CN116696875A - 确定电磁铁的衔铁位置的方法和流体系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定电磁铁的衔铁位置的方法、一种确定电磁驱动流体阀的阀件位置的方法、以及一种包括电磁驱动流体阀和用于执行阀件位置确定方法的电子控制单元的流体系统。该电子控制单元在未被驱动的电磁铁的线圈中应用电流曲线，其中，该电流曲线大致低于所述电磁铁的最小驱动电流。通过应用该电流曲线，该电子控制单元确定所述电磁铁的特性曲线。因此，该电子控制单元可以在第三时间区间t3‑t4和t3‑t4'期间切断所述电磁铁的线圈中的电流，并根据第一时刻T1、T1'和第二时刻T2、T2'确定所述电磁铁的位置特性。接着，该电子控制单元可以基于补偿特性和位置特性计算出该未被驱动的电磁铁的衔铁的位置。

Description

确定电磁铁的衔铁位置的方法和流体系统

技术领域

本发明涉及一种确定电磁铁的衔铁的位置的方法、一种确定电磁驱动流体阀中阀件位置的方法、以及一种包括电磁驱动流体阀和电子控制单元的流体系统。

背景技术

为实现本发明之目的，流体系统是指液压系统或气动系统。因此，流体阀可以是液压阀或气动阀。

包括电磁驱动流体阀和电子控制单元的流体系统能够为用户提供多种功能。例如，此类流体系统可以包括直控式电磁驱动流体阀，其具有第一电磁铁和与第一电磁铁互补运行的第二电磁铁，其中，该第一电磁铁和第二电磁铁由电子控制单元控制。此类流体阀可以例如根据流体阀的可变开口截面，向用户提供体积可变的流量。在这种情况下，可以通过电子控制单元控制第一电磁铁和第二电磁铁，以移动流体阀的阀件。该阀件可以例如是滑阀活塞或也可以是座阀的阀锥。为此，可以使致动元件与各个电磁铁的衔铁连接，从而使得致动杆等致动元件将各个电磁铁的衔铁的运动直接传递给阀件。通过移动阀件可以改变流体阀的开口截面，从而能够通过流体阀提供取决于开口截面的体积流量。

这种流体阀的开口截面主要取决于两个电磁铁的相互通电，因此，电子控制单元基本上可以通过控制两个电磁铁的通电来控制流经流体阀的体积流量。然而，流体阀的实际开口截面也取决于其他参数，如滞后效应、摩擦效应、系统压力或环境温度和系统温度等温度参数。这些干扰变量会引起通常不招待见的控制误差，而且需对这些控制误差予以补偿。为此，现有技术中常使用独立的位置传感器，以监测阀件和下游控制回路的位置。根据测量模式的不同，新式位置传感器有两到三个线圈，用于检测线圈内衔铁的位置。如此，便可以使测量模式不受温度的限制，从而确保位置测量的时空解析度较高。然而，这种位置传感器的成本很高，需要额外的安装空间。此外，整个系统中每附加一个组件自然也意味着会增加一个潜在误差源。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种监测直控式电磁驱动流体阀的阀件位置的可能性，其相较于已有的解决方案，能够更便宜，占用的安装空间更少，并能降低组件失效所带来的风险。

首先，可以通过根据权利要求1所述的用于确定电磁铁中衔铁位置的方法来解决上述问题。

根据本发明，提供了一种确定电磁铁的衔铁的位置的方法，特别是确定电磁驱动流体阀的电磁铁的衔铁的位置的方法，所述电磁铁包括线圈和衔铁，而且，该方法由电子控制单元执行。该方法包括以下步骤：

向所述电磁铁的线圈应用电流曲线，其中，所述电流曲线大致低于所述电磁铁的最小驱动电流；

确定所述电磁铁的特性曲线；以及

根据所述特性曲线计算所述电磁铁的所述衔铁的位置。

特别地，所述电磁铁是直控式电磁驱动流体阀的电磁铁。特别地，所述直控式电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动液压阀。

所述电磁铁的最小驱动电流应理解为至少必须能在所述电磁铁的线圈中流动以便移动所述电磁铁的衔铁从而开关流体阀的电流。电流曲线大致低于最小驱动电流的事实意味着电流曲线的最大电流值也可以暂时高于最小驱动电流，但电流曲线不会使整个电磁铁的衔铁发生移动。鉴于流体阀的惯性，即便电流峰值高于最小驱动电流，但只要时间足够短依然不会使所述电磁铁的衔铁发生移动。因此，电流曲线是这样的：当电磁铁线圈中的电流遵循电流曲线时，所述电磁铁线圈中的电流不会使所述电磁铁的衔铁发生移动。换句话说，当所述电磁铁的线圈中的电流大致低于最小驱动电流时，所述电磁铁不会被驱动。因此，就本发明而言，所述电磁铁不会被驱动意味着所述电磁铁不会被用于开关流体阀。当然，可以例如通过另一电磁铁驱动流体阀，从而间接移动该未被驱动的电磁铁的衔铁。

