专利名称：用于确定电控制阀的状态的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于确定至少暂时和/或至少部分地利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的方法。本发明还涉及一种用于至少暂时和/或至少部分地确定利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的电控制
>J-U ρ α装直。
背景技术：
目前，在使用电流的情况下控制最不同种类的电装置。如果电装置例如依据确定的测量值和/或在不同的时间点处于不同的状态，则可以在使用随时间变化的控制信号的条件下进行电装置的控制。于是，电装置通常根据施加的控制信号的类型而处于确定的状态。在此可能的是，在施加对于电装置的确定状态所需的或有意义的控制值和最终处于相应的状态之间存在一定的持续时间(所谓的时间延迟)。时间延迟的大小在此不仅会与电装置的类型和结构有关，而且特别地也与电装置状态的变化大小有关。在电装置的这样的控制中的问题尤其在于，想要知道电装置什么时候(和必要时是否)处于所希望的状态。由此例如可以出现:例如基于技术缺陷或基于作用于电装置的所不希望地大的反作用力，电装置完全不能处于期望的状态。但是即使当电装置在确定的时间点最终处于期望的状态时，时间延迟可以是不同大小的。但是在许多应用中希望具有(或不超过)确定的、限定的延迟时间。由此，仅利用随时 间变化的控制信号控制电装置在许多情况下被证明是不够的。一种获得关于电装置的当前状态的信息的可能性在于，设置特殊的测量传感器，这些测量传感器将电装置的当前状态报告给控制单元。但是该方法在许多情况下是有问题的，因为测量传感器通常意味着一部分极大的成本开销。此外，由于狭窄的安装空间情况，通常不能或仅极其麻烦地安装测量传感器。在许多情况下另一种基本的可能性在于，用于控制电装置的随时间变化的控制信号本身被用于至少近似地采集电装置的状态(并且由此电装置本身在一定程度上作为“本征测量传感器”使用)。在此可以将测量装置(或其部件)在一定程度上从特别不希望的(例如特别狭窄的)区域转移到相对于安装空间不太苛刻的区域。部分地，在这样的方法中也可以使用已经存在的或本来就要设置的部件，这可以降低成本。这样的电装置的多个示例之一是用于阀的电执行器，其例如用于电动机和泵，特别是用于内燃机、液压电动机、压缩机和液压泵，或用于在不同的液压系统或流体传导的系统中的转换任务。在这种技术装置中想要不仅控制借助执行器控制的阀的不同转换状态，而且尤其获得关于转换过程是否实际地进行的反馈以及优选还获得关于转换过程什么时候进行(特别是基本上完成)转换。在获知这样的参数的条件下可以使用更好的控制算法并且在干扰的情况下实施合适的措施。已经提出了如下电执行器，其位置可以通过“本征”传感器来测量。
于是，例如由M.F.Rahman、N.C.Cheung 和 K.W.Lim 在出版物“PositionEstimation in Solenoid Actuators，，， IEEE Transactions on Industry Applications,第32卷，N0.3，1996年5/6月中提出了一种用于估计在线圈中的磁电枢的位置的方法。在此作者描述了，线圈的电感依据在其中可移动地布置的磁电枢的位置而改变并且首先增力口。从确定的点起，电感又由于饱和再次下降。基于对所施加的电流的测量，作者由此推断出在线圈内的磁电枢的位置。然而在那里描述的方法中的问题是，根据作者给出的结论所提出的测量方法本身仅提供对于准静止的系统可用的结果。但对于许多技术系统没有给出可用的结果。另一个建议例如在美国专利申请US2008/0143346A1中给出。在此基于在电磁执行器上施加的电流的斜率特性推断出执行器的位置。但在那里描述的方法基于对确定的初始位置的认识。基于这些位置，在一定程度上对位置改变进行“积分”。利用所提出的方法实际上不能获知例如以不再完全打开或闭合的阀为形式的干扰。此外，在那里描述的方法同样仅适用于准静止的系统。由此，和原来一样仍需要用于确定通过随时间变化的控制信号控制的电装置的状态的改进的方法，特别是在电控制的执行器的位置方面改进的方法。以类似的方式，还需要用于执行器的改进的控制装置。
发明内容
