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Gebiet der
Erfindung
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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.
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Hintergrund
der Erfindung
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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.
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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.
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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.
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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.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist ein schematisches
Schaltbild eines gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ausgelegten Solenoidtreibers;
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2 ist eine grafische Darstellung
von Wellenformen, die den Betrieb des in 1 veranschaulichten Solenoidtreibers
beschreiben;
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3 und 4 sind grafische Darstellungen des Stroms über der
Zeit für
ein entregtes Solenoid bzw. ein erregtes Solenoid;
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5A, 5B und 5C sind
Flussdiagramme, die die durch den Solenoidtreiber zum Bestimmen des
Ankerzustandes verwendete Programmierung veranschaulichen; und
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6 ist ein schematisches
Schaltbild einer an einen Controller gekoppelten und gemäß der Erfindung
ausgelegten Zählerschaltung;
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7 ist ein schematisches
Schaltbild eines gemäß einer
alternativen Ausführungsform
der Erfindung ausgelegten Solenoidtreibers.
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Beschreibung
von bevorzugten Ausführungsformen
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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.
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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.
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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 VBat 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 tn,
während
eine Abklingzeit zwischen dem Strompegel I2 und
dem Strompegel I1 für ein fehlerhaftes Solenoid tf beträgt.
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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 tn und
für ein
fehlerhaftes Solenoid tf beträgt.
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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.
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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 tratio 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
CH 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 CH und
die logische "0" auf der Leitung 33, 35 und
gibt eine logische "1" an den ersten JK-Flip-Flop 53 aus.
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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).
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Wenn
der Strom in dem Solenoid 12 auf I1 abklingt,
gibt der zweite Komparator 26 (in 1 gezeigt) an dem Knoten CL eine
logische "1" aus. Die logische "1" an dem Knoten CL 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 CL 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.
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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.
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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.