相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)于2012年3月5日提出申請(qǐng)的PCT國(guó)際專利申請(qǐng)，申請(qǐng)人為：指定除美國(guó)外的所有國(guó)家，申請(qǐng)人為美國(guó)Eaton公司；指定僅為美國(guó)的申請(qǐng)人為中國(guó)公民Qinghui Yuan、美國(guó)公民Michael Berne Rannow、美國(guó)公民Wade Leo Gehlhoff、美國(guó)公民Christopher William Schottler、以及未知國(guó)籍公民Vishal Mahulkar,并要求享有于2011年3月3日申請(qǐng)的、申請(qǐng)?zhí)枮镹O.61/448,742的美國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)以全文引用的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明通常涉及用于電動(dòng)液壓系統(tǒng)的控制系統(tǒng)，特別是施工設(shè)備中用于控制電動(dòng)液壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)、隔離及重新配置系統(tǒng)。

重型施工車輛，如挖掘機(jī)(前端裝載機(jī)，反鏟式和輪式裝載機(jī)等等)通常包括用于致動(dòng)設(shè)備不同組件的液壓致動(dòng)系統(tǒng)。例如，前端裝載機(jī)配備有挖掘臂，由提舉液壓缸使其升、降。通常在挖掘臂端部樞轉(zhuǎn)安裝鏟斗，用傾斜液壓缸使鏟斗相對(duì)于挖掘臂轉(zhuǎn)動(dòng)/傾斜。此外，前端裝載機(jī)也可包括支臂懸掛系統(tǒng)，以減輕震動(dòng)和沖擊力，提高操作舒適度。典型的支臂懸掛系統(tǒng)包括液壓蓄電池。典型的液壓致動(dòng)系統(tǒng)還包括：液壓泵，用于為系統(tǒng)提供加壓液流；以及蓄水罐，供液壓泵吸取液壓流體。

本技術(shù)中公知的是，使用傳感器(如壓力傳感器、位置傳感器)來用于控制液壓致動(dòng)系統(tǒng)的操作。為安全性和可靠性起見，公知的是提供故障檢測(cè)系統(tǒng)來用于識(shí)別何時(shí)一個(gè)或多個(gè)傳感器出現(xiàn)故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及用于液壓致動(dòng)系統(tǒng)中的故障檢測(cè)、隔離及重新配置的方案、架構(gòu)和方法。

更多方面內(nèi)容在下列說明中闡述。這些內(nèi)容涉及單獨(dú)特性和特性組合。應(yīng)理解為，本文中此前的總述和此后的詳述僅為范例性和解釋性的，具體實(shí)施例依據(jù)的廣泛概念不受限于此。

附圖說明

圖1是依照本發(fā)明的原理繪制的控制架構(gòu)框圖。

圖2展示了可應(yīng)用這里公開的系統(tǒng)架構(gòu)的輪式裝載機(jī)。

圖3是依照本發(fā)明的原理繪制的節(jié)點(diǎn)示意圖。

圖4是依照本發(fā)明的原理繪制的故障檢測(cè)、隔離、重新配置架構(gòu)圖。

圖5是圖4中轉(zhuǎn)向節(jié)點(diǎn)的一部分。

圖6是示例閥門壓力映射(map)，展示了流體壓力和閥芯位置的映射。

圖7是示例閥芯位置映射，展示流體、壓力和閥芯位置的映射。

圖8-11展示了各種傳感器級(jí)別故障。

圖12展示了關(guān)于閥芯位置的用于檢測(cè)組件級(jí)別故障的邏輯。

圖13展示了關(guān)于壓力的用于檢測(cè)組件級(jí)別故障的控制邏輯。

圖14是展示了子系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)技術(shù)示例的圖表。

圖15是示例故障檢測(cè)、故障識(shí)別、重新配置矩陣。

圖16是提舉液壓缸控制節(jié)點(diǎn)示意圖，該提舉缸配備有連桿傳感器。

圖17展示了依照本發(fā)明原理的一個(gè)隔離矩陣。

圖18展示了依照本發(fā)明原理的另一個(gè)隔離矩陣。

圖19展示了依照本發(fā)明原理用于控制多級(jí)閥的控制回路方案。

圖20展示了可用圖19所示控制方案進(jìn)行控制的示例多級(jí)閥。

圖21是用于隔離圖20所示閥門故障的一個(gè)隔離矩陣。

圖22是依照本發(fā)明原理的另一個(gè)故障隔離矩陣。

圖23是依照本發(fā)明原理的另一個(gè)故障隔離矩陣。

圖24是具有根據(jù)本發(fā)明原理的方面的示例的特征的液壓系統(tǒng)示意圖。

圖25是多個(gè)故障檢測(cè)和隔離表的示意圖，該表可儲(chǔ)存于圖24所示液壓系統(tǒng)的控制器中。

圖26是圖25所示故障檢測(cè)表中一個(gè)示例性實(shí)施例的示意圖。

圖27是圖25所示非流量共享初級(jí)故障隔離矩陣的一個(gè)示例性實(shí)施例示意圖。

圖28是圖25所示流量共享初級(jí)故障隔離矩陣的一個(gè)示例性實(shí)施例示意圖。

圖29是圖25所示非流量共享次級(jí)故障隔離矩陣的一個(gè)示例性實(shí)施例示意圖。

圖30是圖25所示流量共享次級(jí)故障隔離矩陣的一個(gè)示例性實(shí)施例示意圖。

圖31是用于操作圖24所示轉(zhuǎn)向電路的控制器儲(chǔ)存的控制算法示意圖。

圖32是用于操作圖24所示作業(yè)電路的控制器儲(chǔ)存的控制算法示意圖。

圖33是圖24所示作業(yè)電路正常操作的表現(xiàn)圖。

圖34展示了當(dāng)位置傳感器初始發(fā)生故障時(shí)，圖24作業(yè)電路操作的表現(xiàn)圖。

圖35展示了當(dāng)故障被檢測(cè)和隔離，且作業(yè)電路的控制算法被重新配置之后，圖24作業(yè)電路操作的表現(xiàn)圖。

圖36展示當(dāng)一個(gè)故障被檢測(cè)和隔離，且作業(yè)電路的控制算法被史密斯(Smith)預(yù)估器重新配置之后，圖24作業(yè)電路操作的表現(xiàn)圖。

圖37是包括具有根據(jù)本發(fā)明原理的方面的示例的特征的離線隔離過程的車輛操作方法示意圖。

圖38是圖37所示離線隔離過程的進(jìn)一步詳細(xì)示意圖。

圖39是圖37所示離線隔離過程的進(jìn)一步詳細(xì)示意圖。

圖40是圖4所示液壓系統(tǒng)低流量模式操作示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明通常涉及用于液壓致動(dòng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)、隔離和重新配置方案。在某些實(shí)施例中，使用模塊化、分布式控制系統(tǒng)架構(gòu)。通過使用模塊化方案，該系統(tǒng)可以降低其復(fù)雜性，并且增強(qiáng)靈活性。通過使用具有重疊和冗余故障檢測(cè)策略的分散式架構(gòu)，故障隔離性能得到加強(qiáng)。此外，重疊和冗余故障檢測(cè)策略為重新配置系統(tǒng)提供了多種選項(xiàng)，使得即使當(dāng)一個(gè)故障傳感器被從系統(tǒng)隔離時(shí)，該系統(tǒng)仍能繼續(xù)運(yùn)行。在某些實(shí)施例中，提供了解析冗余方法，通過使用第一組件與一個(gè)或多個(gè)第二組件(如閥門)之間的操作關(guān)系，從一個(gè)或多個(gè)第二組件生成參考參數(shù)(如流量)，與第一組件相應(yīng)的運(yùn)行參數(shù)(如流量)做對(duì)比。該參考和運(yùn)行參數(shù)可根據(jù)流體映射技術(shù)或其他技術(shù)來確定?；趨⒖紖?shù)和運(yùn)行參數(shù)之間的比較，可以確定故障是否存在。故障可能會(huì)由一個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)或交叉幾個(gè)節(jié)點(diǎn)的多個(gè)不同傳感器中的一個(gè)所引起。解析(如基于矩陣的解析)可在節(jié)點(diǎn)級(jí)別和/或系統(tǒng)級(jí)別使用，以便隔離(即明確識(shí)別)故障傳感器。一旦傳感器被隔離，即可使用虛擬參考參數(shù)來產(chǎn)生虛擬信號(hào)，該虛擬信號(hào)可代入第一組件的控制算法，作為被隔離傳感器的故障信號(hào)的替代。這樣，故障傳感器的數(shù)據(jù)在第一組件的控制算法中不再使用，而系統(tǒng)可以繼續(xù)運(yùn)行。

I、通用架構(gòu)總述

圖1描述了依照本發(fā)明原理進(jìn)行的故障檢測(cè)、隔離及重新配置(FDIR)架構(gòu)20的示例。FDIR架構(gòu)20用于車輛(諸如施工車輛)的液壓致動(dòng)系統(tǒng)的控制。在一個(gè)具體實(shí)施例中，F(xiàn)DIR架構(gòu)20用于控制一種輪式裝載機(jī)22(見圖2)的液壓致動(dòng)系統(tǒng)。FDIR架構(gòu)20包括監(jiān)督控制器24，用于與輪式裝載機(jī)50的主控制器26連接。該監(jiān)督控制器24處于液壓致動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)督控制級(jí)別。例如，監(jiān)督控制器24用于監(jiān)督并連接多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)(如控制模塊，控制子系統(tǒng)等等)，上述控制節(jié)點(diǎn)處于FDIR架構(gòu)20的節(jié)點(diǎn)級(jí)別。FDIR架構(gòu)20被配置成使得所有節(jié)點(diǎn)通過監(jiān)督控制器24反饋報(bào)告。在某些實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)之間沒有直接的相互通信，取而代之的是，節(jié)點(diǎn)與監(jiān)督控制器24垂直連接，該監(jiān)督控制器24用于協(xié)調(diào)不同節(jié)點(diǎn)的操作。如圖1所示，上述節(jié)點(diǎn)可包括泵控制節(jié)點(diǎn)28、傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30、提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32、支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34、蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36、以及一個(gè)或多個(gè)附加輔助節(jié)點(diǎn)38。

如圖3所示，展示了節(jié)點(diǎn)40示例?？梢岳斫夤?jié)點(diǎn)40可作為上述各個(gè)節(jié)點(diǎn)的代表。節(jié)點(diǎn)40包括一個(gè)或多個(gè)組件42(如兩級(jí)滑閥、三級(jí)提升閥或其他閥之類的閥門)。一個(gè)或多個(gè)組件組件42的操作由節(jié)點(diǎn)控制器44來控制。節(jié)點(diǎn)控制器44與傳感器46(如壓力傳感器，位置傳感器等等)連接，該傳感器46感應(yīng)組件42的操作的參數(shù)指示。根據(jù)傳感器46接收的信息，節(jié)點(diǎn)控制器44控制一個(gè)或多個(gè)組件42(如具有閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)的組件)的操作。在特定的實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)控制器44采用脈寬調(diào)制控制技術(shù)來控制組件42的位置。在操作中，節(jié)點(diǎn)控制器44從監(jiān)督控制器24接收指令(如模式指令，運(yùn)行需求，閥芯位置需求，壓力需求等等)。這樣，監(jiān)督控制器24最終控制并協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)40的操作。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)控制器44通過傳送FDIR標(biāo)記與監(jiān)督控制器24通信。監(jiān)督控制器24保持讓各個(gè)節(jié)點(diǎn)了解其他節(jié)點(diǎn)的FDIR。

對(duì)于各個(gè)節(jié)點(diǎn)，一個(gè)或多個(gè)組件42優(yōu)選控制液流流向或來自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)48，諸如泵、致動(dòng)器(如液壓電機(jī)或液壓缸)、蓄電池或其他液壓裝置。流過一個(gè)或多個(gè)組件42、流向或來自系統(tǒng)結(jié)構(gòu)48的相關(guān)液流信息，也由節(jié)點(diǎn)控制器44傳送給監(jiān)督控制器24。監(jiān)督控制器24可利用上述信息來檢測(cè)故障、隔離故障和/或重新配置系統(tǒng)以在監(jiān)督級(jí)別標(biāo)出故障地址。

由節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)送到監(jiān)督控制器的FDIR標(biāo)記顯示出，在一個(gè)指定節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)檢測(cè)出故障，還可以顯示該故障是否已在節(jié)點(diǎn)級(jí)別被隔離。如果該故障未在節(jié)點(diǎn)級(jí)別被隔離，則監(jiān)督控制器24可以利用數(shù)據(jù)(如流量數(shù)據(jù)或其他節(jié)點(diǎn)故障檢測(cè)相關(guān)信息)協(xié)助在監(jiān)督級(jí)別隔離該故障。

