本發(fā)明涉及一種確定用于機(jī)動(dòng)車的線性執(zhí)行器的可動(dòng)元件的位置的方法，其中可動(dòng)元件能借助線性執(zhí)行器的線圈的磁場移動(dòng)，基于線圈的阻抗的變化來確定可動(dòng)元件的位置。本發(fā)明還涉及一種用于機(jī)動(dòng)車的線性執(zhí)行器，其包括電線圈；可動(dòng)元件，所述可動(dòng)元件能借助線性執(zhí)行器的線圈的磁場移動(dòng)；和控制單元，所述控制單元被設(shè)計(jì)用于基于線圈的阻抗的變化來確定可動(dòng)元件的位置。

背景技術(shù)：

通常，由關(guān)于線圈電流——所述線圈電流被輸送至線性執(zhí)行器、例如保持磁體、例如保持磁體的銜鐵以移動(dòng)和/或保持可動(dòng)元件——和線性執(zhí)行器的與此成比例的力的知識(shí)可以推導(dǎo)出可動(dòng)元件到達(dá)預(yù)先給定的位置。然而如果可動(dòng)元件的運(yùn)動(dòng)還受到其它因素的影響，例如可動(dòng)元件在其中運(yùn)動(dòng)的油的、與溫度相關(guān)的粘度的影響，則施加到線性執(zhí)行器上的力和因此線圈電流必須匹配于其它因素的影響，以便實(shí)現(xiàn)上述情況。例如線圈電流能與溫度相關(guān)地進(jìn)行調(diào)整。另一種可能性在于，與用于移動(dòng)和/或保持的線圈的電流相關(guān)地確定可動(dòng)元件的位置。上述情況例如可以通過附加的傳感器來實(shí)現(xiàn)。然而還存在下述方法，該方法通過線圈的阻抗或電感的變化來測量磁性執(zhí)行器的銜鐵位置。所述方法在此或者基于檢測線圈電流的上升或下降的時(shí)間常數(shù)，或者——如果線圈電流借助脈寬調(diào)制來控制——基于通過線圈電流在脈寬調(diào)制的頻率時(shí)的振幅測量電感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，簡化對機(jī)動(dòng)車的線性執(zhí)行器的可動(dòng)元件的位置確定。所述目的由兩個(gè)獨(dú)立權(quán)利要求的主題來實(shí)現(xiàn)。有利的實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求、附圖和附圖說明得出。

本發(fā)明提出一種確定用于機(jī)動(dòng)車的線性執(zhí)行器的可動(dòng)元件的位置的方法。在此，可動(dòng)元件能借助線性執(zhí)行器的線圈的磁場移動(dòng)。線性執(zhí)行器和可動(dòng)元件例如可以是保持磁體和配屬的銜鐵?；诰€圈的阻抗或電感或?qū)Ъ{的變化來確定可動(dòng)元件相對于線圈的位置。線性執(zhí)行器和可動(dòng)元件在此以下述方式構(gòu)成：可動(dòng)元件的位置的變化改變了線圈的阻抗或?qū)Ъ{。阻抗和導(dǎo)納在本發(fā)明的范圍內(nèi)等效。下面，術(shù)語“阻抗”不僅包括阻抗而且還包括導(dǎo)納。這例如可以通過布置在線圈內(nèi)的、其材料的導(dǎo)磁率與線圈磁路的其它材料不同的、可變的隙部實(shí)現(xiàn)，所述隙部與可動(dòng)元件相對于線圈的位置或在線圈中的位置相關(guān)地改變其尺寸大小。隙部的材料——利用所述材料來填充所述隙部——可以是下述材料、例如空氣、油、水等。為了簡化位置的確定，首先，為移動(dòng)和/或保持可動(dòng)元件而輸送至線圈的線圈電流利用恒定的預(yù)先確定的頻率的電交變參量來調(diào)制。所述調(diào)制在此可以通過對引起線圈電流的電壓疊加或加載與電交變參量相對應(yīng)的交流電壓來實(shí)現(xiàn)。在下一個(gè)步驟中，在預(yù)先確定的頻率下通過測量另外的參量、特別是另外的電參量來查明阻抗。

