DE102015200796A1

DE102015200796A1 - Method and device for identifying an angular position of a rotor on a steering system for a means of transportation

Info

Publication number: DE102015200796A1
Application number: DE102015200796.0A
Authority: DE
Inventors: Udo Hallmann; Vadym Bulakhov
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-01-20
Filing date: 2015-01-20
Publication date: 2016-07-21

Abstract

Es werden ein Fortbewegungsmittel, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Identifikation einer Winkelposition (φ) eines Rotors (1) an einem Bauteil, insbesondere eines Lenksystems für ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die Schritte: – Erfassen eines ortsfest am Rotor (1) angeordneten Magnetfeldes durch einen ersten Sensor (2) und einen zweiten Sensor (3), – Wandeln analoger Signale des ersten Sensors (2) und des zweiten Sensors (3) in ein Wertepaar digitaler Signale, und – Auslesen eines dem Wertepaar zugeordneten Datensatzes charakterisierend die Winkelposition (ϕ).The invention relates to a means of locomotion, a device and a method for identifying an angular position (φ) of a rotor (1) on a component, in particular a steering system for a means of locomotion. The method comprises the steps of: detecting a magnetic field arranged fixedly on the rotor (1) by a first sensor (2) and a second sensor (3), converting analog signals of the first sensor (2) and the second sensor (3) into a pair of values of digital signals, and - readout of a data set associated with the value pair characterizing the angular position (φ).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fortbewegungsmittel, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Identifikation einer Winkelposition eines Rotors an einem Bauteil. Das Bauteil kann insbesondere in einem Lenksystem für ein Fortbewegungsmittel untergebracht sein. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Möglichkeit zur Verringerung eines rechentechnischen Aufwandes bei der Bestimmung einer Winkelposition eines Rotors einer elektrischen Maschine zur Lenkunterstützung.The present invention relates to a means of locomotion, a device and a method for identifying an angular position of a rotor on a component. The component can in particular be accommodated in a steering system for a means of locomotion. In particular, the present invention relates to a possibility for reducing a computational effort in determining an angular position of a rotor of an electric machine for steering assistance.

Für unterschiedliche Anwendungen ist die Kenntnis einer Rotorposition einer elektrischen Maschine von erheblicher Bedeutung. Für die Rotorpositionsermittlung eines Synchronmotors in einem elektromechanischen Lenksystem wird häufig ein so genannter Resolver verwendet. Eine direkte Verwendung des Resolversignals führt mitunter zu haptischen und akustischen Auffälligkeiten am Lenkrad. Bei der Entwicklung eines neuen Motorregelungskonzeptes besteht ein Bestreben darin, eine Verbesserung des Lenkgefühls für den Anwender zu realisieren. Wenn die Signale des Resolvers einen Nulldurchgang haben, kann die Darstellungsgenauigkeit bzw. die Genauigkeit der Winkelbestimmung des Rotors/der Lenkwelle verringert werden. Dieses verursacht einen Fehler in der Motorpositionsberechnung und verstellt dadurch den bestimmten Spannungsvektor. Infolge dessen entsteht eine Schwankung des Motormomentes, was sich negativ auf das Lenkgefühl auswirkt.For different applications, the knowledge of a rotor position of an electrical machine is of considerable importance. For the rotor position detection of a synchronous motor in an electromechanical steering system, a so-called resolver is often used. A direct use of the resolver signal sometimes leads to haptic and acoustic abnormalities on the steering wheel. In the development of a new engine control concept, there is a desire to realize an improvement in the steering feel for the user. If the signals of the resolver have a zero crossing, the accuracy of representation of the angle of the rotor / the steering shaft can be reduced. This causes an error in the motor position calculation and thereby adjusts the determined voltage vector. As a result, a fluctuation of the engine torque, which has a negative effect on the steering feel.