因此，本发明的目的是，提出一种用于确定至少暂时和/或至少部分地利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的、相对于现有技术改进的方法。此外，本发明的目的在于，提出一种用于至少暂时和/或至少部分地确定利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的、相对于现有技术改进的电控制装置。本发明达到了这些目的。所提出的是，将用于确定至少暂时和/或至少部分地利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的方法实施为，使得至少暂时和/或至少部分地在使用随时间变化的控制信号的频率和/或随时间变化的控制信号的转换比例的条件下确定至少一个状态特征值。待确定的状态特征值可以是任意的状态特征值，更确切地说是尤其是直接状态特征值(即直接涉及电装置的状态特征值)。这样的直接状态特征值例如可以是电装置的电状态(电流强度、电感、温度等)。但也可以是间接的状态(即仅间接涉及电装置的状态特征值)，诸如与电装置相连的例如机械组件(例如阀)的位置、速度、流体通过量等。电装置本身同样可以是基本上任意的电装置。电装置还可以“单独设置”地运行，或者(也构成整体地)与其它组件、例如机械组件相连。这尤其还包括如下情况，在这些情况中电装置与确定的机械构件形成整体功能的单元，例如在电线圈的磁场中可运动地布置的磁电枢。随时间变化的控制信号同样可以是基本上任意的电信号，该信号不是(持续的)直流电压。典型地，随时间变化的控制信号具有如下频率，其是至少暂时和/或至少部分地>0.1Hz,>0.5Hz、>1Ηζ、>2Hz、>5Hz、>10Hz、>20Hz、>50Hz、>100Hz、>200Hz、>500Hz、>lkHz、>2kHz、>3kHz、>4kHZ、>6kHZ和/或>6kHz (其中在所有提到的情况中也可以包括该值本身)。随时间变化的控制信号在此明确地不仅理解为“纯的”交流电压，而且尤其也理解为具有与交流电压分量叠加的(必要时高的)直流电压分量的电压模式。为完整起见应当指出的是，交流电压(或交流电压分量)完全可以从振幅到振幅地关于其高度、其长度、其频率和/或其信号形状进行改变。在此，随时间变化的控制信号可以以任意方式(至少暂时和/或至少部分地)直接和/或(至少暂时和/或至少部分地)间接控制电装置。也就是可以考虑，控制信号是例如在电线圈中流动的电流。然而控制信号也可以是例如作为输入信号用于电路逻辑、作为输入信号用于(功率)晶体管(或用于类似的电子开关构件)的电流。发明人现在已经惊奇地确定，可以以特别简单的方式以极高的精确性确定至少一些状态特征值，如果为此至少暂时和/或至少部分地考虑随时间变化的控制信号的频率和/或转换比例的话。随时间变化的控制信号的频率不仅仅理解为基本上周期的信号的整个周期长度。特别地，频率也可以理解为控制信号曲线的两次(或多次)过零或特别标出的点之间的间隔。还可以的是，控制信号例如还具有两个(必要时多个)特别标出的转换状态，并且考虑两个(或多个)标出的转换状态的比例(例如时间比例)来确定状态特征值。在此，其尤其可以是脉宽调制的信号的所谓的“占空比”。优选的是，随时间变化的控制信号至少暂时和/或至少部分地是脉冲式的控制信号和/或至少暂时和/或至少部分地是周期的控制信号。特别地，其可以至少暂时和/或至少部分地是脉宽调制式的控制信号和/或至少暂时和/或至少部分地是矩形的控制信号。脉冲式的控制信号尤其理解为仅具有接通和断开状态的信号(即在一定程度上二进制的信号)。当然还可能的是，可以设置“中间级”和/或负的电压值。还可能的是，控制信号与(必要时以另一个频率变化的)直流电压分量叠加。“脉冲式的”不仅被理解为发生时间上短的脉冲；而且也可以设置(特别是与控制信号的“中断”相比)持续相对长的脉冲。周期的控制信号不仅被理解为例如在一个周期或一定时间之后或多或少类似地重复的信号。而且也被理解为按照“质量方面”重复的信号。例如如果控制信号由一系列具有不同频率和不同宽度的矩形脉冲组成，则该控制信号在本说明书的意义上必要时被理解为周期的控制信号。其优选地可以是脉宽调制式的控制信号。在此不仅在严格意义上理解为脉宽调制的控制信号，其中频率通常保持恒定，并且仅改变“接通阶段”以及“断开阶段”的转换比例(所谓的“占空比”)。而且相反甚至优选的是，除了占空比的这样的改变之外(必要时也替代其)附加地还会出现频率改变。同样优选的是，其附加地或替换地是矩形的控制信号。应当指出的是，提到的控制信号不一定必须以其严格数学形式存在。而且通常由于一定的组件影响导致一定的信号失真。例如由于电感性通常使矩形的控制信号的接通边沿变形为渐近的接通曲线。这种效果和其它效果当然也可以在断开边沿和其它的信号特性中导致一定的信号变形。