本发明意义上的特性曲线被理解为一个或多个特性值或测量值，它们可以例如彼此相互计算得到。特性曲线包括根据本发明的方法所确定的值，但也可以包括系统指定的值，如温度系数或其他各电磁铁的独特系数。

这里使用的术语“确定”包括一个或多个过程步骤，如控制、调节、测量和/或计算，以确定相应的值。系统所指定的值也可用于进行所述确定。

特别地，该电子控制单元包括电流传感器和电磁铁控制单元，其中，该电流传感器用于测量所述电磁铁的线圈中的电流，所述电磁铁控制单元用于以一般已知的方式通过电源电压来控制所述电磁铁的驱动。

根据本发明的方法，如果所述电磁铁未被驱动，即所述电磁铁在根据本发明确定位置的时刻未被用于开关流体阀，那么，无需使用独立的位置传感器，而是通过特性曲线就可以确定所述电磁铁的衔铁的位置。因此，未被驱动的电磁铁可以用于实现位置传感器的功能。如此，不仅可以节省制造成本，减少所需的安装空间，而且，由于省略了位置传感器，总体上所需的系统组件变少，从而能提高配备有所述电磁铁的整个系统的可靠性。

优选地，根据本发明的方法配置为，应用所述电流曲线包括以下步骤：

在第一时间区间内，将所述电磁铁的所述线圈中的电流设置为第一限定电流值；

在第二时间区间内，将所述电磁铁的所述线圈中的电流调节为所述第一限定电流值；以及

在第三时间区间内，切断所述电磁铁的所述线圈中的电流；

进一步其中，确定所述特性曲线包括以下步骤：

确定所述电磁铁在所述第二时间区间的补偿特性；以及

确定所述电磁铁在所述第三时间区间的位置特性。

特别地，将所述电磁铁的线圈中的电流设置为第一限定电流值包括快速控制所述电磁铁的线圈中的电流。快速控制的唯一目的是尽可能快地将电流设置为第一限定电流值。特别地，在所述快速控制期间，所述电磁铁控制单元可以非时钟式地切换电源电压，直到电流传感器测得的电磁铁的线圈中的电流与第一限定电流值相一致。快速控制所述电磁铁的线圈中的电流也可以被称为对所述电磁铁的快速激励。

特别地，切断所述电磁铁的线圈中的电流意味着不对所述电磁铁施加外加电压，因此，在第二时间区间所述电磁铁所储存的能量在第三时间区间会消散。第三时间区间的状态也被称为主动自由运行。

根据本发明所述的方法，当所述电磁铁未被驱动时，可以通过补偿特性和位置特性来确定所述电磁铁中衔铁的位置，而无需使用独立的位置传感器。因此，未被驱动的电磁铁可以用于实现位置传感器的功能。如此，不仅可以节省制造成本，减少所需的安装空间，而且，由于省略了位置传感器，总体上所需的系统组件变少，从而能提高配备有所述电磁铁的整个系统的可靠性。

优选地，所述电磁铁的补偿特性是所述电磁铁的随温度而变的补偿特性。这样，在确定所述电磁铁的衔铁的位置时，可以将对温度的依赖性考虑在内，并对其补偿。

优选地，所述电磁铁的随温度而变的所述补偿特性是所述电磁铁的线圈的电阻，特别地是铜电阻。在第二时间区间内确定所述电磁铁的线圈的铜电阻是比较容易的。

优选地，所述电磁铁的位置特性是所述电磁铁的随温度和电感而变的位置特性。温度依赖性可以通过分配补偿特性进行补偿。特别地，所述电磁铁的电感取决于衔铁在线圈中的位置，因此，衔铁在线圈中的位置可以通过电感依赖性来计算。

此外，优选地，所述电磁铁的随温度和电感而变的所述位置特性是所述电磁铁的所述线圈的电流下降速度。所述电磁铁的所述线圈中的电流下降速度取决于所述电磁铁的电感，因而也取决于衔铁在线圈中的位置。众所周知，衔铁特别地由铁磁材料制成。因此，当衔铁完全位于所述电磁铁的线圈中时，所述电磁铁的电感会达到最高。如果衔铁只是部分地位于所述电磁铁的线圈中，那么所述电磁铁的电感会相应降低。在第三时间区间，在所述第二时间区间所述电磁铁内所储存的能量基本上以穿过线圈的铜电阻的电流形式消散。所储存的能量取决于所述电磁铁的电感，因而也取决于衔铁在线圈中的位置。此外，电流的下降速度也取决于温度。这种温度依赖性可以通过分配补偿特性进行补偿。因此，可以通过所述电磁铁的电流下降速度来计算衔铁在线圈中的位置。电流下降速度越高，所述电磁铁的电感就越小，衔铁在所述电磁铁的线圈中的位置就越偏，反之亦然。

