ES2219777T3 - Controlador de solenoide y metodo para determinar el estado operacional del solenoide. - Google Patents
Controlador de solenoide y metodo para determinar el estado operacional del solenoide.Info
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE MANDO PARA UN SOLENOIDE (10) CAPAZ DE DETECTAR EL ESTADO OPERACIONAL DE UN SOLENOIDE (12) INCLUYENDO LA POSICION DEL INDUCIDO DENTRO DE LA BOBINA DEL SOLENOIDE Y UN PROCEDIMIENTO OPERACIONAL. EL DISPOSITIVO DE MANDO DEL SOLENOIDE (10) GENERA UNA PRIMERA CORRIENTE DE SOLENOIDE DENTRO DEL SOLENOIDE (12) Y MIDE UN PRIMER TIEMPO DE CAIDA T 1 . LA PRIMERA CORRIENTE DEL SOLENOIDE ES INSUFICIENTE PARA INTRODUCIR EL INDUCIDO EN LA BOBINA DEL SOLENOIDE (12). UN CIRCUITO COMPARADOR (22) MONITORIZA CONTINUAMENTE LA CORRIENTE DEL SOLENOIDE E INICIA UN TEMPORIZADOR DENTRO DE UN CIRCUITO CONTADOR (34) PARA CALCULAR EL PRIMER TIEMPO DE CAIDA DE LA CORRIENTE; GENERANDOSE UNA SEGUNDA CORRIENTE DE SOLENOIDE DENTRO DEL SOLENOIDE (12) QUE ES SUFICIENTE PARA INTRODUCIR EL INDUCIDO EN LA BOBINA DEL SOLENOIDE (12). SE DESACTIVA LA SEGUNDA CORRIENTE DEL SOLENOIDE, MIDIENDOSE UN SEGUNDO TIEMPO DE CAIDA T 2 . LOS TIEMPOS DE CAIDA SE ALMACENAN EN UNOS REGISTROS DE ALMACENAMIENTO (R1, R2) DENTRO DE UN CONTROLADOR (36). EL CONTROLADOR (36) COMPARA LOS TIEMPOS MEDIDOS DE CAIDA CON LOS VALORES ALMACENADOS, PRODUCIENDO LA INFORMACION DE LA POSICION DEL INDUCIDO A TRAVES DE UN BUS DE COMUNICACIONES (34).
Description
Controlador de solenoide y método para determinar
el estado operacional del solenoide.
Esta invención está relacionada en general con un
circuito de un controlador de solenoide para controlar la apertura y
el cierre de un solenoide, y más particularmente con los
controladores de solenoides que contienen un circuito avanzado y una
lógica de programación para determinar los aspectos operacionales
del solenoide.
Los solenoides tienen muchas aplicaciones en una
amplia gama de maquinaria incluyendo los automóviles. Los solenoides
se utilizan frecuentemente en los sistemas de inyección de
combustible de los automóviles, transmisiones electrónicas, sistemas
de frenado automático, y similares. Los solenoides incluyen
comúnmente una armadura rodeada por una bobina, tal que cuando la
bobina se energetiza, la armadura es atraída hacia el interior de la
bobina. Todos los mencionados solenoides utilizan un controlador de
solenoide para energetizar la bobina del solenoide y para controlar
la posición de la armadura.
En los sistemas avanzados de automóviles, los
sistemas de control electrónico interiores en los automóviles se
aprovechan de la información concerniente a la posición exacta de la
armadura dentro del solenoide. Los controladores de los solenoides
del arte previo son efectivos para energetizar la bobina y provocar
que la armadura se desplace dentro del solenoide. No obstante, la
determinación de la posición de la armadura dentro del solenoide
requiere controladores del solenoide de tipo avanzado. Uno de dichos
controladores de solenoide de tipo avanzado es el expuesto en la
patente de los EE.UU. número 5053911 de J. W. Kopec y otros, y
concedida al concesionario del registro presente. El controlador de
solenoide expuesto en dicho documento determina el momento en que el
solenoide se cierra, mediante la medida indirecta de la inductancia
dentro de la bobina del solenoide. La inductancia cambiante de la
bobina del solenoide es detectada indirectamente mediante la medida
de la corriente o del voltaje a través de la bobina. Conforme la
armadura es atraída hacia el interior de la bobina, la inductancia
se incrementa, y la corriente a través de la bobina puede ser
monitorizada, para determinar el cambio en la inductancia. En un
método, se envía un impulso de corriente a través de la bobina, y se
determina el periodo de tiempo de extinción del impulso de
corriente, para medir indirectamente la inductancia de la bobina. Un
incremento detectado en el periodo de tiempo de extinción indicará
un incremento en la inductancia de la bobina, lo cual es una
indicación de que el solenoide se está cerrando.
