DE69728756T2

DE69728756T2 - Steuerungsschaltung für solenoid und verfahren zur bestimmung des betriebszustandes

Info

Publication number: DE69728756T2
Application number: DE69728756T
Authority: DE
Inventors: Paul Moraghan; E. Roy HUNNINGHAUS
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1997-09-23
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: WO1998024106A1; EP0882303B1; EP0882303A4; US5784245A; JP2001506802A; ES2219777T3; EP0882303A1; DE69728756D1

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft eine das Öffnen und Schließen eines Solenoids steuernde/regelnde Solenoid-Treiberschaltung im Allgemeinen und im Besonderen Solenoidtreiber, die eine fortschrittliche Schaltungsanordnung und Programmierlogik zum Bestimmen der Betriebsaspekte des Solenoids enthalten.
Hintergrund der Erfindung
Solenoide finden in einem großen Bereich maschineller Anlagen einschließlich Automobilen vielfache Verwendung. Solenoide werden häufig in Kraftstoffeinspritzsystemen, elektronischen Getrieben, automatischen Bremssystemen für Kraftfahrzeuge und dergleichen verwendet. Gemeinhin enthalten Solenoide einen von einer Wicklung bzw. Spule umgebenen Anker, so dass bei Erregung der Spule der Anker in die Spu le hineingezogen wird. Alle derartigen Solenoide verwenden zum Erregen der Spule des Solenoids und zum Steuern/Regeln der Stellung des Ankers einen Solenoidtreiber.
In fortschrittlichen Kraftfahrzeugsystemen profitieren elektronische Steuerungs-/Regelungs-Systeme in dem Automobil von Informationen die die genaue Stellung des Ankers innerhalb des Solenoids betreffen. Solenoidtreiber gemäß dem Stand der Technik sind zur Erregung der Spule und zum Bewirken der Bewegung des Ankers innerhalb des Solenoids wirkungsvoll. Jedoch macht die Bestimmung der Stellung des Ankers innerhalb der Spule fortschrittliche Solenoidtreiber erforderlich. Ein derartiger fortschrittlicher Solenoidtreiber wird in dem an J. W. Kopec, et al. erteilten und auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung übertragenen U.S. Patent Nr. 5,053,911 offenbart. Der dort offenbarte Solenoidtreiber bestimmt durch indirektes Messen der Induktivität innerhalb der Solenoidspule, wann sich das Solenoid geschlossen hat. Die sich verändernde Induktivität der Spule des Solenoids wird durch Messen des Stroms oder der Spannung durch die Spule indirekt erfasst. Wenn der Anker in die Spule gezogen wird, erhöht sich die Induktivität und der Strom durch die Spule kann überwacht werden, um die Veränderung der Induktivität zu bestimmen. Bei einem Verfahren wird ein Stromimpuls durch die Spule gesendet und die Abklingzeit des Stromimpulses wird festgestellt, um indirekt die Induktivität der Spule zu messen. Ein erfasster Anstieg der Abklingzeit zeigt eine Erhöhung der Spuleninduktivität an, was ein Hinweis dafür ist, dass sich das Solenoid schließt.
Obwohl die Verfahren gemäß dem Stand der Technik wirkungsvoll sind um festzustellen, ob sich das Solenoid ge schlossen hat oder nicht, kann das Schließen nur festgestellt werden, wenn der Solenoidstrom hochgefahren wird. Dementsprechend sind Informationen nur während einem "Leistung EIN"-Betriebszustand verfügbar.
Weil der Automobilindustrie schärfere Umweltschutzanforderungen auferlegt werden, werden umfassendere Überwachungs- und Feedback-Systeme benötigt, um die behördlichen Umweltschutzbestimmungen zu erfüllen. Beispielsweise erfordern die behördlichen Bestimmungen für die Onboard-Diagnose (OBD-II) ein Überwachen elektronischer Automatikgetriebe-Solenoide. Die Steuerungs-/Regelungselektronik muss in der Lage sein, sowohl die Bewegung des Ankers als auch den Durchgang zu verifizieren. Zur Erfüllung dieser Anforderungen sind fortschrittliche Solenoidtreiber erforderlich, um System-Mikro-Controller in einem Automobil umfassendere Informationen zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann ein Echtzeit-Feedback von Informationen bezüglich der offenen oder geschlossenen Stellung von Solenoiden und des elektrischen Durchgangs zum Einstellen des Motorbetriebs verwendet werden, um die Verschmutzung des Motorabgases zu minimieren. Dementsprechend ist eine weitere Entwicklung von Überwachungsverfahren und -schaltungskonstruktion für Solenoidtreiber erforderlich, um eine verbesserte Überwachung des Solenoid-Betriebszustandes zu erzielen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein schematisches Schaltbild eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ausgelegten Solenoidtreibers;
2 ist eine grafische Darstellung von Wellenformen, die den Betrieb des in 1 veranschaulichten Solenoidtreibers beschreiben;
3 und 4 sind grafische Darstellungen des Stroms über der Zeit für ein entregtes Solenoid bzw. ein erregtes Solenoid;
5A, 5B und 5C sind Flussdiagramme, die die durch den Solenoidtreiber zum Bestimmen des Ankerzustandes verwendete Programmierung veranschaulichen; und
6 ist ein schematisches Schaltbild einer an einen Controller gekoppelten und gemäß der Erfindung ausgelegten Zählerschaltung;
7 ist ein schematisches Schaltbild eines gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ausgelegten Solenoidtreibers.
Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Solenoidtreiber und ein Betriebsverfahren zum Bestimmen des Betriebszustandes des Solenoids und der Stellung eines Ankers innerhalb der Solenoidspule. Der Solenoidtreiber bestimmt die Stellung des Ankers und verifiziert den Durchgang durch Erzeugen von zwei Stromimpulsen durch die Solenoidspule. Der erste Stromimpuls liegt unterhalb des "Einzieh"-Stroms des Ankers. Wie hierin verwendet, ist der Einziehstrom der Strompegel, der erforderlich ist, um den Anker in die Spule zu ziehen. Der Strompegel des ersten Stromimpulses ist nicht ausreichend, um den Anker in die Spule hineinzuziehen. Der zweite Stromimpuls wird durch kurzzeitiges Abstellen des elektrischen Stroms an die Solenoidspule und Messen der Abklingzeit des Stroms auf einem oberhalb des Auslassstroms gelegenen Pegel erzeugt. Der zweite Stromimpuls wird an einem Strompegel initiiert, der zum Halten des Ankers innerhalb der Solenoidspule ausreichend ist.
Die zwei durch die Schaltanordnung innerhalb des Solenoidtreibers errechneten Abklingzeiten werden mit in einem Speicher gespeicherten Referenzwerten verglichen. Zusätzlich dazu kann das Verhältnis der Abklingzeiten berechnet und mit einem in dem Speicher gespeicherten Wert verglichen werden. Durch Vergleichen der gemessenen Werte mit den gespeicherten Werten kann der offene oder geschlossene Zustand des Solenoids bestimmt werden. Außerdem können durch Vergleichen der gemessenen Abklingzeiten und des Abklingzeitverhältnisses mit in dem Speicher gespeicherten Werten, die für einen ordnungsgemäßen Solenoidbetrieb bezeichnend sind, Fehler innerhalb des Solenoids ermittelt werden. Der Solenoidtreiber der Erfindung ist fähig, die Stellung des Ankers zu ermitteln, während sich das Solenoid sowohl in einem erregten als auch in einem entregten Zustand befindet. Des Weiteren ist die vorliegende Erfindung unempfindlich gegen Schwankungen der Batteriespannung und Rauschen in den Batterieversorgungs- und Masse-Leitungen.
1 veranschaulicht eine Prinzipskizze eines gemäß einer Ausführungsform der Erfindung angeordneten Solenoidtreibers 10. Ein typisches Solenoid 12 ist an einen Schalttransistor 14 und eine Rückführungsdiode 16 gekoppelt. Das andere Ende des Solenoids 12 ist an einen Stromsensor 18 gekoppelt. Der Stromsensor 18 kann, wie gezeigt, ein mit Masse verbundener Widerstand oder ein fortschrittlicheres Bauteil, wie ein Magnettransformator und dergleichen, sein. Der Schalttransistor 14 kann geschlossen wer den, um das Solenoid 12 an eine Gleichspannungsquelle, in 1 als V_Bat bezeichnet, zu koppeln. Im Fall eines Feldeffekttransistors mit Metall-Oxid-Halbleiteraufbau (MOSFET) wird die Source des Schalttransistors 14 durch den Stromsensor 18 an Masse gekoppelt. Folglich wird, wenn der Schalttransistor 14 eingeschaltet wird, durch die Spule des Solenoids 12 hindurch ein geschlossener Schaltungsweg zum Schließen des Solenoids 12 eingerichtet. Fachleuten in der Technik wird klar sein, dass andere Typen von Geräten bzw. Vorrichtungen verwendet werden können, um Strom zu dem Solenoid 12 zu schalten, zum Beispiel können ein Bipolartransistor, eine Magnetschalter-Schaltung und dergleichen ebenfalls verwendet werden.