优选地，在第二时间区间内将所述电磁铁的线圈中的电流调节到第一限定电流值是通过脉冲宽度调制来完成的。由此，能够精确控制所述电磁铁的线圈中的电流，并降低其损耗。

有利的是，确定所述电磁铁的补偿特性包括：确定穿过所述电磁铁的平均电压、确定所述电磁铁的线圈中的平均电流、以及基于所述平均电压和平均电流来计算补偿特性。穿过所述电磁铁的平均电压是将所述电磁铁的线圈中的电流调节到第一限定电流值所需的电压。特别地，所述第一限定电流值被设置为所述电磁铁的线圈中的平均电流。替代地，确定所述电磁铁的线圈中的平均电流包括测量所述电磁铁的线圈中的平均电流。根据到底如何将所述电磁铁的线圈中的电流调节到第一限定电流值，所述电磁铁的线圈中的平均电流可能会与第一限定电流值略有不同。那么，测量平均电流以便使确定补偿特性时所获得的结果更准确，这会是有利的。鉴于此，可以根据容易获得的数值来确定补偿特性。

优选地，确定穿过所述电磁铁的平均电压包括测量所述第二时间区间的电源电压，并将所测得电源电压乘以脉冲宽度调制的占空比。那么，就能够高效且准确地确定穿过所述电磁铁的平均电压。

替代地，确定穿过所述电磁铁的平均电压包括测量在第二时间区间穿过所述电磁铁的电压，并对所测得的穿过所述电磁铁的电压求平均值。因此，示出了另一种用于确定穿过所述电磁铁的平均电压的方法。

替代地，应用所述电流曲线包括以下步骤：

在第一时间区间内，向所述电磁铁的线圈应用调节电压，直到达到第一限定电流值；以及

在第三时间区间内，切断所述电磁铁的所述线圈中的电流；

进一步，其中，确定所述特性曲线包括以下步骤：

确定所述电磁铁在所述第一时间区间的补偿特性；以及

确定所述电磁铁在所述第三时间区间的位置特性。

根据该替代方法，可以将所述第一时间区间和所述第二时间区间结合，以形成新的第一时间区间。在所述第一时间区间内，对所述电磁铁的线圈施加限定的调节电压，以便在第一时间区间内始终保持相同的通用条件。

当所述电磁铁的线圈达到所述第一限定电流值时，切断所述电磁铁的线圈中的电流，并如上所述，直接开启所述第三时间区间。因此，所述替代方法与上述方法的不同仅在于，确定补偿特性时第一时间区间的配置不同。

此外，根据本发明的所述替代方法，当所述电磁铁未被驱动时，可以通过补偿特性和位置特性来确定所述电磁铁的衔铁的位置，而无需使用独立的位置传感器。那么，上述关于省略位置传感器的进一步优点也自然适用于该替代方法。

优选地，在根据本发明的替代方法中，补偿特性是所述电磁铁的线圈中的电流增长速度。所述电磁铁的线圈中的电流增长速度取决于温度和所述电磁铁的电感。线圈中电流增长速度的温度依赖性与线圈中电流下降速度的温度依赖性是相反的。这意味着，电流增长速度也可以用作温度补偿的补偿特性。

优选地，确定所述位置特性包括：检测所述电磁铁的线圈中的电流达到第二限定电流值的第一时刻；检测所述电磁铁的线圈中的电流达到低于第二限定电流值的第三限定电流值的第二时刻；以及基于所述第二时刻和所述第一时刻之间的时间差以及所述第二限定电流值和所述第三限定电流值之间的电流差来计算所述位置特性。特别地，所述第二限定电流值低于所述第一限定电流值。由此，可以避免检测第一时刻时测量的不确定性或模糊性。因此，所述第二限定电流值和所述第三限定电流值是所述电磁铁的线圈中的电流的固定阈值，当达到它们时，可以分别检测到所述第一时刻和所述第二时刻。相应地，可以预先将电流差确定为常数，而时间差则根据衔铁在线圈中的位置而变化。这确保了位置特性结果的可比性，从而能够用简单的方式进行确定。

优选地，重复上述过程步骤。通过重复上述过程步骤，能够在所述电磁铁未被驱动的情况下，连续确定所述电磁铁的衔铁的位置。

此外，还提供了一种确定电磁驱动流体阀的阀件位置的方法来解决上述问题，其中，所述电磁驱动流体阀包括阀件和用于驱动所述阀件的电磁铁，所述电磁铁包括线圈和衔铁，所述方法包括以下步骤：