此外有利的是，电装置至少暂时和/或至少部分地是具有感应装置的电装置、特别是电动机装置、是电线圈装置和/或是执行器装置、优选是用于阀装置的执行器装置。第一试验已经得出，这样的电装置尤其适合于结合所提出的方法的应用。此外，在这样的电装置中通常存在空间问题，从而特别困难(甚至几乎不可能)的是，在这些电装置中设置附加的测量传感器。就此而言，使用所提出的方法也证明是特别有利的。特别地在该情况中(但不一定限于该情况)有利的是，至少暂时和/或至少按区域地非准静止地和/或非静止地运行电装置。如已经提到的，现有技术中已知的方法通常限于在准静止的系统中使用。然而恰好在快速运动的系统(即非准静止运行的系统)中通常具有特别大的需求:获得确定状态特征值的可承载的测量。也就是，如果要控制快速运动/快速改变的技术装置，则例如出于效率原因通常需要进行例如特别精确的时间控制。然而对于这样的特别精确的时间控制通常必须存在相应快速和精确的测量值。还具有如下优点:在所提出的方法中，至少一个状态特征值至少暂时和/或至少部分地表示对于电装置的至少部件的位置的度量，至少暂时和/或至少部分地表示对于电装置的至少部件到达确定的、特别标出的位置的度量，至少暂时和/或至少部分地表示对于电装置的至少部件的速度的度量和/或至少暂时和/或至少部分地表示对于发生至少一个错误事件的度量。提到的测量值恰好对于安全地、有效地和无磨损地运行技术装置(特别是快速改变的技术装置)是特别有意义的或有帮助的。结合用于阀的执行器，状态特征值例如可以是阀的(基本上)完全打开的状态、(基本上)完全闭合的状态、在其之间的状态等。如果阀不能完全打开或闭合，则例如会出现错误事件。此外有利的是，结合所提出的方法，至少暂时和/或至少部分地通过最大电流限制法来控制电装置。就此而言，术语“控制”在此不是必然地仅包括该术语的严格定义(即意义为无反馈等地控制装置等)，而是必要时还包括反馈方法、测量值的引入等(这通常更多称为“闭环控制”)。如果由于控制信号而超过(或逼近、将要超过)一定的最大电流，则减小控制信号的强度或优选地对于一定的持续时间断开控制信号(通常导致所谓的脉宽调制)。这样的控制方法特别适合于示出了一定的“时间延迟效果”的电装置，诸如特别是具有电感的电装置、特别是具有较大的电感的装置，例如电线圈等。这样的用于控制电感性的电装置的脉宽调制方法已经在现有技术中所公知。但是特别有利的是，考虑将基于这样的最大电流限制的转换特性用于至少暂时和/或至少部分地确定电装置的至少一个状态特征值。此外通常总是需要最大电流限制，因为特别是在电感情况下通常利用电压进行控制，该电压由于电感性电装置的通常低欧姆的电阻而会引起过高的电流(该电流例如会造成损坏电装置的后果)。利用这样的“过高的”电压进行控制，以便将电感性的电装置特别快速地转换到其“最大接通”状态。此外，所提出的方法的另一个优点在于，其通常不具有(或者总是具有相对小的)温度相关性，特别是与电装置的温度的温度相关性。例如如果使用电线圈作为电装置，则该电线圈在运行时通常明显被加热。这样的加热会影响(例如)电线圈的电阻测量。这样的影响可以利用所提出的方法清除或减小。尤其可能的是，在使用软件控制的比较器的条件下实现最大电流限制法。但是这样的软件控制的比较器也可以完全一般化地用于在该方法范围内的其它任务。尤其可能的是，在软件控制的比较器中直接在比较器中(例如在微控制器或单板机中)对随时间变化的控制信号进行时间上的改变。为此可以使用模拟-数字转换器(ADC)，其通常总是在微控制器(或类似类型的装置)中可用。由此不仅给出了关于成本和/或结构空间的优点。而且可以通过将测量转移到控制单元本身中来采集较大量的测量值，这些测量值然后可用于诊断目的。由此可能的是，可以提供更精确的输出信号，特别是更精确的控制信号。然而相反也会部分有利的是，将比较器实现为“经典的”硬件解决方案。这样的硬件可低成本地供使用并且此外通常具有高的速度。还可能的是，在比较器的外部实现方案的情况下可以使得控制电路和/或其它组件的计算能力较少发生故障，从而总体上必要时能够节省成本并且或许还能够提闻计算精确性。还有利的是，在该方法中至少一个利用随时间变化的控制信号控制的电装置至少暂时和/或至少按区域地用于至少部分电换向的液压泵和/或用于至少部分电换向的液压电动机。这样的电换向液压泵和/或电换向液压电动机表示液压泵或液压电动机的相对新但大有可为的构造方式。这样的电换向液压泵/液压电动机也以英文术语“DigitalDisplacement Pump (数字排量泵)”和“Synthetically Commutated (合成换向)”公知。