云端和车端的算力，实现车辆能量管理的自主学习和进化，达到车辆节能减排最优、改善行驶主动安全性、减轻司机长途驾驶的劳动强度、和保障在真实驾驶环境(rde)下车辆的后处理系统性能70万公里内排放达标等有益效果。

背景技术：

公路物流对世界各个主要经济体都至关重要。干线物流(平均日行驶500公里以上；80％以上行驶里程为封闭式高速公路)重卡即是公路物流行业的中坚力量，也是交通领域的油耗和污染大户，是各国政府常年节能减排监管整治的重点之一。当今欧美针对包括公路重型卡车(简称“重卡”)在内的大型商用车辆(车辆总重量大于15吨)的强制性排放法规已从聚焦减少尾气污染物排放的欧-6标准(2014年在欧洲全面实施)和美国epa-2010(2010年在美国全面实施)转变为聚焦降低尾气中以二氧化碳(co2)为主的温室气体(ghg)碳排放的一系列新排放法规。车辆的碳排放(co2克/公里)和其油耗(升/百公里)成正比，降低油耗(或提高燃油经济性mpg；英里/加仑)等同于减少碳排放。

美国联邦政府2016年颁布的针对中/重型发动机和商用车的温室气体第二阶段法规(ghgphaseii)，明确规定了2021年到2027年期间，所有在美国销售的新中/重型发动机和商用车在维持epa-2010尾气污染物排放限值不变的前提下，逐年提高车辆燃油经济性(fe，英里/加仑)，降低油耗(fc，升/百公里)及碳排放(克/公里)的详尽强制性标准。2019年初，欧盟通过了其历史上首个针对重卡碳排放的强制性法规(即欧-7标准)。该法规在维持欧-6尾气污染物排放限值不变的前提下，以2019年柴油重卡为基准，要求到2025年，欧洲新重卡碳排放(二氧化碳克/公里)下降15％，到2030年，新重卡碳排放下降30％。中国2017年开始全国实施大型商用车辆国-5强制性排放法规，从2021年7月开始全国范围实施国-6强制性排放法规。国-6标准在尾气污染物排放限值方面与欧-6标准和美国epa-2010标准基本相同，个别限值甚至更严格。

排放法规是世界各国车辆动力总成技术发展的主要推动力。中国国-6重卡的动力总成将和目前北美和欧洲重卡的动力总成在历史上首次处于同一技术平台水平。根据近二十年以来中国国-1到国-6法规制定颁布都参照欧盟欧-1到欧-6法规的历史经验，预计中国将会跟进欧盟，很快推出聚焦重卡碳排放强度和油耗的国-7法规。2020年以后，全球三大重卡市场(中国、美国、欧盟)的强制性排放法规和行业聚焦都将从降低重卡尾气污染物排放转向减少重卡油耗和碳排放。

重卡在世界各地都是污染和油耗的大户，是各国政府常年节能减排治理的重点。干线物流重卡的燃油是高频海量的刚需。一辆干线物流重卡在欧美平均燃油费近六万美元/年，在中国平均燃油费近四十万元人民币/年。美国二百多万辆重卡每年总油费超过千亿美元，中国四百多万辆重卡每年总油费超过一万亿人民币。通过技术创新，降低重卡油耗和排放，对主机厂、司机、车队、运货人、政府、社会等各利益攸关方都意义非凡。

美国在重卡排放和油耗法规和技术开发方面一直走在世界前列。由美国能源部牵头并资助的“超级卡车“项目(supertrucki,2010-2016)，四支由美国前四大重卡主机厂领衔的技术团队，通过五年研发，所打造的四辆超级重卡样车，2016年底都超额完成对标2009年重卡货运燃油经济性(加仑/吨英里)改善50％的目标。

美国的超级卡车项目，集成了全部2025年前可能商用量产的各种重卡节能减排技术。今后主要挑战是提高各项节能技术实施的综合性价比。目前美国重卡行业中长期挑战是如何在有效地控制新重卡售价涨幅的前提下，达到ghgphaseii重卡油耗2027年的强制性要求。而中国重卡行业各利益攸关方，都要对应从2019年开始销售的新国六重卡的零售价预计比当今国五重卡售价大幅上涨的严峻考验。

近十年来，在世界主要汽车市场，特别是世界最大的中国汽车市场，纯电或油电混合动力的乘用车和大型客车，在政府大力补贴之下，都有大规模商用的成功先例。但在中国/美国/欧盟这三个全球范围体量最大、技术最先进的干线物流重卡市场，国内外行业专家一致认为2030年以前，受限于当今可产业化的动力电池技术和性能极限，纯电重卡或深混重卡在无补贴的情况下，无法实现大规模干线物流商用。细节参见下列公开行业研究报告:1)里卡多(ricardo)公司2017年题为“重型车辆技术潜力和成本分析”的研究报告。ricardo(2017),“heavydutyvehicletechnologypotentialandcoststudy”,finalreportforicct；2)国际清洁交通协会(icct)oscardelgado等专家2018年1月发表的白皮书”europeanheavy-dutyvehicles:costeffectivenessoffuel-efficiencytechnologiesforlong-haultractor-trailersinthe2025-2030timeframe”；3)国际清洁交通协会(icct)feliperrodriguez博士2018年6月28日学术报告”hdvfuelefficiencytechnologies”；4)美国能源部2016年6月提交国会的报告”adoptionofnewfuelefficienttechnologiesfromsupertruck”。

油电混动车辆的实际油耗(升/百公里)与其车辆行驶工况密切相关。城市工况下车辆平均车速低，主动加速、减速或制动频繁；高速工况下车辆平均车速高，主动加速、减速或制动不频繁。混动车主要通过驱动电机的再生制动来回收能量，达到节能减排的有益效果。长期以来，全球汽车产业界和学术界对混动车辆(轻型车和大型商用车)的节油潜力有如下“共识”：城市工况下，混动车辆比传统燃油车节油明显，综合油耗可降低30％以上；但在全高速工况下(平均时速高于60公里/小时；很少主动加速或刹车减速)，混动车辆比传统燃油车节油不明显，综合油耗降幅不可能达到10％以上，特别是串联混动车辆，因发动机发电驱动要经过多次能量转化，在高速工况下节油效果不如并混车辆，甚至可能比传统燃油车更费油。

全世界在用重卡发动机中柴油机占比超过95％。重卡柴油机在高速工况下可稳定地工作在其燃烧高效区，经过几十年不断改进后，节油效益递减，进一步减低传统柴油机油耗的技术挑战越来越大，成本增加也越来越高。在过去二十五年间，美国、欧洲、和中国干线物流重卡行业平均油耗(升/百公里)改善降幅每年不足1.5％。对欧美和中国的重卡制造商而言，年年以市场认可并买单的性价比大幅度持续地降低干线物流重卡实际综合油耗(升/百公里)在技术上和商务上的挑战非常大。参见欧洲汽车制造商协会(acea)於2018年8月针对欧盟重卡欧-7排放标准立法的立场文件“theeuropeancomissionproposalonco2standardsfornewheavy-dutyvehicles”。acea认为欧盟即将批准的欧-7碳排放标准2025年油耗降15％，2030年油耗降30％的目标太激进，新重卡动力总成开发时间很长，目前没有性价比高的和可及时量产的技术路线，来实现2025年欧盟节油法规目标。

任何节油技术，都有降低车辆尾气污染物排放和温室气体(或碳)排放的双重益处。干线物流重卡除节能和减排这两大永恒挑战外，还有驾驶安全这一重中之重。绝大多数(90％+)重卡交通事故都源于司机分心，疲劳驾驶，操作失误等人为因素。开发干线物流l3/l4级自动驾驶商用车的主要目的之一便是消除人为因素，改善驾驶安全。要达到iso26262汽车功能安全等级要求，l3/l4级自动驾驶商用车必须配置有冗余的动力系统和制动系统。

在保证整车动力性的前提下，优化节能、减排、和主动安全是全球汽车行业长期不懈追求的三大终极目标。欧美主流重卡主机厂及相关研究机构近二十年来，投入大量的人力和物力，积极探索和开发多种重卡节油技术，截止2019年底，欧美各家主流重卡主机厂和一级供应商都还没有公布能够满足欧-7法规2025年碳排放目标值或美国ghg-ii法规2027年碳排放目标值并可及时产业化的主流重卡动力总成新技术路线或方案。

德国大众“柴油门”事件以后，各国政府纷纷加强了对柴油车在使用过程中实际污染物排放的监控；主要依靠移动排放测量系统(pems)，随机抽查柴油车，对其实际车辆行驶环境下的排放(rde)随车测量。同时，欧盟的欧-6和新欧-7排放法规、美国的epa-2010和新ghgphaseii排放法规中，都明确规定柴油重卡动力总成的后处理系统必须保证不低于70万公里(43.5万英里)真实驾驶环境(rde)排放达标耐久性，否则需要强制性召回。中国即将全面实施的国-6排放法规中也有关于重卡rde排放达标70万公里耐久性的强制性要求，该耐久性要求对中国重卡行业的主机厂和一级供应商研发、生产并销售新国-6重卡或动力总成子系统极具挑战性。同时也对中国各级各地环保和交警等部门，公正、严格、一致地监管治理公路重卡和其它大型商用车等交通能耗和污染大户提出更高的要求。

2018年，全球著名的重卡柴油机企业康明斯(cummins)因其柴油机后处理系统耐久性设计缺陷，无法保证其所有柴油机的在70万公里内都满足epa-2010的rde排放达标耐久性，在北美(美国，加拿大)主动召回了其2010至2015年期间生产销售的50万台重卡柴油机。同时，美国环保部(epa)特别将康明斯柴油机召回事件作为政府和企业合作，真实长期地满足排放法规的好典范来宣传。量产新国-6重卡柴油机虽难，但保证所有国-6重型柴油机都满足70万公里rde排放达标耐久性的要求更难，需要依靠近五年使用时间和数十万计的国-6重卡实际行驶的大数据才能验证国-6重卡rde排放达标耐久性。中国政府强调环保依法监管治理，动真格，讲实效。数年之后，某些中国品牌的国-6重卡因排放系统在70万公里的保质期内，实际行驶环境(rde)尾气排放无法全部国-6达标而批量召回将可能是大概率事件。

该背景技术部分的信息仅旨在增加对本公开的总体技术背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息已成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现要素：

本公开提供一种新颖独特的干线物流重卡节油机器人系统，旨在解决现有技术中新内燃机重卡逐年油耗改善缓慢(年均降幅不足1.5％)，难于找到满足新欧-7排放法规的2025年碳排放目标和美国温室气体排放二阶段(ghg-ii)法规的2027年碳排放目标的高性价比、可量产并商用的重卡技术路线这一世界性难题。在干线物流应用场景下，配置了节油机器人的智能网联电动(ace：automatedconnectedelectrified)重卡对比同期传统柴油机重卡，在保证车辆动力性、主动安全性、和出勤率的前提条件下，实际行驶环境(rde)综合油耗(升/百公里)降幅可高达25％以上，还能提升车辆行驶主动安全性，而且更能保证rde尾气排放在70万公里范围内稳定达标。本公开ace重卡节油机器人的各个主要子系统都已产业化，不依赖于任何目前尚不成熟或无法近期产业化的产品或技术，能够近几年实现量产及商用，提前满足欧-7法规2025年碳排放目标或美国温室气体排放第二期(ghg-ii)法规2027年碳排放目标。本公开的节油机器人还能够通过动态切换ace重卡的串混模式或并混模式，改善车辆的动力性和主动安全性，后续详述。

为解决上述技术问题，达到上述有益技术效果，本公开通过以下技术方案来实现：

当前各种油电混动的乘用车或大型商用车，在主动加速和制动频繁且平均车速低于40公里/小时的城市或近郊工况下，通过限制发动机在高效区运行，及驱动电机通过再生制动给电池包充电，有效地回收能量，比传统发动机车辆综合油耗大幅降低(节油率30％～60％)，节能/减排效果明显，性价比高，已经在世界各主要汽车市场实现大规模商用。但对干线物流重卡而言，其产品生命周期内绝大部分的运行时间和里程(85％以上)为高速公路工况，很少主动加速或刹车，中国经济发达区域高速公路网常年较拥堵，干线物流重卡平均车速约60公里/小时，而美国干线物流重卡平均车速约95公里/小时。传统柴油重卡高速公路工况下，主动加速或刹车不频繁，其发动机长时间稳定地工作在高效区，综合油耗已很优化，进一步改善空间有限；而油电混动车辆此时也因车辆主动刹车不频繁，其再生制动能量回收功能英雄无用武之地，同时油电混动车辆，特别是增程式串混车辆，还背负化学能-机械能-电能-机械能之间多次能量转换的额外损耗，所以全球汽车及公路运输业界长期存在下列“共识”：干线物流混动重型卡车(简称为“混动重卡”)对比传统柴油车综合油耗降幅有限，其最大节油率不可能超过10％，特别是串混车辆在高速工况下，甚至可能会综合油耗略升。根据当前国际/国内大三电(电池、电机、电控)的技术及产业发展现状，混动重卡比传统柴油重卡购车成本增加显著，但节油效果不佳，导致混动重卡在无政府补贴时产品的性价比低(例如通过节省油费弥补混动重卡与传统燃油重卡的综合成本差价的投资回报期roi长于三年)，缺乏可持续性市场竞争力。

如上所述，全球重卡行业专家共识，2030年前在包括中国、美国、欧洲这三大重卡市场在内的全球重卡市场，难于实现干线物流混动重卡在无政府补贴情境下的大规模商用。另外，受制于当今动力锂电池技术极限和产业化发展局限，干线物流纯电动重卡(需要1000千瓦时有效容量的电池包)在没有政府高额补贴情况下，难以在2030年前批量商用。以氢燃料电池为低碳清洁增程器的氢电混动重卡，也因技术、产业链、和制氢/加氢基础设施不成熟及成本高等因素制约，要等到2030年后才可能开始批量商用。

全球公路货运行业所面临的另一大挑战是重卡司机缺失率及流失率常年居高不下。同样的重卡、载货和路段，不同经验和能力的司机开车，实际综合油耗差异可高达25％。干线物流重卡实际油耗因人而异，司机管理耗费车队管理资源且效率低下，为公路物流行业的另一大痛点。很多货运公司通过培训司机，节油奖惩，加装车载传感器，进行司机驾驶行为大数据分析加节油辅导等多种方法，来减少司机人为因素所造成的实际油耗与最佳油耗之间的差异。但上述方法治标不治本，对多数干线物流车队来讲，重卡实际油耗因人而异且离散度高始终是一大行业痛点。

干线物流ace重卡要想与传统燃油重卡在无政府补贴情况下长期可持续地竞争，早日实现大规模商用，必须大幅提其高性价比。干线物流重卡在美国或中国的整车平均售价(美国零售价15万美元/辆或中国零售价40万元人民币/辆)是该国市场普通乘用车车价的三到八倍，但其年燃油费则是家用乘用车年油费的三十到五十倍。美国和中国的汽油或柴油零售价都明显低于欧洲，欧洲乘用车与重卡车价和年油费的比例类似中美。提高干线物流混动重卡性价比的有效方法有两类，一是增大其对比传统柴油车的节油率，二是减小其与传统柴油车一次购车成本加累计车辆运维成本之和(即总成本toc)之间的差价，即开源节流。在保证ace重卡动力性、安全性、出勤率的前提下，节省的燃油费可直接转化成车队的利润。

全球汽车行业专家(特别是重卡行业专家)，基于对绝大部分油电混动乘用车(总重小于3.5吨；串联、并联、或混联系统架构)在全高速工况下节油效果不明显这一客观事实进行外延推测，断定干线物流混动重卡，尤其是串混重卡，实际综合节油率不可能超过10％，甚至可能油耗略升。迄今为止(2019年底)，全球范围没有发现关于混动重卡，特别是增程式串联或混联重卡，在干线物流场景下“三真”(真车、真路、真货)大规模路试，与传统柴油重卡油耗对比分析的公开报道或学术论文，更没有批量落地商用。但上述行业共识如同历史上的所谓“白天鹅共识”，有其局限性。行业专家们忽略了干线物流混动重卡可能大幅降低实际油耗的秘密源泉：在高速行驶工况下，由于道路纵坡倾角(简称“纵坡”)的细微变化(1.0度)所带来的百千瓦级纵坡功率的时变函数pg(t)和重卡高速下坡时产生的众多通过百千瓦级驱动电机的再生制动来回收千瓦时(kwh)级电能的机会。

本公开的核心就是基于百千瓦级电力电子三端口网络的“电域功率分流器”(epsd–electricalpowersplitdevice；又称“电功率分流器”)，通过有效地集成车辆发动机加双电机的混联(mixedhybrid)动力总成技术、卫星导航(gnss)、三维电子导航地图(3d地图)、物联网、大数据、人工智能等多项新兴技术，创造一种重卡新物种：智能网联电动(ace：automated-connected-electrified)重卡，该车辆配备能够自动优化和自主进化重卡节油策略的“节油机器人”，指挥车辆实施预测性自适应巡航控制(pac)技术方案，实现sael1级自动驾驶功能，解放司机的双脚，达到优化油耗及排放、改善动力性、提升主动安全性、和减轻司机长途驾驶劳动强度等多重有益效果。在干线物流应用场景下，ace重卡比传统柴油重卡实际综合油耗降幅可高达30％，并且消除了因司机“人为因素”导致重卡综合油耗值高离散性这一行业长期痛点；同时ace重卡还能明显地改善刹车性能，增加下长坡缓速功能，减少司机长途驾驶的劳动强度，提升车辆行驶主动安全性；ace重卡还能通过软件定义及远程升级迭代(ota)来改善车辆现有功能并增加新功能，大幅提升ace重卡全生命周期内(在欧美可高达20年)的性价比，为车队开源节流，降本增效。对于运输车队而言，效率和安全是两大永恒的主题。ace重卡车载各种机电硬件及软件，加上可动态协同的云端ai训练芯片和车端ai推理芯片，配合云端及车端关于ace重卡运行的结构化大数据(即节油数据集)和多种节油机器学习算法，集合构成“重卡节油机器人“系统装置。该节油机器人将协助人类司机，自动地实时优化干线物流重卡的能量及功率管理，比传统柴油重卡实现综合油耗降幅25％以上，且具备自主学习和进化的能力。预计在五年内，在美国、中国、欧盟这世界三大重卡市场，能够实现公路干线物流ace重卡节油机器人的大批量商用。

ace重卡节油机器人技术的第一性原理便是汽车行业熟知的车辆纵向动力学方程(1-1)：

其中，pv为车辆功率或称路载功率，所有功率项都是以千瓦(kw)为单位。

滚动功率pr指车辆行驶时，克服轮胎滚动摩擦阻力所需功率，为非负数，其可通过如下公式(1-2)表示：

风阻功率pd指车辆行驶时，克服空气阻力(无风天气时)所需功率，为非负数，其可通过如下公式(1-3)表示：

纵坡功率pg指车辆行驶上坡时，克服重力并增加势能所需驱动功率，为正数，而当车辆下坡时纵坡功率为负数，代表其势能与动能转换所产生的驱动功率，纵坡功率pg可通过如下公式(1-4)表示：

加速功率pa指车辆平路行驶时达到预定加速度值所需额外功率。当加速度为负值时，代表机械摩擦制动，将车辆动能转变成热能消耗掉，或非摩擦再生制动，将部分车辆动能转变成电能，回收能量。加速功率pa可通过如下公式(1-5)表示：

在上述公式(1-1)-(1-5)中：v为车辆速度(米/秒)；η为车辆转动系统效率；m为车辆总质量(公斤)；g为重力加速度，g＝9.8(米/秒平方)；fr为轮胎滚动摩擦系数；α为公路纵坡角度，正值为上坡，负值为下坡；ρa为空气密度(公斤/立方米)；cd为车辆风阻系数；af为车辆正前方面积(平方米)；δ为滚动质量转换系数；dv/dt为车辆加速度(米/秒平方)，正值为加速，负值为减速或刹车。每条公路的纵坡仅为空间函数，除非修路，纵坡函数不随时间变化，由于车辆行驶时其纵向速度为是空函数，根据方程(1-4)，纵坡功率为时空函数，而且是车辆恒速行驶时其动力性方程中仅有一项大幅快速变化的时空函数。

在高速公路行驶工况下，车辆很少主动制动减速或加速。当车辆基本恒速行驶时，加速功率基本为零，滚动功率在小纵坡(即几度内的纵坡)的公路段基本不变，风阻功率亦可近似为常数，只有纵坡功率为时间变量，其变化幅度与该高速公路段的纵坡角度的正弦值、车速、和车总质量三者均成正比。

中国干线物流重卡总重多数在41吨以下，最高法定限速为90公里/小时，中国主要高速公路长期拥堵，公路物流全行业重卡平均速度约60公里/小时；而美国干线物流重卡总重限值为36吨，最高法定限速高达125公里/小时，公路物流行业重卡平均行驶速度约95公里/小时。多数美国运输公司，出于节油和安全的考虑，通常将重卡的最高时速限定在105公里/小时。

举例来说，一辆满载总质量40吨、车速60公里/小时的重卡，遇到高速公路纵坡2.0度的恒速上坡时，所需纵坡功率高达228千瓦，而此时车辆的滚动摩擦功率与风阻功率之和仅为71千瓦。如果此时车辆动力总成功率余量不足时，需换挡减速才能继续上坡。对比一辆2吨总质量的乘用车上2.0度的纵坡时，这时该车辆的纵坡功率仅为11.4千瓦(为重卡纵坡功率的5.0％)，滚动摩擦功率与风阻功率之和仅为3.6千瓦，这对拥有一百千瓦峰值功率发动机的乘用车来讲，此类小坡不足为虑，如履平地。换句话讲，对于每辆高速行驶的满载重卡而言，公路纵坡每变化肉眼难以察觉的1.0度时，该重卡的路载功率(主要源于纵坡功率的变化)会有超过一百千瓦的巨大变化。有上坡就必有下坡，下坡时重卡的百千瓦级纵坡功率为负值，可通过驱动电机的再生制动来维持车速恒定(等同于主动刹车时的负加速度功率)，将车辆下坡时的机械能转换成电能来给电池包充电，回收能量。虽然ace重卡在高速工况下很少有主动刹车，但因高速公路沿途1.0度级别纵坡的细微变化，能带来百千瓦级的纵坡功率变化，基本匀速行驶的ace重卡仍然有众多通过下坡再生制动，来回收千瓦时级电能的机会，细水长流，积少成多。

公路纵坡通常简称“纵坡”，其计量单位有两种，一个是路面与水平面的夹角的度数，另一个是路面海拔升高与该路段水平投影距离之比值，以％表示。各国高速公路设计和建造多数将其纵坡限制在-7.0％～+7.0％范围内，主要是基于满载重卡在高速公路上安全有效地行驶方面的考量。

车辆在60公里/小时车速时，要实现减速度2米/秒平方(即0.2g，重力加速度)的中等强度制动，对总质量2.0吨的乘用车，需要加速功率或制动功率为67千瓦；但对总质量40吨的重卡而言，所需加速功率或制动功率则高达1333千瓦。城市电动公交大巴总质量20吨，平均时速不足30公里/小时，城市公交大巴实现0.2g减速度所需的制动功率在333千瓦以下。受限于可产业化的车载驱动电机和/或电机控制器(电力电子)的峰值功率，目前油电混合车辆通过再生制动可回收能量的功率峰值基本都在500千瓦以下。而车辆瞬时制动功率高于500千瓦的部分，无法通过电机再生制动转换成电能给电池包充电来回收能量，只能通过车辆的机械刹车系统，将这部分车辆动能转换成热能完全浪费掉。目前世界上已商用化的最大功率的直流快速充电桩为375千瓦。在加速/减速频繁的城市或城郊混合的行驶工况下，油电混动车辆(轻型车或大型客车)比传统发动机车辆明显节油，节油率在30％～60％。