通过根据本发明所述的方法来确定所述电磁铁(23)的所述衔铁的位置；以及

根据所述电磁铁的所述衔铁的位置，计算所述阀件的位置。

特别地，该电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动流体阀。特别地，所述直控式电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动液压阀。由于阀件的位置直接取决于用于驱动阀件的所述电磁铁的衔铁的位置，本方法可以通过确定衔铁的位置直接计算出所述电磁铁未被驱动时阀件的当前位置。由此，就无需独立的位置传感器来检测阀件的位置。

此外，还提供了一种确定电磁驱动流体阀的阀件位置的方法用于解决上述问题，其中，所述电磁驱动流体阀包括阀件、用于驱动所述阀件并具有第一线圈和第一衔铁的第一电磁铁、以及与所述第一电磁铁互补运行且具有第二线圈和第二衔铁的第二电磁铁；所述方法包括以下步骤：

确定所述电磁驱动流体阀的未被驱动的电磁铁；

通过根据本发明所述的方法，确定所述未被驱动的电磁铁的衔铁的位置；以及

基于所述未被驱动的电磁铁的所述衔铁的位置，计算所述阀件的位置。

特别地，该电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动流体阀。特别地，所述直控式电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动液压阀。在电磁驱动流体阀具有两个用于驱动阀件的电磁铁的情况下，这两个互补运行的电磁铁中的一个通常不会被驱动。因此，通过针对各未被驱动的电磁铁的本方法，可以连续地确定衔铁的位置以及阀件的位置。由此，就无需单独的位置传感器来检测阀件的位置。

此外，还提供了一种流体系统用以解决上述问题，所述系统包括电磁驱动流体阀和电子控制单元，其中，所述电磁驱动流体阀包括阀件和电磁铁，所述电磁铁具有线圈和衔铁，并用于驱动所述阀件。因此，电子控制单元适用于当所述电磁铁未被驱动时执行上述用于确定阀件位置的创造性方法。

特别地，所述流体系统是液压系统。特别地，该电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动流体阀。特别地，所述直控式电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动液压阀。此类直控式电磁驱动流体阀只有一个用于驱动阀件的电磁铁，当所述电磁铁未被驱动时，阀件会通常会位于端部位置。因此，电子控制单元可以通过实施根据本发明所述的方法来检测阀件的端部位置，而无需为此而使用独立的位置传感器。

此外，还提供了一种具有电磁驱动流体阀和电子控制单元的流体系统来解决上述问题，其中，所述电磁驱动流体阀包括：阀件、用于驱动该阀件并具有第一线圈和第一衔铁的第一电磁铁、以及与所述第一电磁铁互补运行且具有第二线圈和第二衔铁的第二电磁铁。因此，电子控制单元适用于执行上述用于确定阀件位置的方法。

特别地，所述流体系统是液压系统。特别地，该电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动流体阀。特别地，所述直控式电磁驱动流体阀是直控式电磁驱动液压阀。在此类具有两个互补运行的电磁铁的直控式电磁驱动流体阀中，所述两个电磁铁中有一个通常未被驱动。因此，通过实施根据本发明的方法，电子控制单元可以连续地确定衔铁的位置，从而确定各未被驱动的电磁铁的阀件的位置，而无需为此使用独立的位置传感器。

附图说明

下面将参照附图所示的实施例对本发明进行更详细的解释。附图中：

图1示出了第一流体系统，其包括根据本发明第一实施例的第一直控式电磁驱动流体阀；

图2示出了第二流体系统，其包括根据本发明的第二实施例的第二直控式电磁驱动流体阀；

图3示出了两个随时间变化的电流曲线的示意图，以说明根据本发明的第一种方法；以及

图4示出了两个随时间变化的电流曲线的示意图，以说明根据本发明的第二种方法。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的第一流体系统10，其具有电磁驱动流体阀11和电子控制单元12。其中，第一流体系统10是第一液压系统10，电磁驱动流体阀11是直控式电磁驱动液压阀11，即被设置为定量阀的4/3短管阀。已知地，电磁驱动流体阀11包括阀件15以及用于驱动阀件的第一电磁铁13和第二电磁铁14，在此实施例中，该阀件15是滑阀活塞。已知地，第一电磁铁13包括第一线圈和第一衔铁。已知地，第二电磁铁14包括第二线圈和第二衔铁。第二电磁铁14以与第一电磁铁13互补的方式起作用。电子控制单元12适用于执行根据本发明的方法，以确定电磁驱动流体阀11的阀件的位置，这将在下文中详细描述。

