基于转向模型的基于模型的诊断的制作方法

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转向模型来执行诊断。

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，由转向应用确定与转向轮有关的控制属性的设置点值。所述方法还包括：由第一诊断监督程序接收：a)来自转向控制模块的控制属性的测量值，和b)来自转向应用的控制属性的设置点值；其中第一诊断监督程序包括车辆的转向系统的第一模型。基于设置点值和第一模型，第一诊断监督程序计算控制属性的第一虚拟值，并且基于控制属性的第一虚拟值和控制属性的测量值，第一诊断监督程序确定车辆的转向系统的第一操作状况。

在本发明的一些实施例中，所述控制属性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。在实施例中，转向应用和第一诊断监督程序可以在第一控制器上执行，并且转向应用可将设置点值传送给转向控制模块；其中转向控制模块基于设置点值控制与转向轮耦合的转向电机。

在一些实施例中，可通过下面的操作来执行确定转向系统的第一操作状况：将控制属性的第一虚拟值与测量值进行比较，以确定代表第一虚拟值和测量值之间的相似的程度的指示器。在一些实施例中，第一虚拟值可以是各自估值的元素的第一数组；以及测量值可以是各自估值的元素的第二数组。在这种实施例中，可基于计算的第一数组和第二数组之间的相关性确定指示器。替代地，可将数组的每个个体测量值与单个对应虚拟值进行比较。

根据本发明的另一方面或实施例，可将指示器与预定阈值进行比较；以及基于所述比较，确定转向系统是否处于故障状况。另外，当转向系统处于故障状况时，车辆控制模块可停止车辆的移动。

在本发明的一些实施例中，所述转向系统的第一模型包括基于观测到的基本上类似的转向系统对多个不同操作状况的响应计算的传递函数。

根据单独的本发明的另一实施例或结合任何以上实施例的本发明的另一实施例，所述方法可包括：由第二诊断监督程序接收：a)来自转向控制模块的控制属性的测量值，和b)来自转向应用的控制属性的设置点值；其中第二诊断监督程序包括车辆的转向系统的第二模型。基于设置点值和第二模型，第二诊断监督程序可以计算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控制属性的测量值，第二诊断监督程序可以确定车辆的转向系统的第二操作状况。

根据本发明的实施例，转向系统的第二模型可以包括以上或在本文的别处描述的传递函数。第二诊断监督程序可在不同于第一控制器的第二控制器上执行。

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：第一控制器，包括：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；和存储器，用于存储可由第一控制器执行的代码。所述可执行代码包括转向应用，转向应用被配置为基于转向控制输入确定与转向轮有关的控制属性的设置点值。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：a)来自转向控制模块的控制属性的测量值，和b)来自转向应用的控制属性的设置点值；其中第一诊断监督程序包括车辆的转向系统的第一模型。第一诊断监督程序还被配置为：a)基于设置点值和第一模型，计算控制属性的第一虚拟值；以及b)基于控制属性的第一虚拟值和控制属性的测量值，确定车辆的转向系统的第一操作状况。结合第一方面描述的任何特征或所有特征可被包括在本发明的第二方面的实施例中。

本发明的另一方面涉及一种车辆，诸如物料搬运车辆，所述车辆包括根据这里描述的任何方面或实施例的车辆控制系统。

附图说明

图1是根据本发明的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原理的有助于描述使用转向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3a是根据本发明的原理的用于实现使用转向模型的基于模型的诊断的示例性方法的流程图。

图3b是根据本发明的原理的用于实现使用转向模型的基于模型的诊断的另一示例性方法的流程图。

图4以图形方式描述车辆转向系统可以如何对阶跃输入做出反应的示例。

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不是作为限制示出可实施本发明的特定优选实施例。应该理解，在不脱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改变。

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那样，该控制柄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可包括附加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日授权给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，其全部公开内容通过引用包含于此。

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)226中提供控制逻辑的计算环境。车辆控制模块226及其与车辆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，其全部公开内容通过引用包含于此。

在示出的实施例中，vcm226包括一个或多个处理器或微控制器430、输入/输出硬件432、网络接口硬件434、数据存储部件436和存储部件440。一个或多个处理器、控制器或微控制器430可包括可用于接收和执行(诸如，来自数据存储部件436和/或存储部件440的)指令的任何处理部件。处理器、控制器或微控制器430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，可被实现为专用集成电路(asic)或类似装置。术语“处理器”或“控制器”还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。

