本发明一般地涉及物料搬运车辆的诊断，并且更具体地涉及使用牵引模型执行诊断。
背景技术：
叉车和其它类型的工业车辆被期待在各种不同条件下操作。另外，这种车辆通常包括许多不同的功能系统，诸如用于控制车辆的行驶速度的牵引系统和用于控制车辆行驶的方向的转向系统。
为了诊断目的，在车辆正在操作的同时监测一个或多个不同功能系统的不同属性可能是有益的。
技术实现要素：
本发明的一个方面涉及一种方法，所述方法包括：由在车辆的车辆控制模块上执行的牵引应用接收用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入；以及基于牵引速度控制输入，由牵引应用确定与牵引轮有关的控制属性的第一设置点值。所述方法还包括：由第一诊断监督程序接收：a)与牵引轮相关的控制属性的测量值，和b)来自牵引应用的第一设置点值；其中第一诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第一模型。基于第一设置点值和第一模型，第一诊断监督程序计算与牵引轮有关的控制属性的第一虚拟值；以及基于与牵引轮有关的控制属性的第一虚拟值和测量值，确定车辆的牵引系统的第一操作状况。牵引系统可包括牵引控制模块和牵引电机，并且牵引应用可将第一设置点值发送给牵引控制模块。
此外，所述方法可包括：由牵引应用产生与牵引轮有关的控制属性的第二设置点值。还可存在第二诊断监督程序，第二诊断监督程序接收：a)来自牵引应用的第二设置点值，和b)来自牵引控制模块的与牵引轮有关的控制属性的测量值；其中第二诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第二模型。至少基于第二设置点值和第二模型，第二诊断监督程序计算与牵引轮有关的控制属性的第二虚拟值；以及基于控制属性的第二虚拟值和测量值，确定车辆的牵引系统的第二操作状况。
特别地，与牵引轮有关的控制属性可以是牵引轮的速度或与车辆的牵引轮耦合的牵引电机的速度之一。
在一些实施例中，在车辆控制模块上执行的转向应用接收：a)用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；b)与转向轮有关的控制属性的测量值；和c)与车辆的牵引轮有关的控制属性的测量值。基于转向控制输入、与转向轮有关的控制属性的测量值和与牵引轮有关的控制属性的测量值，转向应用确定与转向轮有关的控制属性的设置点值。此外，基于转向控制输入、与转向轮有关的控制属性的测量值和与牵引轮有关的控制属性的测量值，转向应用可确定目标转向角。另外，转向应用可基于转向控制输入来计算轮子角度命令。
除了上述步骤之外，在一些实施例中，转向应用基于轮子角度命令确定牵引速度限制；以及确定与车辆的牵引轮有关的控制属性的测量值小于牵引速度限制。然后，转向应用可将与转向轮有关的控制属性的设置点值设置为等于轮子角度命令；以及将目标转向角设置为：a)当轮子角度命令大于与转向轮有关的控制属性的测量值时，等于轮子角度命令，以及b)当轮子角度命令小于或等于与转向轮有关的控制属性的测量值时，等于与转向轮有关的控制属性的测量值。
替代地，在其它实施例中，转向应用：a)基于轮子角度命令确定牵引速度限制；b)基于与牵引轮有关的控制属性的测量值确定轮子角度限制；以及c)确定与车辆的牵引轮有关的控制属性的测量值大于或等于牵引速度限制。然后，转向应用可将目标转向角设置为等于轮子角度命令；以及将与转向轮有关的控制属性的设置点值设置为等于下面各项之一：a)轮子角度限制，当轮子角度限制处于与转向轮有关的控制属性的测量值和轮子角度命令之间时；b)与转向轮有关的控制属性的测量值，当轮子角度限制是下面各项时：i)不处于与转向轮有关的控制属性的测量值和轮子角度命令之间；以及ii)与轮子角度命令相比更接近于与转向轮有关的控制属性的测量值，以及c)轮子角度命令，当轮子角度限制是下面各项时：i)不处于与转向轮有关的控制属性的测量值和轮子角度命令之间；以及ii)同与转向轮有关的控制属性的测量值相比更接近于轮子角度命令。
在本发明的一些实施例中，牵引应用基于第一设置点值产生与牵引轮有关的控制属性的第二设置点值；以及第二诊断监督程序接收：a)来自牵引应用的第二设置点值，和b)来自牵引控制模块的与牵引轮有关的控制属性的测量值；其中第二诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第二模型。基于第二设置点值、车辆电池电压、与牵引轮有关的控制属性的测量值和第二模型，第二诊断监督程序计算与牵引轮有关的控制属性的第二虚拟值；以及基于与牵引轮有关的控制属性的第二虚拟值和测量值，确定车辆的牵引系统的第二操作状况。
本发明的另一方面涉及一种系统，所述系统包括：第一控制器，包括：第一存储器，存储可由第一控制器执行的代码；和第一输入端，被配置为接收用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入。所述可执行代码包括牵引应用，牵引应用被配置为：基于牵引速度控制输入，确定与牵引轮有关的控制属性的第一设置点值。所述可执行代码还包括第一诊断监督程序，第一诊断监督程序被配置为：接收与牵引轮有关的控制属性的测量值和来自牵引应用的第一设置点值；其中第一诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第一模型。第一诊断监督程序还被配置为：基于第一设置点值和第一模型，计算与牵引轮有关的控制属性的第一虚拟值；以及基于与牵引轮有关的控制属性的第一虚拟值和测量值，确定车辆的牵引系统的第一操作状况。
结合本发明的第一方面的方法描述的任何特征可被包括在根据本发明的这个方面的系统的实施例中。
本发明的另一方面涉及一种方法，所述方法包括：由在车辆控制模块上执行的转向应用接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；以及基于转向控制输入，由转向应用确定同与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性关联的牵引阈值。所述方法还包括：由在车辆控制模块上执行的第一诊断监督程序接收：a)牵引控制属性的测量值；和b)牵引阈值。当牵引控制属性的测量值超过牵引阈值时，第一诊断监督程序反复地计算牵引控制属性的测量值和牵引阈值之间的相应的差，以产生包括所述多个相应的差的集合。基于所述多个相应的差，第一诊断监督程序可以确定车辆的牵引系统的第一操作状况。在实施例中，对于每个相应的差，第一诊断监督程序确定所述差是否大于差阈值；以及当所述差大于差阈值时，增加第一计数器值；以及当所述差小于或等于差阈值时，将第一计数器重置为第一初始值。所述方法可另外包括：当第一计数器值大于第一计数器阈值时，确定已发生牵引系统的故障状况。牵引阈值例如可包括牵引速度限制。
在特定实施例中，第一计数器阈值和差阈值是基于牵引系统对由车辆接收的至少一个操作输入的响应特性的。
此外，所述方法可包括：对于每个相应的差：a)确定所述差是否大于差阈值；以及当所述差大于差阈值时，增加第一计数器值；以及当所述差小于或等于差阈值时，将第一计数器重置为第一初始值；以及b)确定所述差是否大于所述相应的差的集合中的前一个差；以及当所述差大于所述前一个差时，增加第二计数器值；当所述差小于或等于所述前一个差时，将第二计数器值重置为第二初始值。因此，所述方法可另外包括：当第一计数器值大于第一计数器阈值或者第二计数器值大于第二计数器阈值时，确定已发生牵引系统的故障状况。
在一个特定实施例中，第一计数器阈值、第二计数器阈值和差阈值是基于牵引系统对由车辆接收的至少一个操作输入的响应特性的。
在其它实施例中，所述方法包括：对于每个相应的差：a)确定所述差是否大于第一差阈值；当所述差大于第一差阈值时，增加第一计数器值；以及当所述差小于或等于第一差阈值时，将第一计数器重置为第一初始值；以及b)确定所述差是否大于第二差阈值；当所述差大于第二差阈值时，增加第二计数器值；以及当所述差小于或等于第二差阈值时，将第二计数器重置为第二初始值。特别地，所述方法可另外包括：当第一计数器值大于第一计数器阈值或者第二计数器值大于第二计数器阈值时，确定已发生牵引系统的故障状况。
另外，第一计数器阈值、第二计数器阈值、第一差阈值和第二差阈值可以是基于牵引系统对由车辆接收的至少一个操作输入的响应特性的。
本发明的另一方面涉及一种车辆控制系统，所述车辆控制系统包括：控制器，具有：a)第一输入端，被配置为接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；b)第二输入端，被配置为接收与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性的测量值；c)第三输入端，被配置为接收用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入；和d)存储器，与控制器耦合并且存储可由控制器执行的代码。所述可执行代码包括转向应用，转向应用被配置为：接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；以及基于转向控制输入，确定同与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性关联的牵引阈值。所述可执行代码还包括诊断监督程序，诊断监督程序被配置为：a)接收牵引控制属性的测量值和牵引阈值；b)当牵引控制属性的测量值超过牵引阈值时，反复地计算牵引控制属性的测量值和牵引阈值之间的相应的差，以产生包括多个相应的差的集合；以及c)基于所述多个相应的差，确定车辆的牵引系统的第一操作状况。上述结合本发明的另一方面的方法描述的任何特征可被包括在根据本发明的这个方面的车辆控制系统的实施例中。
本发明的另一方面涉及一种方法，所述方法包括反复地执行下面的步骤：a)由在车辆控制模块上执行的转向应用接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；与转向轮有关的转向控制属性的测量值；和与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性的测量值；b)基于转向控制输入、转向控制属性的测量值和牵引控制属性的测量值，由转向应用确定与转向轮有关的转向控制属性的第一设置点值和车辆的转向轮的目标转向角；c)由在车辆的车辆控制模块上执行的牵引应用接收来自转向应用的用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入和目标转向角；以及d)基于牵引速度控制输入和目标转向角，由牵引应用确定牵引控制属性的第二设置点值。