这样的泵例如在GB0494236B1和W091/05163A1中描述。恰好在这样的泵/电动机中对于泵/电动机的功能实际上必要的是，设置电控制的流体阀(进入阀和/或排出阀)，这些流体阀一方面具有极大的流体通过横截面，并且另一方面能够特别快速且时间上精确地转换。在本文中也可能的是，阀(可能也由于外部情况而)经受一定的磨损或老化特性。相应地，电控制的阀的时间闭合特性也可以随时间在确定范围内变化。现在如果在使用在此提出的方法的条件下能够测量转换特性，则在随后的控制脉冲中可以考虑阀的变化。通过这种方法能够以简单且不昂贵的方式提供电换向液压泵/电换向液压电动机，其也在长时段上具有特别良好和精确的泵或驱动特性。还有利的是，在所提出的方法中至少暂时和/或至少部分地通过测量随时间变化的控制信号的转换频率的绝对值、和/或至少暂时和/或至少部分地通过测量随时间变化的控制信号的转换频率的变化、和/或至少暂时和/或至少部分地通过测量随时间变化的控制信号的转换特性的绝对值、和/或至少暂时和/或至少部分地通过测量随时间变化的控制信号的转换特性的变化来确定至少一个状态特征值。第一试验已经给出，在使用这样的值的条件下能够确定特别有说服力的且精确的状态特征值。还提出一种用于至少暂时和/或至少部分地确定利用随时间变化的控制信号控制的电装置的至少一个状态特征值的电装置，该电装置构造和设置为使得其至少暂时和/或至少部分地实施之前提出类型的方法。于是，电控制装置以类似的方式具有已经描述的优点和特性。特别地，电控制装置还可以在前面的描述的意义下合适地改进。特别地，电控制装置可以至少部分地构造为电子控制装置，特别是至少部分地构造为程序控制的计算机装置。在此其可以是“经典的”计算机，如特别是个人计算机、工作站等。但可能的(和有利的)是，该电控制装置至少部分地构造为所谓的电子微控制器和/或构造为单板机。但反之也可以证明为有利的是，(最大程度上或至少基本上完全)弃用程序技术控制的装置。于是第一试验已经给出，至少在一些要求中由此可以得出更好的、更快速的和/或更低成本的结构。此外还提出，至少暂时和/或至少部分地在使用之前描述的方法的条件下控制电换向液压泵和/或电换向液压电动机。附加地或替换地提出，将电换向液压泵和/或电换向液压电动机构造为使得其具有至少一个之前描述类型的电控制装置。得到的电换向液压泵或电换向液压电动机于是以类似的方式具有之前已经描述的优点和特性。还可能的是，也以合适的方式在上述描述的意义上改进压泵和/或液压电动机。仅为完整性起见提到，完全可以将电换向液压泵或电换向液压电动机构造为使得其能够同时用作电换向液压电动机以及用作电换向液压泵。此外，这也适用于电换向液压泵/电换向液压电动机，如其结合方法的描述已经提到的那样。
下面对根据优选的实施例并且在参考附图的情况下对本发明作进一步的说明。其中:
图1以示意性接线图示出了对于实施该方法合适的装置的第一实施例；图2以示意性接线图示出了对于实施该方法合适的装置的第二实施例；图3以示意性接线图示出了对于实施该方法合适的装置的第三实施例；图4示出了在以电磁方式工作的执行器的闭合过程期间的测量结果；图5示出了电换向液压泵的可能的结构形式的示意图；图6示出了用于确定阀的闭合特性的方法的示意性流程图。
具体实施例方式图1以示意性接线图示出了用于控制阀单元4的控制单元2的可能的第一电路布置I。在本示出的实施例中，阀单元4具有带有阀体6的(在本实施例中基本上由电线圈8构成的)执行器5。在本示出的实施例中，在将电流引入电线圈8时执行器5引起阀体6的向上运动(从而使得例如阀头与阀座接触并且相应地闭合阀单元4)。相反，如果电线圈8不被电流通流，则在本实施例中所设置的回动弹性体7引起阀体6的反向运动。当然，阀体6也可以通过外力(例如通过在阀头上的压力差)等再次打开。由此，通过在信号输入端9处施加输入信号来发起执行器5的实际的接通或断开(和由此发起阀单元4或阀体6的运动)。在此，在信号输入端9处施加的输入信号(根据施加的电压)引起在电线圈8中的相应的电流。但通过合适的电路逻辑阻止电线圈8的超调，从而在正常条件下在施加过强和/或相对长的(必要时也设有高占空比的)输入信号时也不能损坏该电线圈。在图1中示出的电路布置I的实施例中将仅在打开和闭合状态之间来回转换阀单元4。相应地，在信号输入端9处仅施加(在接通状态下具有合适电压的)二进制信号。当然也可能的是，结合电路布置I设置其他种类的电装置和/或也实现电装置的中间位置(该电装置不一定是阀单元4)。在运算放大器10的同相输入端处施加经由信号输入端9输送的输入信号。