CN104067031A - 用于监测物料搬运车辆的功能状态的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及观察和评估多个工业车辆操作参数以监测车辆的动力传动系统，从而确定牵引马达是否与其动力传动系统脱开，即出现动态齿轮箱故障。如果检测到动态齿轮箱故障，那么在车辆停止时执行静态测试，以确认该故障。如果通过静态测试确认了该动态齿轮箱故障，那么限制车辆的行驶能力，如果没有确认该动态齿轮箱故障，那么车辆具有完全行驶能力。通过以下方式执行停车制动器测试，即应用与牵引马达或驱动车轮附接的每个机械制动器，然后根据操作者的行驶请求单独地控制牵引马达，使得每个马达产生足够的转矩而在制动器的相应驱动车轮的功能削弱的情况下使马达旋转。该转矩沿着操作者的行驶请求的方向施加，从而由于不充分的机械制动所导致的车辆的任何运动不是操作者不期望的。

Description

用于监测物料搬运车辆的功能状态的系统和方法

技术领域

本发明整体涉及物料搬运车辆，更具体地，本发明涉及用于监测它们的功能状态的系统。

背景技术

物料搬运车辆常常包括制动系统，该制动系统利用可以被称为反向制动的车辆牵引马达将再生制动与机械制动器组合。因为与机械制动器相比，再生制动保存了电池充电并且不经受磨损，所以期望的是将电动马达尽可能地用于正常服务制动需求。只要牵引马达具有足够的容量，就可以利用牵引马达实现基本上所有的服务制动，而机械制动器仅仅用于在不寻常操作环境期间(例如使用过度等级车辆和/或非故意地过载的车辆)可能需要的停车和备用制动。

在车辆的主要制动形式为再生制动或者其构造使得机械制动器与动力传动系统的车轮端分离的例子中，一系列相互连接的机械接头用来将牵引力和制动力传递到车辆的车轮。如果这些相互连接的机械部件中的重要部件变得松动或结构上出现故障，那么车辆的制动和搬运特性可能受到不利的影响。

发明内容

本发明的实施例涉及用于动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的功能状态的系统和方法。动态监测包括：观察多个工业车辆操作参数并且分析这些参数，以确定是否已经或者可能已经出现机械故障，而导致牵引马达和可能的机械制动器从车轮脱开。在动态检测可能的机械故障的情况下，在车辆停止时对工业车辆执行静态测试，以验证动态检测的准确性。基于静态测试的结果，确定实际上是否已经出现机械故障。如果确认了机械故障，那么限制工业车辆的可操作性。如果没有确认机械故障，那么使得工业车辆能够完全进行操作。

根据本发明的第一个方面，提供一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法。该方法可以包括：在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障；如果检测到动力传动系统故障，那么对工业车辆执行静态测试，以确认该动态动力传动系统故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

在车辆运动时可以执行合适的观察：因此，在本发明的内容中，在车辆处于运动中时观察多个操作参数。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。该方法可以还包括：检测转向角度在大约±10°之间。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：识别工业车辆的速度极限；以及确定右牵引马达或左牵引马达的相应速度是否超过该速度极限。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

根据本发明的第二个方面，提供一种工业车辆，其包括：动力单元；至少一个驱动车轮；至少一个牵引马达；至少一个动力传动系统，其处于至少一个驱动车轮和至少一个牵引马达之间；至少一个机械制动器，其用于将制动力传递到所述至少一个驱动车轮；以及控制器模块。控制器模块可以执行程序指令以便：在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障；如果检测到动力传动系统故障，那么对工业车辆执行静态测试，以确认该动态动力传动系统故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

该工业车辆可以还包括用以监测所述至少一个牵引马达的旋转速度的至少一个反馈编码器。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：识别工业车辆的速度极限；以及确定所述至少一个牵引马达的速度是否超过该速度极限。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

根据本发明的第三个方面，提供一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法。该方法可以包括：在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；基于所述多个操作参数中的一个或多个操作参数确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障；对工业车辆执行静态测试，以确认该动态齿轮箱测试故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：识别工业车辆的速度极限；以及确定所述至少一个牵引马达的速度是否超过该速度极限。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障可以包括：确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

静态测试可以包括：使与第一牵引马达相关联的第一摩擦制动器脱离；使与第二牵引马达相关联的第二摩擦制动器接合；使第一牵引马达通电，以产生第一预定值下的第一转矩，其中在第一牵引马达从第一齿轮箱脱开的情况下，该第一转矩足以使第一牵引马达旋转；检测第一牵引马达是否由于第一转矩而旋转；以及当第一牵引马达出现旋转时，确定已经出现静态测试故障。静态测试还可以包括：使第二摩擦制动器脱离；使第一摩擦制动器接合；使第二牵引马达通电，以产生第二预定值下的第二转矩，其中在第二牵引马达从第二齿轮箱脱开的情况下，该第二转矩足以使第二牵引马达旋转；检测第二牵引马达是否由于第二转矩而旋转；以及当第二牵引马达出现旋转时，确定已经出现静态测试故障。