除了靜態(tài)的線圈電流，所述系統(tǒng)可以被加載電交變參量、特別是電壓u或電流i。線圈系統(tǒng)根據(jù)u/kompl{z}＝i在預(yù)先確定的頻率下和必要時(shí)其諧波下的電響應(yīng)以適合的形式被測量，并且例如通過解調(diào)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗獾膮⒘?，其反映了阻抗z的變化。另外的參量可以是電參量或另外的參量，例如在處理器中以數(shù)字的方式執(zhí)行解調(diào)時(shí)是處理器內(nèi)部的變量。如果預(yù)先確定的頻率的交變參量是交流電壓，則例如另外的交變參量可以是與線圈電流成比例的電壓的與預(yù)先確定的頻率的交流電壓相對應(yīng)的份額的振幅。

最后，由查明的阻抗——該阻抗在預(yù)先給定的頻率下存在——來確定可動(dòng)元件的位置。上述情況例如通過將查明的阻抗與比較值進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)，所述比較值尤其相應(yīng)于可動(dòng)元件的已知的位置。替選地，可以通過確定在銜鐵位置和另外的參量之間的轉(zhuǎn)換功能來線性地獲取所述位置。

首先，其優(yōu)點(diǎn)在于，不必為確定可動(dòng)元件的位置而使用附加的傳感器。所述方法此外在電路技術(shù)方面能非常簡單地實(shí)現(xiàn)，僅需要較小的計(jì)算成本并且對信號處理和信號獲取提出了較少的要求。從而可以利用常規(guī)的、通常已經(jīng)用于線性執(zhí)行器的且必須要存在的或已經(jīng)集成在線性執(zhí)行器中硬件元件來實(shí)現(xiàn)。此外，所述方法并不需要線性執(zhí)行器的特殊的幾何形狀。不需要昂貴的、在磁性方面優(yōu)化的材料。最后，作為基礎(chǔ)的效應(yīng)非常顯著，從而形成的信號、在此阻抗在預(yù)先確定的頻率時(shí)的變化在測量技術(shù)方面可以良好地提供。因此，位置確定可以比此前已知的方法更簡單地實(shí)現(xiàn)。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中規(guī)定，所述線性執(zhí)行器用作鎖定裝置，其具有作為鎖定元件的可動(dòng)元件。特別是，其可以作為機(jī)動(dòng)車變速器的駐車鎖的一部分實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)在于，以特別簡單的方式實(shí)現(xiàn)鎖定裝置，該鎖定裝置符合提高的安全要求，因?yàn)槟芎唵蔚厍疫€在其它難以控制的影響下測試可動(dòng)元件的位置。上述情況恰恰在用在機(jī)動(dòng)車變速器的駐車鎖中時(shí)是值得期待的，因?yàn)樵谀抢镆环矫婵煽康劓i定不可或缺，另一方面與溫度、磨損和其它因素相關(guān)地由于變速器油的變化的粘度而存在不受控的影響作用于鎖定裝置。

在另一種實(shí)施方式中規(guī)定，預(yù)先確定的頻率與線性執(zhí)行器、即特別是線圈和配屬于線圈的磁路的具體實(shí)施方式相關(guān)地預(yù)先給定。在此，線性執(zhí)行器、即線圈和磁路的幾何結(jié)構(gòu)、在磁路及其磁性方面所應(yīng)用的材料且因此出現(xiàn)的磁損耗對適合地選擇預(yù)先確定的頻率起作用。為了規(guī)定預(yù)先確定的頻率，在此

在不同的頻率下確定針對可動(dòng)元件的不同位置的線圈的阻抗間的差別，將具有最大可能的、可動(dòng)元件的不同位置中的阻抗間的差別——即最大可能的阻抗反差——的頻率規(guī)定為所述預(yù)先確定的頻率。這種差別的確定在此可以以實(shí)驗(yàn)的方式通過測量來實(shí)現(xiàn)，或者也可以以理論的方式通過計(jì)算或模擬來實(shí)現(xiàn)。在此特別是可以同時(shí)考慮其它條件、例如對在配屬的控制單元中應(yīng)用的部件的限制。上述情況具有下述優(yōu)點(diǎn)，預(yù)先確定的頻率匹配于線性執(zhí)行器以及因此線圈磁路的具體實(shí)施方式，并且能特別簡單且可靠地確定可動(dòng)元件的位置。