在主动加速和减速不频繁的封闭高速公路行驶工况，车辆平均时速高于60公里/小时，传统发动机能够稳定地工作在其高效区，油电混动车辆比传统发动机车辆节油效果不明显(小于10％)，特别是串混车辆，因背负多次能量转换的额外能量损耗，甚至可能导致综合油耗不降反升。上述全球汽车行业的“共识”，对全部油电混合乘用车(总重小于3.5吨)和并混(峰值功率大于250千瓦发动机机械并联一个峰值功率小于200千瓦的中型电机)大型商用车都适用。但是，发明人认为该行业“共识”对干线物流应用场景下的采用双电机增程式串混或者混联(串混-并混)系统架构的ace重卡并不适用。高速工况下的ace重卡，虽很少主动加速或刹车，但由于高速公路沿途纵坡1.0度级的细微变化，有众多利用下坡时百千瓦级纵坡功率，通过驱动电机再生制动，回收千瓦时级电能的机会，细水长流，积少成多。换句话讲，载货重卡在高速公路恒速行驶时，纵坡函数沿途1.0度的微小变化，能引起纵坡功率百千瓦级的变化，对路载功率的影响，等效于乘用车或公交大客车在城市水平道路频繁加速或刹车。

本公开的串混或混联ace重卡，都包含一台峰值功率大于250千瓦的重卡发动机(柴油或天然气)和两台峰值功率大于200千瓦的大型电机。其中一台电机(mg1)主要用作发电机，另一台电机(mg2)主要用作驱动电机。驱动电机是混动重卡动力性的决定性因素之一，其峰值功率应大于250千瓦。驱动电机越大，车辆动力性越好，同时再生制动回收能量的效果也更佳。为解决车规大型驱动电机成本长期居高不下的问题，可考虑采用标配主驱动电机(mg2)加一选配副驱动电机(mg3)的三电机混动系统。

干线物流混动重卡即便基本匀速行驶，也能充分利用高速公路沿途1.0度级别的纵坡细微变化所产生的百千瓦级下坡纵坡功率，利用车辆百千瓦级再生制动发电，对电池包频繁快速充电来回收千瓦时级能量，等效于混动乘用车或混动大客车在城市工况下，通过频繁主动刹车时的再生制动来回收能量，对比传统燃油车节油效果明显。换句话讲，即便是在广大平原地区(大部分道路纵坡在-2.0度到+2.0度范围)，对一辆基本恒速(车速变化率绝对值小于10％)高速行驶的ace重卡而言，其发动机长期稳定地工作在指定高效工况点，还可利用高速公路沿途纵坡2.0度以内的细微变化，获得众多通过百千瓦级再生制动来回收亚千瓦时级能量并且减少使用机械刹车的机会，回收能量积少成多，细水长流。这就是干线物流ace重卡能够比传统柴油重卡节油显著的秘密所在。

近十年来，欧美部分中高端发动机重卡，利用包含道路纵坡信息的车载3d地图，在丘陵或山区高速公路，通过预测性巡航控制，实现节油。但传统重卡预测性巡航节油有局限：纯机械式动力总成不宜瞬间(亚秒级)大幅度突变发动机输出功率及自动变速箱频繁换档，预测性巡航控制只适用于纵坡角度大于2.0度、坡长数公里以上的长上坡，而且传统发动机车辆没有再生制动功能，下长坡时无法回收能量，实际综合油耗降幅不到3.0％。

需要强调指出，世界上没有绝对水平的高速公路。即便在广大平原地区，高速公路沿途仍有不可忽略长度路段的纵坡绝对值在0.2度到3.0度范围内。对高速工况下基本恒速行驶的载货重卡，其滚动功率pr与风阻功率pd之和近似为常数，而其车辆路载总功率pv时间变量最大的影响因素就是纵坡功率pg，该项与纵坡正弦值成正比。道路沿途每个微小上下坡(纵坡变化1.0度)，纵坡功率的变化幅度都高达一百千瓦以上，为ace重卡提供了众多通过百千瓦级再生制动功率来回收千瓦时级能量的机会，细水长流，积少成多。如果能有高速公路纵向米级间隔密度、道路定位米级精度(经纬度)、纵坡测量精度达0.1度的车载3d地图，再加上车联网和米级高精度卫星导航(gnss)及惯性导航(imu)实时定位(经度和纬度)及测姿(纵坡)，依据车辆动力学方程(1-1)，车辆控制器(vcu)快速精准地预测车辆沿途数百公里内的道路负载功率变化，特别是车辆前方百公里级电子地平线范围内，纵坡功率pg(t)和路载功率pv(t)千瓦级精度的时间变化函数。vcu预测刷新频率可高达10.0赫兹(hz)以上，也就是说车辆每行驶2～3米，vcu就能够刷新其功率预测。

目前已在全球各国已批量商用的各种adas电子导航地图，基本都可用作本公开的3d地图，为车辆提供电子地平线(electronichorizon)。所谓电子地平线，是指车辆行驶前方指定范围内的3d地图所涵盖的各种道路信息，特别是高速公路沿途经度、纬度、和纵坡等三维信息。传统柴油重卡实施预测性控制，受限于其不宜快速连续变换发动机工况及变速箱频繁换挡，且无再生制动能量回收功能，只能有效使用约10公里范围内的电子地平线。然而，本公开的ace重卡，能够有效地使用从10公里到1000公里范围内的各种量程的电子地平线。详情见下。

对于在高速公路上行驶的ace重卡，很少主动刹车或加速，其车速基本恒定，车辆道路负载功率的时间变化，主要来源于公路纵坡变化所带来的纵坡功率变化。然而车辆行驶路径和公路沿线纵坡分布函数都确定且预先可知，所以ace重卡的vcu可在一秒内，根据车辆动力学方程(1-1)、车辆配置参数和行驶数据、电子地平线、和实际路况，实时地计算出电子地平线范围内车辆路载功率的时变函数，有效地预测车辆未来路载功率需求的变化。本公开的ace重卡节油机器人系统，可将干线物流重卡节油的难题变换成alphago下围棋这一等价的人工智能(ai)问题。可利用众多ace重卡运行产生的专有结构化大数据，结合各种机器学习算法和云端算力，训练云端及车端的节油机器人的ai大脑，重卡节油机器人能比人类司机更能一致性地实现最低油耗。详情后叙。

本公开提出的ace重卡预测性功率控制系统，其车辆控制器vcu指挥电功率分流器epsd，能够在十毫秒级系统响应时间内，在发动机、发电机、电池包、和驱动电机这四个机电动力源之间精准连续地调配数百千瓦级的电功率的幅度及其流向，通过对发动机瞬态输出功率进行脉冲编码调制(pcm)，将发动机工况长期稳定地设定在其高效区，令电池包在荷电维持(cs)、荷电消耗(cd)、和荷电增加(ci)三种工作模式间平顺切换，通过电池包百千瓦级高倍率充放电，对瞬态路载功率削峰填谷，实时地抵消纵坡功率项亚秒级时间内数百千瓦级瞬态变化，随时提供满足车辆动力学方程(1-1)所要求的路载功率。在保证车辆动力性、货运时效性、和车辆主动安全性的前提条件下，ace重卡比传统柴油重卡实际运营综合油耗降幅可达30％。

本公开的ace重卡，采用双电机单离合器的混联系统架构，如后续图1和图2所示。ace重卡可通过车辆控制器(vcu)来指挥离合器断开或闭合，分别实现串混模式和并混模式。城市工况下，车辆平均速度较低(小于45公里/小时)且主动加减速频繁，使用串混模式可将发动机工况与车辆路载工况完全解耦，发动机能稳定地工作在其高效点，驱动电机也有众多通过再生制动回收能量的机会，与传统燃油车相比，串混车辆此时节油效果显著(30％以上)。而在高速工况下，车辆平均速度较高(大于50公里/小时)且少有主动加减速，发动机即便和驱动轮有直接机械耦合，也能够稳定地工作在其高效区，此时优选并混模式。从节油性和动力性两个角度考虑，在高速工况下，有发动机直驱的并混模式比串混模式更优。以丰田prius为代表的功率分流混合动力系统同时具备串混和并混功能，能兼顾优化车辆的动力性和节油性，二十年来一直是乘用车混合动力的国际标杆。但受限于当前金属材料和生产工艺，该功率分流混动系统的核心部件行星齿轮难以承受峰值功率大于150千瓦的发动机、发电机、和驱动电机三端同时发力，所以基于行星齿轮的机械式功率分流混动系统难于高性价比地扩展到大型商用车。连丰田汽车都没有将其特有的单行星排的功率分流混联动力总成技术运用到大型商用车上。

本公开提供了一种可时分切换串混或并混模式的混联动力总成架构，见后续图1和图2；包括：由发动机直接驱动发电机(mg1)，用于将车载燃料的化学能转化为电能(串混模式下)或直驱车辆(并混模式下)；电功率分流器(epsd)，其被配置为具有三个端口的电力电子网络，其中epsd的第一端口与发电机组的输出端交流双向电联接；epsd的第二端口与至少一个驱动电机(mg2)交流双向电联接；epsd的第三端口与至少一个功率型电池包双向电联接；自动变速箱，其输出轴与车辆的驱动桥双向机械联接；地图仪，其预先存储有3d地图，包含有车辆行驶道路的经度、纬度和纵坡的三维信息；至少一个主驱动电机(mg2)，与epsd第二端口双向电联接并且其输出轴与自动变速箱的输入轴通过一柔性联轴器双向机械联接，其中主驱动电机(mg2)可被操作为：将电能转化为机械能以用于驱动车辆(电驱动模式)，或将车辆的机械能转化为电能(再生制动模式)，并通过epsd对电池包进行充电；其中，发动机飞轮端输出轴与发电机(mg1)的机械轴双向机械联接，该机械联接方式即可以为单轴同转速(同轴)，也可以为平行双轴加齿轮减速器；该发动机的输出轴还通过一个离合器与主驱动电机(mg2)双向机械联接，该机械联接方式即可以为单轴同轴，也可以为平行双轴加齿轮减速器；同时该主驱动电机还通过一个柔性联轴器与自动变速箱的输入轴双向机械联接，该变速箱的输出轴与车辆的驱动桥双向机械联接；并且车辆还包括：车辆控制器(vcu)，其通过车辆的数据总线，并基于车载卫星导航接收机(gnss)和/或地图仪(mu)中的3d地图数据，来对发动机、发电机、离合器、epsd、驱动电机、自动变速箱、以及电池包中的至少一者以独立方式进行控制。

本公开的ace重卡混合动力系统架构为双电机加单离合器的混联系统，该混联系统通过百千瓦级大型离合器结合电功率分流器(epsd)来动态控制百千瓦级的发动机、发电机、电池包、和驱动电机四者之间的机械或电力功率幅度和流向，通过开闭离合器来切换串混模式和并混模式，有效地融合串混和并混两种系统架构各自原有的优势，克服各自原有的缺点，能同时优化车辆的动力性和节油性，比增程式串混系统或并混系统的综合性价比都更高。发电机(mg1)被配置在混动p1位置(发动机飞轮之后，离合器之前)，主驱动电机(mg2)在混动p2位置(离合器之后，变速箱之前)，选装项副驱动电机(gm3)可被配置在p3(变速箱之后，传动轴之前)或混动p4(传动轴之后，轮边)位置。

上述混联架构的ace重卡实现了以epsd为核心的全数字化软件定义动力总成。epsd三端口电力电子网络硬件设计时，其功能及性能应预留余量，增加产品后期的可塑性，通过每辆ace重卡在其全运营生命周期内软件远程更新迭代(ota)，实现产品的不断升级和进化。依靠持续软件远程更新(ota)，基于大数据加云端-车端互动的人工智能，可量身定制地不断修正每辆ace重卡动力总成的实际性能，即保证每辆ace重卡在排放法规要求的质保期70万公里内，随时随地满足排放法规限值(rde)，又实现该重卡节油效果最优化和智能运维(m&r)。

epsd可被配置为三端口的电力电子网络，其内部包含三个百千瓦级的独特功能模块：内联接第一端口的是一个双向交流-直流转换器(又称逆变器)，内联接第二端口的是至少一个双向交流-直流转换器(又称逆变器)，内联接第三端口的是至少一个双向升降压直流-直流转换器(又称斩波器)。本公开聚焦ace重卡epsd的主要外围输入/输出特性和内含三大功能模块，各种能同时实现上述三大功能模块的电力电子电路拓扑结构之集合，都属于本公开范围。epsd的物理包装形态，即可是将上述三大功能模块集中包装在一个金属盒中，也可将三大功能模块分别与发电机(mg1)，主驱动电机(mg2)，和电池包分散包装布置。

上述ace重卡的混联动力总成通过控制离合器的开关状态，分别实现串混(离合器断开)和并混(离合器闭合)两大独特系统架构或工作模式，每种系统架构下，又可再细分出多种不同的运行模式。车辆控制器(vcu)以电控方式(而非机械方式)指挥线控机电式离合器，精准平顺切换串联和并混模式。下面分别描述。为同时优化车辆的节油性和动力性，在高速工况(高速路顺畅，车速50公里/小时以上，主动加速或刹车不频繁)或下长坡(沿途纵坡绝对值大于2.0度，坡长大于10公里)任何工况下(任何车速，需要缓速功能)，优选并混模式；在城市工况下(车速低于40公里/小时，主动加速或刹车频繁)，优选串混模式。

首先在串混模式下，离合器断开，从发动机到驱动轮只有电力功率流回路，没有机械功率流回路，epsd内部三大功能模块的直流端口都双向电联接到直流母线汇流点x，该汇流点处的直流电压和电流时变函数的乘积为对应能量转换装置的电功率时变函数，这些功率项实时满足下列三个方程：

pv＝ηdtpmg2(2-1)

pbat+pmg1+pmg2＝0(2-2)

pice＝-pmg1/ηg(2-3)

上述所有的功率项均为百千瓦级时变函数，并假设发电机(mg1)、电池包、和驱动电机(gm2)的一次往返能量转换系数可近似为1.0。本领域一般技术人员能够轻易推导出当转换系数小于1.0时的对应公式。

其中：

pmg1>0，为发电机(mg1)的驱动功率(以发动机无燃怠速或发动机无燃制动为负载，电能转换为机械能)；pmg1<0，为发电功率(发动机直驱发电，机械能转换为电能)；

pmg2>0，为主驱动电机(mg2)的驱动功率(电能转换为机械能)；pmg2<0，为再生制动功率(机械能转换为电能)，给电池包充电，回收能量；

pbat>0，为所有电池包的总充电功率(电能转换为化学能)；pbat<0，为总放电功率(化学能转换为电能)；

pice>0，为发动机净输出功率(化学能转换为机械能)；pice<0，为发动机不喷油时启停拖动或缸内制动的等效机械负载功率；

四个能量转换装置的功率参数优选配置原则：pice-p>＝pmg2-m>＝pmg1-m；pbat-m>pmg2-m。其中pice-p为发动机的峰值功率(即最大连续功率)，pmg1-m、pmg2-m、pbat-m分别为发电机、驱动电机、和电池包的额定功率(即最大连续功率)。与发动机不同，电机可以承受短时间过载，其脉冲峰值功率(分钟级)通常比额定功率高25％以上；电池包的脉冲峰值功率(10秒或15秒)可比其额定功率高近100％。串混模式下，动力总成的系统峰值功率(即最大连续驱动功率)完全由标配主驱动电机的pmg2-m决定。为改善车辆的动力性、节油性、和安全性，可考虑选配副驱动电机(mg3)。mg3即可安置在混动p3位置(变速箱输出轴与第一驱动桥之间或第二驱动桥输入轴)。当然加了第三个电机，在提高车辆动力性的同时，系统成本也会增加。

串混模式下，pmg2为独立变量，与车辆的路载功率pv成正比，ηdt为转动系统效率(小于1.0的正数)。pmg1为另一个独立变量，与发动机净输出功率pice成正比，ηg为发动机效率(小于1.0的正数)。可以主动设置发动机(ice)和发电机(mg1)运行在特定转速和转矩的高效工况点，确保此时发动机的燃烧热效率最高，尾气排放优化；epsd内部的三大电力电子功能模块和发动机、发电机、驱动电机、自动变速箱、电池包等相关子系统，在车辆控制器(vcu)的统一指挥下，根据整车的功率控制策略，动态地调节非独立变量pbat，对瞬态路载功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，在保证车辆动力性和货运时效性的前提下，达到最佳节油效果。

epsd内部直流母线额定电压vbus0优选范围在600v至800v之间。epsd的第三端口可双向电联接至少一个功率型电池包，每个电池包的额定电压vbat<vbus0，同时第三端口还可以单向电联接一个自带散热器的百千瓦级刹车电阻rbk，作为ace重卡下长坡且电池包满电荷(soc近100％)时，驱动电机通过再生制动发电实现缓速器功能的有效电力负载。

在一些实施例中，epsd的端口iii可以双向电联接多个不同额定电压甚至不同电化学成分电芯的电池包，给优化ace重卡整车系统性价比带来多重益处。ace重卡的电池包为超长循环寿命，高低温下均可持续高倍率(大于3c)充放电的“峰值动力源“(peakpowersource)，其主要作用是提供百千瓦级”削峰填谷“的瞬态电功率，叠加上发电机组提供的稳态平均电功率，确保驱动电机能实时地提供所需车辆路载功率，满足车辆动力学方程(1-1)。该功率型电池包的容量一般都在100千瓦时以内。后续详述。

混动重卡的电池包容量一般只有几十千瓦时。如串混模式下ace重卡遇到几十公里连续上高山(纵坡大于2.0度)的极限情况，很可能在车辆登顶前电池包荷电耗尽，此时车辆爬山的动力性(gradeability)将取决于发电机组的最大连续功率。串混重卡要在上高山的极限情况下保持与传统发动机重卡相同的动力性，需选配额定功率与发动机最大功率相同的发电机(mg1)、驱动电机(mg2)和逆变器。目前主流干线物流重卡发动机(排量11l～15l)的峰值功率(指发动机的最大连续功率)都超过350千瓦，顶配15l发动机的峰值功率可高达450千瓦。然而额定功率(指电机的最大连续功率)超过350千瓦的车规大型发电机或驱动电机及逆变器虽已产业化，但因无法与用量更大的新能源乘用车共用，仍非常昂贵。一个350千瓦额定功率的车规电机的成本要明显高于两个175千瓦额定功率电机的总成本。这种大功率高配置的纯串联混动系统的成本会长期居高难降，整体性价比不佳。ace重卡遇到高山或大坡时，串混模式为次优选择。

其次在并混模式下，离合器闭合且锁定，从发动机到驱动轮，机械功率流回路和电力功率流回路都闭环，可共同发力。epsd内部三大功能模块的直流端口都双向电联接到直流母线汇流点x，该汇流点处的直流电压和电流时变函数的乘积为对应能量转换装置的电功率时变函数，这些功率项时刻满足下列两个方程：

pv＝ηdt(pice+pmg1+pmg2)(3-1)

pbat+pmg1+pmg2＝0(3-2)

在并混模式下，发动机与驱动桥之间有直接机械联接。路载功率pv为独立变量，与车辆传动轴的转速和转矩的乘积成正比。换句话讲，车辆正常行驶时(轮胎不打滑)，其轮胎转速为独立变量。此时，发动机的转速为非独立变量，与轮胎转速成正比，而其转矩在一定范围内可为独立变量，根据控制策略来独立设定。从节油角度考虑，在城市工况下(平均时速小于40公里/小时，主动加速和刹车频繁)，优选串混模式；而在高速工况下(平均时速大于50公里/小时，主动加速和刹车不频繁)，优选并混模式。

重卡的发动机90％以上为柴油机。重卡柴油机的高效区一般在转速1100～1800转/分(rpm)范围，转矩50％～85％最大转矩范围。在高效区外，发动机的比油耗(克/千瓦时；g/kwh)将明显升高。通过发动机降转速(downspeed)或减排量(downsize)来降低油耗，是欧美重卡行业近十年的趋势，但上述两项措施与提高车辆动力性有矛盾。好在并混模式下，有两个百千瓦级的发电机和驱动电机可和发动机三者同时发力，此时混联重卡的动力性远优于传统发动机重卡或纯串混重卡。

干线物流混联ace重卡遇到几十公里连续上高山的极限路况，可根据车载3d地图和车辆定位，车到山脚下提前闭合离合器，切换到并混模式，由发动机直接驱动车辆，省去从发动机到驱动轮的多次能量转换，提高驱动效率。如果混联重卡登顶前电池包荷电耗尽，发电机和驱动电机都可被配置为无负载空转，此时车辆的动力性只取决于发动机的峰值功率(大于350千瓦)。在本公开的混联架构下，峰值功率参数配置条件：pice-p>pmg2-m>pmg1-m，可选配pice-p>300kw，pmg2-m<300kw，pmg1-m<250kw。当电机额定功率小于200千瓦，可以明显降低电机和逆变器的成本。除上高山的极限情况外，在平原和丘陵地带，并混模式下ace重卡能让电池包长期运行在荷电维持(cs)模式，通过对发动机瞬态输出功率进行智能功率切换控制(ips)，结合电子地平线先验信息，将电池包荷电状况(soc)保持在合理范围(例如30％～80％)，此时发动机和双电机(mg1、mg2)可三者共同发力驱动车辆，并混动力总成分钟级最大总驱动功率可高达500千瓦以上，混联重卡的动力性和节油性即明显优于传统发动机重卡，也优于高配置的串混重卡。

ace重卡完成整个货运事件所做的累计有用功都直接或间接的来源于发动机瞬态输出功率对时间积分，即累计机械能。ace重卡节油策略的关键之一就是最大限度地保持发动机在其万有特性曲线的高效区长期稳定地运转，尽量减少发动机在其高效区以外运转，特别是长时间怠速。发动机启停技术(ss–stopstart)和发动机停缸技术(cda-cylinderdeactivation)是当前全球汽车行业人士熟知的现有节能减排技术，已广泛应用于乘用车行业。但这两种技术的缺点和使用局限性也是行业公知。