在运算放大器10的反相输入端处施加在分流电阻器11上降落的电压，该电压表示对于流过执行器5的电线圈8的电流的度量(分流电阻器11和电线圈8构成分压器电路)。依据在运算放大器10处两个输入电压的差得出具有与差的大小对应的电压水平的输出电压21。将运算放大器10的输出电压21输送到模拟-数字转换器12并且数字化。将数字值存入比较寄存器13。比较寄存器13与对时钟脉冲信号15的信号进行计数的计数寄存器14连接。根据比较结果(即计数寄存器14>比较寄存器13或比较寄存器13〈计数寄存器14)，相应地接通或断开触发器16。由于计数寄存器14仅具有有限长度，所以计数寄存器14在一定的时间点溢出，从而由此再次置零。附加地或可选地，也可以通过施加特定的(输入)信号来将计数寄存器14置零。其例如可以是经由单独的输入线路输送的(在图1中未示出)的信号，和/或是确定的复位信号。但(附加地或替换地)同样也可以考虑，例如电压信号(特别是输送给信号线路9的电压信号)的过零引起计数寄存器14的复位(当然替代电压信号的过零点也可以选择基本上任意的其它值)。最后，由此在触发器16的输出端处得出时钟触发的、脉宽调制的控制信号17。脉宽调制的控制信号17控制开关晶体管18，该开关晶体管通过执行器5将电流回路施加到电源19上或该电流回路与该电源19分离。由此，基于电线圈8的电感，借助续流二极管20调节执行器5中的电流强度，该电流强度与脉宽调制的控制信号17的脉宽比例(所谓的占空比)对应。
但脉宽调制的控制信号17不仅输送给开关晶体管18，而且输送给电子分析单元
22。基于脉宽调制的控制信号17的脉宽比例和/或频率，该分析单元计算阀体6的位置。特别地，分析电子装置22不仅记录脉宽调制的控制信号17的频率或脉宽比例相应的绝对值，而且尤其也记录脉宽调制的控制信号17的频率和/或脉宽比例的跳跃式的变化。应当指出的是，由此也可以将运算放大器10的输出信号21用作分析单元22的输入信号，因为流过电线圈8的电流还具有脉宽调制的控制信号17的波纹度(即使该电流具有明显更小的强度，其中附加地也叠加直流电压分量)。就此而言，也可以“部分地”使用脉宽调制的控制信号17。图2中示出了用于控制阀单元4的电路布置23的优选的第二实施可能。在此在本示出的实施例中，阀单元4与图1中示出的阀单元4相同。当然，在图1和图2中示出的阀单元4也可以具有不同结构，或替代阀单元4也可以采用完全不同种类的电装置。类似于图1中示出的电路布置I的实施例，在本示出的电路布置23的实施例中也采用在分流电阻器11上降落的电压作为对于流过电线圈8的电流的度量。首先在前置放大器24中预放大在分流电阻器11上降落的电压。由此，前置放大器24的输出信号表示用于比较器27的实际信号25，该比较器以软件方式在微控制器中实施。在此将软件实施方案实现为使得比较器27具有滞后(这在图2中通过在比较器电路符号中相应的符号来表示)。此外，在该软件地实施的比较器27处施加规定值信号26。基于(在考虑时间上滞后的情况下)规定值信号26与实际信号25的比较产生控制信号17，该控制信号是脉宽调制的。在此，脉宽调制的控制信号17的调制不仅“传统地”针对脉宽比例(占空比)进行调制，而且也关于其频率进行调制。为了能够数字程序技术地处理输入信号(规定值信号26和实际信号25)，比较器27 (只要需要)在其输入端处具有模拟-数字转换器。在图2中示出的实施例中，规定值信号26已经以数字形式存在。相应地，比较器27的相应的输入端不具有模拟-数字转换器。因此仅需将来自于前置放大器24的模拟信号转换为数字形式。必要时也能够证明是有利的是，已经在前置放大器24中或直接在前置放大器24之后进行从模拟到数字形式的转换。相应地，于是在比较器27中不再需要模拟-数字转换器。类似于图1所示的电路布置I的实施例，图2中示出的电路布置23也具有分析单元22，该分析单元基于控制信号17的频率和/或脉宽比例推断出阀体6的当前位置。同时，将控制信号17施加到开关晶体管18的输入端，从而由此相应地调节流过执行器5的电流。同样，电压源19以及续流二极管20类似于图1中所示的实施例地来设置。图2中示出的比较器27的软件实施形式的优点在于，在比较器27中存在较大量的信息。就此而言，可以处理规定值信号26和实际信号25的多个特性。还能够极其简单地改变规定值信号26的水平，例如以便补偿在阀单元4持续工作情况下的偏差现象。为此可以简单地改变相应变量的值。此外还可以的是，将规定值信号26和/或实际信号25的由比较器27确定的特性以数字形式传送到分析单元22，从而必要时可以在分析单元22中确定更精确的结果。在此可以在比较器27和分析单元22之间设置数据线路(在此未示出)。