Aunque los métodos del arte previo son efectivos
para determinar si se ha cerrado o no el solenoide, el cierre solo
puede determinarse cuando la corriente del solenoide se encuentra en
la rampa de incremento. En consecuencia, la información solo está
disponible durante el estado operacional del "encendido".
Puesto que se están introduciendo requisitos cada
vez más exigentes en el control de la polución en la industria del
automóvil, se precisan de sistemas de monitorización y de
realimentación más amplios para cumplir con las normativas
gubernamentales del control de la polución. Por ejemplo, las
normativas gubernamentales de diagnósticos incorporados
(OBD-I) precisan de la monitorización de solenoides
de transmisión automáticos electrónicos. Los sistemas electrónicos
de control tienen que ser capaces de verificar ambos movimientos de
la armadura y de la continuidad del circuito. Para poder cumplir
con estos requisitos, los controladores avanzados de los solenoides
tienen que proporcionar una información más amplia a los
microcontroladores del sistema dentro de un automóvil. Por ejemplo,
la realimentación en tiempo real de la información concerniente con
la posición de abierto o cerrado de los solenoides y de la
continuidad del circuito, puede utilizarse para ajustar el
funcionamiento del motor para minimizar la polución de los gases de
escape del motor. En consecuencia, es necesario un desarrollo
adicional de los procesos de monitorización del controlador de los
solenoides y del diseño de los circuitos, para conseguir una
monitorización mejorada de los estados operacionales de los
solenoides.
La figura 1 es un diagrama circuital esquemático
de un controlador de solenoide configurado de acuerdo con una
realización de la invención;
la figura 2 es un gráfico de las formas de onda
que describen la operación del controlador del solenoide mostrado en
la figura 1;
las figuras 3 y 4 son gráficos de la corriente
con respecto al tiempo de un solenoide
des-energetizado y de un solenoide energetizado,
respectivamente;
las figuras 5-A,
5-B y 5-C son diagramas de flujo
que muestran la programación utilizada por el controlador del
solenoide para determinar el estado de la armadura; y
la figura 6 es un diagrama circuital esquemático
de un circuito contador acoplado a un controlador y configurado de
acuerdo con la invención;
la figura 7 es un diagrama circuital esquemático
del controlador de solenoide configurado de acuerdo con una
realización alternativa de la invención.
La invención presente es para un controlador de
solenoide y un método de operación para detectar el estado
operacional del solenoide y la posición de una armadura dentro de la
bobina del solenoide. El controlador del solenoide determina la
posición de la armadura y verifica la continuidad del circuito,
mediante la generación de dos impulsos de corriente a través de la
bobina del solenoide. El primer impulso de corriente se encuentra
por debajo de la corriente de "atracción" de la armadura. Tal
como se utiliza aquí, la corriente de atracción es el nivel de
corriente necesario para atraer la armadura hacia el interior de la
bobina. El nivel de la corriente del primer impulso de corriente es
insuficiente para atraer la armadura hacia el interior de la bobina.
El segundo impulso de corriente se crea por la terminación breve de
la corriente eléctrica en la bobina del solenoide y midiendo el
tiempo de extinción de la corriente a un nivel por encima de la
corriente de la salida de la armadura. El segundo impulso de
corriente se inicia a un nivel de corriente que es suficiente para
mantener la armadura dentro de la bobina del solenoide.
Los dos tiempos de extinción calculados por el
circuito dentro del controlador del solenoide se comparan con los
valores de referencia almacenados en la memoria. Además de ello, la
relación de los tiempos de extinción pueden ser calculados y
comparados con un valor almacenado en la memoria. Mediante la
comparación de los valores medidos con los valores almacenados,
pueden determinarse los estados de abierto y cerrado del solenoide.