II、應(yīng)用FDIR架構(gòu)的示例車輛

圖2描述了輪式裝載機(jī)50，該輪式裝載機(jī)50是一種可以應(yīng)用本發(fā)明內(nèi)容的施工車輛示例。該輪式裝載機(jī)包括由輪54支撐的底盤或框架52。駕駛室56安裝在框架52上。支臂58與框架52轉(zhuǎn)動(dòng)連接。提舉缸60用于使支臂58相對(duì)于框架52向上和向下樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。鏟斗62轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在支臂58末端。傾斜缸64用于使鏟斗62相對(duì)于支臂58樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

III、示例架構(gòu)示意圖

圖4描述了適用于控制輪式裝載機(jī)50的液壓致動(dòng)系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)示意圖。該架構(gòu)包括監(jiān)督控制器24，該監(jiān)督控制器24與泵控制節(jié)點(diǎn)28、傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30、提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32、支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34以及蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36(輔助節(jié)點(diǎn)未展示)連接。泵控制節(jié)點(diǎn)28(詳見圖5和本發(fā)明XV部分的說明)控制液流壓力和流速，以滿足傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30、提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32和支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34對(duì)流量和壓力的要求。蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36接收傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30、提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32和支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34排放的液流流量。傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30控制流向和來自輪式裝載機(jī)50的傾斜缸64的液流流量。提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32控制流向和來自輪式裝載機(jī)50的提舉缸60的液流流量。支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34控制流向和來自蓄電池66的液流流量，也控制蓄電池66與提舉缸60之間的流體通信。

傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30與泵控制節(jié)點(diǎn)28的一個(gè)或多個(gè)泵之間進(jìn)行流體通信，并用于選擇性地使得傾斜缸64的頭側(cè)74或桿側(cè)76與一個(gè)或多個(gè)泵進(jìn)行流體通信。類似地，傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30與系統(tǒng)罐77(即系統(tǒng)蓄水罐)通過蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36進(jìn)行流體通信，并用于選擇性地使得傾斜缸64的頭側(cè)74或桿側(cè)76與罐77進(jìn)行流體通信。

傾斜缸控制模塊30包括頭側(cè)流量控制閥V_th，該頭側(cè)流量控制閥V_th選擇地使得傾斜缸64的頭側(cè)74與系統(tǒng)泵或者系統(tǒng)罐進(jìn)行流體通信。傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30也包括桿側(cè)流量控制閥V_tr,該桿側(cè)流量控制閥V_tr選擇地使得傾斜缸64的桿側(cè)76與系統(tǒng)泵或者系統(tǒng)罐進(jìn)行流體通信。閥位置傳感器X_th和X_tr分別用來感應(yīng)頭側(cè)流量控制閥V_th和桿側(cè)流量控制閥V_tr的閥芯位置(即傳感器檢測(cè)閥芯在套筒內(nèi)的位置)。此外，壓力傳感器P_th和P_tr分別感應(yīng)傾斜缸64的頭側(cè)和桿側(cè)壓力。傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30還包括組件控制器C_t，該組件控制器C_t基于從監(jiān)督控制器24接收到的指令(如模式、壓力或閥芯位置需求等等)和節(jié)點(diǎn)傳感器提供的反饋來控制閥V_th、V_tr的操作。組件控制器C_t也可監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的故障狀態(tài)，并且向監(jiān)督控制器24報(bào)告任何探測(cè)到的故障狀態(tài)作為出現(xiàn)的故障標(biāo)記。

提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32與泵控制節(jié)點(diǎn)28的一個(gè)或多個(gè)泵之間進(jìn)行流體通信，并用于選擇性地使得一個(gè)或多個(gè)泵與提舉缸60的頭側(cè)70或桿側(cè)72進(jìn)行流體通信。類似地，提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32通過蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36與罐77進(jìn)行流體通信，并被配置為選擇性地使得支臂缸60的頭側(cè)70或桿側(cè)72與罐77進(jìn)行流體通信。

提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32包括頭側(cè)流量控制閥V_lh和桿側(cè)流量控制閥V_lr。頭側(cè)流量控制閥V_lh被配置為選擇性地使得支臂缸60的頭側(cè)70與泵控制節(jié)點(diǎn)28的一個(gè)或多個(gè)泵之間或者與系統(tǒng)罐77之間進(jìn)行流體通信。桿側(cè)流量控制閥V_lr被配置為選擇性地使得支臂缸60的桿側(cè)72與系統(tǒng)泵之間或者與系統(tǒng)罐77中的一者之間進(jìn)行流體通信。提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32進(jìn)一步包括頭側(cè)閥位置傳感器X_lh用來感應(yīng)頭側(cè)流量控制閥V_lh的閥芯位置，和桿側(cè)閥位置傳感器X_lr用來感應(yīng)桿側(cè)流量控制閥V_lr的閥芯位置。提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32還包括壓力傳感器P_lh2用來感應(yīng)支臂缸60的頭側(cè)70的壓力，及壓力傳感器P_lr用來感應(yīng)支臂缸60的桿側(cè)72的壓力。提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32進(jìn)一步包括組件級(jí)控制器C_l，該組件級(jí)控制器C_l與提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的各種傳感器連接。組件控制器C_l也和監(jiān)督控制器24連接。組件控制器C_l根據(jù)監(jiān)督控制器24發(fā)送過來的需求信號(hào)(如模式，壓力，閥芯位置需求等等)以及提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的傳感器的反饋來控制V_lh和V_lr的操作。組件控制器L_l還可監(jiān)測(cè)提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32可能出現(xiàn)的故障狀態(tài)，當(dāng)提出故障標(biāo)記時(shí)向監(jiān)督控制器24報(bào)告該故障狀態(tài)。

支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34與泵控制節(jié)點(diǎn)28的一個(gè)或多個(gè)泵之間進(jìn)行流體通信，并被配置為選擇性地使得蓄電池66與供給蓄電池66的一個(gè)或多個(gè)泵進(jìn)行流體通信。支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34也可使得蓄電池66與罐77和/或提舉缸60的頭側(cè)70進(jìn)行流體通信。

支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34包括加液閥V_c和阻尼閥V_d。加液閥V_c通過使得蓄電池66與泵控制節(jié)點(diǎn)28的泵之間流體通信來給蓄電池66加液。阻尼閥V_d可選擇將蓄電池66與支臂缸60的頭側(cè)70進(jìn)行流體通信。支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34進(jìn)一步包括加液閥位置傳感器X_c，用來感應(yīng)加液閥V_c的閥芯位置；還包括阻尼閥位置傳感器X_d，用來感應(yīng)阻尼閥V_d的閥芯位置。支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34進(jìn)一步包括壓力傳感器P_a用來感應(yīng)蓄電池66的壓力，以及壓力傳感器P_lh1用來感應(yīng)支臂缸60的頭側(cè)70的壓力。支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34的傳感器與節(jié)點(diǎn)控制器C_bss連接，該節(jié)點(diǎn)控制器C_bss提供支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34的節(jié)點(diǎn)級(jí)別控制。節(jié)點(diǎn)控制器C_bss與監(jiān)督控制器24連接，并且向監(jiān)督控制器24報(bào)告節(jié)點(diǎn)內(nèi)的故障狀態(tài)作為出現(xiàn)的故障標(biāo)記。該控制器向閥門發(fā)送操作指令(如模式，壓力，閥芯位置需求等等)。

蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36包括罐流量控制閥V_t，用來控制至罐77的系統(tǒng)流量。蓄水罐控制單元節(jié)點(diǎn)36還包括壓力傳感器P_t用來感應(yīng)閥V_t上游位置罐77的壓力。位置傳感器X_t感應(yīng)閥V_t的位置。提供了組件控制器C_t用來控制閥V_t的操作。組件控制器C_t與節(jié)點(diǎn)傳感器以及監(jiān)督控制器24連接。閥V_t的操作由組件控制器C_t根據(jù)從監(jiān)督控制器24接收到的指令(如模式，壓力，閥芯位置需求等等)以及來自節(jié)點(diǎn)傳感器的反饋來控制。組件控制器C_t監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的操作，并向監(jiān)督控制器24報(bào)告任意故障情況。

上述FDIR架構(gòu)支持不同級(jí)別的故障檢測(cè)。例如，故障可在傳感器級(jí)別、組件級(jí)別、節(jié)點(diǎn)內(nèi)級(jí)別和節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)(即監(jiān)督，系統(tǒng))級(jí)別被檢出。該架構(gòu)也支持傳感器級(jí)別、組件級(jí)別、節(jié)點(diǎn)內(nèi)級(jí)別和節(jié)點(diǎn)間互聯(lián)(即監(jiān)督，系統(tǒng))級(jí)別的故障隔離。此外，該架構(gòu)還支持上述任意或全部級(jí)別的重新配置。

IV、參數(shù)映射

參數(shù)圖可以由經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)公式來創(chuàng)建。參數(shù)圖可儲(chǔ)存在節(jié)點(diǎn)或者監(jiān)督級(jí)別，當(dāng)需要參數(shù)信息時(shí)，可被監(jiān)督控制器或節(jié)點(diǎn)控制器訪問。參數(shù)將相關(guān)數(shù)據(jù)映射成圖象形式，并可用于根據(jù)其他相關(guān)參數(shù)來估算特定參數(shù)。例如，以閥為例，流量、閥芯位置(顯示節(jié)流面積)和經(jīng)過閥門的壓差等參數(shù)可被關(guān)聯(lián)進(jìn)流量映射，用來從已知參數(shù)估算未知參數(shù)。閥門的流量映射顯示為Q＝map(P,X,α),其中P為經(jīng)過閥門的壓差，X為閥芯位置，α為附加變量例如溫度。根據(jù)此圖，如果P,X,α已知，則流量可確定。閥門的壓力映射顯示為P＝map(Q,X,α),示例圖見圖6所示。根據(jù)此圖，如果Q,X,α已知，則壓力可確定。閥芯位置圖顯示為X＝map(Q,P,α)，示例圖見圖7所示。根據(jù)此圖，如果Q,P,α已知，則閥芯位置可確定。

也可使用其他映射。例如，閥芯速度映射定義了閥芯速度與脈寬調(diào)制信號(hào)電流之間的關(guān)系,用來控制電磁致動(dòng)閥芯在閥筒內(nèi)的軸向運(yùn)動(dòng)。閥芯位置映射也可定義閥芯位置與位置需求信號(hào)幅度之間的關(guān)系，用來控制閥芯的運(yùn)動(dòng)。壓力映射也可定義經(jīng)過閥芯的壓差與壓力需求信號(hào)幅度之間的關(guān)系，用來控制閥芯的運(yùn)動(dòng)。

V、傳感器級(jí)別故障檢測(cè)

特定故障可在傳感器級(jí)別被檢出。此類故障一般不依靠需獨(dú)立監(jiān)測(cè)的可變參數(shù)而定。例如，可通過將傳感器讀數(shù)和特定的預(yù)設(shè)或預(yù)先建立的參數(shù)、范圍或其他指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)來確定是否有錯(cuò)誤。其中一個(gè)示例見圖8所示，其中傳感器信號(hào)130超出了預(yù)定值域，此值域上限為132、下限為134。另一個(gè)示例見圖9所示，其中傳感器在傳感器信號(hào)應(yīng)當(dāng)變化的環(huán)境下在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)信號(hào)。圖10展示了進(jìn)一步的故障狀態(tài)，其中傳感器產(chǎn)生與信號(hào)對(duì)應(yīng)的預(yù)定量噪音138。傳感器級(jí)別故障進(jìn)一步示例是傳感器無法產(chǎn)生任何信號(hào)。圖11是另一代表性情況，傳感器信號(hào)140追蹤或跟隨實(shí)際信號(hào)142，但具有錯(cuò)誤的幅度。只要此傳感器信號(hào)140處于傳感器預(yù)定值域范圍內(nèi)，該類型錯(cuò)誤很難被檢出。就這方面來說，本文中公布的更高級(jí)別的故障檢測(cè)技術(shù)可用于檢測(cè)此類故障。

VI、組件級(jí)別故障檢測(cè)