在一種特別有利的實(shí)施方式中規(guī)定，作為交變參量的預(yù)先確定的頻率選擇10hz到1000hz、特別是25hz到200hz的頻率。在此特別優(yōu)選地，頻率在50hz到150hz的范圍內(nèi)。其優(yōu)點(diǎn)在于，在所述頻率范圍內(nèi)線圈的阻抗經(jīng)歷特別顯著的改變，而在其它頻率范圍內(nèi)或者歐姆損耗或交變磁化損失影響阻抗。相應(yīng)地，與線圈電流成比例的電壓與可動(dòng)元件的位置相關(guān)地在這種頻率下特別強(qiáng)地變化，從而能容易地確定所述位置。

在另一種實(shí)施方式中規(guī)定，通過交變參量調(diào)制線圈電流，以使之變化的值為0.1％到25％、特別是1％和20％、特別優(yōu)選為5％到15％。如果為線圈的線圈電流輸入與預(yù)先確定的頻率相比為高頻的脈寬調(diào)制，則這可以通過脈寬調(diào)制的也稱為占空因數(shù)的占空比或者說調(diào)制率來進(jìn)行。其優(yōu)點(diǎn)在于，在預(yù)先確定的交流電壓頻率下交流電壓大到足以簡單地查明與線圈電流成比例的電壓，然而同時(shí)并不會(huì)由于該交流電壓影響可動(dòng)元件的保持和/或移動(dòng)。

在一種有利的實(shí)施方式中規(guī)定，所述另外的參量利用小于1000hz的采樣頻率或時(shí)間分片、特別是利用小于250hz的采樣頻率被調(diào)節(jié)。尤其是在這種情況下，預(yù)先確定的頻率選擇為低于采樣頻率的奈奎斯特界限(nyquist-grenze)。其優(yōu)點(diǎn)在于，所述方法例如還能通過調(diào)節(jié)電路執(zhí)行，調(diào)節(jié)電路在有利的且牢固的部件、例如微型控制器中實(shí)現(xiàn)。剛好在這種調(diào)節(jié)電路中通常已經(jīng)存在這種與高頻脈寬調(diào)制相比緩慢的采樣頻率。從而還能特別容易地且成本經(jīng)濟(jì)地通過低通濾波過濾掉高頻脈寬調(diào)制的影響。因此特別是，所述方法可以在必要時(shí)已經(jīng)存在的調(diào)節(jié)電路中借助簡單的軟件或硬件調(diào)整來實(shí)現(xiàn)。

在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中規(guī)定，所述阻抗在預(yù)先確定的頻率下根據(jù)關(guān)聯(lián)放大器(korrelations-)和/或鎖定放大器(lock-in-)的作用原理來查明。特別是，上述情況當(dāng)然可以直接通過關(guān)聯(lián)放大器或鎖定放大器來實(shí)現(xiàn)。最簡單地，上述情況可以通過乘法和取中值或者平均值來實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)在于，所述阻抗在預(yù)先確定的頻率下能特別精確地查明，并且因此還能特別精確地測量在阻抗的變化——其代表了可動(dòng)元件的位置的變化。因此能以簡單的方式特別精確地確定可動(dòng)元件的位置。

根據(jù)另一種實(shí)施方式，可動(dòng)元件(2)的位置在預(yù)先確定的頻率下由阻抗的相位和/或虛數(shù)部分和/或數(shù)值和/或?qū)崝?shù)部分來確定。因?yàn)榕c線性執(zhí)行器和所使用的電子元件的具體實(shí)施方式相關(guān)地，相位、虛數(shù)部分和數(shù)值特別明確地與可動(dòng)元件的位置相關(guān)，所以能特別簡單地測量可動(dòng)元件的位置。在相位較小、例如為30°或更小時(shí)，阻抗的值能以足夠的精度由實(shí)數(shù)部分導(dǎo)出，從而阻抗的實(shí)數(shù)部分也用于測量可動(dòng)元件的位置。