Adicionalmente, los fallos dentro del solenoide pueden ser
detectados por la comparación de los tiempos de extinción medidos y
la relación del tiempo de extinción con los valores almacenados en
la memoria que son indicativos de una operación correcta del
solenoide. El controlador del solenoide de la invención es capaz de
detectar la posición de la armadura mientras que el solenoide se
encuentra tanto en una condición energetizada como en una condición
des-energetizada. Adicionalmente, la presente
invención es insensible a las fluctuaciones del voltaje de la
batería y del ruido en las líneas de alimentación de la batería y de
tierra.
La figura 1 muestra un diagrama esquemático de un
controlador de solenoide 10 configurado de acuerdo con una
realización de la invención. Un solenoide típico 12 está acoplado a
un conmutador de transistor 14, y a un diodo de recirculación 16.
El otro extremo del solenoide 12 está acoplado a un sensor de
corriente 18. El sensor de corriente 18 puede ser una resistencia
conectada a tierra, tal como se indica, o a un componente más
avanzado tal como un transformador magnético, y similar. El
conmutador de transistor 14 puede cerrarse para acoplar el solenoide
12 a una fuente de voltaje de corriente continua CC, designada como
V_{Bat} en la figura 1. En el caso de un transistor de efecto de
campo de metal-oxido-semiconductor
(MOSFET), el terminal de la fuente del conmutador de transistor 14
está acoplada a tierra a través del sensor de corriente 18. Así
pues, cuando el conmutador de transistor 14 se activa en
conducción, se establece una recorrido circuital completo a través
de la bobina del solenoide 12 para cerrar el solenoide. Aquellos
técnicos especializados observarán que pueden utilizarse también
otros tipos de dispositivos para conmutar la corriente hacia el
solenoide 12, por ejemplo, con un transistor bipolar, un circuito
magnético, o similar.
En la realización mostrada en la figura 1, la
co-
rriente a través del solenoide 12 es detectada como un voltaje desarrollado por el sensor de corriente 18 en el nodo 20. El voltaje desarrollado en el nodo 20 está acoplado a un circuito comparador 22. Los técnicos especializados en el arte observarán que el nivel de la corriente podrá ser detectado también en el nodo 20 mediante la inclusión de un circuito divisor de corrientes (no mostrado).
rriente a través del solenoide 12 es detectada como un voltaje desarrollado por el sensor de corriente 18 en el nodo 20. El voltaje desarrollado en el nodo 20 está acoplado a un circuito comparador 22. Los técnicos especializados en el arte observarán que el nivel de la corriente podrá ser detectado también en el nodo 20 mediante la inclusión de un circuito divisor de corrientes (no mostrado).
El circuito comparador 22 incluye un primer
comparador 24 y un segundo comparador 26. El primer y segundo
comparadores 24 y 26 comparten una entrada común acoplada al nodo
20 del sensor de corriente 18 a través de un nodo común 28. El
primer comparador 24 tiene una segunda entrada acoplada a un primer
circuito de referencia 30. El segundo comparador 26 tiene una
segunda entrada acoplada a un segundo circuito de referencia 32. El
circuito comparador 22 da salida a señales del estado lógico a un
circuito contador 34. El circuito contador 34 da salida a señales de
tiempos de sincronización a un controlador 36 a través del bus de
tiempos de sincronización 38 y recibe las señales de control desde
el controlador 36 a través del bus de control 40. El controlador 36
da salida a las órdenes de "encendido" y "apagado" a
través de la línea de control 42 hasta el conmutador 14. El
controlador 36 da salida también a las ordenes del voltaje de
referencia en las líneas 33 y 35 de los valores de referencia al
primer y segundo circuitos de referencia 30 y 32, y da salida a una
orden de configuración de la inicialización en la línea 37 al
circuito contador 34. El controlador 36 recibe las instrucciones de
las ordenes y da salida a la información del estado de la armadura a
través del bus de comunicaciones 44.
Los técnicos especializados en el arte observarán
que los circuitos de referencia 30 y 32 pueden ser referencias de
voltaje o referencias de corriente. En una realización preferida,
los valores de referencia emitidos desde el primer y segundo
circuitos de referencia 30 y 32 pueden estar especificados por una
orden desde el controlador 36. En el caso de referencias de voltaje,
pueden ser utilizados circuitos divisores de voltaje que sean
seleccionables individualmente por el controlador 36.
