專利名稱：用于檢測電磁裝置電樞運(yùn)動的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明整體涉及電樞位置檢測器，更具體地涉及用于檢測電磁裝置電樞運(yùn)動的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
電磁裝置通常被歸類為將電能轉(zhuǎn)換成線性動量的任何電磁裝置。電磁裝置可包括圍繞用作電樞的金屬柱塞纏繞的線圈導(dǎo)體。當(dāng)向線圈終端施加電壓時，電流經(jīng)過線圈導(dǎo)體，從而產(chǎn)生電磁場，將金屬柱塞朝著電磁場吸引。電子控制器可聯(lián)接到電磁裝置，用以調(diào)節(jié)流經(jīng)線圈導(dǎo)體的電流從而控制電磁場。柱塞的位置可以通過控制電磁場的強(qiáng)度來操縱。例如，為了最初致動電磁裝置電樞，可在線圈導(dǎo)體上施加電壓，從而激勵線圈并加強(qiáng)與線圈相關(guān)的電磁場。當(dāng)電磁力變得足 夠強(qiáng)而能夠克服與電樞相關(guān)的靜態(tài)動能力時，電樞被朝著電磁場“拉入”。一旦電樞已經(jīng)運(yùn)動到“拉入”位置，線圈中的電流可降低到將電樞保持就位所需的最小水平(即，“保持”電流)。為了釋放電樞，由此允許其返回初始(即，“靜置”)狀態(tài)，可以切斷經(jīng)過線圈導(dǎo)體的電流，從而使電磁場消散。一旦線圈中的電流水平下降到“保持”電流以下，作用在電樞上的電磁場不再足以將電樞保持就位，因此電樞返回其靜置狀態(tài)。在某些情況下，知道何時致動電樞是有利的。例如，在用于燃燒式發(fā)動機(jī)的電子燃料噴射系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)的燃料高效操作可能取決于一個或多個電磁閥的精確操作。電磁閥的操作的有效確定不僅取決于控制信號發(fā)送到電磁閥的時間，而且取決于打開和關(guān)閉閥的電磁裝置電樞的致動時間。因此，可能需要用于精確確定電樞運(yùn)動時間的系統(tǒng)和方法。已經(jīng)開發(fā)了檢測與磁性操作裝置相關(guān)的“減弱”狀況的至少一種系統(tǒng)。例如，2001年2月13授予Lutz等人的美國專利No. 6188562(' 562專利)描述了一種用于識別電磁閥的意外關(guān)閉的方法和設(shè)備。'562專利的系統(tǒng)能夠監(jiān)測脈沖的保持電流的頻率并根據(jù)頻率的增加確定與電磁閥相關(guān)的電樞已經(jīng)意外減弱，從而造成閥錯誤關(guān)閉。盡管'562專利的系統(tǒng)可以確定電磁裝置電樞的錯誤或意外減弱，但它可能是有問題的。例如，因?yàn)樵撓到y(tǒng)只可監(jiān)測供應(yīng)保持電流的脈沖信號的頻率以檢測意外減弱，它不確定在保持電流切斷后致動器何時返回其初始位置。結(jié)果，需要準(zhǔn)確檢測電樞在正常操作狀態(tài)下的運(yùn)動的系統(tǒng)變得無效率和不準(zhǔn)確。此外，拉入時刻的測量已經(jīng)被證明是有問題的。復(fù)雜的噴射器設(shè)計(jì)由于例如渦電流、線圈電阻和彈簧力的許多其他變量引起的噪音使得拉入時刻的研究變得困難。這些變量和其他變量形成與電磁力相反的力，因此傾向于在電流中斷時將電樞保持就位。此外，這些變量產(chǎn)生可導(dǎo)致感應(yīng)系數(shù)改變的電磁力，以前的測量拉入時刻的嘗試受到噪音的妨礙，例如錯誤就座檢測或者根本沒有就座檢測。例如，強(qiáng)的渦電流可使得感應(yīng)系數(shù)的改變幾乎在正被監(jiān)測的電流信號上檢測不到。同樣，閥的電特性也會使得續(xù)斷時間如此快，從而感應(yīng)系數(shù)的改變難以檢測。因此，例如'562專利中描述的那些檢測方法在應(yīng)用于測量拉入時刻(與下降時刻相反)時變得不可靠。
本發(fā)明的用于檢測電磁裝置電樞運(yùn)動的系統(tǒng)和方法旨在克服上述的一個或多個問題。

發(fā)明內(nèi)容
一方面，一種用于檢測與電磁裝置相關(guān)的電樞的致動的方法包括向與電磁裝置相關(guān)的電磁線圈提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器的步驟。該方法還包括測量流經(jīng)所述電磁線圈的電流的步驟。該方法進(jìn)一步包括在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷電壓勢并在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通電壓勢的步驟。還包括測量與電壓勢的切斷和接通相關(guān)的脈沖之間的續(xù)斷周期的步驟。還包括分析連續(xù)的續(xù)斷周期 以檢測電樞運(yùn)動和電樞就座的步驟。所述方法進(jìn)一步包括根據(jù)所述分析確定電樞運(yùn)動和電樞就座時間的步驟。另一方面，一種電樞致動檢測系統(tǒng)包括經(jīng)由一個或多個開關(guān)元件選擇性地聯(lián)接到電磁線圈并能夠提供電壓輸出的功率供應(yīng)裝置。還包括操作地聯(lián)接到所述一個或多個開關(guān)元件并能夠操作所述一個或多個開關(guān)元件以向電磁線圈選擇性地提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器的控制器。