在一種特別有利的實(shí)施方式中規(guī)定，由阻抗查明可動(dòng)元件的位置包括信號的低通濾波，特別是通過簡單的矩形濾波器或塊狀濾波器(blockfilter)，即通過矩形濾波功能(rechteck-filterfunktion)進(jìn)行濾波。如果在所述方法的范圍內(nèi)使用關(guān)聯(lián)放大器或鎖定放大器，則塊狀濾波器尤其可以是所屬的低通濾波器。塊狀濾波器在此相應(yīng)于所謂的矩形波濾波器(boxcar-filter)，其對確定數(shù)量的測量值進(jìn)行同權(quán)重的疊加。其優(yōu)點(diǎn)在于，可動(dòng)元件的位置對經(jīng)過濾的成比例的電壓或與其相關(guān)的值的影響被強(qiáng)化，并且產(chǎn)生的、被低通濾波的信號可以更為簡單地被評估。

特別是在此可以規(guī)定，在塊狀濾波器中被取中值的值的數(shù)量被選擇為等于所述另外的參量、尤其電參量的采樣頻率與交流電壓的預(yù)先確定的頻率之商的整數(shù)倍。如果例如用于線圈電流的調(diào)節(jié)電路例如以200hz的采樣頻率工作，電交變參量的預(yù)先確定的頻率為50hz，則對于4的倍數(shù)個(gè)——例如4、8、12或16個(gè)——值進(jìn)行取中值或平均。在這種實(shí)施方式中，特別是交變參量的預(yù)先確定的頻率與采樣頻率如此選擇，使得商為整數(shù)。其優(yōu)點(diǎn)在于，避免了塊狀濾波器的泄露結(jié)果或邊緣效應(yīng)，其作為所謂的頻譜泄露使過濾信號失真并且可能導(dǎo)致難以由查明的阻抗確定可動(dòng)元件的位置。

本發(fā)明還包括用于機(jī)動(dòng)車的線性執(zhí)行器。所述線性執(zhí)行器包括：電線圈；可動(dòng)元件，所述可動(dòng)元件能借助線性執(zhí)行器的線圈的磁場來移動(dòng)；和控制單元，所述控制單元被設(shè)計(jì)用于基于線圈的阻抗或?qū)Ъ{的變化來確定可動(dòng)元件相對于線圈的位置。在此控制單元被設(shè)計(jì)用于，利用預(yù)先確定的頻率的電交變參量來調(diào)制為移動(dòng)和/或保持可動(dòng)元件而輸送至線圈的線圈電流；通過在預(yù)先確定的頻率下測量另外的參量來查明線圈在預(yù)先確定頻率下的阻抗或?qū)Ъ{；由查明的阻抗或?qū)Ъ{來確定可動(dòng)元件的位置。所述控制單元在此尤其可以包括帶有比例積分控制器的調(diào)節(jié)電路，以便為線圈輸送線圈電流。優(yōu)點(diǎn)和有利的實(shí)施方式在此相應(yīng)于所述方法的優(yōu)點(diǎn)和有利的實(shí)施方式。

在其它有利的實(shí)施方式中，本發(fā)明還包括具有這種線性執(zhí)行器的機(jī)動(dòng)車變速器或機(jī)動(dòng)車。

所有前面在說明書中所述的特征和特征組合以及隨后在附圖說明中所述的和/或在附圖中單獨(dú)示出的特征和特征組合不僅能在分別給出的組合中、而且還能在其它組合中或單獨(dú)地使用，而沒有背離本發(fā)明的范圍。因此本發(fā)明還包含并且公開了如下的實(shí)施方式，其在附圖中未明確示出和闡述、但能夠通過分離的特征組合而由所闡述的實(shí)施方式得知和產(chǎn)生。