干线物流重卡运行时不常遇见红绿灯，车辆启停频次很低；重卡发动机在启停切换时，引发车辆振动噪声(nvh)问题突出；发动机停转时，多种车辆机械式附属子系统(例如冷却风扇、水泵、油泵、气泵、转向助力泵、空调压缩机等)无法从发动机直接获取机械能量来维持正常工作；发动机频繁启停会缩短发动机、启动马达、离合器、铅酸电池等子系统的寿命；实际节能减排改善效果甚微；所以传统发动机启停技术不适用于干线物流重卡，至今全球范围重卡发动机启停技术基本没有落地商用。同时干线物流重卡正常行驶时绝大部分时间其发动机稳定地工作在燃烧高效区，很少时间工作在发动机低转速、低负载的工况下，虽然在道路拥堵或等待装卸挂车时仍会怠速或低转速、低负载运行，但时间占比很小。干线物流重卡发动机若采用停缸技术(cda)，则需要增加一套复杂的可变气门驱动装置(vva)，通过动态切断发动机部分气缸(例如6缸变3缸)喷油并在四冲程完整周期内常闭这些无燃气缸的全部进/排气门，增加其余做功气缸的实际负载率，首要目的是提升发动机尾气温度，使后处理系统(after-treatmentsystem)内部各种催化剂在其高效区运行(摄氏250度至500度)，减少车辆污染物排放；次要目的才是通过调整做功气缸的实际工况点至高效区来节油。发动机停缸技术(cda)明显增加了发动机的结构复杂性和成本，但对干线物流重卡而言，综合节能减排效果有限，性价比不高。目前全球范围干线物流重卡市场都没有批量商用重卡发动机停缸技术。

ace重卡的机械驱动功率回路和电驱动功率回路即可各自独立工作也可协同工作来实时地满足车辆动力学方程(1-1)，而且即便发动机无燃不做正功，电池包独立供电驱动电机，也可以维持车辆满载高速行驶几分钟。对发动机输出功率时变函数而言，ace重卡行驶过程是一种有分钟级缓冲时间的高惯性时变系统，根据冲量等效原理，可以对其发动机瞬态输出功率采取多种脉冲编码调制(pcm)数字式控制策略，例如脉宽调制控制(pwm)或脉幅调制控制(pam)，即可保证发动机长期稳定地运行在高效区，再由电功率分流器(epsd)指挥电池包给驱动电机供电，对路载功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，又能为充分利用各种数字信号处理技术、数字控制技术、大数据技术、机器学习技术来自动地优化ace重卡能量管理铺平道路。本公开将ace重卡发动机输出功率的控制策略从现有技术的模拟电子控制升级到基于脉宽调制(pwm)或脉幅调制(pam)的纯数字电子控制，类比电话或电视产业从模拟通信系统到数字通信系统的升级换代，为充分利用各种新兴的人工智能、大数据、云计算(abc)技术来自动地优化干线物流重卡节能减排提供了高性价比的技术基础、装置、和方法。本公开详细阐述了两种既可以克服上述现有发动机启停技术(ss)和停缸技术(cda)的原有缺点，又能够保留它们的原有优点，优化ace重卡节能减排的新颖发动机数字控制技术：“智能启停”(iss–intelligentstopstart)和“智能功率切换”(ips–intelligentpowerswitch)。

首先描述智能启停控制(iss)。ace重卡在串混模式下(断开离合器)行驶，其发动机可以稳定地运行在一个无油耗和零排放的特殊工况点：“无燃怠速”(nci–non-combustionidle)。具体实施方法是：由vcu指挥发动机切断其全部气缸的喷油(fuelcutoff)，同时指挥发电机(mg1)在驱动模式下从动力电池包获取电能，拖动无燃的重卡发动机在指定怠速点(450转/分到750转/分范围内某值)稳定运转，以保证车辆上必须从发动机处直接获取机械能量的各种附属子系统都能够正常工作。此时的发动机，其作用相当于一个一进多出的变速箱，将发电机在驱动模式下输出的十千瓦级机械功率转递到车辆各个附属子系统，赋能这些附属子系统正常运行。显然在无燃怠速工况点，发动机无油耗、零排放，但会耗电。

对无可变气门驱动(vva)功能的基本型发动机，在无燃怠速点一个完整的四冲程周期内，吸气和排气两冲程将产生泵气损失(pumpingloss)，压缩和做功两冲程得益于缸内空气弹簧一缩一伸，基本没有泵气损失。无燃怠速点发动机做为机械负载，其功耗只有十千瓦级，额定功率百千瓦级的发电机可轻易地反拖发动机运行，且在分钟级时间内电耗量有限。对有可变气门驱动(vva)功能的高级发动机，则可控制全部气缸的进/排气门在一个四冲程完整周期内常开或常关，可大幅减少泵气损失，进一步降低其无燃怠速时发电机的驱动电功耗。

在串混模式下，发动机与车辆驱动轮之间完全机械解耦，可任意设定发动机的工况点(转速和转矩)。ace重卡串混行驶时，发动机可以分时稳定地运行在无燃怠速点或最佳工况点。当发动机稳定运行在无燃怠速点时，即无油耗又零排放，此时电池包工作在荷电消耗(cd)模式，给驱动模式下的发电机和驱动电机供电；在最佳工况点(发动机基速附近，转速约1200转/分，高负载率80％～90％)，发动机驱动发电机来发电，其热效率最高、比油耗(克/千瓦时)最小，同时废气出口温度高，有利于后处理系统稳定高效地运行，最大限度减少污染物排放且延长系统寿命，此时电池包工作在荷电维持(cs)模式或荷电增加(ci)模式。

所谓智能启停技术(iss)，指由车辆控制器(vcu)，根据ace重卡串混模式下的配置参数、动态行驶数据、电子地平线三维道路信息、和节能减排的机器学习(ai)算法，指挥发动机在“无燃怠速点”和“最佳工况点”二者之一平稳运行并反复平顺切换，对发动机瞬态输出功率时间函数，以可设定的分钟级脉冲序列周期和动态连续可调占空比(0.0～1.0)的脉宽调制(pwm)方法控制，来缓慢连续地调节发动机的分钟级平均输出机械功率，由发电机组(发动机+发电机)和电池包共同给驱动电机供电，纯电驱动，实时地满足车辆动力学方程，在保证车辆行驶的动力性和安全性的前提条件下，实现节能减排。优选切换方式由发电机在驱动模式下将无燃的发动机从怠速点平顺提升转速到最佳工况点后，发动机再开始喷油燃烧做功，然后稳定地运行在其高效工况点；反向切换时，发动机先在最佳工况点切断喷油，进入无燃被动状态，然后由发电机拖拉发动机减低转速至无燃怠速点后，继续稳定工作。串混ace重卡为纯电驱动，其瞬态动力性丝毫不受发动机工况点动态切换的影响，发动机工况点切换的过渡时间在秒级即可。对ace重卡而言，无燃运行的发动机是发电机在驱动模式下的机械负载，而发电模式下的发电机则是正常运行(燃烧做功)的发动机的机械负载。

从本质上讲，智能启停技术(iss)将串混模式下ace重卡发动机的实际运行区域极致地简化到单一最佳工况点(固定转速和转矩，比油耗最小)，通过对该最佳工况点发动机运行所产生的恒定输出机械功率，进行脉宽调制(pwm)控制，来动态连续地调节发动机平均输出机械功率和发电机平均输出电力功率，以电池包为电能缓冲器，发电机组(发动机+发电机)和电池包协同供电，确保驱动电机能实时地满足车辆路载功率要求，在保证ace重卡行驶动力性的前提下，优化车辆能量管理，实现节能减排。最简洁有效的pwm控制策略如下，无燃怠速点和最佳工况点一旦选定后固定不变，通过动态调整pwm的占空比(最佳工况点运行时间与脉冲序列周期之比值；可取0.0与1.0之间任意值)来实现发电机组的平均电功率连续可调。当然智能启停(iss)功能还可以拓展到发动机的无燃怠速点与两个或更多个高效工况点之间反复切换的其它技术方案，但这些多工况点iss技术方案的综合性价比并不如上述双工况点iss技术方案。

智能启停技术(iss)既适用于不带可变气门驱动(vva)功能且带固定截面涡轮增压器(fgt)的基本型发动机，也适用于带可变气门驱动(vva)功能和可变截面涡轮增压器(vgt)的高级发动机。这两种发动机虽然在万有特性曲线和价格两方面差异明显，但借助ace重卡智能启停技术(iss)，配置基本型发动机的ace重卡对比配置高级发动机的车辆在各种运行工况和应用场景下，均能达到相同的车辆动力性和节能减排效果。换句话讲，ace重卡对比传统柴油重卡，大幅降低了对发动机的技术先进性和全域性能方面的严格要求，使发动机不再是整车动力性的最关键因素。未来国-6新ace重卡即便配置低成本的基本型发动机，在极具挑战的重卡七十万公里内保证rde排放达标的前提条件下，仍能可靠地同时优化车辆动力性和燃油经济性。绝大多数发动机的最佳工况点(即最小比油耗点)所对应的输出功率值在其峰值功率的50％至70％之间，满负荷或轻负荷时发动机的比油耗(克/千瓦时)都不是最小。绝大多数重卡发动机的万有特性曲线中，比油耗(克/千瓦时)的等高线为多个互不相交的不规则环形曲线，其比油耗全域最小值等高线内部所包含的区域称最佳工况区，俗称发动机的“甜点”(sweetspot)，其中每一点都是最佳工况点(特定转速和转矩)。比油耗等于最小值的103％的等高线所含区域可称为高效工况区(简称高效区)，当然高效区面积大于甜点并完全包含甜点。绝大多数重卡发动机的甜点所对应的转速在其基速(指峰值转矩点的转速)的95％到115％范围内，所对应的转矩在其峰值转矩的60％至80％之间。现代重卡发动机(柴油或天然气)基本型(basemodel)的高效区面积较小，而高级型(advancedmodel)的高效区面积较大，两种发动机在甜点的最小比油耗均可达到186克/千瓦时。为持续降低油耗(升/百公里)，近十年来，欧美重卡发动机研发的大趋势是降排量(downsize)或降转速(downspeeding)，发动机的基速(即峰值转矩点转速)从1200转/分逐年下降到1100转/分以下，甚至向1000转/分逼近。

然后再描述智能功率切换控制(ips)。ace重卡在并混模式下(离合器闭合)，因发动机直接驱动车辆，其转速完全由变速箱挡位和车速来决定并随时间变化，此时不能采用智能启停技术(iss)。ace重卡在高速路正常行驶时(平均行驶速度高于50公里/小时)，优选并混模式运行，在无长坡的路段，其平均路载功率基本大于发动机峰值功率的40％，为中高负载，车辆的瞬态速度在一窄速度带内随时间缓慢变化，变化率一般小于10％，所以车辆的发动机的转速的变化率也小于10％，此时发动机的瞬态输出转矩仍独立可调。ace重卡变速箱的自动换挡控制策略，能让发动机稳定地运行在基速(即峰值转矩点的转速)附近狭窄范围内(高效区)。此时发电机(gm1)和驱动电机(gm2)的转速都和发动机的转速成比例，两电机的瞬态转矩仍分别独立可调。在并混模式下，ace重卡的瞬态路载功率等于发动机的输出机械功率(直驱)与发电机和驱动电机的驱动电功率之和，发动机的瞬态输出功率可通过脉冲编码调制(pcm)控制，取某几个离散数值，再由发电机或驱动电机完成对车辆驱动功率削峰填谷，使车辆的瞬态路载功率实时满足车辆动力学方程(1-1)。

并混模式下，对ace重卡发动机的瞬态输出功率进行脉冲编码调制(pcm)，实现“智能功率切换”(ips)控制功能，具体技术措施如下：一种方法是对发动机的输出功率进行脉冲幅度调制(pam，简称脉幅调制)，脉冲序列的周期为分钟级，幅度可在发动机峰值功率的30％至90％之间任意可调。车辆控制器(vcu)可以实时地指挥发动机控制模块(ecm)，按发动机转速时间函数的反比来动态调制发动机的瞬态转矩时间函数，使发动机瞬态转速和转矩的乘积(即瞬态功率)在一个脉冲周期内为常数，不同周期可取不同的常数值。pam相当于指挥发动机运行在其万有特性曲线高效区内的许多条恒功率曲线之一上平稳运行或之间来回切换，产生发动机输出功率脉冲序列，提供驱动车辆所需的大部分分钟级时间平均功率，再由电池包给发电机或驱动电机供电，完成驱动功率削峰填谷，使车辆的瞬态路载功率实时满足车辆动力学方程(1-1)。另一种方法是对发动机的输出功率进行脉宽调制(pwm)，脉冲序列的周期为分钟级，幅度低值可设定为发动机峰值功率的30％，高值可设定为峰值功率的85％，占空比在0和1之间任意可调，最终发动机的分钟级时间平均输出功率在幅度低值和幅度高值之间任意可调。车辆控制器(vcu)可以实时地指挥发动机控制模块(ecm)，按发动机转速时间函数的反比来动态调制发动机的瞬态转矩时间函数，使发动机瞬态转速和转矩的乘积(即发动机输出功率)在一个脉冲周期内为常数，具体数值二选一(高值或低值)。上述pwm方案，指挥发动机在其万有特性曲线的高效区内的高恒功率曲线或低恒功率曲线上稳定运行或在一高一低两条恒功率曲线之间来回平顺切换，提供驱动车辆所需的大部分分钟级平均功率，再由电池包给发电机或驱动电机供电，完成对驱动功率动态削峰填谷，使车辆的瞬态路载功率时变函数(等于发动机瞬态机械功率与双电机瞬态电功率之总和)实时地满足车辆动力学方程(1-1)。无论是pam方案或pwm方案，发动机通过动态改变转矩或转速，可从一条恒功率曲线的垂直方向(定转速)或水平方向(定转矩)平顺切换到另一条恒功率曲线，不受变速箱换挡的影响。ace重卡并混模式下，其发动机的转速在特定变速箱挡位时为秒级微变的因变量函数，而转矩则是百毫秒级巨变的自变量函数。如果并混ace重卡运行中突然需要换挡，特别是向下换挡，就需要先暂时断开离合器，此时发电机做为发动机的有效机械负载来发电，可在秒级时间平稳地提升发动机的转速与变速箱的新挡位同步后再闭合离合器，相当于从一条恒功率曲线水平方向(恒转矩)平顺切换到另一条恒功率曲线。由于驱动电机能在分钟级时间内提供ace重卡全额电驱动功率，电机转矩或转速的调整速度比发动机高近十倍，ace重卡在换档时不会出现明显的驱动转矩中断，基本消除传统重卡变速箱换档时的顿挫感。

ace重卡在高速公路正常行驶时(平均时速高于50公里/小时)，可优选并混模式，通过控制变速箱的挡位，总能将发动机的转速调节到其高效区内(最好在甜点)，并通过控制发动机的瞬态转矩来动态调整发动机的输出功率。并混模式下发动机的输出功率主要用来直接驱动车辆，发电机和驱动电机可以工作在相同模式下，等效成一个峰值转矩和功率更大的电机，或从电池包获取电能来驱动车辆，或通过再生制动给电池包充电，回收能量。重卡高速路正常行驶时换挡频率，主要取决于道路纵坡函数及车辆驱动的峰值功率或转矩，发动机越大，转矩或功率余量充沛，则换挡频率越低。ace重卡在并混模式下，发动机、发电机、驱动电机三者的车辆驱动的转矩或功率可以叠加，其总驱动转矩或功率要明显大于目前市场上顶级16l重卡，所以ace重卡并混运行时的换挡频率要明显低于所有的传统内燃机重卡。在某些特殊路况下，发电机和驱动电机还可以工作在相反模式，一个发电模式而另一个驱动模式。当然智能功率切换(ips)功能还可以通过其它技术措施来实现，例如发动机输出功率恒转矩脉幅调制(实质输出功率非矩形脉冲序列的脉幅调制pam)或输出功率双恒转矩脉宽调制(pwm，实质为输出功率非矩形脉冲序列的脉宽调制)，本行业普通技术人员可无创造性的举一反三，借助成熟的数字通信或信号处理技术，联想出多种等效的发动机输出功率的脉码调制(pcm)技术方案或措施，但这些技术方案或措施的综合性价比都不如上述恒功率(矩形脉冲)pwm或pam的技术方案。基本型pwm技术方案，发动机输出功率的脉冲序列幅度高值和低值一旦设定，在车辆当日运行期间保持不变；而高级型pwm技术方案，发动机输出功率的脉冲序列幅度高值和低值一旦设定，在至少10个脉冲周期内保持不变，但ace重卡还可根据百公里级电子地平线道路三维信息(包括经度/纬度/纵坡)、车辆配置参数及运行数据、和司机所选择的预测性自适应巡航(pac)模式，实时地计算并预测车辆在非拥堵的高速公路上未来一小时以上时间段内的路载功率时间函数和时间平均路载功率，灵活地调整pwm脉冲序列幅度的高值和低值，以便实现最佳节能减排效果。

并混ace重卡可根据其配置参数、动态行驶数据、电子地平线三维道路信息、和聚焦重卡节能减排的机器学习(ai)算法，通过对发动机瞬态功率的智能功率切换控制(ips)来平缓连续地调节发电机组(发动机+发电机)的平均电功率，使电池包在荷电维持(cs)模式(发动机平均功率约等于车辆平均路载功率；又称荷电维持模式)、荷电消耗(cd)模式(发动机平均功率小于车辆平均路载功率)、或电量增长(ci)模式(发动机平均功率大于车辆平均路载功率)三者之一下稳定地运行并可任意切换模式，维持电池包荷电状态(soc)始终在合理范围内，由发电机组和驱动电机协同驱动，完成动态功率削峰填谷，实时地满足车辆路载功率要求，在优化车辆动力性的前提下，实现节能减排。ace重卡在并混模式下，发动机、发电机、和驱动电机三者的驱动总转矩在变速行输入轴处可以叠加，能轻易突破3000牛米，实际上限值主要受制于变速箱、传动轴、和驱动桥的机械强度，而目前全球已量产的16升以下重卡发动机的峰值转矩也均小于2500牛米。换句话讲，即便只配置价廉物美的基本型发动机和主流高性价比的发电机和驱动电机，并混ace重卡的整车分钟级短期峰值总功率(机械功率与电力功率之和)也能轻松超过450千瓦，其动力性明显的高于全球市场上所有的传统发动机重卡。目前已量产商用干线物流重卡变速箱的最大输入转矩都小于3000牛米，为适配ace重卡，现有重卡变速箱或其它传动子系统在机械方面需强化设计，还可以将其档位数从10至16档减少到5档至8档。

全工况域发动机运行是个非常复杂的多变量非线性系统问题，人类至今无法建立其完整的动态数学或数字模型，实现发动机运行的高保真计算机实时模拟。ace重卡节油机器人可通过在串混模式下的智能启停(iss)功能或在并混模式下的智能功率切换(ips)功能，将车辆行驶动力性问题或能量管理问题这类复杂的模拟问题(analogue)完全数字化(digitization)，然后依靠计算机程序来自动有效地解决车辆节能减排的问题，实现软件定义的油电混合动力总成，类比功能手机跃升为智能手机。需强调，任意一款在欧美中三大重卡市场上已量产的重卡发动机，无论是基本型还是先进型，都能够满足本公开ace重卡对发动机的性能要求。ace重卡依靠百千瓦级双电机与发动机优势互补，在改善车辆动力性和主动安全性的前提下，同时优化车辆的能耗和排放，而且其最终节能减排结果与该ace重卡的发动机的全工况域动态性能极限值(万有特性曲线)或司机的驾驶水平都基本无关。所以，ace重卡节油机器人可以有效地解决传统发动机重卡因动力总成配置不同或司机的驾驶水平不同而引发的实际油耗高离散性这一行业长期痛点。干线物流ace重卡的能量管理过程一旦完全数字化以后，其能量优化(即油耗最小化)问题就变成了和谷歌的alphago下围棋一样的“等效问题”，非常适合采用ai机器学习算法，特别是多种深度学习算法(deeplearning)，来解题。alphago在围棋上已经完胜人类，ace重卡节油机器人在干线物流重卡油耗最小化这一特定垂直应用领域，也能够完胜人类司机，并成为卡车司机的最佳助手。

换句话讲，ace重卡010的瞬态路载功率为连续时变函数(即模拟函数)，实时满足车辆动力学方程(1-1)就要求车辆的总驱动功率等于路载功率。为保证车辆平顺行驶，应尽量避免车辆总驱动功率出现瞬态突变或抖动。车辆控制器cvu协同ai加速器aiu指挥对ace重卡发动机的瞬态输出功率进行脉冲编码调制控制(pcm)，使发动机的瞬态输出功率成为数字式脉冲序列，同时指挥电功率分流器在其三端口外部动力源或负载之间动态分配百千瓦级电功率，使电池包给驱动电机供电的的瞬态功率也成为数字式脉冲序列，根据串混模式下的机电功率平衡方程(2-1；2-2；2-3)和并混模式下的机电功率平衡方程(3-1；3-2)，上述两个功率脉冲序列融合形成ace重卡的总驱动功率，仍为模拟连续时变函数。上述两套机电平衡方程组(2-1；2-2；2-3)或(3-1；3-2)针对发动机功率、发动机功率、电池包功率、和驱动电机功率一组四个瞬态功率函数的方程解有无穷多，可类比围棋每一步落子时近乎无穷的可能选择，这种多方程解的特性，为ace重卡节油机器人利用机器学习算法，来优化车辆节能减排，完胜人类司机提供了坚实的数理基础。

在并混模式下，ace重卡下长坡(例如纵坡绝对值大于2.0度，连续下坡长度超过5公里)时，发动机制动功率与双电机(发电机和驱动电机)合计再生制动功率可叠加。此时ace重卡在高速或低速下长坡情况下，都能长期稳定地具备超过500千瓦的非摩擦式有效刹车功率，其缓速器功能明显优于增程式串混重卡和带缓速器(例如液力缓速器、涡流电磁缓速器)的传统发动机重卡(现有技术)。同时还克服传统发动机重卡缸内制动缓速、液力缓速、或涡流电磁缓速等现有技术在低车速下坡时(例如低于30公里/小时)非摩擦刹车功率较低，缓速功能不强的缺点。

经常检查并定期(按累计行驶里程计算)更换刹车片，是干线物流重卡运维(m&r)的主要成本项之一。混联重卡通过再生制动来回收能量节油或下坡缓速，可显著降低刹车片的使用频率，延长刹车片使用寿命100％以上，明显降低车辆的运维成本。

目前欧美的新重卡，大部分都配置自动变速箱，特别是十挡以上的自动机械变速箱(amt)。中国的新重卡，也逐年增加自动变速箱选装占比。干线物流重卡的离合器绝大部分为摩擦式离合器，极少使用液力式离合器。摩擦式离合器的实际寿命和重卡司机的驾驶习惯关联度高。摩擦式离合器寿命短的主要原因是在高转速差、大转矩下频繁断开或接合所带来的机械磨损、振动和冲击。传统发动机重卡的摩擦式离合器的寿命都小于发动机和自动变速箱的寿命，是重卡运维中高成本项之一。

本公开中的离合器是新颖的线控离合器(clutch-by-wire)。该离合器的压紧、接合、锁定、和分离等操控机构不采用传统的机械式控制，改用机电或电磁式线控控制。该离合器的主动端与从动端即可通过摩擦接触，以柔性联接方式转递转矩和功率，也可通过齿轮牙嵌接触，以刚性联接方式转递转矩和功率。与传统发动机重卡的离合器联接和操控不同，本公开中的混联ace重卡的离合器的主动端始终是与在p2位置的驱动电机和变速箱输入轴机械联接。而其从动端始终是与在p1位置的发电机和发动机的飞轮机械联接。电机转速和转矩调整的速度和精度都明显高于发动机。离合器切换时，发动机暂停喷油空转，p1位置的发电机(mg1)在驱动模式下从电池包获取电能，拖动发动机来实现离合器的主动端和从动端两者精准同步或保持微小转速差(转速差小于10转/分)，并且在离合器接合的瞬态过程中，逐渐增加发电机的转矩，直到离合器的主动端与从动端完全同步闭合并锁定。此时发动机再重新开始喷油点火(柴油机为压燃)，逐渐加载，输出机械功率。断开离合器时，对发动机和发电机的控制方式类似，发动机停止喷油，发电机拖带发动机和离合器的从动端与其主动端同步旋转，逐渐减小转矩来打断离合器主动端和从动端之间的转矩转递(torqueinterrupt)，然后断开离合器。在并混模式下，发电机和驱动电机可以同时发力驱动车辆，双电机的额定功率之和远大于发动机的峰值功率，完全可以短时间(分钟级)内承担100％的车辆驱动任务。此时发动机的转矩和净输出功率与车辆的行驶工况可以完全解耦，不会出现因柴油机重新喷油压燃时，因其转矩不足而被憋熄火或启停转换不平顺等不良结果。