数据存储部件436和存储部件440可各自被配置为易失性和/或非易失性存储器，并且因此，可包括随机访问存储器(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。旨在当车辆10停工并且重新启动之后可用的任何存储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vcm226内和/或位于vcm226外部。

另外，存储部件440可存储可由一个或多个处理器或微控制器430执行的软件或应用。因此，存储部件440可存储操作应用或逻辑442、牵引应用或逻辑444a、转向应用或逻辑444b、升降应用或逻辑444c和附件应用或逻辑444d。操作逻辑442可包括用于管理vcm226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444a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444b可被配置为具有用于促进车辆10的最佳转向控制的一个或多个算法和参数。升降应用444c可包括用于促进车辆10的最佳升降控制的一个或多个算法和参数，升降应用444c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控制系统。另外，附件应用444d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444d执行附加的任务(诸如，叉子托架伸出、托架组件44的倾斜和侧移)。本地通信接口446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促进vcm226的部件之间的通信。

一个或多个处理器或微控制器430可包括可用于接收和执行(诸如，来自数据存储部件436和/或存储部件440的)指令的任何处理部件。输入/输出硬件432可包括各种操作人员命令和运动反馈传感器，和/或被配置为与各种操作人员命令和运动反馈传感器进行接口连接。网络接口硬件434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vcm226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vcm226内，但这仅是示例。在一些实施例中，一个或多个部件可位于vcm226外部。还应该理解，尽管图2a中的vcm226被示出为单个装置，但这也仅是示例。在一些实施例中，牵引应用或逻辑444a、转向应用或逻辑444b、升降应用或逻辑444c和/或附件应用或逻辑444d可位于不同装置上。另外，尽管vcm226被示出为具有牵引应用或逻辑444a、转向应用或逻辑444b、升降应用或逻辑444c和附件应用或逻辑444d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vcm226提供所描述的功能。

还应该理解，vcm226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。

图2b示意性地表示有助于描述使用转向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的所选择的特征。参照图1和图2a描述的车辆10和vcm226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。

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576将转向控制输入或转向控制输入信号578(例如，模拟电压)提供给车辆控制模块(vcm)548。转向控制输入传感器576还可形成另一转向装置的一部分，所述另一转向装置包括方向盘、控制柄、转向舵柄或类似转向元件。转向控制输入或转向控制输入信号578可被调整或者以其它方式调节，并且例如可被提供给vcm548内的第一微控制器552的输入管脚。该信号可被进一步调节，并且被作为输入值提供给正在由第一微控制器552执行的转向应用550。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576的位置和该位置的变化率，转向控制输入信号578的电压或该电压的变化率可以变化。基于转向应用550接收的与转向控制输入信号578对应的输入信号，转向应用550确定与车辆10的转向轮20有关的控制属性的设置点568。所述控制属性例如可以是转向轮角度或转向电机574的角速度，并且因此，设置点568的值可以是转向轮角度θ1或转向电机角速度ω1。例如，具有电压值的输入信号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，或者输入信号的电压的变化率可以乘以预定比例因子，以将该变化率转换成改变方向盘角速度的设置点。设置点568可被提供给转向控制模块(scm)572。scm572使用设置点568控制转向电机574，转向电机574对转向轮20进行定位，以符合如转向控制输入传感器576的操作人员的操纵所指示的预期位置。scm572还提供与转向轮有关的控制属性的反馈值570。特别地，所述反馈值是转向轮20的所测量的或实际的转向轮角度θ2，或者是转向电机574的所测量的或实际的角速度ω2。scm572将反馈值570提供给转向应用550。

在车辆的例行操作期间，第一诊断监督程序556也由第一微控制器552执行，以及从转向应用550接收设置点值568并且也从转向控制模块572接收反馈值570。特别地，第一诊断监督程序556包括模型558，模型558被用于计算与转向轮20有关的控制属性的第一虚拟值564。类似于设置点568，第一虚拟值564例如可以是转向轮角度或转向电机角速度，并且因此，第一虚拟值的值可以是角度θ3或角速度ω3。模型558可以是车辆的隔离转向系统的模型。特别地，模型558可以仅对以下各项进行建模：a)转向控制模块572；b)转向电机574；和/或c)代表其位置被转向电机574改变的车辆的轮子20的反作用力的负载。尽管以下更详细地描述一个示例性类型的模型，但模型558可以具有模拟隔离转向系统的行为的任何类型，以使得如果转向控制模块572被提供有特定设置点568并且转向系统正在合适地操作，则该模型提供转向系统的控制属性应该如何做出反应的预测结果(即，它的角度或角速度应该等于什么)。