根据本发明的第四个方面，提供一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法。该方法可以包括：在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；以及利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：识别工业车辆的速度极限；以及确定右牵引马达或左牵引马达的相应速度是否超过该速度极限。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

确定是否已经出现动力传动系统故障可以包括：确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

附图说明

图1为物料搬运车辆的透视图，该车辆示出为能够根据本发明的教导操作的静坐式平衡提升运送车；

图2为图1的平衡提升运送车的侧平面视图；

图3为能够根据本发明的教导操作的站立式平衡提升运送车的透视图；

图4A为车轮端制动器构造的方框图；

图4B为马达端制动器构造的方框图；

图5为车辆的各部件的示意性分层方框图，这些部件提供根据本发明的原理的诊断和监测系统和方法；

图6示出了以不同的角度转向期间内侧轮胎、外侧轮胎和物料搬运车辆的旋转速度之间的关系；

图7为根据本发明的原理的用于监测物料搬运车辆的动力传动系统完整性的示例性过程的流程图；

图8为根据本发明的原理的用于测试物料搬运车辆的停车制动器的功能状态的过程的流程图；

图9示出了根据本发明的原理的动态测试系统和方法的输入和输出的概念视图；

图10为实施根据本发明的原理的动态测试系统和方法的一个示例性过程的细节的流程图；以及

图11为根据本发明的原理的静态测试的细节的流程图。

具体实施方式

参考图1和2，它们分别是三轮静坐式平衡提升运送车100的透视图和侧视平面图，本发明初始用于该运送车。虽然在本文中可以参考静坐式平衡提升运送车100描述本发明，但是对于本领域技术人员而言明显的是，本发明和发明的变型可以更加一般性地应用于各种其它的物料搬运车辆(在本文中也被称为“工业车辆”)，包括但不限于图3所示的三轮站立式提升运送车100A。能够用来在车辆10(例如提升运送车100、100A)上实施本发明的各部件在图5中示意性地示出，并且在图1、2和3中识别到这些部件能够在图1、2和3中被看到的程度。可以想到的是，其它部件和部件构造可以用于本发明，使得本发明并不限于这些部件或者这种构造。

闭环双牵引马达控制器502有时候被称为牵引控制模块(TCM)并且位于运送车10、100、100A的动力单元102中，该马达控制器包括动力电子器件，以便在制动和驾驶两种操作模式中彼此独立地控制左驱动马达512A和右驱动马达512B。在本发明的工作实施例中，多个可商购获得的控制器之一用于马达控制器502。双牵引驱动马达，即左驱动马达512A和右驱动马达512B，分别联接到独立的齿轮箱510A、510B，以驱动左驱动车轮210、508A和右驱动车轮212、508B，参见图1-3和5。在本发明的工作实施例中，左、右驱动马达512A、512B包括三相AC感应马达；然而，对于本领域技术人员而言明显的是，本发明并不限于AC马达技术。本发明还可以用于由单个驱动马达而不是双驱动马达驱动的提升运送车，并且单独的驱动控制器可以根据需要用于左、右驱动马达512A、512B。为了控制驱动马达512A、512B，独立的反馈编码器516A、516B分别用来监测驱动马达512A、512B的旋转速度和方向。

机械的、弹簧施加的、电气地释放的第一制动器514A联接到左驱动马达512A，以提供用于运送车10、100、100A停车和备用制动的总机械制动力100％或1的百分比或分数X。虽然X可以处于一定的分数范围内，但是在包括所述制动系统的运送车的工作实施例中使用总机械制动力的33％或1/3。机械的、弹簧施加的、电气地释放的第二制动器514B联接到右驱动马达512B，以提供用于运送车10、100、100A停车和备用制动的总机械制动力1的分数Y。分数Y与分数X互补，从而当两个制动器516A、516B均操作时提供停车和备用目的所需的总的或100％的制动，即X+Y＝1。因为在上述运送车的工作实施例中，X是1/3，所以Y是2/3。其它的分数划分可以用于选择适当的分数，这些适当的分数例如基于车辆的几何结构并且使得运送车的偏移最小化。弹簧施加的、电气地释放的制动器可以更加直接地联接到安装在提升运送车的相对侧面上的车轮，如例如具有单个驱动马达的提升运送车所要求的。