In der in 1 veranschaulichten Ausführungsform wird der Strom durch das Solenoid 12 als eine durch den Stromsensor 18 an dem Knoten 20 entwickelte Spannung erfasst. Die an dem Knoten 20 entwickelte Spannung wird an eine Komparatorschaltung 22 gekoppelt. Fachleuten ist klar, dass ein ein Strompegel an dem Knoten 20 auch durch das Einfügen einer Stromverhältnisse schaffenden Schaltung (nicht gezeigt) erfasst werden kann.
Die Komparatorschaltung 22 enthält einen ersten Komparator 24 und einen zweiten Komparator 26. Der erste und der zweite Komparator 24 bzw. 26 teilen sich einen gemeinsamen Eingang, der durch einen gemeinsamen Knoten 28 an den Knoten 20 des Stromsensors 18 gekoppelt ist. Der erste Komparator 24 weist einen an eine erste Referenzschaltung 30 gekoppelten zweiten Eingang auf. Der zweite Komparator 26 weist einen an eine zweite Referenzschaltung 32 gekoppelten zweiten Eingang auf. Die Komparatorschaltung 22 gibt logische Zustandssignale an eine Zählerschaltung 34 aus. Die Zählerschaltung 34 gibt über einen Timingbus 38 an einen Controller 36 Zeitsignale aus und empfängt von dem Controller 36 über einen Steuerungsbus 40 Steuerungssignale. Der Controller 36 gibt über eine Steuerungsleitung 42 "Leistung EIN"- und "Leistung AUS"-Befehle an den Schalter 14 aus. Der Controller 36 gibt ferner auf den Leitungen 33 und 35 Referenzspannungsbefehle in Form von Referenzwerten an die erste und die zweite Referenzschaltung 30 bzw. 32 aus, und er gibt auf der Leitung 37 einen Initialisierungseinstellbefehl an die Zählerschaltung 34 aus. Der Controller 36 empfängt Befehlsanweisungen und gibt über einen Kommunikationsbus 44 Ankerzustandsinformationen aus.
Fachleuten wird klar sein, dass die Referenzschaltungen 30 und 32 entweder Spannungsreferenzen oder Stromreferenzen sein können. In einer bevorzugten Ausführungsform können die Referenzwerte von der ersten und der zweiten Referenzschaltung 30 bzw. 32 durch einen Befehl von dem Controller 36 festgelegt werden. Im Fall von Spannungsreferenzen können Spannungsteilerschaltungen verwendet werden, die durch die Steuerung/Regelung 36 individuell auswählbar sind.
Nun wird durch Bezugnahme auf die in 2 gezeigten Wellenformsignale der Betrieb des Solenoidtreibers 10 veranschaulicht. Der Controller 36 spricht auf Befehlssignale an, die von einem externen Mikro-Controller (nicht gezeigt) über den Kommunikationsbus 44 empfangen wurden. In Abhängigkeit von einem Befehl von dem Mikro-Controller zur Bestimmung des Ankerzustandes, initiiert der Controller 36 eine Testfolge zum Bestimmen des Ankerzustandes. Zu einem Zeitpunkt wenn sich der Anker vollständig außerhalb des Solenoidkerns befindet, wird ein AUS-Zustandstest initiiert, wie durch den Schalterzustand 46 in 2 gezeigt. Zu dem Zeitpunkt, wo ein AUS-Zustandstest initiiert wird, wird durch das Solenoid 12 ein Stromimpuls erzeugt, wie durch den Solenoid-Strompegel 48 angezeigt. Der Schalttransistor 14 wird geschlossen, und dem Solenoidstrom wird ermöglicht, bis zu einem Pegel I₂ anzuwachsen. Die Strompegelinformationen werden durch den ersten Komparator 24 der Komparatorschaltung 22 an den Controller 36 zurückgemeldet. Sobald der Strompegel I₂ erlangt ist, öffnet der Controller 36 den Schalttransistor 14 und der Solenoidstrom beginnt abzuklingen, wie durch den Solenoid-Strompegel 48 veranschaulicht. Wenn der Solenoid-Strompegel auf einen Referenzstrom I₁ abklingt, wie durch den zweiten Komparator 26 festgestellt, wird durch die Zählerschaltung 34 eine Abklingzeit t₁ bestimmt und an den Controller 36 zum Speichern in einem Speicherregister R1 in dem Controller 36 weitergeleitet.