第一诊断监督程序556执行从而为模型558提供设置点值568作为输入，以便产生或计算第一虚拟值564作为输出。假设模型558准确地反映隔离转向系统的行为，第一虚拟值564应该接近地反映作为被提供给目前操作的车辆的转向控制模块572的设置点568的结果的实际转向轮角度或转向电机的实际角速度。

因此，第一诊断监督程序556可以将反馈值570与第一虚拟值564进行比较。如上所述，模型558在本质上是产生车辆的转向系统的模拟响应(即，第一虚拟值564)的虚拟转向系统。可将第一虚拟值564与测量或反馈值570进行比较，以用于车辆的转向系统的合适操作的核查。在一些实施例中，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556可产生故障信号，指示正在发生故障状况。在实施例中，vcm548可响应于故障信号而停止车辆的移动。将会理解，除非另外指示，否则特定类型的车辆与本发明的系统和方法的操作无关，并且可涵盖所有车辆。

在一些实施例中，图2b的vcm548例如可以包括第二或冗余微控制器554，第二或冗余微控制器554执行第二诊断监督程序560，第二诊断监督程序560按照与第一诊断监督程序556基本上类似的方式操作。因此，在车辆的例行操作期间，第二诊断监督程序560由第二微控制器554执行，以及从转向应用550接收设置点值568并且也从转向控制模块572接收反馈值570。特别地，第二诊断监督程序560包括模型562，模型562被用于计算与转向轮20有关的控制属性的第二虚拟值566。类似于设置点568，第二虚拟值566例如可以是转向轮角度或转向电机角速度，并且因此，第二虚拟值566的值可以是角度θ4或角速度ω4。类似于模型558，模型562可以是车辆的隔离转向系统的模型。第二诊断监督程序560执行从而为模型562提供设置点值568作为输入，以便产生或计算第二虚拟值566作为输出。假设模型562准确地反映隔离转向系统的行为，第二虚拟值566应该反映作为被提供给目前操作的车辆的转向控制模块572的设置点568的结果的实际转向轮角度或转向电机的实际角速度。

因此，第二诊断监督程序560可以将反馈值570与第二虚拟值566进行比较。可将第二虚拟值566与测量值570进行比较，以便例如提供对车辆的转向系统的合适操作的核查。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560可产生与由第一诊断监督程序556产生的故障信号分开的它自己的故障信号，指示正在发生故障状况。vcm548可响应于来自第二诊断监督程序560的故障信号而停止车辆的移动。

由于车辆的微控制器和其它数字硬件对信号和信号的值进行处理的方式，反馈值570例如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，可每例如10ms向模型558提供设置点568，从而每例如10ms计算新的第一虚拟值564。尽管可以将每个个体反馈值570与单个对应第一虚拟值564进行比较，但该比较可能无法准确地显示车辆的转向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570与所述预定义数量(例如，100个)最近产生的第一虚拟值564进行比较将有可能提供准确得多的对车辆的转向系统是否正在发生故障的指示。因此，第一虚拟值564可包括各自估值的元素的第一数组并且测量值570可包括对应的各自估值的元素的第二数组，从而基于第一数组和第二数组之间的所计算的相似性(诸如，相关性)的量度确定测量值570和第一虚拟值564之间的相似性。

通常，反馈值570的样本越多并且用于彼此比较的第一虚拟值564的计算越多，产生的结果将会越准确。然而，积累这些值的更多样本反映更长的时间段，这可能使得故障在检测到该状况之前在延长的时间段期间发生。因此，在反馈值570和第一虚拟值564之间进行比较之前，对于用于收集值的时间的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568和实际位置之间存在最大容许偏差以使该系统处于合适的控制之下，这将会基于车辆的行驶速度更快或更慢地积累，并且因此减少或增加诊断评估时间。

例如，如果反馈值570的采样周期是10ms并且操作约束要求在故障的100ms内开始动作，则使用10ms响应时间，不超过10个样本可以被收集并且用于反馈值570和第一虚拟值564之间的比较。在收集10个样本的情况下，反馈值570的10个样本可以被视为第一随机变量x，包括10个输入值(即，设置点值570)的10个实际响应(例如，x1–x10)的数组，并且第一虚拟值564可以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系数p。两个变量的相关系数(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个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，可以计算变量x、y的各自的平均值然后也可以计算每个各自的方差σx²、σy²。所述方差的平方根为每个变量提供各自的标准差σx、σy。还可以根据下面的方程计算所述两个变量的协方差cxy：