通过利用借助于第一对导体C1与第一制动器514A连接的第一对驱动器(未示出)而向第一制动器514A提供动力以及利用借助于第二对导体C2与第二制动器514B连接的第二对驱动器(未示出)而向第二制动器514B提供动力，与牵引马达控制器502独立的显示控制模块(DCM)506包括故障安全驱动器电路。通过提供各对驱动器和导体，即单独控制正负电源线中的每一个，如果用于任一电源极性的控制或导体路径中断，那么对应的机械制动器不能够通过中断的控制/电源路径而电气地释放，因此将通过弹簧作用应用相关的制动器。

运送车中操作者的存在通过操作者出现或存在传感器518进行检测。在运送车100中，操作者存在传感器518可以是常规的操作者检测器开关(未示出)，其在操作者坐在运送车100的座椅104中时被致动，其中该开关产生的操作者存在信号被传递到牵引马达控制器502和显示控制模块506。不使用硬接线将牵引马达控制器502和显示控制模块506相互连接，在采用诸如控制器局域网(CAN)的通信链路504的车辆中，牵引马达控制器502和显示控制模块506可以经由通信链路504共享共同的信息。在站立式运送车中，例如在图3所示的运送车100A中，操作者存在传感器518可以是与脚踏板233相关联的常规开关(未示出)，该脚踏板必须由操作者接合以用于进行运送车操作。其它存在感测布置和装置，例如霍尔效应装置、电容感测装置、近程检测器和类似物，也可以用作操作者存在传感器。显示控制模块506可以利用各种电气和/或电子部件构造而成，在查看本公开的情况下，这对于本领域技术人员而言是明显的，因此在本文中不再详细描述。

用于服务制动的操作者请求通过感测装置(未示出)生成，该感测装置与制动器请求装置相关联，该制动器请求装置为例如制动器杠杆或服务制动器踏板230、522，如图所示。根据提升运送车设计，制动器踏板可以被压下以请求制动或者可以被释放以请求制动。对于静坐式平衡提升运送车100，制动器踏板230被压下以请求制动，而在站立式提升运送车上，例如在图3所示的运送车100A上，制动器踏板保持向下以用于运送车的操作，并且被释放来请求制动。诸如电位计的模拟装置和诸如编码器的数字装置可以与制动器踏板230、522相关联，以生成一信号，该信号对应于制动器踏板的位置，或者可以被处理以对应于制动器踏板的位置，这对于本领域技术人员而言是明显的。

运送车100的操作者可以利用加速器来控制运送车速度，该加速器可以根据运送车的设计而通过操作者的脚或手的动作来控制。在运送车100中，采用脚操作的加速器244，并且图5中示出了相关的牵引加速器电位计526。运送车100的方向利用前向开关和反向开关进行控制，这两个开关在图5中用528表示且利用转向柱112上的杠杆110进行操作，或者运送车的方向可以例如通过多功能控制器(MFC)进行控制，该多功能控制器用于许多提升运送车且在图3的运送车100A中示出。转向角度传感器524以已知的方式与第三车轮114相关联，以检测第三车轮114的转向角度，该转向角度通过运送车100的方向盘116或运送车100A的舵柄116A的旋转进行控制。示出为钥匙开关520的触发器或其它合适的装置必须操作成用以使运送车100、100A通电以进行操作。对于与所述制动系统有关的额外信息，可以参考美国专利No.7,681,963，该专利全文以引用的关系并入到本文中。

图4A和4B示出了可以用在物料搬运车辆上的两个制动器构造。图4A是车轮端制动器构造，其具有马达402、驱动单元404、机械制动器406和车辆的车轮408。当动力通过驱动单元404和机械联接装置403A、403B、403C而传递到车轮408时，制动力通过机械联接装置403C传递，或者更一般地，制动器406直接联接到车轮408，从而不需要联接装置来将制动力传递到车轮408。图4B示出了马达端制动器构造，其也包括制动器406、马达402、驱动单元404和机械联接装置405A、405B、405C。从而明显的是，动力传动系统中的问题可能导致牵引中的问题以及更加关注的制动中的问题。因此，能够检测动力传动系统机械完整性可以有助于降低无意中在存在缺陷的状态下操作车辆的风险。

如本文更加完整地描述的，根据本发明的原理的诊断和监测系统和方法可以在任一制动器构造中实施，以提供这种动力传动系统机械完整性的可检测性。

如上所述，图5是车辆10的各部件的分层方框图，该车辆为例如提升运送车100、100A，这些部件提供根据本发明的原理的诊断和监测系统和方法。牵引控制器模块(TCM)502是微处理器或微控制器，或者其它类似的装置，其能够执行程序指令，以提供本文中更加完整地描述的各种功能。显示控制模块(DCM)506也是基于微处理器的系统，以用于向车辆10的驾驶员提供信息，或者接收来自驾驶员、传感器和类似物的输入。TCM和DCM可以在通信链路504上双向地交换信息。其它基于微处理器的和计算的装置可以设置在车辆10上或者与车辆10通信。