Es ist wichtig anzumerken, dass die Abklingzeit t₁ gemessen wird, während sich der Anker vollständig außerhalb der Spule befindet, wie durch den Ankerzustand 50 angezeigt. Solenoidtreibern gemäß dem Stand der Technik fehlt die Fähigkeit, den Zustand eines Solenoids in dem entregten Zustand zu ermitteln. Dieser Schritt ist wichtig beim Versorgen der in Automobilsystemen verwendeten System-Mikro-Controller, wie einem elektronischen Getriebe und dergleichen, mit nützlichen Informationen.
Sobald die Abklingzeit t₁ bestimmt ist, wird der Solenoidstrom auf einen über dem Einziehstrom liegenden Pegel erhöht. An diesem Strompegel wird das Solenoid 12 erregt und der Anker wird in die Solenoidspule gezogen, wie durch den Ankerzustand 50 angezeigt. Sobald sich der Anker vollständig innerhalb der Spule befindet, wird durch den Cont roller 36 ein EIN-Zustandstest initiiert. Wie durch den Schalterzustand 46 in 2 gezeigt, wird der Schalttransistor 14 geöffnet und der Solenoidstrom beginnt abzuklingen. Die Zählerschaltung beginnt zu zählen, wenn der Solenoidstrom einen oberen Referenzpegel I₄ erreicht hat, wie durch den ersten Komparator 24 bestimmt. Dem Solenoidstrom wird gestattet, auf einen unteren Referenzpegel I₃ abzuklingen, wie durch den zweiten Komparator 26 bestimmt. Dann gibt die Zählerschaltung 34 eine zweite Abklingzeit t₂ über den Timerbus 38 an den Controller 36 zum Speichern in einem Speicherregister R2 in dem Controller 36 aus. Es ist wichtig anzumerken, dass der untere Stromreferenzpegel I₃ über dem Auslassstrom des Ankers innerhalb des Solenoids 12 liegt. Dementsprechend wird die zweite Abklingzeit t₂ bestimmt, während der Anker innerhalb der Solenoidspule gehalten wird, wie durch den Ankerstellungsanzeiger in 2 gezeigt.
Sobald die erste Abklingzeit t₁ und die zweite Abklingzeit t₂ bestimmt worden sind, werden diese Werte, wie früher beschrieben, durch die Zählerschaltung 34 an den Controller 36 ausgegeben. Der Controller 36 vergleicht dann die für ein ordnungsgemäß funktionierendes Solenoid normale Abklingzeit mit der durch den Solenoidtreiber 10 bestimmten tatsächlichen Abklingzeit.
3 und 4 zeigen einen grafischen Vergleich von normalen Solenoidstrommustern mit Abklingstrommustern von einem fehlerhaften Solenoid. Speziell 3 veranschaulicht eine grafische Darstellung von Strom im Verhältnis zu Zeit sowohl für ein normales Solenoid als auch für ein nicht ordnungsgemäß funktionierendes, einen Fehler aufweisendes Solenoid. Wie gezeigt ergibt die Abklingzeit zwi schen dem Strompegel I₂ und dem Strompegel I₁ für einen normalen Zustand eine Abklingzeit t_n, während eine Abklingzeit zwischen dem Strompegel I₂ und dem Strompegel I₁ für ein fehlerhaftes Solenoid t_f beträgt.
4 ist eine grafische Darstellung von Solenoidstrom im Verhältnis zu Zeit für ein erregtes Solenoid, in dem der Strompegel über dem zum Halten des Ankers innerhalb der Solenoidspule notwendigen liegt. Wie in 2 gezeigt, wird das Abklingen des Solenoidstroms durch kurzzeitiges Öffnen des Schalttransistors 14 zu einem Zeitpunkt initiiert, wenn sich der Anker vollständig innerhalb der Solenoidspule befindet. Angezeigt werden die EIN-Zustandsstrom-Abklingmuster für ein normales und ein fehlerhaftes Solenoid, wobei die Abklingzeit zwischen dem Strompegel I₄ und dem Strompegel I₃ für ein normal funktionierendes Solenoid t_n und für ein fehlerhaftes Solenoid t_f beträgt.
Durch Vergleichen der in den 3 und 4 gezeigten Strommuster wird offensichtlich, dass die Abklingzeit für ein fehlerhaftes Solenoid in einem entregten Zustand größer ist als für ein normal funktionierendes Solenoid. Im erregten Zustand ist die Abklingzeit für ein fehlerhaftes Solenoid wesentlich geringer als die eines normal funktionierenden Solenoids. Der Controller 36 vergleicht die gemessenen Abklingzeiten mit gespeicherten Werten für normal funktionierende Solenoids, wie in 3 und 4 angezeigt, um den Betriebszustand des Solenoids 12 zu bestimmen. Zusätzlich zu dem Vergleich mit Absolutwerten für normale Abklingzeiten können die gemessenen Abklingzeiten auch zueinander ins Verhältnis gebracht und mit Verhältnissen normaler Abklingzeiten verglichen werden, um weitere Informatio nen bezüglich des Betriebszustandes des Solenoids 12 zu liefern.