Im Stand der Technik werden zur Winkelpositionsbestimmung Sensoren an einem Rotor vorgesehen, welche eine Sinusposition und eine Kosinusposition des Rotors melden, und durch eine Division der beiden Signale einen Tangens des Rotorwinkels ermitteln. Die hierfür erforderliche Division und anschließende Auswertung des Tangenssignals, um zum tatsächlichen Winkel zu gelangen, wird „in Echtzeit“ ausgeführt. Jedoch ist ein erheblicher Rechenaufwand und somit ein entsprechend leistungsstarker Prozessor erforderlich. Der Kosten- und Energieaufwand durch den Prozessor ist erheblich.In the prior art sensors are provided on a rotor for angular position determination, which report a sine position and a cosine position of the rotor, and determine a tangent of the rotor angle by dividing the two signals. The required division and subsequent evaluation of the tangent signal to arrive at the actual angle is carried out "in real time". However, a considerable amount of computation and thus a correspondingly powerful processor is required. The cost and energy consumption by the processor is significant.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den vorstehend identifizierten Nachteil des Standes der Technik auszuräumen.It is an object of the present invention to obviate the above-identified disadvantage of the prior art.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorstehend identifizierte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Identifikation einer Winkelposition eines Rotors an einem Bauteil (z. B. einem Lenksystem für ein Fortbewegungsmittel) gelöst. Der Rotor kann beispielsweise ein Läufer eines Elektromotors sein, welcher zur Unterstützung des Fahrers ein Moment bzw. eine Kraft auf das Lenksystem ausübt. Alternativ oder zusätzlich kann der Rotor mechanisch mit dem Lenksystem derart gekoppelt sein, dass die Drehposition des Rotors Aufschluss über den Zustand und die Position des Drehfeldes im Motor zur Lenkunterstützung gibt. Erfindungsgemäß wird zunächst ein ortsfest am Rotor angeordnetes Magnetfeld durch einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor erfasst. Dieses kann gemäß dem Stand der Technik beispielsweise derart erfolgen, dass ein Permanentmagnet am Rotor von zwei in Umfangsrichtung beabstandet zueinander angeordnete feststehende Magnetfeldsensoren erfasst wird und somit ein Sinussignal und ein Kosinus Signal erzeugt werden. Die Sensoren können beispielsweise als Hall-Sensoren, als Induktivitäten („Spulen“) oder als Magnetfeldsensoren eines anderen, bekannten Wirkprinzips ausgestaltet sein. Die analogen Signale des ersten Sensors und des zweiten Sensors werden in ein Wertepaar bzw. in eine Folge von Wertepaaren digitaler Signale gewandelt, welches auch als digitale Repräsentation des Sinussignals und eines zugehörigen Kosinus Signals verstanden werden kann. Mit anderen Worten wird definiert, welches digitale Signal des ersten Sensors zu welchem digitalen Signal des zweiten Sensors korrespondiert und anschließend aus einem dem Wertepaar zugeordneten Speicherinhalt ein die Winkelposition charakterisierender Datensatz ausgelesen. Der Datensatz kann beispielsweise in einem Array oder einer Tabelle o. ä. ermittelt werden, indem ein vom Wertepaar am geringsten abweichender Speicherplatz ausfindig gemacht und der dem Speicherplatz zugeordnete Datensatz charakterisierend die Winkelposition ausgelesen wird. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Erfindung eine kostengünstige und wenig rechenintensive Möglichkeit zur Bestimmung der Winkelposition des Rotors. Lediglich ein Datenspeicher repräsentierend eine endliche Vielzahl von Wertepaaren und zugeordneten Datensätzen ist vorzuhalten und erfindungsgemäß auszulesen.According to the invention, the object identified above is achieved by a method for identifying an angular position of a rotor on a component (eg a steering system for a means of locomotion). The rotor may be, for example, a rotor of an electric motor, which exerts a moment or a force on the steering system to assist the driver. Alternatively or additionally, the rotor may be mechanically coupled to the steering system such that the rotational position of the rotor provides information about the state and the position of the rotating field in the engine for steering assistance. According to the invention, a magnetic field arranged fixedly on the rotor is first detected by a first sensor and a second sensor. This can be done according to the prior art, for example, such that a permanent magnet on the rotor of two circumferentially spaced from each other arranged fixed magnetic field sensors is detected and thus a sine signal and a cosine signal are generated. The sensors can be designed, for example, as Hall sensors, as inductors ("coils") or as magnetic field sensors of another known active principle. The analog signals of the first sensor and of the second sensor are converted into a value pair or into a sequence of value pairs of digital signals, which can also be understood as a digital representation of the sine signal and of an associated cosine signal. In other words, it is defined which digital signal of the first sensor corresponds to which digital signal of the second sensor and then read out a data set characterizing the angular position from a memory content assigned to the value pair. The data record can be determined, for example, in an array or a table or the like, by locating a storage location which is least deviating from the value pair and by characterizingly reading out the angular position assigned to the storage location. In this way, the present invention allows a cost-effective and less compute-intensive way to determine the angular position of the rotor. Merely a data store representing a finite multiplicity of value pairs and associated data records is to be provided and read out according to the invention.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Bevorzugt kann das Messprinzip des ersten und des zweiten Sensors derart ausgestaltet sein, dass der erste Sensor und der zweite Sensor mit einer Wechselspannung beaufschlagt werden und eine Beeinflussung der jeweiligen Wechselspannung und/oder eines jeweiligen Wechselstroms als analoges Signal durch den ersten Sensor und den zweiten Sensor zur Ermittlung der Winkelposition in einer Auswerteeinheit erfasst werden. Beispielsweise kann eine Amplitude des den Sensoren eingeprägten elektrischen Signals ermittelt werden und die Beeinflussung der Amplitude als Auswirkung des Magnetfeldes des Rotors analysiert werden. Auf diese Weise kann die Empfindlichkeit der verwendeten Sensoren sowie ihre Störsicherheit verbessert werden.Preferably, the measuring principle of the first and the second sensor can be configured such that the first sensor and the second sensor are acted upon by an alternating voltage and influencing the respective AC voltage and / or a respective alternating current as an analog signal through the first sensor and the second sensor be detected to determine the angular position in an evaluation. For example, an amplitude of the electrical signal impressed on the sensors can be determined, and the influence on the amplitude can be analyzed as an effect of the magnetic field of the rotor. In this way The sensitivity of the sensors used and their noise immunity can be improved.