存在车辆10提供的各种控制，这些控制涉及与车辆10的操作者的交互作用。例如，钥匙开关520、操作者存在开关518、制动器踏板522、牵引加速电位计526以及动力控制经由前向开关和反向开关528提供前向或反向运动。

参考左驱动系统501A，TCM502向左驱动马达512A提供信号503A。信号503A控制马达512A旋转的速度，并且确定马达512A是驱动车辆10还是提供再生制动。机械制动器514A联接到马达512A，以提供与马达512A的旋转相反的制动力。马达512A通过包括齿轮箱510A的机械联接装置511A的系统而联接到驱动车轮508A。齿轮箱510A可以包括旋转齿轮，这些旋转齿轮相互啮合以提供合适水平的转矩和速度，从而以期望的方式驱动车轮508A。联接装置511A还可以包括轴，所述轴包括花键和其它特征结构，以允许在马达512A和车轮508A之间传递作用力。马达512A与速度编码器516A联接，该速度编码器检测马达512A操作的速度。例如，速度编码器516A可以生成表示马达512A的旋转速度的脉冲，并且将该脉冲传递到TCM502，TCM可以随时间对该脉冲进行计数，以确定马达的旋转速度，从而马达速度可以与其它信息一起用来确定车辆10的功能状态。

右驱动系统501B以类似的方式操作，并且包括马达512B、控制信号503B、制动器514B、速度编码器516B、包括齿轮箱510B的机械联接装置511B、以及驱动车轮508B。

图6示出了以各种转向角度转向(x轴)期间内侧轮602的旋转速度或齿轮箱速度、和外侧轮606的旋转速度或齿轮箱速度、以及所得的物料搬运车辆的速度604之间的关系模型，以限定电子差速器。TCM502利用图6的关系模型来生成牵引马达速度控制信号，以控制车轮，就好像它们通过机械差速器相互连接一样，因此形成模拟的或电子的差速器。TCM502还可以将内侧轮和外侧轮的实际速度与来自图6的关系模型的期望值进行比较，以确定车轮速度是否相对于图6所示的期望值显著地变化。

图7为根据本发明的原理的用于监测物料搬运车辆的动力传动系统完整性的示例性过程的流程图。在步骤702中，操作者可以接通物料搬运车辆，以向包括车载控制器(例如DCM506)的车辆提供动力。在步骤704中，初始阻止车辆行驶。当车辆停止而不行驶时，DCM506可以通知操作者停止制动的测试正在处理之中；然而，在工作实施例中，在没有操作者通知的情况下无缝地应用测试。可以通知操作者执行某些功能，例如以使车辆转向对中，以及避免压下制动器踏板。一旦转向基本上对中，并且制动器踏板没有接合，就可以执行停车制动测试。如果在步骤706中通过了停车制动测试，那么在步骤708中启用行驶，并且车辆根据操作者的命令而运动。如果在步骤706中没有通过测试，那么在步骤716中将车辆置于受限的行驶模式，操作者可以得到这样的建议，并且诊断代码可以被设定成帮助技术人员容易地识别问题所在。

当车辆10操作时，TCM502通过执行被称为动态齿轮箱测试的测试来监测车辆的操作。如果在步骤710中车辆10的操作参数通过了动态齿轮箱测试，那么车辆10能够继续进行操作。然而，一旦在步骤710中动态齿轮箱测试失败，那么在步骤712中就停用车辆的行驶，并且车辆将自然滑行停止。作为另外一种选择，操作者可以通过反向制动或命令制动请求而停止车辆。因为在某些情况下可能错误地引起动态齿轮箱测试失效，所以执行静态齿轮箱测试，以确认动态齿轮箱测试失效或清除动态齿轮箱测试失效。从而，在步骤714中，如果通过了静态齿轮箱测试，那么在步骤708中再次使得车辆10能够行驶。然而，如果在步骤714中静态齿轮箱测试也失败，那么将车辆10置于受限的行驶模式，并且诊断代码可以被设定为表示故障特性。

可以通过再生制动来执行某些或全部的电气车辆服务制动需求，该再生制动利用牵引系统的能力而将车辆的动能转换为电能，然后将该电能存储在诸如电池的电容装置中，以允许之后用于车辆的操作。

再生制动可以仅仅转换动能；因此，还需要提供在没有动力的情况下将车辆保持静止的装置。为了满足管理标准，采用停车或机械制动器(例如514A、514B)，其具有摩擦材料制动器界面，该摩擦材料制动器界面能够提供用以保持某一等级的容量加权的车辆所需的转矩。停车制动器也可以执行在牵引系统再生制动不完全的情况下所需的紧急或备用制动。