5A, 5B und 5C veranschaulichen ein Flussdiagramm der durch den Controller 36 zum Bestimmen des Betriebszustandes des Solenoids 12 ausgeführten Programmlogik. 5A zeigt die Befehlssteuerungsfolge zum Initiieren eines Ankerzustandstests. Bei Empfang einer entsprechenden Steuerungsunterbrechung wird das in 5A gezeigte Programm ausgeführt. Im Anschluss an die Unterbrechung wird der Befehl 52 zum Ausschalten des Schalttransistors 12 ausgeführt. Dann tritt die Programmlogik bei Schritt 54 in einen Wartezustand ein, bis sie durch einen Befehl 56 von dem externen Mikro-Controller über den Kommunikationsbus 44 angeregt wird. Dann schaltet das Programm entweder das Solenoid 12 durch Ausführen der Befehlsschritte 58, 60 und 62 ein oder hält durch Ausführen der AUS-Befehlsschritte 64, 66 und 68 das Solenoid 12 in einem AUS-Zustand. Normale Betriebswerte für die Abklingzeiten t₁, t₂ und das Verhältnis der Abklingzeiten t_ratio werden durch den Befehlsschritt 70 in die Speicherregister Ra, Rb und Rc in den Controller 36 geschrieben. Abhängig davon, ob ein AUS-Zustandstest oder ein EIN-Zustandstest auszuführen ist, initiiert der Mikro-Controller entweder den AUS-Zustandsbefehl 72 oder den EIN-Zustandsbefehl 74.
In 5B werden sowohl die AUS-Zustands- als auch die EIN-Zustands-Programmfolge gezeigt. Während dem bei Schritt 72 beginnenden AUS-Zustandstest wird an einem Pegel, der unter dem zum Ziehen des Ankers in die Spule notwendigen liegt, ein Stromimpuls durch die Stromspule des Solenoids 12 gesendet. Bei dem Befehl 76 wird zusätzlich zum Initialisieren der Register innerhalb der Zählerschal tung 34 das Speicherregister R1 gelöscht. Dann wird der Schalttransistor 14 durch den Befehl 78 eingeschaltet, und der Befehl 80 wird ausgeführt, wenn der Solenoidstrom den Referenzpegel I₂ erreicht hat. Wenn der Strompegel I₂ erreicht ist, wird der Schalttransistor 14 durch den Befehl 82 geöffnet und in der Zählerschaltung 34 wird durch den Befehl 84 ein Timer gestartet. Der Befehlsschritt 86 wird ausgeführt, wenn der Solenoidstrom auf den Referenzpegel I₁ abgeklungen ist, und durch den Befehlsschritt 88 wird der Timer gestoppt und der Wert wird in dem Register R1 gespeichert. Die Programmsteuerung wird dann durch den Befehlsschritt 90 auf einen Komparator in dem Controller 36 übertragen.
Die Programmfolge für einen EIN-Zustandstest von dem Befehlsschritt 74 schreitet in einer zu dem AUS-Zustandstest analogen Weise weiter. Das Register R2 wird gelöscht, und durch den Befehlsschritt 92 werden Steuerungssignale an den Controller 34 gesendet. Dann wird durch den Befehlsschritt 94 der Schalttransistor 14 geöffnet und der Befehl 96 wird ausgeführt, wenn der Solenoidstrom auf den Referenzpegel I₄ abklingt. Der Zähler 34 wird durch den Befehlsschritt 98 initiiert, um zum Bestimmen einer zweiten Abklingzeit mit dem Akkumulieren von Zeit zu beginnen. Der Befehlsschritt 100 wird ausgeführt, wenn der Solenoidstrom auf den Strompegel I₃ abgeklungen ist, und durch den Befehlsschritt 102 wird der Zähler gestoppt und ein Wert wird in dem Register R2 gespeichert. Durch den Befehlsschritt 104 wird der Schalttransistor 14 eingeschaltet, und durch den Befehlsschritt 106 wird die Programmsteuerung auf einen Komparator in dem Controller 36 übertragen.