附圖說明

下面借助示意性附圖詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)施例。其中：

圖1示出線性執(zhí)行器的示例性實(shí)施方式的示意性截面圖，其具有駛出的可動(dòng)元件；

圖2示出圖1中的線性執(zhí)行器的示意性截面圖，其具有駛?cè)氲目蓜?dòng)元件；以及

圖3示出了電路的框圖，該電路實(shí)施所述方法的示例性實(shí)施方式。

具體實(shí)施方式

在附圖中，相同的或功能相同的元件具有相同的附圖標(biāo)記。

圖1示出線性執(zhí)行器的示例性實(shí)施例的截面圖，其具有駛出的可動(dòng)元件。在此，線性執(zhí)行器1設(shè)計(jì)成鎖定裝置?？蓜?dòng)元件2、這里是鎖定元件在此至少部分地布置在線圈3的內(nèi)部。可動(dòng)元件在此具有柱形形狀，其具有導(dǎo)磁率不同并且在此直徑也不同的例如兩個(gè)區(qū)域。可動(dòng)元件2的在此直徑較小的第一區(qū)域6由具有導(dǎo)磁率μ＝1的非磁性材料制成，而可動(dòng)元件2的在此直徑較大的第二區(qū)域9由具有導(dǎo)磁率μ>1的磁性材料制成。在所示實(shí)例中，在柱形線圈3的兩個(gè)端部上分別布置第一止擋元件4和第二止擋元件5?？蓜?dòng)元件2此時(shí)貼靠在第一止擋元件4上并且可動(dòng)元件的第一區(qū)域6突出于所述第一止擋元件?？蓜?dòng)元件2的突出的端部區(qū)域6在此可以用于鎖定?？赡鼙匾幕蜻m宜的復(fù)位彈簧出于清晰的原因未示出。

在示出的實(shí)例中，第一止擋元件4在外部圍繞線圈延伸并且局部地進(jìn)入到線圈3的內(nèi)部，其中線圈3內(nèi)腔的其余部分在示出的布置中由可動(dòng)元件2占據(jù)。在線圈3內(nèi)部的磁路7在此相應(yīng)地延伸過第一止擋元件4和可動(dòng)元件2的第二區(qū)域9。相應(yīng)地在這個(gè)實(shí)例中，線圈3的阻抗或電感在可動(dòng)元件2駛出時(shí)通過第一止擋元件4和可動(dòng)元件2的第二區(qū)域9的材料來確定。

圖2示出了在圖1中示出的線性執(zhí)行器的截面圖，其具有駛?cè)氲目蓜?dòng)元件?？蓜?dòng)元件的第一區(qū)域6現(xiàn)在不再突出于第一止擋元件4，并且可動(dòng)元件2的第二區(qū)域9與第二止擋元件5貼靠，所述第二止擋元件在此布置在與第一止擋元件4對置線圈側(cè)上。在此相應(yīng)地，現(xiàn)在在線圈3的內(nèi)側(cè)上在第一止擋元件4和可動(dòng)元件2的第二區(qū)域9之間設(shè)置氣隙或油隙8。所述氣隙或油隙至少部分地也在線圈3的磁路7的范圍內(nèi)延伸。因?yàn)榭蓜?dòng)元件2的磁性的第二區(qū)域9不再接觸第一止擋元件4，所以線圈3的阻抗或電感現(xiàn)在不再僅由第一止擋元件4和可動(dòng)元件2的材料、而是還由氣隙或油隙8、特別是其尺寸大小來影響。即在示出的實(shí)例中，線圈3的阻抗或電感的改變對應(yīng)于可動(dòng)元件2的位置的改變，從而由所測量的阻抗或電感可以確定可動(dòng)元件2的位置。

圖3示出了電路的框圖，所述電路實(shí)施所述方法的示例性實(shí)施方式。用實(shí)線示出的部件在此相應(yīng)于已知的現(xiàn)有技術(shù)，該現(xiàn)有技術(shù)被補(bǔ)充了用虛線示出的部件和相應(yīng)的處理步驟。