Bevorzugt kann das Wertepaar durch Ermittlung lokaler Extremwerte der analogen Signale gebildet werden. Ein solches Verfahren wird auch als „Spitzenwert-Synchrondemodulation“ bezeichnet. Hierbei wird eine Wechselspannung auf den ersten Sensor und den zweiten Sensor aufgeprägt, welcher eine deutlich höhere Frequenz aufweist, als die höchste auszuwertende Frequenz des jeweiligen Rotorsignals („Übermodulation“). Mit anderen Worten wird das Rotorsignal auf eine Trägerfrequenz (die Wechselspannung) aufmoduliert und zueinander gehörige Spitzenwerte des Trägersignals (Wechselspannung) zur Erstellung des Wertepaares digitalisiert. Dieses ermöglicht eine verzögerungsarme Ermittlung einer tatsächlichen Rotorposition und gleichzeitig eine hohe Störsicherheit des ersten und zweiten Signals.Preferably, the value pair can be formed by determining local extreme values of the analog signals. Such a method is also referred to as "peak synchronous demodulation". Here, an AC voltage is impressed on the first sensor and the second sensor, which has a significantly higher frequency than the highest frequency to be evaluated of the respective rotor signal ("overmodulation"). In other words, the rotor signal is modulated onto a carrier frequency (the AC voltage) and associated peak values of the carrier signal (AC voltage) are digitized to produce the value pair. This allows a delay-free determination of an actual rotor position and at the same time a high interference immunity of the first and second signal.

Der erste Sensor und/oder der zweite Sensor können als AMR(Anisotroper magnetoresistiver Effekt)- und/oder als GMR(Riesenmagnetowiderstand)- und /oder als CMR oder als TMR-Sensoren ausgestaltet sein. Mit anderen Worten nutzen der erste Sensor und der zweite Sensor einen XMR-Effekt zur Erfassung des Rotormagnetfeldes. Insbesondere für die vorstehend beschriebene Modulation einer Wechselspannung hat sich jedoch die Verwendung einer Induktivität (Spule) bewährt, um die Störsicherheit zu verbessern.The first sensor and / or the second sensor may be designed as AMR (anisotropic magnetoresistive effect) and / or as GMR (giant magnetoresistance) and / or as CMR or as TMR sensors. In other words, the first sensor and the second sensor use an XMR effect for detecting the rotor magnetic field. However, in particular for the modulation of an alternating voltage described above, the use of an inductance (coil) has proven to improve the immunity to interference.

Zur Erzeugung voneinander im Wesentlichen unabhängiger Wertepaare zur Positionsbestimmung können der erste Sensor und der zweite Sensor bezüglich der Rotationsrichtung des Rotors um 90° (π/2) zueinander in Umfangsrichtung versetzt angeordnet sein. Auf diese Weise sind die Eingangsgrößen für die Berechnung des Arkustangenssignals ohne weitere Umrechnung verwendbar.In order to generate mutually substantially independent value pairs for position determination, the first sensor and the second sensor can be offset relative to one another in the circumferential direction by 90 ° (π / 2) relative to the direction of rotation of the rotor. In this way, the input quantities for calculating the arctangent signal can be used without further conversion.