电子控制单元12包括：用于测量第一电磁铁13的第一线圈中的电流的第一电流传感器，以及用于测量第二电磁铁14的第二线圈中的电流的第二电流传感器。此外，电子控制单元12包括：电磁铁控制单元，其通过电源电压来控制第一电磁铁13和第二电磁铁14。鉴于已经大致已知电子控制单元12如何控制第一电磁铁13和第二电磁铁14，所以在此不作详细讨论。

图2示出了根据本发明的第二流体系统20，其具有电磁驱动流体阀21和电子控制单元22。其中，第二流体系统20是第二液压系统20，电磁驱动流体阀21是直控式电磁驱动液压阀21，即被设置为开关阀的2/2座阀。已知地，电磁驱动流体阀21包括阀件25以及用于驱动该阀件的电磁铁23，在本实施例中，阀件25为阀锥。已知地，电磁铁23包括线圈和衔铁。

电子控制单元22包括电流传感器和电磁铁控制单元。电流传感器用于测量电磁铁23的线圈中的电流，电磁铁控制单元通过电源电压来控制电磁铁23。鉴于已经大致已知电子控制单元22如何控制电磁铁23，所以在此不作详细讨论。

参照图1和图3，下面描述一种根据本发明的用于确定第一流体系统10的电磁驱动流体阀11的阀件位置的方法，该方法由电子控制单元12执行。

首先，电子控制单元12确定电磁驱动流体阀11中未被驱动的电磁铁。因此，电子控制单元12可以确定第一电磁铁13或第二电磁铁14目前是否未通电以驱动电磁驱动流体阀11的阀件。当电子控制单元12确定两个电磁铁13、14中的哪一个未被驱动时，电子控制单元12确定那个未被驱动的电磁铁的衔铁的位置。对于根据本发明所述的用于确定未被驱动的电磁铁的衔铁位置的方法，具体是第一电磁铁13还是第二电磁铁14未被驱动并不重要，因此，在下文中，该未被驱动的电磁铁将被统称为电磁铁13、14。

为了确定电磁铁13、14的衔铁的位置，电子控制单元12在电磁铁13、14的线圈中施加电流曲线，该电流曲线大致低于电磁铁13、14的最小驱动电流。当电磁铁13、14的线圈中的电流遵循电流曲线时，电子控制单元12确定电磁铁13、14的特性曲线。根据该特性曲线，电子控制单元12计算出电磁铁13、14的衔铁的位置。

参照图3，可以看出，电子控制单元12在第一时间区间t1-t2将电磁铁13、14的线圈中的电流初始地设置为第一限定电流值I1。第一限定电流值I1低于电磁铁13、14的最小驱动电流。例如，如果电磁铁13、14的最小驱动电流是500毫安，则第一限定电流值I1可以是150毫安。在该情形下，可以通过快速控制将电流设置为第一限定电流值I1，从而使第一时间区间t1-t2尽可能短。为此，电子控制单元12的电磁铁控制单元无时钟式地切换电源电压，直到电磁铁13、14的线圈中的电流达到第一限定电流值I1。也可以不进行快速控制来设置第一限定电流值I1。

接着，电子控制单元12在第二时间区间t2-t3内将电磁铁13、14的线圈中的电流调节为第一限定电流值I1。该电流是通过脉冲宽度调制控制的。可以想象，可以把电流设置为第一限定电流值I1这一步骤作为脉冲宽度调制控制的一部分，并省略上述快速控制步骤。这样一来，不仅会延长第一时间区间t1-t2，还会降低确定电磁铁13、14的衔铁位置时的测量速度。

根据图3所示的第一种方法中的特性曲线包括补偿特性和位置特性。

电子控制单元12在第二时间区间t2-t3确定电磁铁13、14的补偿特性。特别地，电子控制单元12可以确定随温度而变的补偿特性，在此例中，该特性是电磁铁13、14的线圈的铜电阻。为此，电子控制单元12确定在第二时间区间t2-t3电磁铁13、14的平均电压，该平均电压将电磁铁13、14的线圈中的电流控制到第一限定电流值I1所必要的。此外，电子控制单元12确定在第二时间区间t2-t3电磁铁13、14的线圈中的平均电流。因此，电子控制单元12可以将第一限定电流值I1确定为电磁铁13、14的线圈中的平均电流，或者分别通过第一电流传感器或第二电流传感器测量第二时间区间t2-t3的平均电流并取其平均值。最后，电子控制单元12基于平均电压和平均电流计算出补偿特性。因此，在此情形下，电子控制单元12可以根据欧姆定律，将穿过电磁铁13、14的平均电压除以电磁铁13、14的线圈中的平均电流，从而计算出电磁铁13、14的线圈中的铜电阻。