这允许根据下面的方程计算相关系数：

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，在实施例中，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570和第一虚拟值564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570和第一虚拟值564足够相似，从而不太可能发生转向系统故障。如果p值被计算为低于0.5，则可能正在发生车辆的转向系统的故障。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，在一些实施例中，第一诊断监督程序556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)，则第一诊断监督程序可向vcm548警告：已发生故障状况。

独立于第一诊断监督程序556，第二诊断监督程序560也可以计算第二虚拟值566与反馈值570如何相似。尽管第二诊断监督程序560可以采用不同模型562、不同采样周期或不同相似性测量技术，但第二诊断监督程序560也可被配置为基本上类似于第一诊断监督程序556，从而它按照几乎相同的方式操作。因此，模型562和模型558都可以是相同的模型，并且第二诊断监督程序560可以使用相似的相关系数和计数器来产生它自己的诊断信号，向vcm548警告车辆的转向系统的故障状况。

以上描述了一个示例性操作约束，所述示例性操作约束在100ms时间段上限制收集10个样本。另一可能的操作约束可以基于车辆的速度和车辆的位置误差的可接受或可容许公差。如果转向轮20的测量角度θ2并不完全与设置点568(例如，角度θ1)匹配，则结合车辆的速度的所述差异的量导致车辆到达与它正被操作人员转向的位置不同的位置。另外，车辆被允许行驶得越久，所述位置误差将会变得越大。如果位置误差阈值或公差被识别(对于不同车辆，所述位置误差阈值或公差可以是不同的)，则这个阈值也可以对收集多少个样本以便计算相关系数p施加操作约束。因此，在一些实施例中，车辆的当前速度和当前转向角度误差可被用于计算在车辆的位置误差超过可容许位置误差之前将会花费多长的时间段。如果这个时间段小于100ms(例如，70ms)，则这个时间段可将样本的数量限制为小于10(例如，7)，所述样本将会被第一诊断监督程序556使用以确定故障状况是否存在于车辆的转向系统中。当使用较少的样本时，可使用用于与p相关系数进行比较的较低的预定阈值。例如，当仅7个样本可用于计算p时，所述可容许阈值可在大约0.4和0.6之间。

图3a是根据本发明的原理的用于实现使用转向模型的基于模型的诊断的示例性方法的流程图。特别地，车辆的转向轮被vcm和scm控制以影响车辆的行驶的预期方向。在步骤302中，所述示例性方法开始，其中在vcm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。然后，在步骤304中，转向应用基于接收的转向控制输入确定与转向轮有关的控制属性的设置点值。该控制属性可以例如是与车辆的转向轮耦合的转向电机的角速度，或者可以是转向轮角度。

在步骤306中，也在vcm上执行的第一诊断监督程序接收两个不同值。第一诊断监督程序接收控制属性的测量值或反馈值。该反馈值可以例如由车辆的scm提供。第一诊断监督程序还从转向应用接收控制属性的设置点值。特别地，第一诊断监督程序包括可以与这两个接收的值相结合使用的车辆的转向系统的第一模型。

因此，在步骤308中，基于设置点值和第一模型，第一诊断监督程序计算控制属性的第一虚拟值。设置点值是模型的输入，并且第一虚拟值是模型的输出。在步骤310中，控制属性的第一虚拟值和测量值被第一诊断监督程序使用，以确定车辆的转向系统的第一操作状况，即故障或没有故障状况。如果这两个值被视为基本上彼此不同，则车辆的转向系统的故障可能正在发生。在实施例中，图3a的方法可包括将控制属性的第一虚拟值与测量值进行比较，以确定代表第一虚拟值和测量值之间的相似的程度的指示器。在一些实施例中，指示器可随后被与预定阈值进行比较，以确定转向系统的第一操作状况是否处于故障状况。在实施例中，如果检测到故障状况，则车辆的vcm或某个其它部件可停止车辆的移动。

如上所述，转向应用和第一诊断监督程序可以在第一微控制器上执行，而第二诊断监督程序可以在第二微控制器上执行。图3b是用于实现使用在第二微控制器上执行的第二诊断监督程序的第二转向模型的基于模型的诊断的另一示例性方法的流程图。