停车制动器被设计成在使用寿命期间均为静态的停车致动器，其具有吸收有限次数动态紧急停止的能力。当前没有装置直接测量可获得的停车制动转矩的大小或者具有制动器要求服务的任何指示。因此，仅仅能够获得的方法是从已知的速度应用制动器和测量停止距离。显然，每一次测试将导致对摩擦材料的破坏性磨损，并且根据测试的次数、车辆重量、执行测试时的速度等将导致制动器寿命下降。

根据本发明的原理，停车制动器测试提供物料搬运车辆的停车制动器的状况的指示。图8为根据本发明的原理的用于测试物料搬运车辆的停车制动器的功能状态的过程的流程图。

在每个钥匙启动事件802处，在允许车辆行驶之前，将根据图8所示的过程执行静态停车制动器测试。在步骤804中，在接收到操作者的首次行驶请求的情况下，诸如TCM502或DCM506的控制器启动测试。在步骤806中，应用与牵引马达或驱动车轮附接的每个机械制动器。一旦应用了机械制动器，就单独地控制牵引马达，从而在用于其相应的驱动车轮的制动器在功能上被削弱的情况下向每个马达提供足够的动力，以产生足够的转矩而使得马达旋转。由牵引马达施加的转矩的大小根据物料搬运车辆的类型进行确定，并且根据每种类型车辆的重量和额定载荷而是不同的。例如，马达转矩的大小可以与在预定等级的车辆承载最大载荷时保持该车辆所需的制动转矩的大小相关。在测试期间每个牵引马达施加到其驱动车轮且由此施加到其机械制动器的转矩的预定大小可以存储在能够由控制器(例如TCM502或DCM506)访问的存储器中。该转矩将沿着操作者的行驶请求的方向施加，从而由于不充分的机械制动所导致的车辆的任何运动不是操作者不期望的。

有利的是，测试车辆上具有的所有牵引马达及其相应的停车制动器。然而，以相继的方式单独地测试它们将允许已经削弱的停车制动器的简单隔离。如果施加指定大小的转矩导致牵引马达运动，那么就认为停车制动器测试已经失败。在步骤810中，检测牵引马达的旋转，并且记录测试失败。然后重复步骤808的测试，由此验证确实出现故障。如果在步骤810中确定停车制动器测试已经失败了两次，那么在步骤814中将车辆置于受限的操作模式中，并且生成且存储故障/诊断代码以用于将来的检修。如果在步骤810中确定停车制动器测试在第一次或随后的测试中已经成功，那么在步骤812中允许车辆10行驶。可以例如通过前述速度反馈编码器516A、516B之一检测牵引马达的旋转。另外，可以通过车辆上能够获得的其它传感器来检测车轮508A、508B的旋转，以确定停车制动器测试结果。要注意的是，当动力传动系统的机械联接装置彼此接合时，可能存在少量的运动。从而，可以设定最小阈值，使得仅仅大于该阈值的旋转导致测试失败。

在车辆相对于中心具有大于大约20°的转向角度的情况下，或者在请求操作者制动的情况下，可能会掩盖测试结果。如果这些车辆条件中的任一个被检测到，那么DCM506可以用来在执行(或重复)步骤808的测试之前提示操作者修正这些车辆条件。在受限的行驶模式中，车辆可以被驱动到服务位置，或者被驱动到建筑物中新的位置。新的位置可能提供不同的测试结果，原因是等级或地板条件也可能导致错误的失败。

简要地回头参考图7的流程图，如果通过了停车制动器测试，那么允许车辆行驶，并且该车辆在操作期间将周期性地经历根据本发明的原理设计的动态齿轮箱测试，以检测车辆的动力传动系统中的故障或其它削弱的条件。

如上所述，在动态操作条件下有利的是，能够推测性地确定工业物料搬运车辆的动力传动系统的状态或条件，以及能够检测牵引马达和驱动车轮之间的车辆的动力传动系统部件(例如齿轮箱、车轮、摩擦制动器、驱动轴、花键等)中的任何部件的脱开。然而，当实际上没有发生任何故障时错误地检测到故障将不利地影响车辆的可用性，并且导致效率低下和其它问题。从而，任何动态测试应当能够在机械故障导致的实际功能损失与异常的外部事件(诸如车轮从地面提升或在冰面或滑的表面上行驶所导致的轮胎旋转)之间进行区分。在故障的情况下，车辆应当向操作者提供及时的警告，自然滑行到零速度(作为另外一种选择，通过反向制动或者命令制动请求，操作者可以使得车辆停止)，并且执行额外的更加限定的测试，以进一步确定车辆的真实操作状态。图9示出了根据本发明的原理的动态测试系统和方法的输入和输出的概念视图。