为了确定电磁铁的平均电压，电子控制单元12在第二时间区间t2-t3测量电源电压，并将测得的电源电压乘以脉冲宽度调制的占空比。替代地，电子控制单元12还可以包括电压传感器，该电压传感器直接测量电磁铁13、14的电压，并取其在第二时间区间t2-t3内的平均值，以确定电磁铁的平均电压。

因此，电子控制单元12已经确定电磁铁13、14的补偿特性，也即，电磁铁13、14的线圈在第二时间区间t2-t3内的铜电阻。

接着，电子控制单元12在第三时间区间t3-t4/t4'切断电磁铁13、14的线圈中的电流。因此，在第三时间区间t3-t4/t4'，电磁铁13、14处于主动自由运行模式，并且，鉴于电磁铁13、14的线圈中的铜电阻，电磁铁13、14中的电流大幅减少。储存在电磁铁13、14中的能量主要取决于电磁铁13、14的电感。电感又取决于电磁铁13、14的衔铁在线圈中的位置有多偏。

在第三时间区间t3-t4/t4'，电子控制单元确定电磁铁13、14的位置特性。特别地，电子控制单元确定电磁铁13、14的随温度和电感而变的位置特性，也即，电磁铁13、14的线圈中的电流下降速度。

为了确定位置特性，电子控制单元12检测电磁铁13、14的线圈中的电流达到第二限定电流值I2的第一时刻T1、T1'。此外，电子控制单元12检测电磁铁13、14的线圈中的电流达到第三限定电流值I3的第二时刻T2、T2'，第三限定电流值I3低于第二限定电流值I2。最后，电子控制单元12根据第二时刻T2、T2'和第一时刻T1、T1'之间的时间差以及第二限定电流值I2和第三限定电流值I3之间的电流差来计算位置特性。

如图3所示，第二限定电流值I2和第三限定电流值I3之间的电流差始终保持不变，以便有可比较的参考变量。另一方面，第二时刻T2、T2'和第一时刻T1、T1'之间的时间差取决于电磁铁13、14的电感，因而也取决于衔铁在电磁铁13、14的线圈中的位置。

图3示出了衔铁位于不同位置时的两条曲线。实线曲线中电磁铁13、14的电感比虚线曲线中要低，这就是为什么实线曲线中第三时间区间t3-t4的电流下降速度比虚线曲线中第三时间区间t3-t4'的电流下降速度要快。在图3中，实线曲线的第一时刻T1和虚线曲线的第一时刻T1'仍然很难区分，但也能从图中观察到，虚线曲线比实线曲线更晚达到第二限定电流值I2。另一方面，实线曲线的第二时刻T2明显早于虚线曲线的第二时刻T2'。

基于补偿特性、电磁铁13、14的线圈的铜电阻和位置特性、以及电磁铁13、14的线圈中的电流下降速度，电子控制单元12现在可以计算得到电磁铁13、14的衔铁的位置。

最后，电子控制单元12根据电磁铁13、14的衔铁的位置，可以计算出电磁驱动流体阀11的阀件的位置。

在电子控制单元12完成计算后，电子控制单元12重复上述过程步骤。从图3可以看出，例如，当电磁铁13、14的线圈中的电流达到第四电流值I4时，电子控制单元12开始重复上述过程步骤。第四电流值I4是可变的，具体取决于电子控制单元12在检测到第二时刻T2/T2'后的延迟以及随后的计算步骤。即使图3和图4中示出的两条曲线的第四电流值I4是一致的，技术人员清楚知道这两条曲线的第四电流值I4可以是不同的。

在直控式电磁驱动流体阀11中，阀件的位置与第一衔铁在第一电磁铁13的第一线圈中的位置线性相关，同样与的第二衔铁在第二电磁铁14的第二线圈中的位置也线性相关。因此，通过确定各未被驱动的电磁铁13、14的衔铁的位置，可以连续确定电磁驱动流体阀11的阀件的位置，而不必为此再设置单独的位置传感器。

第二流体系统20的电子控制单元22也是执行根据本发明的方法来确定电磁驱动流体阀21的阀件的位置。这种方法与电子控制单元12所执行的方法不同，因为电磁驱动的流体阀21只包括一个电磁铁23，所以电子控制单元22无需确定哪个电磁铁未被驱动。因此，电子控制单元22仅在电磁铁23未被驱动时执行根据本发明的方法以确定电磁驱动阀21的阀件的位置。

在第二流体系统20中，根据本发明的方法因此会涉及到对电磁驱动流体阀21的端部位置进行监测。其中，当电磁铁23未被驱动时，阀件基本上会被弹簧元件弹回到端部位置。然而，对于这种类型的流体阀，污染或其他干扰因素会导致阀件无法被完全关闭。因此，通过执行根据本发明确定阀件位置的方法，电子控制单元22可以例如检测到，即使电磁铁23未被驱动，阀件也没有完全关闭，并相应地警告用户或自动启动安全措施。