特别地，转向控制属性可包括转向轮角度或与车辆的转向轮耦合的转向电机的角速度。牵引控制属性例如可包括牵引轮的速度、车辆的线速度或与车辆的牵引轮耦合的牵引电机的速度之一。
所述方法还可包括：转向应用基于转向控制输入来计算轮子角度命令。所述方法还可包括：基于轮子角度命令确定牵引速度限制；以及确定与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性的测量值小于牵引速度限制。随后，转向应用可以：将第一设置点值设置为等于轮子角度命令；以及将目标转向角设置为：a)当轮子角度命令大于转向控制属性的测量值时，等于轮子角度命令，以及b)当轮子角度命令小于或等于第一控制属性的测量值时，等于转向控制属性的测量值。
替代地，所述方法可包括：转向应用：a)基于轮子角度命令确定牵引速度限制；b)基于与牵引轮有关的牵引控制属性的测量值确定轮子角度限制；以及c)确定与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性的测量值大于或等于牵引速度限制。随后，转向应用可以：将目标转向角设置为等于轮子角度命令；以及将第一设置点值设置为等于下面各项之一：a)轮子角度限制，当轮子角度限制处于转向控制属性的测量值和轮子角度命令之间时；b)转向控制属性的测量值，当轮子角度限制是下面各项时：i)不处于转向控制属性的测量值和轮子角度命令之间；以及ii)与轮子角度命令相比更接近于转向控制属性的测量值，以及c)轮子角度命令，当轮子角度限制是下面各项时：i)不处于转向控制属性的测量值和轮子角度命令之间；以及ii)与转向控制属性的测量值相比更接近于轮子角度命令。
本发明的另一方面涉及一种系统，所述系统包括：控制器，包括：a)第一输入端，被配置为接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入；b)第二输入端，被配置为接收与转向轮有关的转向控制属性的测量值；c)第三输入端，被配置为接收与车辆的牵引轮有关的牵引控制属性的测量值；和d)第四输入端，被配置为接收用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入。所述控制器还包括：存储器，与控制器耦合并且存储可由控制器执行的代码。可执行代码包括转向应用和牵引应用，转向应用和牵引应用反复地执行：a)基于转向控制输入、转向控制属性的测量值和牵引控制属性的测量值，由转向应用确定与车辆的转向轮有关的转向控制属性的第一设置点值和车辆的转向轮的目标转向角；b)由牵引应用接收来自转向应用的用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入和目标转向角；以及c)基于牵引速度控制输入和目标转向角，由牵引应用确定牵引控制属性的第二设置点值。上述结合本发明的另一方面的方法描述的任何特征可被包括在根据本发明的这个方面的系统的实施例中。
本发明还包括车辆，诸如物料搬运车辆(例如，叉车)，所述车辆包括本发明的车辆控制系统。
附图说明
图1是根据本发明的一个方面的物料搬运车辆的透视图。
图2a描述用于在图1的车辆的车辆控制模块(vcm)中提供控制逻辑的计算环境。
图2b示意性地表示根据本发明的各方面的原理的有助于描述使用牵引模型的基于模型的诊断技术的车辆和示例性车辆控制模块的所选择的特征。
图3描述根据本发明的各方面的原理的用于执行车辆牵引系统的基于模型的诊断的示例性算法的流程图。
图4a–图4d表示根据本发明的各方面的原理的转向应用和牵引应用的示例性控制算法的流程图。
图5以图形方式描述车辆牵引系统可以如何对阶跃输入做出反应的示例。
图6表示根据本发明的各方面的原理的所使用的基于经验的牵引模型的示例性查找表。
图7a–图7c表示根据本发明的各方面的原理的可被用于计算牵引轮和转向轮的值的不同查找表。
图8a和图8b表示根据本发明的各方面的原理的用于测量或计算与转向轮角度有关的值的参考的框架。
图9是根据本发明的各方面的原理的使用基于经验的模型的示例性方法的流程图。
图10a是实际车辆牵引系统对变化的速度设置点的响应的示例。
图10b是根据本发明的各方面的原理的确定车辆牵引系统是否处于故障状况的示例性方法的流程图。
图11示意性地表示根据本发明的各方面的原理的有助于描述使用替代牵引模型的其它基于模型的诊断技术的车辆和示例性车辆控制模块的所选择的特征。
具体实施方式
在下面对优选实施例的详细描述中，参照附图，附图形成所述详细描述的一部分并且在附图中作为说明而非作为限制示出可实施本发明的特定优选实施例。应该理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可使用其它实施例并且可做出变化。
现在参照图1，示出物料搬运车辆10(以下“车辆”)。尽管这里参照所示出的车辆10(包括叉车)描述本发明，但对于本领域技术人员而言将会清楚的是，本发明可被用在各种其它类型的物料搬运车辆中。
车辆10包括主体或动力单元12，所述主体或动力单元12包括定义车辆10的主要结构部件的框架14并且容纳电池15。车辆10还包括：一对叉子侧支撑轮16，耦合到第一和第二支架18；从动和转向轮20，安装在位于动力单元12的后部12a的第一拐角附近；和脚轮(未示出)，安装到位于动力单元12的后部12a的第二拐角。轮子16、20允许车辆10在地板表面上移动。
操作人员室22位于动力单元12内以用于容纳驾驶车辆10的操作人员。舵柄把手24被布置在操作人员室22内以用于控制车辆10的转向。车辆10的移动的速度和方向(向前或倒退)由操作人员经由布置在操作人员座位28附近的多功能控制柄26控制，如本领域普通技术人员将会理解的，控制柄26可控制一个或多个其它车辆功能。车辆10还包括顶罩30，顶罩30包括固定到车辆框架14的垂直支撑结构32。
车辆10的负载搬运组件40通常包括桅杆组件42和托架组件44，托架组件44可沿着桅杆组件42垂直地移动。桅杆组件42位于支架18之间，并且包括固定到框架14的固定桅杆构件46以及嵌套的第一和第二可移动桅杆构件48、50。需要注意的是，与图1中示出的两个可移动桅杆构件(即，第一和第二可移动桅杆构件48、50)相比，桅杆组件42可包括额外的或更少的可移动桅杆构件。托架组件44包括传统结构，所述传统结构包括到达组件52、叉子托架54和包括一对叉子56a、56b的叉子结构。如这里所定义的，可移动组件47包括下可移动桅杆构件48和上可移动桅杆构件50以及托架组件44。桅杆组件42可被配置为在2014年5月6日授予给stevenc.billger等人并且转让给申请人crownequipmentcorporation的第8714311号美国专利中描述的单桅杆，其全部公开通过引用包含于此。
作为示例提供图1的车辆10，并且可在本发明的范围内设想许多不同类型的物料搬运卡车。如以下详细描述的，提供车辆控制模块的各方面，这允许即使车辆可能具有不同类型也在各种车辆上使用许多相同的部件。
图2a描述根据这里示出和描述的一个或多个实施例的用于在车辆控制模块(vcm)200中提供控制逻辑和软件应用的计算环境的方框级视图。车辆控制模块200以及它与车辆10的各种操作人员控制装置和其它功能系统进行接口连接的方式可类似于在第2010/0228428和2014/0188324号美国专利公开中公开的控制结构，其全部公开通过引用包含于此。vcm可包括以协作方式控制车辆10的操作的许多协作模块之一，诸如牵引控制模块(tcm)或转向控制模块(scm)。
在示出的实施例中，vcm200包括一个或多个处理器或微控制器216、输入/输出硬件218、网络接口硬件220、数据存储部件222和存储部件202。数据存储部件222和存储部件202可分别被配置为易失性和/或非易失性存储器，并且因此，可包括随机存取存储器(包括sram、dram和/或其它类型的ram)、闪存、安全数字(sd)存储器、寄存器、压缩盘(cd)、数字通用盘(dvd)和/或其它类型的非暂态计算机可读介质。旨在在车辆10停工并且重新启动之后可用的任何存储的信息可被有益地存储在非易失性存储器中。此外，根据特定实施例，以上提及的非暂态计算机可读介质可位于vcm200内和/或位于vcm200外部。
另外，存储部件202可存储可被一个或多个处理器或微控制器216执行(即，使用可执行代码)的软件或应用。因此，存储部件202可存储操作应用或逻辑204、牵引应用或逻辑208、转向应用或逻辑206、升降应用或逻辑210和附件应用或逻辑212。操作逻辑204可包括用于管理vcm200的部件的操作系统和其它软件，诸如例如诊断相关应用。牵引应用或逻辑208可被配置为具有用于促进对车辆10的最佳牵引控制的一个或多个算法和参数。转向应用或逻辑206可被配置为具有用于促进对车辆10的最佳转向控制的一个或多个算法和参数。升降应用或逻辑210可包括用于促进对车辆10的最佳升降控制的一个或多个算法和参数，升降应用或逻辑210用作用于升高和降低车辆10的可移动组件47的主要负载搬运组件系统。另外，附件应用或逻辑212可包括用于提供对车辆10的附件(诸如，辅助负载搬运组件系统)的控制的一个或多个算法和参数，附件应用或逻辑212执行另外的任务(诸如，托架组件44的倾斜和侧移)。本地通信接口214也被包括在图2a中，并且可被实现为总线或其它通信接口以方便vcm200的部件之间的通信。
一个或多个处理器或微控制器216可包括可用于接收和执行(诸如，来自数据存储部件222和/或存储部件202的)指令的任何处理部件。处理器或微控制器216可包括接收输入数据、通过计算机指令处理该数据并且产生输出数据的任何种类的装置。这种处理器可以是微控制器、手持装置、膝上型或笔记本计算机、桌上型计算机、微型计算机、数字信号处理器(dsp)、大型计算机、服务器、蜂窝电话、个人数字助手、其它可编程计算机装置或其任何组合。这种处理器也可以使用可编程逻辑器件(诸如，现场可编程门阵列(fpga))来实现，或者替代地，也可被实现为专用集成电路(asic)或类似装置。术语“处理器”也旨在包括两个或更多个上述装置(例如，两个或更多个微控制器)的组合。