La operación del controlador del solenoide 10
será ilustrada a través de la referencia a señales de las formas de
onda mostradas en la figura 2. El controlador 32 es sensible a las
señales de las ordenes recibidas a través del bus de comunicaciones
44 desde un microcontrolador externo (no mostrado). En respuesta a
la orden del microcontrolador para determinar el estado de la
armadura, el controlador 36 inicia una secuencia de pruebas para
determinar el estado de la armadura. En el instante en que la
armadura está totalmente salida del núcleo del solenoide, se inicia
una prueba del estado de desactivación, tal como se muestra por el
estado del conmutador 46 en la figura 2. En el instante en que se
inicia la prueba del estado de desactivación, se genera un impulso
de corriente a través del solenoide 12, según se indica por el nivel
de la corriente del solenoide 48. El conmutador de transistor 14
está cerrado y se permite que la corriente del solenoide establezca
hasta el nivel I_{2}. La información del nivel de la corriente es
realimentada hasta el controlador 36 a través del primer comparador
24 del circuito comparador 22. Una vez que se obtiene el nivel de
corriente I_{2}, el controlador 36 abre el conmutador de
transistor 14, y comienza a extinguirse la corriente del solenoide,
según se muestra por el nivel 48 de la corriente del solenoide.
Cuando la corriente del solenoide se extingue hasta una corriente de
referencia I_{1}, según lo determinado por el segundo comparador
26, el tiempo de extinción t_{1} queda determinado por el circuito
contador 34, y se transmite al controlador 36 para el almacenamiento
en un registro de almacenamiento R1 dentro del controlador 36.
Es importante observar que el tiempo de extinción
t_{1} se mide mientras que la armadura está totalmente fuera de la
bobina, según se indica por el estado de la armadura 50. Los
controladores de solenoide del arte previo no tenían la capacidad de
detectar la condición del solenoide en el estado
des-energetizado. Esta etapa es importante en
suministrar información útil a los microcontroladores del sistema
utilizados en los sistemas de los automóviles, tal como la
transmisión electrónica, y similares.
Una vez que se ha determinado el tiempo de
extinción t_{1}, la corriente del solenoide se incrementa hasta un
nivel por encima de la corriente de atracción. A este nivel de la
corriente, el solenoide 12 se energetiza y la armadura es atraída
hacia el interior de la bobina del solenoide, según se indica por el
estado de la armadura 50. Una vez que la armadura está totalmente
dentro de la bobina, se inicia una prueba del estado de activación
por el controlador 36. Tal como se muestra por el estado del
conmutador 46 en la figura 2, el conmutador de transistor 14 se abre
y la corriente del solenoide comienza a extinguirse. El circuito
contador comienza a contar cuando la corriente del solenoide haya
alcanzado un nivel superior de referencia I_{4} según lo
determinado por el primer comparador 24. Se permite que la corriente
del solenoide se extinga hasta un nivel inferior de referencia
I_{3} según lo determinado por el segundo comparador 26. El
circuito contador 34 da salida entonces a un segundo tiempo de
extinción t_{2} hacia el controlador 36 a través del bus del
temporizador 38 para el almacenamiento en el registro de
almacenamiento R2 dentro del controlador 36. Es importante observar
que la referencia de la corriente inferior I_{3} está por encima
de la corriente de la salida de la armadura desde el interior del
solenoide 12. En consecuencia, el segundo tiempo de extinción
t_{2} queda determinado mientras que la armadura se mantiene
dentro de la bobina del solenoide, tal como se muestra por el
indicador de la posición de la armadura en la figura 2.
Tal como se expuso anteriormente, una vez que se
hayan determinado el primer y segundo tiempos de extinción t_{1} y
t_{2}, estos valores se obtienen a la salida del circuito contador
34 para el controlador 36. El controlador 36 compara entonces el
tiempo de extinción normal para un solenoide que funcione
debidamente con el tiempo de extinción en curso determinado por el
controlador del solenoide 10.
Las figuras 3 y 4 muestran una comparación
gráfica de los patrones de la corriente del solenoide normales con
unos patrones de la corriente de extinción de un solenoide con
fallos. Específicamente, la figura 3 muestra un gráfico de la
corriente con respecto al tiempo para un solenoide normal y para un
solenoide que funcione inadecuadamente y mostrando un fallo. Tal
como muestra, el tiempo de extinción entre los niveles de corriente
I_{2} e I_{1} para un resultado de una condición normal en un
tiempo de extinción t_{n} mientras que se presenta un tiempo de
extinción para un solenoide con fallos entre los niveles de
corriente I_{2} e I_{1} es t_{f}.