为同时优化车辆的节油性、动力性、和主动安全性，可采用下列离合器控制策略：正常高速工况下(车速大于50公里/小时)或下长坡路况下(不限车速；纵坡绝对值大于2.0度，坡长大于5公里)，优选闭合并锁定离合器，实现并混模式。其它路况和车辆工况下，特别是主动加速和刹车频繁的拥堵路况下，可优选断开离合器，实现串混模式。

“无燃高速”也是本公开的ace重卡在串混模式下发动机运行的另一个特殊工况点，此时发电机在驱动模式下将无燃的发动机拖拉到发动机的转速上限附近(超过2000转/分)稳定运行。当然发动机无燃高速点的功耗要按转速比例高于无燃怠速点的功耗。无燃高速与发动机制动功能结合，形成发动机“高速制动”工况点，主要应用在串混模式下的ace重卡下长坡需要无摩擦缓速功能时，为运行在再生制动发电模式下的驱动电机，提供百千瓦级冗余有效的电力负载，同时还保证ace重卡需要机械能的各个附属子系统能正常工作。

当前越来越多的重卡都配置带制动功能的发动机，从结构简单、成本低廉、但制动功率有限的蝶阀排气制动装置(eb)到结构较复杂、成本较高、但制动功率较高的压缩释放制动装置(cr)。发动机从燃烧做功模式切换到无燃制动模式，全部气缸必先断油(fuelcutoff)，而且发动机转速越高，其有效制动功率越大。并混模式下ace重卡长下坡(纵坡绝对值大于2度，坡长大于5公里)时，发动机从智能功率切换(ips)控制方式切换到无燃制动模式，同时发电机和驱动电机共同再生制动，经epsd123内含各逆变器整流后，或给电池包充电，或给刹车电阻供电变热消耗掉，可冗余可靠地实现车辆长下坡缓速功能。ace重卡在串混模式下刚开始长下坡行驶时，发动机工作在无燃怠速点，先利用驱动电机再生制动发电来实现缓速功能并给电池包充电回收能量，当电池包基本充满电后(soc触达上红线)，由发电机反拖发动机从无燃怠速点切换到无燃高速点并启动发动机制动模式，进入其“高速制动”工况点，可作为发电机在驱动模式下的百千瓦级机械负载，与百千瓦级刹车电阻协同，冗余可靠地持续提供驱动电机再生制动发电所必需的有效电负载，间接可靠地实现长下坡缓速功能。

配置高级辅助驾驶系统(adas)的传统发动机重卡在启动自动紧急制动(aeb)功能之前，可采取自动点刹提醒司机。但因重卡都采用气动刹车系统，反应速度慢，难于精准控制并调节点刹的频率和幅度。

在本车与前车间距小于预警距离，即将触发自动紧急刹车时，ace重卡将发动机立即切换到无燃怠速点(串混模式)或无燃工况点(并混模式)，同时将驱动电机的平均驱动转矩调整到其峰值的80％以下，并动态控制其驱动转矩脉动的频率和振幅，引发ace重卡驾驶室内多个子系统(例如方向盘、座椅、仪表盘、地板等)特定频率及振幅的振动和噪声，用来提醒司机注意，实现智能点刹功能(ipb)。其具体实施方法如下：无论在串混模式或并混模式，ace重卡的驱动电机(mg2)都通过变速箱与驱动轮始终保持双向机械联接，可将其转矩脉动，直接传递给车辆驱动轮。车辆控制器(vcu)可指挥驱动电机在其缓慢变化(亚分钟级)的驱动转矩函数之上叠加一个快变双极性脉宽调制(bipolarpwm)脉冲序列，生成可调控的规律性转矩脉动，引发ace重卡发动机和驾驶室的特定频谱的振动和噪声。该双极性pwm脉冲序列的占空比固定为50％，重复频率在1赫兹到100赫兹范围内任意可调，脉冲幅度小于峰值转矩的25％。由于该pwm脉冲序列的秒级时间平均值为零，即平均冲量为零，无论司机为达到最佳振动提醒效果，如何调节并设定该转矩脉动(pwm)的频率和幅度，根据冲量等效原理，都不会影响车辆的动力性和操控性。需强调智能点刹功能(ipb)的主要效果是通过发动机和驾驶室可调节预设的特定振动和噪声，有效地提醒驾驶员立即采取措施，避免与前车追尾事故发生。智能点刹功能对司机来讲，如同手机的电话彩铃功能。当两车动态间距小于紧急刹车距离且司机没有及时反应时，ace重卡启动自动紧急刹车功能(aeb)，驱动电机再生制动响应速度要明显快于气动刹车系统，二者协同紧急刹车减速，避免追尾事故或降低碰撞伤害。此时智能点刹功能已无关紧要。

本公开中的ace重卡可配置多个电机，至少标准配置两个额定功率超过150千瓦，转速和转矩分别独立任意可调的大型车规电机。其中一个电机(mg1)主要运行模式为发电模式，简称发电机；另一个电机(mg2)主要运行在驱动模式下，称“主驱动电机”或简称驱动电机。当然发电机也可运行在驱动模式下，驱动电机也可运行在发电模式下(再生制动)。还可以选配一个额定功率百千瓦级的副驱动电机(mg3)，其转速与主驱动电机成比例，转矩任意可调。ace重卡的系统架构为双电机混联架构，其中在混动p1位置的发电机与发动机的飞轮双向机械联接(等速同轴或定速比平行轴)，组成发电机组(genset)；在混动p2位置的驱动电机即与变速箱输入轴双向机械联接(等速同轴或定速比平行轴)，还通过一个线控重卡离合器与发动机的飞轮和发电机的机械轴同时双向机械联接。显而易见，增程式串混重卡可视为上述混联ace重卡在离合器常开时或取消离合器的一种特例，而并混车辆则可视为上述混联ace重卡在离合器常闭时的另一个特例，只是此时两个转速比例固定的发电机和驱动电机可等效为一个额定功率为两者之和的更大的电机。可以从理论上证明，在全工况域保证整车动力性和主动安全性的前提条件下，优化ace重卡的节能减排效果时，本公开的混联ace重卡(mixedhybrid)的性价比要明显高于同等配置的串混车辆或并混车辆。后续还会给出其它系统架构的具体实施例。

ace重卡还包括：卫星导航接收机(gnss)，其为双天线载波相位实时动态差分(rtk)接收机，能实时地测算车辆行驶过程中的纵向道路的经度、纬度、海拔高度、纵坡、以及线速度等参数；或其为高精度单天线卫星导航接收机，能以米级定位精度实时地测算车辆行驶过程道路的经度、纬度、以及线速度等；再加上含动态倾角传感器的惯性导航单元(imu)，能实时地测量道路纵坡，测量精度达到0.1％。

ace重卡的车辆控制器vcu或人工智能加速器aiu可被配置为：基于卫星导航仪(gnss)实时测算的车辆在行驶过程中的经度、纬度、纵坡、和车速，并结合存储在3d地图中的车辆前方电子地平线范围内的3d道路信息(经度、纬度、纵坡等)，来对ace重卡的发电机组(发动机+发电机)、离合器、驱动电机、自动变速箱、epsd、和电池包(统称“混联动力总成“)进行预测性控制；和/或基于由rtk接收机所测算的车辆在行驶过程中的纵向道路的经度、纬度、纵坡、和线速度，并结合存储在3d地图中的车辆前方电子地平线范围内的纵向道路的经度、纬度、纵坡，来对混联动力总成进行预测性控制。

电池包中所存储的荷电分两种：一种是来自发电机组的高成本荷电，即“发动机荷电”，另一种为来自驱动电机再生制动所回收的准零成本荷电，即“再生制动荷电”。ace重卡节油机器人功率控制策略的两大重点一是尽量增加单位里程电池包的荷电吞吐量(千瓦时/公里；)用于驱动车辆，二是尽量提高再生制动荷电所占比例，同时降低发动机荷电所占比例。荷电吞吐量与电池包有效容量的比值就是荷电周转率。

vcu可根据电子地平线范围内的公路3d数据(经度、纬度、纵坡)和实时交通状况，指挥线控离合器，动态切换车辆的串联或并混模式。本公开的混联ace重卡在任何架构或车速下，都可以通过预测控制(predicativecontrol)发动机的智能启停功能(iss)或智能动力切换功能(ips)，令电池包稳定工作在荷电维持(cs)、荷电消耗(cd)、荷电增加(ci)三种模式之一并可任意平顺切换，在实时满足车辆动力学方程前提下，增加电池包总荷电吞吐量，最大限度提高准零成本再生制动荷电的占比，进一步降低车辆的油耗。

vcu还可被配置为：在车辆的行驶过程中，当检测到由rtk接收机所测算的纵坡与存储在3d地图中的同一位置点的纵坡差异超过允许公差的情况下，选择基于由rtk接收机所测算的纵坡以及电子地平线3d地图数据来对混联动力总成进行预测性控制。然后根据车辆动力学方程来及时判断对错并随时记录，以备后续更新纠错3d地图。

vcu还可被配置为：基于rtk接收机的授时，实时地校准包括vcu的内置时钟在内的各个子系统微处理器的内置时钟，以唯一性的时间序列来标注ace重卡的所有运行数据，进行采样频率高于5赫兹的测量和存储；在第一维度上，将来自包括rtk接收机、地图仪、发电机组、epsd、离合器、驱动电机、自动变速箱、以及电池包的中至少两个子系统的测量参数和/或工况参数，对齐拼接成数据组；以及按照经校准的时钟所提供的时间序列，将多个数据组在第二维度上进行校准和排列，以形成结构化的大数据包，用于描述ace重卡的动态运行状况。

换言之，在vcu指挥下，基于rtk接收机的精准授时，实时地校准包括vcu的内置时钟在内的各个子系统微处理器的内置时钟，以时间为唯一有序数据标注，将来自包括rtk接收机、地图仪、发电机组、epsd、离合器、驱动电机、自动变速箱、以及电池包的至少两个子系统的测量参数和/或工况参数，拼装成描述ace重卡动态运行状况的专用结构化大数据包(即节油数据包)。

可选地，可以对专用结构化大数据包进行加密，以便随后以安全的方式通过移动互联网，实时地(亚秒时延)或及时地(小时级时延)上传云端计算平台存储，供后续大数据分析处理。

ace重卡的发电机组由发动机和交流发电机组成，其中发动机直接双向机械联接到p1位置的交流发电机(mg1)，同时发电机双向地电联接到epsd第一端口内的交流-直流转换器模块的交流端。发动机的输出轴还通过离合器和柔性联轴器与自动变速器的输入轴双向机械联接；在p2位置的主驱动电机(mg2)的机械轴即与离合器双向机械联接，又通过柔性联轴器与自动变速器的输入轴双向机械联接。该双电机加单离合器的混联动力总成在通过离合器可切换的串联混动和并联混动两大构架下，可分别实现多种驱动模式，并根据司机选定的功率控制策略，在各种复杂多变的车辆行驶工况和道路纵坡分布函数下，优化动力性和节油性。

在串混模式下(离合器断开)，除了最基本的发动机驱动发电机(mg1)的发电模式外，百千瓦级的mg1还可以取完全代传统发动机所配置的十千瓦级的重卡启动马达，进一步降低系统成本。mg1在驱动模式下，可轻松地将发动机从静止且不喷油状态快速精准地带动到指定转速，然后发动机再喷油点燃(柴油为压燃)，在发动机飞轮任何转速下，都能够高性能平顺地实现重卡发动机的启停运行(start-stop)模式切换；由驱动电机(mg2)在电池包荷电消耗模式下(cd)纯电驱动车辆；当电池包荷电状态(soc)下降到最佳下限值时，由mg1启动发动机开始发电，进入荷电维持工作模式(cs)或荷电增加模式(ci)，在城市工况和高速公路严重拥堵时，进一步节油。mg1还可以将有缸内制动的发动机作为发电机在驱动模式下的有效负载，通过逆变器消耗直流电能，为主驱动电机(mg2)在重卡长下坡通过再生制动发电实现缓速器功能时，提供除电池包和刹车电阻外的另一冗余有效负载。

vcu还可被配置为：基于3d地图电子地平线范围内路径纵坡分布函数、发动机的万有特性曲线数字模型、发电机特性的数字模型、电池包充放电特性的数字模型、自动变速箱特性的数字模型、以及驱动电机特性的数字模型中的至少一者，来对发动机、发电机、电池包、epsd、自动变速箱、以及驱动电机中的相应的至少一者进行控制。

ace重卡的发动机的万有特性曲线数字模型包括：无路载的怠速工作点和发动机的比油耗最小的若干高效工作点；并且其中vcu还被配置为：使发动机只工作在怠速工作点或者若干高效工作点，由此使发动机长期稳定地工作几个高效工作点，变面工况为点工况，并能实现其不同工况点之间的平顺切换。

vcu还可被配置为：在车辆行驶过程中，指挥车联网实时采集并本地存储ace重卡运行的专用的结构化大数据包；并且将车载存储的结构化大数据包，经由无线移动互联网，实时地(亚秒级时延)或及时地(小时级时延)向远处云端计算平台进行发送并存储，以供后续大数据云端分析处理。在云平台上，集成深度学习算法、云平台算力、和众多ace重卡运营的结构化大数据，来培训ace重卡节油机器人的云端ai大脑和特定车辆的本地ai大脑。根据特定ace重卡和具体货运路径，结合同一路径历史上所有ace重卡的运行大数据，云端ai大脑迅速计算出该车辆在该路径行驶的默认最佳节油功率控制方案，下传推送给该车辆，再由车端ai大脑根据具体车况和路况，做实时修正。

本公开还提供了一种云计算平台，包括：至少一台云端服务器；每台服务器均包括：处理单元；以及存储器，耦合到处理单元并包含有计算机程序代码，计算机程序代码当被处理单元执行时，使得服务器执行如下动作：

经由无线移动互联网，从多辆ace重卡接收并存储专用结构化大数据，其中每辆ace重卡可采用双电机单离合器的混联动力总成，至少包括：

发电机组(由发动机直驱p1位置的发电机)，用于将车载燃料的化学能转化为电能；

-电功率分流器(epsd)，其被配置为具有三个端口的电力电子网络，其中epsd的第一端口与发电机组的输出端双向电联接；

-至少一个电池包，与epsd的第三端口双向电联接；

-自动变速箱，其输出轴与车辆的传动轴双向机械联接；

-地图仪，其预先存储有电子导航3d地图，3d地图包含有车辆行驶路段的纵向道路经度、纬度和纵坡的三维信息；

-至少一个p2位置的驱动电机，与epsd的第二端口双向电联接并且其输出轴与变速器双向机械联接。其中驱动电机可被操作为：将来自发电机组和/或电池包的电能转化为机械能，以用于驱动车辆；或通过再生制动发电，将车辆的机械能转化为电能，并通过epsd对电池包进行充电。其中发动机飞轮通过一线控离合器与变速箱的输入轴双向机械联接；

-车辆控制器(vcu)，其通过车辆的数据总线(例如can总线)，并基于从车载卫星导航接收机(gnss)和/或地图仪(mu)中的三维道路数据(特别是电子地平线内的纵坡函数)，来对地图仪、发电机组、离合器、epsd、驱动电机、自动变速箱、以及电池包中的至少一者以独立方式进行控制；

基于云端存储的多辆ace重卡运行专有结构化大数据，形成针对重卡节油机器人专用深度学习算法；

基于所形成的专用深度学习算法，利用云平台的计算能力，对云端节油机器人的人工智能(ai)大脑进行训练，其中结构化大数据包括与发电机组、离合器、epsd、驱动电机、自动变速箱、以及电池包中至少一者相关联的运行数据；以及

响应于某一辆ace重卡的请求，针对该车辆特定行驶路径，云端节油机器人的ai大脑将给出量身定制的功率控制方案，作为该车辆的vcu的节油策略的默认初始控制方案。该车辆的vcu根据实时路况，对默认节油控制方案进行实时修正，达到最佳节油效果。

其中每辆ace重卡还包括：高精度卫星导航接收机(gnss)，可配置为双天线载波相位实时动态差分(rtk)接收机或单天线gnss加包含动态纵坡测量功能的惯性导航仪(imu)，用于实时地测算车辆行驶过程中纵向道路的经度、纬度、海拔高度、纵坡、以及车辆线速度。其中从多个车辆接收到的测量数据还包括：针对由多个车辆在行驶途径相同路段所测量到的包含多个纵向道路经度、纬度和纵坡的道路三维数据，并且其中动作还包括：将通过车辆动力学方程、车辆运行大数据、和实测道路3d数据与3d地图道路数据的动态误差值，来自动判断3d地图的准确性，并将道路三维数据的更新值或超标误差值，及时地传输给电子导航3d地图制造商，以及更新车辆导航仪中存储的3d地图。由此，可以以众包的形式不断改善所述3d地图的精准性，保持其新鲜性，并不断更新所述车辆地图仪中存储的所述3d地图。

国-6重卡柴油机的后处理系统由柴油氧化催化器(doc)、柴油颗粒过滤器(dpf)、和消除氮氧化合物(nox)的选择性催化还原器(scr)三大子系统从前向后依次循序串联组成。催化剂减排转换高效温度范围一般在250℃(摄氏度)至550℃之间。柴油机的尾气温度一般在300℃到500℃。发动机冷启动时(指后处理系统内部催化剂表面温度低于100℃)，其后处理系统内部的各种催化剂表面温度无法立即达到300℃，此时催化剂转换效率不高(例如小于50％)，污染物(颗粒、nox等)排放污染较高。车辆累计排放污染的一大部分来自其发动机冷启动和其它转速和转矩突变的瞬态。北京公交公司响应国务院“蓝天保卫战三年行动计划”，2018年提前退役一批插电式混动大巴(phev)，主要原因便是插电混动大巴在城市工况下，其柴油机频繁零启动，实际污染排放比传统柴油机大巴还高。

受控于实时监测车辆尾气排放情况的车载自诊断模块(obd-ii)，现代重卡隔一段时间，就必须停车完成dpf主动再生(activeregeneration)，清除淤积在dpf内的碳颗粒。主动再生的频次(次/百公里)主要取决于车辆的配置参数和其主流运行工况(dutycycle)。dpf主动再生即耗时(约30分钟停车怠速柴油机)，又费油，还做无用功，一直是欧美重卡司机和运输公司的痛点之一，也将成为使用新国-6重卡的中国司机和车队的痛点之一。

本公开的混联ace重卡，能在其运行全生命周期内，将发动机长期稳定地设置在其燃烧高效工况点，可比插电式并联重卡或传统发动机重卡主动再生频次降低80％以上；同时还能通过并混模式下发动机高速启停控制策略(例如1200转/分喷油开关切换)，在优化油耗的同时，保证其排放后处理系统内催化剂表面温度长期稳定地落在高效转换温度范围内，控制发动机比插电式并联重卡减少75％以上的冷启动次数；即能降低油耗，又能减少重卡实际运行中的污染物排放，长期稳定地满足国-6排放法规中实际行驶下的排放控制(rde)要求。

串联混动车辆、并联混动车辆、和混联(串联-并联)混动车辆所具备的各种典型驱动模式，本领域一般技术人员都应熟悉，不再赘述。如上所述，在干线物流应用场景下，本公开的双电机单离合器混联重卡能比传统发动机重卡综合油耗(升/百公里)降低30％，且动力性、主动安全性、rde排放达标一致性更优。同时与增程式混动重卡(即纯串混重卡)相比，混联重卡在节油性、动力性、主动安全性、和成本竞争力等方面都更具优势。

本公开的ace重卡，其全部核心子系统或零部件都基于已产业化的产品和技术，在公路干线物流应用场景下，对比现有技术的柴油重卡，在保证车辆动力性、主动安全性、货运时效性、和出勤率的前提条件下，能够实现综合节油率30％的节能减排有益效果。ace重卡在无政府补贴的情况下，通过节省车辆燃油费、运维费、提高重卡司机的劳动生产率，使车队或个体车主在两年内或五十万公路货运里程内收回成本差价(指ace重卡与传统柴油重卡之间综合成本(toc)的差价)。量产全新ace重卡(即原装ace重卡)能够提前两年达到欧盟2019年颁布的欧-7法规2025年碳排放目标值和美国温室气体排放第二阶段法规(ghg-ii)2027年碳排放目标值。同时在美国，重卡总使用寿命高达15年或150万英里，每辆重卡全生命周期内一套车架可能会配置两到三套动力总成(发动机+变速箱；50万英里动力总成可靠运行寿命)，第二套或第三套动力总成多为大修过的动力总成。北美新重卡平均年销售量约二十万辆，而每年改装重卡数量(二手重卡换动力总成)超过二十万辆。得益于美国允许改装后的重卡不经过重新政府认证而直接上路商业化运营这一宽进严出的交通法规体系，本公开的ace重卡节油机器人还可用于批量改装美国市场存量近二百万辆二手重卡，使大量改装ace重卡也能像全新原装ace重卡一样，提前数年达到美国ghg-ii法规2027年碳排放目标值。这对美国干线物流行业节能减排意义重大深远。

本公开发明内容虽然聚焦干线物流重卡，但本公开的待解决问题、新颖技术方案、和有益技术效果对总重超过十吨的大型道路商用车(卡车或客车)在各种行驶工况下运行，同样适用。发动机瞬态功率脉冲编码调制(pcm)技术也适用于油电混动乘用车。

附图说明

图1示出了根据本公开的一个实施例的ace重卡的系统框图；

图2示出了根据本公开的一个实施例的ace重卡的电功率分流器(epsd)的系统框图；以及

图3示出了根据本公开的一个实施例的ace重卡通过移动互联网和云计算平台联网通信的系统框图。

这些附图中，相同或相似参考符号用于表示相同或相似元素。

具体实施方式

现在将参照若干示例实施例来论述本公开。应当理解，论述了这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解且因此实现本公开，而不是暗示对本公开的范围的任何限制。

如本文所使用的，术语“包括”及其变体要被解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”要被解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”要被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”要被解读为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。在本文中，“单向”或“双向”联接，是指电力或机械功率流或能量流从其动力源流向负载的方向是否可逆，角色是否可转换。单向联接时，动力源和负载的角色固定，功率流从源向负载流向单一，且不可逆；双向联接时，动力源和负载的角色可以转换，功率流向可逆,能够双向流动。除非特别说明，本公开中所有机电零件、模块或装置等都是车规级。

以下参考附图来说明本公开的基本原理和若干示例实施例。图1示出了根据本公开一个实施例的混联(mixedhybrid)ace重卡010的动力总成、车辆控制器、核心传感器等装置。该系统既可以被配置为含双电机(发电机110+主驱动电机140)一个主动驱动桥160和一个从动驱动桥180的6x2动力总成系统，也可以被配置为含三电机(发电机110+主驱动电机140+副驱动电机170)一个主驱动桥160和一个副驱动桥180的6x4动力总成系统。在一些实施例中，该重卡可以例如是车辆总重大于15吨的主要用于干线物流的混动重卡。