输入/输出硬件218可包括监视器、定位系统、键盘、触摸屏幕、鼠标、打印机、图像捕获装置、麦克风、扬声器、陀螺仪、指南针和/或用于接收、发送和/或呈现数据的其它装置，和/或被配置为与上述装置进行接口连接。网络接口硬件220可包括任何有线或无线联网硬件和/或被配置用于与任何有线或无线联网硬件通信，包括天线、调制解调器、lan端口、无线保真(wi-fi)卡、wimax卡、移动通信硬件和/或用于与其它网络和/或装置通信的其它硬件。从这个连接，可在vcm200和其它计算装置之间促进通信，所述其它计算装置包括与车辆10上的can总线或类似网络耦合的其它部件。
应该理解，图2a中示出的部件仅是示例性的，而非旨在限制本公开的范围。尽管图2a中的部件被示出为位于vcm200内，但这仅是示例。在一些实施例中，一个或多个部件可位于vcm200外部。还应该理解，尽管图2a中的vcm200被示出为单个装置；但这也仅是示例。在一些实施例中，牵引应用208、转向应用206、升降应用210和/或附件应用212可位于不同装置上。另外，尽管vcm200被示出为具有牵引应用208、转向应用206、升降应用210和附件应用212作为分开的逻辑部件，但这也是示例。在一些实施例中，单个复合软件应用可使vcm200提供所描述的功能。
还应该理解，vcm200可与车辆10的各种传感器和其它控制电路通信，以协调车辆10的手动操作和自动操作的各种条件。
在以下的描述中，下面的术语被使用并且旨在传达下面的定义：
转向控制输入：来自操作人员转向机构的传感器输出信号值。
wheel_angle_cmd：由转向应用产生的值，并且是转向控制输入的数字化值至反映角度/角速度值的单位的变换。
wheel_angle_target或目标转向角θt：基于操作人员的输入，这是由转向应用产生并且提供给牵引应用以便计算第二trx_speed_limit2的值。根据车辆的当前操作，它的值可以是wheel_angle_cmd或wheel_angle之一。
wheel_angle_limit：最高容许转向轮角度，由转向应用基于牵引轮/电机速度的测量值产生并且可被用于修改wheel_angle_setpoint以便保持在预期轮子角度-牵引速度关系内。
wheel_angle_setpoint或转向设置点ω1或θ1：由转向应用基于操作人员的输入产生但基于牵引速度修改的值，这是发送给转向控制模块以实现转向轮角度/角速度的变化的输入。
转向反馈(ω2或θ2)或wheel_angle：由转向控制模块产生的转向轮角度/角速度的测量值。
牵引速度控制输入：从操作人员操纵的传感器/致动器接收的值。
trx_speed_cmd：由牵引应用产生的值，并且是牵引速度控制输入的数字化电压读数至反映速度的单位的变换。
第一trx_speed_limit1：基于诸如由图7a中的曲线图定义的预期轮子角度-牵引速度关系的针对特定轮子角度值的最高容许牵引轮/电机速度。第一trx_speed_limit1由转向应用产生，并且使用wheel_angle_cmd作为特定轮子角度值，参见图7a。第一trx_speed_limit1被转向应用使用以确定wheel_angle_target和wheel_angle_setpoint。
第二trx_speed_limit2：第二trx_speed_limit2由牵引应用产生，并且使用wheel_angle_target作为所述特定轮子角度值，参见图7a。第二trx_speed_limit2被牵引系统使用以在需要保持在预期轮子角度-牵引速度关系内的情况下使车辆减速。
牵引速度设置ω4：由牵引应用基于操作人员的输入产生但基于trx_speed_limit2修改的值；这个速度值将会最终被牵引应用转换成转矩值。
牵引设置点τ1：基于车辆的牵引速度设置和当前速度的转矩值，并且由牵引应用产生。
trx_speed或速度反馈ω3：是由牵引控制模块产生的牵引轮/电机速度的测量值。
图2b示意性地表示有助于描述使用牵引模型的基于模型的诊断技术的车辆10和示例性车辆控制模块200的所选择的特征。参照图1和图2a描述的车辆10和vcm200的其它特征被从图2b省略，以免模糊这里描述的示例性的基于模型的诊断的各方面。
参照图2b，vcm200包括主微控制器216a，主微控制器216a包括转向应用206、牵引应用208和第一诊断监督程序250。vcm200还包括从微控制器216b，第二诊断监督程序252在所述从微控制器216b上执行。第一仿真模型254被包含在第一诊断监督程序250中，并且第二仿真模型256被包含在第二诊断监督程序252内。
在图2b中，形成转向装置(包括图1中阐述的车辆10的舵柄把手24)的一部分的操作人员控制的转向控制输入传感器276将定义转向控制输入或转向控制输入信号278(例如，模拟电压)的传感器输出信号值提供给车辆控制模块(vcm)200。转向控制输入传感器276还可形成其他转向装置的一部分，所述其他转向装置包括方向盘、控制柄、转向舵柄或类似转向元件。转向控制输入信号278可被调整或者以其它方式调节，并且例如可被提供给vcm200内的主微控制器216a的输入管脚。该信号可被进一步调节，并且作为输入值被提供给正在被主微控制器216a执行的转向应用206。例如，基于与转向装置(即，示出的实施例中的舵柄把手24)关联的转向控制输入传感器276的位置和该位置的变化率，转向控制输入信号278的电压或该电压的变化率可以变化。基于转向应用206接收的与转向控制输入信号278对应的输入信号，转向应用206确定与车辆的转向轮20有关的控制属性的设置点。例如，电压值可与查找表一起使用以使电压值与转向设置点的特定轮子角度值相关联，或者电压的变化率可乘以预定比例因子以将该变化率转换成改变转向电机角速度的设置点。因此，控制属性例如可以是转向轮角度或转向电机274的角速度，并且因此，设置点的值可以是转向轮角度θ1或转向电机角速度ω1。转向设置点ω1或θ1可被提供给转向控制模块(scm)272。scm272使用设置点ω1或θ1控制转向电机274，转向电机274对转向轮20进行定位以符合如转向控制输入传感器276的操作人员的操纵所指示的预期位置。scm272还提供与转向轮有关的控制属性的反馈值θ2或ω2。特别地，所述反馈值是转向轮20的测量或实际转向轮角度θ2，或者是转向电机274的测量或实际角速度ω2。scm272将反馈值θ2或ω2提供给转向应用206。
转向应用206另外产生目标转向角θt或wheel_angle_target，所述目标转向角θt或wheel_angle_target被提供给牵引应用208。如以下所讨论的，针对图4a-图4d，轮子角度/牵引速度限制处理由转向应用206和牵引应用208执行，其中转向应用206的输出包括：
a)转向设置点或wheel_angle_setpointω1或θ1以及
b)目标转向角或wheel_angle_targetθt。
在牵引应用208处从转向应用206接收的目标转向角θt用作限制约束，所述限制约束经由预定的预期速度-轮子角度关系被牵引应用208转换成牵引控制速度限制并且被用于确定预期牵引速度设置ω4和牵引设置点τ1(包括转矩值)。牵引轮速度或牵引电机速度可被视为与车辆10的牵引轮或从动轮20有关的控制属性，并且牵引电机264或牵引轮20的预期牵引速度设置ω4和牵引电机的牵引设置点τ1可被视为与牵引轮有关的这个控制属性的各设置点。
tcm258监测牵引电机264，并且将牵引反馈速度ω3提供给牵引应用208、转向应用206和两个诊断监督程序250、252。由于转向设置点(θ1或ω1)部分地取决于实际牵引轮或电机速度(即，速度反馈ω3)，所以诊断监督程序250、252可以核查实际牵引速度ω3是否正确地对牵引设置点τ1做出响应。牵引速度或速度反馈ω3还可被牵引应用208转换成车辆10的实际线速度。例如，如果速度反馈ω3是牵引电机264的角速度，则牵引应用208可基于a)牵引电机264和从动轮20之间的齿轮比以及b)从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度v3。替代地，如果速度反馈ω3是从动轮20的角速度，则牵引应用208可基于从动轮20的周长将该值缩放为车辆10的实际线速度v3。假设在从动轮处不存在滑动，则车辆的线速度等于从动轮20的线速度。如以下更充分地解释的，在一些实施例中，牵引应用208将实际线速度或线速度反馈v3的值提供给诊断监督程序250、252。作为如图2b中所示的tcm258提供速度反馈ω3的替代方案，或除了如图2b中所示的tcm258提供速度反馈ω3之外，还可执行将线速度反馈v3提供给诊断监督程序250、252。
第一仿真模型254被配置为经由牵引设置点τ1在牵引控制模块(tcm)258的控制下在各种条件下计算车辆速度(即，牵引轮速度或牵引电机速度)的虚拟响应ω5。在线速度反馈v3而非角速度反馈ω3被提供给第一诊断监督程序250的实例中，虚拟响应ω5(无论它是代表牵引轮速度还是牵引电机速度)还可被第一诊断监督程序250缩放为虚拟线速度响应v5。牵引设置点τ1由牵引应用208使用trx_speed_cmd确定，trx_speed_cmd由牵引应用208产生并且是基于从操作人员控制的牵引速度控制输入传感器262(诸如，车辆10的多功能控制柄26)接收的牵引速度控制输入或牵引速度控制输入信号260、和从转向应用206输出的目标转向角θt的。将牵引设置点τ1从牵引应用208输出给tcm258作为转矩值，所述转矩值在tcm258的控制下导致牵引电机264的对应速度。
基于由第一模型254提供的虚拟响应ω5和来自tcm258的速度反馈ω3，第一诊断监督程序250可执行相关性计算以确定预测或虚拟牵引速度ω5与实际牵引速度ω3的相似的程度。替代地，第一诊断监督程序250可执行相关性计算以确定从动轮和车辆的预测或虚拟线速度v5与实际线速度v3的相似的程度。执行第一诊断监督程序250，以便为第一模型254提供设置点τ1值、车辆电池15的目前电压和速度反馈ω3的值作为输入，从而产生或计算虚拟响应ω5作为输出。第一模型254被设计为准确地反映或预测牵引系统的行为，所述牵引系统包括牵引控制模块258、牵引电机264和负载，该负载代表其速度正在被牵引电机264改变的车辆10的牵引或从动轮20的反作用力。因此，虚拟响应ω5应该接近地反映牵引轮20或牵引电机264的预期或想要的速度，这是被提供给目前操作的车辆的牵引控制模块258的其它车辆操作状况和设置点τ1的结果。如果虚拟响应ω5与牵引轮20或牵引电机264的实际速度显著不同，则这是牵引控制模块258、牵引电机264和/或设置点值τ1或ω4的确定可能存在问题的指示。