La figura 4 es una representación gráfica de la
corriente del solenoide con respecto al tiempo para un solenoide
energetizado, en el cual el nivel de corriente se encuentra por
encima del necesario para mantener la armadura dentro de la bobina
del solenoide. Tal como se muestra en la figura 2, la extinción de
la corriente del solenoide se inicia mediante la apertura breve del
conmutador del transistor 12 en un instante en que la armadura se
encuentra totalmente dentro de la bobina del solenoide. Se muestran
los patrones de la extinción de la corriente en el estado de
activación para un solenoide normal y para otro con fallos, en
donde el tiempo de extinción entre los niveles de corriente I_{4}
e I_{3} para un solenoide de funcionamiento normal es t_{n}, y
para un solenoide con fallos t_{f}.
Mediante la comparación de los patrones de la
corriente mostrados en las figuras 3 y 4, es evidente que el tiempo
de extinción para un solenoide con fallos en una condición
des-energetizada es mayor que para un solenoide de
funcionamiento normal. En la condición energetizada, el tiempo de
extinción para un solenoide con fallos es substancialmente menor que
para un solenoide de funcionamiento normal. El controlador 36
compara los tiempos de extinción medidos con los valores almacenados
para los solenoides de funcionamiento normal, según se indica en las
figuras 3 y 4 para determinar la condición operacional del
solenoide 12. Además de la comparación con los valores absolutos
para los tiempos de extinción normales, los tiempos de extinción
medidos puede ser también divididos y comparados con relaciones de
los tiempos de extinción normales, para proporcionar información
adicional concerniente con el estado operacional del solenoide
12.
Las figuras 5-a,
5-b y 5-c muestran un diagrama de
flujo de la lógica de programación llevada a cabo por el controlador
36, para determinar la condición operacional del solenoide 12. La
figura 5-a muestra la secuencia de control de las
ordenes para la iniciación de una prueba del estado de la armadura.
Al recibir una interrupción de control apropiada, se ejecuta el
programa mostrado en la figura 5-a. Después de la
interrupción, se ejecuta la instrucción 52 para desactivar el
conmutador de transistor 12. La lógica del programa introduce
entonces una condición de espera en la etapa 54, hasta que se
indique mediante una orden 56 del microcontrolador externo a través
del bus de comunicaciones 44. El programa activa entonces el
solenoide 12 mediante la ejecución de las etapas de las
instrucciones 58, 60 y 62, o bien mantiene el solenoide 12 en un
estado de desactivación mediante la ejecución de las etapas de
desactivación 64, 66 y 68. Los valores operacionales normales para
los tiempos de extinción t_{1}, t_{2} y la relación de tiempos
de extinción t_{relación} se memorizan en los registros de
almacenamiento Ra, Rb, y Rc en el controlador 36 por la etapa de
ordenes 70. Dependiendo de sí se tiene que ejecutar una prueba de
estado de desactivación o una prueba de estado de activación, el
microcontrolador inicia la instrucción de estado de desactivación 72
o la instrucción del estado de activación 74.
Ambas secuencias de programación de estado de
desactivación y de estado de activación se muestran en la figura
5-b. Durante la prueba de estado de desactivación
que se inicia en la etapa 72, el impulso de corriente se envía a
través de la bobina de la corriente del solenoide 12 a un nivel por
debajo del necesario para atraer la armadura hacia el interior de la
bobina. El registro de almacenamiento R1 se borra en la instrucción
75 además de inicializar los registros dentro del circuito contador
34. A continuación, el conmutador de transistor 14 se activa en
conducción por la instrucción 78, y se ejecuta la instrucción 80 si
la corriente del solenoide ha alcanzado el nivel de referencia
I_{2}. Si se ha llegado al nivel de corriente I_{2}, el
conmutador de transistor 14 se abre por la instrucción 82, y se
inicia un temporizador en el circuito contador 34 por la instrucción
84. La etapa de instrucciones 86 se ejecuta cuando la corriente del
solenoide se haya extinguido hasta el nivel de referencia I_{1}, y
deteniéndose el temporizador, y almacenándose el valor en el
registro R1 por la etapa de la instrucción 88. El control del
programa se transfiere entonces a un comparador dentro del
controlador 36 por la etapa de instrucciones 90.