根据图3b的方法，在步骤312中，第二诊断监督程序接收：a)来自转向控制模块的控制属性的测量值，和b)来自转向应用的控制属性的设置点值，其中第二诊断监督程序包括车辆的转向系统的第二模型。在步骤314中，基于设置点值和第二模型，第二诊断监督程序计算控制属性的第二虚拟值；并且基于第二虚拟值和测量值，第二诊断监督程序在步骤316中确定车辆的转向系统的第二操作状况，即故障或没有故障状况。在实施例中，图3b的方法可包括将控制属性的第二虚拟值与测量值进行比较，以确定代表第二虚拟值和测量值之间的相似的程度的指示器。在一些实施例中，指示器可随后被与预定阈值进行比较，以确定转向系统的第二操作状况是否处于故障状况。如果检测到故障状况，则车辆的vcm或某个其它部件可停止车辆的移动。

在图3b的方法中，转向系统的第二模型可与被第一诊断监督程序使用的第一模型相同，或者它可以是不同的模型。

如上所述，存在用于对与上述车辆的隔离转向系统类似的系统进行建模或模拟的各种方式。在不偏离本发明的范围的情况下，可使用任何这些已知的建模技术。然而，可以被用于模型558或562的一个示例性类型的模型是基于观测到的实际隔离转向系统对多个不同操作状况的响应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，可以形成系统的传递函数。例如，可以向包括控制器、转向电机和该电机上的负载的如上所述的隔离车辆转向系统提供输入值，然后观测，以便测量作为结果的输出。图4以图形方式描述车辆转向系统可以如何对阶跃输入做出反应的示例。

在图4中，y轴既代表与车辆转向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402可以例如反映车辆转向系统在时间405接收操作人员输入，所述操作人员输入对应于预期转向轮角度403。输出信号404反映隔离转向系统部件对输入402的实际响应。

输出信号404可以包括许多特性属性。点406对应于输出信号404首次显示对阶跃输入402的响应的时候；点408对应于输出信号404达到值403的时候；点410对应于输出信号404的峰值；并且点412对应于输出信号404稳定(即，达到稳态)在值403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405和410之间的峰值时间tpk、点405和412之间的稳定时间tset以及点406和408之间的上升时间tr。输出信号404还包括与稳态值403和峰值411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404稳定到它的稳态值之前的输出信号404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，可以根据下面的方程计算阻尼系数ζ：

输入信号402可以被视为时基连续信号x(t)并且输出信号404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)。隔离转向系统的传递函数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402产生图4的输出信号404的系统可以根据下面的方程由二阶传递函数h(s)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不是利用连续信号进行操作。因此，通过各种不同方法，传递函数h(s)可以被变换成离散传递函数h(z)。被称为双线性变换的一个方法通过执行的代入将h(s)变换成h(z)：其中ts是用于测量输入信号和输出信号的值的采样时间(例如，10ms)。

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，包括使这个处理自动化的函数“c2d”。例如，如果输入信号402和输出信号404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”。命令“hd＝”将会把所述离散变换函数打印输出为：

这个传递函数h(z)可以被第一和/或第二诊断监督程序使用，以产生与车辆的转向轮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接收时，设置点值被传递函数h(z)变换成虚拟值。因此，设置点值的离散样本流产生对应的虚拟值流。这些虚拟值可以随后被与反馈值进行比较，以确定车辆的转向系统的操作状况。

特别地，如果“k”被用作表示设置点值的离散样本流中的特定样本x[k]的索引，则可以使用下面的方程根据以上传递函数计算对应的第一虚拟值y[k]：

其中，对于这个特定的示例性传递函数：

a＝0.01187，

b＝0.06408，

c＝0.009721，

d＝1，

e＝-1.655，并且

f＝0.7408。

还提供用于微调这个初始传递函数h(z)的工具。例如，可以在中对传递函数h(z)进行建模，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402、输出信号404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)来计算所模拟的一组输出数据。基于实际输出信号404和所模拟的输出数据之间的比较，参数估计函数将会微调分子系数和分母系数，以使所模拟的数据与实际输出数据信号404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可以被提供给的optimizationtoolbox(优化工具箱)的参数估计函数。例如，可以提供正弦输入及其作为结果的输出，并且可以提供斜坡输入及其作为结果的输出。作为结果，可以形成基于观测到的车辆转向系统对多个不同操作状况的响应计算的传递函数h(z)。

尽管已示出和描述了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，可以做出各种其它变化和变型。因此，意图在所附权利要求中覆盖本发明的范围内的所有这样的变化和变型。