因此，第一诊断监督程序250可以将反馈值ω3与虚拟响应ω5进行比较。如以下所解释的，第一模型254可以是基于车辆10的操作状况产生预测结果的基于经验的模型。可将虚拟响应ω5与测量或反馈值ω3进行比较，以用于核查车辆的牵引系统的合适操作。在实施例中，如果所述比较指示所述两个值相差超过预定阈值，则第一诊断监督程序250可产生故障信号，从而指示正在发生故障状况。vcm200可响应于故障信号而停止车辆10的移动。
第二仿真模型256被配置为经由牵引设置点τ1在牵引控制模块(tcm)258的控制下在各种条件下计算牵引电机或从动轮的速度的虚拟响应ω6。牵引速度设置或设置点ω4由牵引应用208使用从操作人员控制的牵引速度控制输入传感器262接收的输入信号260和从转向应用206输出的目标转向角θt来确定。牵引速度设置ω4也与当前或实际牵引速度ω3或trx_speed一起被牵引应用208使用以计算牵引设置点τ1，如以下所讨论的，这在tcm258的控制下导致牵引电机264的对应速度。第二模型256可以是虚拟牵引系统，所述虚拟牵引系统包括tcm258、牵引电机264和负载，该负载代表其速度正在被牵引电机264改变的车辆10的牵引轮的反作用力。
尽管以下更详细地描述一个示例性类型的模型，但第二模型256可具有模拟隔离的牵引系统的行为的任何类型，以使得如果向牵引控制模块258提供特定设置点τ1(或者等同地，ω4)，则该模型提供牵引系统的控制属性应该如何做出反应的预测结果(即，它的速度应该等于什么)。
执行第二诊断监督程序252，以便为模型256提供牵引速度设置点ω4的值作为输入，从而产生或计算虚拟响应ω6作为输出。假设模型256准确地反映隔离的牵引系统的行为，则虚拟响应ω6应该接近地反映牵引轮20或牵引电机264的实际速度(即，速度反馈ω3)，这是在假设牵引系统正在合适地操作的情况下使用牵引速度设置点ω4来计算被提供给目前操作的车辆的牵引控制模块258的设置点τ1的结果。
因此，第二诊断监督程序252可将反馈值ω3与虚拟响应ω6进行比较。如上所述，第二模型256在本质上是产生车辆的牵引系统的模拟响应(即，虚拟响应ω6)的虚拟牵引系统。可将虚拟响应ω6与测量或反馈值ω3进行比较，以用于核查车辆的牵引系统的合适操作。如果所述比较指示所述两个值相差超过预定阈值，则第二诊断监督程序252可产生故障信号，从而指示正在发生故障状况。在实施例中，vcm200可响应于故障信号而停止车辆的移动。如以上参照虚拟响应ω5所述，第二模型256的输出(即，虚拟响应ω6)可在合适的时候被转换成虚拟线速度响应v6，以用于与车辆20的实际线速度v3进行比较。
本领域普通技术人员将会意识到，第一模型254和第二模型256可如上所述是不同类型的模型，或者它们可以是相同类型的模型。在任一情况下，提供冗余诊断系统，所述冗余诊断系统监测车辆10的牵引系统的操作状况。尽管以下的描述集中于第二诊断监督程序252和第二模型256，但类似的技术可被用于第一诊断监督程序250和第一模型254。
图3描述根据本发明的原理的用于执行车辆牵引系统的转向应用计算、牵引应用计算和基于模型的诊断的示例性算法的流程图。
在步骤302中，在车辆控制模块上执行的转向应用206接收用于控制车辆的转向轮的转向控制输入信号278和与转向轮有关的第一控制属性的测量反馈值θ2、ω2(诸如，转向轮角度或转向电机角速度)。转向应用还接收与车辆的牵引轮有关的第二控制属性的测量反馈值ω3(诸如，牵引轮速度或牵引电机速度)。
然后，基于转向控制输入信号、第一控制属性的测量值和第二控制属性的测量值，转向应用在步骤304中确定与转向轮有关的第一控制属性的第一设置点值θ1、ω1和转向轮的目标转向角θt。
在步骤306中，在车辆控制模块上执行的牵引应用208接收来自转向应用的用于控制车辆的牵引轮的牵引速度控制输入信号260、第二控制属性的测量值ω3和目标转向角θt。基于牵引速度控制输入信号、第二控制属性的测量值ω3和目标转向角，牵引应用在步骤308中确定第二控制属性的第二设置点值τ1或ω4。
还存在在vcm上执行的第一诊断监督程序250，第一诊断监督程序250在步骤310中接收第二控制属性的测量值ω3和第二设置点值(τ1或ω4)；其中第一诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第一模型254。
在步骤312中，基于第二设置点值和第一模型，第一诊断监督程序计算与牵引轮有关的第二控制属性的第一虚拟值ω5或ω6，并且在步骤314中，基于第二控制属性的第一虚拟值和测量值，第一诊断监督程序确定车辆的牵引系统的第一操作状况。
在步骤316中，牵引应用可产生第二控制属性的第三设置点值(ω4或τ1)。第二诊断监督程序252也可以在vcm上执行，并且在步骤318中接收第二控制属性的第三设置点值和测量值ω3；其中第二诊断监督程序包括车辆的牵引系统的第二模型256。
在步骤320中，基于第三设置点值和第二模型，第二诊断监督程序计算第二控制属性的第二虚拟值ω6或ω5，并且在步骤322中，基于第二控制属性的第二虚拟值和测量值，确定车辆的牵引系统的第二操作状况。
如前所述，转向应用206和牵引应用208彼此结合操作以控制车辆10的转向轮角度和牵引速度。与方向盘或舵柄把手关联的转向控制输入传感器276可产生转向控制输入信号276，转向控制输入信号276根据所述设备的操作人员的操纵而变化。随后，这个信号可被转换成数字值，所述数字值可被缩放和调整以代表具有适合于转向轮角度(例如，单位度)或转向电机的角速度(例如，单位rpm)的单位的值。例如，这种值可被称为wheel_angle_cmd，并且代表操作人员的预期轮子位置或转向电机角速度。包括转向控制输入传感器276、转向应用206、scm272、转向电机274和转向轮20的转向系统的一个优先事务是将转向轮定位至由wheel_angle_cmd指示的预期操作人员设置。因为wheel_angle可被转向系统非常快速地调整，所以这种迅速的位置变化会产生操作人员不稳定性。因此，希望转向应用206产生控制，所述控制将会尽可能快速地实现wheel_angle_cmd并且没有显著延迟，同时在合适的情况下也减小牵引速度，以实现预期轮子角度-牵引速度关系(在图7a中描述其中的一个示例)，从而保持操作人员稳定性。使用wheel_angle_cmd和当前trx_speed，转向应用206可确定两个限制约束：第一trx_speed_limit1和wheel_angle_limit。使用这些四个值和当前wheel_angle，转向应用206确定转向设置点(wheel_angle_setpoint)和wheel_angle_target。wheel_angle_setpoint是被传送给scm272以用于轮子角度位置调整的值(即，ω1或θ1)。wheel_angle_target是被传送给牵引应用208以用于确定第二trx_speed_limit2的值的目标转向角θt。
即使操作人员的输入可导致指示操作人员希望转向轮具有角度x的wheel_angle_cmd，转向系统也可以尽可能快速地按照操作人员命令对转向轮进行定位，而没有操作人员感觉到的延迟，但为了保持操作人员稳定性，vcm200的转向应用206可不基于牵引轮/电机速度反馈或trx_speed立即向scm272发出所述新命令x，而是随着牵引速度减小而处于平稳增加的变化。例如，在车辆正在相对较快地行驶的同时，与车辆正在相对较慢地行驶的情况相比，可能存在急剧转向变化会引起控制或稳定性问题的更大的可能性。因此，可使用车辆的牵引速度或trx_speed的当前测量值来确定转向轮可被改变至的最大容许角度，以便保持在预期轮子角度-牵引速度关系内，从而保持操作人员稳定性，诸如图7b中所示。这个取决于牵引速度的最大容许角度可被称为wheel_angle_limit。
此外，wheel_angle_target可被牵引应用208使用以确定车辆可以以等于wheel_angle_target的轮子角度行驶的最大容许牵引速度，以便保持预期轮子角度-牵引速度关系，诸如图7a中所示。这个最大容许牵引速度可被称为第二trx_speed_limit2、或者在也将转向轮角度调整为wheel_angle_cmd的同时车辆应该被减小至的牵引速度。因为牵引系统对减小车辆的速度的快速响应，转向系统能够如上所述地实现操作人员预期的转向调整，而没有可感觉到的延迟。
vcm200的转向应用206的示例性控制算法或处理被示出在图4a和图4b中。牵引应用208与转向应用206通信并且与转向应用206相结合地工作，以确保trx_speed和wheel_angle保持在允许由预期轮子角度-牵引速度关系定义的安全控制和稳定性的值，参见图7a和图7b。图4c表示产生牵引设置点τ1和/或牵引速度设置ω4的牵引应用的一部分的示例性算法。
在图4a中，在步骤402中，接收wheel_angle_cmd和定义测量牵引轮或电机速度的牵引电机速度反馈ω3(即，trx_speed)，从而在步骤404中可以计算第一trx_speed_limit1和wheel_angle_limit。根据示出的实施例中的图7a中的曲线图706构造的查找表700可被用来基于wheel_angle_cmd确定trx_speed_limit1。特别地，表700的x轴表示可以处于0度和90度之间的轮子角度量704的绝对值，其中0度对应于当车辆正在沿直线行驶时的轮子角度。表700的y轴对应于牵引轮或牵引电机的速度值702，即第一trx_speed_limit1。图7a中的曲线图706描述x轴704上的轮子角度值和y轴上的最大牵引速度值或限制之间的轮子角度-牵引速度关系。转向应用206使用wheel_angle_cmd作为x轴值707，并且在曲线图706上定位对应的y轴值708。y轴值708被确定为转向应用的第一trx_speed_limit1。
参照图7b，根据示出的实施例中的图7b中的曲线图构造的查找表710可被用于基于trx_speed确定wheel_angle_limit。特别地，表710的x轴表示牵引轮或牵引轮电机的测量速度值714，即trx_speed。表710的y轴表示可以处于0度和90度之间的轮子角度量712的绝对值，其中0度对应于当车辆正在沿直线行驶时的轮子角度。图7b中的曲线图716描述y轴712上的最大轮子角度值和x轴714上的牵引速度值之间的轮子角度-牵引速度关系。转向应用206使用trx_speed作为x轴值717，并且在曲线图716上定位对应的y轴值718。y轴值718被确定为wheel_angle_limit。
