本发明涉及尤其是在商用车中的用于流体系统的双稳态的电磁阀装置以及用于获知双稳态的电磁阀的衔铁位置的方法。
背景技术：
双稳态的电磁阀能够在流体系统中，例如压缩空气系统中实现两个阀位置之间的移位，其中，两个阀位置可以在电磁阀的无电流的状态下保持。双稳态的电磁阀通常具有永磁体装置和可相对于永磁体装置移位的衔铁，衔铁具有可通电的衔铁线圈。根据第一衔铁线圈或第二衔铁线圈的通电，衔铁可以移位到其第一衔铁位置或第二衔铁位置中，衔铁也在开关电流消失后，即在未通电的状态下可靠地保持在第一衔铁位置或第二衔铁位置中。
带有双稳态的电磁阀装置的电控气动的手刹能够实现手刹的气动操纵，其中，在停止状态或行驶状态下不需要通电，并且因此不需要能量消耗。此外，在行驶期间，即在驻车制动器切断时也不需要电流，并且因此也不需要能量消耗。
de3730381a1示出了这种双稳态的电磁阀，该电磁阀在其两个位置中能够实现永磁保持力。在此，衔铁设置成可轴向地在其衔铁位置之间移位，并且在其衔铁位置中撞击到第一端部芯或第二端部芯上，其中，针对另外的端部芯分别构造有气隙。气隙导致的是，通过各自的端部芯延伸的永磁场比在没有另外的端部芯与衔铁之间的气隙的情况下延伸的永磁场更弱。在其衔铁位置或阀位置中，衔铁利用其密封器件分别封闭适当的流体通道。
然而在一些状况下可能出现如下情况，即，精确的衔铁位置以及进而阀位置是未知的或不确定的。因此，在行驶期间的振动原则上可以导致能运动的部分，例如衔铁的移位。在控制装置例如在车辆启动时接通之后，流体系统的控制装置也首先通常并不知道其装置的状态，或者首先假设装置和元件位于其未通电的基本状态下。在将双稳态的电磁阀例如使用在电控气动的手刹中时，制动控制装置因此例如不知道车辆是否利用挂入的或未挂入的手刹停止，其中，在车辆启动时的可能的存储输入首先是非常不确定的。
将双稳态的电磁阀试移位或复位到两个定位的其中一个定位中通常可以阻止行驶运行，或者导致不必要的移位。
因此，在驻车状态期间测试检验驻车制动器可能会导致车辆的松开和不受控的运动。在行驶期间，检验电控气动的驻车制动器的状态可能会导致操纵和因此导致制动，其可以导致危险的行驶状况。
技术实现要素：
本发明的任务是能够利用相对小的费用实现对双稳态的电磁阀装置的开关状态的可靠的检验。
该任务通过根据独立权利要求的双稳态的电磁阀装置和用于获知衔铁位置的方法解决。从属权利要求描述了优选的改进方案。因此，电控气动的驻车制动器尤其是设置有双稳态的电磁阀装置。
因此，阀位置通过在不使衔铁移位的情况下评估或测量两个衔铁线圈的电感和比较电感来获知。为此，双稳态的电磁阀装置具有探测装置。
因此已经实现如下优点：在没有移位和因此没有介入流体系统的情况下能够实现通过感测衔铁位置来感测开关位置。检验阀位置或衔铁位置因此可以在行驶开始前并且也例如常规地在行驶期间执行，而不会在此形成紧要的或危险的状况。
根据优选的构造方案，探测装置具有测量路径，通过测量路径，衔铁线圈分别被通电。因此已经实现如下优点：不依赖于衔铁线圈的功率通电地给衔铁线圈通电被设置成用于衔铁线圈的移位。测量路径优选与比较装置联接，测量路径的测量值，例如测量电压相互比较。
本发明在此基于如下思想：各自的衔铁位置导致影响衔铁线圈的永磁场和电感；因此，在衔铁贴靠在芯上的定位上的衔铁线圈的有效电感得到提高，相反地在构造衔铁与芯之间的气隙的情况下减小。因此，能够通过通电实现衔铁位置的移位的衔铁线圈尤其是比另外的衔铁线圈具有更小的有效电感。
通过测量电感，因此原则上可以出现关于衔铁位置或气隙的定位的说明；通过比较两个衔铁线圈的电感可以实现可靠的说明。
有利地，根据实施方式针对测量电感设置有测量电压源，测量电压源与被设置成用于使衔铁移位的供应电压源不同。由此可以确保的是，为了测量进行通电，而不使衔铁移位。