一個(gè)組件級(jí)別的故障檢測(cè)示例是以閥門的閉環(huán)位置控制為基礎(chǔ)的故障檢測(cè)。就此而言，對(duì)于給定閥門，其閥芯位置可以根據(jù)監(jiān)督控制器發(fā)出的閥芯位置需求指令來確定。例如，可以使用經(jīng)驗(yàn)查找表、位置映射或二階傳遞功能參數(shù)來預(yù)估閥芯位置。該預(yù)估位置可與閥芯對(duì)應(yīng)的傳感器所指示的位置相比對(duì)。如果預(yù)估的閥芯位置與感應(yīng)的閥芯位置在預(yù)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生至少預(yù)定數(shù)量，則故障標(biāo)記出現(xiàn)。圖12是此故障檢測(cè)策略的示意圖。如圖12所示，使用位置閉環(huán)傳遞函數(shù)150，根據(jù)監(jiān)督控制器發(fā)出的位置需求154，給出位置預(yù)估152。從位置預(yù)估152中減去位置感應(yīng)156得出殘值158。若此殘值在預(yù)定時(shí)間窗超出了預(yù)定數(shù)量，則在各自節(jié)點(diǎn)提出故障標(biāo)記，并傳送到監(jiān)督控制器。上述故障檢測(cè)技術(shù)可在組件級(jí)別用于任意節(jié)點(diǎn)28、30、32、34和36，如圖4所示。例如，上述故障檢測(cè)技術(shù)可用于檢查位置傳感器X_th的功能，該傳感器用于控制傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30的頭側(cè)流量控制閥V_th的閥芯位置。組件控制器C_l和C_t收到監(jiān)督控制器發(fā)出的需求信號(hào)，使用常規(guī)的脈寬調(diào)制控制邏輯，生成信號(hào)來控制閥V_th的閥芯位置。通過位置映射、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、查找表或其他方法，根據(jù)監(jiān)督控制器發(fā)出的位置需求指令的特征，可以預(yù)估閥V_th的閥芯位置。此預(yù)估位置與傳感器X_th的指示位置相比對(duì)，如果預(yù)估位置與感應(yīng)位置在預(yù)定時(shí)間窗口內(nèi)發(fā)生預(yù)定數(shù)量的差值，則提出故障標(biāo)記。

另一個(gè)組件級(jí)別故障檢測(cè)技術(shù)是以閉環(huán)壓力控制為基礎(chǔ)的。在此故障檢測(cè)方案中，使用監(jiān)督控制器發(fā)出的壓力需求信號(hào)來預(yù)估給定傳感器的壓力。通過使用壓力映射、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、查找表或公式諸如二階壓力控制傳遞功能來預(yù)估壓力。然后將預(yù)估壓力與給定傳感器的感應(yīng)值相比對(duì)，如果預(yù)估壓力與感應(yīng)壓力在預(yù)定時(shí)間窗內(nèi)發(fā)生預(yù)定數(shù)量的差值，則提出故障標(biāo)記。圖13是此類故障檢測(cè)技術(shù)的示意圖。如圖13所示，使用閉環(huán)壓力控制傳遞函數(shù)160，根據(jù)監(jiān)督控制器發(fā)出的壓力需求指令164，預(yù)估給定傳感器的壓力數(shù)值162。從預(yù)估壓力值162中減去感應(yīng)壓力值166，得出殘值168。若此殘值在預(yù)定時(shí)間窗口超出了預(yù)定量，則產(chǎn)生故障標(biāo)記?？梢岳斫馍鲜龉收蠙z測(cè)策略可用于監(jiān)測(cè)圖4所示系統(tǒng)內(nèi)所有壓力傳感器的操作。例如，在傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30的操作中，監(jiān)督控制器給組件控制器C_l發(fā)送壓力需求。根據(jù)壓力需求數(shù)值，組件控制器C_l使用脈寬調(diào)制控制邏輯來控制閥V_th的操作，以便達(dá)到傾斜缸64的頭側(cè)74的壓力預(yù)估值?？梢愿鶕?jù)壓力映射、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、查找表或公式諸如閉環(huán)壓力控制傳遞功能來得出壓力預(yù)估值。此預(yù)估值與壓力傳感器P_th的感應(yīng)讀數(shù)相比對(duì)，如果感應(yīng)壓力值與預(yù)估壓力值在預(yù)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生預(yù)定數(shù)量的差值，則組件控制器C_l提出故障標(biāo)記，并傳送到監(jiān)督控制器。

組件級(jí)別故障檢測(cè)的進(jìn)一步示例以滑閥的閥芯速度為基礎(chǔ)?？梢岳斫獯祟惞收蠙z測(cè)方案可用于圖4中所示系統(tǒng)內(nèi)任意閥門。使用此方案可以預(yù)先產(chǎn)生速度映射，其定義了閥芯速度與用于控制關(guān)注的閥的操作的組件控制器產(chǎn)生的脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)(即信號(hào)的電流)之間的關(guān)系。速度映射可以考慮變量，如溫度或其他因數(shù)。將閥芯速度與PWM信號(hào)圖存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并可以穩(wěn)定地訪問，即可以根據(jù)PWM信號(hào)的幅度預(yù)估閥芯速度。然后將預(yù)估速度與根據(jù)閥芯位置傳感器的讀數(shù)計(jì)算得出的閥芯速度相比對(duì)，如果預(yù)估速度與計(jì)算得出的速度在預(yù)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生預(yù)定數(shù)量/閾值的差值，則組件控制器提出故障標(biāo)記，并傳送到監(jiān)督控制器。

VII、子系統(tǒng)/節(jié)點(diǎn)級(jí)別故障檢測(cè)

子系統(tǒng)/節(jié)點(diǎn)級(jí)別故障檢測(cè)的一個(gè)示例方法為：通過利用解析冗余來預(yù)估“虛擬”或參考流量值，然后將參考流量與感應(yīng)流量相比對(duì)。例如，致動(dòng)器的進(jìn)表流量可以用來確定/預(yù)估相同致動(dòng)器的出表流量。此種故障檢測(cè)方案可以比對(duì)當(dāng)傾斜缸64被致動(dòng)時(shí)經(jīng)過傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30的閥V_th和V_tr的流量。也可以比對(duì)當(dāng)提舉缸60被致動(dòng)時(shí)經(jīng)過提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的閥V_lh和V_lr的流量。致動(dòng)器的出表流量也可用來確定與其進(jìn)表流量相關(guān)的參考流量。此外，對(duì)于蓄電池來說，蓄電池壓力和蓄電池壓力的變化速率可用來提供參考流量，此參考流量值在正常條件下與控制蓄電池進(jìn)、出流量的閥的感應(yīng)流量相等。

子系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)具有優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)槿魏蝹鞲衅鞴收暇蓪?shí)時(shí)檢出，這就可明顯提升系統(tǒng)的安全性和可靠性。此種檢測(cè)方案適用于實(shí)時(shí)處理難于感應(yīng)(例如故障傳感器可以追蹤實(shí)際信號(hào)的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償)、難于檢測(cè)的傳感器故障。此外，通過結(jié)合其他技術(shù)(如信號(hào)加工、傳感器級(jí)別故障檢測(cè)、組件級(jí)別故障檢測(cè)、子系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)和系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè))，多個(gè)傳感器故障可被檢出。

A、使用同一致動(dòng)器的進(jìn)表流量和出表流量作為參考參數(shù)實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)與重新配置

對(duì)于特定的液壓致動(dòng)器，諸如在活塞頭的兩側(cè)有相等尺寸的活塞桿的液壓電機(jī)和液壓汽缸，進(jìn)入致動(dòng)器的流量與流出致動(dòng)器的流量相等。因此，如果單個(gè)進(jìn)表閥提供進(jìn)入致動(dòng)器的所有流量，單個(gè)出表閥接收流出致動(dòng)器的所有流量，則經(jīng)過進(jìn)表閥和出表閥的流量彼此相等。這樣，致動(dòng)器定義了進(jìn)表閥和出表閥之間的操作關(guān)系。進(jìn)表閥的流量映射(Q1＝map(P1,X1,a1))可以用于計(jì)算經(jīng)過進(jìn)表閥的感應(yīng)流量。經(jīng)過出表閥的流量也可以通過對(duì)應(yīng)出表閥的流量映射(Q2＝map(P2,X2,a2))進(jìn)行計(jì)算。由于進(jìn)表閥、出表閥都和同一致動(dòng)器連接，因此它們的計(jì)算/預(yù)留流量不應(yīng)相差超出預(yù)定閾值。因此Q2是Q1的參考流量，Q1是Q2的參考流量。如果Q1和Q2相差超出預(yù)定閾值，則表明傳感器故障，并且提出故障標(biāo)記。

如果故障傳感器需要重新配置，那么為帶有可操作傳感器的相關(guān)閥門確定的流量可以用于為帶有故障傳感器的閥門控制提供預(yù)估值。例如，如果對(duì)應(yīng)進(jìn)表閥的壓力傳感器出現(xiàn)故障，則相應(yīng)出表閥計(jì)算出的參考流量Q2可以代入進(jìn)表閥流量映射(P1_est＝map(Q2,X1,a1))，得出預(yù)估壓力值P1_est，用于操作進(jìn)表閥。特別是，預(yù)估壓力值P1_est可以代入閉環(huán)控制算法，用來控制進(jìn)表閥的操作。這樣，故障傳感器可以從系統(tǒng)中移除，而系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。同樣地，如果進(jìn)表閥的位置傳感器出現(xiàn)故障，則出表閥計(jì)算出的參考流量Q2可以代入進(jìn)表閥流量映射(X1_est＝map(Q2,P1,a1))，計(jì)算出預(yù)估位置值X1_est用于控制進(jìn)表閥的操作。特別地，預(yù)估壓力值X1_est可以代入閉環(huán)控制算法，用來控制進(jìn)表閥的操作。類似地，如果出表閥出現(xiàn)故障，則來自進(jìn)表閥的參考流量值可用于生成預(yù)估傳感器讀數(shù)來替代故障傳感器。在重新配置狀態(tài)中，使用Smith預(yù)估器可用于消除預(yù)估傳感器數(shù)值推導(dǎo)計(jì)算所需要的時(shí)間相關(guān)聯(lián)的延時(shí)所造成的波動(dòng)。

如圖4所示，頭側(cè)閥V_th和桿側(cè)閥V_tr控制經(jīng)過傾斜缸64的流體流量。因?yàn)榛钊ɑ钊^，該活塞頭僅有一側(cè)帶連桿，所以進(jìn)入汽缸的流量與流出汽缸的流量不相等。取而代之的是，進(jìn)入和流出汽缸桿側(cè)74的流量Q_r等于進(jìn)入和流出汽缸頭側(cè)76的流量Q_h乘以頭側(cè)活塞面積A_h和桿側(cè)活塞面積A_r的比率。桿側(cè)活塞面積A_r等于頭側(cè)活塞面積A_h減去活塞桿的橫截面積。桿側(cè)流量Q_r和頭側(cè)流量Q_h之間的關(guān)系提供了故障檢測(cè)的方法。經(jīng)過閥V_th的預(yù)估流量Q1等于頭側(cè)流量Q_h，經(jīng)過閥V_tr的預(yù)估流量Q2等于桿側(cè)流量Q_r。這就在Q1和Q2之間建立了數(shù)學(xué)關(guān)系。尤其是，Q1應(yīng)該等于Q2乘以A_h/A_r。因此，Q2×A_h/A_r是Q1的參考流量，Q1×A_r/A_h是Q2的參考流量。如果Q1未處于Q2×A_h/A_r的預(yù)定閾值之內(nèi)，則故障存在，應(yīng)當(dāng)提出故障標(biāo)記。如上所述，若要重新配置系統(tǒng)，對(duì)應(yīng)于閥V_th和V_tr中的一個(gè)可操作閥的參考流量可以用于為V_th和V_tr中的一個(gè)故障閥的故障傳感器預(yù)估感應(yīng)值。這樣，系統(tǒng)及時(shí)重新配置，閥可以繼續(xù)操作，故障傳感器下線，并且被根據(jù)冗余/重疊流量關(guān)系生成的虛擬傳感器替代。

B、蓄電池流量作為參考參數(shù)

對(duì)蓄電池來說，其壓力和壓力變化速率決定腔室內(nèi)的氣體動(dòng)力，這與蓄電池的流速相關(guān)。因此，蓄電池流量映射可根據(jù)壓力和壓力變化速率來生成。這樣，如果壓力和壓力變化速率已知，則蓄電池的輸入、輸出流速可以從流量映射中穩(wěn)定地確定。如果，在給定時(shí)間點(diǎn)，只有一個(gè)閥用來控制蓄電池的輸入和輸出流量，那么流量映射測(cè)定的蓄電池流量可以用作參考流量，與經(jīng)過控制閥的感應(yīng)流量相等。此關(guān)系也可用于支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34，使之在節(jié)點(diǎn)內(nèi)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)和重新配置。此類型子系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)見圖14所示。