Die Programmablaufsteuerung zum Vergleich gemessener Abklingzeitwerte mit gespeicherten Werten zum Bestimmen eines Fehlerzustandes innerhalb des Solenoids 12 wird durch das in 5C gezeigte Flussdiagramm beschrieben. Das Vergleichstesten wird bei dem Befehlsschritt 108 initiiert, wobei entweder Absolutwerte verglichen werden oder ein Verhältnis von Abklingzeiten mit gespeicherten Werten verglichen wird. In einem bevorzugten Betriebsverfahren werden sowohl ein Absolutvergleichsverfahren von dem Befehl 110 als auch ein Verhältnisvergleichsverfahren von dem Befehlsschritt 112 ausgeführt. Das Absolutvergleichsverfahren wird durch den Befehlsschritt 114 initiiert, der bei dem Befehlsschritt 116 eine EIN-Zustands-Fehlermeldung erzeugt, wenn der in dem Register R1 gespeicherte erste Abklingzeitwert nicht gleich dem in dem Register Ra gespeicherten Referenzabklingzeitwert ist. Falls die gemessene AUS-Zustands-Abklingzeit gleich dem Referenzwert ist, wird durch den Befehlsschritt 118 eine AUS-Zustands-Normalmeldung erzeugt. Es ist wichtig anzumerken, dass die Gleichheit nicht exakt sein muss, und typischerweise wird der Test unter Verwendung eines vorbestimmten Bereichs um den in dem Register Ra gespeicherten Wert ausgeführt. Wenn zum Beispiel der Wert in R1 innerhalb des vorbestimmten Bereichs um Ra liegt, werden die Werte als äquivalent angenommen.
Ungeachtet dessen, ob ein AUS-Zustandsfehler ermittelt worden ist, wird der Befehlsschritt 120 ausgeführt, um das Vorhandensein eines EIN-Zustandsfehlers festzustellen. Falls der in dem Register R2 gespeicherte zweite gemessene Abklingzeitwert nicht gleich dem in dem Register Rb gespeicherten Referenzwert ist, erzeugt der Befehlsschritt 122 eine AUS-Zustands-Fehlermeldung. Falls die gemessene Abklingzeit gleich der Referenzabklingzeit ist, wird durch den Befehlsschritt 124 eine EIN-Zustands-Normalmeldung erzeugt. In jedem Fall kehrt die Programmsteuerung zu dem in 5A gezeigten Wartezustand 54 zurück. Wie vorstehend für den R1-Ra Vergleich beschrieben, wird hier wiederum der Test unter Verwendung eines vorbestimmten Bereichs um den Rb-Wert ausgeführt.
In dem Befehlsschritt 112 wird ein Verhältnistestvergleich initiiert. Das Verhältnis der in dem Register R2 gespeicherten EIN-Zustands-Abklingzeit und der in dem Register R1 gespeicherten AUS-Zustands-Abklingzeit wird errechnet. Falls das Verhältnis der gemessenen Abklingzeiten nicht gleich (oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs) dem gespeicherten Wert ist, erzeugt der Befehlsschritt 128 eine EIN-Zustands-Fehlermeldung. Falls das Verhältnis der Abklingzeitwerte gleich (oder innerhalb eines vorbestimmten Bereichs) dem gespeicherten Wert ist, wird durch den Befehlsschritt 130 eine normale EIN-Zustandsmeldung erzeugt. In jedem Fall kehrt die Programmsteuerung zu dem Wartezustand 54 zurück, sobald die Normal- oder Fehler-Mitteilung erzeugt ist.
Die vorhergehende Programmlogik wird in dem Controller 36 ausgeführt, jedoch werden die Befehle 80 und 96 durch den ersten Komparator 24 durchgeführt, und die Befehle 86 und 100 werden durch den zweiten Komparator 26 durchgeführt.
Fachleuten in der Technik wird klar sein, dass viele verschiedene mögliche Konfigurationen für die Zählerschaltung 34 bestehen. In 6 wird ein schematisches Schaltbild einer für die Verwendung in dem Solenoidtreiber 10 ge eigneten Zählerschaltung 51 gezeigt. Zur besseren Beschreibung des Betriebs der Zählerschaltung 51 wird der Controller 36 ebenfalls in 6 gezeigt. Die Zählerschaltung 51 enthält einen ersten JK-Flip-Flop 53 und einen zweiten JK-Flip-Flop 55, die an ein ODER-Gate 57 ausgeben, das wiederum an eine Timerschaltung 59 gekoppelt ist. Vorzugsweise sind der JK-Flip-Flop 53 und der JK-Flip-Flop 55 Standardgeräte, zum Beispiel ein von Motorola, Inc. erhältliches MC14027B, und die Timerschaltung ist ein binäres 14-Bit-Standardgerät, zum Beispiel ein ebenfalls von Motorola, Inc. erhältliches MC14020B.