通过构造带有共同的测量供应电压的测量路径，测量因此可以通过激活测量路径，例如通过测量开关装置实现，其与衔铁的功率调节的电操控分离。因此，测量电压可以作为电气电压(galvanischespannung)被截取，并且直接将它们相互比较，而无需操纵功率开关装置来使衔铁移位。
测量路径有利地分别具有测量电阻，其尤其是可以与各自的衔铁线圈串联地设置，从而形成电压降或分压器电路，在分压器电路上，各自的测量路径的测量电压可以被截取。因此，比较装置例如作为用于同时比较测量电压的比较器，或也例如作为用于依次比较测量电压的微控制器可以比较测量路径的测量电压。测量电阻有利地是相同的，以便直接构造类似的测量电压。两个测量路径有利地通过共同的测量供应电压与其各自的衔铁线圈联接，从而在测量路径通电时分别进行类似的测量。
原则上，双稳态的电磁阀装置有利地在其衔铁线圈和测量路径中对称地构造，即具有对称的永磁体装置和/或衔铁的衔铁芯的对称的磁构造，并且尤其是具有相同的或类似的衔铁线圈和测量电阻。
测量电压尤其是可以作为在衔铁线圈上的电压被截取，并且相互比较，尤其是在分压器电路中分别在测量电阻与衔铁线圈之间被截取。
根据本发明能够实现的测量因此可以快速和安全地执行，并且例如测量开关装置被操纵，并且测量路径被激活。
通过对两个测量路径的测量的比较(即给第一衔铁线圈和第二衔铁线圈通电)可以直接获知在分别激活的衔铁位置和未激活的或未调整的衔铁位置之间的差别。因此，温度改变和另外的影响例如必要时导致测量值的完全的改变；然而通过对称构造，比较结果不受影响。
替选于构造若干分开的测量路径地，能够实现将探测装置在一定程度上整合到末级中，即能够实现用于操控衔铁线圈的功率电流路径。因此，根据实施方式，分流电阻可以与衔铁线圈和功率开关装置串联，并且与供应电压源联接。分流电阻在此可以足够低欧姆地选择，例如选择为几欧姆，从而功率电流或开关电流在此不会受到明显影响，并且功率损耗是不高的。在分流电阻上下降的电压可以直接作为测量电压被截取，并且测量电压可以在比较装置，例如运算放大器或比较器中进行比较。分流电阻可以因此尤其是在总归存在的接触部，例如衔铁线圈上相对于接地部设置。
本发明的另外的构造设置的是，测量路径与功率开关装置并联地构造，并且分别带有衔铁线圈的并联电路在供应电压接口之间串联。在此有利地，这种高的测量电阻设置的是，在操纵测量开关装置时，仅很小的测量电流流过，其至少在对于测量来说必需的开关时间内没有导致衔铁移位。因此，共同的供应电压源又可以用于构造探测装置并且作为末级使用。
在这种构造有共同的电压源的情况下，即在供应电压源用于衔铁位置之间的功率调节和测量时，因此仅需要很小的附加的硬件费用。
但也在构造有与供应电压源不同的附加的测量电压源的情况下，适当的协同作用可以实现，其方法是例如使用控制装置，即在控制装置中设置的微处理器的电压源或供应电压。这种微处理器例如通常具有3.3v和/或5v的供应电压，其因此补充地也可以用于操控分开的测量路径，而不会因此需要附加的电压源。
原则上，功率末级也可以在没有设备或硬件的改变的情况下仅非常短时间地被通电，从而没有实现衔铁位置之间的功率调节，并且通过测量实现的依赖于时间的测量值，即电流或电压相互比较。
测量尤其是可以获知或考虑到两个衔铁线圈的随时间改变的特性，其受到电感的影响。测量可以在接通过程中和/或在切断过程中，即尤其是在闭合或断开测量开关装置后进行。因此一方面，测量可以在闭合和/或断开测量开关装置之后的预设的时间后进行，其中，可以比较测量路径的测量电流或测量电压。另一方面，可以对直至其在接通或切断过程中达到预设的参考电压的持续时间进行测量。
根据本发明，尤其是也提供带有双稳态的电磁阀装置的电控气动的手刹，电磁阀装置能够在没有影响手刹的状态的情况下实现带有很小的费用、很小的能量消耗和可靠的说明的检验。
附图说明
本发明随后借助附图在一些实施方式中详细阐述。其中：
图1示出根据本发明的实施方式的双稳态的电磁阀装置的电路图；
图2示出根据本发明的另外的实施方式的带有探测装置的电磁阀装置；
