背景技术

公路物流对世界各个主要经济体都至关重要。干线物流重卡(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)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年开始在欧洲全面实施)和美国EPA-2010(2010年开始在美国全面实施)转变为聚焦降低尾气中以二氧化碳(CO₂)为主的各种温室气体(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(GHG Phase II)，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，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最主要推动力。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。显然，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继续降低重卡的尾气污染物排放转向逐年减少重卡的油耗和碳排放。一辆干线物流重卡在欧美平均燃油费近六万美元/年，在中国平均燃油费可高达四十万元人民币/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。

美国在重卡排放及油耗法规制定和技术研发方面一直走在世界前列。由美国能源部(DOE)牵头并资助总计1亿美元的“超级卡车“项目(SuperTruck I,2011-2016)，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％和柴油发动机热效率(BTE)50％的目标。2017至2022年，美国能源部再资助五支技术团队8000万美元，实施“超级卡车II”项目(SuperTruck II)，预期五辆样车2022年将达到柴油机热效率(BTE)55％和重卡货运燃油经济性(加仑/吨英里)改善100％的目标。每个由重卡主机厂牵头的技术团队，企业自身的合计资源投入，都高于其从美国政府获得的资助金额。两期美国超级卡车项目(SuperTruck I&II)总计耗时十年(2011～2022)，总耗资超过4亿美元，九辆样车的技术路线和研发成果，代表当今世界重卡行业的顶尖技术水平。

美国的超级卡车项目，集成了北美重卡行业认为2025年前可能量产并落地商用的各种重卡节能减排技术，今后主要挑战是如何提高各项节能技术产品化的综合性价比，加快商用落地的步伐。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GHG Phase II重卡油耗2027年的强制性要求。值得注意，上述九个技术团队无一采用深度油电混动的重卡技术路线。而中国重卡行业的各利益攸关方，都要对应从2020年开始量产并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(Full Hybrid Truck)在无补贴的情况下，无法实现大规模干线物流商用。细节参见下列欧美公开行业研究报告: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),“Heavy Duty Vehicle Technology Potential andCost Study”,Final Report for ICCT；2)国际清洁交通协会(ICCT)Oscar Delgado等专家2018年1月发表的白皮书”European Heavy-Duty Vehicles:Cost Effectiveness ofFuel-Efficiency Technologies for Long-Haul Tractor-Trailers in the2025-2030Timeframe”；3)国际清洁交通协会(ICCT)Felipe Rrodriguez博士2018年6月28日学术报告”HDV Fuel Efficiency Technologies”；4)美国能源部2016年6月提交国会的报告”Adoption of New Fuel Efficient Technologies from SuperTruck”。5)北美货运效率协会2019年题为“纯电、混动、或替代燃料重卡”的调研报告；”Viable Class 7/8Electric,Hybrid and Alternative Fuel Tractors”,North American Council for FreightEfficiency,December 2019。

油电混动车辆的实际油耗(升/百公里)与其车辆行驶工况高度关联。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)，发动机能稳定地工作在高效区，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。

全世界已量产商用重卡的发动机中，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，其节油边际效益递减，进一步减低传统柴油机油耗和排放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)年均降幅不足1.5％；对欧美或中国的重卡制造商而言，以市场认的高性价比逐年明显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巨大。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“The European Comission Proposal onCO2Standards for New Heavy-Duty Vehicles”。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，足见进一步双位百分点降低现代重卡的油耗在技术上和商务上极具挑战。显然，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，还有驾驶主动安全这一重中之重。绝大多数(90％+)道路交通事故都源于司机分心，疲劳驾驶，操作失误等人为因素。近几年全球范围大热的自动驾驶技术，特别是SAE L3/L4级自动驾驶技术，旨在由人工智能(AI)司机代替人类司机，消除人为因素，大幅改善车辆主动安全性。科技界和汽车界的专家们认为，在高速公路设计运行域(ODD)内，配置L3/L4级自动驾驶系统的干线物流重卡，是自动驾驶技术尽快落地商用的重点之一；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、制动系统、转向系统、电源等。

高度自动驾驶车辆(HAV)指配置SAE L3/L4/L5级自动驾驶系统的车辆。近五年来，全球范围内，传统主机厂/零部件供应商、科技巨头、初创企业、交通运营企业等各类玩家累计投资数百亿美元来研发和测试HAV。HAV的批量商用将对全球万亿美元级的乘用车产业和公路货运产业产生巨大深远的影响。HAV的最大卖点是通过AI司机部分或完全替代人类司机，来明显地降低道路交通事故率，改善行车主动安全。行业专家普遍认为，干线物流重卡是HAV落地商用的核心场景之一；HAV在全国高速公路上完成十亿英里级“三真”(真车、真路、真负载)批量验证测试(Validation)，从统计意义上高置信度地证明AI司机比人类司机更安全，是其商用化之前的必由之路。但HAV在公开道路上开展三真验证测试，对其它道路使用者可能带来额外交通风险，风险可被定义为交通事故严重度与事故发生率的乘积；由于重卡的体型和重量比乘用车大一个数量级，在高速公路设计运行域(ODD)内测试HAV重卡比测试HAV乘用车主观风险和客观风险都更大；高速公路上行驶的95％以上的车辆(指轻型车或中型车)，相比HAV重卡而言，都是弱势道路使用者(Vulnerable Road Users)。当前以美国和中国为代表的世界各国政府都大力促进HAV研发，纷纷修改现行交通法规，允许HAV乘用车配置司机安全员(Safety Driver)在公共道路进行的“三真”测试(3R Tests；RealVehicle,Real Road,Real Payload)，在美国加州、内华达州、亚利桑那州等，甚至允许HAV出租车在特定设计运行域(ODD)内开展商业化试运行；但在HAV重卡高速公路三真测试问题上，由于高速行驶的HAV重卡对现有道路使用者来讲，主观和客观的交通风险都远大于HAV乘用车，各国政府对批准HAV重卡在公共道路开展三真测试非常慎重；截至2020年3月，世界各国都明令禁止在全国范围的高速公路上，开展干线物流HAV重卡的L3级或L4级三真测试，令HAV重卡的商用落地陷入“先有鸡还是先有蛋”的自相矛盾困境。如何在不增加现有道路使用者交通风险的前提条件下，完成HAV重卡在高速公路ODD内的3R路试，积累十亿英里级至百亿英里级的三真批量验证数据，从统计意义上高置信度地证明AI司机比人类司机更安全和更可靠，是HAV重卡商用落地前必须解决的世界性技术及商业难题，但目前全球还没有找到解决上述难题的有效技术方案。全球HAV领军企业Waymo从2010年至2019年末在美国已累计完成近二千万英里的HAV乘用车(总重小于3.5吨)城郊道路(包括高速公路)三真测试和百亿英里级计算机模拟“三虚测试”(虚拟车，虚拟路，虚拟负载)，但Waymo至今干线物流HAV重卡的高速公路ODD三真测试累计里程远不足一百万英里，主要原因一是HAV重卡三真测试的法律障碍(即AI司机没有“路权”)，二是HAV重卡三真测试费用极高；重卡司机必须持有商用车驾照(CDL)，在所有司机中占比小于3％，重卡司机的人工费明显高于普通司机；重卡的油耗在30升/百公里以上，而内燃机乘用车，特别是油电混动乘用车，的油耗小于10升/百公里；因此HAV重卡三真测试的单位可变成本(主要指司机费和油费)超过1美元/英里，比HAV乘用车三真测试的单位可变成本高近200％；而且重卡与乘用车的三真测试数据对各自的L4级AI司机而言，无法互换通用，类比绝大多数乘用车司机不会开重卡。换句话讲，HAV乘用车的大量三真测试数据或商业运营数据，对HAV重卡的批量验证和商用而言，参考借鉴的价值很小。

在保证整车动力性的前提下，优化整车节能、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开能够满足欧-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深度油电混动的重卡动力总成新技术路线或方案。

该

背景技术

本发明提供一种新品类的干线物流重卡节油机器人系统，为一种能自主学习进化的非人形智能工业机器人，旨在解决现有技术中新柴油重卡逐年油耗(升/百公里)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、可量产商用的重卡动力总成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：Automated Connected Electrified)重卡对比现代柴油机重卡，在保证车辆动力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量产的产品或技术，能够在2023年实现量产及初步商用，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，后续详述。

本发明的ACE重卡节油机器人可分为五级：ACE1重卡指配备SAE L1级自动驾驶系统(简称L1系统)的ACE重卡，具备一维纵向控制-预测性自适应巡航控制功能(PACC)，聚焦优化干线物流重卡的实际油耗和排放，为节油机器人的基本型，即I级节油机器人；下列四款都是I级节油机器人的升级版，每种高级节油机器人向下兼容全部有关ACE重卡节能减排或驾驶主动安全的功能和性能；ACE2重卡指配备L2系统的重卡，即II级节油机器人；ACE3重卡指配备L3系统的重卡，即III级节油机器人；ACE4重卡指配备L4系统的重卡，即IV级节油机器人；ACE5重卡指配备L5系统的重卡，即V级节油机器人。L5系统必须依靠未来出现的通用人工智能(GAI)技术，在2030年前极难产业化；本发明首先聚焦在保证整车动力性的前提下，实现ACE重卡干线物流应用场景节能减排最优化的技术方案；其次聚焦在保证现有道路使用者交通安全的前提下，在全国范围高速公路ODD内，以高性价比完成ACE重卡IV级节油机器人(即L4系统)的十亿英里级至百亿英里级三真批量验证的技术方案。除非明确标注，ACE重卡可代表ACE1至ACE5五种重卡中的任意一种；重卡节油机器人可指I级至V级节油机器人中的任意一种；高级自动驾驶辅助系统(ADAS)指L1或L2系统。本公开技术方案描述时，聚焦II级节油机器人或IV级节油机器人，I级节油机器人或III级节油机器人可以看作上述二者分别的简化版特例。

为解决上述技术问题，达到上述有益技术效果，本发明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(升/百公里)大幅降低(节油率可高达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，其发动机能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专家及普通技术人员长期存在下列“共识”：干线物流混动重卡(简称为“混动重卡”)对比传统柴油重卡综合油耗降幅有限，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运行，甚至可能会出现综合油耗略升。根据当前全球大三电(电池、电机、电控)的技术水平及产业发展现状，混动重卡比传统柴油重卡购车成本增加显著，如果节油率无法突破20％，将导致在无政府补贴时，混动重卡的性价比低，例如通过节省油费来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，当前全球重卡行业专家和普通技术人员一致认为，2030年前在包括中国、美国、欧洲这三大重卡市场，在无政府补贴情况下，难于实现干线物流混动重卡的批量商用。另外，受制于当今汽车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配置至少1000千瓦时有效容量的电池包，电池包太大、太重、太贵、且无法快充(亚小时级)；在没有政府高额补贴情况下，难以在2030年前实现批量商用。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年后才可能开始商用。换句话讲，与纯电驱动乘用车市场份额快速增长明显不同，干线物流重卡今后二十年内，仍将以内燃机，特别是柴油机，为核心动力源，油电混动为辅助。

欧美公路货运行业所面临的另一大挑战是重卡司机空缺率及流失率都常年居高不下。同样的重卡、载货和路段，不同水平的司机开车，实际综合油耗(升/百公里)差异率可高达20％；干线物流重卡实际油耗因人而异，司机日常管理和培训又占用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可持续地竞争并胜出，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平均车价的五到八倍，但其年燃油费则是家用乘用车年油费的三十倍以上。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)在高速工况下实际节油效果不明显这一客观事实进行主观外延推测，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深度混动重卡(Full Hybrid Truck)，特别是双电机增程式串联或混联重卡，在干线物流应用场景下“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的先例。但上述行业共识如同所谓“白天鹅共识”，有其历史局限性，可以通过科学实验被证伪；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)所带来的纵坡功率时变函数P_g(t)的百千瓦级变化和重卡高速下坡时产生的通过百千瓦级驱动电机的再生制动来回收千瓦时(KWh)级电能的众多机会。

本发明的核心之一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–electrical Power Split Device；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(Mixed Hybrid)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，创造一种干线物流重卡新品类：智能网联电动(ACE)重卡，该车辆配备能够自动优化和持续改善节油策略的I级“节油机器人”，指挥ACE重卡实施预测性自适应巡航控制(PACC)技术方案，实现SAE L1级纵向自动驾驶功能，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)来持续改善车辆现有功能或增加新功能，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。还可以将I级节油机器人升级为IV级节油机器人；在保证现有道路使用者交通安全的前提条件下，通过L2级影子模式或L3级脱管模式运行，以高性价比在两年内完成IV级节油机器人在高速公路ODD内累计十亿英里至百亿英里的三真批量验证，从统计意义上高置信度地证明IV级节油机器人比人类司机更安全和更可靠；总验证成本比配置L4系统的传统柴油重卡的总验证成本要降低80％；说服政府和公众修改相关法律法规，促进IV级节油机器人(即ACE4重卡)早日进入批量商用阶段；使单司机的ACE4重卡能昼夜24小时连续安全行驶，提升人类司机的劳动生产率50％以上，大幅降低千英里级超长干线物流货运事件的耗时及单位成本(美元/吨英里)，对全球万亿美元级的公路干线物流行业产生革命性影响。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ACE重卡“节油机器人”系统装置；该节油机器人为非人形智能工业机器人，可协助人类司机，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行驶的动力学方程(1-1)：

其中，P_v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P_r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P_d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P_g指车辆行驶上坡时，克服重力并增加势能所需要的驱动功率，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P_g可通过如下公式(1-4)表示：

加速功率P_a指车辆平路行驶时，要达到预定加速度值所需额外功率。当加速度为负值时，代表减速刹车，即可以是摩擦制动，将车辆动能转变成热能消耗掉，又可以是非摩擦再生制动，将部分车辆动能转变成电能，给电池包充电来回收能量。加速功率P_a可通过如下公式(1-5)表示：

在上述五个公式(1-1)至(1-5)中：V为车辆纵向线速度(米/秒)；η为车辆传动系统效率；M为车辆总质量(公斤)；g为重力加速度，g＝9.8(米/秒平方)；f_r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，零为绝对水平；ρ_a为空气密度(公斤/立方米)；C_D为车辆风阻系数；A_f为车辆正前方投影面积(平方米)；δ为滚动质量转换系数；dV/dt为车辆纵向加速度(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时变函数，根据方程(1-4)，纵坡功率为时变函数，而且是车辆基本恒速行驶时，其动力性方程(1-1)中仅有一项大幅快速变化的时变函数。

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，根据上述动力学方程(1-1)，加速功率近似为零，滚动功率在小纵坡(即正负几度内的纵坡)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。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行驶方面的考量。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；如果此时动力总成功率余量不足时，重卡必须减挡降速后，才能继续上坡。对比一辆2吨总质量的乘用车同样恒速上2.0度的纵坡时，这时该车辆的纵坡功率为11.4千瓦(为重卡纵坡功率的5.0％)，而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)，将下坡时车辆的部分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主动刹车，但因高速公路沿途布满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，仍然有通过下坡再生制动来回收千瓦时级电能的众多“被动刹车”机会，细水长流，积少成多；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。

车辆在60公里/小时车速下，要实现减速度2米/秒平方(即0.2g)的中等强度制动，对总质量2.0吨的乘用车，需要制动功率为67千瓦；但对总质量40吨的重卡而言，所需制动功率则高达1333千瓦；城市电动公交大巴总质量约20吨，平均时速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约333千瓦。受限于当今全球已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上限在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％。换句话讲，干线物流重卡在高速工况下虽然很少主动刹车，但仍有众多百千瓦级被动刹车(下坡)的机会；同时重卡高速工况紧急刹车时，主要依靠机械刹车系统，大部分重卡动能反而无法通过再生制动有效回收。

在主动加速和减速不频繁的高速公路正常路况下，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”，对全部油电混动乘用车(总重小于3.5吨)和单电机并混大型商用车，例如峰值功率大于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，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百千瓦级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布满纵坡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被动刹车机会，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，纵坡函数沿途每一处1.0度级微小变化，都能导致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主动加速或刹车。

本公开的双电机混联ACE重卡，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，还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。