如圖14所示，兩個(gè)流量Q1和Q2被測(cè)定。根據(jù)節(jié)點(diǎn)32的操作狀態(tài)，流量Q1與經(jīng)過閥V_c和V_d的計(jì)算流量對(duì)應(yīng)。Q2與計(jì)算的蓄電池流量對(duì)應(yīng)。流量映射f1與閥V_c對(duì)應(yīng)，當(dāng)閥V_c處于蓄電池66與罐77連接的位置時(shí)用于計(jì)算Q1。流量映射f2與閥V_c對(duì)應(yīng)，當(dāng)閥V_c處于蓄電池66與泵節(jié)點(diǎn)36連接的位置時(shí)用于計(jì)算Q1。流量映射f3與閥V_d對(duì)應(yīng)，當(dāng)閥V_d處于蓄電池66與提舉缸60的頭側(cè)連接的位置時(shí)用于計(jì)算Q1。流量映射f4是用于蓄電池66的流量映射，用于計(jì)算Q2。如果在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)Q1和Q2的差值超出了預(yù)定流量閾值，則支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34內(nèi)的傳感器故障被檢出。一旦創(chuàng)建了上述四個(gè)流量映射之后，可以得出冗余，支持多個(gè)流量計(jì)算，可以比對(duì)確定是否發(fā)生了故障狀況。例如，如果加液閥V_c控制進(jìn)、出蓄電池的流量，那么由流量映射f1或f2計(jì)算的經(jīng)過閥V_c的流量應(yīng)該等于流量映射f4計(jì)算的進(jìn)、出蓄電池的流量。如果在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)Q1和Q2在預(yù)定閾值內(nèi)部匹配，則故障標(biāo)記產(chǎn)生。依據(jù)閥芯位置(如根據(jù)蓄電池連接到壓力側(cè)還是罐側(cè))，流量映射f1或f2用于預(yù)估經(jīng)過閥V_c的流量Q1。當(dāng)支臂懸掛系統(tǒng)處于支臂懸掛系統(tǒng)模式，阻尼閥V_d將蓄電池與提舉缸60的頭側(cè)70進(jìn)行流體通信時(shí)，流量映射f3用于預(yù)估流量Q1。Q2總是由蓄電池流量映射f4計(jì)算?？梢岳斫猱?dāng)使用上述方法檢測(cè)出一個(gè)故障時(shí)，故障源可以是系統(tǒng)內(nèi)任意個(gè)不同傳感器。當(dāng)前系統(tǒng)的架構(gòu)支持各種運(yùn)行參數(shù)交叉引用，以便把故障隔離到特定的傳感器。

與先前所述實(shí)施例同樣，Q1是Q2的參考流量，Q2是Q1的參考流量。因此，一旦故障被隔離到閥V_c、V_d中的一個(gè)閥的特定的位置傳感器時(shí)，流量Q2可以代入故障閥的閥芯位置映射，計(jì)算出預(yù)估的閥芯位置值，將該預(yù)估的閥芯位置值代入故障閥的閉環(huán)控制算法，使故障閥在重新配置狀態(tài)運(yùn)行，故障傳感器下線。在其他實(shí)施例中，通過停止V_c、V_d的運(yùn)動(dòng)可以進(jìn)行系統(tǒng)重新配置。

如果蓄電池66是活塞型蓄電池，根據(jù)活塞速度(假設(shè)提供了活塞傳感器)，則可以以第三流量計(jì)算Q3的形式做出第三冗余。Q3等于進(jìn)或出蓄電池的流量。在正常運(yùn)行條件下，Q1＝Q2＝Q3。圖15為支臂懸掛系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)34的故障隔離和重新配置圖，其中蓄電池66為活塞型蓄電池。

VIII、系統(tǒng)級(jí)別故障檢測(cè)

可以理解如果已知較大流體各個(gè)分支的流速，則把各分支流量相加得出參考流量值，即為總流量的代表。例如，如圖4所示，經(jīng)過罐閥V_t的總流量等于從朝罐77方向的傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30和提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32分出的所有支流流量的總和。使用前面所述的流量映射，經(jīng)過任一閥門的流量均可預(yù)估。若要識(shí)別故障狀況，經(jīng)過罐閥V_t的第一流量Q1可由流量映射確定。而且，與從傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30和提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32分出的流量對(duì)應(yīng)的流量Q2和Q3也可由相應(yīng)的流量映射確定。在正常條件下，Q2和Q3的和應(yīng)該等于經(jīng)過罐閥V_t的總流量Q1。但如果Q2和Q3的和未在經(jīng)過罐閥V_t的總流量Q1的預(yù)定閾值范圍內(nèi)，則提出故障標(biāo)記。

應(yīng)當(dāng)理解(Q2+Q3)是Q1的參考流量，(Q1-Q2)是Q3的參考流量，且(Q1-Q3)是Q2的參考流量。因此，一旦故障被隔離到其中一個(gè)閥各自的參考流量的特定傳感器，則相應(yīng)的參考流量代入故障閥的閥芯位置映射或壓力映射，得出預(yù)估閥芯位置值或壓力值，將其代入故障閥的閉環(huán)控制算法，使故障閥在重新配置狀態(tài)運(yùn)行，故障傳感器下線。

利用矩陣解析法，此類型故障隔離可在監(jiān)督級(jí)別達(dá)到。例如，如果罐控制節(jié)點(diǎn)36、提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32和傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30均向監(jiān)督級(jí)別報(bào)告未隔離故障，則故障在罐壓力傳感器。而且，如果罐控制節(jié)點(diǎn)36和提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32報(bào)告未隔離故障，傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30報(bào)告無故障，則故障可以隔離到提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32。

IX、帶有感應(yīng)汽缸的電動(dòng)液壓系統(tǒng)的故障檢測(cè)、隔離和重新配置

圖16展示了依照本發(fā)明原理的故障隔離架構(gòu)200。架構(gòu)200適用于控制液壓致動(dòng)器202的致動(dòng)。該液壓致動(dòng)器包括汽缸204和反向安裝在汽缸204內(nèi)的活塞206。活塞206包括活塞桿208和活塞頭210。汽缸204限定頭側(cè)212和桿側(cè)214。架構(gòu)200包括傳感器216，用于探測(cè)活塞206的速度。傳感器216可以是位置或者速度傳感器。架構(gòu)還包括用于控制致動(dòng)器202的閥門。所示出的閥中包括頭側(cè)閥220，該頭側(cè)閥220與致動(dòng)裝置202的頭側(cè)212流體連接；以及桿側(cè)閥222，該桿側(cè)閥222與致動(dòng)裝置202的桿側(cè)214流體連接。架構(gòu)200還包括控制器224，該控制器224可運(yùn)行故障診斷與控制算法?？刂破?24與頭側(cè)壓力傳感器226、桿側(cè)壓力傳感器228、頭側(cè)閥位置傳感器230、桿側(cè)閥位置傳感器232連接?？刂破?24可以訪問閥220和222相對(duì)應(yīng)的預(yù)定流量映射。可通過使用閥220的流量映射由控制器224確定經(jīng)過頭側(cè)閥220的流量Q1。類似地，可通過閥222的流量映射確定經(jīng)過桿側(cè)閥222的預(yù)估流量Q2。由于閥220、222都與同一致動(dòng)器202流體連接，所以流量Q1和Q2之間存在從屬關(guān)系。例如，經(jīng)過閥220的流量Q1等于進(jìn)或出汽缸204的頭側(cè)212的流量；經(jīng)過閥222的流量Q2等于進(jìn)或出汽缸204的桿側(cè)214的流量。因?yàn)轭^側(cè)的有效活塞面積比桿側(cè)的更大，那么進(jìn)或出汽缸204的活塞側(cè)212的流量等于進(jìn)或出活塞側(cè)214的流量乘以頭側(cè)有效活塞面積A_h與桿側(cè)有效活塞面積A_r的比率。這樣，流量Q1等于Q2乘以A_h除以A_r。因此，由致動(dòng)器210確定的關(guān)系創(chuàng)建了可用來檢測(cè)故障的冗余。特別是，如果Q1與Q2×A_h/A_r的差值超出了預(yù)定閾值，則提出故障標(biāo)記。

圖16的系統(tǒng)架構(gòu)200也用于提供三個(gè)冗余。特別是，傳感器216可用于計(jì)算活塞206的速度V_cy11。而且，頭側(cè)閥220的流量映射可用于預(yù)估活塞206的第二速度V_cy12。V_cy12等于經(jīng)過頭側(cè)汽缸220的流量Q_h除以頭側(cè)活塞面積A_h。根據(jù)桿側(cè)汽缸222的流量Q_r可以確定第三速度預(yù)估V_cy13。第三速度預(yù)估V_cy13等于Q_r除以A_r。如果V_cy11、V_cy12、V_cy13中任意一個(gè)與其他兩個(gè)的差值未在預(yù)定閾值范圍內(nèi)，則提出故障標(biāo)記。

圖17是隔離某個(gè)故障狀況的矩陣。例如，案例1顯示汽缸傳感器216出現(xiàn)故障。案例2顯示頭側(cè)壓力傳感器226或者頭側(cè)閥位置傳感器230出現(xiàn)故障。案例3顯示桿側(cè)壓力傳感器228或者桿側(cè)位置傳感器232出現(xiàn)故障。案例4顯示一個(gè)以上傳感器出現(xiàn)故障。案例5顯示無故障發(fā)生。

重疊關(guān)系創(chuàng)建的冗余也提供允許系統(tǒng)重新配置的裝置(見圖18)，將故障傳感器從系統(tǒng)中隔離。特別是，故障傳感器可以下線，從冗余中得出的預(yù)估值可用于替代下線傳感器。對(duì)于案例1，重新配置包括在監(jiān)督控制中支持汽缸傳感器數(shù)值。案例2中，如果頭側(cè)壓力傳感器226出現(xiàn)故障，則可讓其下線，使用預(yù)估值P_hest控制閥220的操作。將預(yù)估流量值Q_est和位置傳感器值X_h代入閥220的流量映射，即可得出P_hest。如果傳感器230出現(xiàn)故障，則讓其下線，使用預(yù)估位置值X_hest控制閥220的操作。預(yù)估位置值X_hest可以從閥220的流量映射中得出，即利用預(yù)估流量Q_est和壓力傳感器226的讀數(shù)可將其求出。應(yīng)注意，預(yù)估流量Q_est可從V_cy11或V_cy13值中得出。如果桿側(cè)壓力傳感器228出現(xiàn)故障，則可使用預(yù)估壓力值P_rest控制閥222的操作。可以理解預(yù)估壓力值P_rest可以從流量映射得出，即利用預(yù)估流量Q_est和桿側(cè)位置傳感器232生成的位置值可將其求出。類似地，如果桿側(cè)位置傳感器232出現(xiàn)故障，則讓其下線，使用預(yù)估位置X_rest控制閥222的操作。預(yù)估位置X_rest可以從流量映射中得出，即利用預(yù)估流量Q_est和桿側(cè)壓力傳感器228感應(yīng)的壓力值可將其求出。案例3中，預(yù)估流量Q_est可從V_cy11和/或V_cy12中得出。

案例4中，重新配置包括進(jìn)入故障安全配置。案例5中，因?yàn)闄z測(cè)到無故障，因此重新配置不可行。

X、閉環(huán)多級(jí)閥控制與故障隔離

圖19展示了多級(jí)閥的閉環(huán)壓力控制架構(gòu)。示例閥300如圖20所示。該閥包括導(dǎo)向級(jí)302、中間級(jí)304和主級(jí)306。圖19的閉環(huán)控制架構(gòu)具有級(jí)聯(lián)配置，其中內(nèi)部控制回路308提供閥芯位置控制，同時(shí)外部控制回路310提供壓力控制。如圖19所示，監(jiān)督控制器給節(jié)點(diǎn)處的組件控制器發(fā)出壓力需求信號(hào)312。在組件控制器上，從需求信號(hào)中得出的預(yù)估壓力值與感應(yīng)壓力值314進(jìn)行比對(duì)。如果感應(yīng)壓力值和預(yù)估壓力值不同，則組件控制器生成位置需求信號(hào)316。從位置需求信號(hào)316生成預(yù)估位置，該預(yù)估位置與感應(yīng)閥芯位置信號(hào)318進(jìn)行比對(duì)。如果預(yù)估閥芯位置與感應(yīng)閥芯位置不同，則組件控制器生成PWM信號(hào)，該P(yáng)WM信號(hào)導(dǎo)致閥芯322在中間級(jí)304移動(dòng)。感應(yīng)到的閥芯位置值318由處于閥芯322的閥芯位置傳感器324生成。閥芯322的移動(dòng)導(dǎo)致主級(jí)306調(diào)整，以改變感應(yīng)壓力314。感應(yīng)壓力314由處于主級(jí)306的壓力傳感器326感應(yīng)。