图3示出分别在时间测量和电压测量中，在带有正极的测量电阻的实施方案中，电压作为在不同的衔铁位置中的电感测量的时间的函数的测量图表；
图4示出分别在时间测量和电压测量中，在带有负极的测量电阻的实施方案中，电压作为在不同的衔铁位置中的电感测量的时间的函数的测量图表；
图5示出基本上相应于图1的实施方式，其带有构造在永磁体轭上的位置固定的芯；
图6示出基本上相应于图2的实施方式，其带有构造在永磁体轭上的芯；
图7示出根据另外的实施方式的电磁阀装置，其带有在功率电路中设置的分流电阻；
图8示出根据另外的实施方式的电磁阀装置，其带有用于功率供应和探测的共同的电压源。
具体实施方式
在图1中示出的电磁阀装置1具有电磁阀7和探测装置12。电磁阀7具有永磁体轭2，其对称地和三极地构造，带有在中间芯2a上的中间极(在此是北极n)或者中间极凸出部和轴向外部的极(在此是南极s)，其构造在第一芯(极凸出部)2a和第二或右芯(极凸出部)2b上。相应地也可以实现与该构造方案相反的磁体构造。
由导磁的铁材料构成的衔铁3以能沿其轴向方向(a)纵向移位的方式设置在永磁体轭2中。左边的(第一)衔铁线圈6a以及右边的(第二)衔铁线圈6b位置固定地设置，并且利用(例如共同的)接口16c分别与接地部8联接并且利用其另外的接口16a或16b通过各一个功率开关9a或9b与带有供应电压+uv的供应电压源10联接。因此，通过闭合第一(左边的)功率开关9a，第一衔铁电路可以从供应电压uv通过闭合的第一功率开关9a、第一衔铁线圈6a相对接地部8闭合，并且相应地利用第二功率开关9b，第二衔铁电路可以通过第二衔铁线圈6b闭合。
功率开关9a和9b可以以如下方式组合，即，两个功率开关的仅其中一个功率开关是分别闭合的，例如作为组合开关或者拨动开关。在非通电的状态中，衔铁3占据其分别最后调整出的衔铁位置，其是稳定的。图1示出右边的衔铁位置ii，在右边的衔铁位置中，衔铁3贴靠在右边的(第二)芯2b上，从而在衔铁3与第二(右边的)芯2b之间不存在气隙，相反地，在衔铁3与左边的磁极2a之间形成气隙11。因此，右边的永磁场mb基于衔铁3与右边的芯/磁极2b之间的缺少的气隙而大于在左边的芯/磁极2a与中间芯c之间的左边的永磁场ma，中间芯形成北极n。衔铁3因此保持在右芯2b上。
当从图的位置出发，随后通过闭合左边的(第一)开关9a来闭合左边的电路，并且因此开关电流i-开关从供应电压源10通过闭合的功率开关9a和左边的(第一)衔铁线圈6a流至接地部8，由此，左边的(第一)衔铁线圈6a被通电，从而左边的永磁场ma由此加强，相应地，将衔铁3朝左磁极2a拉的第一磁力大于第二磁力，更强的右边的永磁场mb包含该第二磁力，并且将衔铁3保持在所示的右边的衔铁位置中。因此，衔铁3从图1所示的右边的衔铁位置ii移位到左边的衔铁位置i，由此，在左磁极2a与衔铁3之间的气隙11被闭合，并且相应地，右侧的在衔铁3与右磁极/芯2b之间的气隙11形成，其削弱了右边的永磁场mb。即使在随后断开第一开关9a的情况下，随后，左边的衔铁位置i又保持稳定。
为了探测衔铁位置设置有探测装置12，其根据图1具有左边的(第一)测量路径14a和第二(右边的)测量路径14b以及比较装置16。第一测量路径14a具有第一(左边的)测量电阻15a和第一测量开关设备17a，其串联在第一(左边的)线圈接口16a与测量电压源18之间。第一测量电阻15a足够大地确定规格，在第一测量开关装置17a闭合时没有足够用于使衔铁3移位的很大的第一测量电流i14a流过。第二测量路径14b又相对第一测量路径14a对称地构造，即在测量电压源18与第二(右边的)线圈接口16b之间构造有第二测量电阻15b和第二测量开关装置17b的串联电路。测量电阻15a和15b相同地选择。
因此，整个在图1中示出的电磁阀装置1对称地构造有电磁阀7和探测装置12。比较装置20构造为比较器，其输入接口20a和20b(也就是正输入端和负输入端)以原则上任意的极性又与线圈接头16a和16b联接。