近十年来，欧美部分中高端内燃机重卡，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(PCC)，实现节油。但传统重卡预测性巡航节油有其局限性：首先纯机械式动力总成不宜高频次瞬间(亚秒级)大幅度改变发动机输出功率或自动变速箱频繁换档，预测性巡航控制(PCC)主要适用于纵坡角度大于2.0度、坡长数公里以上的长坡；其次传统内燃机重卡没有再生制动功能，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，世界上没有大范围绝对水平的高速公路；即便在广大平原地区，高速公路沿途串联的百米级颗粒度的路段，它们的纵坡函数的绝对值大概率在0.2度到3.0度范围内波动。对高速工况下基本恒速行驶的载货重卡，其滚动功率P_r与风阻功率P_d之和可近似为常数，而其车辆路载功率P_v时间变量影响最大的因素就是纵坡功率P_g，该项与纵坡角度的正弦值成正比；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电能的机会，细水长流，积少成多。如果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电子地图，再加上车路协同联网或米级高精度卫星导航(GNSS)和惯性导航(IMU)协同实时定位(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)能实时精准地预测车辆前方沿途百公里级范围内的路载功率时变函数，特别是车辆前方百公里级电子地平线范围内，纵坡功率P_g(t)和路载功率P_v(t)千瓦级颗粒度的时变函数；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就能够刷新其电子地平线内路载功率函数的预测。

目前已在全球各国已批量商用的各种ADAS电子导航地图或支持HAV商用的高精度地图(HD Map)，都可用作本发明的3D地图，为车辆提供电子地平线(Electronic Horizon)先验信息；所谓电子地平线，是指车辆行驶前方特定范围内的3D电子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巡航控制(PCC)，受限于其不宜频繁快速变换发动机工况或变速箱频繁换挡，且无再生制动回收能量的功能，只能有效使用约10公里范围内的电子地平线信息；然而，本发明的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信息；详情见下。

对于在高速公路上正常行驶的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)、车辆配置参数和动态工况数据、电子地平线先验道路信息、和实时路况信息，实时地计算出电子地平线范围内车辆路载功率时变函数，以千瓦级颗粒度预测未来(小时级或百公里级)车辆路载功率时变函数，使节油机器人能够未雨绸缪，充分利用功率型电池包十千瓦时级电能存储和百千瓦级电功率削峰填谷功能，根据节油机器学习(ML)算法，对ACE重卡的混联动力总成进行预测性能量管理实时控制，实现车辆节能减排最优化。本发明的ACE重卡节油机器人系统，可将干线物流重卡油耗最小化这一世界性难题变换成计算机下围棋(例如AlphaGo)这一等价的窄人工智能(Narrow AI)问题。可利用众多ACE重卡运行产生的节油数据集，结合机器学习算法和云端算力，训练云端节油机器人的AI大脑，建立节油算法的深度神经网(DNN)模型；再由车端节油机器人的AI芯片，根据上述DNN模型进行推理运算，实时地调控ACE重卡的发动机机械功率流或电池包电力功率流的路径、幅度、和方向，在保证整车动力性和主动安全性的前提下，实现车辆节能减排最优化；在实际油耗最小化方面，节油机器人完成人类司机，而且实际节油效果和司机的水平及ACE重卡发动机的配置参数基本解耦。换句话讲，现有技术的传统内燃机重卡，因无再生制动回收能量的功能，采用预测性巡航控制(PCC)，实际节油率不足3％，效果有限；而本发明的双电机混联ACE重卡，因有峰值功率500千瓦再生制动回收能量的功能和十千瓦时级功率型电池包，加上具备超级运算能力和自主学习进化功能的重卡节油机器人，则能实现比传统内燃机重卡节油率30％的有益效果；详情后叙。

本发明提出的ACE重卡节油机器人系统，通过车辆控制器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-发电机机组、电池包、和驱动电机这三个电力动力源之间精准连续地调配百千瓦级电功率的流动路径、幅度、或方向；通过对发动机或电池包的瞬态输出功率分别进行脉冲调制控制(PM)，特别是脉宽调制控制(PWM)或脉幅调制控制(PAM)，使发动机长期稳定地工作在其高效区，并根据电子地平线内车辆路载功率的动态预测，让电池包在荷电维持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或之间平顺切换；通过电池包百千瓦级高倍率充放电，对路载瞬态功率时变函数削峰填谷，实时地抵消纵坡功率项主导的秒级时间内路载功率函数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干线物流实际运营综合油耗降幅可达30％。

本发明的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)且很少有主动加减速，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必须承受峰值功率大于150千瓦的发动机、发电机、和驱动电机三端同时发力，当前全球没有这种大型车规行星齿轮商品，新产品设计和量产需耗时数年且单件成本会长期居高难降，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；连丰田汽车集团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双电机混联动力总成架构，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直流电联接，同时还与一个刹车电阻单向直流电联接；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、纬度和纵坡等三维信息；至少一个标配混动P2位置的主驱动电机(MG2)，与ePSD第二端口双向交流电联接，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，该主驱动电机(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第二端口内的逆变器对电池包进行充电，回收能量；其中，发动机飞轮端输出轴与混动P1位置的发电机(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(同轴联接)，也可以为平行双轴加齿轮减速耦合(平行轴联接)；该发动机的输出轴还通过一个重型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耦合；同时该主驱动电机(MG2)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)与人工智能加速单元(AIU)协同，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动态控制。

本公开的ACE重卡混合动力系统架构为双电机加至少一个离合器的混联系统，该混联系统通过百千瓦级重型离合器与电功率分流器(ePSD)协同的方式来动态控制车辆动力总成系统中发动机、发电机、电池包、和驱动电机四者之间的百千瓦级机械或电力两种截然不同的功率流闭环的流动路径、幅度、和方向，通过开闭离合器来切换车辆的串混模式或并混模式；混联架构能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，比双电机增程式串混系统或单电机纯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。

上述双电机混联架构的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，其内部包含至少三个百千瓦级额定功率的独特电力电子功能模块：内联接第一端口的是一个双向交流-直流转换模块(又称逆变器)，内联接第二端口的是至少一个双向交流-直流转换模块(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-直流转换模块(又称斩波器)或一个单向直流压控开关模块。本公开聚焦ACE重卡ePSD的主要外围输入/输出特性和内含三种电力电子(PE)功能模块(即逆变器、斩波器、压控开关)的核心功能，各种能实现上述三种PE功能模块的电路拓扑结构之集合，都属于本发明范围。ePSD的物理包装布置形态，即可是将上述三种PE功能模块集中包装布置在一个金属盒中，也可将三种PE功能模块分别与发电机(MG1)，主驱动电机(MG2)，和电池包等分散包装布置。

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)或并混(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子模式。车辆控制器(VCU)以电控方式(而非纯机械方式)指挥线控机电式离合器，精准平顺切换串混或并混模式，下面分别详细描述。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，平均车速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5公里)任何工况下(任何车速，为安全需要缓速功能)，可优选并混模式；在城市工况下(平均车速低于40公里/小时，主动加速或刹车频繁)，可优选串混模式。

首先在串混模式下，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：

P_V＝η_dt P_MG2 (2-1)

P_MG1+P_MG2-P_BAT＝0 (2-2)

P_ICE＝-P_MG1/η_g (2-3)

上述所有功率项均为百千瓦级时变连续函数，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，当实际转换系数小于1.0时的对应公式。

其中：

P_MG1>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)；P_MG1<0，为发电功率(发动机直驱发电，机械能转换为电能)；

P_MG2>0，为主驱动电机(MG2)的驱动功率(电能转换为机械能)；P_MG2<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；

P_BAT>0，为所有电池包的总计放电功率(化学能转换为电能)；P_BAT<0，为所有电池包的总计充电功率(电能转换为化学能)；

P_ICE>0,为发动机燃烧有效输出功率(化学能转换为机械能)；P_ICE<0,为发动机无燃(不喷油)拖动或发动机制动的机械负载等效功率(各种机械能之间的转换)；

上述四个能量转换装置的功率参数优选配置原则如下：P_ICE-p>＝P_MG2-m>＝P_MG1-m；P_BAT-m>P_MG2-m。其中P_ICE-p为发动机的峰值功率(即最大连续功率)，P_MG1-m、P_MG2-m、P_BAT-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(10秒)可比额定功率高50％以上；功率型电池包的脉冲峰值功率(10秒)可比其额定功率高100％以上。串混模式下，动力总成的系统峰值功率(即车辆最大连续驱动功率)完全由标配主驱动电机的P_MG2-m决定。为改善车辆的动力性、节油性、和安全性，可考虑增加选配副驱动电机(MG3)；MG3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，在提高车辆动力性和冗余性的同时，系统的复杂性及总成本也会增加。

串混模式下，P_MG2为因变量，与车辆的路载功率P_v成正比，路载功率为自变量，反应司机的驾驶意图，η_dt为转动系统效率(小于1.0的正数)。P_MG1为另一个因变量，与发动机净输出功率P_ICE这一自变量成正比，η_g为发电机组效率(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(即比油耗g/KWh最小值)，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，动态地调节因变量P_BAT，对路载瞬态功率函数进行削峰填谷，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。

重新组合方程(2-1)、(2-2)、和(2-3)，可以得到下列ACE重卡串混模式下的功率平衡方程(简称串混功率平衡方程)：

P_V(t)＝η_dt(η_gP_ICE(t)+P_BAT(t)) (2-4)

串混功率平衡方程(2-4)的限制性边界条件如下：

a)电池包电量基本充足时(即高效区；BLL<SoC<BUL)，

P_MG1-m<max(|P_V(t)|)<P_MG2-m(2-4c1)

b)电池包电量基本耗尽时(即SoC<LRL)，

max(|P_V(t)|)<P_MG1-m<P_MG2-m(2-4c2)

其中max(|P_V(t)|)为串混模式下，ACE重卡路载功率时间函数的绝对值|P_V(t)|可实现的最大值。

ePSD内部直流母线额定电压V_bus0优选范围在600V至800V之间。ePSD的第三端口外部可双向直流电联接至少一个功率型电池包，每个电池包的额定电压V_bat<V_bus0，同时第三端口外部还可以单向直流电联接一个自带散热器的百千瓦级刹车电阻R_bk，作为ACE重卡下长坡途中电池包基本满电量(SOC达到URL)时，驱动电机还需要继续再生制动发电，以保持车辆非摩擦式缓速功能时的有效电力负载。上述方程(2-2)假定ePSD内部的电压控制开关模块断开，刹车电阻不起作用；如果该模块闭合时，则刹车电阻做为电负载，与电池包并联，此时方程(2-2)左侧还应该增加刹车电阻功率项P_BR，为正数；同时，串混功率平衡方程(2-4)也要做相应调制。

在一些实施例中，ePSD的端口III可以分别双向电联接至少两个不同额定电压，或不同电化学成分电芯组成的电池包组合，优势互补，既可改善电池包总体性能并增加电池包系统的冗余度，又可降低电池包综合成本，给优化ACE重卡整车性价比带来多重益处。ACE重卡的电池包为超长循环寿命、宽环境温度范围、持续高倍率部分充放电(HRPSoC)运行的“峰值动力源“(Peak Power Source)，其主要作用是提供百千瓦级削峰填谷的瞬态电功率，与发电机组提供的电功率叠加，共同给驱动电机供电，确保驱动电机能提供所需车辆路载功率，实时地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。一台带大油箱的重卡柴油机，爆发力一般但耐力十足；而功率型电池包更像一台带小油箱的大马力发动机，爆发力强劲但耐力严重不足；发动机和电池包结合，双方取长补短，混联动力总成的合计爆发力和耐力都超群出众；而电机既不自产能量，也不储存能量，是个即无记忆又无迟滞效应的高效率能量转化器，将电能与机械能双向相互转换。

ACE重卡的功率型电池包容量一般只有几十千瓦时。提请注意，由于各种电池包的额定电压不尽相同，本发明中涉及电池包容量时的量纲为千瓦时(KWh)，而非电池行业常用的安时(Ah)。串混模式下，如果ACE重卡遇到十公里以上连续上高山或长坡(纵坡大于2.0度)的特殊路况，很可能在车辆登顶前电池包荷电基本耗尽(SoC达到LRL)，此时串混车辆爬山的动力性(Gradeability)将完全取决于发电机组的最大连续功率P_MG1-m。串混重卡在上高山的极限路况下，要保持与传统发动机重卡相同的动力性，就必须选配额定功率与发动机峰值功率相同的发电机(MG1)、驱动电机(MG2)和对应的逆变器。目前全球主流干线物流重卡发动机(排量11L～16L)的峰值功率(指发动机的最大连续功率)都超过300千瓦，顶配16L发动机的峰值功率甚至超过450千瓦。然而额定功率(指电机的最大连续功率)超过250千瓦的车规大型电机及逆变器虽已产业化，但因上述产品的电压平台和功率上限要求更高且年用量更小，无法与每年产量大一个数量级的新能源乘用车共用，导致大功率电机和逆变器产品价格昂贵，成本会长期居高难降。例如，一台300千瓦额定功率的车规大型电机(带逆变器)的成本要明显高于两台150千瓦额定功率中型电机(带逆变器)的合计成本；导致大功率电机高配置的增程式串混系统的综合成本会长期居高难降，导致整车性价比不佳。ACE重卡遇到高山或大坡时，从车辆动力性和安全性角度考量，可优选并混模式，而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，发动机与驱动轮直接耦合，机械功率流回路和电力功率流回路二者都闭环，发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)可三者单独或协同发力，来实时地满足车辆动力学方程(1-1)。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各个电路分支的电流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二个功率平衡方程：

P_V＝η_dt(P_ICE+P_MG1+P_MG2) (3-1)

P_MG1+P_MG2-P_BAT＝0 (3-2)

上述方程(3-2)假定ePSD内部的电压控制开关模块断开，刹车电阻不起作用；但如果该模块闭合，则刹车电阻做为电负载，与电池包并联，此时方程(3-2)左侧还应该增加刹车电阻功率项P_BR，为正数。除非ACE重卡下长坡，需要当电池包基本满溢时(SoC达到URL)接通刹车电阻，实现非摩擦式缓速功能，在绝大多数时间，刹车电阻与ePSD汇流点X之间电路断开。

重新组合方程(3-1)和(3-2)，可得到下列并混功率平衡方程：

P_V(t)＝η_dt(P_ICE(t)+P_BAT(t)) (3-3)

该方程(3-3)的限制性边界条件如下：

1)电池包电量基本充足时(即高效区；BLL<SoC<BUL)，

P_ICE-p<max(|P_V(t)|)<P_ICE-p+P_MG2-m+P_MG1-m(3-3c1)

2)电池包电量基本耗尽时(即SoC<LRL)，

P_MG2-m<max(|P_V(t)|)<P_ICE-p (3-3c2)

比较串混功率平衡方程(2-4)与并混功率平衡方程(3-3)及所对应的两套限制性边界条件，显而易见只要保持电池包在高效区工作，并混模式可实现最大路载功率要远大于串混模式可实现最大路载功率，并混动力性明显优于串混；同时由于并混模式下，发动机可以直接驱动车轮，避免机械能和电能之间多次能量转换，在高速工况下，ACE重卡并混模式大概率比串混模式更省油；当然还可以充分利用电子地平线3D道路先验数据，结合ACE重卡的配置参数及动态工况数据，预测性和智能化地动态切换串混或并混模式(即智能模式切换技术；iMS)，充分利用两种模式各自的特点和优势，进一步实现整个运输事件的油耗最小化；如同下围棋，不争每一粒子的局部得失，而要纵观全局，谋求终局全面性胜利。ACE重卡有两个相互独立的动力源，发动机机械动力源和电池包电力动力源；发电机(MG1)和驱动电机(MG2)可被视为高效无源能量转换器件，以90％左右的效率将机械能与电能双向转换；根据车辆动力学方程(1-1)和功率平衡方程(2-4)及(3-3)，ACE重卡能量管理优化策略的核心是对发动机的瞬态机械功率函数和电池包的瞬态电功率函数进行动态控制，特别是新颖独特的矩形或非矩形脉宽调制(PWM)或非矩形脉幅调制(PAM)数字化控制，在保证车辆动力性和行驶主动安全性的前提条件下，实现车辆实际节能减排效果最优化。

在并混模式下，发动机与驱动桥之间有直接双向机械联接；路载功率P_V为自变量，体现司机对车辆行驶的控制意图(例如车速或加速度)，其值与车辆驱动轮的转速和总计驱动转矩的乘积成正比；车辆正常行驶时(即驱动轮不打滑时)，发动机的转速与驱动轮转速成正比，为因变量，不能独立设定；而发动机的转矩在该转速下的有效峰值转矩范围内为自变量，可根据车辆能量管理控制策略来独立设定；换句话讲，在并混模式下，发动机的瞬态功率函数仍为自变量，可独立控制。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)，可优选串混模式；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)，可优选并混模式。