所述控制器還測量流經(jīng)電磁線圈的電流?？刂破鬟€能夠在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷電壓勢并在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通電壓勢?？刂破鳒y量電壓勢的脈沖之間的續(xù)斷周期并分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞運(yùn)動和電樞就座?？刂破鬟€根據(jù)所述分析確定電樞運(yùn)動和電樞就座時間。又一方面，一種機(jī)器包括具有導(dǎo)體和電樞的電磁裝置，其中導(dǎo)體基本在縱向方向上圍繞電樞盤繞并借助氣隙與電樞分離，電樞能夠在存在由所述導(dǎo)體產(chǎn)生的電磁場時相對于所述導(dǎo)體運(yùn)動。所述機(jī)器還包括操作地聯(lián)接到所述電磁裝置的電樞致動檢測系統(tǒng)，電樞致動檢測系統(tǒng)包括經(jīng)由一個或多個開關(guān)元件選擇性地聯(lián)接到電磁導(dǎo)體并能夠提供電壓輸出的功率供應(yīng)裝置。電樞致動檢測系統(tǒng)還包括操作地聯(lián)接到一個或多個開關(guān)元件并能夠操作所述一個或多個開關(guān)元件以向電磁導(dǎo)體選擇性地提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器的控制器。控制器還測量流經(jīng)所述電磁導(dǎo)體的電流?？刂破鬟€在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷所述電壓勢并在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通所述電壓勢。控制器測量所述電壓勢的脈沖之間的續(xù)斷周期。控制器分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞運(yùn)動和電樞就座。控制器還根據(jù)所述分析確定電樞運(yùn)動和電樞就座時間


圖I表示描繪根據(jù)一些本發(fā)明實(shí)施方式的示例性機(jī)器的示意圖；圖2表示根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的示例性電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)的示意框圖；圖3表示說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式電磁線圈電壓和電流相對于時間的曲線圖；圖4表示根據(jù)一些本發(fā)明實(shí)施方式的用于檢測電磁裝置電樞的致動的示例性方法的流程圖；圖5表示說明脈沖之間的測量時間的曲線；和圖5a描述與圖5所示的曲線中的點(diǎn)對應(yīng)的循環(huán)緩沖區(qū)算法。
具體實(shí)施例方式圖I提供根據(jù)一些本發(fā)明實(shí)施方式的示例性機(jī)器100的示意圖。機(jī)器100可包括用于執(zhí)行與諸如采礦、建筑、農(nóng)業(yè)、運(yùn)輸、發(fā)電、制造的行業(yè)和任何其他類型行業(yè)相關(guān)的任務(wù)的任何固定或活動機(jī)器。固定機(jī)器的非限制性例子包括發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、渦輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、固定鉆探設(shè)備(例如用于離岸鉆探平臺)和任何其他類型的固定機(jī)器?；顒訖C(jī)器的非限制性例子包括起重機(jī)、拖拉機(jī)、前端裝載機(jī)、牽引機(jī)、高速路和非高速路車輛、汽車、挖掘機(jī)、傾斜卡車或者任何其它合適的活動機(jī)器。機(jī)器100中可包括用于產(chǎn)生功率輸出的功率源101、電子控制單元(E⑶)102、能夠執(zhí)行與機(jī)器100相關(guān)的至少一個任務(wù)的一個或多個電磁裝置120和用于檢測與電磁裝置120相關(guān)的電樞的運(yùn)動的系統(tǒng)110。盡管機(jī)器100被示出為履帶式牽引機(jī)，但可以想到機(jī)器100可包括任何合適類型的活動或固定機(jī)器，例如上面描述的那些機(jī)器。功率源101可包括能夠輸出用于機(jī)器100使用的能量的任何裝置。例如，功率源101可包括能夠以柴油燃料、汽油、天然氣或任何其他類型燃料操作的燃燒發(fā)動機(jī)。替代地和/或另外地，功率源101可包括能夠輸出電能和/或機(jī)械能的任何類型的裝置，例如燃料電池、發(fā)電機(jī)、電池、渦輪機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、變壓器或任何其他合適的功率輸出裝置。E⑶102可聯(lián)接到與機(jī)器100相關(guān)的多個子系統(tǒng)和部件并能夠監(jiān)測和控制與這些 系統(tǒng)和部件相關(guān)的操作。例如，ECU 102可操作地聯(lián)接到功率源101并能夠控制與和功率源101相關(guān)的子系統(tǒng)和部件相關(guān)的操作。替代地和/或另外地，ECU 102可通信地聯(lián)接到系統(tǒng)110并能夠監(jiān)測和控制機(jī)器100的一個或多個電磁裝置120的操作。