如果預(yù)估位置值316與感應(yīng)位置值318的差值在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)超出了預(yù)定閾值范圍，則提出故障標(biāo)記。同樣，如果預(yù)估壓力值與感應(yīng)位置值314 的差值在預(yù)定時(shí)間段內(nèi)超出了預(yù)定閾值范圍，則提出故障標(biāo)記。可以理解在位置傳感器324中發(fā)生的故障，將會(huì)引起對(duì)應(yīng)的壓力傳感器326提出故障標(biāo)記。與此相反，壓力傳感器326的故障則不會(huì)引起對(duì)應(yīng)的位置傳感器318提出故障標(biāo)記。圖21是故障隔離矩陣，用于隔離對(duì)應(yīng)圖19的閉環(huán)控制架構(gòu)301的故障源。在矩陣330中，R1代表位置傳感器324的故障狀態(tài)，R2代表壓力傳感器326的故障狀態(tài)。如矩陣中所示，若R1和R2都關(guān)閉，則無故障檢出。然而若R1關(guān)、R2開，則故障可以隔離到壓力傳感器326。若R1和R2都開，則表明位置傳感器出現(xiàn)故障。

XI、故障檢測(cè)矩陣方案

圖22是支臂懸掛系統(tǒng)控制節(jié)點(diǎn)34的故障隔離矩陣。如該故障隔離矩陣所示，Rs1對(duì)應(yīng)位置傳感器X_c的傳感器級(jí)別故障；Rs2對(duì)應(yīng)壓力傳感器P_acc的系統(tǒng)級(jí)別故障；Rs3對(duì)應(yīng)傳感器X_d的系統(tǒng)級(jí)別故障；Rs4對(duì)應(yīng)傳感器P_lh1的系統(tǒng)級(jí)別故障；Rc1對(duì)應(yīng)傳感器X_c的組件級(jí)別故障；Rc2對(duì)應(yīng)傳感器P_acc的組件級(jí)別故障；Rc3對(duì)應(yīng)傳感器X_d的組件級(jí)別故障；Rc4對(duì)應(yīng)傳感器P_lh1的組件級(jí)別故障；Rc5對(duì)應(yīng)傳感器X_c的另一個(gè)組件級(jí)別故障；Rsys1對(duì)應(yīng)系統(tǒng)級(jí)別或子系統(tǒng)級(jí)別故障，如圖14所示。在一個(gè)實(shí)施例中，Rc5取決于于滑閥速度和用于控制可令滑閥移動(dòng)的電磁線圈的PWM信號(hào)電流之間的關(guān)系。如圖22所示，案例1-8為已隔離，案例9和10為未隔離，可在系統(tǒng)級(jí)別做隔離解析。

圖23是v提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的故障隔離矩陣。在該故障隔離矩陣中，Rs1r對(duì)應(yīng)位置傳感器X_rh的傳感器級(jí)別故障；Rs2r對(duì)應(yīng)傳感器P_lr的傳感器級(jí)別故障；Rc1r對(duì)應(yīng)位置傳感器X_lr的組件級(jí)別故障；Rc3r對(duì)應(yīng)傳感器X_lr的另一個(gè)組件級(jí)別故障；Rsubsys對(duì)應(yīng)由閥V_lh和V_lr之間確定的子系統(tǒng)級(jí)別故障；Rs1h對(duì)應(yīng)位置傳感器X_lh的傳感器級(jí)別故障；Rs2h對(duì)應(yīng)傳感器P_lh的系統(tǒng)級(jí)別故障；Rc1h對(duì)應(yīng)傳感器X_lh的組件級(jí)別故障；Rc3h對(duì)應(yīng)傳感器X_lh的另一個(gè)組件級(jí)別故障；Rsubsysh和Rsubsysr同為系統(tǒng)故障；Rsys-bss是傳感器P_lh1和P_lh2之間的比對(duì)。如圖23矩陣所示，300部分代表單個(gè)標(biāo)記故障隔離信息；302部分代表兩個(gè)標(biāo)記故障隔離信息，其中表明所述故障為傳感器級(jí)別或者是組件級(jí)別故障；304部分代表傳感器級(jí)別或組件級(jí)別故障與子系統(tǒng)級(jí)別故障的結(jié)合。圖表最后一行代表故障隔離狀態(tài)。

XII、用于被動(dòng)和超限狀況的故障檢測(cè)系統(tǒng)

提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32可在被動(dòng)狀況和超限狀況中運(yùn)行。在被動(dòng)狀況中，提舉缸60推擠負(fù)荷。被動(dòng)運(yùn)動(dòng)一個(gè)示例是：當(dāng)提舉缸60舉起支臂時(shí)。當(dāng)發(fā)生這一示例時(shí)，系統(tǒng)泵排出的流體經(jīng)由閥V_1h進(jìn)入提舉缸60的頭側(cè)70，從提舉缸60的桿側(cè)72排出的流體經(jīng)由閥V_1r到達(dá)罐77。當(dāng)提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32在超限狀況中運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷推擠提舉缸60。當(dāng)負(fù)荷下降時(shí)，此情況會(huì)發(fā)生。在超限狀況中，提舉缸60的頭側(cè)70處的液壓流體經(jīng)由閥V_1h流至罐77，從罐77排出的液壓流體經(jīng)由閥V_1r流入提舉缸60的負(fù)荷側(cè)72。在上述兩種狀況中，液壓流體可以從蓄電池66經(jīng)由閥V_d流到提舉缸60的頭側(cè)70，或者是從提舉缸60的頭側(cè)70經(jīng)由閥V_d流到蓄電池66。其方向視提舉缸60的頭側(cè)70與蓄電池66的相關(guān)壓力而定。這種液壓流體流量也為支臂懸掛所用。在超限狀況中，凈流量經(jīng)由閥V_t到達(dá)罐77。此外，在某些情況下，閥V_1r將系統(tǒng)泵與提舉缸60的桿側(cè)72連接，以避免氣穴現(xiàn)象。

在某些實(shí)施例中，閥V_1h、V_1r可被設(shè)計(jì)為具備抗氣穴特征，即使當(dāng)閥處于關(guān)閉位置時(shí)，也可允許來自罐77的流量經(jīng)由該閥流至汽缸60。此流速?gòu)拈y芯位置和壓力信號(hào)中不可計(jì)算。

在被動(dòng)致動(dòng)狀況中，流量Q1和Q2對(duì)應(yīng)提舉缸60的頭側(cè)70；Q3對(duì)應(yīng)提舉缸60的桿側(cè)72。Q1等于從系統(tǒng)泵進(jìn)入頭側(cè)70的流量，該值可從頭側(cè)閥V_1h的流量映射計(jì)算得出。Q2等于蓄電池66和提舉缸60的頭側(cè)70之間的流量。該流量可根據(jù)蓄電池流量映射或阻尼閥V_d流量映射得出。流量Q3去往罐77，可自寬側(cè)閥V_1r的流量映射計(jì)算得出。如前所述，進(jìn)或出頭側(cè)70的流量等于進(jìn)或出桿側(cè)72的流量乘以A_h除以A_r。因此，假定進(jìn)入汽缸流量為正號(hào)，流出汽缸流量為負(fù)側(cè)，則Q1+Q2+Q3×A_h/A_r應(yīng)該等于零。如果不是，則提出故障標(biāo)記。此后，一旦故障被隔離，則上述公式可用于創(chuàng)建參考流量，代入故障組件的流量映射，生成虛擬信號(hào)讀數(shù)，再代入故障組件的閉環(huán)控制算法，使得組件能繼續(xù)運(yùn)行。

在超限狀況中，閥V_1r的流量映射不可靠，這是因?yàn)樵撻y有可能正在無指令、抗氣穴條件下運(yùn)行。在這些情況下，經(jīng)過該閥的流量無法計(jì)算。不過，經(jīng)過閥V_t、V_th、V_tr和閥V_1h的流量均可利用流量映射計(jì)算。如前所述，經(jīng)過閥V_t的流量等于自傾斜缸控制節(jié)點(diǎn)30和提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的分支流量之和。因此，從經(jīng)過閥V_t的總流量中減去V_th、V_tr和V_1h的流量，即可以計(jì)算經(jīng)過閥V_1r的流量。該值隨之可代入上述被動(dòng)狀況相應(yīng)的等式，作為故障識(shí)別與重新配置的另一種方法。以下部分將對(duì)上述方法給予更為詳細(xì)的說明：

·上游流量:從供應(yīng)壓力到工作艙頭，Q_h,提舉,泵(＞0)

·下游流量:從工作艙桿到罐壓力,Q_r,提舉,罐(＜0)

·不失一般性,Q_h.提舉.泵可從Ps,P_h,提舉,x_h,提舉,或者Q_h.提舉.泵流量映射(Ps,P_h,提舉,x_h,提舉)預(yù)估得出

·類似地,Q_r.提舉，罐(Pt,P_r,提舉,x_r,提舉)

·按照提舉缸60的上、下游流量關(guān)聯(lián)關(guān)系(即進(jìn)、出流量互成比例)，得出下列約束：(負(fù)荷導(dǎo)向約束(LOC))

殘值_通過(Ps,P_h.提舉,x_h.提舉,Pt,P_r.提舉,x_r.提舉)＝

殘值(Q_h,提舉，泵,Q_r，提舉，罐)

:＝Q_h,提舉，泵+Q_r,提舉,罐×A_h/A_r+Q_阻尼＝0

如果殘值(Q_h，提舉，泵,Q_r，提舉，罐)不等于0,則傳感器故障被檢出。就此而言，潛在的故障傳感器包括Ps,P_h.提舉,x_h.提舉,Pt,P_r.提舉,x_r.提舉。而且，“不等于”用閾值和時(shí)間窗定義。

·超限狀況的(負(fù)荷導(dǎo)向約束(LOC))定義如下：

殘值_超限(Pt,P_h.提舉,x_h.提舉,Ps,P_r.提舉,x_r.提舉,Pacc,P_h.提舉’,x_阻尼,xt,Pt,x_h,傾斜,P_h.傾斜,x_r.傾斜,P_r.傾斜)

殘值_超限(Q_h,提舉,罐,Q_tcu_提舉,Q_r,提舉.泵,Q_阻尼):＝

Q_h,提舉,罐-(-Q_tcu_提舉+Q_r,提舉,泵+A_r/A_h×Q_阻尼)/(1-A_r/A_h)＝0；

·故障檢測(cè):如果殘值_超限不等于0,則故障被檢出。可能存在故障的傳感器包括Pt,P_h.提舉,x_h.提舉,Ps,P_r.提舉,x_r.提舉,Pacc,P_h.提舉’,x_阻尼,xt,Pt,x_h,傾斜,P_h.傾斜,x_r.傾斜,P_r.傾斜)

Q_h,提舉,罐(Pt,P_h,提舉,x_h,提舉)

Q_r,提舉.泵(Ps,P_r.提舉,x_r.提舉)

Q_阻尼：由Q_阻尼＝f(Pacc,P_h,提舉,x_阻尼)計(jì)算

Q_tcu_提舉：由tcu流量Q_tcu(Pt，xt)減去傾斜罐流量Q_tcu_傾斜(Pt，x_h,傾斜,P_h.傾斜,x_r.傾斜,P_r.傾斜)計(jì)算，假設(shè)傾斜缸未在抗氣穴模式工作。

如果傳感器V_th、V_tr、V_1h和V_lr已被指示了抗氣穴特征，則可以采用上述相對(duì)于被動(dòng)狀況的同樣方案，生成組件間的關(guān)系，用于識(shí)別故障條件，并為此提供重新配置方法。該方案對(duì)于被動(dòng)狀況和超限狀況均適用。一旦系統(tǒng)故障被檢出并重新配置，還可使用一種求和技術(shù)來識(shí)別可能出現(xiàn)的第二傳感器故障。特別是，如果流向罐77的來自傾斜缸控制模塊30和提舉缸控制節(jié)點(diǎn)32的合并流量不等于經(jīng)過閥V_t的流量，則故障被檢出，并且可執(zhí)行必要的進(jìn)一步重新配置。

·上游流量:從供應(yīng)壓力到工作艙頭，Q_h,提舉,泵(＞0)

·下游流量:從工作艙桿到罐壓力,Q_r,提舉,罐(＜0)

·不失一般性,可以預(yù)估流量

·Q_h.提舉.泵可從Ps,P_h,提舉,x_h,提舉,或者Q_h.提舉.泵流量映射(Ps,P_h,提舉,x_h,提舉)預(yù)估得出

·Q_r.提舉,罐(Pt,P_r,提舉,x_r,提舉)

·Q_阻尼是P_h,提舉’,P_acc,x_阻尼的函數(shù)

按照汽缸的上、下游流量關(guān)聯(lián)關(guān)系，得出下列約束：(負(fù)荷導(dǎo)向約束(LOC))