转向应用206还可接收转向轮20的经测量的转向轮角度θ2或转向电机274的经测量的角速度ω2，即经测量的wheel_angle，所述经测量的wheel_angle具有指示目前的车辆的转向轮的角度或转向电机的角速度的值。在步骤406中，确定车辆的当前牵引速度trx_speed是否小于第一trx_speed_limit1。如果车辆的当前牵引速度trx_speed不小于第一trx_speed_limit1，则车辆的牵引速度被牵引应用208减小，同时转向应用206将wheel_angle调整为等于wheel_angle_cmd。如图4a的实施例中的方框410所示，转向应用206的控制逻辑在图4b的步骤424处继续执行，在步骤424处，确定wheel_angle_limit是否处于wheel_angle和wheel_angle_cmd之间。只要wheel_angle_limit处于当前wheel_angle和wheel_angle_cmd之间，wheel_angle_setpoint就在步骤426中被设置为wheel_angle_limit。否则，在步骤428中确定wheel_angle_limit是更接近于wheel_angle还是更接近于wheel_angle_cmd。wheel_angle_setpoint分别在步骤430或432中被设置为更接近于wheel_angle_limit的值：wheel_angle或wheel_angle_cmd。在这些情况中的任何情况下(即，步骤426、430或432)，wheel_angle_target被设置为等于wheel_angle_cmd。在示出的实施例中，当trx_speed等于或大于第一trx_speed_limit1时，牵引应用208可按照以下参照图7c讨论的方式快速地将牵引轮或电机速度(即，trx_speed)减小至第二trx_speed_limit2，其中第二trx_speed_limit2是基于wheel_angle_target的，并且如上所述，在步骤426、430和432中，wheel_angle_target被设置为等于wheel_angle_cmd。在步骤434中，控制返回到步骤402，从而可以执行刚刚描述的这些步骤的另一次重复。
图4c表示牵引应用208可以如何产生牵引设置点以使得在合适的情况下减小车辆的牵引速度trx_speed的示例性算法。参照图7a，按照与转向应用206基于wheel_angle_cmd确定trx_speed_limit1相同的方式，可使用查找表700来基于wheel_angle_target确定第二trx_speed_limit2。以这种方式，牵引应用208可以知道未来的wheel_angle(即，wheel_angle_target)，并且甚至在当前wheel_angle已到达所命令的角度(即，wheel_angle_target)之前相应地调整牵引速度。
返回到步骤406，然而，如果车辆的牵引速度低于第一trx_speed_limit1，则牵引轮或电机速度或trx_speed不需要减小以在等于wheel_angle_cmd的wheel_angle处满足诸如图7a中示出的轮子角度-牵引速度关系。因此，在图4a的步骤412中，wheel_angle_setpoint可以被设置为wheel_ang_cmd。再次，为了保持操作人员稳定性，基于在步骤416中执行的wheel_angle_cmd和wheel_angle之间的比较，wheel_angle_target分别在步骤418或420中被设置为等于wheel_angle_cmd或wheel_angle中的较大者。在任一情况下，在步骤422中，控制返回到步骤402，从而可以执行刚刚描述的这些步骤的另一次重复。
根据在图4c中描述的示例性算法，牵引应用208可计算牵引速度设置点ω4或牵引设置点τ1，以使得在合适的情况下减小车辆10的牵引轮或电机速度(即，trx_speed)。在步骤450中，牵引应用接收从操作人员控制的牵引速度控制输入传感器262接收的牵引速度控制输入信号260以确定牵引速度命令。牵引速度控制输入信号260可被调整或者以其它方式被调节，并且例如可被提供给vcm200内的主微控制器216a的输入管脚。该信号可被进一步调节并且被正在由主微控制器216a执行的牵引应用208使用以计算牵引速度命令trx_speed_cmd。如上所述，牵引应用208也从转向应用206接收目标转向角θt或wheel_angle_target。在步骤452中，查找表或类似模型可被访问以计算与正在按照wheel_angle_target转向的车辆10对应的最大牵引速度(即，第二trx_speed_limit2)。
返回参照图7a，被转向应用206使用以基于wheel_angle_cmd确定第一trx_speed_limit1的相同查找表700可被牵引应用208使用以基于wheel_angle_target确定第二trx_speed_limit2。特别地，表700的x轴可表示可以处于0度和90度之间的轮子角度量704的绝对值，其中0度对应于当车辆正在沿直线行驶时的轮子角度。表700的y轴对应于牵引轮或牵引轮电机的速度值702。曲线图706描述x轴704上的轮子角度值和y轴上的最大牵引速度值之间的预定轮子角度-牵引速度关系。牵引应用208可使用wheel_angle_target作为x轴值707，并且在曲线图706上定位对应的y轴值708。随后，y轴值708可被确定为牵引应用208的第二trx_speed_limit2。
trx_speed_cmd反映操作人员希望达到的车辆速度。在步骤454中，牵引应用208可使用第二trx_speed_limit2减小trx_speed_cmd，以便计算可容许的trx_speed_settingω4。
例如，根据示出的实施例中的图7c中的曲线图724构造的查找表720可以被用来限制trx_speed_cmd。x轴722和y轴726都代表牵引轮或牵引电机的速度值，并且曲线图724定义x轴上的值和y轴上的对应值之间的关系。这些速度值可以为正或负，因此正限制和负限制被示出在图7c中；然而，以下描述仅基于正牵引速度值的示例。牵引应用使用trx_speed_cmd作为x轴722的速度值(例如，值727)，并且在曲线图724的y轴上定位对应的速度值(例如，与值727对应的值728)。这个对应的值728被牵引应用208输出作为trx_speed_settingω4。假设曲线图724是0和值728(值728等于当前第二trx_speed_limit2的值)之间的45度线，则在这个范围中，沿着y轴的速度值将会等于沿着x轴的速度值。然而，一旦沿着x轴的速度值超过速度值727(值727等于速度值728和当前第二trx_speed_limit2)，曲线图724具有局限于值728的y值，值728再次等于第二trx_speed_limit2的当前值。因此，如果牵引应用208将速度值728(即，沿y方向的曲线图724的最大值)设置为等于当前第二trx_speed_limit2，则由牵引应用接收的trx_speed_cmd将不会导致超过第二trx_speed_limit2的trx_speed_settingω4。
当在图4a的步骤406中trx_speed等于或大于第一trx_speed_limit1时，wheel_angle_target被设置为等于wheel_angle_cmd。牵引应用208使用等于wheel_angle_cmd的wheel_angle_target确定第二trx_speed_limit2，其中因为也根据wheel_angle_cmd确定第一trx_speed_limit1，所以在这种情况下第一trx_speed_limit1等于第二trx_speed_limit2。牵引应用208随后使用trx_speed_cmd作为基于图7c中的曲线图724的查找表720的输入，并且接收输出。假设trx_speed通常等于trx_speed_cmd，并且由于trx_speed大于第一trx_speed_limit1，所以来自查找表720的输出通常等于第二trx_speed_limit2。因此，牵引应用208输出第二trx_speed_limit2作为trx_speed_settingω4。tcm258随后快速地将牵引轮或电机速度(即，trx_speed)减小至第二trx_speed_limit2。
牵引设置点可以是由trx_speed_settingω4定义的牵引速度设置点ω4，或者牵引设置点可以是能够基于车辆的trx_speed_setting和当前trx_speed计算的牵引设置点τ1。作为一个示例，并且如本领域技术人员所已知的，可使用比例积分微分(pid)控制器，pid控制器接收trx_speed_setting和trx_speed之间的差值作为输入，并且计算牵引设置点τ1作为输出。因此，在步骤456中，牵引应用208计算牵引设置点τ1，tcm258将会使用牵引设置点τ1控制牵引电机264的操作。计算牵引设置点τ1以控制牵引电机速度，例如当在图4a中的步骤406中trx_speed等于或大于第一trx_speed_limit1时减小车辆的trx_speed以达到trx_speed_limit2，同时wheel_angle也被调整以达到wheel_angle_cmd。
图4a和图4b涉及转向应用206的操作，并且图4c涉及牵引应用208的操作。图4d是转向应用206和牵引应用208可如何一起操作的概念示图的流程图。在步骤470中，转向应用接收转向控制输入和车辆的牵引速度ω3(trx_speed)的目前值。如上所述，转向应用可以随后在步骤472中确定转向轮的第一设置点(即，转向设置点ω1或θ1)。如上所述，这个第一设置点值可以受到车辆的目前牵引速度ω3影响，因为转向应用使用图7b的表确定最大容许转向设置点ω1或θ1。转向控制模块272可以随后基于这个第一设置点控制转向电机274，以实现转向轮的实际角度的变化。