如图1所示，总体上，该ace重卡包括：发动机101、发动机控制单元(ecu)102、发电机(mg1)110、电功率分流器(epsd)123、离合器111、至少一个主电池包130a、自动变速箱(tran)150、变速箱控制单元(tcu)151、至少一个主驱动电机(mg2)140、以及车辆控制器(vcu)201。主电池包130a和主驱动电机140为必装件(标配)，而副电池包130b和副驱动电机170为选装件(选配)。

具体来说，发动机101的飞轮端双向机械联接配置在混动p1位置的发电机(mg1)110，并受控于发动机控制器(ecu)102，主要用于将柴油或天然气等车载燃料的化学能转化为电能。发动机101和发电机110的组合可统称发电机组。发动机101的飞轮端和发电机110的机械轴同时还和线控离合器111的一端(又称从动端)双向机械联接，三者(101、110、111)之间的双向机械联接既可采用单一同心轴(coaxial)布置，也可采用多平行轴加齿轮联接式布置。可优选采用多平行轴布置，此时发动机101的飞轮输出端与离合器111的一端直接双向机械联接，选用性价比高的中小转矩(小于500牛米)的车规发电机110，通过固定齿比的减速器与上述发动机101的飞轮输出端和离合器111的一端双向机械联接。

参考图2，电功率分流器(epsd)123为三端口的电力电子网络(powerelectronicsnetwork)，其端口i(也称为“第一端口”)内部百千瓦级逆变器121的三相交流端与外部发电机110的三相交流电输出端双向电联接。电池包130a或130b与所述epsd123的端口iii(也称为“第三端口”)内部的百千瓦级斩波器(又称直流-直流转换器)132a或132b低压端双向直流电联接；自带散热器的百千瓦级刹车电阻131与端口iii内部的百千瓦级软开关133的一端单向直流电联接。选装交流配电板135与端口iii内部的十千瓦级逆变器的交流端双向电联接。驱动电机140和170与所述epsd的端口ii(也称为“第二端口”)内部逆变器122a和122b的交流端双向交流电联接。逆变器121、122a、122b的直流端都双向电联接到直流母钱汇流点x。百千瓦级软开关133一端单向直流电联接汇流点x，另一端与刹车电阻单向直流电联接。斩波器132a或132b高压端与汇流点x双向直流电联接。逆变器134的直流端与汇流点x双向直流电联接。

返回参考图1，自动变速箱150的输出轴与车辆的主驱动桥160的输入轴双向机械联接，并受控于变速箱控制器(tcu)151。配置在混动p2位置的标配主驱动电机140的输出轴与离合器111的另一端(称主动端)双向机械联接，同时还通过柔性连轴器或线控离合器152与变速箱150的输入轴双向机械联接。离合器111的主动端和驱动电机140的机械轴同时还和变速箱150的输入轴双向机械联接，三者(离合器111、主驱动电机140、变速器150)之间的双向机械联接即可采用单一同心轴(coaxial)布置，也可采用多平行轴布置。采用多平行轴布置时，驱动电机140的输出轴可通过固定齿比的减速器与变速箱150的输入轴和离合器111的主动端双向机械联接。主驱动电机140可被操作为：将电能转化为机械能以用于驱动ace重卡(电驱动)，或者将ace重卡的机械能转化为电能(再生制动)，通过所述epsd123内部的逆变器122a或122b和斩波器132a或132b对电池包130a或130b进行充电。配置在混动p3位置的选配副驱动电机(mg3)170与第二驱动桥180双向机械联接。若以降低系统成本为重点考虑，可以不选用mg3。

作为本公开关键部件之一的车辆控制器(vcu)201协同aiu202，通过例如车载数据总线(未示出，例如can总线或无线通信虚拟数据线)并基于对车载卫星导航接收机(gnss)220接收到的车辆定位三维数据(经度、纬度、纵坡)和地图仪(mu)240存储的电子地平线先验数据进行分析计算，来对上述的发动机101、发电机110、epsd123、离合器111或112、驱动电机140&170、自动变速箱150、以及电池包130a&130b中的一者或多者以“独立”的方式分别或同时进行控制。

在一些实施例中，vcu201可以是汽车级高性能嵌入式单核或多核微处理器。类似早期个人电脑为增加整机图像处理性能而增加图形处理器，vcu201还可外挂车端ai推理芯片(aiu)202，提高ace重卡010车端人工智能(ai)节油实时推理运算的能力。可以理解，非限制性地，vcu201或aiu202也可以是异构微电子硬件逻辑部件，包括：通用微处理器(cpu)、现场可编程门阵列(fpga)、图形处理器(gpu)、专用集成电路(asic)、数字处理器(dsp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。

优选地，发动机101为排量9升到13升，峰值功率280千瓦到380千瓦之间的六缸重卡用柴油发动机或天然气发动机。更大排量(13升～16升)的发动机也能用，其峰值功率可大于400千瓦，有更多功率余量，高速公路爬高山(连续几十公里上山，纵坡大于2.0度)时，车辆爬坡动力性更好，但节油效果比优选排量发动机无优势，且发动机体积、重量、和成本都较高，性价比次优。更小排量(低于9升)发动机，峰值功率一般小于300千瓦，虽然节油效果较好，体积、重量、成本都较低，但发动机的功率余量不足，高速公路爬高山时，如果电池包中的荷电耗尽，无法继续向驱动电机供电，则ace重卡010爬坡动力性会明显不足，需要换低挡位减速才能继续上坡，同时小马拉大车，对发动机的长寿命不利，性价比次优。可以理解，备选地，发动机101还可选用满足上述功率要求的车用燃气轮机。汽油机燃烧热效率和使用寿命(b10寿命公里数)都明显低于柴油机，不适合干线物流重卡使用。

注意到，如图1所示，在本公开的各种实施例中，当离合器111断开时系统为串混模式，此时发动机101与车辆的驱动桥160之间无任何机械联接，这将使其运行工况与车辆行驶工况完全解耦，使得发动机101能够长期稳定地工作在其万有特性曲线高效区(包括最佳燃油效率范围和/或最佳排放范围)内指定的若干工况点(指定转速/转矩)。离合器111闭合并锁定时，ace重卡动力总成切换为并混模式。此时发动机101通过变速箱150与车辆的第一驱动桥160直接双向机械联接，发动机101的转速由车速和变速箱150的挡位决定，发动机101的输出转矩仍可以独立设定，并不受制于车辆的行驶工况。在高速工况下，发动机可以稳定地工作在高效区内。发电机110和驱动电机140的额定功率之和大于发动机101的峰值功率，完全可以通过动态调节双电机(110&140)的驱动功率，实现瞬态驱动功率削峰填谷，实时地满足车辆的动力学方程(1-1)。离合器111的控制策略，在高速工况下(平均时速高于50公里/小时；很少主动加速或刹车)，优选并混模式(离合器闭合)；城市工况下或拥堵的高速公路行驶时(平均时速低于45公里/小时；频繁主动加速或刹车)，优选串混模式(离合器断开)。

传统重卡发动机电控的难点在于必须在全域面工况(全部转速和转矩范围)下同时优化其动力性、节油性、排放性、和成本等多个相互矛盾的目标，满足世界各国日益严格的排放法规(污染物排放和碳排放)。发动机的运行范围如果能从全域面工况变为有限范围的点工况或线工况，为其通过技术创新，突破当前发动机热效率上限，最大限度的优化油耗和排放开辟了新天地，同时也可能有效地对应今后二十年为满足世界各国不断推出更严格的新汽车排放(污染物排放和碳排放)强制性法规，重卡发动机本体，ecu和尾气处理系统设计、标定、和制造的复杂性和成本日益飙升的严峻挑战。

对比点燃式汽油机(si)，压燃式柴油机(ci)以节油，低转速时大转矩，皮实耐用，超长寿命，高性价比等优点，成为全球绝大多数重卡(超过95％)的发动机首选。但在污染物排放方面，特别是对大气环境和人体健康有害的氮氧化合物(nox)和微颗粒(pm)等污染物排放方面，柴油机比汽油机逊色。满足美国epa-2010、欧-6、和国-6排放强制性法规，减少重卡柴油机尾气污染物nox和pm排放的世界主流后处理技术路线分别为选择性催化还原(scr)及柴油微粒捕捉器(dpf)，scr和dpf都需要在内部达到250摄氏度以上的指定高温时(light-off)，后处理系统内的催化剂才能正常高效地工作。柴油机在冷启动、低负荷运行、及瞬间大幅度输出功率调整时，其污染物排放和比油耗(克/千瓦时)都会短期大幅增加；而在高速公路工况下，发动机能够稳定地工作在其万有特性曲线的高效区，此时柴油机的污染物排放和比油耗都较小。传统重卡，很难在发动机万有特性曲线全部转速/转矩范围内(即面工况下)，同时优化油耗和污染物排放。本公开的ace重卡通过对发动机串混模式下的智能启停(iss)控制或并混模式下的智能功率切换模式(ips)控制，能让发动机101稳定地工作在其万有特性曲线高效区内的最佳工况点或若干条恒功率工况线，基本消除发动机冷启动和转速及转矩大幅度快速变化的瞬态工况，在降低比油耗和碳排放的同时，还能有效地减少污染物(nox，pm)排放，实现节能减排的有益效果。由于ace重卡的尾气中nox少，其scr系统能减少耗材尿素的用量(克/百公里)，从而进一步降低运营费用。同时，混动重卡的柴油微粒过滤器(dpf)也长期稳定地工作在其高效区，基本消除通过阶段性强制驻车30～45分钟，通过柴油机过量喷柴油空转，进行dpf系统主动再生(activeregeneration)，以消除沉积在其内部的大量微粒这一即耗时又费油的行业用户长期痛点，进一步降低车队运营费用，改善货运效率。

与传统的柴油机重卡不同，ace重卡的发动机能具备清洁冷启动功能(ccs)。ace重卡在室外严寒下(气温负10摄氏度以下)长期停车后冷启动时，先断开离合器111，进入串混模式，可利用电池包十千瓦时级有效电量，通过epsd123输出超过10千瓦的交流电，通过几十千瓦级车载催化剂电加热器(ehc)，给尾气后处理系统scr部分分钟级快速加热升温到250摄氏度后，再由发电机110在电驱动模式下，拖动发动机101无燃启动到500转/分～800转/分怠速后，再首次喷油压燃点火，然后对发动机采用智能启停控制(iss)，可将发动机冷启动点火到尾气后处理系统达到其高效工作温度的时间(即“关灯时间”，light-offtime)从分钟级大幅减低到秒级，能比传统柴油机重卡冷启动时污染物排放量降低80％以上。传统柴油机重卡冷启动时，也通常要驻车怠速预热发动机几分钟后(即热车时间)，才挂挡动车开始行驶。ace重卡清洁冷启动(ccs)驻车加热尾气后处理系统scr部分的预热时间要小于传统重卡热车时间。ace重卡驻车预热时间内，驱动电机140和170都不工作，可暂时利用epsd123内含的百千瓦级额定功率的逆变器122a或122b的交流端给几十千瓦级车载催化剂电加热器(ehc)供电。发动机热启动时，并不需要ehc电加热。

2021年中国开始全面强制执行的柴油重卡国六排放标准，对绝大部分技术积累不足的中国本土发动机和关键动力总成零部件供应商来说，是巨大的技术和商务挑战。在确保整车出厂时达到并持续满足国六排放标准，特别是70万公里排放系统质保期的前提条件下，本公开的ace重卡所使用的柴油机的技术性能要求从面工况降维为点工况或线工况，要比传统柴油重卡的综合技术要求下降或放松很多，有多种高性价比的技术路线可行，为广大中国的重卡动力总成和关键零部件供应商提供了在后国六时代生存发展的另一片新天地。

电机的功率与其转速和转矩的乘积成正比，同时电机的体积、重量、和成本都与其最大转矩正向关联。混动或纯电乘用车(总重小于3.5吨)多使用高转速(峰值大于12000转/分)低转矩(峰值小于350牛米)的电机；而混动重卡多使用低转速(峰值小于3000转/分)大转矩(峰值大于1500牛米)的电机。转速1200转/分及峰值转矩2000牛米的电机i和转速12000转/分及峰值转矩200牛米的电机ii的输出功率功率都是251千瓦。但电机i的体积、重量、和成本都明显高于电机ii。与乘用车应用相比，重卡对其电机和其它子系统的体积和重量限制较少，但两者对成本都很敏感。乘用车的年产销量比重卡高十倍以上。目前新能源乘用车所使用的高转速-低转矩电机的额定功率都低于180千瓦，成本逐年明显下降。但混动商用车(总重大于15吨)所使用的额定功率高达250千瓦以上的低转速-大转矩的大型电机今后十年内价格仍然会非常昂贵。如果混动重卡在大三电子系统(电机、电池、电控)选型上能与新能源乘用车的要求尽量靠拢，则非常有利于混动重卡的三电子系统的供应链充分利用新能源乘用车的规模效应，逐年降低成本、保质保供。

优选地，针对图1实施例，标配发电机(mg1)110为永磁同步电机(pmsm)，额定功率为150千瓦到250千瓦之间，也可选用满足上述额定功率要求的交流感应电机或磁阻电机。标配主驱动电机(mg2)140可选用额定功率200千瓦至320千瓦的永磁同步电机、交流异步电机或磁阻电机。选配副驱动电机(mg3)170可选用额定功率150千瓦至250千瓦的永磁同步电机、交流异步电机或磁阻电机。图1各种实施例中，三个电机(110、140、170)的额定功率分别超出上述优选参数范围时，ace重卡仍能正常工作。当额定功率低于优选下限值时，电机成本、体积、重量都降低，但车辆的动力性和节油率也会下降；当额定功率高于上限值时，车辆的动力性和节油率改善，但电机成本、体积、重量都明显升高。

图2所示的电功率分流器(epsd)123为具有三个端口的额定功率百千瓦级的电力电子网络，其中包含至少两个绝缘栅双极型晶体管(igbt)或碳化硅(sic)功率模块，但可以不包含任何电源或电储能装置。有多种电力电子电路拓扑设计，可实现该三端网络的输入输出特性和各种系统功能。需要指出，本公开并不旨在限制某种包括有igbt或sic模块的三端网络的具体电路拓扑实现，而是只要是能够实现本公开所描述的epsd的核心输入输出功能的各种电力电子电路拓扑设计，均应落入本公开的范围内。鉴于电力电子模块集成设计的灵活性，为提高系统性能和/或降低成本，epsd123内部的逆变器121，122a&122b和斩波器132a&132b即可集成在一个金属盒中，也可以分布在多个金属盒中，分散式包装布置。目前igbt为性价比最高的全球主流车规电力电子功率模块，碳化硅(sic)模块为后起之秀，性能虽更好但近期成本也更高，其商用占比会逐年提升。本公开中提及的igbt模块，可泛指包括igbt或sic在内的各种已产业化的电力电子功率模块。

在图2所示的实施例中，epsd的端口i内联逆变器121的交流端口与外部发电机(mg1)110的三相交流电输出端双向电联接；端口ii内联逆变器122a的交流端口与外部主驱动电机(mg2)140的三相交流电输出端双向电联接，内部逆变器122b的交流端口与外部副驱动电机(mg3)170的三相交流电输出端双向电联接；端口iii内联斩波器132a一端(直流电压较低的一端)与外部电池包130a双向直流电联接；斩波器132b的一端(直流电压较低的一端)与外部电池包130b双向直流电联接。所有逆变器(121、122a、122b)的直流端都双向直流联接到epsd的直流母线汇流点x，所有斩波器(132a、132b)的另一端(一般为直流电压较高的一端)也都双向直流电联接到epsd的直流母线汇流点x。百千瓦级电子软开关133的一端与汇流点x单向电联接，另一端与外部百千瓦级带散热器的刹车电阻131单向电联接。十千瓦级逆变器134的直流端与直流母线汇流点x双向电联接，其交流端与外部交流配电板135双向电联接。

当电池包130a或130b的额定电压vbp等于epsd的直流母线额定电压vbus0时，为简化系统并降低成本，可以考虑省略斩波器132a或132b，将电池包直接双向电联接汇流点x。但这时电池包的额定电压必须等于直流母线额定电压，而且电池包将失去灵活主动调节百千瓦级瞬态充放电功率的功能；而且epsd123也失去了通过软件定义(现场或ota远程迭代)，灵活匹配供应链各种高性价比的不同额定电压的电池包的能力。为次优选项。

本公开epsd123内部的直流母线汇流点x，是ace重卡混联动力总成的电力神经中枢，该点的唯一直流电压时变函数和进出该汇流点的所有直流电流时变函数的集合，从数学上完整准确地描述了ace重卡电力功率回路的动态工作状态，是ace重卡运行节能、减排、及安全控制的关键点。汇流点x在电路拓扑上是一个点，但在物理实施时可以是一个金属汇流排或一段多接头的大功率电缆。

epsd123可以通过对内含几大电力电子功能模块(逆变器121、122a&122b、134；斩波器132a&132b；软开关133)数字控制，实现其三个端口之间十毫秒级响应时间和百千瓦级电功率动态分配精准连续可调，动态匹配车辆行驶过程中路载功率pv(raodloadpower)时变函数，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。由此，通过vcu201和aiu202协同操控离合器111和epsd123，车辆可以分别实现串混和并混两种不同工作模式之间的平顺切换，在满足车辆行驶动力性、安全性和货运时效性的前提下，达到发动机油耗及排放最优化(即最小化)。ace重卡在干线物流应用场景下，车辆串混和并混模式间切换频次较低。

可选地或附加地，epsd123还可以配置若干传感器和存储器，能以高于10赫兹的测量频率来测量并记录直流母线汇流点x处的动态电压vbus(t)和电流ig(t)，im(t)，ib(t)时间序列，作为节油数据集的一部分，并通过车载无线通信网关210，及时地上传到云计算平台001存储，以供后续分析处理。关于节油数据集的实施方式将在后面进行详细描述。

已知epsd123内部直流母线汇流点x处的电功率平衡方程为：pg+pb+pm＝0(4-1)。其中pg∈[-pigx,pigx],pb∈[-pbx,pbx],pm∈[-pimx,pimx]。pigx为逆变器121的峰值功率，pbx为主电池包130a和副电池包130b的总合峰值充放电功率，pimx为逆变器122a和122b的总合峰值功率，pbx>pimx>pigx。pg为发电机(mg1)110的电功率，pgx为其峰值功率(pigx>pgx)，正值为驱动功率(电能变机械能)，负值为发电功率(机械能变电能)。pb为电池功率，正值是充电功率(电能变化学能)，负值是放电功率(化学能变电能)。pm为驱动电机(mg2)140的电功率，pmx为其峰值功率(pimx>pmx)，正值是驱动功率(电能变机械能)，负值是再生制动功率(机械能变电能，回收能量)。在本公开中，除非特别标注，峰值功率对发动机而言，为最大连续机械功率；对电机、逆变器、斩波器、或电池包而言，则指10秒或15秒最大脉冲电功率。

本公开实施例描述时，重点讨论只有标配主驱动电机(mg2)140和主电池包130a的情景。如果ace重卡系统还包含选配副驱动电机(mg3)170和/或副电池包130b，普通行业人士很容易扩展来描述。ace重卡在高速工况下(平均时速50公里/小时以上，很少主动加速或刹车)，优选闭合离合器111，实现并混模式；在城市/郊区工况和拥堵的高速路时(平均时速45公里/小时以下，频繁主动加速或刹车)，优选断开离合器111，实现串混模式。当ace重卡遇到大坡或高山时(纵坡绝对值大于2.0度，连续上坡或下坡路程超过10公里)，出于对车辆行驶安全性和动力性考量，不论平均车速高低，优选并混模式。干线物流ace重卡在干线物流应用场景，近90％的里程为高速工况，其离合器111不需要频繁切换。同时由于有双电机(mg1和mg2)，在离合器111切换接合或断开状态的瞬态，车辆动力总成并不会出现明显的驱动转矩中断和车辆顿挫感。在串混模式(a)或并混模式(b)下，ace重卡还可以有多种细分工作模式。下面简要描述。

-在串混模式(a)下，离合器111断开，车辆为纯电驱动，此时pm＝pv。

-工作模式a-1：车辆静止，pm＝pv＝0，pg+pb＝0，发动机101驱动发电机110通过epsd123给电池包130a&130b充电。

-工作模式a-2：车辆在平缓道路行驶，pg+pb+pm＝0。当|pg|>pm>0时，发电机110首先给驱动电机140供电，提供车辆所需的动力，剩余电功率再给电池包130a&130b充电。而当|pg|<pm时，发电机110和电池包130a需要同时给驱动电机140供电，才能满足车辆的动力性要求。要想最大限度节油，发动机101要长期稳定地工作在几个指定的高效工况点(定转矩/转速)，或无燃怠速。通过epsd123动态调节百千瓦级电功率，pb可跟随pm实时反相变化，在时刻满足车辆动力性要求的前提下，维持pg为常数(pg(t)＝-pm(t)-pb(t))。换句话讲，vcu201可以将发动机101的工作点长期稳定地设置在其比油耗(克/千瓦时)最小的高效点，指挥电功率分流器(epsd)123实时精准调节电池包130a&130b的充放电功率方向和数值，削峰填谷，实时地抵消掉驱动电机140和170功率的瞬态变化，实现节油目标。如果遇到爬高山或上大坡(纵坡+2.0度以上，长度10公里以上)时，并混模式为优选，而串混模式为次优选择。由于电池包130a&130b总容量有限，电池包在荷电消耗(chargedepleting)工作模式下可能耗尽其电能，暂时失去继续提供上坡功率助力的能力，此时车辆如在串混模式下运行，只能靠发电机pgx直接供电驱动，功率不足，无法维续恒速上坡所需的路载功率pv，车辆需换低挡减速继续上坡。此时ace重卡的动力性和货运时效性都暂时下降。干线物流ace重卡在大部分公路上不会遇到大长坡。对于经常在崇山峻岭区域公路行驶的ace重卡，可考虑加装一个或多个容量超过10千瓦时的功率型副电池包，以改善车辆经常工作在重负载高速运行上长坡情景下的动力性。

-工作模式a-3：当车辆行驶遇到下坡时，可关停发动机，发动机电功率输出pg为零，此时纵坡功率项pgd为负值，其超过驱动车辆所需功率pr+pd的纵坡功率部分，可通过驱动电机140和170的再生制动功能来吸收并对电池包130a&130b充电。此时车辆下坡可达到法律允许的最高时速，抢回部分减速上坡损失的时间。如遇到大下坡，驱动电机再生制动在车辆下坡途中就会将所有电池包都充满(soc接近100％)。此时，epsd123三端电力电子网络内的大功率电力电子开关(ss)133闭合，斩波器132a&132b断开电池包130a&130b,，把驱动电机140再生制动产生的充电电流，切换到带散热器的百千瓦级刹车电阻131，将电能变成热能消耗掉，实现ace重卡(非机械制动)缓速器功能。同时逆变器121还可驱动电机110，以发动机101的缸内制动功能作为电机101的有效负载，消耗来自主驱动电机140的过剩再生电能，实现缓速器功能，为大功率刹车电阻131提供冗余负载。

在串混模式下，可优选对发动机101的瞬态输出功率进行智能启停控制(iss)，该pwm序列周期值优选范围1分钟至3分钟。可以通过调整pwm序列的占空比来连续调整发动机的时间平均功率幅度。