TCM502具有与车辆的操作特性相关的多个输入、信息和感测的数据。例如，图6所示的速度对转向角度的模型提供了有关内侧轮和外侧轮的相应速度应当如何根据当前的转向角度和行驶条件而彼此相关的信息。代表每个牵引马达(例如512A、512B)消耗的电流904的值是能够获得的，牵引马达速度906和车辆的转向角度908也是能够获得的。某些车辆允许速度极限910被设定成使得即使车辆能够以比速度极限910快的速度行驶，也阻止这种情况。此外，TCM502可以连接到车辆的通信链路504(通常是CAN总线)，从而同样能够确定车辆的各个部件的操作状态912。根据这些输入的各种组合，TCM502可以确定是否已经出现某些类型的动力传动系统失效或故障。这样的故障或失效例如可以包括：脱离的花键、断裂的/脱离的毂、断裂的轴、齿轮箱功能状态、马达功能状态、停车制动器功能状态、车轮旋转、车轮提升、以及相互连接的轴/花键/接头脱开。

图10提供了实施根据本发明的原理的动态测试系统和方法的一个示例性过程的细节的流程图。图10的方块表示基于车辆的测量的参数和/或车辆的参数的期望值而得到的车辆的不同状态，这些状态的出现允许推断出已经出现动态动力传动系统失效或故障。这种类型的检测问题的启发式方法的优点在于，传感器、仪器、换能器等的量最小化，并且不需要较为复杂的或高水平的计算能力。图10的观察状态是顺序地示出的，但是这仅仅用来提供讨论不同推论的框架。在不脱离本发明的原理的期望范围的情况下，这些观察状态中的每个都可以并行地或以不同顺序地确定和评估。

第一观察状态或条件1002是，在右转期间，右车轮508B是否比左车轮508A旋转得更快。在右转中，右车轮的速度应当比左车轮的速度慢，原因是右车轮是内侧轮。从而，在右转中观察到右车轮具有比左车轮快的速度所产生的关注点在于，在包括有构成右驱动系统501B的齿轮箱510B的机械联接装置511B的系统中可能存在故障。为了防止某些错误的故障指示，在转向角度大于大约85°的情况下，或者在任一牵引马达速度小于大约600rpm的情况下，可以忽略该测试的结果。虽然可以直接测量车轮的速度，但是也可以采用齿轮箱的速度，同样也可以采用牵引马达的速度。根据本发明的监测系统的工作实施例，采用由其相应的速度反馈编码器516A、516B确定的牵引马达512A、512B的旋转速度，而不是采用直接测量的齿轮箱速度或车轮速度。

图10的第二观察状态或条件1004是1002的镜像，从而其涉及左转，并且由此确定左车轮速度是否大于右车轮速度。

可能得出已经出现动态动力传动系统问题的推论的另一个条件1006是，当车辆10沿大致笔直的方向行驶时，在根据本发明的教导的工作实施例中表示为控制电流的右牵引马达512B和左牵引马达512A的相应马达转矩之间的差大于某个阈值(例如，120A)。如果车辆10处于转向角度大于大约10°的转向过程中，那么牵引马达的电流将发生变化，并且在这样的转向角度下电流比较很可能不产生精确的结果。然而，当车辆沿相对笔直的路径中行驶时，在每一侧上的动力传动系统正确地起作用的情况下，相应的牵引马达转矩应当彼此相似，因此电流应当彼此相似。另外，条件1006评估同样可以具有时间分量，以便忽略瞬时峰值和突波。例如，在认为已经检测到可能的动力传动系统问题之前，在至少预定时间段，两个牵引马达电流之间的差可能需要大于某个阈值(例如0.5秒内大于120A)。另外，因为当任一牵引马达速度小于600rpm时在没有动力传动系统问题的情况下可能出现有资格的牵引马达电流差，所以当一个或两个马达速度低于600rpm时可以根据需要忽略这样的电流差。

条件1008涉及内侧轮的实际速度与图6的电子差速器确定的期望齿轮箱速度的比较。具体地，外侧轮速度和转向角度可以用于图6的模型，以确定期望的内侧轮速度。如果观察到的内侧轮速度大于图6的模型的期望速度，那么可以推论出内侧动力传动系统存在问题。为了避免错误的故障指示，当任一牵引马达速度小于600rpm时可以根据需要忽略这种条件的出现。

条件1010检测任一齿轮箱速度是否大于用户设定的速度极限。为了避免错误的正面测试结果，在推论出故障之前，观察到的齿轮箱速度可能需要超过允许的速度大约5％。在不存在用户设定速度极限的情况下，车辆可以具有缺省速度极限设定，其同样可以用于测试这种条件。