Nun wird der Betrieb der Zählerschaltung 51 für einen AUS-Zustandstest und die Messung der ersten Abklingzeit t1 beschrieben. In Betrieb wird das Register R1 in dem Controller 36 gelöscht und ein Referenzspannungsbefehl wird auf den Leitungen 33, 35 übertragen, um die Referenzschaltung 30 und die Referenzschaltung 32 anzuweisen, dass ein AUS-Zustandstest durchzuführen ist. Der erste JK-Flip-Flop wird initiiert, um bei dem Knoten A eine logische "1" zu erzeugen, was wiederum den zweiten JK-Flip-Flop zu einer logischen "0" zwingt. Die logischen Zustände an dem Knoten A und dem Knoten B ergeben eine logische "1" Ausgabe aus dem ODER-Gate 57 und erzwingen eine Zurücksetzung der Ausgaben Q1-Q14 auf eine logische "0". Wenn der zurückgesetzte Eingang von dem ODER-Gate 57 eine logische "0" ist, schreitet der Zähler fort und leitet eine Zählung an den Controller 36 weiter. Ein Leistung-EIN- (oder logischer "1") Befehl wird über die Steuerungsleitung 42 an den Schalttransistor 14 (in 1 gezeigt) gesendet. Wenn der Strom in dem Solenoid 12 den Strompegel I₂ erreicht, gibt der erste Komparator 24 (in 1 gezeigt) an dem Knoten C_H eine logische "1" aus, und beim Empfangen der logischen "1" über die Leitung 61 gibt der Controller 36 einen Leistung-AUS- (oder logischen "0" Befehl) an den Schalttransistor 12 aus. Ein exklusives ODER-Gate 63 empfängt den logischen "0" Zustand von dem Knoten C_H und die logische "0" auf der Leitung 33, 35 und gibt eine logische "1" an den ersten JK-Flip-Flop 53 aus.
Der in den ersten JK-Flip-Flop 53 eingegebene Taktübergang setzt die Ausgabe an dem Knoten A auf eine logische "0". Wenn das Zählsignal an dem Knoten C ebenfalls eine logische "0" ist und die Timerschaltung 59 freigegeben wird (verbleibt die Ausgabe des zweiten JK-Flip-Flop 55 bei der logischen "0", bis auf seinem TAKT-Eingang eine ansteigende Flanke besteht).
Wenn der Strom in dem Solenoid 12 auf I₁ abklingt, gibt der zweite Komparator 26 (in 1 gezeigt) an dem Knoten C_L eine logische "1" aus. Die logische "1" an dem Knoten C_L wird über die Leitung 65 zu dem Controller 36 geroutet und alarmiert den Controller 36 zum Speichern der Ausgabe von der Timerschaltung 59 in dem Register R1. Der Logikzustand "1" an dem Knoten C_L setzt die Ausgabe des zweiten JK-Flip-Flop 55 an dem Knoten B auf eine logische "1". Da sich der Knoten A bereits an der logischen "0" befindet, wird eine logische "1" auf dem Knoten C platziert, wenn eine logische "1" auf den Knoten B platziert wird, was die Timerschaltung 59 abschaltet und die Ausgaben Q1-Q14 löscht.
Eine alternative Ausführungsform der Erfindung wird durch das in 7 gezeigte schematische Schaltbild veranschaulicht. Zur Übersichtlichkeit sind die Referenzzeichen für Merkmale, die mit denen in der in 1 gezeigten Aus führungsform beschriebenen identisch sind, wiederholt worden. In der alternativen Ausführungsform koppelt der Schalttransistor 14 den Stromsensor 18 an Masse. Das Solenoid 12 wird durch Schließen des Schalttransistors 14 und Vollendung einer Masseverbindung erregt. Die Rückführungsdiode 16 wird quer über den Stromsensor 18 und das Solenoid 12 gekoppelt. Ein Komparator 132 empfängt Spannungssignale von dem ersten Eingang 134 und dem zweiten Eingang 136. Der Komparator 132 liefert Strompegelinformationen an die Komparatorschaltung 32.