盡管E⑶102被示出為用于機(jī)器100的控制單元，但ECU 102可包括任何類型的控制系統(tǒng)，例如與汽車相關(guān)的動力系控制模塊(PCM)、與一臺制造設(shè)備相關(guān)的控制器或者適于監(jiān)測和/或控制與機(jī)器100相關(guān)的操作方面的任何其他合適系統(tǒng)。一個或多個電磁裝置120可均包括能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)換成線性動量以致動與機(jī)器100相關(guān)的至少一個機(jī)械裝置的電磁換能器。例如，電磁裝置120可被構(gòu)造為機(jī)電閥、繼電器、開關(guān)或能夠根據(jù)電功率輸入提供機(jī)械輸出功率的其他合適的裝置。例如，電磁裝置120可包括能夠調(diào)節(jié)流至燃燒室的燃料的流量的一個或多個閥。替代地，電磁裝置120可包括能夠促進(jìn)電流以激勵與機(jī)器100相關(guān)的起動器馬達(dá)的起動器馬達(dá)開關(guān)。替代地和/或另外地， 可以想到一個或多個電磁裝置120可實(shí)施在與機(jī)器100相關(guān)且需要電子控制機(jī)械致動器的任何應(yīng)用中。如圖2所示，電磁裝置120可包括能夠接收電功率輸入并響應(yīng)于此功率輸入提供機(jī)械功率輸出的一個或多個部件。例如，電磁裝置120可包括選擇性地聯(lián)接到電樞122并通過氣隙123與電樞122分離的電磁線圈121。電磁裝置120也可包括用于在氣隙123內(nèi)不存在電磁場時將電樞122定位在最初(或初始)狀態(tài)(通過位置“A”表示)的定位器124。電磁線圈121可包括任何類型的金屬導(dǎo)體并可被構(gòu)造為大致盤繞布置。該盤繞布置可便于基本圍繞線圈感應(yīng)電磁場，且最強(qiáng)的場包含在與由線圈形成的周界相關(guān)的區(qū)域內(nèi)。電磁線圈121可包括銅、鋁、鋼、鎳、鐵或任何其他合適的金屬或金屬合金導(dǎo)線，其可用來與電流經(jīng)過所述導(dǎo)線相關(guān)地感應(yīng)磁場。電樞122可大致縱向地設(shè)置在盤繞導(dǎo)體內(nèi)并能夠在存在由經(jīng)過線圈的電流產(chǎn)生的電磁場時相對于電磁線圈121運(yùn)動。例如，電樞122能夠從在存在由電磁線圈121提供的電磁場時從初始位置“A”運(yùn)動到“拉入”位置“B”。電樞122的運(yùn)動可以與電磁場的強(qiáng)度成比例并且可大致在電流流經(jīng)電磁線圈121的方向。電樞122可由任何高磁透性材料構(gòu)成，這些材料例如是鐵、鎳、鈷或任何其他合適的高滲透性金屬或金屬合金。如圖2所示，電磁裝置120可選擇性地聯(lián)接到系統(tǒng)110以檢測電樞運(yùn)動。系統(tǒng)110可包括一個或多個部件，這些部件能夠控制電磁裝置120、監(jiān)測與電磁裝置120相關(guān)的一個或多個操作方面并確定與電磁裝置120相關(guān)的電樞122何時改變位置。系統(tǒng)110可包括通過一個或多個開關(guān)元件130選擇性地聯(lián)接到電磁裝置120的功率供應(yīng)裝置140和用于監(jiān)測和控制系統(tǒng)110的操作的控制器150。功率供應(yīng)裝置140可包括用于提供電磁裝置120使用的電功率輸出的任何裝置。功率供應(yīng)裝置140例如可包括發(fā)電機(jī)、交流發(fā)電機(jī)、電池、燃料電池、變壓器、功率轉(zhuǎn)換器或者用于提供電磁裝置120使用的AC或DC功率的任何其他合適的裝置。功率供應(yīng)裝置140可構(gòu)成能夠向與機(jī)器100相關(guān)的多個電系統(tǒng)或部件提供功率的獨(dú)立電功率源。替代地，功率供應(yīng)裝置140可包括在控制器150內(nèi)，作為專門由控制器150使用的一體單元。開關(guān)元件130可包括能夠選擇性地將功率供應(yīng)裝置140聯(lián)接到電磁裝置120的 一個或多個部件。開關(guān)元件130可包括任何類型的機(jī)械或電開關(guān)，例如固態(tài)晶體管式開關(guān)(例如FET開關(guān)、BJT開關(guān)、CMOS開關(guān)、IGBT開關(guān)等)、繼電裝置、斷路器或者適用于將功率供應(yīng)裝置140選擇性地聯(lián)接到電磁裝置120的任何其他裝置。開關(guān)元件130可通過例如E⑶102或控制器150的控制單元電子操作?？刂破?50可包括在上面可以實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的過程和方法的任何類型的基于處理器的系統(tǒng)?？刂破?50可包括一個或多個硬件部件，例如中央處理單元(CPU) 151、隨機(jī)存取存儲器(RAM)模塊152、只讀存儲器(ROM)模塊153、存儲裝置154和數(shù)據(jù)庫155。替代地和/或另外地，控制器150可包括一個或多個軟件部件，例如包括用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施方式的方法的計(jì)算機(jī)可執(zhí)行指令的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)?？梢韵氲?