还可以将分析单元22和比较器27例如作为软件模块在各个硬件单元上(例如在单板机或微控制器上)实施。图3示出了用于控制阀单元4的电路布置43的特别优选的第三实施例。在图3中示出的电路布置43大部分与在图1和图2中示出的电路布置1、23、特别是与在图1中示出的电路布置I类似。具有相同功能和/或相同结构的部件或组件为避免不需要的重复而设有相同的附图标记并且不再详细描述。在到此为止描述的电路布置1、23和现在示出的电路布置43之间的主要区别在于尤其采用构造为硬件实施的部件或组件的标准部件18、44、46、47、48、49。也就是(从分析单元22来看)不采用软件控制。电路布置43具有两个控制输入端9、45，即信号输入端9和逻辑输入端45 (信号标识输入端)。经由逻辑输入端45可以借助二进制信号来接通或断开执行器5。附加地，可以经由信号输入端9施加参考电压，利用该参考电压可以调节流过执行器5的电线圈8的电流的最大规定值。通过在本示出的实施例中不必接通或断开的参考电压，可以特别简单地省去用于产生参考电压的电路。例如可以通过电子控制电路(所谓的控制器；在此示出)来控制逻辑输入端45。当然也可以的是，电子控制电路使用分析单元22的输出值来产生用于逻辑输入端45的信号。如果在电路布置43中将信号施加到逻辑输入端45(其在此引起固定到执行器5上的阀单元4闭合)，则一方面第二开关晶体管49通过第二放大器电路48转换为“导通”。只要在逻辑输入端45上施加信号，则第二开关晶体管48保持导通状态。相反，通过第一开关晶体管18实现实际的闭环控制任务，即对流过执行器5的电线圈8的电流强度的控制(如下面详细描述的那样)。此外，在逻辑输入端45上的信号还使得“与”逻辑电路44对于运算放大器10的输出信号21“接合”。运算放大器10的输出信号21由此借助第一前置放大器47引起第一开关晶体管18的导通或截止，并且由此释放或禁止电流流过执行器5的电线圈8。在逻辑输入端45上施加信号之后第一开关晶体管18立即首先转换到“导通”(第二开关晶体管49同样转换到“导通”)。流过执行器5的电线圈的电流强度持续增加。相应地，在分流电阻器11上的电压增加。在那里分接的电压输送到运算放大器10的反相输入端。在一定的电流强度的情况下，在分流电阻11上分接的电压超过经由信号输入端9输送的参考电压，该参考电压被输送到运算放大器10的同相输入端。这导致了运算放大器10的输出信号21下降，并且由此第一开关晶体管18截止。由于电线圈8的电感，流过电线圈8的电流首先维持(电流流过第一续流二极管20和第二开关晶体管49)，但电流强度快速减小。这导致在分流电阻11上降落的电压下降，从而重新切换运算放大器10，并且输出输出信号21。通过运算放大器10的主要通过反馈电阻器50的大小来影响的滞后来确定在运算放大器10的两个转换状态之间切换的“快速性”。此外，将运算放大器10的外部布线在此选择为使得输出信号21基本上是二进制信号。由此，输出信号21基本上仅识别两个状态“接通”和“断开”。通过这种方式使得具有预定的规定电流强度的电流(电流强度的水平通过信号输入端9来预先给定)通过执行器5。在此，电流具有围绕实际的规定电流强度的一定波动。如已经提到的(并且下面还详细解释)，可以从运算放大器10的输出信号21的频率和占空比推断出阀单元4的开关状态。相应地，输出信号21不仅用于反馈，而且附加地输送到分析单元22。从该分析单元23获得的信息此外也可以用于反馈目的(例如用于随时间改变控制信号，以便例如补偿通过磨损或温度漂移引起的偏差)。
如果将在稍后的时间点再次打开阀单元4，则断开施加在逻辑输入端45上的信号。这使得第一开关晶体管18 (经由“与”逻辑电路44)以及第二开关晶体管49截止。电线圈8的电感首先尝试维持电流，现在将电流经由第一续流二极管20和第二续流二极管46从地电势“泵送”到电压源19的(相对高的)电压电势。这引起电流强度的特别快速的下降，和由此阀体6的特别快速的打开。由此，通过具有两个开关晶体管19、49的结构形式实现快速断开功能性。仅为完整起见指出，完全可以在没有第二开关晶体管49 (和没有第二放大器电路48)的情况下实施电路布置43。但是，流过执行器5的电线圈8的电流则较缓地下降；因此不能相应地实现良好的快速断开功能性。图4示出了在使用按照图1的电路布置1、按照图2的电路布置23或按照图3的电路布置43 (其中也可以考虑其它电路布置)的条件下控制阀单元4时不同信号的时间变化曲线。在时间点h施加具有相应水平的输入信号9、26。阀4在该时间点仍处于例如打开的状态(在图4中通过阀位置曲线28表示)。