重卡的发动机90％以上为柴油机。重卡柴油机的高效区(即比油耗BSFC最小工况区域)一般在转速1000～1800转/分(rpm)范围，转矩50％～95％最大转矩范围(即负荷率50％～95％)；在高效区外，发动机的比油耗(BSFC；g/KWh)将明显升高。通过发动机降转速(Down speed)或减排量(Down size)来降低油耗，是欧美重卡行业近十年的大趋势,但上述两项节油措施与提高车辆动力性有矛盾。ACE重卡在并混模式下，有两个百千瓦级的发电机和驱动电机可和发动机三者协同发力，此时车辆的动力性明显优于所有传统发动机重卡或增程式串混重卡(峰值功率小于450千瓦)，可实现分钟级时间段内，总计峰值驱动功率(即最大路载功率)超过500千瓦，具备超群出众的加速超车或爬坡能力。

干线物流混联ACE重卡遇到十公里以上长坡或高山的极限路况，节油机器人可根据车载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ACE重卡登顶前电池包荷电耗尽(SoC<LRL)，发电机和驱动电机都可被配置为无负载空转，此时车辆继续爬山时的动力性完全取决于发动机的峰值功率(通常大于300千瓦)。在本发明的混联架构下，峰值功率参数配置条件：P_ICE-p>P_MG2-m>P_MG1-m，可选配P_ICE-p>300KW,P_MG2-m<250KW,P_MG1-m<200KW。如果电机额定功率小于200千瓦，可以明显降低电机和逆变器的成本。除上高山的极限路况外，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3D道路信息，将电池包荷电状况(SOC)保持在最佳工作区域(例如30％～70％)，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持续时间的最大总驱动功率可高达500千瓦以上，混联重卡的动力性、安全性、和节油性等方面即明显优于传统发动机重卡，也优于高配置的增程式串混重卡。

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函数对时间的积分，即累计有效机械能。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内长期稳定地运转，尽量减少发动机在其高效区外运转，特别是长时间在低负载工况区或怠速工况点运行。发动机启停技术(SS–STOPSStart)和发动机停缸技术(CDA-Cylinder Deactivation)是当前全球汽车行业人士熟知的节能减排现有技术，已广泛应用于乘用车行业；但这两种现有技术的缺点和使用局限性也是行业常识。

干线物流重卡运行绝大多数时间在高速工况，不常遇见红绿灯，车辆启停频次很低，同时主动加速或刹车的频次也很低；重卡发动机在启停切换时，所引发的车辆振动噪声(NVH)问题比内燃机车用车更突出；发动机停转时，重卡上多种机械式附属子系统(例如冷却风扇、水泵、油泵、气泵、转向助力泵、空调压缩机等)无法从发动机处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；干线物流重卡发动机启停技术的实际节油效果甚微(小于2％)；所以节能减排现有技术中的发动机启停技术(SS)并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，增加其余燃烧做功气缸的实际负载率。CDA的首要目的是在低负载工况下提升发动机尾气温度，使后处理系统(ATS)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，降低其可靠性和寿命，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。全球范围干线物流重卡市场，目前都没有批量商用重卡发动机启停技术(SS)或停缸技术(CDA)。

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)、串混方程(2-4)、或并混方程(3-3)。ACE重卡即便发动机无燃不做正功，由电池包单独给驱动电机供电，也可以维持车辆满载高速行驶几分钟。ACE重卡行驶过程是一种有惯性的时变系统，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调制(PM)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，通过功率型电池包对路载功率削峰填谷，实时地满足车辆动力学方程(1-1)、串混功率平衡方程(2-4)、或并混功率平衡方程(3-3)，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、机器学习技术来优化ACE重卡能量管理铺平道路。电池包和电机的瞬态功率变化速度比路载瞬态功率或发动机瞬态功率的变化速度高一个数量级以上，电池包的瞬态功率函数完全能根据串混功率平衡方程(2-4)或并混方程(3-3)来快速精准地(十毫秒级时延或千瓦级颗粒度)跟随路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；而且ACE重卡整车运行时的噪声和振动(NVH)性能要明显优于传统柴油重卡。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调幅(AM)电子控制升级到基于脉宽调制(PWM)或脉幅调制(PAM)的数字电子控制技术；可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。下面详细阐述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–intelligentStop Start)技术和“智能功率切换”(iPS–intelligent Power Switch)技术。

首先描述重卡发动机智能启停控制技术(iSS)。ACE重卡在串混模式下行驶时，发动机与车辆的驱动轮完全机械解耦，此时发动机的工况点(即转速和转矩)可任意设定，与车辆的工况点无关。根据发动机的具体配置参数，可选定发动机万有特性曲线(Fuel Map)中比油耗最小值等高线所定义的“最佳工况区”内的最大功率点为“最佳工况点”；该工况点一般在发动机峰值转矩所对应的最高转速(即基速)附近，转矩负荷率在80％～90％之间(实际转矩与峰值转矩的比值)，发动机在最佳工况点的输出功率值(定义为“最佳输出功率”)一般为其峰值功率值的60％～75％之间；该工况点发动机的比油耗(BSFC；g/KWh)最小(即热效率BTE最高)，同时发动机排气口处废气的温度也高于250摄氏度，有利于车辆废气后处理系统(ATS)高效运行，最大限度减少污染物排放且延长后处理系统在实际运行环境下(RDE)的有效寿命。发动机的最佳输出功率应小于发电机(MG1)的额定功率；发动机的峰值功率显然大于最佳输出功率，只是此时发动机的比油耗并非最小值。另外还可将发动机稳定地运行在一个零油耗和零排放的特殊工况点：“无燃怠速点”(NCI–Non-CombustionIdle)，该点的转速值可设定在450转/分至750转/分之间，以保证ACE重卡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；此时发动机切断其全部气缸的喷油(Fuel Cutoff)，转矩变为负数，需要由发电机在驱动模式下拖动发动机运转，该工况点的发动机功率定义为“无燃怠速功率”，为负数；其绝对值小于发动机峰值功率的10％；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反向转递到车辆各个需要连续机械能供应的附属子系统，赋能这些附属子系统正常运行。显然在无燃怠速工况点，发动机零油耗、零排放，但会耗电。iSS模式下发动机的最佳输出功率又称高态等效功率；无燃怠速功率又称低态等效功率。

对没有可变气门驱动(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，吸气冲程和排气冲程将分别产生泵气损失(Pumping Loss)，压缩和做功两冲程得益于缸内压缩空气弹簧一缩一伸，基本没有泵气损失；发动机的自身机械损失(包括摩擦损失和泵气损失)与其转速正向关联。无燃怠速点的发动机做为机械负载，无燃怠速功率基本小于20千瓦，额定功率百千瓦级的发电机可轻易地反拖发动机运转，且在分钟级时间内电耗量有限(百瓦时级)。对有可变气门驱动(VVA)功能的高级型发动机，则可控制全部气缸的进/排气门在全部气缸停止喷油(即无燃)的完整四冲程周期内保持常关或常开状态，可明显减少泵气损失，从而进一步降低无燃怠速功率，减少电耗。

所谓智能启停技术(iSS)，指由车辆控制器(VCU)，根据ACE重卡串混模式下的系统配置参数、车辆动态行驶数据、电子地平线道路三维信息、和聚焦优化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，实现对发动机瞬态输出功率时间函数进行双极性非对称矩形脉宽调制控制(PWM)；由发电机组(发动机+发电机)和电池包协同给驱动电机供电，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和串混功率平衡方程(2-4)，在保证车辆行驶的动力性和安全性的前提条件下，优化车辆节能减排。该PWM脉冲序列的周期为亚分钟级，占空比k_s定义为脉冲周期内最佳工况点运行时间与脉冲周期的比值(％)，在0和1之间连续可调，而无燃怠速点运行时间占比等于1-k_s；可以通过动态调节占空比k_s来实现发动机的分钟级时间滚动平均功率(即PWM的冲量；简称“平均功率”)在无燃怠速功率与最佳输出功率之间连续可调。优选发动机工况动态切换控制实施方式如下：从无燃怠速点切换到最佳工况点时，先由发电机(MG1)拖动无燃发动机，将其转速从怠速点提升到最佳工况点后，发动机再开始喷油燃烧做功；在其万有特性曲线(Fuel Map)固定转速垂直线上快速增加转矩(亚秒级过渡时间)，到达最佳工况点后稳定地运行；反向切换时，发动机先在最佳工况点先切断喷油，进入无燃被拖状态(做负功)，在最佳工况点的定转速下先将转矩迅速减小成负数(亚秒级过渡时间)，然后再由发电机拖动发动机减速至无燃怠速点后稳定地工作；显然在iSS控制模式下，发动机的瞬态功率函数由现有技术的模拟时变函数被转换成非对称双极性矩形PWM脉冲时间序列；对发动机的瞬态控制方式从传统全域面工况的模拟控制转换成新颖独特双点工况的数字控制。串混ACE重卡为纯电驱动，十千瓦时级功率型电池包可在短时间内(分钟级)单独支持驱动电机(MG2)满负荷(即额定功率)运转；同时电池包瞬态充放电功率的响应速度比发动机瞬态功率的响应速度高一个数量级，瞬态功率值在电池包的负额定功率到正额定功率之间连续可调，完全胜任根据串混功率平衡方程(2-4)，对路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值进行快速精准地跟踪(十毫秒级时延及千瓦级颗粒度)，削峰填谷；既能保证整车瞬态动力性丝毫不受发动机工况点动态切换的影响，实时地满足车辆动力学方程(1-1)；又能保证混联动力总成运行时整车的震动和噪声性能(NVH)优于传统内燃机重卡；从整车NVH性能优化考量，发动机工况点切换的过渡时间不能太短，在秒级即可。对ACE重卡而言，无燃运行(做负功)时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(即燃烧做正功)时的发动机的机械负载。发动机在最佳工况点工作时发电机(MG1)的输出功率称为“最佳发电功率”，为正数，该值通常高于发电机额定功率的85％且上限为发电机的额定功率；发动机在无燃怠速点工作时发电机(MG1)的功耗称为“无燃耗电功率”，为负数，其绝对值小于发电机的额定功率的20％；换句话讲，在串混iSS控制模式下，通过动态调节PWM占空比k_s，可实现发电机组(指发动机加发电机)电功率PWM脉冲时间序列的分钟级滚动时间平均值(简称发电平均功率)，在无燃耗电功率与最佳发电功率之间连续可调。

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)，通过对最佳工况点发动机运行所产生的恒定输出机械功率，进行非对称双极性矩形脉宽调制(PWM)控制，来动态连续地调节发动机分钟级平均输出机械功率和对应发电机组的发电平均功率，根据分钟级路载平均功率与发电平均功率之间的差值基本为零、明显大于零、明显小于零三种不同情况，使电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、或荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或模式之间平顺切换；通过动态精准(亚秒级时延及千瓦级颗粒度)预测车辆电子地平线范围内(小时级或百公里级)路载平均功率时变函数，最大限度地使电池包工作在高效区(BLL<SoC<BUL)，避免因电池包电量基本耗尽(SoC<LRL)，导致ACE重卡动力性降低的不良情况出现，或因电池包电量基本满溢(SoC>URL)，导致无法有效地回收再生制动电量的不良情况出现；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，发动机的无燃怠速点和最佳工况点一旦选定后固定不变，通过动态调整发动机瞬态功率双极性等幅脉冲序列(PWM)的占空比k_s来实现发电机组的分钟级发电平均功率在无燃耗电功率与最佳发电功率之间连续可调。当然智能启停(iSS)功能还可以拓展到发动机的可调节的无燃怠速点与多个高效工况点(即不同的最佳工况功率)之间动态切换的其它技术方案，但这些可调多工况点iSS技术方案更复杂且综合性价比并不如上述固定双工况点的iSS技术方案。由于驱动电机转速和转矩的调节速度和精度比变速箱快一个数量级，在串混iSS模式下，如果车辆需要换挡，即便柔性联轴器不是离合器，驱动电机(MG2)也能够轻松的完成瞬态转矩中断和快速转速同步，令变速箱平顺换挡，整个变速箱换挡操作与发动机的工况无关。

现代重卡柴油机普遍采用涡轮增压器；智能启停技术(iSS)即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)功能或可变截面涡轮增压器(VGT)的高级型发动机。基本型发动机和高级型发动机虽然在万有特性曲线高效区(大小或形状)、动态特性(例如涡轮增压器延迟Turbo Lag等)、和价格等方面差异明显，但两种发动机的最小比油耗(BSFC)或最佳输出功率基本相同；借助ACE重卡串混智能启停技术(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及综合性能的要求，使发动机不再是ACE重卡动力性或油耗的瓶颈。未来中国国-6新ACE重卡即便配置成本较低的国产基本型发动机，在确保极具挑战的重卡七十万公里实际运行环境(RDE)排放稳定达标的前提条件下，仍能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输出功率在其峰值功率的55％至85％之间，满负荷或轻负荷时发动机的比油耗(克/千瓦时)都明显高于最小值。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105％的等高线所包含的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。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125％范围内，所对应的转矩在其峰值转矩的65％至90％之间。现代重卡发动机(柴油或天然气)基本型(Base Model)的高效区面积较小，而高级型(Advanced Model)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(Down Size)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。无论具体应用场景如何，ACE重卡在串混模式下都能将整车工况和发动机的工况有效地解耦，在保证整车动力性前提条件下，令发动机在95％以上的时间工作在其高效区内，最大限度地避免发动机功率满负荷或低负荷运行，达到优化节能减排的有益效果。

下面再描述智能功率切换(iPS)控制技术。ACE重卡在并混模式下，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，为因变量，但其转矩仍然是自变量，可以独立动态调整；此时对发动机，不能采用智能启停(iSS)控制技术，必须采用智能功率切换(iPS)控制技术。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)，可优选并混模式运行，在无长坡的路段，其路载平均功率基本大于发动机峰值功率的35％，绝大部分时间为中高负载工况；车辆的瞬态速度在一窄速度带内随时间缓慢变化，车速变化率一般在平均车速正负10％范围内波动，所以车辆的发动机的转速的变化率也小于10％；加速度的绝对值基本小于重力加速度g的5％(即0.5米/秒平方)，此时发动机的瞬态输出转矩仍然大范围独立可调。ACE重卡变速箱的自动换挡控制策略，能让发动机在高速工况始终稳定地运行在基速(即峰值转矩点的转速)附近狭窄范围内(高效区)，例如在1100转/分到1600转/分之间。此时发电机(GM1)和驱动电机(GM2)的转速也都和发动机的转速成正比，且两电机的瞬态转矩仍然大范围分别独立可调。可对发动机的瞬态机械功率或功率型电池包的瞬态电功率(充电或放电)分别进行双极性非矩形脉宽调制控制(PWM)或非等幅(即非矩形)脉幅调制控制(PAM)，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率平衡方程(3-3)，而且还能通过调整PWM脉冲序列占空比来动态连续调节发动机平均功率函数值(即分钟级滚动平均值)，使电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或之间平顺切换。