可以指示动态齿轮箱故障的另一个观察条件1012是，在预定时间段(例如1.5秒)是否右齿轮箱速度为零且左齿轮箱速度大于零。因为在某些转向操作期间可能偶尔出现这种条件，所以当转向角度在大约+65°至+75°之间或大约-65°至-75°之间时，可以忽略这种测试的结果，或者可以完全避免执行这种测试。这种条件的观察意味着在左驱动系统501A中可能存在动力传动系统故障。方块1014中表示的条件是条件1012的镜像，但是考虑当右齿轮箱速度大于零时左齿轮箱速度是否为零，以确定在右驱动系统501B中可能存在问题。在任一个测试中，排除的转向角度的范围是相同的，以避免错误的故障指示。

最后一个条件1016检测任一齿轮箱的加速度是否大于预定阈值(例如7500rpm/秒)。不典型的大加速度可能意味着牵引马达以某种方式与动力传动系统的其它部件断开，从而可以推论出故障。

如果没有观察到图10中的条件，那么车辆保持处于行驶模式，参见图7的步骤708。然而，如果从观察到的条件之一推论出故障，那么可以将车辆置于受限的行驶模式中，从而可以执行一个或多个静态测试，以确认或清除检测到的动态齿轮箱故障。

工业物料搬运车辆的许多“正常”操作条件可能看起来类似于图10的条件之一，这些条件将意味着双驱动系统中的动力传动系统的一个或另一个中的元件脱开。例如，行驶通过潮湿或结冰地面条件可能满足图10中监测的条件中的一个或多个条件。错误的故障条件的出现将被检测为故障，导致车辆停用，并且使得操作者不满。为了减少这些情况的出现，在已经检测到可能的动力传动系统故障之后，可以执行另一个测试，以确认该故障或怀疑该失败的动态测试结果。

例如，一旦车辆没有通过动态齿轮箱测试，就公布故障，并且将车辆的动力传动系统控制成使得车辆自然滑行到零速度。作为另外一种选择，操作者可以通过反向制动或命令制动请求而停止车辆。虽然可以通过使车辆10断电然后通电而清除某些诊断代码，但是可以仅仅借助于成功地通过静态齿轮箱测试来清除动态脱开故障代码。

如图11的流程图所示，在不同的牵引马达中的每个牵引马达上单独地执行根据本发明的原理的静态测试。在例如以上相对于美国专利No.7,681,963所述的制动系统中，可以首先在能够获得的机械制动力较小(例如总制动力的1/3)的运送车一侧应用该测试。因为当转向角度小于大约20°时该测试提供可靠的结果，所以操作者在测试之前或期间可以接到将转向角度摆正到可接受的水平的指示。

在步骤1102中，牵引马达(例如512A、512B)通电，以产生足够的转矩，使得在该马达与其驱动车轮(例如508A、508B)脱开的情况下该马达将旋转。相应的停车制动器(例如514A、514B)针对该牵引马达而被释放，从而其不会防止马达旋转。然而，用于运送车的另一侧的停车制动器是接合的。

如果通电的牵引马达与其驱动车轮联接，那么牵引马达将不会旋转，原因是另一侧的停车制动器防止车辆运动。因此，如果实际上没有出现机械脱开故障，那么检测到的牵引马达的旋转速度将为零。然而，如果在步骤1104中确定牵引马达速度大于零，那么表明牵引马达已经从其驱动车轮脱开，原因是牵引马达旋转而车辆没有运动。然后在步骤1106中针对另一个牵引马达重复步骤1102和1104的测试过程。在步骤1108中，如果两个牵引马达都通过了静态齿轮箱测试，那么清除动态齿轮箱故障代码，并且车辆10能够再次进行操作。然而，如果任一静态齿轮箱测试失败，那么设定合适的代码，并且车辆保持处于受限的行驶模式。

如相对于停车制动器测试简要地所述的，当不同的部件彼此接合时，联接装置和牵引马达轴可以允许有限的运动。因此，即使在牵引马达与其驱动车轮联接的情况下也可以观察到某些少量的运动。因此，可以选择针对牵引马达的旋转所收集的样本的速率和数量，以减少错误的故障。另外，施加电流的速率可以选择成用以快速地增大转矩(例如在小于15毫秒内产生期望的转矩)，以便在运动将要发生的情况下更加容易地检测到该运动。

虽然前述公开讨论了示例性的方面和/或实施例，但是应该指出的是，在不脱离所附权利要求限定的所述方面和/或实施例的范围的情况下可以对本文做出各种改变和修改。此外，尽管所述各方面和/或实施例的元件可能以单数的形式描述或要求保护，但是复数形式是可以想到的，除非明确地声明了单数的限制。另外，任何方面和/或实施例的全部或一部分可以与任何另一个方面和/或实施例的全部或一部分一起使用，除非另行指出。