图1的ace重卡可以通过闭合离合器111来实现并混模式。在并混模式下，发动机101的机械驱动功率和双电机110和140的电力驱动功率可三者直接叠加，此时ace重卡动力总成的总驱动连续功率能高于500千瓦，其动力性(平路超车能力或满载高速爬坡能力)明显优于顶级配置的15l大排量传统柴油重卡，总驱动功率峰值受限于变速箱和传动轴的承受力。ace重卡所带电池包130a&130b总容量一般在25～85千瓦时范围，能支持车辆高动力性纯电行驶15～40公里。本行业普通技术人员熟悉并联混动车辆的各种典型工作模式，不再逐一赘述。

电池包130a&130b通过再生制动所回收的电能为“准零成本电能”，而发动机101驱动发电机110所提供的则是“高成本电能”。ace重卡节油控制的关键就是在整个货运时间中，一方面不断提高电池包130a&130b的总电量周转率，另一方面最大限度地提高再生制动电量周转率，同时尽量降低发动机电量周转率。周转率定义为整个货运事件(起点至终点)过程中，电池包130a&130b全部累计吞吐电量与电池包的有效容量的比值。

ace重卡的vcu201协同aiu202，根据前方百公里级电子地平线范围内的道路三维信息(经度、纬度、纵坡等)、驾驶员选定的预测性自适应巡航模式(节油模式eco、正常模式n、高性能模式p)、实际路况及车辆配置参数和运行数据，对发动机101的瞬态输出功率进行脉冲编码调制(pcm)，更具体讲，车辆在串混模式下采用智能启停控制(iss)，在并混模式下采用智能功率切换控制(ips)，来连续地调整发动机101的分钟级时间平均输出功率；让电池包130a&130b在荷电消耗模式(cd)、荷电保持模式(cs)、和荷电增加模式(ci)三者之一稳定运行并能在三者之间平顺切换，随充随放，给驱动电机140或170供电，对车辆总驱动功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程1-1；aiu202中的机器学习节油控制算法能自动地寻求在整个货运事件中，最大限度地提升近零成本的再生制动荷电的周转率，同时有效地控制高成本的发电机组电量的周转率，在保证车辆动力性和行驶主动安全性的前提条件下，实现实际综合油耗和污染物排放最小化的有益效果。

功率型电池包130a&130b即是ace重卡中最贵的子系统之一，也经常是整车各个重要子系统中性能和寿命的短板之一。ace重卡要想早日实现大规模商用，必须同时解决好功率型电池包的成本、性能、和寿命三大难题。ace重卡对电芯和电池包的技术要求与混动乘用车的要求有明显差异，在重量或体积等方面要求宽松，但在耐高低温和振动，特别是在高倍率部分充放电(hrpsoc)工况下的循环寿命等方面要求更高。ace重卡需要采用超长循环寿命、耐低温、安全可靠、高性价比的功率型电池包；其电芯在部分充放电情况下(例如soc25％～80％)，需要能承受5c～10c倍率的连续充放电和10c～25c倍率的峰值充放电(10秒或15秒脉冲)，电芯要长期工作在最具挑战的高倍率部分充放电(hrpsoc)工况，而且其充电倍率经常高于放电倍率；车辆外工作环境温度-30℃～+55℃；等效深度充放电(dod100％)循环寿命超过12000次。整车寒冬室外-30℃熄火停车24小时后，发动机101冷启动后，原地驻车发动机怠速热车三分钟以内，车辆启动行驶后，电池包要能正常工作；此时电池包充放电能力允许暂时降低，等电芯内部温度上升到10℃时需能恢复全部充放电能力；但不允许因低温高倍率充电而永久性损伤电芯，甚至造成电芯热失控的重大安全隐患。

主流的锂离子动力电芯，例如磷酸铁锂(lfp)和三元锂(ncm或nca)等，都普遍怕冷。当电芯温度低于零摄氏度时，其2c以上高倍率放电能力明显下降。低温放电虽不损伤电芯，但电芯内部低温时(特别是小于0摄氏度时)，以2c以上高倍率充电，则易造成电芯负极镀锂(lithiumplating)而严重损伤电芯寿命。损伤机理为负极的金属锂枝晶刺穿隔膜，造成电芯内短路引发热失控的安全隐患。电池管理系统(bms)会实时监控电芯的温度，严禁电芯低温时高倍率充电。lfp，ncm，或nca等主流汽车动力电芯均难以单独胜任ace重卡的电池包。

当前，钛酸锂电芯(lto；正极三元锂/负极钛酸锂)是唯一能完全满足ace重卡全部技术要求的量产汽车动力电芯。对比上述几种主流锂离子电芯，lto有比能量低(小于65wh/kg)和成本高($/kwh四倍于lfp)两大缺点。因ace重卡对总容量仅几十度电的电池包的体积和重量基本没有布置的限制，lto比能量低和体积大的缺点虽不足为虑，但其成本高昂的缺点却会严重影响ace重卡大规模商用。通过混搭lto主电池包130a(容量10～20度电)加上低成本lfp或ncm副电池包130b(20～50度电)，则可以根据ace重卡010的具体应用场景，优化整车系统性价比。当寒冬(低于零下10摄氏度)车辆室外停车超过10小时，车辆冷启动后，lto主电池包130a可立即参与工作，lfp或三元锂的副电池包130b受控于斩波器132b，暂时不参与工作，等行车十几分钟后将副电池包130b内部电芯加热到10℃以上后，副电池包130b再参与工作。电池包130a&130b是ace重卡中最昂贵的子系统之一，混搭不同电化学电芯的两个甚至多个电池包，有益于改善电池包综合性能，降低电池包总成本，对优化ace重卡综合性价比至关重要。斩波器132a或132b，通过脉宽调制(pwm)，能根据电芯在不同温度下的充放电曲线和各种保护性限制条件，动态连续地调节电池包130a或130b的充放电电流值。

lto单电芯电压仅2.2v，低于lfp单电芯电压3.3v和ncm单电芯电压3.7v。同样容量(千瓦时)的电池包，高额定电压的电芯多串联少并联的结构比低额定电压的电芯多并联少串联的结构电池管理系统(bms)的设计和控制更复杂，整个电池包的材料和制造成本更高，且系统冗余度和鲁棒性较差。采用至少两个不同电化学电芯的两个或更多个电池包并联混搭，有益于提高ace重卡系统性价比。目前全球主流新能源乘用车所采用的锂离子动力电池包额定电压范围在300v～500v，有成熟的供应链，中日韩三国十几家领先制造商合计车规锂离子动力电池年产销量占全球市场份额超过85％，而高于600v额定电压的电池包每年生产量较小，成本较高。本公开epsd123的峰值电功率高达500千瓦，其直流母线额定电压优选范围为600v～800v。本公开所用电池包(130a&130b)优选额定电压值在350v至500v之间，尽量与年产销总量巨大的主流新能源乘用车电池包的额定电压范围重合，便于充分利用当今新能源乘用车成熟的动力电池供应链，降本保供。这些电池包130a或130b可分别通过epsd123端口iii内部的百千瓦级双向升降压直流-直流转换器(boost-buck，又称斩波器)132a或132b与epsd123的直流母线的额定电压相匹配，如图2所示。除直流变压外，该斩波器(132a&132b)的另一有益功能是通过脉宽调制(pwm)，在0％～100％充放电电流峰值范围内，可根据各种电芯在不同温度下或生命周期不同阶段的充放电特性曲线和厂商为保护电芯的寿命和安全对其工况的各种限制条件，通过斩波器(132a&132b)内含微处理器的软件定义和远程更新迭代(ota)，自动精准地调节电池包130a&130b的充放电直流电流的幅度及方向，以保证电池包在全生命周期内，性能和寿命都满足设计要求。

优选地，主电池包130a可以采用总容量12kwh～30kwh的钛酸锂电芯(lto)组合，可连续充放电5c～10c，10秒或15秒峰值充放电15c～30c，等效深度充放电(100％dod)寿命(即全生命周期内累计吞吐总电量)超过1.2万次，室外工作环境温度-30～+55摄氏度。已知商业化的各种电化学配方的汽车规格动力电池中，只有钛酸锂电芯(lto)一套电池就可以满足上述苛刻要求，特别是超长寿命的要求。lto电芯比能量(wh/kg)较低的缺点对其ace重卡应用影响不大，但其每千瓦时(kwh或度)电芯的成本(元/瓦时)为其它主流汽车级锂离子电芯(例如lfp、ncm、nca)成本的三倍以上，将导致lto电池包的成本居高难降，会严重限制ace重卡的广泛应用。还可以选用适合恶劣工作环境下高倍率部分充放电(hrpsoc)应用的如下功率型电芯：镍氢电池(nimh)、磷酸铁锂(lfp)、三元锂离子电池(ncm/nca)、或碳铅电池(pbc)。这四种电芯都可能需要两套电芯，才能满足过1.2万次等效深度充放电(100％dod)循环超长寿命的要求，同时这四种电芯的成本(元/瓦时)都明显低于钛酸锂电芯。可以考虑采用上述几种不同电化学成分电芯组成的电池包并联混合搭配，如图2所示，并将电池包(130a和130b)的总容量提升到50kwh～95kwh，以谋求电池包在ace重卡全生命周期内性价比最优。

优选地，副电池包130b可以采用容量20kwh～60kwh的主流的锂离子功率型电芯(连续充放电3c+)，例如磷酸铁锂(lfp)或三元锂(ncm或nca)电芯。当然也可选用容量大于80kwh的副电池包，这样虽有利于增强整车在各种运行工况下的动力性，减少电池包等效循环寿命上限值和充放电倍率峰值；但大容量电池包的重量、体积、和成本都将明显升高，综合性价比并非最优，需综合考量。本公开中，电池包的作用像一个带有小号油箱的大功率发动机，其特点在于爆发力极强但耐力不足。电池包130a&130b即可以较长时间内(10分钟以上)连续提供驱动电机(140或170)的100千瓦额定电功率，也可较短时间内(分钟级)提供驱动电机超过300千瓦的峰值电功率。假定电池包的总有效容量为30千瓦时，驱动电机额定功率为300千瓦，在串混模式下发电机组零功率输出时，电池包从其荷电状态(soc)的上红线(url)以10c连续放电至下红线(lrl)，可连续6分钟给驱动电机以300千瓦强度单独供电，让满载(总重40吨)的ace重卡在平缓不拥堵的高速公路上以90公里/小时的速度纯电行驶近10公里。

ace重卡采用功率型电池包，需支持驱动电机总计连续功率近200千瓦或10秒峰值功率近400千瓦的充放电需求，当电池包优选有效容量范围25千瓦时至65千瓦时，电池包的平均连续充放电倍率范围3c至8c，10秒峰值充放电倍率范围6c至16c，而且电池包的充电倍率(连续或峰值)经常高于放电倍率。ace重卡要实现比传统柴油重卡在50万英里运行中累计节油30％，其电池包全生命周期内(50万英里)等效累计吞吐电量需高达30万千瓦时。如选用生命初期(bol)30千瓦时有效容量的电池包，考虑电池包生命末期(eol)容量衰减20％，则需要其等效深度充放电(100％dod)循环寿命要高达1.2万次。ace重卡电池包对电芯性能和寿命的要求明显高于新能源乘用车对电芯的要求。受限于当前世界车规锂离子电芯产业化发展水平，ace重卡需要连续仔细地控制电池包的实际充放电工况(电芯的soc、电压、充放电电流倍率、温度等)，才能保证电池包性能达标，寿命超长。

功率型电池包要实现超长寿命，必须在高倍率部分充放电(hrpsoc)工况下，严格控制电池包所有电芯的荷电状态(soc)。功率型电芯的充放电soc上红线(url)一般在80％至90％，下红线(lrl)一般在10％至20％，最佳上限(bul)65％至75％，最佳下限(bll)30％至40％。电池包soc在最佳下线(bll)到最佳上线(bul)之间工作时，所有电芯的性能、安全性、和循环寿命最优。如果在电池包soc红线范围之外继续高倍率充放电，对电芯的瞬态性能、安全性、和循环寿命都有严重的长期负面影响。

ace重卡的电池包可以工作在三种不同的模式下：1)在荷电保持模式(cs)下，电池包的瞬态荷电状态(soc)和分钟级时间平均soc两者都始终保持在其最佳上限(bul)到最佳下限(bll)之间连续变化。2)在荷电消耗模式(cd)下，电池包的瞬态soc和分钟级时间平均soc两者都始终保持在上红线(url)到下红线(lrl)之间连续变化，而且其分钟级时间平均soc值随时间持续下降。3)在荷电增加模式(ci)下，电池包的瞬态soc和分钟级时间平均soc两者都始终保持在上红线(url)到下红线(lrl)之间连续变化，而且其分钟级时间平均soc值随时间持续上升。

ace重卡010在串混模式下(离合器111断开)或并混模式下(离合器111闭合)，vcu201协同aiu202，根据车辆参数配置、运行工况、瞬态路载功率、和电子地平线道路三维信息(特别是纵坡函数)，对发动机101的瞬态输出功率进行智能启停控制(iss)或智能功率切换控制(ips)，连续调节发动机输出功率的时间平均值(例如五分钟或十分钟滚动时间平均)，通过控制epsd123三端口之间百千瓦级电功率动态分配，可实现车辆在上述三种荷电模式(cs、cd、ci)中任意一种模式下的连续运行和各模式间的平顺切换。在荷电维持模式(cs)下，发动机101的分钟级时间平均输出功率基本等于车辆路载功率的分钟级时间平均值，车辆驱动(串混或并混)以发动机101为主，电池包130a或130b给驱动电机140或170供电，实现对瞬态路载功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。在荷电消耗模式(cd)下，发动机分钟级时间平均输出功率明显小于车辆路载功率的分钟级时间平均值，车辆驱动(串混或并混)以发动机101为辅，主要靠电池包130a或130b给驱动电机140或170供电，实现对瞬态路载功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，此时电池包soc分钟级平均值随时间连续下降。在荷电增加模式(ci)下，发动机分钟级时间平均输出功率明显大于车辆路载功率的分钟级时间平均值，车辆驱动(串混或并混)以发动机101为主，驱动电机的削峰填谷为辅，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，发动机的机械功率除大部分在并混模式下直接或串混模式下间接用于驱动车辆外，剩余部分机械功率通过发电机110给电池包130a或130b持续充电，保证电池包soc分钟级平均值随时间连续上升。

电池包130a&130b中存储的电能分两种，一种是由发动机101驱动发电机110所产生的“发动机荷电”，为“高成本电能”；另一种则是通过驱动电机140或170通过再生制动回收能量所产生的“再生制动荷电”，可视为“准零成本电能”。要想最大限度地降低ace重卡在每个运输事件中的综合油耗，需要尽量将电池包(130a或130b)中的电能(即荷电)随放随充，提高电池包的累计吞吐电能或荷电周转率。ace重卡节油策略的核心就是在保证车辆动力性和主动安全性的前提条件下，充分利用电子地平线内的先验道路三维数据和道路沿途的纵坡变化带来的百千瓦级的纵坡功率，通过sael1级预测性自适应巡航控制(pac)，动态调节车辆机械功率流和电功率流，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，混动车辆在荷电维持(cs)、荷电消耗(cd)、和荷电增加(ci)三种模式之间不断切换，谋求最大限度地提高电池包累计再生制动荷电吞吐量或周转率，同时尽量减少发动机荷电累计吞吐量或周转率，以达到最佳节油效果。

电池包130a&130b放电时通过驱动电机140和170给ace重卡010提供驱动功率，充电时通过驱动电机140和170再生制动回收能量。在并混模式下(离合器111闭合并锁定)，发电机110也可以参与再生制动，回收能量，能进一步提升再生制动荷电吞吐量，改善节油效果。当ace重卡上长坡且电池包130a&130b荷电基本耗尽(soc接近0％)，此时的车辆动力性完全取决于发动机101的峰值功率，如发动机101的峰值功率不够大，则只好换低挡，减速继续爬坡，暂时降低车辆的动力性和货运时效性。一直要等到本车前方出现平路或下坡时，发电机110和/或驱动电机140&170才能有机会再利用再生制动给电池包130a&130b充电。

今后二十年，基于硅igbt或碳化硅(sic)mosfet的电力电子功率模块的性价比年改善率要明显高于电机或电池包的性价比年改善率。继续参考图2，优先考虑在设计电域功率分流器epsd123所包含的几大百千瓦级电力电子功率模块时(端口i内接标配发电机110的逆变器121，端口ii内接标配主逆变器122a和选配副逆变器122b，端口iii内接软开关133、标配主斩波器132a和选配副斩波器132b等)，在电力电子硬件的功能和性能方面都应留有余地(过设计，over-design)，以便后续通过软件远程升级迭代(ota)，改善各子系统的现有性能和功能或增加新功能。逆变器121的峰值功率pigx应比发电机110的峰值功率pgx高近20％，主逆变器122a的峰值功率pimx应比主驱动电机140的峰值功率ppmx高近15％，副逆变器122b的峰值功率应比副驱动电机170的峰值功率psmx高近20％，且ppmx>psmx。主斩波器132a和副斩波器132b的峰值功率总和应比主驱动电机140的峰值功率ppmx高近30％。

功率半导体模块例如igbt或sic性价比年平均改善速度要明显高于电池包、电机、和刹车电阻。可以充分利用全球功率半导体产业的不断创新和升级，采用多种电力电子电路拓扑结构来实现高性价比的电功率分流器epsd123。具备硬件设计余量的epsd123从一开始就是一种基于软件定义的电域功率分流器，可通过软件远程升级迭代(ota)不断改善和进化已有的功能或增加新功能。采用上述模块化设计策略，epsd的三个端口与外接的电机和电池包等机电负载可采用行业标准的机械和电气接口，方便灵活配套多家优质汽车供应商提供的满足性能要求及目标成本的各种电机和电池包，持续改进和提高ace重卡整车性价比，长期保质保供。

逆变器(invertor)是电机控制器(mcu)的核心部分。在本公开中，逆变器应理解为以逆变器为核心的完整的三相交流电机控制器，有多种成熟的电路拓扑结构可以实现，对本领域普通技术人员不会产生歧义。逆变器(121，122a，122b)以矢量控制(vectorcontrol)方式精准控制三相交流电机(110，140，170)的转速和转矩，可以实时(毫秒级)连续地调节百千瓦级电机功率的幅度和流向。斩波器(132a，132b)为双向升降压直流-直流转换器(boost-buck),高压侧双向电联接epsd123的直流母线，优选直流母线额定电压范围为600v～750v；低压侧双向电联接电池包130a&130b，优选电池包额定电压范围为320v～450v，尽量和主流新能源乘用车的电压平台靠近，还可以选择更高的电池包额定电压范围：500v～700v。斩波器132a&132b即可以灵活匹配各种不同额定电压(320v～750v)的电池包130a&130b，还可以根据动力电池供应商为保证其电芯全生命周期内的性能、安全、和循环寿命达标，对不同电芯内部温度及荷电状态下的电芯所提出的不同充放电技术要求，通过软件定义和远程升级迭代(ota)斩波器的重卡程序，为每个电池包自动地定制并更新充放电控制方案。ace重卡的整车控制器(vcu)201和aiu202能根据其节油控制策略，指挥epsd123实时连续地调节三个相互关联的百千瓦级电功率时间函数，包括独立变量发电机功率pg(t)，独立变量驱动电机功率pm(t)，和非独立变量电池包充放电功率pb(t)，随时满足epsd直流母线汇流点x处的电功率平衡方程：

pm(t)+pg(t)+pb(t)＝0。(5-1)

该电功率平衡方程方程等价于前面串混模式下的方程(2-2)和并混模式下的方程(3-2)。

优选地，标配的主驱动电机140为永磁同步电机，额定功率范围200kw～300kw，峰值功率范围300kw～450kw，峰值转矩范围1800nm～2500nm。驱动电机140也可选用满足功率和转矩要求的交流感应电机或磁阻电机。主逆变器122a的峰值功率应高于主驱动电机的峰值功率15％以上，留有余量。油电混合乘用车的年销量比油电混合商用车高近两个数量级，所以尽量选择与乘用车共用某些核心零部件，可有效降低混动商用车的成本并保证批量供应。电动(包括油电混动)乘用车所用单个电机和逆变器的额定功率通常小于180千瓦。驱动电机140还可选配额定功率180kw～250kw，最大转矩350nm～500nm的大型新能源乘用车所用的永磁同步电机，采用平行轴布置，通过齿轮比4～8范围的减速器与变速箱的输入轴双向机械联接。

针对图1的6x2或6x4的ace重卡系统框图，标配发电机(mg1)110与发动机101的飞轮端双向机械联接(即所谓混动p1位置)，同时还与离合器111的一端双向机械联接。具体机械联接结构又分两类，i类为单轴同轴结构，三者(发动机、发电机、离合器)串在同一根机械转传动轴上，此时发电机110的转速与发动机101的转速完全相同(转速比1.0)，可优选额定功率160kw～250kw，最大转矩1500nm～2300nm的永磁同步电机；ii类为平行轴结构(多轴)，通过齿轮将三者双向机械联接，此时发电机110与发动机101通过齿轮减速器联接，转速比固定。重卡发动机高效区的转速范围一般为：1000转/分～1800转/分。发动机稳定低转速，高负荷工作时，其比油耗(柴油g/kwh)最低。发动机和电机的功率与其转速和转矩的乘积成正比。同时发动机和发电机的最大转矩与其体积、质量、和价格正相关。采用ii类多平行轴结构可通过定速比减速器将发电机110与发动机101的转速比提升到3.0～8.0范围，从而有可能选配新能源乘用车成熟的供应链体系内的大功率永磁同步电机，大幅降低发电机110的体积、质量、和价格，保质保供。发电机110还可选择额定功率在150kw～250kw，峰值转矩小于500nm的中速(最高转速12000转/分)车规永磁同步电机。

标配主驱动电机(mg2)140与离合器111的另一端双向机械联接(即所谓混动p2位置)，同时还通过柔性联轴器152与自动变速箱150的输入轴双向机械联接。具体机械联接结构又分两类，i类为单轴同轴结构，三者(离合器、驱动电机、变速箱)串在同一根机械传动轴上，此时驱动电机140的转速与变速箱150输入轴的转速完全相同(转速比1.0)；ii类为平行轴结构(多轴)，通过齿轮将三者双向机械联接，此时驱动电机140与变速箱150输入轴的转速比固定。当离合器111闭合时，发动机101飞轮端的输出轴与变速箱150的输入轴同心同轴双向机械联接，两者转速相同，转速比为1.0。一般重卡变速箱输入轴的最大输入转矩小于2500nm。采用ii类平行轴结构可通过固定速比减速器将驱动电机140与变速箱150的输入轴的转速比提升到2.0～6.0范围，从而有可能选配新能源乘用车体系内的大功率永磁同步电机，大幅降低驱动电机140的体积和价格。此时主驱动电机(mg2)140可优选额定功率在175kw～280kw之间的永磁同步电机。i类结构下，驱动电机140为低转速(最高转速3000转/分以下)大转矩(峰值转矩1500nm以上)的永磁同步电机或交流异步电机；ii类结构下，驱动电机140为中高转速(最高转速12000转/分以下)中转矩(峰值转矩500nm以下)的永磁同步电机或交流异步电机。后者比前者体积和质量小，价格低。