在步骤472中，转向应用还确定目标转向角θt的值。独立于转向应用的逻辑流程，执行牵引应用以便确定第二牵引设置点(即，τ1或ω4)。特别地，在步骤474中，牵引应用接收目标转向角θt和牵引速度控制输入。在步骤476中，牵引应用使用wheel_angle_target或目标转向角θt和图7a的曲线图确定第二trx_speed_limit2，如上所述，第二trx_speed_limit2可被用来限制由牵引应用产生的牵引设置点(即，τ1或ω4)的值。牵引控制模块274可以随后基于这个第二设置点控制牵引电机264，以实现牵引轮的实际速度的变化。
图4d的流程图的逻辑流程从步骤476返回到步骤470以便反复地重复所述步骤，以使得在每次连续重复所述四个步骤470-476时，使用车辆牵引速度ω3的更新值，并且因此使用目标转向角θt。以这种方式，当在图4a中的步骤406中trx_speed等于或大于第一trx_speed_limit1时，转向应用和牵引应用协作以减小车辆的trx_speedω3从而达到trx_speed_limit2，同时wheel_angleω2或θ2也被调整以最终达到wheel_angle_cmd。
至少一些车辆的转向轮20能够按照完整圆圈(即，360度)从指向正前方的位置(即，0度)转向指向正后方的位置(即，180度)。此外，转向轮20也能够向右转以及向左转。因此，转向轮20能够位于图8a和图8b中示出的第一、第二、第三和第四象限810、811、812和813中的任何一个象限中，并且在转弯的过程中在相邻象限之间行驶。类似地，wheel_angle_cmd和wheel_angle_limit能够例如表示四个象限810、811、812和813中的任何象限中的值。在图8a中，与轮子角度量有关的值802能够被测量为处于0和+/-90度之间。当针对象限810和811以这种方式进行测量时，值802的更大的绝对值代表“更急剧”的转弯。类似地，在图8b中，与轮子角度量有关的值802能够被测量为在0和+/-90度之间变化。如以前一样，当针对象限812和813以这种方式进行测量时，值802的更大的绝对值代表“更急剧”的转弯。
不管wheel_angle_cmd的值实际上位于哪个象限810、811、812、813中，它可被如图8a和图8b中所示地测量，并且它的绝对值可随后被转向应用206使用作为图7a的查找表700中的值707，以识别y轴上的最大牵引速度值708(即，第一trx_speed_limit1)。类似地，不管wheel_angle_target的值实际上位于哪个象限810、811、812、813中，它能够被如图8a和图8b中所示地测量，并且它的绝对值可随后被牵引应用208使用作为查找表700中的值707，以识别y轴上的最大牵引速度值708(即，第二trx_speed_limit2)
参照图7b的表710，trx_speed的值717可被用来识别wheel_angle_limit718，wheel_angle_limit718具有在某个最小值719和90度之间变化的值。如以上所讨论的，这个wheel_angle_limit能够被转向应用206使用以限制图8a和图8b的四个象限810、811、812、813中的任何象限中的转向设置点值。
另外，以上讨论的图4a-4c的流程图涉及与转向轮角度有关的许多量：wheel_angle_target、wheel_angle_cmd、wheel_angle_limit、wheel_angle_setpoint和wheel_angle。当使用图8a和图8b中示出的参考的框架来测量(或计算)这些量时，所述量的绝对值能够随后被用在图4a-4c的比较步骤中，以提供合适的逻辑流程控制。转向轮的测量值处于-180度至+180度的范围中。为了使用查找表，转向应用和牵引应用都将轮子角度转换成-90度和+90度之间的值。对于-90度和+90度之间的测量轮子角度，两个应用都采用测量轮子角度的绝对值。对于90度和180度之间或-90度和-180度之间的测量轮子角度，两个应用都采用测量轮子角度的绝对值，以及转换所述绝对值并且用180度减去所述绝对值。以这种方式，90度和180度之间的角度被转换成90度和0度之间的角度。
诊断比较的相关性示例：
因为车辆的微控制器和其它数字硬件处理信号和信号的值的方式，例如，反馈值ω3可以是通过按照定期速度(例如，每10ms)对连续信号进行采样而获得的值的数组。类似地，可每10ms(例如)向第二模型256提供各设置点或牵引速度设置ω4，从而每10ms计算新的虚拟值ω6。尽管将会可以将每个个体反馈值ω3与单个对应虚拟值ω6进行比较，但该比较可能无法准确地显示车辆的牵引系统是否正在发生故障。然而，将最后预定义数量(例如，100个)反馈值ω3与所述预定义数量(例如，100个)最近产生的虚拟值ω6进行比较将会可能提供准确得多的车辆的牵引系统是否正在发生故障的指示。因此，虚拟值ω6可包括各自估值的元素的第一数组并且测量值ω3可包括对应的各自估值的元素的第二数组，从而可基于第一数组和第二数组之间的计算的相关性确定测量值ω3和虚拟值ω6之间的相似性。
通常，反馈值ω3的样本越多并且用于彼此比较的虚拟值ω6的计算越多，将会产生越准确的结果。然而，累积这些值的更多样本反映更长的时间段，这可能使得在检测到该状况之前在延长的时间段期间发生故障。因此，在反馈值ω3和虚拟值ω6之间进行比较之前，对于用于收集值的时间量而言通常存在某种操作上限。例如，可存在操作约束，所述操作约束要求在例如故障发生的100ms内开始检测和/或减缓动作。或者例如，可在设置点ω4和实际速度ω3之间存在最大容许偏差以使该系统处于合适的控制之下，这将会潜在地减少或增加诊断评估时间。
例如，如果反馈值ω3的采样周期是10ms，则使用10ms响应时间，10个样本能够被收集并且用于反馈值ω3和虚拟值ω6之间的比较。反馈值ω3的10个样本能够被视为第一随机变量x，包括10个输入值(即，设置点值ω4)的10个实际响应(例如，x1–x10)的数组，并且虚拟值ω6能够被视为第二随机变量y，包括那些相同的10个输入值的10个模拟模型响应(例如，y1–y10)。两个随机变量的相似性的一个量度被称为相关性系数p。两个变量的相关性系数(有时简单地称为它们的相关性)是所述两个变量的协方差除以它们的各标准差的乘积。它是所述两个变量如何线性地相关的标准化量度。然而，本领域普通技术人员将会意识到，存在可在本发明的上下文中使用的用于测量各值的两个数组之间的相似性的许多其它技术。
使用很好理解的技术，能够计算变量x、y的相应的平均值
这允许根据下面的方程计算相关性系数：
当两个变量或信号完全相关时，p＝1，并且对于完全不相关的信号，p＝0。因此，可识别预定阈值，所述预定阈值被用于确定：当p值低于该阈值时，反馈值ω3和虚拟值ω6并不彼此相似。在10个样本被用于计算p的示例中，大约0.5至大约0.8的p的值可能指示：反馈值ω3和虚拟值ω6足够相似，从而不太可能发生牵引系统故障。如果p值被计算为低于0.5，则可能正在发生车辆的牵引系统的故障。因为意外的噪声或其它异常，即使在不存在故障的情况下，也可能偶尔发生出现低于该阈值的单个p值。因此，第二诊断监督程序252可在每次p值被计算为低于所述预定阈值时增加计数器，并且在每次p值被计算为高于所述预定阈值时减小计数器。如果该计数器的值曾经达到最大容许数字(例如，5)，则第二诊断监督程序252可向vcm200警告：已发生故障状况。
独立于第二诊断监督程序252，第一诊断监督程序250还可计算来自第一模型254的虚拟值ω5与反馈值ω3如何相似。尽管第一诊断监督程序250可采用不同于第二模型256的模型254、不同采样周期或不同相似性测量技术，但第一诊断监督程序250也可被配置为基本上类似于第二诊断监督程序252，从而它按照几乎相同的方式操作。因此，第一模型254和第二模型256都可以是相同的模型，并且相似的相关性系数和计数器可被第一诊断监督程序250使用以产生它自己的诊断信号，从而向vcm200警告车辆的牵引系统的故障状况。为了使用以上相关性技术，诊断牵引模型可产生需要的模拟响应序列。存在用于建模或模拟与上述车辆的隔离牵引系统类似的系统的各种方式。在不偏离本发明的范围的情况下，可使用任何这些已知建模技术。然而，能够被用于模型254或256的一个示例性类型的模型是基于观测到的实际隔离牵引系统对多个不同操作状况的响应而计算的传递函数模型。
通常，传递函数(和类似术语“系统函数”和“网络函数”)指的是用于描述系统的输入和输出之间的关系的数学表示。特别地，使用多项式之比描述所述关系，其中分母多项式的根被称为系统极并且分子多项式的根被称为系统零。
通过为系统提供明确定义的输入值并且收集作为结果的输出值，能够形成系统的传递函数。例如，包括控制器、牵引电机和该电机上的负载的如上所述的隔离车辆牵引系统能够被提供输入值，然后被观测，以便测量作为结果的输出。图5以图形方式描述车辆牵引系统能够如何对阶跃输入做出反应的示例。
在图5中，y轴既代表与车辆牵引轮有关的控制属性的输入值，又代表作为结果的该控制属性的输出值。x轴代表时间。阶跃输入1402例如可反映车辆牵引系统在时间1405接收操作人员输入，所述操作人员输入对应于预期牵引轮或牵引电机速度1403。输出信号1404反映隔离牵引系统部件对输入1402的实际响应。
输出信号1404能够包括许多特性属性。点1406对应于输出信号1404首次显示对阶跃输入1402的响应的时候；点1408对应于输出信号1404达到值1403的时候；点1410对应于输出信号1404的峰值1411；并且点1412对应于输出信号1404稳定(即，达到稳态)在预期牵引轮或牵引电机速度值1403的时候。这些不同点帮助定义点405和406之间的延迟时间td、点1405和1410之间的峰值时间tpk、点1405和1412之间的稳定时间tset以及点1406和1408之间的上升时间tr。输出信号1404还包括与稳态值1403和峰值1411有关的过冲值。输出信号的过冲通常被称为“百分比过冲”，并且根据下面的方程计算：
在输出信号1404稳定到它的稳态值之前的输出信号1404的振荡部分包括振荡周期τ，振荡周期τ定义固有频率fn(即，1/τ)，根据弧度，固有频率fn是ωn＝2πfn。此外，能够根据下面的方程计算阻尼系数ζ：
输入信号1402能够被视为时基连续信号x(t)并且输出信号1404也能够被视为时基信号u(t)，以使得每个信号的拉普拉斯变换是x(s)和u(s)。隔离牵引系统的传递函数h(s)因此被一般地定义为u(s)＝h(s)x(s)。更具体地，基于接收阶跃输入信号1402产生图5的输出信号1404的系统能够由二阶传递函数h(s)根据下面的方程表示：