并混模式下，可对ACE重卡发动机的瞬态输出功率进行脉冲调制控制(PM；含PWM或PAM)，实现“智能功率切换”(iPS)控制功能，具体技术措施如下：对发动机的瞬态输出功率函数进行双极性非矩形脉宽调制(PWM)，脉冲序列的周期为亚分钟级，双极性非矩形(即非等幅)PWM脉冲序列同周期内可分为高态工况或低态工况，低态工况可设定为发动机无燃被拖动时的线工况(功率为负数，小范围波动)，该工况曲线的转矩范围由车辆上所有必须从发动机持续获取机械能才能正常工作的子系统的集合决定，转速范围由ACE重卡的车速时间函数和变速箱挡位决定；高态工况可设定为脉冲周期内发动机转速波动范围内，比油耗(BSFC)最小值区域内(即发动机甜点内)功率值相对极大的多个工况点联接而成的线工况(功率为正数，有小波动)，占空比k_p定义为高态脉冲时间与PWM脉冲序列周期的比值，在0和1之间任意可调，而低态脉冲时间占比则等于1-k_p；由于发动机的转速受制于车速，在PWM脉冲周期内(亚分钟级)有小范围的波动，高态脉冲和低态脉冲都是非等幅(即非矩形)脉冲。在串混智能启停(iSS)控制模式下，发动机的瞬态输出功率时间函数为双极性矩形PWM脉冲序列，可直接设定无燃耗电功率与最佳发电功率为常数，与车辆动态工况无关；但在并混智能功率切换(iPS)控制模式下，发动机的瞬态输出功率时间函数为双极性非矩形PWM脉冲序列，高态脉冲和低态脉冲的具体形状，与车辆动态工况高度关联，PWM脉冲的顶部幅度曲线会随时间在小范围内缓慢波动。在并混iPS模式下，与全高态脉冲序列(即占空比为1.0)一个周期内积分面积相同(即等冲量)的功率值定义为“高态等效功率”，是个大于发动机峰值功率50％的正数；与全低态脉冲序列(即占空比为0)一个周期内积分面积相同(即等冲量)的功率值定义为“低态等效功率”，是个绝对值小于发动机峰值功率20％的负数；iPS模式下，发动机的分钟级时间输出平均功率在低态等效功率和高态等效功率之间任意可调，且缓慢变化。上述PWM控制方案，通过对发动机喷油量的动态控制(断油或喷油)，使发动机在其万有特性曲线高效区内的高态工况曲线和低态功耗曲线之间，沿垂直方向(即定转速，变转矩)来回平顺切换，动态调整发动机输出功率分钟级平均值，使电池包在荷电保持(CS)、荷电消耗(CD)、和荷电增加(CI)三种工作模式之一稳定工作或平顺切换，最大限度地避免因电池包电量基本耗尽(SoC达到URL)，导致ACE重卡动力性降低的不良情况出现，或因电池包电量基本满溢(SoC达到LRL)，导致电池包无法回收能量的不良情况出现；再由发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者协同驱动，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率平衡方程(3-3)。

ACE重卡并混模式下，发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者都和驱动轮直接机械耦合，三者的转速在变速箱挡位固定时，完全受控制于车速时变函数这个自变量，均为秒级缓慢小幅变化的因变量时变函数；而三者的转矩则是百毫秒级快速大幅变化的自变量时变函数；三者瞬态转矩可直接叠加，整车变速箱输入轴处总计驱动转矩的峰值可超过4000牛米，明显高于当今世界上最大的16L干线物流重卡柴油机的峰值转矩(小于2800牛米)；所以并混ACE重卡在高速工况下可长期稳定地工作在变速箱的最高挡位，很少因加速超车或上坡时峰值转矩不足而向下换挡。如果并混ACE重卡运行中突然需要换挡，特别是向下换挡，由于双电机(MG1和MG2)转矩或转速的调整速度比发动机快近十倍，可在换挡瞬间先切断发动机喷油，发动机进入无燃低态工况曲线，由双电机(MG1和MG2)都工作在驱动模式下既拖动无燃发动机又驱动车辆，不需要断开离合器，就可以在秒级时间内完成变速同步后挂新档，然后发动机再重新喷油燃烧做功，进入高态工况曲线；ACE重卡在并混模式换档时不会出现明显的驱动转矩中断，基本消除传统内燃机重卡变速箱换档时(特别是向下换档时)的明显顿挫感，改善整车振动及噪声性能(NVH)。换句话讲，在并混iPS模式下，如果ACE重卡需要换挡，则整个换挡操作必须在发动机PWM脉冲序列的低态脉冲部分完成(秒级)，与传统内燃机重卡换挡操作不同(特别是向下换挡操作不同)，此时不需要断开离合器，由双电机(MG1和MG2)协同驱动，实现变速箱输入轴瞬态驱动转矩中断和变转速同步，完成换挡操作；既减少离合器磨损，延长其寿命，又改善换挡时整车的动力性和NVH性能。ACE重卡在高速公路正常行驶时,平均车速高于50公里/小时,很少主动加速或刹车，可优选并混模式。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组合电机，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高倍率充电，回收能量。传统内燃机重卡高速路正常行驶时变速箱的实际换挡频率，主要取决于实际道路纵坡函数、整车配置参数、车辆行驶工况、及车辆驱动的峰值功率或转矩，发动机排量越大，转矩或功率余量越充沛，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，其合计驱动转矩(大于3500牛米)或功率(大于450千瓦)要明显大于目前市场上顶级配置的16L柴油机重卡，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，既可改善车辆的动力性和NVH性能，又延长变速箱自动换挡机构的寿命；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，例如对发动机瞬态输出功率进行非矩形脉幅调制(PAM)控制；本行业普通技术人员可无创造性的举一反三，借助成熟的现代数字通信技术或数字信号处理技术，联想出多种对发动机瞬态输出功率的等效的脉冲调制(PM)技术方案或措施；但这些技术方案或措施在系统简洁性和综合性价比等方面都不如上述PWM技术方案。ACE重卡节油机器人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)、车辆配置参数及动态运行数据、和司机所选择的预测性自适应巡航控制(PACC)子模式，实时精准地测算(亚秒级时延及千瓦级颗粒度)车辆在非拥堵的高速公路上未来小时级时间段内的路载瞬态功率时变函数(即路载瞬态功率)或分钟级滚动时间路载平均功率时变函数(即路载平均功率)，对发动机实施并混智能功率切换控制(iPS)，通过动态控制PWM序列占空比k_p来连续调整发动机平均功率函数值(即分钟级滚动时间平均函数值)，使功率型电池包在荷电保持(CS)模式(发动机平均功率基本等于路载平均功率)、荷电消耗(CD)模式(发动机平均功率明显小于路载平均功率)、和荷电增加(CI)模式(发动机平均功率明显大于路载平均功率)三者之一稳定地工作或之间平顺切换；对电池包进行及时充放电(JIT)，保证电池包最大限度工作在高效区(BLL<SoC<BUL)，尽量避免电池包进入基本清空(SoC<LRL)或满溢(SoC>URL)的极限工况；发动机、发电机(MG1)、和驱动电机(MG2)三者协同驱动，实时地满足车辆动力学方程(1-1)和并混功率平衡方程(3-3)，以实现最佳节能减排效果。

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箱输入轴处可以线性叠加，合计峰值转矩能轻易突破4000牛米，而目前全球已量产干线物流重卡的顶级配置的16升重卡发动机的峰值转矩小于2600牛米，重卡变速箱最大输入扭矩也小于2600牛米，变速箱输入轴处最大转矩主要受制于变速箱、传动轴、或驱动桥的原设计机械强度和寿命。换句话讲，即便只配置价廉物美的基本型发动机(例如排量11升到13升；峰值功率大于280千瓦；峰值转矩小于2500牛米)和主流高性价比的百千瓦级发电机(MG1)和驱动电机(MG2)，并混ACE重卡也能在分钟级短时间内，爆发性输出合计驱动功率(机械功率与电力功率之和)超过450千瓦，合计峰值转矩超过3500牛米，其动力性明显的高于全球市场上已量产的顶级配置16升传统发动机重卡。目前已量产商用干线物流重卡变速箱输入端的最大输入转矩都小于2500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强度和寿命方面需重新强化设计；应将变速箱输入端的峰值转矩提升到3000牛米以上，还可以将其最高档位从12至16档减少到6档至8档。

混动车辆现有控制技术一般包括下列七种运行子模式(又称控制子模式)；除非特别注明，否则某一模式对串混或并混均适用；各个控制子模式之间的切换不频繁，平均切换间隔一般在分钟级至十分钟级。

1)纯电池驱动模式：此时发动机不工作，电池包在荷电消耗(CD)模式工作，为驱动电机供电，满足路载功率要求。此时发动机平均功率明显低于路载平均功率。

2)纯发动机驱动模式：此时完全靠发动机直接驱动车辆(并混)或通过发电机间接驱动车辆(串混)，电池包基本不参与工作(即无放电；有再生制动充电)，属荷电保持(CS)模式。发动机功率基本等于路载功率。

3)混合驱动模式：发动机、发电机、驱动电机、电池包协同驱动车辆。此时发动机平均功率与路载平均功率基本相同；而电池包通过高倍率充放电，对路载瞬态功率削峰填谷，工作在荷电保持(CS)模式。

4)发动机驱动加充电模式：发动机除提供完全满足路载功率要求外，剩余功率通过发电机给电池包充电，电池包工作在荷电保持(CS)或荷电增加(CI)模式。此时发动机平均功率明显高于路载平均功率。

5)再生制动模式：此时路载功率为负数(下坡或刹车)，发动机不工作，驱动电机通过再生制动发电，给电池包充电来回收车辆的动能或势能，给车辆减速。此时电池包工作在荷电保持(CS)或荷电增加(CI)模式。此时发动机平均功率明显高于路载平均功率。

6)驻车充电模式：此时车辆停止，路载功率为零。发动机功率完全通过发电机用来给电池包充电，驱动电机不工作，此时电池包工作在荷电增加(CI)模式。此时发动机平均功率明显高于路载平均功率。

7)混合充电模式：此时路载功率为负数(下坡或刹车)，发动机通过发电机给电池包充电，同时驱动电机再生制动也给电池包充电，此时电池包工作在荷电增加(CI)模式。此时发动机平均功率明显高于路载平均功率。

本发明中ACE重卡的运行子模式与上述混动车辆现有技术集合的运行子模式有显著差异，通过串混智能启停控制技术(iSS)或并混智能功率切换控制技术(iPS)，将上述现有混动车辆控制技术中除驻车充电子模式外的其余六种控制子模式对混动车辆的机械功率流或电力功率流的各种模拟控制措施，在发动机瞬态功率脉宽调制(PWM)序列的一个脉冲周期内(亚分钟级)有机地融合及数字化；通过对ACE重卡发动机瞬态功率进行脉冲调制(PM)控制，特别是串混iSS双极性矩形脉宽调制控制(PWM)或并混iPS双极性非矩形PWM控制，将混动车辆运行时对机械功率流或电力功率流的模拟控制问题转换成等价的脉冲调制(PM)数字控制问题，以一种全新的技术方案来解决重卡节能减排优化这个世界性难题，使ACE重卡在整车动力性、实际运行环境(RDE)排放、和实际油耗(升/百公里)这三项关键指标上比现有内燃机重卡都有明显改善，综合节油率(即油耗降幅比例)可达30％；可类比对现代交流电机升级实施变频控制或矢量控制，利用电力电子功率模块基于PWM控制技术，实施交流-直流-交流电能转换加计算机控制，在电机性能和省电两方面比传统交流电机的定频控制技术实现大幅提升。现有技术集合中的燃油车辆发动机启停技术(SS)、发动机停缸技术(CDA)、油电混动车辆的上述七种控制子模式等技术方案的显著技术特征包括发动机的部分或全部气缸是否燃烧做功(CDA)，以及发动机是否旋转运行(SS)，以及不同子模式之间切换与车辆路载瞬态功率高度关联；本发明的ACE重卡发动机脉冲调制(PM)控制技术方案，包括串混智能启停技术(iSS)、并混智能功率切换技术(iPS)、和智能模式转换技术(iMS)，显著技术特征包括发动机始终旋转，其全部气缸或燃烧运行做正功，或无燃运行做负功，不同工作子模式的分类方法和各个子模式下对机械功率流或电功率流的具体控制方法及所生成的功率函数，和上述现有技术集合有本质的区别，以及不同模式间切换与车辆路载瞬态功率函数无关，只与路载平均功率函数(即分钟级滚动时间平均)高度关联。显然串混iSS或并混iPS控制技术，即保留了现有发动机启停技术(SS)和停缸技术(CDA)的主要优点(例如节油、尾气温度控制等)，又有效地克服两者的主要缺点(例如空调制冷的功能中断；增加系统复杂性和成本、降低系统可靠性和寿命等)，在不增加任何硬件的前提下，以更高的性价比来实现ACE重卡节能减排最优化(Optimization)。需强调，从理论上讲，串混iSS控制或并混iPS控制在ACE重卡从静止到最高法定车速的全域整车工况都适用，但当ACE重卡平均车速低于25英里/小时且主动加速或刹车频繁时(即拥堵路况或城市工况)，串混iSS控制在整车动力性和节能减排效果等方面比并混iPS控制有明显的优势，应为首选。

当前部分欧美先进内燃机重卡采用电子滑行控制技术(e-Coast)来进一步节油，如果某路段车辆路载平均功率绝对值小于预定阈值时(例如绝对值小于25千瓦；重卡下缓坡)，重卡整车控制器(VCU)可指挥自动变速箱(AMT)换空挡滑行(Neutral)或断开线控离合器滑行，此时发动机与变速箱的输入轴和驱动轮机械解耦，先减转矩后减转速，切换到怠速工况点运行，车辆凭借自身巨大的惯性仍能以基本恒速无驱动滑行一段距离(英里级或分钟级)，达到节油效果；当路载平均功率绝对值超出特定阈值时(例如绝对值大于25千瓦)，VCU指挥发动机再增加转速使发动机与变速箱转速同步后，闭合线控离合器，变速箱重新挂挡，恢复发动机正常驱动模式或制动模式。重卡发动机在怠速工况为低转速和低负荷，比油耗(BSFC)较高，仍有油耗和排放，但此时因发动机负荷低(功率负荷率小于15％)，油耗总量并不高，但污染物排放强度会增加；重卡下缓坡挂空挡滑行(包括断开离合器滑行)，虽能省油，但此时车辆失去发动机制动功能，明显增加机械刹车系统的负担，同时也失去迅速加速车辆的能力，对行车主动安全明显不利；司机开手动挡重卡下坡时，从驾驶主动安全考虑，绝大多数车队明令禁止挂空挡滑行来省油。受限于发动机和变速箱等机械系统反应速度较慢，电子滑行控制技术(e-Coast)模式切换的间隔在分钟级，很难以秒级间隔高频率来回切换；干线物流重卡实际行驶道路只有部分路段适用电子滑行模式(e-Coast)，例如路程占比小于35％，实际节油效果并不显著，而且还要随时平衡空挡滑行节油与刹车安全之间的矛盾；同时电子滑行模式将大幅增加变速箱换挡累计次数或离合器开关累计次数，对变速箱的换挡机构和离合器的使用寿命都有负面影响，还可能影响整车的振动和噪声性能(NVH)。

ACE重卡在串混iSS或并混iPS控制模式下，在发动机瞬态功率函数的每个PWM脉冲周期内，都分布式地包含了发动机零油耗及零排放的工况(即串混无燃怠速工况或并混无燃低态耗电工况)，还可采用下述“智能模式切换”控制技术(iMS)来进一步节油，具体实施技术措施如下。ACE重卡根据车辆配置参数、动态工况数据、和电子地平线先验3D道路数据等信息，能实时地(亚秒级时延)以千瓦级颗粒度计算并预测未来小时级或百公里级路段内，路载瞬态功率函数和路载平均功率函数(亚分钟级滚动时间平均)；对路载平均功率函数的绝对值小于设定阀值(例如50千瓦)的路段，优选切换到串混iSS控制模式运行；而对路载平均功率的绝对值大于设定阀值(例如50千瓦)的路段，则优选切换到并混iPS控制模式运行；显然，串混iSS模式下的PWM周期低态等效能耗要明显低于并混iPS模式下的PWM周期低态等效能耗，前者单位距离的能耗(即电耗)更低，更利于节油；无论在串混iSS模式下还是在并混iPS模式下，车辆变速箱始终挂挡运行，永远杜绝空挡滑行，能兼顾节能减排和刹车有效性。驱动电机(MG2)的峰值转矩与发动机的峰值转矩旗鼓相当，但电机的工况(即转矩或转速)调节速度比发动机快一个数量级，无论是串混iSS还是并混iPS模式，驱动电机(MG2)能在十毫秒级响应时间内，通过变速箱给车辆提供百千瓦级驱动正功率或再生制动负功率，既优化发动机油耗和排放，又完全避免空挡滑行，保证刹车安全，同时还可减少自动变速箱换挡次数，改善整车振动和噪声性能(NVH)；智能模式切换技术(iMS)的实际节油效果要明显优于现有电子滑行技术(e-Coast)，同时完全克服后者因变速箱换挡次数增加对换挡机构寿命、线控离合器寿命、和整车NVH性能等方面的负面影响，和整车刹车有效性降低及刹车片磨损增加等缺点。