，上面所列的硬件部件中的一個或多個可以使用軟件實(shí)施。例如，存儲裝置154可包括與控制器150的一個或多個其他硬件部件相關(guān)的軟件分區(qū)。控制器150可包括與上面所列的另外的、更少的和/或不同的部件?？梢岳斫猓厦嫠械牟考H僅是示例性的而不意欲為限制性的。CPU 151可包括一個或多個處理器，其均能夠執(zhí)行指令并處理數(shù)據(jù)以執(zhí)行與控制器150相關(guān)的一個或多個功能。如圖2所示，CPU 151可通信地聯(lián)接到RAM 152, ROM 153、存儲裝置154和數(shù)據(jù)庫155。CPU 151能夠執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序指令序列以執(zhí)行各種過程，這將在下面詳細(xì)介紹。計(jì)算機(jī)程序指令可加載到RAM 152中以便CPU 151執(zhí)行。RAM 152和ROM 153可各自包括一個或多個用于存儲與控制器150和/或CPU 151的操作相關(guān)的信息的裝置。例如，ROM 153可包括能夠訪問和存儲與控制器150相關(guān)的信息的內(nèi)存裝置，這些信息包括用于識別、初始化和監(jiān)測控制器150的一個或多個部件和子系統(tǒng)的操作的信息。RAM 152可包括用于存儲與CPU 151的一個或多個操作相關(guān)的數(shù)據(jù)的內(nèi)存裝置。例如，ROM 153可將指令加載到RAM 152中以便由CPU 151執(zhí)行。存儲裝置154可包括能夠存儲CPU 151執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式一致的過程所需要的信息的任何類型的大存儲裝置。例如，存儲裝置154可包括一個或多個固態(tài)、磁盤和/或光盤裝置，例如硬盤驅(qū)動器、⑶-ROM、DVD-ROM或任何其他類型的大介質(zhì)裝置。數(shù)據(jù)庫155可包括相互協(xié)作以存儲、組織、分類、過濾和/或布置控制器150和/或CPU 151使用的數(shù)據(jù)的一個或多個軟件和/或硬件部件。例如，數(shù)據(jù)庫155可包括與和電磁裝置120的各種操作狀態(tài)相關(guān)的電流最大值和最小值相關(guān)的一個或多個預(yù)定閾值水平。例如，數(shù)據(jù)庫155可包括與操作的拉入狀態(tài)相關(guān)的一組電流最小和最大閾值水平。另外，數(shù)據(jù)庫155可包括與操作的保持狀態(tài)相關(guān)的第二組電流最大和最小閾值水平。數(shù)據(jù)庫155還可包括與操作的減弱狀態(tài)相關(guān)的第三組電流最大和最小閾值水平。下面將更詳細(xì)地描述這些操作狀態(tài)中的每一個。CPU 151可訪問存儲在數(shù)據(jù)庫155中的信息，以便將測量的電磁線圈電流與一個或多個閾值水平相比，從而確定是否/何時操作與系統(tǒng)110相關(guān)的一個或多個開關(guān)元件130?？梢韵氲剑瑪?shù)據(jù)庫155可存儲與上面所列的另外和/或不同的信息?？刂破?50可通信地聯(lián)接到開關(guān)元件130并能夠操作每個開關(guān)元件130?？刂破?50可根據(jù)電磁裝置120的希望操作來操作開關(guān)元件130。例如，控制器150可操作開關(guān)元件130以將功率供應(yīng)裝置140提供的能量以脈沖形式提供到電磁線圈121，由此提供流經(jīng)電磁線圈以產(chǎn)生用于致動電樞122的磁場的可變電流。控制器150可被構(gòu)造成通過順序操作一個或多個開關(guān)元件130來操縱這種可變電流，從而根據(jù)電磁裝置120的希望操作產(chǎn)生與電磁裝置120相關(guān)的電磁場。
控制器150還可通信地聯(lián)接到功率供應(yīng)裝置140以控制與功率供應(yīng)裝置140相關(guān)的功率輸出端的功率水平。例如，針對與電磁裝置120相關(guān)的拉入狀態(tài)，控制器150將與功率供應(yīng)裝置140相關(guān)的功率水平設(shè)置為第一功率水平。一旦實(shí)現(xiàn)了拉入，控制器150可根據(jù)電磁裝置120的希望操作改變功率水平。除了功率水平外，控制器150可被構(gòu)造成調(diào)節(jié)與功率供應(yīng)裝置140相關(guān)的其它操作方面，例如頻率、波形等?？刂破?50可被構(gòu)造成監(jiān)測與系統(tǒng)110相關(guān)的一個或多個操作方面。例如，控制器150可包括操作地聯(lián)接到系統(tǒng)110的一部分的一個或多個監(jiān)測裝置(未顯示)。這些監(jiān)測裝置可包括能夠監(jiān)測與電磁線圈121相關(guān)的電流或電壓水平的一個或多個電流和/或電壓取樣裝置、能夠監(jiān)測一個或多個開關(guān)元件130的操作之間的時間的計(jì)時器或者用于監(jiān)測與系統(tǒng)110相關(guān)的操作方面的任何其它合適的裝置?？刂破?50可被構(gòu)造成操作一個或多個開關(guān)元件130和/或功率供應(yīng)裝置140以根據(jù)電磁裝置120的希望操作激勵電磁線圈121。例如，在最初時刻，控制器150可將一個或多個開關(guān)元件130置于“斷開”狀態(tài)，即對應(yīng)于開關(guān)元件不傳導(dǎo)電流的狀態(tài)。