然而，如上所述，微控制器和诊断监督程序利用离散时间采样值而非利用连续信号操作。因此，通过各种不同方法，传递函数h(s)可被变换成离散传递函数h(z)。被称为双线性传递的一个方法通过执行
然而，存在可用作刚刚描述的方法的替代方案的用于计算离散传递函数的自动化方法。例如，matlab包括使这个处理自动化的函数“c2d”。例如，如果输入信号1402和输出信号1404揭示初始传递函数：
则命令：
h＝tf(10,[1310])；
hd＝c2d(h,0.01)
将会首先定义连续传递函数“h”，并且使用“0.01”秒的采样时间将它变换成离散变换函数“hd”。matlab命令“hd＝”将会将所述离散变换函数打印输出为：
这种传递函数h(z)可被第一和第二诊断监督程序250、252使用以产生与车辆的牵引轮或牵引电机有关的控制属性的虚拟值。特别地，当设置点值被诊断监督程序(250,252)接收时，设置点值可被传递函数h(z)变换成虚拟值。因此，设置点值(例如，牵引速度设置或设置点ω4)的离散样本流产生对应的虚拟值流(例如，ω6)。随后，可将这些虚拟值与反馈值ω3进行比较，以确定车辆的牵引系统的操作状况。
例如，如果“k”被用作表示设置点值ω4的离散样本流中的特定样本x[k]的索引，则能够使用下面的方程根据以上传递函数计算对应的虚拟值y[k](即，ω6)：
其中，对于这个特定示例性传递函数：
a＝0.01187，
b＝0.06408，
c＝0.009721，
d＝1，
e＝-1.655，并且
f＝0.7408。
matlab还提供用于微调这个初始传递函数h(z)的工具。例如，能够在simulink中对传递函数h(z)进行建模，simulink包括optimizationtoolbox(优化工具箱)。optimizationtoolbox(优化工具箱)包括用于对参数估计进行建模的工具。在以上的示例性传递函数h(z)中，分子系数是[0.011870.064080.009721]并且分母系数是[1-1.6550.7408]。可以向optimizationtoolbox(优化工具箱)的参数估计函数提供一组输入数据、一组输出数据和传递函数。例如，可以向参数估计工具提供代表输入信号1402、输出信号1404和传递函数h(z)的数据。参数估计函数将会使用输入数据和传递函数h(z)计算一组模拟输出数据。基于实际输出信号1404和模拟输出数据之间的比较，参数估计函数将会微调分子和分母系数，以使模拟数据与实际输出数据信号1404更接近地匹配。
为了进一步改进传递函数h(z)，其它实际输入和输出数据能够被提供给simulinkoptimizationtoolbox(优化工具箱)的参数估计函数。例如，能够提供正弦输入及其作为结果的输出，并且能够提供斜坡输入及其作为结果的输出。作为结果，能够形成基于观测到的车辆牵引系统对多个不同操作状况的响应而计算的传递函数h(z)。
可被诊断监督程序250、252之一或二者使用的第二类型的模型是包括图6中描述的查找表的基于经验的模型。类似于形成传递函数模型，通过控制输入(诸如，电池电压和负载)并且记录对应输出(诸如，电流、转矩和速度)，能够在多个操作状况下测试和描绘隔离牵引系统。查找表lut能够随后被测试数据填充以提供合适的输入-输出关系，以使得牵引命令被用作lut输入并且输出是作为结果的电机速度或转矩。尽管这种技术可用于收集感兴趣的所有各种可能的操作状况的所有数据，但这个技术领域中的本领域普通技术人员目前已知其它更实用的技术，所述其它更实用的技术可被用于形成第三替代方案。以上讨论的电机描绘允许对电机电阻、电感和磁通匝连数性质的估计。各种仿真和估计技术(例如，matlab)能够被用于形成例如特定三相感应电机的5参数或7参数模型(参见bimalk.bose的“modernpowerelectronicsandacdrives”，其公开通过引用包含于此)。作为结果的模型代表操作中的电机的不同参数之间的相互关系。所述模型被用于计算对多个输入状况的预测电机响应，以核查以前收集的测试数据或整体用作牵引电机模型。核查的数据能够随后被用于构造查找表(lut)，根据所述查找表(lut)构造图6的三维查找表600，并且所述查找表(lut)形成示出的实施例中的第一模型254的一部分。
查找表600的输入是操作车辆电池电压、电机速度反馈值ω3和牵引命令或牵引设置点τ1值。查找表600的输出是施加的转矩值。电池电压能够被按照伏特测量，并且处于低于车辆的标称电池电压(例如，36v)的电压(例如，32v)至高于所述标称电压的电压(例如，40v)之间的范围中。速度反馈值可以是牵引电机的速度(例如，rpm)或牵引轮的速度(例如，米/秒)，并且处于从最大速度的0％至最大速度的100％的范围中。牵引命令或牵引设置点以及施加的转矩值可以是按照n·m测量的转矩值，并且处于从0至将会停止牵引电机的量的范围中。所施加的转矩值是在一组特定电池电压、速度和牵引设置点值之下由牵引电机实现的施加于牵引轮/负载的建模的转矩量。
如上所述，收集或建模的数据可被布置在图6的三维查找表600中。可通过牵引设置点轴602上的第一坐标、电池电压轴604上的第二坐标和速度反馈轴606的第三坐标对表600的每个特定基元608进行寻址。诊断监督程序可使用例如定义示出的实施例中的第一模型254的一部分的查找表600、牵引设置点τ1的目前实际卡车值、速度反馈ω3和电池电压来识别查找表600的一个基元608。该基元608的输出值是在经验测试期间收集的输出转矩值或针对一组特定坐标值(即，牵引设置点、电池电压和速度)应该目前由牵引电机264施加于牵引轮的一定量的转矩的所建模的施加的转矩值之一。如以下更充分所述，如果从图6的查找表选择的这个施加的转矩值被施加于实际车辆的牵引轮，则从图6的查找表选择的这个施加的转矩值应该产生这样的车辆速度：所述车辆速度在图2b中是由第一模型254输出的虚拟速度值ω5。如以上所讨论，虚拟速度值ω5和速度反馈值ω3之间的比较可被第一诊断监督程序250使用，以确定车辆的牵引系统是否处于故障状况。
总之，这里描述的牵引系统模型可被表示为传递函数(tf)、查找表或5、7参数模型(parmodel)。在这些模型中的任何模型中，所述模型代表输入与输出关系，其中输入是值，诸如例如牵引设置点τ1、电池电压和当前牵引速度，而输出是虚拟或预期牵引速度值。因此，通常，当评估卡车的当前操作状况时，可选择以上讨论的三个牵引模型实现方式中的任何一个牵引模型实现方式。适合于所选择的模型的输入值被首先确定。例如，对于第一模型254，牵引设置点τ1、操作车辆电池电压和电机速度反馈值ω3可被用作输入。对于第二模型256，来自牵引应用208的牵引速度设置ω4能够被用作传递函数的输入。不管所选择的模型实现方式如何，模型的输出是虚拟响应(例如，ω5或ω6)，可将所述虚拟响应与速度反馈值ω3进行比较，以确定车辆的牵引系统是否处于故障状况。
图9是根据本发明的原理的使用基于经验的模型(诸如，图6的lut)的示例性方法的流程图。在步骤902中，车辆正在操作，并且第一诊断监督程序250例如在步骤904中从车辆的各种传感器和其它部件接收牵引设置点τ1、车辆的目前的电池电压和车辆目前的trx_speed或速度反馈ω3。这些值能够随后在步骤906中被用于识别或计算牵引模块的输出，诸如识别图6的三维查找表的基元之一。速度反馈值ω3可以例如是按照m/s测量的牵引轮速度或按照rpm测量的牵引电机旋转速度。如上所述，牵引轮速度和牵引电机旋转速度通过缩放因子而相关，所述缩放因子与车辆的牵引电机和牵引轮之间的机械链接的齿轮比以及牵引轮的周长有关。来自牵引模型的输出(诸如，从图6的查找表识别的一个特定基元)提供值，所述值代表预期“施加的转矩”值，所述预期“施加的转矩”值将会被牵引电机施加以驱动车辆的牵引轮。
在步骤908中，这个“施加的转矩”值随后被用于确定在这个“施加的转矩”值被牵引电机施加于包括vcm200的车辆的牵引轮的情况下将会导致的预期或虚拟速度。特别地，并且根据本发明的一个实施例，这种车辆的操作可由下面的方程建模：
其中：
τapplied是由牵引电机施加于牵引轮的建模的转矩并且等于来自查找表(或牵引模型)的“施加的转矩”值；
i是正被加速的车辆和负载的所有元件的惯性值，并且对于特定车辆而言是固定值；
ω5是牵引电机的虚拟旋转速度(例如，按照rpm)；
b是车辆的滚动阻力或摩擦，并且例如可以被从基于车辆的重量和车辆的速度提供阻力值的查找表确定，并且代表摩擦损失(诸如，由轴承、各种耦接件、地板和车辆轮胎引起的摩擦损失)；以及
τload代表操作人员、车辆和车辆的叉子上的负载的按照转矩单位的重量。
以上方程形成第一实施例中的第一模型254的一部分，并且可以针对速度ω5进行求解，以便确定在来自查找表(或牵引模型)的“施加的转矩”值被施加于牵引轮的情况下预期导致的牵引电机或牵引轮的旋转速度的预期或虚拟值。
以上方程是根据转矩和角速度的，但也能够被转换成根据线速度和以线性方式施加的力的等价方程。通过基于a)牵引电机与牵引或从动轮之间的齿轮比和b)牵引或从动轮的直径对转矩值进行缩放，能够完成转矩至以线性方式施加的力的转换。
因此，根据本发明的另一实施例，可通过从以上基于转矩的方程(例如，nm)缩放至基于线性的力的方程(例如，n或
fapplied＝acc·m+v5b+fload
所述方程可以针对通过施加的力而获得的线性车辆速度“v5”进行求解，并且值“v5”是由图2b中的第一诊断监督程序250计算的虚拟线速度。
在形成第二实施例中的第一模型254的一部分的以上方程中：
fapplied是通过基于a)牵引电机与牵引或从动轮之间的齿轮比和b)牵引或从动轮的直径缩放来自查找表600的建模的转矩施加值τapplied而确定的以线性方式施加的力；
acc是等于牵引轮的线速度的变化的线性加速度，并且等同于通过a)牵引电机与牵引或从动轮之间的齿轮比和b)牵引或从动轮的直径来缩放的dω3/dt；
m是正被加速的车辆和负载的所有元件的质量；
b是车辆的滚动阻力或摩擦，并且例如可以被从基于车辆的重量和车辆的速度提供阻力值的查找表确定；以及
fload是车辆、车辆的叉子上的负载和操作人员的重量。
因此，在步骤910中，将虚拟值ω5或虚拟线速度值v5与实际车辆速度ω3或实际线速度v3进行比较，从而能够在步骤912中确定车辆的操作状况。