殘值_通過_1(Ps,P_h.提舉,x_h.提舉,Pt,P_r.提舉,x_r.提舉,P_acc, P_h,提舉’,x_阻尼)＝

殘值_通過_1(Q_h,提舉,泵,Q_r,提舉,罐,Q_阻尼)

:＝Q_h,提舉,泵+Q_r,提舉,罐×A_h/A_r+Q_阻尼＝0

如果殘值_通過_1不等于0,則檢出傳感器故障。

“不等于”以預(yù)定時(shí)間窗口及閾值界定。

XIII、離線故障隔離

在某些應(yīng)用和情景中，使用本發(fā)明其他部分所述的方法不能實(shí)時(shí)隔離的故障狀況會(huì)被檢測(cè)出來。在這種情況下，故障傳感器必須被隔離和定位，以便確定是否有任意控制算法應(yīng)針對(duì)故障運(yùn)行而被重新配置。如果實(shí)時(shí)隔離不可能，則可以使用一種離線方案。

圖37展示了方法600，用于故障檢測(cè)、隔離和控制器重新配置(FDIR)。在第一步602，故障被控制系統(tǒng)檢測(cè)出來。故障檢測(cè)可用本發(fā)明中其他部分所述的任意方法完成。在第二步604，確定該故障是否能被實(shí)時(shí)隔離。如果可以，則上述方法移至步驟602，實(shí)時(shí)隔離該故障，然后進(jìn)行步驟616，控制器被重新配置。及時(shí)故障隔離與控制器重新配置可用本發(fā)明中其他部分所述的任意方法完成。此外，步驟604和606可以同時(shí)執(zhí)行，在此期間，控制器可以先嘗試及時(shí)隔離檢測(cè)到的故障，如果該故障不能隔離，則控制器生成不可能實(shí)時(shí)隔離故障的決定。

如果控制器確定不能隔離故障，則離線故障隔離過程608開始運(yùn)行。在步驟610，系統(tǒng)被置于安全系統(tǒng)狀態(tài)。例如，在輪式裝載機(jī)應(yīng)用中，鏟斗會(huì)降至地面，而步驟608不會(huì)導(dǎo)致鏟斗從升起位置意外地下落。如果系統(tǒng)的提舉控制節(jié)點(diǎn)沒有故障，則鏟斗可以通過正常操作使之下降，例如通過恰當(dāng)?shù)囟ㄎ豢刂茥U或操縱桿。如果提舉控制節(jié)點(diǎn)有故障，則可替換子系統(tǒng)，諸如罐控制單元，可用于降低鏟斗。如果機(jī)器配備了漸進(jìn)降低鏟斗功能，即在空檔和降位之間重復(fù)移動(dòng)操縱桿或控制桿，則上述方案也可運(yùn)用。當(dāng)鏟斗完全降至地面時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)處在安全狀態(tài)。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)容易理解，其他類型的器具和系統(tǒng)組件也需要被置于安全狀態(tài)。例如，其他類型的器具像叉車上的前叉和伸縮臂上的支臂等。

當(dāng)系統(tǒng)處在安全狀態(tài)時(shí)，控制器可在步驟612執(zhí)行離線隔離過程，來自該過程的診斷結(jié)果可在步驟614記錄進(jìn)控制器中，完成離線故障隔離過程608。然后，控制器利用此信息在步驟616進(jìn)行重新配置。

參考圖38，展示了離線隔離過程612的典型應(yīng)用的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，其中為包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)的液壓系統(tǒng)，如圖1，4和24所示，進(jìn)行故障隔離。但應(yīng)注意到，在任意特定的液壓系統(tǒng)中可能存在比其更多或更少的節(jié)點(diǎn)。如圖38，離線故障隔離過程首先在步驟620中提舉/傾斜節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行，然后到步驟622中的輔助工作電路節(jié)點(diǎn)，接下來在步驟624罐控制單元節(jié)點(diǎn)，再然后在步驟626電子負(fù)荷感應(yīng)控制節(jié)點(diǎn)，最后在步驟628支臂懸掛系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)完成。本發(fā)明的其他部分對(duì)上述各個(gè)類型節(jié)點(diǎn)有詳述。對(duì)于具有上述節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)來說，通過節(jié)點(diǎn)進(jìn)行故障隔離的命令最好能在最大程度上實(shí)現(xiàn)信息使用和決策穩(wěn)固。

參考圖39，展示了包含步驟630-638的離線過程629，用于執(zhí)行步驟620-628所需要進(jìn)行的離線診斷。雖然對(duì)于執(zhí)行步驟620有詳細(xì)描述，膽識(shí)應(yīng)理解為，針對(duì)步驟629所述的一般方案對(duì)于許多其他系統(tǒng)和節(jié)點(diǎn)具有廣泛的適用性。

在步驟630，送至與第一工作艙相關(guān)的控制閥處的脈寬調(diào)制信號(hào)(PWM)設(shè)定為0，閥芯位置被記錄(節(jié)點(diǎn)中使用兩個(gè)閥時(shí)，如x1，中心和x2，中心)。閥芯位置由各個(gè)閥的位置傳感器確定，如LVDT傳感器。在步驟632，PWM信號(hào)設(shè)定為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，可將閥芯完全移至閥的壓力側(cè)，閥芯位置(x1，壓力；x2，壓力)和工作艙壓力(P1，壓力；P2，壓力)被記錄。工作艙壓力由各個(gè)閥的壓力傳感器記錄。在步驟634，PWM信號(hào)設(shè)定為適當(dāng)?shù)臄?shù)值，以將閥芯完全移至閥的罐側(cè)，閥芯位置(x1，罐；x2，罐)和工作艙壓力(P1，罐；P2，罐)被記錄。

步驟630-634針對(duì)節(jié)點(diǎn)內(nèi)各個(gè)工作艙/閥執(zhí)行。在液壓提舉電路中通常有兩個(gè)工作艙。在步驟636，可以得到與節(jié)點(diǎn)相關(guān)的附加信息，如供應(yīng)和罐壓力(Ps；Pt)，對(duì)于各個(gè)閥來說：閥芯機(jī)械中心(x1，機(jī)中；x2，機(jī)中)，壓力側(cè)停止位置(x1，壓停；x2，壓停)和罐停止位置(x1，罐停；x2，罐停)。

一旦獲得并存儲(chǔ)了上述信息，控制系統(tǒng)就可在步驟638通過做出各種診斷數(shù)據(jù)比對(duì)來隔離故障傳感器。例如，如果x1，中心不等于x1，mc；或者x1，壓力不等于x1，壓停；又或者x1，罐不等于x1，罐停，則可以確定閥1的閥芯位置傳感器出現(xiàn)故障。類似地，如果x2，中心不等于x2，mc；或者x2，壓力不等于x2，壓停；又或者x2，罐不等于x2，罐停，則可以確定閥2的閥芯位置傳感器故障。如果P1，壓力不等于Ps而P2，壓力等于Ps；或者P1，罐不等于Pt而P2，罐等于Pt，即可以對(duì)閥1的壓力傳感器進(jìn)行故障隔離。類似地，如果P2，壓力不等于Ps而P1，壓力等于Ps；或者P2，罐不等于Pt而P1，罐等于Pt，則閥2的壓力傳感器出現(xiàn)故障。如果故障傳感器未能在此處被識(shí)別出來，則供應(yīng)壓力傳感器Ps可被認(rèn)作故障，條件是：P1，壓力等于P2且P1，壓力不等于Ps。如果P1，罐等于P2且P1，罐不等于Pt，即可對(duì)罐壓力傳感器Pt進(jìn)行故障隔離。應(yīng)注意，考慮到預(yù)定的臨界錯(cuò)誤數(shù)值，可以評(píng)判上述比對(duì)正確與否。如上所述，離線隔離過程的診斷結(jié)果在步驟614被存儲(chǔ)。

如果故障傳感器在步驟620被隔離，則系統(tǒng)可以前進(jìn)到步驟616進(jìn)行控制器重新配置，或者繼續(xù)通過622-628的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，以確定是否有進(jìn)一步的故障存在。如果在步驟620無故障隔離，則過程移至622，評(píng)判輔助工作電路。因?yàn)橛糜谔崤e節(jié)點(diǎn)的同樣原理也適用于輔助電路，所以該隔離過程可與步驟636-638的釋義一致。

對(duì)于步驟624的罐控制單元評(píng)估，從步驟620和622處的評(píng)估已很明顯，即供應(yīng)壓力傳感器和罐壓力傳感器是否出現(xiàn)故障。相應(yīng)地，步驟620和622通過提供故障傳感器的交叉驗(yàn)證，增加了診斷評(píng)估的穩(wěn)固性。因此，不需要對(duì)供應(yīng)和罐壓力傳感器進(jìn)行進(jìn)一步的測(cè)試，即使它們有可能與配給的罐控制單元相關(guān)聯(lián)，其中提供了一個(gè)罐控制單元。如果罐控制單元配備了控制閥，則針對(duì)閥位置傳感器的故障隔離過程與步驟636-638所述相同。

關(guān)于在步驟626進(jìn)行的電子負(fù)荷感應(yīng)控制系統(tǒng)評(píng)估，也可以使用與步驟636-638類似的過程，通過將PWM輸出設(shè)定為作業(yè)和轉(zhuǎn)向電路中的每個(gè)閥發(fā)送不同數(shù)值，來隔離閥芯位置傳感器故障。注意電子負(fù)荷感應(yīng)控制系統(tǒng)(ELK)見圖24所示。對(duì)于作業(yè)電路壓力傳感器(P4)，如果PWM驅(qū)使閥芯到達(dá)高度待命位置，且作業(yè)電路負(fù)荷感應(yīng)壓力不等于減壓閥壓力，則作業(yè)電路負(fù)荷感應(yīng)壓力傳感器P4可做故障隔離。如果PWM驅(qū)使閥芯到達(dá)較低待命位置，且作業(yè)電路負(fù)荷感應(yīng)壓力不等于排放壓力，則該傳感器也應(yīng)確定為故障。若經(jīng)過上述兩個(gè)診斷后，未發(fā)現(xiàn)作業(yè)電路負(fù)荷感應(yīng)壓力傳感器故障，但是感應(yīng)壓力加上泵余量不等于供應(yīng)系統(tǒng)壓力Ps，則該作業(yè)電路負(fù)荷感應(yīng)壓力傳感器P4也作為故障被隔離。

對(duì)于電子負(fù)荷感應(yīng)控制系統(tǒng)的轉(zhuǎn)向電路所做的解析，與作業(yè)電路的相類似。如果PWM驅(qū)使閥芯到達(dá)高度待命位置，且轉(zhuǎn)向電路負(fù)荷感應(yīng)壓力不等于減壓閥壓力，則轉(zhuǎn)向電路負(fù)荷感應(yīng)壓力傳感器P3確定為故障。此外，如果轉(zhuǎn)向電路負(fù)荷感應(yīng)壓力加上泵余量不等于前閥的出口壓力，則可以確定，或者是轉(zhuǎn)向電路負(fù)荷感應(yīng)壓力傳感器P3故障，或者是前閥出口的壓力傳感器P1故障。如果PWM驅(qū)使閥芯到達(dá)較低待命位置，而轉(zhuǎn)向電路負(fù)荷感應(yīng)壓力P3不等于液壓轉(zhuǎn)向單元傳感器P2之后的感應(yīng)壓力，則至少可以確定P2或者P3為故障。

關(guān)于在步驟628支臂懸掛系統(tǒng)(BSS)的離線隔離過程，也可以使用與步驟630-638所述類似的過程，以及裝配蓄電池系統(tǒng)的一些修改，來對(duì)系統(tǒng)中加液閥和阻尼閥的壓力和位置傳感器進(jìn)行評(píng)估。對(duì)于每個(gè)指示的PWM位置，BSS蓄電池壓力均被記錄。當(dāng)PWM指示加液閥移動(dòng)到壓力側(cè)位置，則蓄電池壓力應(yīng)等于供應(yīng)壓力。當(dāng)PWM指示加液閥移動(dòng)到罐側(cè)位置，則蓄電池壓力應(yīng)等于排放壓力，即便這一般只是很小的數(shù)值。如果在兩個(gè)閥位置中的任意一處未達(dá)等量，且供應(yīng)壓力傳感器經(jīng)前述評(píng)估確定為正常，則BSS中的蓄電池壓力傳感器可做故障隔離。

關(guān)于BSS中的阻尼閥，所述的通用方案可以適用。如果閥芯是彈簧加載的，則只需要兩個(gè)PWM值，0和100％。閥芯可以分別移向兩個(gè)極端位置。記錄的傳感器數(shù)值可與控制器存儲(chǔ)的預(yù)校準(zhǔn)數(shù)字相比對(duì)，如果數(shù)據(jù)不匹配，則該阻尼閥位置傳感器確定為故障。當(dāng)阻尼閥處于全開位置，且蓄電池壓力傳感器未發(fā)現(xiàn)故障，則與阻尼閥關(guān)聯(lián)的壓力傳感器可做故障隔離，其輸出值與蓄電池壓力傳感器不匹配。