這樣，提供經(jīng)電磁線圈121的電流流路的電路打開，防止電流流過，因此防止感應(yīng)與電磁線圈121相關(guān)的磁場。沒有了磁力，電磁裝置電樞122可通過定位器124保持靜止在最初狀態(tài)“A”，定位器可包括電元件或機(jī)械元件，例如彈簧、磁體、或者用于保持和/或使電樞122返回到最初狀態(tài)“A”的任何其他類型的元件?？梢韵氲?，除了將一個或多個開關(guān)元件130設(shè)置在“斷開”狀態(tài)，由此防止電流在功率供應(yīng)裝置140和電磁裝置120之間流動，控制器150可將一個或多個開關(guān)元件設(shè)置在“減小”狀態(tài)，由此減小和/或使電流最小化為預(yù)定水平。因此，可以想到，將一個或多個開關(guān)元件130設(shè)置在“斷開”狀態(tài)指將電流從第一狀態(tài)基本上減小為其中允許電磁線圈感應(yīng)的電磁場消散的第二狀態(tài)的任何活動。圖3提供了在電磁裝置120的示例性操作過程中與電磁線圈121相關(guān)的電流和電壓流程圖。如圖3所示，控制器150可通過將位于電磁電路中的每個開關(guān)元件130設(shè)置至IJ “接通”狀態(tài)來起動電磁裝置120的操作，使得能量經(jīng)電磁線圈121在功率供應(yīng)裝置140和電磁裝置120之間流動。除了將開關(guān)元件130設(shè)置為“接通”，控制器150可根據(jù)與電磁裝置120相關(guān)的預(yù)定拉入電壓設(shè)定功率供應(yīng)最大和最小電壓水平。該拉入電壓可包括為電磁線圈121提供電流水平所需的最小電壓水平，該電流水平足夠大以感應(yīng)具有足以將電樞122從其最初位置“A” “拉”到拉入位置“B”的力的磁場。由于電磁線圈121的感應(yīng)本性，控制器150可被構(gòu)造成將一個或多個開關(guān)元件130以脈沖形式順序地?cái)嚅_和接通，以提供感應(yīng)電磁場可能需要的可變電流。控制器150可以預(yù)定頻率脈沖形式提供該電壓。替代地，根據(jù)一種實(shí)施方式，控制器150可最初激勵電流為最大電流水平。一旦電磁線圈電流達(dá)到該最大水平，控制器150可將一個或多個開關(guān)裝置130設(shè)置為斷開狀態(tài)，從而允許存儲在電磁線圈121中的一些電流消散。當(dāng)電流消散到最小閾值水平時，控制器150可將開關(guān)設(shè)置為接通狀態(tài)，由此使得電流能夠?yàn)殡姶啪€圈121重新充電。一旦線圈中的電流感應(yīng)出足夠強(qiáng)以克服最初力的磁場，電樞122可通過從位置“A”運(yùn)動到位置“B”而致動。應(yīng)當(dāng)注意，電樞122從位置“A”到位置“B”的運(yùn)動可造成與電磁線圈121相關(guān)的感應(yīng)系數(shù)的改變。由于這種改變，電樞運(yùn)動可感應(yīng)出在與應(yīng)用拉入電壓而感應(yīng)的電流的相反方向上作用的小電流。該負(fù)電流將弓I起電磁線圈電流達(dá)到其最大閾值數(shù)值所需的時間增加。一旦電樞122已經(jīng)被成功拉入，控制器150可將與功率供應(yīng)裝置140相關(guān)的最大和最小電壓水平設(shè)定為預(yù)定保持?jǐn)?shù)值。由于將電樞122保持在位置“B”可能需要的能量比拉入電樞122所需的能量少，保持?jǐn)?shù)值可包括比拉入電壓水平小相當(dāng)多的最小電壓水平。該保持?jǐn)?shù)值可對應(yīng)于為電磁線圈121提供感應(yīng)出具有足以將電樞保持在位置“B”的力的磁場的電流所需的最小電壓水平。為了釋放電樞122并允許其返回其初始狀態(tài)(即，位置“A”)，控制器150可將一個或多個開關(guān)裝置130設(shè)置在“斷開”狀態(tài)，并允許與電磁線圈121相關(guān)的電流降到保持?jǐn)?shù)值以下。隨著與電磁線圈121相關(guān)的電流消散，電流感應(yīng)的電磁場變?nèi)?，直到起始?由定位器124提供)克服將電樞122保持在保持位置“B”的電磁場的力，由此允許電樞122 “減弱”并返回到位置“A”。電樞122從位置“B”到其初始位置“A”的這種運(yùn)動會造成電磁線圈121的感應(yīng)系數(shù)的改變。這種改變將在電磁線圈121內(nèi)感應(yīng)出補(bǔ)充電流，其可在與應(yīng)用拉入電流而感應(yīng)的電流相同的方向上流動。該正電流會使電流從電磁線圈121消散所需的時間增加。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的過程和方法可使得依賴電磁裝置120的精確控制的系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地確定電樞122何時致動(S卩，電樞122何時“拉入”和“減弱”)。圖4提供說明用于操作與控制器150相關(guān)的系統(tǒng)110的示例性方法的流程圖400。如圖4所示，該方法包括向與電磁裝置120相關(guān)的電磁線圈121提供電壓(步驟410)。例如,控制器150可調(diào)節(jié)最大和最小電壓閾值水平以向電磁線圈121提供合適的拉入電壓，并將開關(guān)元件130設(shè)置在“接通”狀態(tài)。結(jié)果，拉入電壓可施加到電磁線圈121上，使得電流流經(jīng)電磁線圈。一旦已經(jīng)向電磁線圈121提供電壓，就可測量流經(jīng)電磁線圈121的電流(步驟420)。例如，控制器150可包括能夠自動監(jiān)測與電磁線圈121相關(guān)的電流的一個或多個電流監(jiān)測裝置?？刂破?50可被構(gòu)造成持續(xù)監(jiān)測電磁線圈電流。替代地，控制器150可根據(jù) 預(yù)定取樣率對電磁線圈電流周期性地取樣。