在另一示例中，一个或多个诊断比较可由模型执行，所述模型使用定时约束和信号阈值与来自tcm258的实际响应进行比较。例如，替代于第一模型254，这种模型在图11中被描述为由第一诊断监督程序250使用的第三模型1254。第三模型1254和/或第一诊断监督程序250的输入可包括速度反馈ω3和由转向应用206提供的trx_speed_limit11202。例如，这种模型可依赖于已知或测量的车辆的实际牵引系统的响应的属性，诸如图10a中所示。图10a中的x轴代表时间并且y轴是速度(例如，m/s)。响应于由牵引应用208向tcm258提供的定义牵引设置点的牵引速度设置ω41004，测量的车辆的牵引轮或牵引电机速度的响应由曲线图1002示出。通过分析两个信号1002、1004，可做出例如关于实际牵引速度1002花费多长时间达到牵引速度设置1004的确定。另外，所述两个信号1002、1004显示：实际牵引轮速度1002和牵引速度设置之差从未超过某个阈值量。如以下参照图10b所解释的，对由车辆接收的一个或多个操作输入的牵引系统响应的这些特性能够被依赖以构造许多“交叉校验”，所述“交叉校验”可指示操作车辆的牵引系统是否处于故障状况。可由车辆接收的两个示例性操作输入在图2b中被示出为转向控制输入信号278和牵引速度控制输入信号260，所述转向控制输入信号278和牵引速度控制输入信号260直接或间接地被vcm200使用以产生牵引速度设置ω4。
图10b是根据本发明的各方面的原理的确定车辆牵引系统是否处于故障状况的示例性方法的流程图。在图11中示出的实施例中，第一诊断监督程序250接收trx_speed(即，速度反馈ω3)和trx_speed_limit1，trx_speed_limit1由转向应用206计算并且被提供给诊断监督程序250。在图11的示例性实施例中，第一监督程序250包括如图10b中的流程图所定义的这个第三模型1254。在步骤1009中，初始确定目前trx_speed是否大于trx_speed_limit1。如果目前的trx_speed大于trx_speed_limit1，则执行图10b的剩余诊断步骤。如果目前的trx_speed不大于trx_speed_limit1，则不执行所述步骤，并且图10b的步骤被跳过，直至vcm200进行操作以再一次执行步骤1009。在步骤1010中，计算trx_speed_err，所述trx_speed_err是来自转向应用的trx_speed_limit1和车辆的目前trx_speed之间的绝对差。特别地，可在图11的第一监督程序250内执行图10b的流程图中的步骤作为循环软件应用的一部分，以使得例如可以每10ms重复步骤1010。因此，如图10b中所示的trx_speed_err被标记为trx_speed_err[i]以指示：它是图10b的方法的当前重复的trx_speed_err的值。在步骤1012中，确定trx_speed_err[i]是否大于某个第一“差阈值”量。例如，该阈值可以是0.1m/s。如果存在这样的情况，则这指示trx_speed比trx_speed_limit1大如下的量(即第一阈值量)：该量可引起关于车辆的牵引系统的操作的担忧。可存在与这个条件关联的计数器，所述计数器被标记为“超过命令”计数器。当步骤1012中的确定为真时，在步骤1014中增加“超过命令”计数器。如果步骤1012中的确定不为真，则“超过命令”计数器在步骤1016中被重置为“0”或保持在“0”。
在步骤1018中，确定目前重复的trx_speed_err[i]值是否大于或等于前一次重复的trx_speed_err[i-1]。如果这个条件为真，则trx_speed大于trx_speed_limit1，并且另外，偏离trx_speed_limit1。“无响应”计数器能够与这个条件关联，以使得每当步骤1018中的确定为真时，“无响应”计数器在步骤1020中增加。如果步骤1012中的确定或步骤1018中的确定不为真，则“无响应”计数器在步骤1022中被设置为“0”或保持在“0”。
在步骤1024中，确定trx_speed_err[i]是否大于第二更大“差阈值”量，诸如例如0.8m/s。“大误差”计数器可与这个条件关联，并且当步骤1024中的确定为真时在步骤1026中增加“大误差”计数器。当步骤1024中的确定不为真时，“大误差”计数器在步骤1028中被设置为“0”或保持在“0”。
“超过命令”计数器、“无响应”计数器和“大误差”计数器中的每个计数器可具有关联的计数器限制或“计数器阈值”，所述计数器限制或“计数器阈值”反映在诊断监督程序确定车辆的牵引系统可能处于故障状况之前上述三个条件中的每个条件被允许存在多久。因此，在图10b的方法的当前重复期间调整所述三个计数器中的每个计数器之后，计数器可被与它们相应的计数器限制或阈值进行比较。反复地在步骤1010中计算差值以及将所述三个计数器中的每个计数器与相应的计数器阈值进行比较的组合导致基于多个或一组不同差值而非目前差值的单个实例执行故障状况的确定。
例如，“超过命令”计数器阈值可以是300，并且如果如以上所假设的，图10b的流程图大约每10ms重复，则300的限制类似于大约3秒的时间段。“大误差”计数器阈值可以是比300低的量，诸如例如170，从而与该条件关联的时间段更小，例如1.7秒。“无响应”计数器阈值可以更小，诸如例如50。
在步骤1030中，确定所述三个计数器中的任何计数器是否超过它们相应的计数器阈值。如果步骤1030中的确定为真，则状态标记在步骤1032中被设置为第一值(例如，“1”)。如果步骤1030中的确定指示所有三个计数器处于它们相应的计数器阈值或低于它们相应的计数器阈值，则状态标记在步骤1034中被设置为第二值(例如，“0”)。如果状态标记被设置为第一值，则诊断监督程序可确定车辆牵引系统的操作状况处于故障状况。如果状态标记被设置为第二值，则诊断监督程序可确定车辆牵引系统的操作状况未处于故障状况。
所述预定值(诸如，步骤1012中的0.1m/s、步骤1024中的0.8m/s和步骤1030中的计数器阈值)可基于操作车辆对操作人员的输入的实际响应1002。图5表示车辆牵引系统的假设响应，所述假设响应有助于形成所述系统的传递函数模型。如上所述，图10a表示从实际车辆收集的数据，所述数据描绘所述实际车辆对操作人员的输入的响应1002。信号1004代表牵引速度设置点ω4，并且信号1002代表车辆的牵引速度ω3。基于wheel_angle_cmd，还可存在trx_speed_limit1的值。响应信号1002是合适地工作的车辆的信号，并且未清楚地显示车辆的牵引系统的任何异常或故障。因此，假设信号1002'被以虚线示出，所述假设信号1002'表示参照图10b讨论的至少一些确定。
图10a的不同信号的分析揭示出存在时间段time1，当响应信号1002’超过trx_speed_limit1加上0.1m/s的示例性“差阈值”时，所述时间段time1开始。在图10a中，假设响应信号1002’揭示出时间段time1是在信号1002’稳定到基本上等于trx_speed_limit1的值(即，在0.1m/s(步骤1012的“差阈值”)内)之前大约0.7秒。时间段time1的最大容许长度对应于“以上命令”计数器的计数器阈值“300”。如果该计数器将要达到300(这将会对应于例如时间段time1达到3秒)，则诊断监督程序将会确定车辆的牵引系统正在发生故障。
可能导致“超过命令”计数器达到300的一个示例性故障是未发生牵引应用208和tcm258之间的通信。如以上参照图4a-4d所解释的，考虑到车辆的当前操作状况，如果转向应用206确定更低的trx_speed_limit1是合适的，则牵引应用208还可提供旨在使车辆变慢的牵引设置点τ1。如果通信在牵引应用208和tcm258之间被破坏，则车辆速度可能无法减小并且可能在一定时间段期间与trx_speed_limit1相比超出至少0.1m/s，这允许“超过命令”计数器达到300。
第二时间段time2代表这样的时间段：在所述时间段中，响应信号1002比trx_speed_limit1大0.1m/s的示例性阈值量并且正在增加。当图10b中的步骤1018为真时，存在这些状况。时间段time2的最大容许长度对应于“无响应”计数器的阈值“50”。如果该计数器将要达到50(这将会对应于例如时间段time2达到0.5秒)，则诊断监督程序将会确定车辆的牵引系统正在发生故障。
如上所述，图10a的响应信号1002是合适地工作的车辆牵引系统的信号。因此，信号1002未超过在图10b的步骤1024中测试的0.8m/s的“大误差”阈值。然而，“170”的“大误差”计数器阈值将会对应于信号1002能够在诊断监督程序将会在步骤1032中指示车辆的牵引系统处于故障状况之前与trx_speed_limit1相比超出0.8m/s的第二示例性阈值量的最大时间段(未示出)。
因此，分别用于“以上命令”和“大误差”确定的值0.1m/s和0.8m/s可基于车辆的牵引系统对操作人员的输入的响应。例如，实际响应信号1002可被测试和观测在统计上显著的数量的示例(例如，一个或多个示例)以确定：对于特定车辆的牵引系统，实际响应信号1002典型地稳定在trx_speed_limit1的大约0.1m/s内。此外，对响应信号1002的那些示例的分析可揭示出：尽管过冲非常可能发生，但超过0.8m/s的过冲很少发生并且能够根据经验链接到牵引系统故障。类似地，计数器的阈值(例如，300、170、50)还可基于车辆的牵引系统对操作人员的输入的实际响应。本领域普通技术人员将会意识到，作为示例提供这些值，并且其它特定值将会适合于不同并且变化的车辆。能够结合处理循环速度(例如，每10ms)使用“300”，从而所述阈值对应于时间段。例如，如果每10ms测试操作条件并且“真”结果增加计数器，则该计数器达到300对应于操作状况在以前的3秒期间为“真”。因此，替代于在步骤1012、1018或1024中测试的任何条件立即导致确定故障状况，所述阈值可代表各条件中的相应一个条件可在确定故障状况之前持续多久。对实际响应信号1002的在统计上显著的数量的示例(例如，一个或多个示例)的分析能够揭示出：信号1002稳定在trx_speed_limit1的0.1m/s内所花费的时间很少超过3秒(如果曾经超过3秒的话)。本领域普通技术人员将会意识到，作为示例提供这些值，并且其它特定值将会适合于不同并且变化的车辆。
尽管已示出和描述本发明的特定实施例，但对于本领域技术人员而言将会清楚的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，能够做出各种其它变化和修改。因此，旨在在所附权利要求中覆盖本发明的范围内的所有这种变化和修改。