一旦步驟620、622、624、626和628執(zhí)行完畢，則在適用情況下，離線隔離過程結(jié)束，診斷結(jié)果存入控制器。此時(shí)，離線隔離步驟608執(zhí)行完畢，根據(jù)步驟616的再校準(zhǔn)過程，系統(tǒng)返回正常運(yùn)行。

XIV、低流量狀態(tài)重新配置

在某些應(yīng)用和情景中，通過預(yù)估流速(即創(chuàng)建虛擬流量計(jì))進(jìn)行的解析冗余計(jì)算對(duì)于極低流速時(shí)的閥位置和液壓壓力會(huì)給出不恰當(dāng)?shù)臄?shù)值。這主要是因?yàn)?，低于進(jìn)閥或出閥的特定流速后，流速、流體壓力和閥位置之間失去了良好的關(guān)聯(lián)關(guān)系。這樣，在經(jīng)過閥門流量的特定死區(qū)之內(nèi)，已述的流速預(yù)估方法不再適用。

當(dāng)流速處于低流量死區(qū)之內(nèi)時(shí)，能夠更好地預(yù)估閥位置和流體壓力的解決方案是，定義低流量操作模式，其中利用可替換方法來預(yù)估位置和流量。

在低流量操作模式中，提供預(yù)估閥位置的一種方法是定義流量閾值帶，包含正閾值和負(fù)閾值，如圖40所示。根據(jù)需求流速和臨界限值之間的關(guān)系，此方案可以提供三個(gè)不同的預(yù)估閥位置。例如，如果需求流速大于正閾值，則閥位置可以預(yù)估為相對(duì)于死區(qū)的正流量邊緣的固定值。相對(duì)地，如果需求流速小于負(fù)閾值，則閥位置可以預(yù)估為死區(qū)對(duì)邊上的固定值。如果需求流速處于正、負(fù)閾值之間(即在閾值域內(nèi))，則傳送到閥的PWM信號(hào)禁用，以避免閥的失控移動(dòng)，而閥位置可以預(yù)估為0。

通過在操作模式之間添加滯后過程，可避免閥顫，使得低流量操作模式中預(yù)估位置可以得到進(jìn)一步加強(qiáng)。此外，從流量映射邊界可提供可配置的補(bǔ)償量，用以增加感知位置錯(cuò)誤能力和提升系統(tǒng)退出低流量模式的速度。此補(bǔ)償量可以是固定的或者設(shè)定為流量需求的函數(shù)。例如，根據(jù)應(yīng)用情況，可以隨著流量增或減執(zhí)行減量補(bǔ)償。對(duì)補(bǔ)償量也可提供滯后以避免閥顫。

在低流量模式中，可以假設(shè)提升閥關(guān)閉，且壓力可為任意值。一種壓力預(yù)估可以簡(jiǎn)單地定為罐壓力，另一種壓力預(yù)估可以是供應(yīng)壓力減去壓力余量。優(yōu)先使用哪個(gè)值，要視系統(tǒng)中是哪個(gè)傳感器出現(xiàn)故障而定。例如，若桿側(cè)傳感器出現(xiàn)故障，則優(yōu)先使用罐壓力作為預(yù)估壓力值，因?yàn)橹聞?dòng)器的這一側(cè)不會(huì)處在超限負(fù)荷的輸出側(cè)。因此，不存在負(fù)荷掉落的危險(xiǎn)。而如果此值在控制系統(tǒng)中不做被動(dòng)處理，則系統(tǒng)會(huì)滯留在低流量運(yùn)行模式。若頭側(cè)壓力傳感器故障，則預(yù)估值應(yīng)設(shè)定為等于系統(tǒng)壓力減去壓力余量。此預(yù)估量相當(dāng)于假設(shè)下游方向超限負(fù)荷，以便確保無負(fù)荷掉落。假設(shè)作業(yè)器具在上游方向不會(huì)有超限負(fù)荷。不過，在其他應(yīng)用中,負(fù)荷可能從桿側(cè)施加,那么預(yù)估壓力值的選擇會(huì)與上述情況相反。還應(yīng)注意到，使用哪一個(gè)預(yù)估值用于壓力傳感器的決定標(biāo)準(zhǔn)要視需求流量的方向而定。

XV、負(fù)荷感應(yīng)泵應(yīng)用的故障檢測(cè)、隔離和重新配置

參考圖24，展示了液壓系統(tǒng)500的示意圖。如圖所示，液壓系統(tǒng)500包括轉(zhuǎn)向電路502和作業(yè)電路520。轉(zhuǎn)向電路502通過液壓系統(tǒng)操作，如方向盤、操縱桿或GPS自動(dòng)系統(tǒng)，可使車輛發(fā)生轉(zhuǎn)向。作業(yè)電路504通過液壓致動(dòng)器，如汽缸或液壓電機(jī)，可執(zhí)行多種作業(yè)功能。例如，作業(yè)電路504可用于操作伸縮臂叉車的液壓致動(dòng)器，具有提舉、傾斜、延伸和/或側(cè)移功能。

如圖，轉(zhuǎn)向電路502包括轉(zhuǎn)向電路泵504，為液壓轉(zhuǎn)向單元506供應(yīng)加壓流體。從泵504到液壓轉(zhuǎn)向單元506的液壓流體壓力和流量，由一系列本領(lǐng)域公知的液壓組件進(jìn)行控制。在所示的特定實(shí)施例中，這些組件是：先導(dǎo)式主級(jí)閥510，電磁式導(dǎo)向級(jí)閥512和換向閥514，為泵504提供負(fù)荷感應(yīng)壓力。轉(zhuǎn)向電路502還包括優(yōu)先級(jí)控制閥508，當(dāng)泵504給出的流體能量超量時(shí)，若需要，可用于與作業(yè)電路520分享流體能量。

如圖，作業(yè)電路520包括作業(yè)電路泵522，為負(fù)荷作業(yè)電路524提供流體能量。簡(jiǎn)單起見，負(fù)荷作業(yè)電路524示意為固定孔板。不過，應(yīng)理解為，負(fù)荷作業(yè)電路524可包括單個(gè)或多個(gè)動(dòng)態(tài)負(fù)荷作業(yè)電路。例如，負(fù)荷作業(yè)電路524可包括圖4中所示任意或全部電路。從泵522到負(fù)荷作業(yè)電路524的液壓流體壓力和流量，由一系列業(yè)內(nèi)已知的液壓組件進(jìn)行控制。在所示的特定實(shí)施例中，配備了先導(dǎo)式主級(jí)閥526和電磁式導(dǎo)向級(jí)閥512。

轉(zhuǎn)向電路502和作業(yè)電路520還包括一系列傳感器，用于優(yōu)化液壓系統(tǒng)500的控制。對(duì)于轉(zhuǎn)向電路502，在優(yōu)先控制閥508后配備了第一壓力傳感器P1，在液壓轉(zhuǎn)向單元506后配備了第二壓力傳感器P2，在換向閥514后配備了第三壓力傳感器P3。位置傳感器X1，如LVDT傳感器，也配備在主級(jí)閥510上。對(duì)于作業(yè)電路520，在負(fù)荷作業(yè)電路524上游配備了第四壓力傳感器P4，在主級(jí)閥526后配備了第五壓力傳感器P5。位置傳感器X2，如LVDT傳感器，也配備在主級(jí)閥526上。

液壓系統(tǒng)500還包括電子控制器550。該電子控制器包含非瞬態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)552，處理器554，以及存于非瞬態(tài)存儲(chǔ)介質(zhì)上、由處理器可執(zhí)行的一個(gè)或多個(gè)控制算法556。該電子控制器也可配置為與一個(gè)監(jiān)督控制器和/或汽車操作系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)內(nèi)的控制器通信連接，在本發(fā)明的其他部分中被稱為“ELK”控制器或節(jié)點(diǎn)。為了提供泵504，522的最佳控制，前面提及的傳感器P1-P4和X1-X2可與控制器550通信連接，給閥512和528電磁輸出控制信號(hào)，給泵504和522輸出信號(hào)。在一個(gè)實(shí)施例中，控制器的控制算法可配置為：允許電子控制器在非分享模式(泵504，522分別獨(dú)立為電路502，520提供服務(wù))和分享模式(泵504為作業(yè)電路520供應(yīng)附加流體能量)之間操作液壓系統(tǒng)。

故障檢測(cè)

為了保證液壓系統(tǒng)500充分運(yùn)行，電子控制器550可配置為連續(xù)地或定期地監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)故障情況。當(dāng)傳感器給控制器550傳送的信號(hào)不準(zhǔn)確，不是實(shí)際操作情況的反映，和/或顯示系統(tǒng)未達(dá)到理想運(yùn)行水平，則有故障發(fā)生。常見的傳感器故障類型有：噪音，在高端超值域，在低端超值域，位置不動(dòng)，補(bǔ)償追蹤高，補(bǔ)償追蹤低(見圖8-11)。這些故障類型對(duì)于壓力和位置傳感器都適用。檢測(cè)上述故障的一個(gè)方法是，在控制器內(nèi)定義觸發(fā)故障信號(hào)的條件。有許多此類可定義的條件可用于故障檢測(cè)。

下文定義了15個(gè)典型條件，構(gòu)成一份非排他性的、典型的潛在條件列表，可供控制器550用于故障檢測(cè)。

當(dāng)閥526的理想位置(X_des)與自傳感器X2接收到的信號(hào)之間的絕對(duì)差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大錯(cuò)誤值，則第一故障條件C1可被檢出。例如，最大錯(cuò)誤值為50微米，時(shí)間為0.5秒，如果(abs(X_des-X2))＞50時(shí)間超過0.5秒,則故障被檢出。

當(dāng)閥526基于傳感器X2信號(hào)(VEL_1)得出的計(jì)算速度與閥526基于送達(dá)閥528的PWM輸出信號(hào)(VEL_2)得出的計(jì)算速度之間的絕對(duì)差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大值，則第二故障條件C2被檢出。例如，最大錯(cuò)誤值為____，時(shí)間為0.5秒，如果(abs(VEL_1-VEL_2))＞____時(shí)間超過0.5秒,則故障被檢出。

當(dāng)P4壓力減去P5壓力減去壓力余量的絕對(duì)值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大錯(cuò)誤值，則第三故障條件C2被檢出。例如，壓力余量為15巴，最大錯(cuò)誤值為3巴，如果(abs絕對(duì)值(P4-P5-15))＞3時(shí)間超過0.5秒,則故障被檢出。

當(dāng)P4壓力小于P5壓力時(shí),第四故障條件C4被檢出。例如，如果P4＞P5任意時(shí)間量，則故障被檢出。

當(dāng)理想壓力(P_des)與P4壓力之間的絕對(duì)差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大錯(cuò)誤值,則第五故障條件C5被檢出。例如，如果最大錯(cuò)誤值為3巴，時(shí)間為0.5秒，如果絕對(duì)值(P_des-P4)＞3時(shí)間超過0.5秒,則故障被檢出。

當(dāng)閥510的設(shè)計(jì)位置(X_des)與自傳感器X1接收到的信號(hào)之間的絕對(duì)差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大錯(cuò)誤值,則第六故障條件C6被檢出。例如，最大錯(cuò)誤值為50微米，時(shí)間為0.6秒，如果(abs(X_des-X1))＞50時(shí)間超過0.6秒,則故障被檢出。

當(dāng)閥510基于傳感器X1信號(hào)(VEL_1)得出的計(jì)算速度與閥510基于送達(dá)閥512的PWM輸出信號(hào)(VEL_2)得出的計(jì)算速度之間的絕對(duì)差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大值，則第七故障條件C7被檢出。例如，最大錯(cuò)誤值為____，時(shí)間為0.5秒，如果abs(VEL_1-VEL_2)＞____時(shí)間超過0.5秒,故障被檢出。

當(dāng)P3壓力小于P2壓力(P3>P2)時(shí),第八故障條件C8被檢出。例如，如果P3＞P2任意時(shí)間，故障被檢出。

當(dāng)P3壓力與P2壓力和壓力余量的和之間的差值在一定時(shí)間內(nèi)超出了最大錯(cuò)誤值，則第九故障條件C9被檢出。例如，壓力余量為8巴，最大錯(cuò)誤值為2巴，時(shí)間為0.5秒，如果(P3-P2+8)＞＝2時(shí)間超過0.5秒,故障被檢出。