控制器150可將與電磁線圈121相關(guān)的測量電流與最大電流閾值數(shù)值進(jìn)行比較(步驟430)。例如，控制器150的CPU 151可將測量電流與存儲在數(shù)據(jù)庫155中的預(yù)定最大電流閾值數(shù)值進(jìn)行比較。如果電磁線圈電流還沒有達(dá)到該最大閾值數(shù)值，控制器150可繼續(xù)監(jiān)測線圈電流(步驟430 :否)。替代地，如果電磁線圈電流已經(jīng)達(dá)到最大閾值數(shù)值，控制器150可將一個或多個開關(guān)裝置設(shè)置在“斷開”狀態(tài)，由此切斷對電磁線圈121供應(yīng)電壓并允許電磁線圈電流消散(步驟440)。在電磁線圈電流消散的同時，控制器150可測量電磁線圈電流(步驟450)并將測量電流與最小閾值數(shù)值進(jìn)行比較(步驟460)。例如，與控制器150相關(guān)的CPU 151可將測量的電磁線圈電流與存儲在數(shù)據(jù)庫155中的預(yù)定最小閾值數(shù)值進(jìn)行比較。如果電磁線圈電流還沒有消散到最小閾值水平，控制器150可繼續(xù)測量流經(jīng)電磁線圈121的電流(步驟460 :否)。替代地，如果電磁線圈電流已經(jīng)消散到最小閾值水平(步驟460 :是)，控制器150 可將開關(guān)裝置130設(shè)置在“接通”狀態(tài)并測量開關(guān)裝置130的接通和斷開之間的續(xù)斷周期(步驟470)。例如，與控制器150相關(guān)的CPU 151可提供接通開關(guān)裝置130的控制信號。續(xù)斷周期也可測量為在開關(guān)裝置130的隨后操作中開關(guān)裝置130的接通和斷開之間流逝的時間。替代地，續(xù)斷周期也可測量為發(fā)生以下各項(xiàng)的時間(I)從接通電壓勢、然后斷開、然后再接通的時間；(2)從斷開電壓勢、然后接通、然后再斷開的時間；或者(3)從斷開電壓勢到接通的時間。CPU 151可將測量的續(xù)斷周期存儲在存儲器154中以便將來分析。一旦已經(jīng)測量與電磁線圈121的電壓脈沖相關(guān)的續(xù)斷周期，控制器150可分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞運(yùn)動(步驟480)。例如，控制器150可分析多個連續(xù)的續(xù)斷周期。具體地，控制器可使用循環(huán)緩沖區(qū)算法來比較當(dāng)前續(xù)斷的續(xù)斷周期與前次續(xù)斷的續(xù)斷周期。圖5顯示了在相對于從電流啟動的時間繪制續(xù)斷周期時畫出的示例性曲線?？赏ㄟ^識別局部最大來確定電樞運(yùn)動?？墒褂萌鐖D5a所示的循環(huán)緩沖區(qū)算法來識別這種最大。圖5a描繪了表示循環(huán)緩沖區(qū)操作方式的視覺表示的表。表中的間隔對應(yīng)于圖5中繪制的每個點(diǎn)。根據(jù)以下規(guī)則將數(shù)值“0”或“I”賦予每個間隔(1)如果特定點(diǎn)的續(xù)斷周期(y值)大于緊接其前測量的點(diǎn)的續(xù)斷周期，則賦值O。(2)如果特定點(diǎn)的續(xù)斷周期(y值)小于或等于緊接其前測量的點(diǎn)的續(xù)斷周期，則賦值I。通過使用循環(huán)緩沖區(qū)算法來分析每個連續(xù)點(diǎn)，當(dāng)一個點(diǎn)處緩沖區(qū)被賦0，而緊接著的連續(xù)點(diǎn)處緩沖區(qū)被賦1，則可以確定局部最大。例如，附圖標(biāo)記500-505代表圖5所示的曲線上的六個點(diǎn)。同樣，如圖5所示，附圖標(biāo)記500a-505a代表根據(jù)前述規(guī)則在循環(huán)緩沖區(qū)繪制的對應(yīng)數(shù)值。通過502表示的點(diǎn)是局部最大。這可在圖5上看到，因其具有比緊隨其前和其后的點(diǎn)大的y值。類似地，如循環(huán)緩沖區(qū)中描繪的，與點(diǎn)502a和503a相關(guān)的間隔是表從數(shù)值0變化到I的部位。換句話說，點(diǎn)502處的續(xù)斷值高于點(diǎn)501處的續(xù)斷值，且點(diǎn)503處的續(xù)斷值小于或等于點(diǎn)502處的續(xù)斷值。因此，點(diǎn)502是局部最大。在圖5所示的曲線中，點(diǎn)502是電樞開始運(yùn)動的位置?？刂破骺煞磸?fù)使用如圖5a描繪的循環(huán)緩沖區(qū)算法來連續(xù)地監(jiān)測電樞的位置。例如，一旦達(dá)到表的結(jié)尾，控制器可再次在開始處啟動，并通過用新的0或I值重寫來再次利用每個間隔。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識，循環(huán)緩沖區(qū)可包含任何數(shù)量的空間，只要遵守填充間隔的前述規(guī)則即可。通過能夠以上述方式連續(xù)測量電樞的運(yùn)動，特別是拉入運(yùn)動，可以節(jié)約大量的控制器內(nèi)存資源。