传统内燃机重卡的离合器与轮胎和刹车片类似，为易耗品(Consumables)，离合器的核心功能是对发动机到变速箱输入轴之间的转矩传输(Torque Transfer)进行开关控制，在离合器从完全断开切换到完全闭合的秒级过渡态，离合器通过内部摩擦片来完成发动机与变速箱之间的转速同步；离合器的正常适用寿命明显低于发动机或变速箱的使用寿命，而且与重卡司机的驾驶风格高度关联，离合器和刹车是重卡日常运维工作的重点之一；更换或维修离合器既费钱，又影响车辆的出勤率，一直是车队日常运维的痛点之一。传统内燃机重卡行驶途中换挡时，特别是向下换档时(Downshift)，必须先断开离合器，实现转矩中断(Torque Interrupt)，等变速箱完成换挡操作和发动机在低负载率下提升转速后，再开始闭合离合器，在秒级过渡时期内，利用离合器内部摩擦片打滑来消除发动机飞轮与变速箱输入轴之间的转速差，实现发动机与变速箱转速同步，离合器达到完全闭合，然后发动机才可恢复高负载率运行，驱动车辆；整个变速箱换挡操作一般在秒级时间内完成；由于发动机在全域面工况难以快速精准地调控转速，每次离合器闭合时其摩擦片不同程度的打滑在所难免，显然变速箱频繁换挡以及在秒级过渡期(即完全闭合前)内离合器主动端和从动端之间的转速差或转矩差过大等因素对离合器寿命和整车NVH性能都有负面影响。现代交流电机通过矢量控制，实现对电机转速和转矩的动态精准控制，电机转速控制的速度比发动机转速控制都要高近一个数量级，百千瓦级电机通过矢量控制(Vector Control)可轻松地完成变速箱换挡操作所必须的瞬态转矩中断和调速同步(秒级)，不需要离合器的任何协助。本发明的ACE重卡节油机器人能够指挥双电机混联动力总成，实现车辆无离合器换挡(CGS–Clutchless Gear Shift)功能，即ACE重卡无论在串混模式下或并混模式下，变速箱换挡时都不需要离合器的同步开关动作，在整个变速箱换挡操作过程中(秒级)，离合器始终处于完全闭合状态(并混)或完全断开状态(串混)，具体技术措施如下。当ACE重卡稳态运行在串混iSS模式时，离合器一直断开，发动机和变速箱完全解耦，电功率分流器(ePSD)通过矢量控制技术指挥驱动电机可以轻松地实现变速箱输入端的瞬态驱动转矩中断和变速同步，令变速箱平顺完成换挡操作。当ACE重卡稳态运行在并混iPS模式时，离合器一直闭合，发动机与双电机(MG1和MG2)和变速箱的转速同步，如果变速箱需要换挡，则可以动态调节发动机瞬态功率函数PWM脉冲序列的占空比，将发动机的工况切换并维持在PWM低态脉冲时段(秒级)，由发电机在驱动模式下拖动发动机运转，此时发动机等效于一个功耗小于50千瓦的中小机械负载，百千瓦级发电机(MG1)和驱动电机(MG2)同转速(同轴联接)或速比固定(平行轴联接)，转矩可叠加，合计峰值转矩可高于3000牛米，电功率分流器(ePSD)通过矢量控制技术，指挥双电机(MG1和MG2)协同，可以轻松地既拖动无燃的发动机运转，又实现变速箱输入端的瞬态驱动转矩中断和变速同步，令变速箱平顺完成换挡操作(秒级)，然后发动机可重新切换到PWM高态脉冲。

在串混iSS模式与并混iPS模式之间切换时(即智能模式切换控制；iMS)，特别是从串混切换到并混时(即离合器从断开到闭合)，通过动态调节PWM脉冲序列占空比，令发动机运行在低态脉冲时段内(秒级)，由发电机(MG1)拖动无燃做负功的发动机来实现发动机转速与驱动电机机械轴或变速箱输入轴转速之间的变速同步后闭合离合器；由于发电机和驱动电机转速和转矩都可以动态精准控制，能保证发电机(MG1)和驱动电机(MG2)在整车各种工况下都能实现快速变速同步(Synchronize)，转速差可以严格控制在2％以内，所以在iMS控制模式下，ACE重卡离合器每次开关的磨损程度比传统内燃机重卡离合器开关的磨损程度大幅降低；显然ACE重卡的离合器需要常开和常关两个稳态，其它方面与传统重卡离合器的要求相同。换句话讲，ACE重卡只有在串混模式与并混模式切换时，才需要离合器一次断开或闭合操作；车辆稳态运行时如果变速箱需要换挡(在串混iSS模式下或并混iPS模式下)，可优选无离合器换挡(CGS)控制，不需要离合器任何操作。一辆干线物流内燃机重卡每天平均行驶500英里，需要完成数百次变速箱换挡操作；ACE重卡的动力性(指整车合计峰值功率或峰值转矩)要明显优于所有干线物流内燃机重卡，可以将车辆日行500英里的变速箱换挡操作次数减少50％以上；而智能模式切换控制操作(iMS)的日平均次数仅几十次；再加上无离合器换挡功能(CGS)可以基本消除因变速箱换挡而引发的离合器开关操作；综上所述，ACE重卡通过无离合器换挡技术(CGS)和智能模式切换技术(iMS)，对比现代柴油重卡离合器(即现有技术)，能将离合器的开关操作累计次数减少75％以上，将离合器的有效寿命(即更换里程数)提升150％以上，明显降低车辆运维费用，提升出勤率，在不增加任何硬件的前提下，以高性价比解决了司机和车队重卡日常运维的一个痛点。

传统内燃机重卡行驶时，其发动机瞬态功率与车辆路载瞬态功率成正比，二者均为模拟时变函数；对车辆的节能减排优化问题进行计算机模拟分析，需要以发动机气缸单个燃烧做功冲程为基本单元来建模分析。发动机在其万有特性曲线全工况域运行是个非常复杂的多变量非线性系统问题，发动机气缸单个燃烧做功冲程总体时间不足100毫秒，人类至今仍无法在发动机全域面工况燃烧做功冲程层面，以百毫秒级的每次缸内燃烧化学反应为基本单位，建立完整的动态微观(分子级)数理模型或数字模型，实现对发动机动态特性、比油耗、和排放的高保真度计算机实时模拟(百毫秒级)；也无法采集在发动机单个四个冲程微观层面(吸气/压缩/燃烧/排气)，能完备地描述发动机全域工况下节能减排最优化问题的大数据；传统内燃机的燃油喷射电子控制技术实质上是以发动机的单个燃烧做功冲程为最小基本单位，对发动机瞬态功率这个模拟时变函数，进行模拟信号处理和模拟电子控制。

ACE重卡节油机器人可通过对发动机瞬态输出功率实施串混智能启停(iSS)控制或并混智能功率切换(iPS)控制，将复杂多变的发动机瞬态功率模拟时变函数和电池包瞬态功率模拟时变函数分别同步转换成两个相对简单的双极性矩形(串混)或双极性非矩形(并混)脉宽调制(PWM)脉冲时间序列和非矩形脉幅调制(PAM)脉冲时间序列，将车辆行驶动力性问题(瞬态、时间微分)或能量管理问题(稳态、时间积分)等复杂的模拟信号处理和控制问题(Analogue Signal)转换成相对简单的数字信号处理和控制问题(DigitalSignal)，然后依靠计算机程序来自动有效地解决ACE重卡节能减排最优化这一数字信号处理和控制问题，真正实现了软件定义且全数字化的油电混合动力总成，可类比移动通讯产业从1G/2G时代的功能手机升级换代到3G/4G/5G时代的智能手机的技术路径演变。需强调，任意一款在欧美中三大重卡市场上已量产的主流重卡发动机，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(稳态或动态)，生成发动机瞬态功率PWM脉冲时间序列；本发明的发动机功率脉冲调制(PM)数字控制技术(即串混iSS或并混iPS)，将发动机从全域面工况大幅简化到可预先设定的甜点区内的两个点工况或高效区内的两条线工况，有效地屏蔽了各种不同技术档次的重卡发动机在万有特性曲线全工况域内，稳态性能、动态性能、油耗、排放等多方面的差异，使发动机不再是ACE重卡车辆动力性和实际节能减排效果的瓶颈，可明显提升ACE重卡的系统性价比。ACE重卡依靠百千瓦级双电机加十千瓦时级功率型电池包，与百千瓦级大型发动机这两套相互独立冗余的动力系统优势互补，在改善车辆动力性和主动安全性的前提下，实现车辆油耗和排放的最优化，而且其实际节能减排效果与该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解耦；所以，ACE重卡节油机器人还可以有效地解决传统发动机重卡因动力总成配置不同和司机的驾驶水平不同，而引发车辆实际油耗高离散性这一公路物流业的长期痛点，让每辆ACE重卡在节油机器人的控制下能高度一致性地实现车辆节能减排最优化，完胜人类司机。

显然电池包或电机的百千瓦级瞬态功率的变化速度要比内燃机的百千瓦级瞬态功率的变化速度或百千瓦级路载瞬态功率的变化速度都高一个数量级，受ePSD 123内部五个电子电子功率模块(例如逆变器121、122a&b、斩波器132a&b)某种组合的协同控制，功率型电池包130a&b能够快速精准地跟踪路载瞬态功率函数与发动机瞬态功率函数之差值的动态变化，实时地满足串混功率平衡方程(2-4)或并混功率平衡方程(3-3)，对应发动机101瞬态功率的双极性矩形或非矩形PWM脉冲序列而同步生成电池包130a&b充放电功率的脉幅调制(PAM)时间序列，该PAM序列的幅度在充电峰值功率(负值)和放电峰值功率(正值)之间连续可调，周期为发动机PWM序列周期的十分之一，完成对车辆路载瞬态功率模拟时变函数的数字化控制；换句话讲，对ACE重卡路载瞬态功率模拟时变函数的实时控制问题可被转换为下列等价问题，先对发动机瞬态机械功率进行脉宽调制(PWM)控制并同步对电池包瞬态电功率进行脉幅调制(PAM)控制，然后再根据串混功率平衡方程(2-4)或并混方程(3-3)对二者进行叠加，生成与原始路载瞬态功率模拟时变函数(简称原始路载功率)等效的数字化路载瞬态功率脉冲序列函数(简称数字化路载功率)，保证实时地满足车辆动力学方程(1-1)。原始路载功率函与数字化路载功率之间虽有细微差异，但二者冲量相同(即功率函数的时间积分相同)；重卡行驶是一种惯性动态系统，根据冲量等效原理，数字化路载功率与原始路载功率都能够实时地满足车辆动力学方程(1-1)，将产生相同的整车驱动效果；显然，数字化路载功率为包含发动机功率PWM脉冲序列和电池包功率PAM脉冲序列的复合脉冲序列函数。干线物流ACE重卡在整个运输事件中的能量管理(稳态、时间积分)或功率管理(瞬态、时间微分)技术问题一旦通过本发明的串混iSS技术、并混iPS技术、智能模式切换技术(iMS)、无离合器换挡技术(CGS)、智能巡航控制技术(iCC)、预测性自适应巡航技术(PACC)等组合技术完全数字化以后，其“整车节能减排最优化问题”就被转换成了一个和“计算机下围棋”(例如谷歌的AlphaGo)问题完全等价的狭义人工智能(Narrow AI)问题，非常适合采用机器学习(ML)算法，特别是多种深度学习算法(Deep Learning)，来解题；AlphaGo在围棋上已经完胜人类棋手，ACE重卡节油机器人在干线物流重卡节能减排最优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或副驾驶。

本发明中的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(Gen Set)；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，在全工况域内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(Mixed Hybrid)的性价比要明显高于同等配置的增程式串混重卡或单电机并混重卡。

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；再配合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、车速、和车加速度，并结合车辆电子地平线内的先验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。

功率型电池包即是ACE重卡中最昂贵的子系统之一，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、和寿命这三大难题。ACE重卡对电芯和电池包的技术要求与混动乘用车的要求对比有明显差异，首先在电池包重量或体积等方面要求更宽松，基本没有限制；但在电池包耐高低温和振动，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；其电芯在高效区内高倍率部分充放电工况下(例如SoC 30％～70％)，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会高于放电倍率，进一步挑战当前锂离子电芯充电倍率明显小于放电倍率的短板；车辆外工作环境温度-30℃～+55℃宽温度区间内电池包要能正常工作；等效深度充放电(DoD 100％)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；此时电池包充放电性能允许暂时降低，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，减少循环寿命，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)等都普遍怕冷。当电芯温度低于零摄氏度时，其高倍率放电(2C以上)能力明显暂时下降，等电芯温度回升到10摄氏度以上时，电芯放电性能恢复正常，低温放电不会永久性地损伤电芯；但电芯内部低温下(特别是小于0摄氏度时)高倍率充电，则容易造成电芯碳负极镀锂(LithiumPlating)，严重永久性地减少电芯寿命；电芯的损伤机理主要是负极镀锂所产生的金属锂枝晶可能刺穿隔膜，造成电芯内短路而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。与上述主流车规动力电芯不同，钛酸锂电芯(LTO；正极三元锂/负极钛酸锂)负极永远不会出现镀锂现象，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电芯有超长寿命及高安全性、耐低温、高倍率部分充放电(HRPSoC)性能最优异等多项明显优点，也有比能量低(小于65wh/KG)和成本高($/KWh约四倍于LFP/NMC电芯)两大明显缺点。因ACE重卡对总容量仅几十千瓦时的功率型电池包在体积和重量等方面基本没有硬性布置限制，LTO比能量低和体积大的缺点不足为虑，但其成本高昂的缺点却会阻碍ACE重卡大规模商用，必须千方百计地降低功率型电池包系统总成本；本发明通过并联至少两个由不同电化学电芯组成的十千瓦时级功率型电池包，来同时优化ACE重卡电池包的综合性能和成本；后续实施例章节详述。

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高效区的最佳上限(BUL)到最佳下限(BLL)之间连续上下波动变化；2)在荷电消耗模式(CD)下，电池包的瞬态SoC始终保持在上红线(URL)到下红线(LRL)之间连续波动变化，而其平均SoC(分钟级滚动时间平均)在上红线(URL)到下红线(LRL)之间随时间持续下降；3)在荷电增加模式(CI)下，电池包的瞬态SoC始终保持在上红线(URL)到下红线(LRL)之间连续波动变化，而其平均SoC在上红线(URL)到下红线(LRL)之间随时间持续上升。电池包的最佳工作区(又称高效区)为荷电状态(SoC)在最佳下限(BLL)至最佳上限(BUL)之间；在最佳工作区域内，电池包高倍率部分充放电(HRPSoC)时性能最佳，而且全生命周期内实际等效循环寿命(即总吞吐电量与电池包有效容量的比值)最长；而当电池包SoC在下红线(LRL)至最佳下限(BLL)之间或最佳上限(BUL)至上红线(URL)之间高倍率部分充放电运行时，其充放电性能虽非最佳，但不会对电芯造成永久性伤害，导致循环寿命减少。本发明ACE重卡的PACC技术方案中，电池包的充放电功率控制策略与ACE重卡发动机机械功率控制策略和整车总驱动功率(即闭合回路有效机械功率与有效电功率之和)控制策略息息相关；本发明ACE重卡功率控制策略的核心是将“整车功率管理”这一复杂的模拟控制问题分解并转换成两个相对简单的脉冲调制数字控制问题，一个是亚秒级“瞬态功率管理”的数字控制问题，另一个是分钟级“平均功率管理”的数字控制问题；在瞬态功率(亚秒级)控制方面，通过串混iSS控制或并混iPS控制，将电池包的瞬态电功率模拟函数与发动机的瞬态机械功率模拟函数转换为两个同步的(Synchronized)PAM脉冲序列和双极性PWM脉冲序列，实时地满足车辆动力学方程(1-1)、串混功率平衡方程(2-4)、或并混功率平衡方程(3-3)；此时电池包的瞬态荷电状态(SoC)时变函数在下红线(LRL)与上红线(URL)之间连续上下波动；在稳态平均功率(分钟级滚动平均)控制方面，通过分别动态调整上述电池包PAM脉冲序列的幅度或发动机PWM脉冲序列的占空比，并对上述PAM脉冲序列或PWM脉冲序列分别实施分钟级滚动时间平均运算，来分别动态连续地调整电池包平均功率函数值或发动机平均功率函数值；还可以根据车辆动力学方程(1-1)以千瓦级颗粒度实时地(亚秒级时延)计算并预测电子地平线内(小时级或百公里级)路载瞬态功率函数和平均功率函数(分钟级时平均)，再通过动态调整路载平均功率函数与发动机平均功率函数之间的差值，令电池包在荷电保持(CS)模式(差值基本等于零)、荷电消耗(CD)模式(差值明显大于零)、或荷电增加(CI)模式(差值明显小于零)三种工作模式之一稳定运行或模式之间平顺切换，最大限度地使功率型电池包能够长期稳定地工作在高效区，寻求电池包再生荷电周转率最大化及发动机荷电周转率最小化，实现同时优化ACE重卡的动力性、安全性、和节能减排等多重有益效果。