利用探测装置12进行的测量过程更详尽地在图3中示出。图3a至3d分别示出测量电压ua或ub，其在线圈接口16a、16b上在测量过程期间存在。因此，通过闭合第一测量开关装置17a，第一测量电流回路被闭合，其从带有测量电压u，例如uv的测量电压18通过闭合的第一测量开关装置17a、第一测量电阻15a和第一(左边的)衔铁线圈16流至接地部8。因此，第一rl件形成为测量电阻15a和第一衔铁线圈6a的串联电路，其具有依赖于欧姆电阻和电感的特殊的时间特性；在固定的测量电阻15a、15b中，时间常数ta、tb因此依赖于各自的电感la、lb。电感在此依赖于衔铁位置；与在第一衔铁位置i中相比，在图1所示的右边的衔铁位置ii中，第一(左边的)衔铁线圈6具有很小的电感la。
根据本发明在此尤其是识别的是，有意义的比较没有通过在不同的衔铁位置中的测量实现，而是在该情况下也可以在不操纵衔铁的情况下通过比较在功率开关9a和9b断开时流过测量路径14a和14b的衔铁电流来实现。测量电阻15a和15b在此用于截取测量电压ua和ub，也就是说尤其是用于与测量电压源18脱离。
在测量路径14a和14b中的测量电流因此相应于时间常数或极限频率ωg(14a)＝r15a/la和ωg(14b)＝r15b/lb，其中，电阻r(15a)和r(15b)是相同的，即r(15a)＝r(15b)。
通过比较在该对称布置中的左侧和右侧，测量尤其是也可以在不使衔铁3移位或激活的情况下进行，并且因此也可以在无需调节整个电磁阀装置1的情况下进行。
图1所示的右衔铁位置ii在图3b和图3d的测量中示出，相应地，图3a、图3c示出第一(左边的)衔铁位置i：
根据图3b，闭合的测量开关装置17a和17b依次或也同时断开。在图1的带有比较器20的测量电路中，同时断开测量开关装置17a和17b是有意义的。因此，利用通过第一测量路径14a的测量电流i-14a和通过第二测量路径14b的测量电流i-14b分别形成电流在时间上非恒定地流过两个测量路径14a、14b和衔铁线圈6a和6b，其中，测量电流i-14a、i-14b导致线圈接口16a和16b上的电压降，并且因此构造出测量电压ua和ub。
在断开测量开关装置17a和17b之后，测量电流回路中断，从而在衔铁线圈6a和6b中构建的磁场随着时间常数ta或tb下降，时间常数依赖于相同的测量电阻r15a＝r15b和电感la、lb。在图1所示的衔铁位置ii中，第二(右边的)衔铁线圈6b的电感l大于第一(左边的)衔铁线圈6a的第一电感la，从而tb≥ta。这在根据图3b和图3d的测量中得到证实。根据图3b，根据实线的右边的测量电压ub比左边的测量电压ua更慢地下降，其中，根据图3b获知了测量电压ua和ub什么时候达到比较电压(参考电压)ur；相应地，时间ta≤时间tb。
根据按照图3d的为此替选的测量方式(其相应于根据图1的测量电路)，测量电压ua和ub直接相互比较，从而比较器20依赖于哪个测量电压ua或ub更大而示出状态信号uv或o伏特或者说逻辑1或0。在此，测量例如可以根据相关的测量时间tm进行，其中，足够明显的差别是期望的。根据图3d，在图1的衔铁位置ii中存在ub(tm)≥ua(tm)的情况，从而比较器20因此在测量时间tm输出值s＝0，这是因为ub位于比较器20的负输入端上，并且大于ua。
在根据图3a和图3c的与之对称的测量中存在第一衔铁位置i，其中，在图3a中相应于图3b地进行测量，并且在图3c中相应于图3d地进行测量。
图2的实施方式相对于图1得到修改，从而使两个测量开关装置17a和17b通过共同的测量开关装置17代替。因此，利用图2的探测装置12可以分别进行测量，其中，测量路径14a和14b同时断开和闭合，并且因此测量同时进行，如利用图3已经描述的那样。
在使用另外的比较装置来替代比较器20的情况下，测量也可以依次执行，这根据图1能够利用分开的测量开关装置17a和17b实现；在此，测量电压ua和ub于是可以依次地例如通过测量端口读取微控制器，并且随后相互比较。测量在此应该直接依次进行，因此，没有改变的条件，例如温度等导致测量的改变。