以前的確定拉入時間的方法需要將圖5中繪制的點(diǎn)與特定電磁裝置121的理想感應(yīng)曲線進(jìn)行比較。通過計(jì)算圖5的曲線與理想感應(yīng)曲線最大偏離處的點(diǎn)，所述比較可確定電樞運(yùn)動。為了利用該方法，理想感應(yīng)曲線的數(shù)據(jù)必須始終存儲在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫155中。另一方面，本發(fā)明可不必將其與龐大的感應(yīng)曲線數(shù)據(jù)進(jìn)行比較就能計(jì)算“運(yùn)行中”的拉入時間。如此一來，可以節(jié)約大量的數(shù)據(jù)庫資源。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認(rèn)識，可采用確定局部最大的替代方法而不脫離本發(fā)明的范圍。例如，控制器150可被構(gòu)造成針對圖5中繪制的點(diǎn)所代表的曲線計(jì)算多項(xiàng)式公式。通過取該曲線的導(dǎo)數(shù)，可以確定局部最大。此外，如同利用這里描述的循環(huán)緩沖算法，控制器150可確定電樞的運(yùn)動，或者具體地說是拉入時間，不需要如同以前的方法那樣需要花費(fèi)額外的存儲資源?！すI(yè)實(shí)用性本發(fā)明的電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)能夠應(yīng)用于精確可靠確定電磁換能器中的電樞運(yùn)動是有利的任何系統(tǒng)。具體地，本發(fā)明的電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)可提供用于確定電磁致動器的拉入時間和減弱時間的方法，而拉入時間和減弱時間對于依賴電磁操作的精確控制的系統(tǒng)都很關(guān)鍵。當(dāng)前公開的電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)可提供很多好處。例如，系統(tǒng)110可被構(gòu)造成確定在保持電壓被切斷后與電磁裝置電樞相關(guān)的減弱時間。結(jié)果，脈沖測試電壓可應(yīng)用于電磁裝置120，使得系統(tǒng)110能夠比監(jiān)測電磁線圈中的電流變化(這難以檢測)的傳統(tǒng)系統(tǒng)更加準(zhǔn)確地確定相關(guān)電樞122的減弱時間。另外，當(dāng)前公開的電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)可增強(qiáng)與機(jī)器100相關(guān)的系統(tǒng)的控制能力。例如，同時確定拉入時間和減弱時間的能力可使得系統(tǒng)110能夠通過允許該系統(tǒng)補(bǔ)償由于建立磁場造成的電樞運(yùn)動的任何拖延而更加準(zhǔn)確地控制電樞122的致動。結(jié)果，依靠電樞致動的精確控制的系統(tǒng)(例如燃料噴射系統(tǒng))會變得更加有效。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可以對本發(fā)明的電磁裝置電樞運(yùn)動檢測系統(tǒng)進(jìn)行多種修改和變型，而不脫離本發(fā)明的范圍。通過考慮本發(fā)明的說明書和實(shí)踐，本發(fā)明的其他實(shí)施方式對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是清楚的。說明書和實(shí)踐僅僅意在被認(rèn)為是示例性的，本發(fā)明的真正范圍由權(quán)利要求書及其等同范圍指明。
權(quán)利要求
1.一種用于檢測與電磁裝置(120)相關(guān)的電樞(122)的致動的方法，包括 向與所述電磁裝置(120)相關(guān)的電磁線圈(121)提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器； 測量流經(jīng)所述電磁線圈(121)的電流； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷所述電壓勢； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通所述電壓勢； 測量與所述電壓勢的切斷和接通相關(guān)的續(xù)斷周期； 分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞(122)運(yùn)動和電樞(122)就座；和 根據(jù)所述分析確定電樞(122)運(yùn)動時間和電樞(122)就座時間。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述分析步驟包括將連續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(500，501，502，503，504，506)記錄在曲線上，其中，在x軸上測量從電流開始的時間，在y軸上測量續(xù)斷周期。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述分析步驟還包括相互比較連續(xù)續(xù)斷周期的數(shù)值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述確定步驟還包括在隨后的續(xù)斷周期的數(shù)值小于或等于緊接其前的續(xù)斷周期的時間點(diǎn)識別電樞(122)的運(yùn)動。