ACE重卡的电池包中所存储的荷电(又可称电量)分两种：一种是来源于发动机直接发电的高成本荷电，即“发动机荷电”(Engine Charge)，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“再生荷电”(Regen Charge)；显而易见，再生荷电也间接来源于发动机。ACE重卡节油机器人在整个货运事件(Freight Event)中功率控制策略(等效于能量管理策略)的重点，首先是尽量增加电池包的总荷电吞吐量(千瓦时)，用于驱动车辆；其次是最大限度地提高再生荷电在总荷电中所占比例，同时尽量降低发动机荷电在总荷电中所占比例；显然总荷电等于再生荷电与发动机荷电之和，三者的量纲均为千瓦时。总荷电吞吐量与电池包有效容量的比值定义为总荷电周转率；本发明中ACE重卡“能量管理优化”或“节能减排优化”的表述，即可以指待解决的技术问题，也可以指解决上述技术问题所达到的技术效果(即油耗最小化)；而ACE重卡预测性自适应巡航控制(即I级节油机器人的PACC功能)则是实现油耗最小化有益效果的技术方案，为本发明中多种具体技术措施的集合；PACC实质上是ACE重卡的整车动态功率控制策略，其核心之一便是在尽量提升每个货运事件电池包总荷电周转率的前提条件下，同时寻求再生荷电周转率最大值和发动机荷电周转率最小值。

VCU可被配置为：基于GNSS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，以具备单向性和唯一性的系统时间序列来自动标注ACE重卡整车及与车辆行驶横向或纵向控制相关联的各个子系统的动态运行数据，进行采样频率高于5赫兹的测算和存储；在第一维度上，将来自包括GNSS接收机、地图仪、发动机、发电机、电功率分流器(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配置参数和/或动态工况数据，对齐拼接成数据组；以及按照系统时间序列，将多个数据组在第二维度上进行校准、对齐、或排列，以形成关于ACE重卡运行的结构化的大数据(即节油数据集)，用于描述其动态运行状况，特别聚焦车辆节能减排及行驶自动安全；可选地，为保护司机和车队的隐私和商业秘密，对专用结构化大数据进行脱敏加密，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。

VCU还可被配置为：基于电子地平线范围内3D地图先验道路纵坡分布函数、车辆GNSS定位、发动机的万有特性曲线数字模型、发电机万有特性的数字模型、电池包充放电特性的数字模型、变速箱特性的数字模型、以及驱动电机万有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、变速箱、以及驱动电机中的相应的至少一者进行实时控制。

VCU还可被配置为：在车辆行驶过程中，指挥众多车载传感器和微处理器集合，实时采集并本地存储ACE重卡运行的结构化大数据(即节油数据集)；并且将车载存储的节油数据集，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)向远方云端计算平台进行发送并存储，以供后续在云端进行分析处理。在云平台上，集成深度学习算法、云平台算力、和众多ACE重卡集群的节油数据集，来训练ACE重卡节油机器人的云端AI大脑(即AI训练芯片)，建立节油算法的深度神经网(DNN)模型，并将针对特定货运事件的默许节油算法下载或无线远程推送(OTA)到指定ACE重卡，再由该车端AI大脑(即AI推理芯片)进行本地实时推理运算，优化车辆油耗和排放。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，进行本地推理运算，实时修正功率控制策略，达到车辆油耗(升/百公里)和排放最优(即最小化)。

中国国-6重卡柴油机和现代欧美重卡柴油机的后处理系统(ATS)采用基本相同的技术路线，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。柴油机在中高负荷工况下，其的尾气温度一般在250℃到500℃，ATS系统在高效区，有利于减排；而发动机冷启动时(指后处理系统内部催化剂表面温度低于100℃)或低负荷运行时，其尾气温度明显低于250摄氏度，后处理系统内部的各种催化剂表面温度无法迅速达到250℃其高效区阈值，即所谓的关灯温度(Light-offTempreture)，此时催化剂转换效率不高(例如小于50％)，污染物(微粒物、NOx等)排放污染较高。车辆累计排放污染的大部分来自其发动机冷启动、低负荷怠速、和其它转速和转矩突变的瞬态；如何在70万公里ATS系统质保范围内，长期稳定地满足车辆实际运行环境(RDE)下污染物排放法规限制，是中国国-6新重卡要有效解决的另一道技术难题。

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)，现代柴油重卡每隔一段时间(百英里级或千英里级)，就必须停车完成DPF系统主动再生(ActiveRegeneration)，清除淤积在DPF内部的碳颗粒；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(Duty Cycle)；DPF主动再生既耗时(约30分钟停车怠速柴油机)，又费油做无用功；DPF主动再生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。

本发明的混联ACE重卡，能在其运行全生命周期内，通过实施串混智能启停控制(iPS)和并混智能功率切换控制(iPS)，将发动机长期稳定地设置在其燃烧高效区或最佳工况点，可比单电机并混重卡或传统柴油重卡的主动再生频次降低80％以上；在优化车辆油耗的同时，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(高于250摄氏度)，将ACE重卡的发动机比单电机并混重卡或传统柴油重卡的发动机冷启动次数减少75％以上；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。

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)可降低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。

本发明的ACE重卡节油机器人(VCU及AIU)可根据电子地平线内的先验道路3D数据(经度、纬度、纵坡)、车辆配置参数及动态运行数据(总质量、滚动摩擦系数、风阻系数、车速、车加速度、实时定位等)等信息，和车辆动力学方程(1-1)，以高于1.0赫兹的刷新频率和千瓦级颗粒度预测电子地平线内的路载功率时空函数，然后根据聚焦节能减排的机器学习(ML)算法，在车端实时(亚秒级)自动生成并执行车辆功率控制策略，指挥混联ACE重卡动态实施串混智能启停控制(iSS)或并混智能功率切换控制(iPS)、智能模式切换控制(iMS)、无离合器换挡(CGS)，或智能巡航控制(iCC)等一系列组合控制技术，在保证车辆动力性和主动安全性的前提条件下，令发动机和电池包都能长期稳定地工作在各自的高效区，实现ACE重卡实际节能减排效果最优化，特别是综合油耗最小化；上述多种技术措施之集合被定义为ACE重卡的“预测性自适应巡航控制”(PACC：Predicative Adaptive Cruise Control)技术方案或功能。对比传统内燃机重卡，在相同路径、相同负载、相同货运时间的条件下，ACE重卡节油机器人通过PACC技术方案，可实现实际油耗降幅超过25％，节油效果一致性极高，且与ACE重卡人类司机的水平和发动机的极限性能基本解耦。显然PACC技术方案可实现ACE重卡纵向L1级自动驾驶功能；在本公开中，PACC既可代表具体技术方案，又可代表该技术方案所能实现的L1级自动驾驶功能；PACC是ACE重卡从I级到V级节油机器人的基石性功能。高速公路ODD内，在车辆节能减排方面，PACC功能(即车辆纵向控制)起决定性作用，权重系数高达98％，车辆横向控制的权重系数仅2％，基本可以忽略不计；但在车辆行驶主动安全性方面，PACC功能仍起重要作用，权重系数为65％，而车辆横向控制的权重系数上升为35％，几乎同等重要；如果在城市开放道路ODD内，对车辆行驶主动安全性而言，纵向控制和横向控制同样重要，权重系数各50％。

当前全球各国都采用基本相同的指标(Metrics)来衡量车辆交通安全，其中人员死亡率(Fatality Rate-FnR；人次/亿英里)和人员伤害率(Injury Rate-InR；人次/亿英里)为最重要且最常用的两项滞后性指标(Lagging Indicator)。美国有世界上最全面和公开的政府交通事故数据库，向公众提供详尽的数据和分析报告。通过比较HAV与有人驾驶的车辆在实际运行环境下(RDE)的死亡率(FaR)和伤害率(InR)等滞后指标(LaggingIndicator)，HAV产品提供商、政府、公众、保险公司、法院等道路交通安全利益攸关方才能根据真实且充足的统计数据做出判断，决定是否修改相关法律法规，允许HAV在其设计运行域(ODD)内落地商用。

HAV价值主张(Value Proposition)的第一要点就是AI司机能够大幅减低由于人类司机的失误而引发的90％以上的道路交通事故。但是AI司机(即L3或L4系统)比人类司机在ODD内驾驶车辆更安全目前只是一个愿景或假设，还没有充分的统计数据支持，更不是事实或真理。HAV车辆行驶的主动安全性和可靠性基于两个相互正交维度的衡量指标；第一维度是车辆物理信息系统的安全性和可靠性，例如转向系统、刹车系统、动力总成、轮胎、电控单元等，基于现代物理学，所有元素均无生命也无意识，属于具备确定性和可预测性的纯工程技术问题；当前全球汽车行业有一整套成熟的技术标准和验证方法；第二个维度是AI司机执行动态驾驶任务(DDT)的安全性和可靠性，基于AI司机与其它道路使用者(特别是其它人类司机)和道路基础设施之间的动态交互与协同和人类大脑数万年进化演变，并不是一个纯工程技术问题，而是一个复杂的生态和社会系统问题，其中很多元素既有生命又有意识，不具备确定性和可预测性，而是充满不确定性(即随机性)和不可预测性的技术问题和社会问题的混合体；目前全球汽车行业还没有一套关于HAV的AI司机执行动态驾驶任务(DDT)时安全性和可靠性的成熟技术标准和验证方法。如何在HAV获准批量商用前，在不额外增加现有道路使用者(Road Users)，特别是弱势道路使用者，交通风险的前提下，从统计意义上高置信度地证明AI司机比人类司机在执行DDT方面更安全又更可靠，是一个“先有鸡还是先有蛋”的世界性难题，目前全球范围还没有技术和商业上都可行的有效解决方案。

美国兰德公司(RAND)2016年的研究报告阐述了要通过统计推理来证明HAV安全性和可靠性所需三真测试(3R Test；真车/真路/真负载)里程(即样本数量)。Nidhi Kalra,Driving to Safety:How Many Miles of Driving Would It Take to DemonstrateAutonomous Vehicle Reliability？,RAND Corporation，2016。根据该报告，以美国2013年有人驾驶车辆的死亡率(FaR)1.09人次/亿英里和伤害率(InR)77人次/亿英里为基准，以统计学95％置信度做统计推理，如果HAV真能够完美无缺(即零人员伤亡，无交通事故)，则HAV需累计行驶2.75亿英里来证明死亡率(FaR)的水平相同，390万英里证明伤害率(InR)的水平相同；但实际上HAV不可能完美无缺，会涉及交通伤亡事故，此时HAV需累计行驶88亿英里来证明死亡率(FaR)的水平相同，1.25亿英里证明伤害率(InR)的水平相同。上述交通事故数据绝大部分基于乘用车；干线物流重卡的FaR和InR数据与上述交通事故数据在同一数量级，差异率小于50％。换句话讲，要证明HAV重卡和人类驾驶的普通重卡的安全性基本相同(即基本相同的FaR和InR),以FaR为衡量基准时，HAV需要积累超过一百亿英里的三真测试数据；以InR为衡量基准时，需要积累超过一亿英里的三真测试数据。计算机模拟和封闭试车场测试虽然都是HAV研发过程中必须的检验和验证(Verification&Validation)手段，但二者都无法撼动三真测试在HAV验证环节无法替代的核心地位。HAV自动驾驶安全性/可靠性的验证(Validation of Safety/Reliability)所需累计里程和费用比L2级车辆(为具备确定性和可预测性的物理信息系统)安全性/可靠性验证所需的里程和费用高近千倍(即三个量级)，故称为批量验证(Big Validation)；批量验证HAV重卡AI司机的安全性和可靠性，实质上是验证AI司机与经过数万年进化演变的人类大脑在完成动态驾驶任务(DDT)方面的差异性和AI司机与大量人类道路使用者之间的动态交互及协同的综合能力，是个没有完整数学模型的技术问题加社会问题的混合体，具备不确定性和不可预测性；显而易见，完成上述HAV重卡自动驾驶系统的批量验证，比L2级ADAS系统的安全性和可靠性的验证所耗费的资源(人、财、物)要高近千倍。换句话讲，HAV重卡商用落地的真正难点不是L4系统的工程开发，而是其商用前必须通过的批量验证。

验证HAV出租车(Robo-taxi)的三真测试可在方圆百英里的某个城市或郊区的道路上进行，但批量验证干线物流HAV重卡的三真测试必须在全国范围的高速公路上进行才有统计意义。HAV重卡批量验证除了耗费时间和资金巨大的挑战之外，更大的挑战在于HAV重卡三真测试可能给高速公路上绝大多数人类司机驾驶的车辆带来额外巨大风险和政府和公众要求确保道路交通安全这对不可调和的矛盾。由于重卡的体积和质量比乘用车高一个数量级，对高速行驶的HAV重卡而言，几乎所有其它车辆都是弱势道路使用者(Vulnerable Road User)；由于重卡相对乘用车而言体型和重量巨大，在高速公路上测试HAV重卡，对绝大多数现有道路使用者来讲，感受到的交通风险和实际的交通风险都极可能暂时攀升；在没有充分统计数据证明HAV重卡的安全性和可靠性之前，公众(Public)不会同意“被小白鼠化”，被动地成为HAV重卡三真测试过程中的弱势道路使用者；各国政府对高速公路测试HAV重卡都非常慎重，截止2020年一季度，世界上还没有任何一个国家的中央政府，允许HAV重卡在全国范围高速公路上开展L3/L4级系统的三真测试，无论车中是否配备司机安全员(Safety Driver)。在全球HAV研发的排头兵美国加州，虽有超过五十家企业正开展HAV乘用车公共道路(Public Road)三真测试，但加州法律目前仍明令禁止HAV重卡在加州的公共道路开展三真测试；中国政府目前也不允许HAV重卡在高速公路上与社会车辆混合行驶，开展L3/L4系统的三真(3R)验证测试。换句话讲，L4级乘用车商业化落地，例如区域性无人驾驶出租车(Robo-Taxi)，主要技术和商业难点是L4级系统的产品研发和量产低成本(千美元级/辆)，批量验证无法规障碍，耗资耗时问题能够解决；然而L4级干线物流重卡商业化落地，L4级系统产品研发和量产高成本(万美元级/辆)不再是难点，而批量验证的当前法规障碍和耗资耗时巨大则成为难以跨越的鸿沟。HAV重卡在公共道路上的测试或商用“路权”问题，是HAV重卡批量商业之前必须解决的一道难题。对各国政府、公众、和其它道路交通安全利益攸关方而言，HAV重卡的路权应该是“挣来的”(Earn)，而不是“要来的”(Request)；HAV重卡的开发商，无论是整车厂、一级供应商、还是科技企业，不应“假设”L4系统比人类司机更安全和更可靠，以鼓励创新的名义从政府处先要来路权，将现有高速公路使用者变成HAV重卡三真测试的“小白鼠”；而应该通过完成现行交通法规允许的L2级ADAS系统亿英里级影子模式三真测试，从统计意义上证明HAV重卡并非不安全和不可靠，从政府处挣来L3系统脱管模式下三真测试的路权。

在全球各国现行交通法律法规的监管框架下，只能够先将HAV重卡配置的L4自动驾驶系统降维成L2级ADAS系统使用，每辆HAV重卡至少要配备一名持有商用车驾照(CDL)的司机安全员，才能在全国范围的高速公路上，进行L2级影子模式三真测试或商业运营，积累真实道路交通安全数据；通过持续有效地与政府及公众沟通，并用亿英里级三真测试数据和差异报告来证明HAV重卡在高速公路上进行L3级三真测试“并非不安全”，逐步获得公众的理解和政府批准的路权后，开展高速公路ODD内的L3级三真测试。ACE4重卡目前在北美高速公路ODD内开展L3或L4系统三真测试除法律障碍外，另一项巨大挑战是L4级重卡三真(3R)测试的单位可变成本(Variable Cost)超过1.0美元/英里(主要指司机费和油费)，约为L4级乘用车三真测试可变成本的三倍；ACE4重卡要完成十亿英里级L4级自动驾驶系统安全性和可靠性的3R批量验证，仅验证费用一项就可高达十亿美元级，比开发全新传统重卡的验证费用高近百倍；而且单车的每年十万英里三真验证的合计可变费用在十万美元以上，也远高于同车L4系统硬件和软件的总成本(三万美元以内)。