La secuencia de la programación para una prueba
de estado de activación a partir de la etapa de instrucciones 74
procede de una forma análoga con la prueba de estado de
desactivación. El registro R2 se borra y las señales de control se
envían al controlador 34 por la etapa de instrucciones 92. A
continuación, el conmutador de transistor 14 se abre por la etapa de
la instrucción 94 y se ejecuta la instrucción 96 si la corriente del
solenoide se extingue hasta el nivel de referencia I_{4}. El
contador 34 se inicia por la etapa de la instrucción 98, para
comenzar a acumular tiempo para determinar un segundo tiempo de
extinción. La etapa de la instrucción 100 se ejecuta si la corriente
del solenoide se ha extinguido hasta el nivel de la corriente
I_{3}, y se para el contador 34, y se almacena un valor en el
registro R2 por la etapa de la instrucción 102. El conmutador de
transistor I_{4} se activa en conducción por la etapa de la
instrucción 104, y el control del programa se transfiere a un
comparador dentro del controlador 36 mediante la etapa de la
instrucción 106.
La secuencia de la programación para la
comparación de los valores de los tiempos de extinción medidos con
los valores almacenados para determinar de un estado de fallos
dentro del solenoide 12 se encuentra descrita mediante el diagrama
de flujo mostrado en la figura 5-C. Las pruebas de
la comparación se inician en la etapa de instrucciones 108, en
donde los valores absolutos se comparan o bien una relación de
tiempos de extinción se comparan con los valores almacenados. En un
método operacional preferido, se ejecutan la comparación absoluta de
la instrucción 110 y la comparación de las relaciones de la etapa de
instrucciones 112. El método de la comparación absoluta se inicia
mediante la etapa de instrucciones 114, la cual genera un mensaje de
fallo del estado de activación en la etapa de instrucciones 116 si e
primer tiempo de extinción almacenado y el registro R1 no son
iguales al valor del tiempo de extinción de referencia almacenado y
con el registro Ra. Si el tiempo de extinción del estado de
desactivación es igual al valor de referencia, se genera un mensaje
de normalidad del estado de desactivación por la etapa de
instrucciones 118. Es importante observar que la igualdad no tiene
que ser exacta, y típicamente la prueba se lleva a cabo utilizando
un rango predeterminado en torno al valor almacenado en el registro
Ra. Por ejemplo, si el valor en R1 está dentro del rango
predeterminado en torno a Ra, los valores se estimarán como
equivalentes.
Independientemente de sí se ha detectado o no un
fallo del estado de desactivación, la etapa de instrucción 120 se
lleva a cabo para determinar la presencia de un fallo del estado de
activación. Si el segundo valor del tiempo de extinción medido
almacenado en el registro R2 no es igual al valor de referencia
almacenado en el registro Rb, la etapa de la instrucción 122 genera
un mensaje de fallo del estado de desactivación. Si el tiempo de
extinción medido es igual al tiempo de extinción de referencia, se
generará un mensaje de normalidad del estado de activación mediante
la etapa de instrucciones 124. En cualquier caso, el control de la
programación retorna a la condición de espera 54 mostrada en la
figura 5-A. De nuevo, tal como se expuso
anteriormente para la comparación R1-Ra, la prueba
aquí se lleva a cabo utilizando un rango predeterminado en torno al
valor Rb.
Se inicia en la etapa de instrucciones 112 una
comparación de la prueba de la relación. Se calcula la relación del
tiempo de extinción del estado en activación almacenado y el
registro R2, y el tiempo de extinción del estado de desactivación
almacenado y el registro R1. Si la relación de los tiempos de
extinción medidos no es igual (o dentro de un rango predeterminado)
al valor almacenado, la etapa de instrucciones 128 generará un
mensaje de fallo del estado de activación. Si la relación de los
valores de los tiempos de extinción es igual (o dentro de un rango
predeterminado) al valor almacenado, se generará un mensaje de
normalidad del estado de activación por la etapa de instrucciones
130. En cualquier caso, el control de la programación retorna a la
condición de espera 54 una vez que se haya generado el mensaje de
estado de normalidad o de fallo.
La lógica de programación anterior se ejecuta
dentro del controlador 36, no obstante las instrucciones 80 y 96 se
ejecutan por el primer comparador 24, y las instrucciones 86 y 100
se ejecutan por el segundo comparador 26.