用實(shí)線示出的部件和處理步驟基本上形成標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)電路。在此為調(diào)節(jié)器10——例如設(shè)計(jì)成pi調(diào)節(jié)器——作為指令參量預(yù)先給定形式為指令信號的與額定線圈電流is的偏差，利用其引起了用于在線圈3中移動(dòng)和/或保持可動(dòng)元件2(圖1和圖2)的磁場。在調(diào)節(jié)電路的另一個(gè)部件11中，補(bǔ)償在調(diào)節(jié)電路中的干擾參量、在這種情況下電池電壓ubatt。在另一個(gè)部件11中在此實(shí)施所謂的向前校正(forwardcorrection)，其中在向前校正中還能實(shí)現(xiàn)其它處理步驟。在本實(shí)施方式中，在線圈3——其線圈電流通過調(diào)節(jié)電路來調(diào)整——和另一個(gè)部件11之間，控制部件12是調(diào)節(jié)電路的一部分，該控制部件在此通過平均電壓在使用脈寬調(diào)制的情況下將線圈電流施加到線圈3上。真正的實(shí)際線圈電流ii在調(diào)節(jié)電路中作為調(diào)節(jié)參量被回引。上述情況在此通過查明與實(shí)際線圈電流ii成比例的電壓來實(shí)現(xiàn)，所述電壓在接地的測量電阻13上截取并且通過加法部件18從調(diào)節(jié)電路的指令信號扣除。

為了確定可動(dòng)元件的位置，在另一個(gè)加法部件14中——該加法部件在此在另一個(gè)部件11和控制部件12之間集成到調(diào)節(jié)電路中，通過具有預(yù)先確定的頻率、在示出的實(shí)例中50hz的交流電壓來調(diào)整脈寬調(diào)制的調(diào)制率。線圈電流隨著具有預(yù)先確定的頻率的交流電壓來修改。在所示出的實(shí)施方式中，查明與線圈電流成比例的電壓在預(yù)先確定的頻率、即50hz時(shí)實(shí)現(xiàn)，如下面根據(jù)關(guān)聯(lián)放大器的原理進(jìn)行描述的那樣：

交流電壓u50不僅用于修改脈寬調(diào)制的調(diào)制率，而且還在預(yù)先確定的頻率時(shí)解調(diào)出與線圈電流成比例的電壓。為此，交流電壓u50在這個(gè)實(shí)例中首先在相移部件15中移動(dòng)了預(yù)先確定的相位、例如45度。相移部件15在此——因?yàn)轭A(yù)先確定的頻率是已知的且恒定的——可以設(shè)計(jì)成簡單的延時(shí)元件?，F(xiàn)在在例如設(shè)計(jì)成所謂的組合器的組合部件16中，利用相移的交流電壓u50解調(diào)出與實(shí)際線圈電流ii成比例的電壓，例如通過乘法。在此在解調(diào)或乘法之后在濾波部件17中進(jìn)行低通濾波，該濾波部件在此設(shè)計(jì)成簡單的塊狀濾波器或矩形濾波器或者說所謂的矩形波濾波器。測量值的數(shù)量在此為16，在這種情況下在濾波部件17中對所述測量值進(jìn)行平均/取中值。所述數(shù)量如此選擇，因?yàn)檎{(diào)節(jié)器10的采樣頻率或者說時(shí)間分片(zeitscheibe)在這個(gè)實(shí)例中為200hz并且預(yù)先確定的頻率50hz，將測量值數(shù)量選擇為采樣頻率與預(yù)先確定的頻率之商的整數(shù)倍帶來如下優(yōu)點(diǎn)，使得低通濾波器的干擾的泄露效慶最小化。結(jié)果，在預(yù)先確定交流電壓u50的頻率下查明與實(shí)際線圈電流ii成比例的電壓。對于實(shí)際線圈電流ii的分量i50的確定也是如此，其要?dú)w因于所加載的交流電壓u50，因此對于線圈3的阻抗確定以及可動(dòng)元件2的位置確定(圖1和圖2)也是如此。因此可以在預(yù)先確定頻率、在此50hz下由成比例的電壓的數(shù)值、因此實(shí)際線圈電流ii的分量i50的數(shù)值來確定可動(dòng)元件的位置，例如通過與相應(yīng)的比較值進(jìn)行比較，該比較值則代表可動(dòng)元件的已知的位置。