Claims (33)

1.一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法，其包括：

在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；

利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障；

如果检测到动力传动系统故障，那么对工业车辆执行静态测试，以确认该动态动力传动系统故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；

基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及

如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

2.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

4.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。

5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：检测转向角度在大约±10°之间。

6.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及

确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

7.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

识别工业车辆的速度极限；以及

确定右牵引马达或左牵引马达的相应速度是否超过该速度极限。

8.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

9.根据权利要求1所述的方法，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

10.一种工业车辆，其包括：

动力单元；

至少一个驱动车轮；

至少一个牵引马达；

至少一个动力传动系统，其处于所述至少一个驱动车轮和所述至少一个牵引马达之间；

至少一个机械制动器，其用于将制动力传递到所述至少一个驱动车轮；以及

控制器模块，其用以执行程序指令，以便：

在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；

利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障；

如果检测到动力传动系统故障，那么对工业车辆执行静态测试，以确认该动态动力传动系统故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；

基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及

如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

11.根据权利要求10所述的工业车辆，其还包括用以监测所述至少一个牵引马达的旋转速度的至少一个反馈编码器。

12.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

13.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

14.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。

15.根据权利要求14所述的工业车辆，其还包括：检测转向角度在大约±10°之间。

16.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及

确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

17.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

识别工业车辆的速度极限；以及

确定所述至少一个牵引马达的速度是否超过该速度极限。

18.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

19.根据权利要求11所述的工业车辆，其中确定是否已经出现动力传动系统故障包括：

确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

20.一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法，其包括：

在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；

基于所述多个操作参数中的一个或多个操作参数确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障；

对工业车辆执行静态测试，以确认该动态齿轮箱测试故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；

基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及

如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。

21.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：在右转期间确定右牵引马达是否旋转得比左牵引马达快。

22.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：在左转期间确定左牵引马达是否旋转得比右牵引马达快。

23.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：检测左牵引马达消耗的第一电流与右牵引马达消耗的第二电流之间的差是否大于预定阈值。

24.根据权利要求23所述的方法，其还包括：

检测转向角度在大约±10°之间。

25.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：

基于检测到的转向角度和检测到的外侧牵引马达的速度，确定内侧牵引马达的期望速度；以及

确定该内侧牵引马达的实际速度是否大于该期望速度。

26.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：

识别工业车辆的速度极限；以及

确定右牵引马达或左牵引马达的相应速度是否超过该速度极限。

27.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：确定是否左牵引马达或右牵引马达中的一个牵引马达的相应速度为零而同时右牵引马达或左牵引马达中的另一个牵引马达的相应速度大于零。

28.根据权利要求20所述的方法，其中确定是否已经出现动态齿轮箱测试故障包括：确定右牵引马达或左牵引马达的相应加速度是否超过预定阈值。

29.根据权利要求1至9或20-28中任一项所述的方法或者根据权利要求10至19中任一项所述的工业车辆，其中静态测试包括：

使与第一牵引马达相关联的第一摩擦制动器脱离；

使与第二牵引马达相关联的第二摩擦制动器接合；

使第一牵引马达通电，以产生第一预定值下的第一转矩，其中在第一牵引马达从第一齿轮箱脱开的情况下，该第一转矩足以使第一牵引马达旋转；

检测第一牵引马达是否由于第一转矩而旋转；以及

当第一牵引马达出现旋转时，确定已经出现静态测试故障。

30.根据权利要求29所述的方法或工业车辆，其中静态测试还包括：

使第二摩擦制动器脱离；

使第一摩擦制动器接合；

使第二牵引马达通电，以产生第二预定值下的第二转矩，其中在第二牵引马达从第二齿轮箱脱开的情况下，该第二转矩足以使第二牵引马达旋转；

检测第二牵引马达是否由于第二转矩而旋转；以及

当第二牵引马达出现旋转时，确定已经出现静态测试故障。

31.一种动态地监测工业车辆的一个或多个动力传动系统的方法，其包括：

在工业车辆进行操作时观察该工业车辆的多个操作参数；以及

利用这些操作参数确定是否已经出现动力传动系统故障。

32.根据权利要求31所述的方法，其中根据权利要求2至9中的任一项执行确定是否已经出现动力传动系统故障。

33.根据权利要求31或32所述的方法，其还包括：

如果检测到动力传动系统故障，那么对工业车辆执行静态测试，以确认该动态动力传动系统故障，在工业车辆没有运动时执行该静态测试；

基于静态测试的结果，确定出现静态测试故障或者没有出现静态测试故障；以及

如果出现静态测试故障，那么限制工业车辆的行驶能力。