控制单元2首先将控制信号17转换到“持续”接通的值。其由于电线圈的电感而持续一定时间，直至流过线圈8的电流29上升并且遵循控制信号17。在时间点h达到最大准许的通过电线圈8的电流强度29。相应地，控制单元2将控制信号17改变为具有确定转换频率和确定转换比例(确定“占空比”)的脉宽调制信号。这引起如下结果，即流过电线圈8的电流29 (在不考虑剩余波纹度的情况下)保持近似恒定。如还从图4 (特别是阀位置曲线28河以得出的那样，阀体6已经开始移动。但阀单元4还没闭合；阀体6相应地还在移动。在时间点t2恰好完全闭合阀单元4。(当然也可以以其他方式实施阀单元4的“电路逻辑”。如果该阀单元例如是通过电流脉冲打开的阀单元4，则在时间点t2恰好完全打开阀单元4。其他位置以相应的方式与本描述的实施例“交换”。这可以在阀位置曲线28的弯曲处良好地识别出。发明人现在已经确定，阀体4到达最终位置使得由控制单元2产生的控制信号17明显改变。第一测量已经得出，控制信号的频率以及脉宽比例明显改变。这在图4中在控制信号17本身的改变的形状上识别出。此外，在图4中良好地识别，流过电线圈8的电流29的时间走向改变(特别是剩余波纹度的频率明显改变)。相应地，电流信号29也可以用于阀体6等的位置分析。只要输入信号9、26保持接通，则情况不变。通过阀单元4的电流强度29保持恒定，控制信号17不改变，并且阀体6的位置也保持恒定(参见阀位置曲线28)。只有当输入信号9、26再次断开(在时间点t3)时，用于开关晶体管18的控制信号17才“持续”断开，流过电线圈8的电流29减小并且阀单元4的阀体6移动回其初始位置(参见阀位置曲线28)。在图4示出的试验结构中，在第一试验中已经得出控制信号17的频率从6.25KHz(阀体6仍在移动)变化到4.517KHz的频率(阀体6不再移动；阀单元4完全闭合)。脉宽比例(占空比)在该试验中也具有明显变化。于是，脉宽比例在极短的时间间隔内从首先50%跳变到随后30%。由此明显可以看出，控制信号17以及流过电线圈8的实际的电流29是用于分析单元22的极其良好的输入信号。最后图5还以示意性的强烈简化图示出了电换向液压泵35。电换向液压泵35具有活塞36，该活塞在连接偏心布置的主动轮38的条件下在汽缸37中上下运动(向下运动例如可以通过未示出的回动弹性体进行)。相应地，周期性地扩大或缩小位于汽缸37中的空腔39。空腔39通过活塞36的向下运动而扩大，于是穿过电控制输入阀40从贮存器41中吸取液压油。电控制输入阀40例如是图1或图2中示出的阀单元4。如果活塞36已经到达或超过其下止点，则其(在汽缸37中)重新向上运动并且相应地缩小空腔39。位于空腔39中的液压油首先经由如之前那样打开的输入阀40回压到贮存器41中。由此未有效地泵送液压油。然而当输入阀40通过相应的控制脉冲闭合时情况改变。液压油现在不再能够经由输入阀40流出。因此液压油现在经由简单的单向阀42朝着(未详细示出的)高压贮存器离开空腔39。在电换向液压泵35和具有无源的输入和输出阀的经典的液压泵之间的大的区别在于，可以借助执行器5在任意时间点使得输入阀40闭合。由此可能的是，在泵周期中首先在宽范围中改变液压油的有效泵送量。输入阀40 (其如已经提到的那样例如可以相应于在图1或图2中示出的阀单元4构造)通过执行器5闭合并且必要时也打开(其中可能的是，打开过程通过位于输入阀40两侧的液压油的压差进行)。尤其在使用控制单元2的条件下进行执行器5 (和由此输入阀40)的控制，如其在图1或图2中所示的那样。图6再次以示意的形式示出了流程图3，其示意性示出了所提出的方法的方法流程。在第一步骤30中读入输入信号(例如输入信号9、26 ;参见图1和图2)。在随后的步骤31中将读入的输入信号9、26 (规定值信号26)与由电装置(例如由阀单元4)提供的实际信号25相比较。基于规定-实际比较31 (例如在控制单元2中)计算32将用以控制电装置的 合适的控制信号(例如控制信号17)。在计算32中确定的控制信号不仅用于控制电装置4，而且附加地(例如同时)用于计算33状态信号。这样计算33的状态信号例如可以是电装置4已经处于确定位置的信号(例如位于最终位置)。在步骤33中获得的状态信号随后可以在下一方法步骤34中例如用于再调整。例如通常出现的是，一些机械的、电的或其它技术的部件随着时间的推移具有一定的偏差。但是这样的偏差可以通过步骤34中的再调整来抵消。作为优选的示例在此例如提及对于下一次阀运动(下一次“发射”)的提前时间的改变。附图标记列表I 电路布置27 比较器2 控制单元28 阀位置曲线3 流程图29 电流4 阀单元30 记录输入信号5 执行器31 比较规定-实际值6 阀体32 计算控制信号7 回动弹性体 33 确定状态8 电线圈34 再调整步骤