Los técnicos especializados en el arte observarán
que existen muchas configuraciones posibles y distintas para el
circuito contador 34. Se muestra en la figura 6 un diagrama
circuital esquemático de un circuito contador 51 adecuado para su
utilización en el controlador del solenoide 10. El controlador 36 se
muestra también en la figura 6 para describir mejor la operación del
circuito contador 51. El circuito contador 51 incluye un primer y
segundo circuitos biestables JK 53 y 55, dando salida a una puerta
OR 57, la cual a su vez está acoplada a un circuito temporizador
59. Preferiblemente, que los biestables JK 53 y 55 son dispositivos
estándar, por ejemplo el circuito MC14027B disponible a través de
Motorola Inc., y el circuito temporizador es un dispositivo binario
estándar de 14 bits, por ejemplo el circuito MC14020B disponible
también a través de Motorola Inc.
La operación del circuito contador 51 será
descrita a continuación para una prueba de estado de activación y
para la medida del primer tiempo de extinción t_{1}. Durante la
operación, el registro R1 en contador 36 se borra y la orden del
voltaje de referencia se transmite en las líneas 33, 35 para dar
instrucciones a los circuitos de referencia 30 y 32, de forma que se
ejecute la prueba del estado de desactivación. El primer biestable
JK se inicia para generar un "1" lógico en el nodo A, el cual a
su vez fuerza al segundo biestable JK 55 a un "0" lógico. Los
estados lógicos en los nodos A y B dan por resultado una salida de
"1" lógico de la puerta OR 57, y forzando una reposición a cero
de las salidas Q1-Q14 a la lógica "0". Cuando
la entrada de la reposición a cero de la puerta OR 57 es un "0"
lógico, el contador avanza y retransmite un cómputo al controlador
36. Se envía un encendido (o la orden de un "1" lógico) a
través de la línea de control 42 al conmutador de transistor 14
(mostrado en la figura 1). Cuando la corriente en el solenoide 12
alcanza el nivel de corriente I_{2}, el primer comparador 24
(mostrado en la figura 1) da salida a un "1" lógico en el nodo
C_{H}, y al recibir el "1" lógico a través de la línea 61, el
controlador 36 da salida a la señal de apagado (o bien una orden de
"0" lógico) al conmutador de transistor 12. Una puerta XOR 63
recibe el estado de "0" lógico desde el nodo C_{H} y el
"0" lógico en la línea 33, 35 y da salida a un "1" lógico
hacia el primer biestable JK 53.
La transición del reloj introducida en el primer
biestable JK 53 configura la salida en el nodo A en un estado lógico
"0", cuando la señal del cómputo en el nodo C es también un
"0" lógico y se habilita el circuito temporizador 59 (la salida
del segundo biestable JK 55 permanecerá a un "0" lógico hasta
que se presente un flanco ascendente en su entrada CLK).
Cuando la corriente en el solenoide 12 decae
hasta I_{1}, el segundo comparador 26 (mostrado en la figura 1)
da salida a un "1" lógico en el nodo C_{L}. El "1"
lógico en el nodo CL se encamina hacia el controlador 36 por la
línea 65 y alerta al controlador 36 para que almacene la salida del
circuito temporizador 59 en el registro R1. El estado lógico
"1" en el nodo CL configura la salida del segundo biestable JK
55 a un "1" lógico en el nodo B. Puesto que el nodo A se
encuentra ya en el estado de "0" lógico, cuando se sitúa un
"1" lógico en el nodo B, se coloca un "1" lógico en el
nodo C, lo cual inhabilita el circuito temporizador 59 y borra las
salidas Q1-Q14.
Una realización alternativa de la invención es la
mostrada en el diagrama circuital esquemático mostrado en la figura
7. Para mayor claridad, se han repetido los numerales de referencia
para las características idénticas a las descritas en la realización
de la figura 1. En las realizaciones alternativas, el conmutador de
transistor 14 acopla el sensor de corriente 18 a tierra. El
solenoide 12 se energetiza por el cierre del conmutador de
transistor 14 y completando así la conexión a tierra. El diodo de
recirculación 16 está acoplado a través del sensor de corriente 18 y
del solenoide 12. Un comparador 132 recibe las señales de voltaje de
la primera y segundas entradas 134 y 136. El comparador 132
proporciona la información del nivel de la corriente al circuito
comparador 32.
