[发明专利]检测执行元件运动的电路和方法

说明书

本发明涉及检测电路，具体涉及检测螺线管的适当操作。

电子螺线管形成机械系统的许多类型的整体部分。该电子螺线管包括一个磁场线圈，该线圈响应电流流过线圈产生磁场。该磁场使放置在磁场线圈内执行元件运动，该线圈又附属于机械装置例如阀门或传动装置。通过开启开关电路，电流流过磁场线圈，产生磁场并移动执行元件(actuator)。例如，在机动车应用中，螺线管经常用于在传动中偏移传动装置或占用发射控制子系统。在工业应用中，螺线管可用于打开或关闭液压线路的阀门。

正如多数实际装置的情况一样，螺线管易受损坏。在许多应用中，重要的是要知道执行元件真正地被啮合(engaged)。例如，如果发射控制子系统不能适当的啮合，则联邦法律要求告警指示。在现有技术中，执行元件的检测已由压力传感器例如霍尔效应传感器和光电传感器来完成。在压力传感器方案中，压力传感器检测阀门对侧上的压力。当阀门是打开的时候，阀门对侧上的压力均衡并且压力传感器指示零的差分读数。当阀门闭合时，压力一般是不相等的，而且压力传感器读出差值。但是，甚至利用闭合的阀门，在阀门对侧上的压力仍可能是相同的，使压力传感器不精确地指示打开着的阀门。而且，在要求严格的(harsh)环境中，例如机动车和工业应用中，压力传感器已证明是昂贵和不可靠的。

现有技术的执行元件检测器被设计进入到初始设备中，并在不经过广泛地重新设计的情况下一般不能加在后者。据此，在执行元件的检测中提高现有系统的等级到新的技术经常是不实际的。

为此，现在需要一种既简单又可靠的并能综合到现有系统内的执行元件检测器。

图1示出执行元件运动检测器的方框图；

图2示出说明本发明中使用的波形曲线；

图3示出说明图1的峰值检测器的另一实施例的原理图。

参见图1，该图示出执行元件运动检测器10，它适合于使用常规集成电路工艺规程生产为集成电路。螺线管12包括一个执行元件14，该执行元件14又耦合到机械装置例如传动装置或阀门(未示出)。螺线管12可以用在机动车应用，例如偏移传动或在占用发送控制子系统中的传动装置。在工业应用中，螺线管12可用于液压线路中打开和闭合阀门。磁场线圈16环绕执行元件14，线圈16的一端耦合到工作在正电源电位Vpower(例如来自机动车电池的12.0伏特)的电源导体18，磁场线圈16的另一端耦合到晶体管20的漏极，在其栅极接收ACTUATOR CONTROL(执行元件控制)信号。晶体管20的源极耦合到在地电位工作的电流导体22。在另一个实施例中，可用电阻和开关电路(未示出)来取代晶体管20。高电平的ACTUATOR CONTROL信号使晶体管20导通并使电流流过磁场线圈16而产生磁场，该磁场可使执行元件14运动并使传动装置齿轮移动或使阀门闭合。

在许多应用中，重要的是验证螺线管12的适当的啮合。例如，在汽车的计算机控制系统中需要知道何时传动移动齿轮，以便调整燃料供给和发动机的每分钟转数(RPM)。执行元件运动检测器10使用晶体管20的漏源电阻(R_DS ON)来交换磁场线圈16中的电流波形为图2所示的电压波形。在适当地操作时，在晶体管20漏极上的传感电压(SENSE VOLTAGE)在时间t₁迅速下降到接近于地电位的值。在时间t₄电压波形指数地增加到峰值，然后向下倾斜(dip)，因为该磁场已移动执行元件的芯，因此增加螺线管的电感量而且产生负的di/dt(每单位时间电流变化率)，di/dt由晶体管20的R_DS ON变换为电压倾斜(voltage dip)。传感电压的波峰至波谷变化可能是10毫伏。图2所示的倾斜不需要标度。电压波形再增加到前述峰值之上的一个稳定状态值。

在初始电压下降时执行元件运动检测器10开始工作，并例如在时间t₄监视该波形，以检测峰值。如果例如在时间t₄和t₆之间电压波形达到峰值后又倾斜，(它具有至少一个最小期间(比如说10毫秒)和在时间t₄超过峰值)，则通过磁场线圈16的电流呈现出该设备所期望物理特性，而且螺线管12被认为是啮合的。否则，螺线管12被确定为不啮合，因为流过磁场线圈16的电流设有遵循适当工作螺线管的物理特性。