根据图3的测量方法示出在切断测量电流时，即在断开测量开关装置17a、17b或17时的测量。图4示出在接通电流时，即在闭合测量开关装置17a、17b或17时的根据图1或图2的相应的测量。在该情况下，根据图1和2的闭合的衔铁侧的测量路径，因此是第二或右边的测量路径14b示出更大的时间常数和因此更慢的或更缓的上升特性。
根据图3和图4的两个测量尤其是也可以依次执行，从而首先根据图1或图2，测量开关装置17a和17b或共同的测量开关装置17闭合，并且测量电流或电压ua和ub的上升被测量，并且随后，测量在切断或断开开关装置的情况下根据图3进行。
根据图1和图2，由比较装置20(即在此因此是比较器20)分别输出状态信号s1，得到衔铁位置和因此电磁阀装置的状态，即在所示的示例中，在第一(左边的)衔铁位置中s＝1，在第二(右边的)衔铁位置ii中s＝0。
图5示出相应于图1的构造方案，其带有沿轴向方向延伸的用于贴靠衔铁3的极凸出部2a和2b。
图6示出相应于图2的实施方式，其带有详细画出的极凸出部2a、2b。
图7示出电磁阀装置201的另外的实施方式，其中，探测装置212整合到功率电路中：
根据图7，分流电阻34a、34b连接在第一衔铁线圈6a的接地接头16c和第二衔铁线圈6b的接地接头16d之间。分流电阻34a和34b是足够小的，从而功率电路中的功率损耗是不重要的。因此，两个衔铁线圈6a和6b的功率电流也用作测量电流i_14a和i_14b。测量电压ua和ub因此在分流电阻34a、34b之前，即在分流电阻34a、34b与衔铁线圈6a和6b的各自的接地接口16c、16d之间取出，并且根据之前描述的实施方式通过用作比较装置的比较器20评估。
图8示出电磁阀装置301的另外的实施方式，其中，探测装置312相对于图1和图5的实施方式以如下方式修改，即，其使用供应电压源12；因此，共同的电压源，即供应电压源10被设置成用于功率电路和探测装置312。相应地，相对于图1和图5的实施方式更高的第一和第二测量电阻15a、15b例如设置在几千欧姆的范围内，以便不会通过测量电流i-14a和i-14b导入开关过程，并且此外也将能量消耗或在测量时出现的损耗功率保持很小。
在图1、图2、图5、图6的实施方式中，尤其是也已经在在此示出的用作用于评估和识别衔铁定位i或ii的控制和评估装置的控制装置22中，也有利的是，为了操控针对开关过程的功率开关9a和9b(功率开关)，已经存在的例如超过3.3v的5v的电压源可以用作测量电压源18。因此，为了构造测量电压源18不需要补充的额外费用，例如构造附加的电压源。
附图标记列表(说明书的组成部分)
1、101、201、301电磁阀装置
2永磁体轭
2a第一(左边的)芯/磁极
2b第二(右边的)芯/磁极
2c中间芯/磁极
3衔铁
6a左边的(第一)衔铁线圈
6b右边的(第二)衔铁线圈
7电磁阀
8接地部
9a左边的(第一)功率开关
9b右边的(第二)功率开关
10供应电压源
11气隙
12、112、212、312探测装置
14a第一(左边的)测量路径
14b第二(右边的)测量路径
15a第一(左边的)测量电阻
15b第二(右边的)测量电阻
16a第一(左边的)线圈接口
16b第二(右边的)线圈接口
16c共同的第三接地线圈接口
17a第一(左边的)测量开关装置
17b第二(右边的)测量开关装置
17共同的测量开关装置
18测量电压源
20比较装置，例如比较器
22控制装置
24a、24b第一分流电阻、第二分流电阻
30流体系统
34a、34b分流电阻
uv供应电压
ua、ub测量电压
i第一(左边的)衔铁位置
ii第二(右边的)衔铁位置
ma第一永磁场
mb第二永磁场
i-14a第一测量电流
i-14b第二测量电流
i-开关开关电流、功率开关电流
s1状态信号(衔铁定位信号)