根据现行美国和加拿大(即北美地区)法律法规，ACE2重卡在产品开发阶段(Development)完成包括L2级ADAS系统在内的整车验证百万英里级三真测试后，在北美可以直接进入量产和商用阶段(Deployment)；显然ACE2重卡行驶时，人类司机始终对交通安全负全责；但ACE4重卡级在产品开发阶段(Development)完成产品初步验证(百万英里级三真测试)，仅能证明车辆物理信息系统的安全性和可靠性，根本无法证明L4级AI司机在高速公路ODD内，执行动态驾驶任务(DDT)的安全性和可靠性；还需要经过初期量产和示范阶段(Demonstration)这一中间环节，完成HAV重卡L4级AI司机执行DDT安全性和可靠性的百亿英里级批量验证，才可能以充分的统计数据说服政府及公众，同意修改相关法律法规，赋予L4级AI司机和人类重卡司机同样的路权，进入ACE4重卡IV级节油机器人商用部署阶段(Deployment)；显然ACE4重卡除能同时优化车辆的动力性、安全性、和节能减排效果外，还可大幅提升人类司机的劳动生产率和货运时效性。在产品开发阶段，乘用车和重卡的L4级系统在技术层面，特别是硬件、软件和感知-决策-控制AI算法层面，无实质性差异；但在示范阶段(即批量验证阶段)，对政府和公众等道路交通安全利益攸关方而言，由于重卡的体积和质量比乘用车高一个数量级，对现有道路使用者和公众而言，在高速公路ODD内，批量验证L3或L4级AI司机时，L4级重卡的主观安全性和客观安全性与L4级乘用车相比，差异巨大，必须区别对待，谨慎行事。HAV重卡运行安全性和可靠性的衡量指标有两类：1)第一类为先导指标(Leading Indicator)，是指包括影子模式下的差异数(次/千英里)或差异里程(英里/次)，以及脱管模式下的脱管数(次/千英里)或脱管里程(英里/次)等替代测度(Proxy Measure)，具备中度可信(Valid)、中度可靠(Reliable)、高度可行(Feasible)、和中度不可操纵(Non-manipulatable)等特点；2)第二类为滞后指标(Lagging Indicator)，是指包括实际道路交通伤人率(InR；人次/亿英里)及死亡率(FaR；人次/亿英里)等结果测度(Outcome Measure)，具备高度可信(Valid)、高度可靠(Reliable)、中度可行(Feasible)、和高度不可操纵(Non-manipulatable)等特点。

根据SAE J3016标准对自动驾驶系统的分类和定义，在设计运行域内(ODD)，L2级ADAS系统负责驾驶控制(Driving Control；即车辆持续性纵向和横向行驶控制)，人类司机负责感知和决策(即物体和事件的探测和响应；OEDR)，同时做为动态驾驶任务后援(DDTFallback)，可以脱脚或脱手，但不可以脱眼或脱脑，要随时准备在一秒内接管动态驾驶任务(DDT＝Control+OEDR)；L3系统能完成全套动态驾驶任务(DDT)，人类司机做为DDT后援(Fallback)，可以脱脚、脱手、脱眼、但不可脱脑，要能随时准备在15秒内接管动态驾驶任务(DDT)；L4系统能完成全套动态驾驶任务(DDT)，同时L4系统自备DDT后援(Fallback)，人类司机可以脱脚、脱手、脱眼、脱脑，离开驾驶座，到驾驶舱后面休息。除非特别注明，ACE重卡节油机器人的默认设计运行域(ODD)为封闭式高速公路。

在美国，重卡司机与民航飞行员一样，每天的最长工作时间有强制性法规限制。美国重卡司机的工作时间联邦法规(HOS)明确要求如下：司机上岗从重卡发动机点火开始，每天(24小时)最多只能工作14小时，其中驾驶时间最多11小时，然后必须离开驾驶座，休息10小时后，才可重启下一个24小时的周期。所有重卡从2018年起，在北美(美国和加拿大)都必须使用政府认证的电子记录器(ELD)来实时记录重卡运行，避免纸质HOS记录可人为修改的弊病。重卡司机为专业人士，必须具备商用驾照(CDL)，在全部有乘用车驾照的人群中占比不足3％。与中国干线物流重卡较高比例双司机运行不同，美国干线物流重卡双司机(TeamDrivers)占比远低于10％，绝大多数为单一司机。司机费用和燃油费是美国干线物流重卡运行总费用中占比第一(约40％)和第二(约25％)的成本因子，二者合计在车队运营成本中占比高达2/3。基于美国现有干线物流重卡商业运营监管的法律法规体系，L3级HAV重卡商用阶段可能让人类司机通过获得政府HOS法规特别豁免(Special Waiver)，每天增加一个到三个小时的实际驾驶时间，相当于提升司机劳动生产率9％～27％；而L4级HAV重卡一旦被政府批准商用，在高速公路ODD内，人类司机和AI司机交替驾驶，能让一个司机当两个人用，车辆昼夜兼程，24小时连续行驶，L4级重卡单司机可日行一千英里以上，大幅提升司机劳动生产率75％以上,同时缩短超长干线物流(单程一千英里以上)的货运时间35％以上，明显降低干线物流货运成本(美元/吨英里)并提高货运时效性，真正做到多快好省，经济效果和社会意义巨大，将给万亿美元级全球公路货运行业带来革命性变化。业界普遍认为，L2级干线物流重卡已经实现批量商用；L3级干线物流重卡仅是一款过渡性产品，以L4系统80％的成本来实现其20％的有益效果，性价比次优；尽早实现L4级干线物流重卡大规模商用，才是未来十年内全球万亿美元级公路货运行业的奋斗目标。本公开讨论L1～L4级自动驾驶系统时，除特别注明，设计运行域(ODD)指高速公路；司机泛指人类司机(HumanDriver)；AI司机则专指机器司机(Machine Driver)，即L3级或L4级自动驾驶系统。

高速公路上同车道内行驶时，车辆的持续性纵向控制(加速、刹车、或巡航)与持续性横向控制(例如换车道等)在车辆能量管理或行驶主动安全两个方面，单方向(Uni-directional)基本解耦，故称一维(1D)纵向控制(Longitudinal Control)，在以车辆纵向位移为自变量的一维坐标系内，实时地满足车辆动力学方程(1-1)，不需要考虑横向控制所产生的影响；但车辆的持续性横向控制却与其纵向控制高度关联(即双向深度耦合)，必须二者动态协同控制，才能保证车辆行驶时的主动安全性，故称二维(2D)横向控制(LateralControl)。在高速公路ODD内，从ACE重卡节能减排最优化角度考虑，纵向控制(即PACC功能)的权重系数为98％，而横向控制的权重系数仅为2％，对油耗的影响可忽略不计；从DDT安全性和可靠性角度考虑，纵向控制(即PACC功能)的权重系数为65％，而横向控制的权重系数仅为35％，二者需统筹协同。如果换到非封闭式城郊道路ODD内，从ACE重卡节能减排最优化角度考虑，纵向控制(即PACC)的权重系数为95％，而横向控制的权重系数仅为5％，对油耗影响仍然很小；从DDT安全性和可靠性角度考虑，纵向控制(即PACC功能)的权重系数及横向控制的权重系数分别为50％，二者同等重要。需要强调，在车辆节能减排方面(基于L1级1D纵向PACC控制)，ACE4重卡(即IV级节油机器人)对比ACE1重卡(即I级节油机器人)在功能和性能方面完全相同；但在DDT安全性及可靠性和司机劳动生产率方面，ACE4重卡对比ACE1重卡在功能和性能方面有天壤之别，并能向下兼容全部功能。I级节油机器人是“经济基础”，IV级节油机器人为“上层建筑”。需要强调，车辆节能减排优化问题实质上是一种车辆行驶过程中的稳态宏观特性，体现了对发动机或电池包瞬态功率函数的时间积分，节能减排效果具备可叠加性；类比下围棋，不计较局部得失，而聚焦全局胜利；I级节油机器人的PACC控制功能，可靠性达到99％就可以批量商用。然而IV级节油机器人执行L4级DDT时的安全性和可靠性实质上一种车辆行驶过程中的瞬态微观特性，类比民航飞机的安全性，不出事故为常态不减分，一但出事故就可能机毁人亡，IV级节油机器人执行L4级DDT的可靠性即便达到99.9999％，政府和公众也不会允许进入批量商用，其死亡率必须明显小于人类司机的1.09人次/亿英里水平(即八个九以上的可靠性)，政府和公众才可能允许进入批量商用阶段。换句话讲，在系统安全性和可靠性门槛方面，I级节油机器人与IV级节油机器人之间有天壤之别，I级节油机器人是“经济基础”，IV级节油机器人为“上层建筑”。

本公开中的ACE重卡采用线控动力总成、线控刹车、和线控转向(x-by-wire)，车辆横向或纵向控制功能都必须是高可靠性(ASIL-D)低时延(十毫秒级)的动态控制功能，而交通事故是否发生以及事故的严重程度很大程度取决于碰撞时刻(Collision Time)前后十秒级时间内，操控者(人类司机、ADAS系统、或AI司机)对车辆周围物体或事件的监测和反应(OEDR)及车辆行驶持续控制(即动态驾驶任务DDT)的实时性、精准性和鲁棒性。I级节油机器人通过1D纵向控制PACC功能，优化车辆的能量管理，在节能减排效果方面，可完胜人类司机，对比传统内燃机重卡综合油耗(升/百公里)降低近30％，且实际节油效果高度一致，与司机水平和发动机技术档次都基本解耦；ACE1重卡运行每一分钟或每一英里，都在创造节能减排的额外价值，是其它三种高级节油机器人的坚实地基(Foundation)；II级至IV级节油机器人都是高级版节油机器人，在车辆行驶控制方面，增加了车辆的2D横向控制(Lateral Control)功能，同时逐级增强车辆周围感知和决策功能(OEDR)的精准性及鲁棒性、系统冗余度、和车载AI算力等。在高速公路ODD内，ACE重卡同车道1D纵向控制(即PACC功能)为稳态(亚小时级)，运行时间占比超过95％；而包括车辆换道、车辆路边紧急停车、进入高速公路服务区或下高速公路等行动的2D横向控制为瞬态(亚分钟级)，运行时间占比小于5％；车辆实际油耗(升/百公里)完全取决于重卡节油机器人在1D纵向控制PACC模式下的能量管理优化AI算法，与2D横向控制基本无关。

在ACE重卡配置的车辆控制器(VCU)之内或之外，增加一个最高汽车安全完整性等级ASIL-D的比较器(Comparator)模块(既可以是真实电子模块，也可以是虚拟逻辑模块)，能以不低于20赫兹的刷新频率，实时地比较和切换(Compare&Switch)源于人类司机、车载量产商用的ADAS系统(即L2级系统)、和待验证AI司机(即L4系统)这三套相互完全独立的车辆行驶动态控制信号(横向或纵向)，生成车辆驾驶最终的动态线控信号(ControlSignal)，这些车辆线控信号满足下列方程：

C_si＝k_i1W_i1+k_i2W_i2+k_i3W_i3 (5-1)

其中i＝1代表车辆纵向控制，i＝2代表车辆横向控制；W_i1代表人类司机线控信号，W_i2代表ADAS线控信号，W_i3代表AI司机线控信号，三者为相互独立的自变量(时变函数)；C_s1和C_s2分别代表最终操控车辆的纵向或横向线控信号，二者为相互独立的因变量(时变函数)；k_ij为六个可动态软件设定的权重系数，为常量，可由司机或车队来预先设定，还可通过远程迭代升级(OTA)来调整。

比较器的功能相当于一台具备至少六个输入信道(W_ij)和至少二个输出信道(C_si)的小型程控交换机，可以通过软件定义和远程迭代升级(OTA)来实施不同的车辆线控信号比较、融合、切换策略(简称比较策略)，即“智能比较切换”功能(iCS)，后续实施例部分详细阐述；基本型比较策略指各种开关式比较策略(On-Off Comparison),k_i1、k_i2、k_i3三个系数中，每一时刻，只能有一个系数为1，其余俩个系数均为0；高级型比较策略指权重式比较策略(Weighted Comparison),k_i1、k_i2、k_i3三个系数均为0到1之间的非负数，边界条件为三个权重系数之和永远等于1；司机权重系数k_i1的优先级或权重值通常是三者中最高的。

ACE重卡上有充足的地方和电能来安装并支持至少一套已经工程设计冻结定型，批量验证通过后即可量产商用的L4级自动驾驶系统(又称待验证L4系统)，升级成ACE4重卡。当前(2020年4月)世界各国政府都明令禁止HAV重卡在全国范围高速公路上，开展真正意义上的L3/L4级三真(3R)测试；所谓L3级三真测试，由AI司机完成动态驾驶任务(DDT)，由随车司机安全员做DDT后援(DDT Fallback；L3系统)，随时准备在15秒内接管DDT；而L4级三真测试，由L4系统自备后援，司机可以离开驾驶位，到车辆后舱休息；在全球各国现有交通法规框架下，高速公路三真测试要合法合规，ACE4重卡只能先暂时自降二级，以L2级ADAS模式运行(即影子模式)，由AI司机和人类司机共同负责感知和决策(OEDR)，人类司机做DDT后援并对车辆行驶安全负全责。此时ACE4重卡运行在“影子模式”下，实际上开展L2级三真测试；影子模式下比较器将k_i3设定为零，并实时地(高于20赫兹刷新频率)比较司机线控信号W_i1和AI司机线控信号W_i3，当二者差值的绝对值大于预设阈值时，自动生成数字化“差异报告”(Disparity Report)。换句话讲，在影子模式下，AI司机在高速公路三真环境下实时地模仿人类司机驾驶，虽能实时地完成感知和决策(OEDR)并发出车辆驾驶线控信号W_i3，但此时ACE重卡的比较器完全屏蔽AI司机的线控信号，只听命于人类司机，保证ACE4重卡影子模式运行对道路交通安全无任何负面影响。

参考当前美国加州对HAV轻型车公共道路测试的监管方式，即强制性要求在加州公路测试HAV的每家开发商都定期提交“脱管报告”(Disengagement Report)；ACE2重卡在影子模式运行时，如果比较器发现人类司机线控信号W_i1与AI司机线控信号W_i3的差值绝对值大于预设阈值时，以车辆VCU系统时钟为唯一性标注，创建一个“差异事件”(DisparityEvent)电子记录，VCU结合差异事件前后十秒级时间范围内，L4系统传感器集合的全部原始数据和车辆运行数据，自动生成针对该差异事件的数字化差异报告(Disparity Report)，对涉及司机隐私或车辆机密信息进行脱敏(匿名化)加密后，及时上传云端，供后续分析处理。在影子模式下，人类司机是老师，已量产并商用的ADAS系统(即L2系统)是助教，而待验证的L4系统是学生，通过模仿或监督学习(Supervised Learning)，采用差异里程(Disparity Milage；英里/次)或差异数(Disparity Number；次/千英里)这两项先行指标(Leading Indicator)，来衡量并改善待验证L4系统执行L2级DDT时的性能和安全性；同时由于k_i3＝0，影子模式对道路交通安全无任何负面影响。