9信号输入端35电换向液压泵10运算放大器36活塞11分流电阻器37汽缸12模拟-数字转换器38 主动轮13比较寄存器39空腔14计数寄存器40输入阀15时钟脉冲信号41贮存器16触发器42单向阀17控制信号43电路布置18开关晶体管44与逻辑电路19电压源45逻辑输入端
20续流二极管46第二续流二极管21输出信号47第一放大器电路22分析单元48第二放大器电路23电路布置49第二开关晶体管24前置放大器50反馈电阻器25实际信号26规定值信号
权利要求
1.一种用于确定(33)至少暂时和/或至少部分地利用随时间变化的控制信号(17)控制的电装置(4)的至少一个状态特征值(28)的方法(3)，其特征在于，在使用所述随时间变化的控制信号(17)的频率和/或所述随时间变化的控制信号(17)的转换比例的条件下至少暂时和/或至少部分地确定所述至少一个状态特征值(28)。
2.根据权利要求1所述的方法(3)，其特征在于，所述随时间变化的控制信号(17)至少暂时和/或至少部分地是脉冲式的控制信号(17)和/或是周期的控制信号(17)，特别是脉宽调制式的控制信号(17)和/或是矩形的控制信号(17)。
3.根据权利要求1或2所述的方法(3)，其特征在于，所述电装置(4)至少暂时和/或至少部分地是具有感应装置(8)的电装置(4)、特别是电动机装置、是电线圈装置(8)和/或是执行器装置(5 )、优选是用于阀装置(6 )的执行器装置(5 )。
4.根据上述权利要求中任一项、特别是根据权利要求3所述的方法(3)，其特征在于，至少暂时和/或至少按区域地非准静止地和/或非静止地运行所述电装置(4)。
5.根据上述权利要求中任一项所述的方法(3)，其特征在于，所述至少一个状态特征值(28)至少暂时和/或至少部分地表示对于所述电装置(4)的至少部件的位置(28)的度量、对于所述电装置(4)的至少部件到达确定的、尤其标出的位置(28)的度量、对于所述电装置(4)的至少部件的速度的度量和/或对于发生至少一个错误事件的度量。
6.根据上述权利要求中任一项所述的方法(3)，其特征在于，通过最大电流限制法(17)至少暂时和/或至少部分地控制所述控制电装置(4)。
7.根据上述权利要求中任一项、特别是根据权利要求3或4所述的方法(3)，其特征在于，利用所述随时间变化的控制信号(17)控制的至少一个电装置(4)至少暂时和/或至少按区域地用于至少部分电换向的液压泵和/或用于至少部分电换向的液压电动机。
8.根据上述权利要求中任一项所述的方法(3)，其特征在于，通过测量所述随时间变化的控制信号(17)的转换频率的绝对值和/或通过测量所述随时间变化的控制信号(17)的转换频率的变化和/或通过测量所述随时间变化的控制信号(17)的转换比例的绝对值和/或通过测量所述随时间变化的控制信号(17)的转换比例的变化，来至少暂时和/或至少部分地确定所述至少一个状态特征值(28 )。
9.一种电控制装置(2)，用于至少暂时和/或至少部分地确定(32)利用随时间变化的控制信号(17 )控制的电装置(4 )的至少一个状态特征值(28 )，所述电控制装置构造和设置为使得其至少暂时和/或至少部分地实施根据权利要求1至8中任一项所述的方法(3)。
10.根据权利要求9所述的电控制装置(2)，其特征在于，所述电控制装置至少部分地构造为电子控制装置(10，13，14，16，22，27)，特别是至少部分地构造为程序控制的计算机装置(13，14，22，27)。
11.一种电换向液压泵和/或电换向液压电动机，其特征在于，在使用根据权利要求1至8中任一项所述的方法(3)的条件下至少暂时和/或至少部分地控制所述电换向液压泵和/或电换向液压电动机，和/或其特征在于，所述电换向液压泵和/或电换向液压电动机具有至少一个根据权利要求8或9所述的电控制装置(2)。
全文摘要
本发明涉及一种用于确定(33)利用随时间变化的控制信号(17)控制的电装置(4)的状态特征值(28)的方法(3)。在使用随时间变化的控制信号(17)的频率和/或随时间变化的控制信号(17)的转换比例的条件下确定至少一个状态特征值(28)。
文档编号G01R31/327GK103154756SQ201180048856
公开日2013年6月12日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月11日
发明者S.芬克, M.萨特巴克 申请人:索尔丹佛斯两合公司