选配的副驱动电机(mg3)170即可以配置在变速箱150输出轴与驱动桥160之间(所谓混动p3位置)，也可配置在第二驱动桥180之前(所谓混动p3位置)，二者都是双向机械联接。重卡驱动桥输入端的峰值转矩可高达20000nm以上，副驱动电机(mg3)170与驱动桥(160或180)之间需加一个减速器，速比范围5.0～15.0。可优选额定功率在100kw～150kw，峰值转矩小于600nm(牛米)的永磁同步电机或交流异步电机。

图1中，变速箱150的输入端通过柔性机械联接器152与主驱动电机140的输出端双向机械联接，其输出端与第一驱动桥160双向机械联接。优选地，采用输入端最大转矩低于2500牛米的重型5速～12速的自动机械变速箱(amt-5～amt-12)，也可选用重型双离合器变速箱(dct)或带液力转矩转换器的自动变速箱(at)。与发动机低转速时转矩较小的动力特性不同，驱动电机低转速时转矩最大，所以该自动变速箱5～8前进速度挡足够用，无需更多挡位。但本公开中ace重卡包括变速箱的驱动转动系统并非传统发动机重卡的单向机械功率传递，而是双向机械功率传递，所以自动变速箱内的主要轴承和齿轮需要强化设计和制造，才能保证其性能和寿命都达标。

本公开中，副驱动电机170、逆变器122b(即电机控制器mcu)、和第二机械驱动桥180可三者合一构成“集成电驱动桥”(integratede-axle)。6x2传统柴油机重卡也可选配集成电驱动桥而变成6x4混动重卡，但此时发动机加变速箱的纯机械式动力总成与集成电驱动桥相互独立运行，缺乏密切协同，节油效果并非最佳。与现有技术不同，本公开图1中的ace重卡，其集成电驱动桥与包括发动机101、发动机控制单元101、发电机110、epsd123、主驱动电机140、电池包130a&130b、离合器111&112、变速箱150、和变速箱控制单元151在内的至少一个子系统动态强耦合且密切动态协同，共同受控于整车控制器(vcu)201，根据具体车况和路况，通过机械功率流和电功率流两大回路动态调整，共同驱动ace重卡，达到同时优化车辆动力性和节油性的有益效果，同时还改善了车辆动力性和刹车安全性，并增加了车辆动力系统和刹车系统的冗余度。

发动机101可选择排量11l～15l、峰值功率280kw～450kw、峰值转矩1800nm～2500nm的大型重卡柴油机或天然气发动机；还可以选择排量7l～10l、峰值功率250kw～320kw，峰值转矩1200nm～1850nm的中重卡柴油机或天然气发动机。混联ace重卡采用当今世界主流的11l～13l的柴油机，性价比最优。例如，ace重卡配置一台当前市场用量最大的11l柴油机(基本型或高级型)，峰值转矩2200nm@1200rpm，峰值功率300kw@1800rpm；额定功率175kw的永磁同步发电机；额定功率200kw的永磁同步驱动电机；连续充放电功率大于250kw且生命终期(eol)有效容量30kwh的超长寿命功率型电池包；在并混模式下和发动机高效区内(1100rpm～1800rpm)，发动机和双电机三者可协同发力，车辆变速箱输入轴总驱动转矩可高达3000nm以上，其车辆动力性(载货高速爬坡、加速超车等)要明显由于配置高级16l柴油机的传统高端重卡。该ace重卡同负载、同路径货运事件的实际综合油耗(升/百公里)比任何传统柴油重卡都要降低25％以上，而且ace重卡可实现的最佳油耗与该车司机的驾驶水平无关。

以上内容描述了根据本公开的ace重卡系统，是实现干线物流应用场景下ace重卡节油减排的混联系统架构和硬件系统基础。接下来将进一步描述如何利用车载三维电子地图、车载导航设备、以及云计算平台上(例如，云端服务器)存储的ace重卡运行结构化大数据，结合机器学习的算法和云平台算力，培训云端和车端的节油ai大脑，来进一步实现ace重卡高速公路上同车道内的的预测性自适应巡航(pac)，实现节能减排的有益效果。

在图1的某些实施例中，该ace重卡上载有地图仪(mu)240和卫星导航接收机(gnss)220。地图仪(或称导航仪)240中预先存储有的覆盖全部高速公路和其它主要半封闭式道路的三维电子地图(或称3d地图)，而该3d地图信息包括但不限于：全旅程公路描述车辆绝对位置的经度、纬度、以及特别是指示道路纵向坡度(诸如图3中所示的上坡角度αu和下坡角度αd)的信息。例如，如图1所示的车载地图仪240内存中可以包含道路米级定位(经纬度)和纵向0.1度精度的纵坡信息的3d地图。包含上述道路三维信息的各种高级驾驶辅助系统(adas)地图，在全球主要汽车市场，均已实现批量商用。

卫星导航仪(gnss)220用于实时地测算ace重卡010所处位置(即当前位置)的经度、纬度、海拔高度、纵向道路坡度、纵向线速度等信息。在某些实施例中，采用双天线221和222输入的载波相位动态实时差分(rtk)技术的卫星导航接收机(简称“rtk接收机”)220，能以每秒十次的测量速度(测量频率10赫兹)对ace重卡进行实时精准定位和测姿。国际卫星导航系统(gnss)目前有四大独立体系，美国的gps、俄国的glonass、欧盟的galileo、和中国的北斗bd。目前北斗三号可对以中国为核心的亚太地区和“一带一路“沿线各国提供最新卫星导航服务，2020年预计完成全球覆盖。同时中国的北斗系统已与其它三家卫星导航系统签署兼容协议。优选地，采用含最新北斗三号rtk芯片的卫星导航接收机(gnss)220，匹配安装在重卡驾驶室顶部间隔至少一米的两个卫星天线221和222，实时动态测算车辆的授时、速度、位置(经/纬度)、和纵向姿态(即道路纵坡角度)。该rtk芯片可根据收到gnss四大体系中任意组合的四颗导航卫星的相互独立的信号，完成卫星导航定位及测姿的测算。授时精度50纳秒，测速精度0.2米/秒，水平面经纬度定位精度小于2.5米，公路纵坡进度小于0.15度，最高测算频率10赫兹。该rtk导航仪无法实时准确测算车辆轮下路面的垂直海拔高度。同时世界许多国家，对精准海拔高度信息的测绘和发布严格管控。所幸本公开对车辆路面绝对海拔高度的测量精准度要求不高，10米级即可。在某些实施例中，也可以采用单天线卫星导航接受机加惯性导航仪(imu)来完成车辆三维定位和导航。基于多个微机电系统(mems)加速度传感器和陀螺仪(gyro)加专用处理芯片的车规量产imu能以高于10hz的测量频率和0.1度的测量精度实时测量ace重卡所行驶的道路的纵坡函数。gnss220即可以是双天线rtk接收机，也可以是单天线卫星导航仪加惯导imu。需要强调，因为ace重卡高速行驶时道路纵坡函数瞬间0.1度级微小变化是大幅节油减排的秘密源泉，所以采用gnss220实时精确地测量高速公路沿途纵坡分布函数实现本公开至关重要。gnss220的道路纵坡测量精度和速度都远高于当前重卡自动变速箱所配置的纵坡传感器。

每辆ace重卡的实际油耗，和该重卡各重要子系统的配置参数常量、车辆总质量(牵引头加载货挂车)这一离散变量、车速和加速度这二个连续变量、行驶路径的经度、纬度、和纵坡分布函数这三个连续变量等几个参数或变量高度相关，与包含所有ace重卡在所有道路上行驶的宏观平均油耗关联度很低。ace重卡的司机，在货运出发前，给系统输入本次货运事件路径的起点和终点，重卡节油机器人就能自动地请求云端001人工智能(ai)节油大脑处，借助云端存储的所有历史上在该路段运行的众多ace重卡运行的节油数据集，实时地计算并下载针对该车辆和特定路径所定制的默认最佳节油控制策略，再结合车端aiu202(ai推理芯片)进行边缘计算，实时地修改并优化节油策略，每辆ace重卡，无论其司机是否有该特定货运线路的驾驶经验，都可以依靠所有ace重卡的集体经验和智慧，每次都能一致性地实现最佳油耗，节能减排效果与司机的经验和水平解耦。

ace重卡010能够自动地采集、标注、车端存储、云端上传整个货运事件的节油数据集。节油数据集包括ace整车010、发动机101、变速箱150、发电机110、驱动电机140或170、电池包130a或130b、离合器111、gnss220、epsd123等关键子系统在整个货运事件中的全面动态运行数据，是关于ace重卡能量管理的专用结构化大数据，是训练和持续自主进化重卡节油机器人的机器学习算法的“数据石油”。

ace重卡运行结构化大数据的核心内容之一是其电功率分流器(epsd123)的运行大数据，包括如下内容：采样及记录频率至少10.0hz，根据卫星导航接收机220的授时来校准所有子系统控制器的时钟，每个采样时刻点ti，ace重卡的各个微控制器指挥传感器本地采集并存储至少下列变量值：车辆010的经度llg(ti)、纬度llat(ti)、纵坡g(ti)、车速v(ti)、车加速度a(ti)、发电机110的直流电流ig(ti)、驱动电机140&170的直流电流im(ti)、电池包130a&130b的直流电流ibat(ti)、直流母线汇流点的电压vbus(ti)、电池包130a&130b的荷电状态cbat(ti)、刹车电阻131的直流电流ibk(ti)、车外环境温度t(ti)、环境风速及风向vxyz(ti)。还可以本地采样并存储采样时间点(ti)各个电机(发电机110、主驱动电机140、副驱动电机170)、发动机101、自动变速箱150的主要时间变量类运行数据，例如转速、转矩、挡位等。还可以采集并存储发动机101输出功率函数在串混模式下的智能启停控制(iss)脉冲序列或并混模式下的智能功率切换控制(ips)脉冲序列的周期、幅度、占空比等数据。需要强调，上述ace重卡的节油数据集，必须使用本公开图1或图2所示的混联ace重卡系统来动态实时随车一次性集中采集并存储；而且无法分散(分时、分地、分子系统或分车)采集或模拟后再拼接而成。初期训练和后续持续改善云端或车端节油机器人的人工智能(ai)大脑时，可采用多种开源或专用机器学习算法和随需随购的网联计算机算力，结合上述专用结构化大数据来完成。ace重卡运行结构化大数据为专有，非公开，积累越多则价值越大，可以为使用本公开的企业不断提高竞争优势。在某些实施例中，车辆控制器(vcu)201可以被配置为：基于预先存储在地图仪240中3d地图的货运事件沿途电子地平线(米级间隔密度)的经纬度(等效米级定位精度)、纵向道路坡度(简称“纵坡”，0.1度精度)，和/或基于由卫星导航接收机(gnss)220所测算的所述车辆所处位置处的经度、纬度、海拔高度、纵坡等数据，来对下列至少一个子系统，包括epsd123、发动机101、发电机110、驱动电机140或170、离合器111、变速箱150、和电池包130a或130b以“独立”方式进行预测性功率控制，在保障车辆行驶动力性和安全性的前提下，追求ace重卡实际油耗最小化。

可选地或附加地，当预存在地图仪240内的3d地图中的先验道路信息与由卫星导航接收机(gnss220)实测的道路信息之间的偏差超出允许公差范围时，尤其是在车辆当前的纵坡数据(作为节油的关键信息)出现偏差超出允许公差范围的时候，则vcu201可优先以gnss220实测的纵坡数据为准，来控制epsd123三端口之间的瞬态电力功率分布，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。如果此时车辆的速度或加速度明显偏离控制预期值，则说明实际情况是gnss220的实测数据出错，而3d地图的先验数据正确，vcu201则可根据ace重卡epsd123三端口的瞬态功率分布参数、车辆010纵向线速度和加速度，结合车辆动力学方程，进行车辆在环模拟计算后做出判断，改选以车载三维电子地图为准，实现自动纠错功能。

gnss采用双天线rtk接收机方案系统较复杂，性能优越，但成本较高。当然，为降低系统成本，也可选用只有单天线221而没有天线222的卫星导航接收机220，同时选配包含单轴或多轴动态倾角传感器的惯性导航仪(imu)来实时测量行驶车辆的绝对定位(经度/纬度)和道路纵坡。动态倾角传感器有多种实现方法。其中一种高性价比的实施方案为车规微机电系统(mems)的加速度传感器(accelerometer)、陀螺仪(gyroscope)再加专用芯片集成。在下面的若干实施例中，将以示例性方式阐释vcu201是如何利用车辆动态三维导航信息(尤其是道路纵坡分布函数)来实现自动化预测性节油控制。再次指出，下面具体示例并不应被理解为限制本公开的保护范围，而完全是出于为了本领域技术人员更好地理解本公开的目的。

例如，在一些实施例中，当测算到车辆前方斜坡路段的坡度大于预定义的第一坡度阈值(例如，大于2.0°)并且斜坡路段的长度大于预定义的第一长度阈值(例如，大于15公里)长坡时，vcu201可指挥发动机101驱动发电机110，提前增加发电功率，进入荷电增加(ci)模式，确保电池包130a&130b在上长坡前数秒时间或百米距离达到满充(soc接近100％),有足够电能为车辆爬长坡时助力，而且最好在车辆到达长坡顶端时，基本耗尽电池包电量(soc触达下红线lrl)，以便车辆下长坡时能够通过再生制动回收最多的近零成本的电能。这尤其适于前方路段具有“长坡”的情景。

在一些实施例中，当车辆前方百公里范围内的高速公路仅有短坡，指坡度小于预定义第二坡度阈(例如，小于3.0°)值并且坡度路段的长度小于预定义的第二长度阈值(例如，小于10公里、或甚至小于2公里)的路段，vcu201可通过智能启停控制方式(iss)或智能功率切换控制方式(ips)来调节发动机101的平均输出功率，进入荷电消耗(cd)模式或荷电维持(cs)模式。这尤其适于前方路段具有“短坡”(也可以称为“小坡”)的情景。因为坡度长度较短(例如小于2公里)，所以在电池包130a&130b将其存储的电能释放完之前，车辆就已经爬上坡顶，在随后的下坡阶段，很快又能通过驱动电机140百千瓦级再生制动功率给电池包130a&130b再次充电，回收千瓦时级能量。通过这种方式，能增加容量有限的功率型电池包的电能吞吐周转率，特别是增加准零成本的再生荷电的电能吞吐周转率，比使用上百千瓦时大容量的电池包(体积/重量大，价格高)方案性价比更高。

返回参考图1，出于行驶安全性的考虑，在一些实施例中，ace重卡还可以包括安装在重卡前端的汽车级毫米波雷达模块(mwr)230和雷达天线231，用于实时监测重卡与其正前方同车道跟随车辆之间的绝对距离和两车的相对速度。所述长距离毫米波雷达(lrr)的前方最大探测距离范围：200米～500米，水平视角(fov)范围：+/-10度。毫米波雷达230还可以包括车规级短距离大视角雷达(srr)，最大探测距离70米，视角范围+/-65度。还可采用车规级前视单目或双目摄像头加处理芯片，最大探测距离超过250米，与前视毫米波雷达(lrr&srr)融合，增强车辆前端测速和测距的性能和系统鲁棒性。如需要保证车辆前视速度和距离传感器系统的冗余性和鲁棒性，还可加装一个小视角(fov+/-10度)前视16线或32线的低成本激光雷达(lidar)。本公开图1中的毫米波雷达mwr230，应理解为上述三种测量车辆前方物体速度和距离的传感器的任意组合。

在一些实施例中，重卡还包括车载无线通信网关(t-box)210和外接天线211，通过三代/四代/五代(3g/4g/5g)蜂窝移动通信网002(参见图3)，让重卡010与云计算平台001联网，还能支持v2x(车-路、车-车、车-网、车-人等)实时通讯。

这样，vcu201可以从包括卫星接收机220、毫米波雷达230在内的众多车载传感器接受信号，实时操控包括发动机101及其控制模块(ecu)102、发电机110、电功率分流器epsd123(内含逆变器121、122a&122b，大功率软开关133，斩波器132a&132b)、电池包130a&130b、驱动电机140和170、自动变速箱150及变速箱控制器(tcu)151、地图仪240等模块或子系统的任意组合，通过“交响乐队式”的多模块实时动态协同，实现ace重卡高速公路同车道内行驶预测性自适应巡航功能(pac)，即sael1或l2级自动驾驶，解放司机的双脚，减轻驾驶劳动强度，同时优化车辆的动力性和节油性，并且在70万公里保质期内保证车辆实际尾气污染物排放稳定达标(国-6、欧-6、epa-2010)。

vcu201可以有效地利用50公里范围，甚至500公里范围的电子地平线三维道路信息，通过累计顺序100米路段颗粒度的ace重卡实时预测性自适应功率控制，在保证车辆动力性的前提下，实现车辆全旅程综合油耗最小化。

此外，ace重卡在封闭的高速公路行驶时，还可由司机人工开启或关闭附加的预测性自适应巡航(pac:predicative-adaptive-cruise-control)功能，结合已量产商用的高级辅助驾驶系统adas，实现sael1或l2级自动驾驶功能，基本解放了司机的双脚，减轻其驾驶劳动强度。从驾驶安全角度考量，pac功能只有在不拥堵的封闭式高速公路工况(平均车速不低于45公路/小时)下才可以启用。

在一些实施例中，上述预测性自适应巡航(pac)可包括下列三种模式：1)普通模式n(normalmode)、2)节油模式eco(ecomode)、和3)高性能模式p(performancemode)。

举例来说，一辆乘用车总重仅两吨，最大驱动功率可超过100kw,而一辆满载重卡总质量(或重量)高达40吨，最大驱动功率也只有350kw，重卡的单位重量的驱动功率(千瓦/吨)远小于乘用车，两种车辆的动态行驶特性差异巨大。重卡在空旷的高速公路行驶时，很难保持恒速上下1.0度以上的纵坡，也很难保持恒定距离地跟随正前方的乘用车，每次上坡加油或下坡刹车都导致油耗增加。ace重卡进入pac巡航控制时，需要根据司机选定的车辆额定巡航速度vc和模式，来合理设定巡航速度带的上限和下限，并将车辆控制在巡航速度带内。上述三种pac模式侧重点不同，普通模式(n)兼顾节油和货运时效(即车辆动力性)；节油模式(eco)侧重节油而放松货运时效要求；高性能模式(p)强调货运时效而放松节油要求。优选地，可选择下列巡航速度带的上下限值。

普通模式(n)下，巡航车速(1.0-0.08)vc<v<(1.0+0.05)vc且不可高于该路段的法定最高车速；节油模式(eco)下，巡航车速(1.0-0.12)vc<v<(1.0+0.05)vc且不可高于法定最高车速；高性能模式(p)下，巡航车速(1.0-0.05)vc<v<(1.0+0.08)vc且不可高于法定最高车速的105％。

vcu201根据包括车辆总质量、车辆的配置参数和车速等运行信息，结合车辆当下的3d道路信息(经度、纬度、纵坡)和地图仪240存储的车辆电子地平线范围道路的纵坡分布函数和弯道曲率等三维信息，动态调整自适应巡航的安全跟车距离ls。与快速行驶的乘用车不同，前方道路纵坡数据(正负/大小)对载货高速行驶的ace重卡的动力性和刹车有效性影响巨大。虽然乘用车因为其单位质量的驱动功率(千瓦/吨)和刹车功率都数倍于重卡，没有必要根据道路纵坡分布函数来动态地调节其安全跟车距离ls，但动态调整ls对ace重卡在上述pac模式下行驶安全性十分重要。安全跟车距离ls可再细分为三个特定距离：l1为预警距离，l2为警告距离，l3为危险距离，其中l1>l2>l3。vcu201可根据车辆配置参数和行驶工况数据(例如车辆总质量，车速等)、实时天气情况(风、雨、雪、冰、温度等)、和车辆前方公里级范围内的3d道路数据(经度、纬度、纵坡等)，动态计算上述三个跟车距离(l1、l2、l3)。

当ace重卡与正前方车辆间距ls逐渐小于l1、l2、和l3而且相对速度v>0时(表示不断缩短两辆车之间的跟车距离)，vcu201通过车内声觉、视觉、触觉等多种物理信号逐级提升其示警力度，提醒司机。同时vcu201控制发电机组(101和110)和驱动电机140和170，先逐步减少各个动力源的平均输出功率，当驱动电机140和170的输出功率降至零点后，还可以逐步增加其再生制动功率，给车辆减速，并通过给电池包130a&130b充电，来回收能量。但驱动电机500kw的最大再生制动功率，对高速行驶的满载重卡而言，也只够满足减速度约0.1g(g为重力加速度)的辅助制动减速要求。遇紧急情况，必须依靠司机踩刹车板，启动重卡的机械制动系统，才能实现减速度大于0.2g的紧急制动。司机刹车反应时间加上重卡机械制动(气动刹车)系统响应时间总和约1.0秒。而vcu201上述由百千瓦级驱动模式转换为百千瓦级再生制动模式的系统响应时间在25.0毫秒内完成，比传统重卡司机+机械制动系统的反应速度快几十倍，而且电力再生制动系统与机械刹车系统完全相互独立。ace重卡的驱动电机再生制动功能，即改善了车辆的综合刹车性能，又提供了安全冗余性。ace重卡预测性自适应巡航(pac)除节油减排外，还可以提升车辆行驶的主动安全性，减少车辆追尾事故。当ace重卡的运行在并混模式下时(离合器111闭合锁定)，发电机110，驱动电机140和170都可以共同参与车辆驱动或再生制动，还加上发动机101的直接驱动或发动机制动，此时车辆的动力性和刹车有效性都优于串混模式(离合器111断开)。

预测性自适应巡航(pac)工作情景可分为两类。第一类是当同车道前方200米距离内无车辆时，车辆根据节油控制算法，将ace重卡控制在指定的车速带内行驶。第二类是当同车道正前方200米内有前行车辆时，优先需将ace重卡控制在安全跟车距离ls以外，然后再考虑节油控制算法。

干线物流重卡不时会遇到因上下班交通高峰、修路、或交通事故等因素造成的拥堵道路(平均车速低于40公里/小时；主动加减速频繁)，此时司机驾驶劳动强度和重卡油耗都猛增。拥堵的高速路是公路物流行业的长期“痛点“之一，而且中国比美国高速路平均拥堵程度更高。ace重卡此时可开启“智能跟车”功能，该功能只能在封闭道路低速行驶时(平均车速低于30公里/小时)才能使用，不适合在开放的城市或郊区道路上使用。利用前视雷达(srr)加摄像头230，在封闭的拥堵公路段，与同车道正前方领航车保持设定的安全跟车距离l0，由vcu201指挥ace重卡断开离合器111，在串混模式下运行，对发动机101采取智能启停控制(iss)，主要在荷电维持模式(cs)下运行，完全由驱动电机实现车辆频繁主动加速或刹车。驱动电机140和170从零转速起到额定转速范围内都能够保持其最大转矩输出，ace重卡的启动加速性和刹车减速性都明显高于传统发动机重卡，甚至可能和传统发动机普通轻卡的加减速性能相媲美。此时重卡低速频繁刹车，十分有利于百千瓦级再生制动回收能量。ace重卡在“智能跟车“模式下，比传统发动机重卡更加节油(节油率可大于30％)，同时还可大幅减轻司机的驾驶劳动强度。