干线物流ACE重卡正常运营年均累计里程12万英里；1000辆ACE4重卡全国范围以L2级影子模式运行一年(春夏秋冬四季)，可累计1.2亿英里的待验证L4系统执行L2级DDT时的三真测试数据，生成差异报告，从统计意义上初步证明ACE4重卡执行L3级三真测试并非不安全(Not Unsafe)；以政府为首的道路交通安全各个利益攸关方(Key Stake-holders)，可根据ACE4重卡亿英里级L2级差异报告，批准ACE4重卡在全国范围的高速公路上开展L3级三真测试，即L3级“脱管模式”测试运行；此时待验证L4系统降维成L3系统执行全部动态驾驶任务(DDT；包括OEDR和车辆控制)，但要求随车司机安全员(Safety Driver)做为DDT后援(Fallback)，司机可脱手、脱脚、脱眼、但不可脱脑，更不能睡觉，随时准备在15秒内接管车辆，执行全部。与上述差异报告类似，如果比较器发现司机线控信号W_i1与AI司机线控信号W_i3的差值绝对值大于预设阈值时，以VCU系统时钟为唯一性标注，自动地创建一个脱管事件(Disengagement Event)电子记录，VCU结合脱管事件前后十秒级时间内，L4系统传感器集合的全部原始数据和车辆动态运行数据，自动生成该事件的数字化脱管报告；对脱管报告中司机或车辆的隐私或机密信息进行车端脱敏加密后，将该报告及时(小时级时延)上传云端，供后续分析处理。所谓脱管事件，是指无论任何原因，AI司机脱管，由人类司机主动地或被动地接管车辆，执行全部或部分DDT。可采用两项先行指标(Leading Indicator)，即脱管里程(Disengagement Mileage；英里/次)或脱管数(Disengagement Number；次/千英里)，再加上死亡率FaR(人次/亿英里)和伤人率InR(人次/亿英里)这两项滞后指标(LaggingIndicator)，来综合衡量并改善待验证L4系统执行L3级DDT时的安全性和可靠性。一万辆ACE4重卡，在全国范围内，以脱管模式持续运行一年(春/夏/秋/冬四季)，就能累计12亿英里的L3级三真测试数据及脱管报告。以政府为首的道路交通安全各个利益攸关方(KeyStake-holders)，可根据十亿英里级三真测试的L3级脱管报告和滞后安全指标(死亡率或伤害率)实际数据，做出高置信度的统计推理，在保证道路安全性(Road Safety)的前提下，逐步开放ACE4重卡在全国范围的高速公路上进行L3级自动驾驶系统的万辆级大规模商业运营，并继续开展待验证L4系统执行L3级DDT时的第三阶段百亿英里级三真测试。在从亿英里级L2级影子模式验证的第一阶段、到十亿英里级L3级脱管模式验证的第二阶段、再到百亿英里级L3级批量商用和L4级三真测试的第三阶段的逐步升级的漫长批量验证过程中，ACE4重卡车队的待验证IV级节油机器人，在执行L4级DDT安全性和可靠性方面，经历了从学徒到出师的自主进化演变，类比年轻人从高中毕业并考入大学一直到获得博士学位的成长和升级过程，使ACE4重卡在车辆动力性、行驶安全性、货运时效性、司机劳动生产率、车辆油耗及排放等多方面都比传统内燃机重卡有明显改善，早日实现ACE4重卡L4系统的批量商用。

对比本发明的ACE重卡，配置L4级系统的传统内燃机重卡(简称L4传统重卡)也可以采用影子模式(即L2三真测试)或脱管模式(即L3三真测试)，进行L4系统的批量验证，但会面临下列额外挑战：首先传统内燃机重卡的动力性和油耗与发动机的性能和司机的水平高度关联，实际数据离散性高(油耗差异率高达20％)；其次传统重卡的L2级ADAS系统聚焦安全性和便利性，即便采用预测性巡航控制技术(PCC)，也因传统重卡缺乏再生制动回收能量的功能，实际油耗降幅小于5％，明显逊色于油耗降幅超过25％的ACE重卡；再者传统重卡从百千瓦级驱动功率切换到百千瓦级辅助刹车或气动机械刹车系统的时延(秒级)比ACE重卡高一个数量级，在刹车性能方面也逊色一筹；最后传统重卡在动力、刹车、转向、电源等方面的冗余度都明显低于ACE重卡，要想弥补该冗余度缺陷，需要对L4传统重卡进行全面改装，费钱耗时。虽然从理论上讲，传统内燃机车辆(简称传统车辆)可以配置L4级系统；但由于纯电动车辆和混动车辆在研发HAV所关注的各个方面，特别是在线控(x-by-wire)、冗余度和数字化等方面，比传统车辆有压倒性优势，全球各国以量产商用为目而研发的L4级轻型车，都在已量产的纯电动车辆和混动车辆平台上改装，极少有例外。但由于全球当前还没有已量产的干线物流纯电动或混动重卡，全球多家企业只好基于传统柴油机重卡平台，加装L4级系统来开展现阶段L4级重卡产品研发。如上所述，未来全球干线物流L4级重卡商用落地的最大挑战已不是重卡L4系统的产品开发，而转为如何在不危及现有高速公路道路使用者交通安全的前提下，以高性价比完成十亿英里级至百亿英里级的三真批量测试的巨大挑战；需要积累百亿英里级L3级脱管模式运行先导性脱管报告及滞后性实际伤亡率数据(FaR和InR)，才能从统计意义上高置信度的证明L4级AI司机执行DDT的安全性和可靠性优于人类司机，促使政府修改现有的交通法律法规，允许L4级重卡早日进入批量商用阶段。

基于目前美国关于重卡商用监管的法律法规，利用本发明可将美国的二手传统柴油重卡批量改装成ACE4重卡，无需额外政府认证或审批，即可直接开展L2级干线物流商用化运营，同时进行L4系统的批量验证；先易后难，逐步升级，从第一阶段亿英里级L2级影子模式三真测试，到第二阶段十亿英里级L3级脱管模式三真测试，最后到第三阶段百亿英里级L3级脱管模式商业运行(即L4级脱管模式三真测试)；在三年内，利用数万辆级改装ACE4重卡集群，在全美国高速公路上，以高性价比完成百亿英里级L4级脱管模式三真批量验证，生成脱管报告，积累实际交通伤亡率(FaR和InR)数据，从统计意义上高置信度地证明IV级节油机器人(即L4级系统)执行L3级DDT时的安全性和可靠性，为ACE4重卡早日获得政府批准，进入L4系统批量商用铺平道路。在美国和世界其它国家，全新原装ACE4重卡产品研发周期在三年以上，在中国或欧洲新ACE重卡量产销售前还需要政府认证审批，原装ACE重卡的批量验证和最终商用可能要滞后改装ACE重卡三年。显然，针对验证AI司机执行L3级或L4级DDT时的安全性和可靠性而言，L3级商业运营等效于L4级三真测试，司机都做为DDT后援，必须随时准备在15秒内接管；二者在涉及安全性的技术上等价，差异仅在商业方面；在ACE3重卡商业运营的同时，顺带完成百亿英里级待验证L4系统的脱管模式三真批量验证的技术方案要比蛙跳式越过L3系统批量商业这一过渡阶段，从零起步一鼓作气完成百亿级待验证L4系统的脱管模式三真批量验证的技术方案在商业上更可行。

ACE4重卡降维成L2级影子模式运行或L3级脱管模式运行，都首先通过本发明的预测性自适应控制技术(PACC)实现1D纵向L1级自动驾驶和车辆节能减排最优化，比配备L4系统的柴油重卡运行(影子模式或脱管模式)实际油耗(升/百公里)降幅可超过20％；ACE4重卡每分钟或每英里行驶，都为司机和运输公司创造额外的经济价值；换句话讲，在L4系统批量验证阶段，ACE4重卡运行时，货运节油赚钱是主业，三真测试为副业，相当于既拉货又挂广告牌，能一石二鸟或龙虾三吃；而L4传统重卡运行时，三真测试是主业，货运是副业。ACE4重卡通过本发明的预测性自适应巡航控制(PACC)功能和智能比较切换(iCS)功能，将L4级传统重卡三真测试的高昂“可变成本”(Variable Cost)变成ACE4重卡降维L2级商业运营时更低廉的“边际成本”(Marginal Cost)，三真测试实际成本(美元/英里)降幅可高达90％。综上所述，本发明ACE4重卡批量验证的装置和方法，在不增加现有高速公路道路使用者交通风险的前提下，能以高性价比在三年内完成待验证L4系统百亿英里级全国范围高速公路三真测试(先L2级影子模式，后L3级脱管模式)，从统计意义上高置信度地证明AI司机执行L3级或L4级DDT时的安全性和可靠性。批量验证可分为两部分：开发阶段的初步验证(第一阶段)及示范阶段的最终验证(第二阶段和第三阶段)；ACE4重卡先完成亿英里级L2级影子模式下三真测试(3R Testing)(即第一阶段的初步验证)，才可能以数据说服政府和公众不反对ACE4重卡在全国范围的高速公路上开展L3级脱管模式下的三真测试，从开发阶段进入到示范阶段；等ACE4重卡积累十亿英里级脱管模式下的三真测试数据并成功完成L3级最终验证后(即第二阶段)，才能从统计意义上初步证明IV级节油机器人降维执行L3级DDT时的安全性和可靠性，挣得L3级商业运营路权和L4级批量验证得路权；当数万辆ACE4重卡(改装或原装)在两年内完成百亿英里级L3级商业运营里程，积累L3级商用或L4级验证得脱管报告和实际伤亡率(FaR和InR)数据后，才算完成L4级最终批量验证(即第三阶段)，从统计意义上高置信度地证明IV级节油机器人执行L3级DDT时比人类司机更安全和更可靠，说服政府和公众修改相关法律法规，允许ACE4重卡在全国范围高速公路上，逐步开展真正意义上的L4级自动驾驶批量商用。即便能将IV级节油机器人百亿英里级批量验证的高昂可变成本转换称低廉的边际成本，实现75％成本降幅，每辆ACE4重卡所分摊的批量验证费也明显高于该车的L4软硬件系统成本，类比新重卡的五年累计油费要明显高于其整车购置成本；一但ACE4重卡从政府和公众挣得L4级商用路权，进入批量商用阶段，则IV级节油机器人才算学成出师，成为人类司机的副驾驶，运行一年为车队或人类司机创造的额外经济价值就足以弥补L4系统的全部软硬件成本，为全球万亿美元的干线物流行业带来重大深远的影响。

在美国现行监管重卡销售和运营的法律法规框架下，HAV重卡在高速公路ODD内以L3级或L4级批量验证或商业运营对应的不同级别的路权，各种路权都必须经过政府特别审批；各个级别节油机器人的路权分类描述如下：II级节油机器人(即L2级ADAS系统)商业运营路权无需特批，类比全民高中教育；L3级三真测试路权类比大学本科教育；先完成一亿英里级L2级影子模式三真测试，从政府挣得L3级测试路权，进入L3脱管模式三真测试阶段，类比高中毕业考上大学；完成十亿英里级L3脱管模式三真测试，从政府挣得L3级商业运营和L4级测试路权，可以获得美国政府特别豁免，将司机每24小时内驾驶时限从11小时逐步提高到14小时，增加司机劳动生产率近25％，类比大学毕业并获得学士学位；同时开始L4脱管模式(即L4系统降维L3系统使用)三真测试，类比攻读博士学位；完成百亿英里级L4脱管模式三真测试，高置信度地证明L4级AI司机比人类司机更安全及更可靠，从政府挣得L4级商业运营路权，类比获得博士学位；此时ACE4重卡可由人类司机和IV级节油机器人轮流驾驶，人类司机得以充分休息，实现昼夜24小时连续行驶，增加司机劳动生产率75％以上，大幅提升千英里级超长货运时效性，明显降低货运综合成本，对全球干线物流行业将产生革命性影响。在中国或欧洲，也可以参考上述美国的监管及路权分类方式处理，以便政府和其它道路交通安全利益攸关方能够有效地平衡促进HAV重卡早日批量商用与切实保证现有道路使用者交通安全之间的矛盾。在美国、中国、和欧洲这三大汽车市场，批量验证高速公路ODD内的L4系统时差异性小，三真测试数据的全球通用性强；但批量验证城市开放式道路ODD内的L4系统时差异性巨大，三真测试数据的地域性很强，基本没有通用性。

以人类司机驾驶的现代柴油重卡为比较基准，在高速公路ODD内实现ACE4重卡L4级运营商业化，IV级节油机器人能让ACE4重卡更安全、更节油、更清洁，同时还能大幅提升司机的劳动生产率和货运时效性。从ACE4重卡研发技术路线角度讲，可以采用跨越式一步到位，直奔L4系统研发和商用；但从对ACE4重卡三真测试或批量商用的法律监管角度讲，人命关天，安全第一，必须谨慎保守，循序渐进；各国政府和公众都不会同意以暂时降低当前高速公路道路使用者的交通安全性为代价，来促进HAV重卡早日完成批量验证，进入规模化商用；会明确地反对采取开闸放水，鱼龙混杂，宽进严出的开放型监管策略，让各种HAV重卡改装车像HAV乘用车改装车一样，在包括高速公路在内的公共道路上开展大规模三真(3R)测试，将广大现有道路使用者变成HAV重卡AI司机安全性批量验证的“小白鼠”，以十亿英里级或百亿英里级批量验证的最终结果论英雄；如果要保证现有道路使用者的交通安全性不会因为HAV重卡三真测试而暂时下降，必须采取严进严出，全国统考，逐步升级的严格监管策略，根据HAV重卡积累的三真测试数据，逐步开放不同级别的HAV重卡路权，类比年轻人从高中毕业考入大学到获得博士学位的学习和成长旅程。IV级节油机器人执行L4级动态驾驶任务(DDT)时安全性和可靠性的百亿英里级批量验证可以分解成下列三个不同阶段：亿英里级的L2影子模式阶段(即第一阶段)、十亿英里级L3脱管模式阶段(即L3级批量验证的第二阶段)、和百亿英里级L4脱管模式阶段(即L3级商用和L4级批量验证的第三阶段)；上述三个不同阶段对应下列五种不同级别的路权：1)L2系统商业化运营路权，类比全民教育，高中毕业；2)L3系统三真测试路权，类比大学本科教育；3)L3系统商业化运营路权，类比大学毕业，获得学士学位；4)L4系统脱管模式三真测试路权，类比考研读博；5)L4系统商业化运营路权，类比获得博士学位。本发明的ACE4重卡和IV级节油机器人装置，通过实施包括iSS、iPS、iMS、CGS、iCC、PACC、和iSC在内的多项技术方案的多种组合，可同时优化ACE4重卡的动力性、安全性、节能减排效果；按照上述批量验证三阶段实施方法和五种级别路权的获取方法，以高性价比快速完成IV级节油机器人百亿英里级批量验证，高置信度地证明IV级节油机器人执行L4级DDT比人类司机更安全及更可靠，说服政府和公众修改相关法律法规，促进ACE4重卡在全国高速公路ODD内，早日进入万辆级大规模商用阶段。需强调，从重卡驾驶安全性方面考虑，各家开发商的L4系统之间的差异性要明显大于具备商用车驾照(CDL)的重卡人类司机之间的差异性，一万台ACE4重卡的车队每年完成十亿英里级三真测试最好采用单一厂商的L4系统，否则批量验证统计数据的通用性或可信度将大打折扣；当然，ACE4重卡车队也可以在每辆车上同时安装至少两套不同厂商的L4系统，进行同步批量验证，进一步分摊批量验证的边际成本，提升验证效率。干线物流L4重卡行业未来的演变，很可能类比民航大飞机产业，交通安全第一重要，政府严格控制商业化准入，弱者出局，赢者通吃；最后各国很可能只剩几家重卡L4系统巨头玩家(Big Players)在市场上长期竞争。

本公开的ACE重卡，其全部核心子系统或零部件都基于已经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机重卡，在保证车辆动力性、主动安全性、RDE排放长期达标、和出勤率的前提条件下，能够实现综合节油率30％的有益效果。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，使车队或个体车主能在两年内或五十万公里内收回成本差价(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。在美国，重卡(特别是底盘或车架)平均使用寿命高达20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；约60万英里后更换)，第二套或第三套动力总成多为原厂认可企业大修过的二手动力总成(Remanufactured)。北美地区新重卡平均年销售量约二十万辆，而每年改装重卡数量(即二手重卡换动力总成)超过二十万辆。得益于当前美国宽进严出的重卡监管法律法规体系，允许改装后的重卡，包括将传统内燃机重卡改装成ACE重卡，不经过重新政府认证或审批，在美国市场就可以直接进入商业化运营(L1/L2系统)；本发明的ACE重卡节油机器人还可用于批量改装升级当前美国市场存量近二百万辆的二手传统内燃机重卡，三年内实现万辆级改装ACE2重卡大规模商业化落地，使大量改装ACE重卡也能像全新原装ACE重卡一样，提前达到美国GHG-II法规2027年碳排放目标值，明显降低大批存量二手传统重卡的油耗(升/百公里)和排放，对美国干线物流行业的经济意义和社会意义重大深远；同时为促进全球范围原装新ACE重卡量产商用打下坚实的基础。需强调，中国和欧洲对所有道路车辆生产和销售采取政府强制性认证制度，二手重卡混动改装在中国或欧洲现行法律框架下不可行；但是本发明的改装ACE重卡在美国早日商用化，会极大促进在美国、中国、或欧洲推广原装ACE重卡商用的进程。