图4示出了两个电流曲线，以说明根据本发明的用于确定电磁铁的衔铁的位置的第二替代方法。从图4可以看出，该替代方法与上述参照图3所述的方法不同，图3中的第一时间区间t1-t2和第二时间区间t2-t3在此被结合以形成第一时间区间t1/t1'-t3。至于区间第三t3-t4/t4'和位置特性的确定，这两种方法并无不同。因此，下面将只讨论与第一时间区间t1/t1'-t3有关的差异。

根据图4的替代方法也可以应用于第一流体系统10和第二流体系统20。因此，下面关于第一流体系统10的描述可以直接转移至第二流体系统20。

根据该替代方法，应用电流曲线包括：电子控制单元12在第一时间区间t1/t1'-t3向电磁铁13、14的线圈施加受控电压，直到达到第一限定电流值I1。随后，类似于图3所述的程序，电子控制单元12在第三时间区间t3-t4/t4'切断电磁铁13、14的线圈中的电流，并确定电磁铁13、14的位置特性。

根据图4所示方法中的特性曲线包括上文所述的位置特性和替代的补偿特性。

在第二时间区间t1/t1'-t3，电子控制单元12确定该替代补偿特性。在这种情况下，电子控制单元12在第一时间区间t1/t1'-t3确定电流增长速度作为补偿特性。因此，以与上述第三时间区间t3-t4/t4'期间的电流下降速度的确定类似但相反的方式，基于第三限定电流值I3和第二限定电流值I2来确定第一时间区间t1/t1'-t3期间的电流增长速度。

因此，可以检测到电磁铁13、14的线圈中的电流达到第三限定电流值I3时的第三时刻T3、T3'，以及检测到电磁铁13、14的线圈中的电流达到第二限定电流值I2时的第四时刻T4、T4'。然后，基于第四时刻T4、T4'和第三时刻T3、T3'之间的时间差以及第二限定电流值I2和第三限定电流值I3之间的电流差，电子控制单元12可以计算出电磁铁13、14的线圈中的电流增长速度。

图4也示出了与图3相类似的衔铁位于不同位置时的两条曲线。可以清楚地看到，电流增长速度也取决于衔铁在电磁铁13、14的线圈中的位置。在实线曲线中电磁铁13、14的电感比虚线曲线中要低，这就是为什么实线曲线中第二时间区间t1-t3的电流增长速度比虚线曲线中第一时间区间t1'-t3的电流增长速度快。

电流增长速度的温度依赖性与电流下降速度的温度依赖性是相反的。因此，电磁铁13、14的线圈中的电流增长速度可以用作温度的补偿特性。

附图标记清单

10第一流体系统/第一液压系统

11电磁驱动流体阀/直控式电磁驱动液压阀

12 电子控制单元

13 第一电磁铁

14 第二电磁铁

15阀件/滑阀活塞

20第二流体系统/第二液压系统

21电磁驱动流体阀/直控式电磁驱动液压阀

22 电子控制单元

23 电磁铁

25阀件/阀锥

I1 第一限定电流值

I2 第二限定电流值

I3 第三限定电流值

I4 第四电流值

t1-t2 第一时间区间

t2-t3 第二时间区间

t3-t4/t4'第三时间区间

T1，T1'第一时刻

T2，T2'第二时刻

T3，T3'第三时刻

T4，T4'第四时刻

Claims (20)

1.一种确定电磁铁(13，14，23)的衔铁的位置的方法，特别是一种确定电磁驱动流体阀(11，21)的电磁铁(13，14，23)的衔铁的位置的方法，所述电磁铁(13，14，23)包括线圈和衔铁，所述方法由电子控制单元(12，22)执行，所述方法包括以下步骤：

向所述电磁铁(13，14，23)的线圈应用电流曲线，其中，所述电流曲线大致低于所述电磁铁(13，14，23)的最小驱动电流；

确定所述电磁铁的特性曲线；以及

根据所述特性曲线计算所述电磁铁(13，14，23)的所述衔铁的位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

应用所述电流曲线包括以下步骤：

在第一时间区间(t1-t2)内，将所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流设置为第一限定电流值(I1)；

在第二时间区间(t2-t3)内，将所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流调节为所述第一限定电流值(I1)；以及

在第三时间区间(t3-t4，t3-t4')内，切断所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流；

进一步，其中，确定所述特性曲线包括以下步骤：

确定所述电磁铁(13，14，23)在所述第二时间区间(t2-t3)的补偿特性；以及

确定所述电磁铁(13，14，23)在所述第三时间区间(t3-t4，t3-t4')的位置特性。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电磁铁的补偿特性是所述电磁铁(13，14，23)的随温度而变的补偿特性。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述电磁铁(13，14，23)的随温度而变的所述补偿特性是所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈的铜电阻。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述电磁铁(13，14，23)的位置特性是所述电磁铁(13，14，23)的随温度和电感而变的位置特性。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述电磁铁(13，14，23)的随温度和电感而变的所述位置特性是所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流下降速度。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的方法，其中，在所述第二时间区间(t2-t3)内将所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流调节为所述第一限定电流值(I1)是通过脉冲宽度调制来完成的。