當(dāng)壓力P3加上壓力余量在一定時(shí)間內(nèi)小于或等于壓力P1,則第十故障條件C10被檢出。例如，壓力余量為15巴，時(shí)間為0.2秒，當(dāng)(P3+15)＜＝P1時(shí)間超過0.2秒，故障被檢出。

當(dāng)壓力P3加上壓力余量減去壓力P1的絕對(duì)值在一定時(shí)間內(nèi)大于最大錯(cuò)誤值，則第十一故障條件C11被檢出。例如，壓力余量為15巴，最大錯(cuò)誤值為5巴，時(shí)間為0.2秒，當(dāng)(abs(P3+15-P1))＜＝5時(shí)間超過0.2秒時(shí)，故障被檢出。

當(dāng)壓力P1減去壓力P2減去壓力余量在一定時(shí)間內(nèi)小于0,則第十二故障條件C12被檢出。例如，壓力余量為15巴，時(shí)間為0.2秒，當(dāng)(P1-P2-15)＜0時(shí)間超過0.2秒時(shí)，故障被檢出。

當(dāng)壓力P1大于最大壓力值或小于最小壓力值，表明壓力信號(hào)超出值域，則第十三故障條件C13被檢出。例如，最大壓力值為300巴，最小壓力值為0巴，當(dāng)P1＞300或者P1＜0時(shí)，故障被檢出。

當(dāng)壓力P2大于最大壓力值或小于最小壓力值，表明壓力信號(hào)超出值域，則第十四故障條件C14被檢出。例如，最大壓力值為300巴，最小壓力值為0巴，當(dāng)P2＞300或者P2＜0時(shí)，故障被檢出。

當(dāng)壓力P3大于最大壓力值或小于最小壓力值，表明壓力信號(hào)超出值域，則第十五故障條件C15被檢出。例如，最大壓力值為300巴，最小壓力值為0巴，當(dāng)P3＞300或者P3＜0時(shí)，故障被檢出。

如上所述，可以為液壓系統(tǒng)500定義任意數(shù)量的故障條件。此外，故障條件可以存入控制器550的表格或矩陣560，如圖25所示。表格560的詳細(xì)示例見圖26。此圖可被控制器550引用，以便故障條件被檢出時(shí)可以生成適當(dāng)?shù)墓收蠗l件編碼。

故障隔離

一旦故障條件被檢出并生成故障編碼，引起該故障的傳感器可在配備液壓系統(tǒng)500的車輛的正常操作期間被隔離，而操作不會(huì)中斷。如果只有一個(gè)傳感器與特定的故障條件編碼相關(guān)，而該特定故障條件是故障顯示出來的唯一一個(gè)條件，那么負(fù)責(zé)的傳感器就非常明顯。例如，只有故障條件C13，C14或C15被檢出，則可以確定故障可以分別隔離到傳感器P1，P2或P3。不過，如果故障條件涉及多個(gè)傳感器和/或多個(gè)故障條件被檢出，故障隔離會(huì)變得更為復(fù)雜。此外，單個(gè)傳感器的某些故障類型可能觸發(fā)多個(gè)故障條件。

如圖25，初級(jí)故障隔離矩陣562、564予以展示。這些矩陣將傳感器故障(如關(guān)于P1-P5，X1-X2的故障)與定義的故障條件編碼(如C1-C15)相關(guān)聯(lián)。矩陣562、564的詳細(xì)示例分別參見圖26、27。對(duì)每個(gè)傳感器故障，如噪音、在高端超值域、在低端超值域、位置不動(dòng)、補(bǔ)償追蹤高以及補(bǔ)償追蹤低，都給予了展示。使用兩種不同的初級(jí)矩陣，是因?yàn)橄到y(tǒng)，依照配置，能夠在非流量分享模式(矩陣562)和流量分享模式(矩陣564)運(yùn)行，這會(huì)改變傳感器之間的關(guān)系。因此，控制器550會(huì)根據(jù)液壓系統(tǒng)500的現(xiàn)有運(yùn)行模式來參考適當(dāng)?shù)木仃?。?yīng)注意，視系統(tǒng)與子系統(tǒng)彼此互動(dòng)的數(shù)量，可決定使用更少或更多的初級(jí)故障隔離矩陣，本發(fā)明不僅限于使用兩種矩陣。

當(dāng)故障條件被檢出時(shí)，使用初級(jí)矩陣可以識(shí)別特定故障。例如，如前述，若只有C13被檢出，則矩陣顯示傳感器P1為故障負(fù)責(zé)。利用傳感器級(jí)別故障檢測(cè)(參見本發(fā)明其他部分)結(jié)合矩陣識(shí)別的故障條件，可針對(duì)故障性質(zhì)做出進(jìn)一步?jīng)Q定。

然而，其他案例會(huì)需要更為精確的分析。例如，若系統(tǒng)處于非流量分享運(yùn)行模式，C11或C12被檢出，那么可以看出，該故障可能會(huì)是與轉(zhuǎn)向電路關(guān)聯(lián)的四個(gè)傳感器P1、P2、P3或X1中的任意一個(gè)所引起。若多個(gè)故障條件同時(shí)被檢出，則分析會(huì)更為復(fù)雜。因此，初級(jí)故障隔離矩陣可能無法隔離某些故障，這就要看故障條件是如何定義的。如果這種情況存在，就需要進(jìn)一步的解析。

如圖25所示，次級(jí)故障隔離矩陣566、568分別用于非流量分享和流量分享模式。矩陣566的詳細(xì)示例見圖29，矩陣568的詳細(xì)示例見圖30。次級(jí)故障隔離矩陣用來隔離：初級(jí)矩陣經(jīng)過將故障條件編碼(如C1-C15)與檢出的不同形式故障條件相關(guān)聯(lián)而無法隔離的故障。在所示的實(shí)施例中，包括了13個(gè)不同故障形式的情景。不過，應(yīng)當(dāng)更多或更少的情可以被包括在內(nèi)，以涵蓋更少或更多的潛在故障形式。

通過在各種已知故障條件下操作系統(tǒng)，或者通過建模，某些故障條件形式可以與特定的傳感器故障相關(guān)聯(lián)。例如，參見圖29，情景2所反映的狀態(tài)是，C8，C9，C11，C12和C14被檢出，關(guān)聯(lián)到傳感器P2的故障條件。相應(yīng)地，初級(jí)隔離矩陣不能確定的故障隔離可以使用矩陣566、568來進(jìn)行隔離，條件是矩陣要包括與檢出故障條件同樣的形式。應(yīng)注意，矩陣566、568不包括可用初級(jí)矩陣564、565隔離的故障情景。

若使用上述方案無法隔離故障，則會(huì)執(zhí)行離線故障隔離過程。對(duì)于液壓系統(tǒng)(包括圖24所示液壓系統(tǒng)100)離線故障隔離過程的詳述在本發(fā)明的另外部分給出。因此，液壓系統(tǒng)100的故障檢測(cè)和重新配置與本部分所述的實(shí)時(shí)隔離方案或者其他部分所述的離線隔離方案協(xié)調(diào)執(zhí)行。而且，首先采用實(shí)時(shí)隔離方案，若發(fā)現(xiàn)不可行，再使用離線方案。此外，一個(gè)基于殘值的隔離方案(見圖22和23)也可協(xié)調(diào)或替代上述故障隔離矩陣運(yùn)用。

重新配置

一旦故障被檢出和隔離，則可對(duì)液壓系統(tǒng)500的控制器550存儲(chǔ)的標(biāo)稱控制算法進(jìn)行重新配置，以便減輕故障傳感器的不利影響。在一個(gè)實(shí)施例中，使用解析冗余(本發(fā)明的其他部分有詳述)為故障傳感器創(chuàng)建虛擬信號(hào)，然后將其在控制器550的現(xiàn)有標(biāo)稱控制算法中用作替代值。在一個(gè)實(shí)施例中，標(biāo)稱控制算法被重新配置的控制算法替換，不依賴與故障傳感器相關(guān)的數(shù)值。

在一個(gè)實(shí)施例中，如圖31所示，第一標(biāo)稱控制算法570存入控制器550，用于控制轉(zhuǎn)向電路。當(dāng)與轉(zhuǎn)向電路502相關(guān)的傳感器無故障檢出時(shí)，則算法570被使用。下文描述了基于各種故障條件對(duì)標(biāo)稱控制算法可能進(jìn)行的重新配置。

圖31展示了第一重新配置控制算法572。當(dāng)故障條件被檢出，且被隔離到傳感器P2時(shí)，標(biāo)稱轉(zhuǎn)向電路控制算法570會(huì)提供不恰當(dāng)操作，因?yàn)檎`差信號(hào)等式明確依賴傳感器P2的輸入值。于是，可以采用不依賴P2數(shù)值的第一重新配置控制算法572，代替標(biāo)稱控制算法實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向電路控制。這樣，轉(zhuǎn)向電路502在重新配置狀態(tài)運(yùn)行。

當(dāng)故障條件被檢出，且被隔離到傳感器P3時(shí)，標(biāo)稱控制算法570可被第二重新配置控制算法574代替，如圖31。第二重新配置控制算法574不明確依賴傳感器P3數(shù)值，所以當(dāng)傳感器P3出現(xiàn)故障時(shí)，它可為轉(zhuǎn)向電路502提供更好的運(yùn)行效果。

當(dāng)傳感器X1出現(xiàn)故障條件時(shí)，可以采用第三重新配置控制算法576。算法576可用于算法570同樣的控制，只是減緩了反應(yīng)時(shí)間?？商鎿Q地，重新配置算法576將轉(zhuǎn)向電路502置于低待機(jī)模式，降低其功能水平，但能更好地保證轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性和操作性能。當(dāng)傳感器P1出現(xiàn)故障條件時(shí)，不需要進(jìn)行重新配置，標(biāo)稱控制算法570可以繼續(xù)使用。如實(shí)施例所示，對(duì)該傳感器的重新配置是不必要的，因?yàn)樵谒惴?70中來自信號(hào)的輸出不是變量。應(yīng)注意，任意數(shù)量的重新配置控制算法可被置于控制器550中，并且使用哪一種特定的重新配置控制算法要根據(jù)控制器550中定義的一系列變量和條件。

當(dāng)故障檢出并隔離到傳感器P4或X2時(shí)，作業(yè)電路504也可使用重新配置控制算法代替標(biāo)稱控制。圖32展示了標(biāo)稱作業(yè)電路控制算法580。如果故障檢出并隔離到傳感器P5，則可以采用第四重新配置控制算法582，雖然對(duì)于傳感器P5故障來說重新配置不是必要的，但是P4數(shù)值結(jié)合泵余量可用于DP等式中以提供備選P5預(yù)估值。此重新配置方案給出的反應(yīng)時(shí)間接近于正常操作達(dá)到的時(shí)間。

當(dāng)故障檢出并隔離到傳感器X2時(shí)，可以采用第五重新配置控制算法584。算法584包括同樣的Perr計(jì)算，不過，X2數(shù)值可以通過預(yù)估算法得出。在一個(gè)實(shí)施例中，該預(yù)估算法包括離散導(dǎo)數(shù)、流量預(yù)估值、面積預(yù)估值的計(jì)算，以及應(yīng)用流量映射來關(guān)聯(lián)面積和位置。由于預(yù)估計(jì)算將延時(shí)引入了控制系統(tǒng)，可以使用Smith預(yù)估器來加強(qiáng)控制。本領(lǐng)域公知的各種其他預(yù)估算法也可以用于算法584中傳感器X2的預(yù)估。

參考圖33-36，示例性地展示了上述故障檢測(cè)、隔離和重新配置方案的結(jié)果。圖33-36中展示的示圖與傳感器X2故障相關(guān)。圖33顯示正常操作，無故障檢出，控制算法580應(yīng)用。圖34顯示故障發(fā)生在1.25秒，可以看出，算法580仍在位運(yùn)行，控制性能明顯降級(jí)。圖35顯示當(dāng)控制器550檢出并隔離傳感器X2故障時(shí)的增強(qiáng)性能，并且由此切換至控制算法584操作，其中X1通過預(yù)估算法得出。圖36顯示，如果預(yù)估算法含有Smith預(yù)估器，則運(yùn)行性能會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)。

很明顯，與故障發(fā)生時(shí)繼續(xù)同樣模式操作的系統(tǒng)相比較，上述故障檢測(cè)、隔離和重新配置方案可以極大地改善故障狀態(tài)時(shí)的運(yùn)行性能。此外，該方案提供的實(shí)時(shí)解決辦法使得車輛操作過程中的任意工序都不會(huì)被打斷。還應(yīng)注意，對(duì)同一傳感器故障可定義不同的重新配置算法，且用于不同的操作模式，例如流量分享和非流量分享模式。