Así pues, es evidente que se ha proporcionado, de
acuerdo con la invención, un controlador de solenoide y un método
operacional que cumple totalmente con las ventajas expuestas
anteriormente. Aunque la invención se ha descrito y se ha ilustrado
con referencia a las realizaciones ilustrativas específicas de la
misma, no se intenta que la invención esté limitada a dichas
realizaciones ilustrativas. Los técnicos especializado en el arte
observarán que pueden efectuarse variaciones y modificaciones sin
desviarse del alcance de la invención. Se pretende por tanto incluir
dentro de la invención todas las mencionadas variaciones y
modificaciones que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (6)
1. Un método de detección de la posición de una
armadura dentro de una bobina de un solenoide, que comprende las
etapas de:
proporcionar una primera corriente del solenoide,
en la que la primera corriente del solenoide es insuficiente para
atraer la armadura hacia el interior de la bobina del solenoide;
desactivar la primera corriente del solenoide y
medir un primer tiempo de extinción de la corriente;
proporcionar una segunda corriente del solenoide,
en el que la segunda corriente del solenoide es suficiente para
atraer la armadura hacia el interior de la bobina del solenoide;
desactivar la segunda corriente del solenoide,
mientras que se mantiene la armadura en la bobina del solenoide, y
midiendo un segundo tiempo de extinción de la corriente;
proporcionar los valores de referencia; y
comparar el primero y segundo tiempos de
extinción con los valores de referencia para determinar la posición
de la armadura.
2. El método de la reivindicación 1, en el que la
etapa de medición del primer tiempo de extinción de la corriente
comprende:
la determinación de una referencia del tiempo de
inicio mediante la comparación de la primera corriente del
solenoide con un valor de referencia alto;
determinar una referencia del tiempo de parada
por la comparación de la primera corriente del solenoide con un
valor de referencia bajo;
y calcular el primer tiempo de extinción de la
corriente mediante la resta de la referencia del tiempo de parada
con respecto a la referencia del tiempo de inicio.
3. El método de la reivindicación 1, en el que la
etapa de medición del segundo tiempo de extinción de la corriente
comprende las etapas de:
determinar una referencia del tiempo de inicio
por la comparación de la segunda corriente del solenoide con un
valor de referencia alto;
determinar una referencia del tiempo de parada
por la comparación de la segunda corriente del solenoide con un de
referencia bajo;
y calcular el segundo tiempo de extinción de la
corriente mediante la resta de la referencia del tiempo de parada de
la referencia del tiempo de inicio.
4. Un controlador de solenoide capaz de detectar
la posición de una armadura dentro de una bobina del solenoide, que
comprende:
medios adaptados para generar impulsos de
corriente en la bobina del solenoide;
medios adaptados para medir un tiempo de
extinción de un primer impulso de corriente y un segundo impulso de
corriente;
en el que el primer impulso de corriente es
insuficiente para atraer la armadura hacia el interior de la bobina
del solenoide, y
en el que el segundo impulso de corriente es
suficiente para mantener la armadura dentro de la bobina del
solenoide; y
medios adaptados para comparar el primer y
segundo tiempos de extinción con las referencias de tiempo estándar
para determinar la posición de la armadura.
5. El controlador del solenoide de la
reivindicación 4, en el que los medios para la medición
comprenden:
un circuito comparador que incluye un primer
comparador acoplado a un primer circuito de referencia y un segundo
comparador acoplado a un segundo circuito de referencia,
en el que el primer y segundo comparadores están
conectados a un sensor de corriente por un nodo común, y
en el que el primer comparador da salida a un
primer estado lógico en respuesta a la magnitud de una señal de la
corriente del sensor de corriente y una primera señal de referencia
del primer circuito de referencia, y
en el que el segundo comparador da salida a un
segundo estado lógico en respuesta a la magnitud de una señal de
corriente del sensor de corriente y una segunda señal de referencia
del segundo circuito de referencia.
6. El controlador de solenoide de la
reivindicación 5, en el que los medios de medición comprenden
además:
un circuito contador que incluye un primer
contador configurado para recibir el primer estado lógico desde el
primer comparador y una primera señal de reloj desde un controlador;
y
un segundo contador configurado para recibir la
señal del segundo estado lógico desde el segundo comparador y una
segunda señal de reloj desde el controlador,
en el que el primer contador da salida a una
primera señal de tiempo hacia el controlador cuando la señal en
curso sea inferior a la primera señal de referencia, y
en el que el segundo contador da salida a una
segunda señal de tiempo hacia el controlador cuando la señal de
corriente es mayor que la segunda señal de referencia.
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