8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其中，确定所述电磁铁(13，14，23)的所述补偿特性包括：

确定穿过所述电磁铁(13，14，23)的平均电压；

确定所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的平均电流；以及

基于所述平均电压和所述平均电流，计算所述补偿特性。

9.根据权利要求7和8所述的方法，其中，确定穿过所述电磁铁(13，14，23)的所述平均电压包括：

测量在所述第二时间区间(t2-t3)的电源电压；以及

将测得的所述电源电压乘以所述脉冲宽度调制的占空比。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，确定穿过所述电磁铁(13，14，23)的所述平均电压包括：

测量在所述第二时间区间(t2-t3)内穿过所述电磁铁(13，14，23)的电压；以及

对测得的所述电磁铁(13，14，23)的所述电压求平均值。

11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，确定所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的所述平均电流包括：

测量在所述第二时间区间(t2-t3)内所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流；以及

对测得的所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的所述电流求平均值。

12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，确定所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的所述平均电流包括：将所述第一限定电流值(I1)限定为所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的平均电流。

13.根据权利要求1所述的方法，其中，

应用所述电流曲线包括以下步骤：

在第一时间区间(t1-t3，t1'-t3)内，向所述电磁铁(13，14，23)的线圈应用调节电压，直到达到第一限定电流值(I1)；以及

在第三时间区间(t3-t4，t3-t4')内，切断所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流；

进一步，其中，确定所述特性曲线包括以下步骤：

确定所述电磁铁(13，14，23)在所述第一时间区间(t1-t3，t1'-t3)的补偿特性；以及

确定所述电磁铁(13，14，23)在所述第三时间区间(t3-t4，t3-t4')的位置特性。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述补偿特性是所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流增长速度。

15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，

确定所述位置特性包括：

检测所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流达到第二限定电流值(I2)的第一时刻(T1，T1')；

检测所述电磁铁(13，14，23)的所述线圈中的电流达到低于所述第二限定电流值(I2)的第三限定电流值(I3)的第二时刻(T2，T2')；以及

基于所述第二时刻(T2，T2')和所述第一时刻(T1，T1')之间的时间差以及所述第二限定电流值(I2)和所述第三限定电流值(I3)之间的电流差来计算所述位置特性。

16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，重复所述过程步骤。

17.一种确定电磁驱动流体阀(21)的阀件的位置的方法，其中，所述电磁驱动流体阀(21)包括所述阀件和用于驱动所述阀件的电磁铁(23)，所述电磁铁(23)包括线圈和衔铁，所述方法包括以下步骤：

通过根据权利要求1至16中任何一项所述的方法来确定所述电磁铁(23)的所述衔铁的位置；以及

根据所述电磁铁(23)的所述衔铁的位置，计算所述阀件的位置。

18.一种确定电磁驱动流体阀(11)的阀件的位置的方法，其中，所述电磁驱动流体阀(11)包括所述阀件、用于驱动所述阀件并具有第一线圈和第一衔铁的第一电磁铁(13)、以及与所述第一电磁铁(13)互补运行且具有第二线圈和第二衔铁的第二电磁铁(14)；所述方法包括以下步骤：

确定所述电磁驱动流体阀(11)的未被驱动的电磁铁(13，14)；

通过根据权利要求1至16中任一项所述的方法，确定所述未被驱动的电磁铁(13，14)中衔铁的位置；以及

基于所述未被驱动的电磁铁(13，14)的所述衔铁的位置，计算所述阀件的位置。

19.一种流体系统(20)，包括：电磁驱动流体阀(21)和电子控制单元(22)，其中，所述电磁驱动流体阀(21)包括阀件(25)和用于驱动所述阀件(25)的电磁铁(23)，所述电磁铁(23)包括线圈和衔铁；

其中，所述电子控制单元(22)被配置为当所述电磁铁(23)未被驱动时执行根据权利要求17所述的方法。

20.一种流体系统(10)，包括：电磁驱动流体阀(11)和电子控制单元(12)，其中，所述电磁驱动流体阀(11)包括阀件(15)、用于驱动所述阀件(15)并具有第一线圈和第一衔铁的第一电磁铁(13)、以及与所述第一电磁铁(13)互补运行并具有第二线圈和第二衔铁的第二电磁铁(14)；

其中，所述电子控制单元(12)适用于执行根据权利要求18所述的方法。