载货重卡高速公路下长坡行驶时，机械刹车系统因长时间制动摩擦生热而性能下降(brakefade)甚至完全失效的风险不可忽略。2018年3月，中国兰海高速公路兰州某收费站，因一辆重卡经17公里长下坡路段行驶时，刹车系统过热失灵，撞向多辆排队缴费的乘用车，造成17人死亡，34人受伤的特大交通事故。欧洲法规要求干线物流重卡必须加装重卡缓速器，美国和中国的重卡虽无法规强制要求，但越来越多的用户选装重卡缓速器。现有量产的缓速器，例如电涡流缓速器、液力缓速器、和发动机缸内制动缓速器都各有优缺点。电涡流缓速器和液力缓速器都只有一项缓速功能，不参与车辆驱动，还增加车辆的重量和万元人民币以上成本，且车辆低速时其缓速效果下降。发动机缸内制动缓速器虽能一机多用，但缓速制动噪声巨大，制动功率大多低于发动机的峰值功率，且车辆低速时其缓速效果下降。本公开的ace重卡动力总成，除节油减排的有益效果外，还能通过电机(110、140、170)再生制动加发动机101制动，实现ace重卡长下坡缓速器功能，不需增加任何硬件，就可完全取代电涡流缓速器或液力缓速器，比上述已商用的几种重卡缓速器性产品的价比都高。

ace重卡010遇到长下坡道路时(纵坡绝对值大于2度，坡长大于5公里)，纵坡功率足以克服滚动功率加风阻功率，驱动车辆恒速下坡，多余的纵坡功率需通过电机(110、140、170)再生制动回收能量，避免车辆不断加速下坡，vcu201可指挥离合器111闭合锁定，车辆工作在并混模式下，此时发动机101可跳出智能功率切换控制模式(ips)，进入无燃低负载空转(不启动发动机制动功能)或无燃高负载空转(启动发动机制动功能)工况，发电机110和驱动电机140或170可协力通过再生制动发电来回收车辆下坡时的机械能量，经过epsd123给电池包130a&130b充电。当电池包130a&130b充满时(soc接近100％)，斩波器132a&132b断开电池包130a&130b，软开关133从断开状态切换至导通状态，单向电联接刹车电阻131，作为再生制动发电的有效电力负载，将多余的电能转换成热能消耗掉。并混模式下，发动机制动功率和电机再生制动功率可叠加，即可大幅提高无摩擦缓速器的总功率，又可提供两套独立冗余的缓速系统，提高重卡下坡行驶时的主动安全性。再生制动除能近零成本回收能量节油减排外，还可以大幅延长机械刹车片的寿命，明显降低ace重卡010全生命周期内刹车系统运维总成本。

本公开的ace重卡混联动力总成系统为全数字化软件定义的动力总成系统，包含sael1级自动驾驶功能。ace重卡批量商用将对全球干线物流重卡行业产生深远影响，可类比全球移动通信行业从功能手机到智能手机的产业升级换代。ace重卡很容易通过增加多种环境感知传感器、线控自动转向装置、自动驾驶ai芯片等硬件和软件升级换代，将l1级ace重卡升级成l3或l4级自动驾驶重卡。行业专家一致认为，l5级无人驾驶重卡很难在2030年前在全球主要市场进入批量商用。l1到l4级的自动驾驶重卡都必须遵从道路车辆功能安全标准iso26262，达到指定的安全等级(asil安全等级)。ace重卡具备基于包括驱动电机140和170、电池包130a&130b、和epsd123的系统集成，来实现高性能纯电驱动行驶、再生制动回收能量、自动紧急刹车辅助功能(aeba)、和长下坡缓速器功能，在车辆的传统发动机和机械刹车系统之外，增加了一套完全独立冗余的电力主动安全系统，同时还增加了冗余的车辆电力驱动系统(发动机加多电机)。本公开的ace重卡对比基于现有技术的传统发动机重卡，能够以高性价比来同时改善汽车产业的三大终极目标：安全、节能、和环保。

预计从2020年开始，在欧美较为空旷的全封闭高速公路区域能够实行重卡“阵列”(truckplatooning)初步小规模商用。所谓重卡阵列，就是通过一整套高级驾驶辅助技术(adas)加上车与车和车与云端之间的实时可靠的无线移动通讯(v2v，v2x),将两辆高速行驶重卡之间的安全跟车距离从法规要求的45米以上大幅减小到15米以内，这样有助于明显降低前后两辆重卡的风阻功率，领航重卡可节油4％，而跟随重卡可节油10％。从安全角度考虑，跟随重卡的紧急制动性能一定要优于领航重卡，以避免追尾事故。ace重卡的高速同车道紧急制动性能明显优于同总质量的传统燃油重卡，所以ace重卡总适合在重卡整列中做跟随重卡，有可能进一步节油。从节油角度考虑，重卡阵列的跟车间距并非越小越好。当跟车距离小于7米时，跟随重卡正面水箱的有效风速降低，散热效果下降，要求开启功耗几十千瓦的重卡水箱风扇，才能满足重卡柴油机所需动态散热功率要求，可能导致跟随重卡的综合油耗不减反升。ace重卡的发动机排量比传统重卡的发动机排量减少近25％，这意味其水箱的截面积和散热功率都可能减少25％左右，同时ace重卡比传统重卡紧急制动反应速度快，制动距离短，ace重卡作为跟随车辆，在无大坡的高速公路段(纵坡绝对值小于2.0度)，可以将ace重卡的重卡陈列安全跟车距离缩短到6米，甚至5米，通过进一步减少风阻功率，可能实现额外节油率超过10％。

在北美或欧洲市场，干线物流重卡司机受制于强制性交通法规，每日上岗14小时，连续驾驶11小时后，必须驻车休息10小时。在中国，重卡司机(单司机或双司机)也需要在途中停车休息数小时。驻车休息时，重卡就是司机的旅馆，驻车时驾驶室需要电力和空调，夏天制冷，冬天加热。出于节能减排考虑，欧洲已有严格的反重卡怠速法规(antiidling)，而中国和美国目前还没有全国性反重卡怠速法规，美国多个州有重卡驻车发动机怠速不超过5分钟的地方性法规。为满足欧盟反重卡怠速法规和/或改善重卡司机长途货运生活质量，每辆欧洲重卡上都装有价值上万元人民币的基于电池包或袖珍柴油机的辅助电源系统(apu)，部分美国和中国的重卡也逐渐装备上述系统。本公开的ace重卡，可在长时间驻车休息前，将电池包130a&130b充满电(soc接近100％)。电池包130a&130b和电功率分流器(epsd123)完全可以取代上述apu，在不增加硬件成本的前提下，支持重卡司机十小时驻车停发动机休息时所需的全部旅店负载(hotelload)电力需求，例如空调加热或制冷、电灯、电视、冰箱、微波炉、电磁炉等。即节能减排，又明显改善重卡司机长途货运时的生活质量。在特殊形况下，ace重卡010还可以被用作百千瓦级移动式交流放电站。

需要强调的是，ace重卡通过本公开所述高速公路同车道内预测性自适应巡航控制(pac)，实现sael1自动驾驶功能，达到综合油耗(l/100公里)对比传统燃油重卡减低30％的有益效果，主要依靠油电混合的动力总成技术，再加上车-云协同的节油数据集加人工智能节油算法，并充分利用电子地平线3d地图先验数据。人类司机手动操控ace重卡，即可基本达到节油率25％+(对比传统柴油重卡)；由“节油机器人”ai大脑指挥，实现高速公路同车道行车l1级自动驾驶(预测性自适应巡航pac)，则可以确保每辆ace重卡的综合油耗(l/100公里)与该车司机的个人驾驶能力、道路经验、和工作态度高度解耦，都能一致性地小于最优人类司机的水平。与l4/l5级自动驾驶车辆不同，本公开的ace重卡采用已成熟并批量商业化的核心零部件和系统集成技术，节油效果明显，性价比高，不依靠政府补贴，也能够在三年内落地产业化，实现规模化商用。其它已商业化的各种干线物流重卡节油技术，例如低滚动摩擦轮胎、轻量化、降风阻空气动力学(牵引车头加挂车)等，都可以直接叠加应用到ace重卡上。预计2021年前后开始批量商用化的ace重卡要比2017年版的传统柴油重卡基准线的综合油耗(l/100公里)降低幅度将超过25％。

与现有技术不同，本公开图1至图3所示实施例的ace重卡010，依靠全数字化软件定义混联动力总成，由vcu201协同aiu202指挥，通过对发动机101瞬态输出功率进行脉冲编码调制(pcm)，包括串混模式下的智能启停控制(iss)或并混模式下的智能功率切换控制(ips)，动态连续地调节发动机分钟级平均输出功率，还通过电功率分配器(epsd123),在其三端口电力电子网络外的众多电源或负载(例如发电机110、驱动电机140或170、电池包130a或130b、刹车电阻131等)之间动态调节百千瓦级电功率的流向、路径、和幅度，结合多种车载传感器，利用地图仪(mu240)的三维地图先验数据，将预测性自适应巡航(pac)、车道偏离预警(ldw)、前方碰撞预警(fcw)、自动紧急刹车辅助(aeba)等多项高级驾驶辅助(adas)功能和长下坡重卡缓速功能有效融合，除改善车辆行驶安全和降低人类司机长途驾驶的劳动强度两大益处外，还增加了通过云端和车载“节油机器人”ai大脑动态联动，如同alphagozero(阿尔法元)下围棋，通过机器学习来掌握节油策略并持续进化，实现ace重卡综合油耗完胜人类司机的有益效果。

如前面所讨论的，ace重卡在载货高速公路行驶时，通过巧妙地利用频繁出现的由道路沿途纵坡0.1度精度细微变化所产生的几十千瓦到数百千瓦的下坡纵坡功率，通过驱动电机140&170再生制动给电池包130a&130b充电，从沿途每个百米到几公里长度的下坡，均可能收获百瓦时级或千瓦时级的“零成本电能”(再生制动电荷)，细水长流，积少成多。另外，ace重卡从电池到驱动轮的综合能量转换效率比从油箱到驱动轮的综合能量转换效率高出两倍以上。换句话讲，ace重卡电池包内的电能对比油箱内的化学能，在驱动车辆做有用功时以一抵三。ace重卡高速路工况下节油的秘密，就在于最大限度地利用电池包130a&130b内累积的近零成本的“再生制动荷电”，提供部分车辆的驱动功率，通过随充随放的快速周转方式，提高电池包130a&130b全旅程充放电吞吐总电能，达到节油效果。

vcu201实时地根据车辆全旅程道路3d电子地图，审时度势，保证当车辆遇到长度超过十公里以上且纵坡大于2.0％长坡之前，有足够时间指挥离合器111接合并锁定，切换到并混模式下，发动机101和发电机(mg1)110提前将电池包130a&130b充满，并在车辆到达长坡前，安全地将车辆速度提升到法定车速上限，最大限度地延缓和减少ace重卡010爬坡途中，电池包电能耗尽后，因发动机的峰值功率不足以单独支持车辆高速恒速上坡，只好换低挡减速上坡，影响车辆动力性和运输时效性。根据车载3d地图，特别是全程道路纵坡高精度分布信息，vcu201可以在千瓦级精度下实时动态地预测车辆全程纵坡功率和车辆路载功率的时间函数，以便预测性动态调整电池包130a&130b的荷电状态(soc)，根据司机选定的各种不同的预测性自适应巡航(pac)模式，在保证行车安全性和真实排放(rde)始终合规的前提条件下，寻求ace重卡节油性和动力性二者之间的最佳动态平衡，实时地满足车辆动力学方程(1-1)。需要强调的是，某一辆ace重卡的日行驶综合油耗最优值和该车辆的配置和负载、特定旅程(或路线)沿途道路的纵坡时空函数、当日沿途气象条件、和沿途的交通状况等息息相关，而与类同配置和负载的重卡在全省甚至全国范围内宏观大数平均油耗值没有高度关联。ace重卡每分钟每个路段实现平均油耗最低，日积月累，就能保证该ace重卡每日、每月、每年、和全生命周期内累计综合油耗最优。所有不同配置和不同负载的ace重卡，日积月累形成的在特定货运路线运行的节油数据集，对该旅程运营的每一辆ace重卡，都有普遍借鉴和指导意义。

下面来描述如何利用由上述的众多ace重卡在行驶期间所记录下来的专有结构化大数据，脱敏加密后经车载无线网关210通过移动互联网002准实时地(分钟或小时级时延)上传至云计算平台001来存储，供后续分析处理。云平台001通过优选机器学习特定开源或专有算法，调集足够公有云或私有云的计算力，利用日益累计的ace重卡运行专有结构化大数据，训练云端“重卡节油机械人”的ai大脑，集中集体智慧，寻求针对特定旅程的节油最佳控制策略，向每辆ace重卡下传并提供针对该特定旅程的油耗标杆值和默认节油控制策略，使每辆ace重卡都能从中受益。每辆ace重卡利用其vcu201协同aiu202，进行车端“边缘计算”(edgecomputing)ai推理运算，根据ace重卡此时此地的环境、路况和车辆运行数据，实时动态地修改本车节油控制策略，实现该车辆该运输事件(即一车货从起点到终点)的综合油耗最小化。

在一些实施例中，在ace重卡010行驶过程中，来自上述发电机组(101、102、110、121)、epsd123、离合器111、驱动电机140和170、自动变速箱150、以及电池包130a&130b等各个主要动力总成子系统的各种运行数据均可被ace重卡010车载的多传感器“物联网”实时测量采集(测量频率5赫兹以上)，以行业常用的结构化大数据的格式集中存储在例如车载vcu201的存储器或其它车载存储器中。当然，也可以将测量数据分散式地存储在各个子系统所对应的微处理器的存储器中。所谓的“节油结构化大数据”(又称节油数据集)，是指以某种“映射关系”而被“相关联地”记录的关于ace重卡行驶过程中各个子系统运行数据的多维时间序列。

举例说明，可以利用车载卫星导航仪(gnss)220的十纳秒级超高精度授时，来动态校准包括vcu201时钟在内的各车载子系统微处理器的时钟，用有序唯一的时间序列，来标注并同步ace重卡各个子系统动态运行的结构化大数据。如图1～3所示，车辆010上包括vcu201、aiu202、发动机101、发动机控制模块102、发电机110、电功率分流器(epsd)123(内含逆变器121，122a&122b；软开关133；斩波器132a&132b)、离合器111、驱动电机140&170、电池包130a&130b、刹车电阻131、交流配电板135、变速箱150、变速箱控制器151、毫米波雷达230、移动通信网关210、地图仪240、卫星导航接收机220等重要的子系统都有对应的专用微处理器、存储器和传感器。这些子系统都能在1.0赫兹<fm<50.0赫兹的测量频率(fm)范围内，在本地车端实时地测量、计算并记录各子系统以时间为唯一性标注的主要运行数据的时间序列。例如：发动机控制模块102可以20赫兹的测量频率测算并记录车速、发动机101的转速、转矩、比油耗(bsfc)等运行数据；发电机控制器(逆变器)121能以20赫兹的测量频率记录发电机110的输入轴的机械转速和转矩、内部温度和发电机控制器121的输出直流电压、电流和内部温度等数据；epsd123可以20赫兹的测量频率记录其直流母线汇流点x处一个的直流电压函数加上各个直流电流函数等数据；电池包130a&130b所带电池管理模块(bms)能以10.0赫兹的测量频率记录其输出直流电压、电流,和其内部电芯和电池模组级别的电流、电压、温度、荷电状态等数据；逆变器122a&122b可以20赫兹测量频率记录驱动电机140、170的输出轴的机械转速和转矩、电机内部温度、逆变器直流端电流和电压等数据；变速箱控制器151能以2.0赫兹以上的测量频率记录变速箱挡位、输入端转速、输出端转速等数据；卫星导航仪220能以最高10赫兹的测量频率记录车辆的时速、经纬度、纵坡、授时等数据；毫米波雷达230能以10赫兹的测量频率记录本车辆与正前方车辆之间的距离和相对速度等数据。各个子系统的传感器测量参数可能相互有重叠，数据重叠冗余有助提高全系统的容错性和纠错性。

接下来，如图1～图3所示，vcu201以时间序列标注作为所有子系统测量数据时间序列的基准，来自动地汇总和拼装ace重卡010运行过程中产生的与ace重卡整车节油相关的专有结构化大数据，简称“节油数据集”。然后，该“节油数据集”将经由移动互联网002或有线互联网被“实时地”(亚秒级时延)或“及时地”(小时级时延)上传到云端计算平台001集中式或分布式地存储，供后续数据分析处理。

例如，可以通过无线通信网关210(如图1所示)和蜂窝移动通信网002(如图3所示)，将该节油数据集“准实时地”上传到例如云端计算平台001的服务器端存储，供后续数据加工处理。所谓“准实时”，是指节油数据包上传的时延在数小时以内。可选地，该数据包在上传之前可以被脱敏并加密，以确保数据的安全性，保护客户的隐私权和商业秘密。该云平台001将汇集所有使用本公开的众多ace重卡运行的节油数据包。利用这些日益累积增加的群体ace重卡运行结构化大数据，通过机器学习的特定算法，调配相应的算力，来训练“节油机器人”的人工智能(ai)大脑，简称“节油ai大脑”，寻求ace重卡的最佳节油控制策略和效果。云端001优选采用已商用的ai训练芯片，其特点是高通用性、高性能、高功耗、高成本；而车端aiu202优选采用ai推理芯片，其特点是专用性、低性能、低功耗、低成本。车端节油ai推理芯片和云端节油ai训练芯片实时联动，能根据不断变化的ace重卡行驶状况，可进行上百亿次/秒的运算，寻找每一秒钟、每一分钟时间段(对应行车距离二十米到一千米)的动态最佳节油控制策略，通过每一时段内取得微观最佳节油，不断累积，线性叠加，最终达到ace重卡010全旅程宏观最佳节油效果。车载节油ai大脑(vcu201加aiu202)指挥ace重卡010在高速路同车道行驶时，通过预测性自适应巡航控制(pac)来达到最佳节油效果这一问题，与谷歌公司的alphago下围棋相比较，在数学上为等价问题。如同alphago下围棋能够完胜人类，本公开的ace重卡“节油机器人”也能在重卡节油方面超越人类司机。同时还要强调，本公开的“节油机器人”不会完全取代人类司机，而是甘当干线物流重卡司机的好助手。

干线物流重卡的每一货运事件的起点和终点都是预知的,极少临时随机变化，里程范围从数百公里至数千公里，时间长度从数小时至几天。每次运货出发前，ace重卡010的vcu201能通过无线移动网关210自动地向云平台001的ai“节油大脑”要求下载针对该旅程的最优节油控制默认方案及当前最佳油耗值(升/百公里)，作为车辆vcu201和aiu202进行节油机器学习算法的本地实时运算(边缘计算)和动态调整的参考。这样，每辆ace重卡，都能够将全行业ace重卡在同路段运行的集体智慧为我享用，达到干线物流行业最佳节油效果。当司机将ace重卡开上封闭式高速公路后，即可选定pac模式(普通模式n/节油模式eco/高性能模式p)，启用预测性自适应巡航功能(pac)，由vcu201协同aiu202替代司机的部分驾驶职能，实现该重卡同车道内驾驶(加速/巡航/滑行/减速)自动化(sael1级)，解放司机的双脚，降低司机长途驾驶的劳动强度，实现节油最佳效果。司机仍然负责该车辆的转向和紧急制动，时刻保持对该重卡行驶的全方位监控。本公开的另一个有益效果是通过aiu202主管行车油耗优化，消除了由于司机人为因素而导致实际综合油耗离散性高达25％这一众所周知的干线物流行业长期痛点，保证每一辆ace重卡在同路段运行时，都能高度一致性地达到最佳节油减排效果，该亮点对运输公司降本增效而言，非常重要。

总之，本公开中带预测性自适应巡航(pac)功能的ace重卡010，与当今市场上具备类似功能的任何油电混动车辆及传统柴油重卡的本质区别在于，前者高度聚焦干线物流重卡节能减排最优化，能有效地解决全球汽车行业公认的高速公路工况下油电混动重卡与传统燃油重卡相比节油效果不明显(节油率永远小于10％)这一世界性难题，可以达到实际干线物流综合油耗降低30％以上、同时还能明显改善车辆行驶主动安全性、并保证ace重卡在中国/美国/欧盟三大重卡市场实际行驶环境下(rde)，长寿命地(70万公里排放达标质保期)满足污染物排放和碳排放法规的有益效果。换句话讲，ace重卡010在非拥堵的封闭式高速公路行驶时，司机可只负责动态驾驶任务(ddt)中车辆周围物体或事件的感知(oedr)和车辆横向控制，交由重卡节油机器人通过预测性自适应巡航(pac)这种sael1自动驾驶功能来主导车辆纵向控制。在预测性自适应巡航控制(pac)模式下，重卡节油机器人(特别包括vcu201与aiu202动态协同)根据车辆关键子系统的性能特征及参数、车辆行驶工况、电子地平线三维道路先验数据，采用基于机器学习节油算法的车辆能量管理控制策略和车载实时算力，对发动机101的瞬态输出功率在串混模式下进行智能启停控制(iss)或在并混模式下进行智能功率切换控制(ips)，使电池包130a&130b在荷电维持(cs)、荷电消耗(cd)、荷电增加(ci)三种模式之间稳定工作或平顺切换，指挥epsd123在其三端口之间，动态分配百千瓦级电功率，在满足车辆动力性、主动安全性、尾气排放rde长期达标等约束条件下，实时地满足车辆动力学方程，实现整个货运事件实际油耗最小化，对比传统柴油机重卡，实际综合节油率可高达30％。乘用车或商用车现有技术的“自适应巡航控制(acc)”功能，主要提供驾驶便捷性，改善主动安全性，对车辆节能减排的影响可忽略不计；而传统内燃机重卡的“预测性巡航控制”，虽聚焦车辆能量管理控制策略，但实际节油效果也仅有3％左右。与现有技术不同，本公开的ace重卡“预测性自适应巡航控制(pac)”技术方案，首先聚焦干线物流场景优化车辆节能减排，对比传统柴油机重卡，实际综合节油率可高达30％，同时还提供驾驶便捷性，且改善主动安全性。

本公开的重卡节油机器人不会替代人类司机，始终是人类司机的忠实可靠助手。其设计适用范围(odd–operationaldesigndomain)为封闭式高速公路。在高速公路工况下(平均时速高于50公里/小时；很少主动加速或刹车)，重卡节油机器人通过主导车辆“预测性自适应巡航”(pac)行驶，实现ace重卡高速公路同车道自主化(autonomous)加油加速、刹车减速、恒速巡航(sael1级车辆纵向自动控制)，达到节能减排、减轻重卡司机长途驾驶劳动强度、和改善车辆主动安全性能等多重有益效果。

本公开不直接涉及车辆行驶横向自动控制，ace重卡的车辆转向控制(即横向控制)始终完全由人类司机主导。本公开的干线物流ace重卡，很容易通过增加各种驾驶环境感知传感器和自动驾驶ai控制器(autonomousdriveaicontroller)升级为l3级部分自动驾驶(pa)或l4级高度自动驾驶(ha)车辆。全球多数行业专家都认为干线物流重卡是各种公路车辆种类中，最可能在十年内率先实现l3/l4级自动驾驶落地批量商用的应用场景。本公开的ace重卡在干线物流应用场景下升级l3/l4自动驾驶，实现批量商用要比传统发动机重卡升级综合成本低，实现时间(leadtime)短。

尽管本公开采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。