5.一種電樞(122)致動檢測系統(tǒng)(110)，包括 功率供應(yīng)裝置(140)，其經(jīng)由一個或多個開關(guān)元件(130)選擇性地聯(lián)接到電磁線圈(121)并能夠提供電壓輸出； 控制器(150)，其操作地聯(lián)接到所述一個或多個開關(guān)元件(130)并能夠 操作所述一個或多個開關(guān)元件(130)以向所述電磁線圈(121)選擇性地提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器； 測量流經(jīng)所述電磁線圈(121)的電流； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷所述電壓勢； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通所述電壓勢； 測量所述電壓勢的脈沖之間的續(xù)斷周期； 分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞(122)運(yùn)動和電樞(122)就座；和 根據(jù)所述分析確定電樞(122)運(yùn)動時間和電樞(122)就座時間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(110)，其中，所述控制器(150)包括與機(jī)器(100)相關(guān)的電子控制單元(102)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)(110)，其中，分析連續(xù)的續(xù)斷周期還包括將連續(xù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)(500，501，502，503，504，506)記錄在曲線上，其中，在x軸上測量從電流開始的時間，在y軸上測量續(xù)斷周期。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)(110)，其中，分析連續(xù)的續(xù)斷周期還包括相互比較連續(xù)的續(xù)斷周期的數(shù)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)(110)，其中，分析連續(xù)的續(xù)斷周期還包括在隨后的續(xù)斷周期的數(shù)值小于或等于緊接其前的續(xù)斷周期的時間點(diǎn)識別電樞(122)的運(yùn)動。
10.一種機(jī)器(100),包括 電磁裝置(120)，其具有導(dǎo)體(121)和電樞(122)，其中，所述導(dǎo)體(121)基本在縱向方向上圍繞所述電樞(122)盤繞并借助氣隙與所述電樞(122)分離，所述電樞(122)能夠在存在由所述導(dǎo)體(121)產(chǎn)生的電磁場時相對于所述導(dǎo)體(121)運(yùn)動； 電樞(122)致動檢測系統(tǒng)(110)，其操作地聯(lián)接到所述電磁裝置(120)，所述電樞(122)致動檢測系統(tǒng)(110)包括 功率供應(yīng)裝置(140)，其經(jīng)由一個或多個開關(guān)元件(130)選擇性地聯(lián)接到電磁導(dǎo)體(121)并能夠提供電壓輸出； 控 制器(150)，其操作地聯(lián)接到所述一個或多個開關(guān)元件(130)并能夠 操作所述一個或多個開關(guān)元件(130)以向所述電磁導(dǎo)體(121)選擇性地提供電壓勢并基本同時開始起動電流計(jì)時器； 測量流經(jīng)所述電磁導(dǎo)體(121)的電流； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷所述電壓勢； 在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通所述電壓勢； 測量所述電壓勢的脈沖之間的續(xù)斷周期； 分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞(122)運(yùn)動和電樞(122)就座；和 根據(jù)所述分析確定電樞(122)運(yùn)動時間和電樞(122)就座時間。
全文摘要
一種用于檢測與電磁裝置相關(guān)的電樞的致動的方法包括向與電磁裝置相關(guān)的電磁線圈提供電壓勢。該方法還包括測量流經(jīng)所述電磁線圈的電流。該方法進(jìn)一步包括在測量的電流達(dá)到預(yù)定最大值時切斷電壓勢。該方法還包括在測量的電流達(dá)到預(yù)定最小值時接通電壓勢。該方法進(jìn)一步包括測量與電壓勢的切斷和接通相關(guān)的脈沖之間的續(xù)斷周期。該方法還包括分析連續(xù)的續(xù)斷周期以檢測電樞運(yùn)動和電樞就座。該方法進(jìn)一步包括根據(jù)續(xù)斷周期的比較確定與電磁裝置相關(guān)的電樞的拉入時間。
文檔編號H01H47/04GK102725574SQ201080062281
公開日2012年10月10日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者J·W·舒馬赫, P·J·托馬斯, W·J·洛弗 申請人:卡特彼勒公司