Somit ist offensichtlich, dass gemäß der Erfindung ein Solenoidtreiber und ein Betriebsverfahren bereitgestellt worden sind, die vollständig die vorstehend dargelegten Vorteile erbringen. Obwohl die Erfindung mit Bezugnahme auf spezielle veranschaulichende Ausführungsformen von ihr beschrieben und illustriert worden ist, wird nicht beabsichtigt, die Erfindung auf diese veranschaulichenden Ausführungsformen zu beschränken. Fachleuten in der Technik wird klar sein, dass Variationen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne von dem Rahmen der Erfindung abzuweichen. Deshalb wird beabsichtigt, alle derartigen Variationen und Modifikationen, die in den Rahmen der beigefügten Ansprüche fallen, in die Erfindung einzuschließen.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Stellung eines Ankers innerhalb einer Solenoidspule, das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines ersten Solenoidstroms, wobei der erste Solenoidstrom nicht ausreichend ist, um den Anker in die Solenoidspule hineinzuziehen; Abschalten des ersten Solenoidstroms und Messen einer ersten Stromabklingzeit; Bereitstellen eines zweiten Solenoidstroms, wobei der zweite Solenoidstrom ausreichend ist, um den Anker in die Solenoidspule hineinzuziehen; Abschalten des zweiten Solenoidstroms, während der Anker in der Solenoidspule gehalten wird, und Messen einer zweiten Stromabklingzeit; Bereitstellen von Referenzwerten; und Vergleichen der ersten Abklingzeit und der zweiten Abklingzeit mit den Referenzwerten, um die Stellung des Ankers zu bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der ersten Stromabklingzeit umfasst: Bestimmen einer Startzeitreferenz durch Vergleichen des ersten Solenoidstroms mit einem hohen Referenzwert; Bestimmen einer Stoppzeitreferenz durch Vergleichen des ersten Solenoidstroms mit einem niedrigen Referenzwert; und Berechnen der ersten Stromabklingzeit durch Subtrahieren der Stoppzeitreferenz von der Startzeitreferenz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens der zweiten Stromabklingzeit folgende Schritte umfasst Bestimmen einer Startzeitreferenz durch Vergleichen des zweiten Solenoidstroms mit einem hohen Referenzwert; Bestimmen einer Stoppzeitreferenz durch Vergleichen des zweiten Solenoidstroms mit einem niedrigen Referenzwert; und Berechnen der zweiten Stromabklingzeit durch Subtrahieren der Stoppzeitreferenz von der Startzeitreferenz.
Solenoidtreiber, der zum Ermitteln der Stellung eines Ankers innerhalb einer Solenoidspule fähig ist und Folgendes umfasst: Mittel, die geeignet sind, in der Solenoidspule Stromimpulse zu erzeugen; Mittel, die geeignet sind, eine Abklingzeit eines ersten Stromimpulses und eines zweiten Stromimpulses zu messen, wobei der erste Stromimpuls nicht ausreichend ist, um den Anker in die Solenoidspule hineinzuziehen, und wobei der zweite Stromimpuls ausreichend ist, um den Anker innerhalb der Solenoidspule zu halten; und Mittel, die geeignet sind, die erste und die zweite Abklingzeit mit Zeitreferenzstandards zu vergleichen, um die Ankerstellung zu bestimmen.
Solenoidtreiber nach Anspruch 4, wobei die Mittel zum Messen Folgendes aufweisen: eine Komparatorschaltung, die einen an eine erste Referenzschaltung gekoppelten ersten Komparator und einen an eine zweite Referenzschaltung gekoppelten zweiten Komparator umfasst, wobei der erste und der zweite Komparator durch einen gemeinsamen Knoten mit einem Stromsensor verbunden sind, und wobei der erste Komparator in Abhängigkeit von der Größenordnung eines Stromsignals von dem Stromsensor und eines ersten Referenzsignals von der ersten Referenzschaltung einen ersten logischen Zustand ausgibt, und wobei der zweite Komparator in Abhängigkeit von der Größenordnung eines Stromsignals von dem Stromsensor und eines zweiten Referenzsignals von der zweiten Referenzschaltung einen zweiten logischen Zustand ausgibt.
Solenoidtreiber nach Anspruch 5, wobei die Mittel zum Messen weiterhin aufweisen: eine Zählerschaltung, die einen zum Empfangen des ersten logischen Zustandes von dem ersten Komparator und eines ersten Taktsignals von einem Controller konfigurierten ersten Zähler umfasst, und einen zum Empfangen des zweiten logischen Zustandes von dem zweiten Komparator und eines zweiten Taktsignals von dem Controller konfigurierten zweiten Zähler, wobei der erste Zähler ein erstes Zeitsignal an den Controller ausgibt, wenn das Stromsignal kleiner ist als das erste Referenzsignal, und wobei der zweite Zähler ein zweites Zeitsignal an den Controller ausgibt, wenn das Stromsignal größer ist als das zweite Referenzsignal.