Bevorzugt liegen die analogen Signale des ersten Sensors und des zweiten Sensors je nach Gestalt des Rotormagnetfeldes und ihrer relativen Position in Rotationsrichtung derart vor, dass sich eine Phasenverschiebung von 90° ergibt. Sofern das Signal der Sensoren eine harmonische Grundfrequenz aufweist, können die analogen Signale als Sinussignal und/oder als Kosinus Signale zur Winkelpositionsermittlung verwendet werden. Entsprechend kann der aus dem Datenspeicher ausgelesene Datensatz einem dem Wertepaar zugeordneten Arkustangens-Wert (Winkel) entsprechen.Depending on the shape of the rotor magnetic field and its relative position in the direction of rotation, the analog signals of the first sensor and the second sensor preferably occur in such a way that a phase shift of 90 ° results. If the signal of the sensors has a harmonic fundamental frequency, the analog signals can be used as sine signal and / or as cosine signals for angular position detection. Accordingly, the data record read out from the data record can correspond to the value pair associated with the arctangent value (angle).

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Identifikation einer Winkelposition eines Rotors eines Bauteils (z. B. eines Lenksystems für ein Fortbewegungsmittel) vorgeschlagen. Das Lenksystem kann beispielsweise ein elektronmechanisch unterstütztes Lenksystem sein. Es umfasst einen Rotor, welcher Beispielsweise in einem zur elektromechanischen Lenkunterstützung vorgesehenen Elektromotor (als Teil des Läufers) vorgesehen sein kann. An dem Rotor ist ein Magnet als Magnetfelderzeuger angeordnet. Ein erster Sensor und ein zweiter Sensor sind zur drehwinkelabhängigen Erfassung eines Magnetfeldes des Magneten vorgesehen und ermöglichen eine eindeutige Bestimmung einer aktuellen Drehposition des Rotors. Über einen Digital-/Analog-Wandler können die analogen Signale des ersten Sensors und des zweiten Sensors in ein Wertepaar bzw. in eine Folge von Wertepaaren digitaler Signale gewandelt werden. Eine Auswerteeinheit ist vorgesehen, einen dem Wertepaar zugeordneten Datensatz charakterisierend die Winkelposition des Rotors aus einem ebenfalls vorgesehenen bzw. zugreifbar bereitgehaltenen Speichermittel auszulesen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile entsprechen den in Verbindung mit dem ersten Erfindungsaspekt ausgeführten derart ersichtlich, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.According to a second aspect of the present invention, there is provided an apparatus for identifying an angular position of a rotor of a component (eg, a steering system for a vehicle). The steering system may be, for example, an electronically assisted steering system. It comprises a rotor, which may be provided, for example, in an electric motor provided for electromechanical steering assistance (as part of the rotor). On the rotor, a magnet is arranged as a magnetic field generator. A first sensor and a second sensor are provided for rotational angle-dependent detection of a magnetic field of the magnet and allow a clear determination of a current rotational position of the rotor. Via a digital / analog converter, the analog signals of the first sensor and the second sensor can be converted into a value pair or into a sequence of value pairs of digital signals. An evaluation unit is provided for characterizing a set of data associated with the value pair to read out the angular position of the rotor from a likewise provided or accessible ready storage means. The features, combinations of features and the advantages resulting therefrom correspond to those embodied in connection with the first aspect of the invention such that, in order to avoid repetition, reference is made to the above statements.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches ein elektromechanisch antreibbares Lenksystem und eine Vorrichtung zur Identifikation einer Winkelposition eines Rotors mit den Merkmalen gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt aufweist. Der Rotor der Vorrichtung steht mechanisch mit einer Lenkwelle des Lenksystems in Wirkverbindung. Mit anderen Worten kann über die Rotorposition auf eine Position der Lenkwelle des Lenksystems und/oder auf eine Position eines Läufers eines Motors zur elektromechanischen Unterstützung des Lenksystems geschlossen werden. Auch bezüglich der Merkmale, Merkmalskombinationen und der sich aus diesen ergebenden Vorteile wird auf die obigen Ausführungen verwiesen.According to a third aspect of the present invention, a means of locomotion is proposed which comprises an electromechanically drivable steering system and a device for identifying an angular position of a rotor having the features according to the second-named aspect of the invention. The rotor of the device is mechanically connected to a steering shaft of the steering system in operative connection. In other words, the rotor position can be used to deduce a position of the steering shaft of the steering system and / or a position of a rotor of a motor for the electromechanical assistance of the steering system. Also with regard to the features, feature combinations and the resulting advantages thereof, reference is made to the above statements.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:

1 eine Übersicht über Komponenten eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels mit einem Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; 1 an overview of components of an embodiment of a means of transport according to the invention with an embodiment of a device according to the invention;

2 ein Schaubild zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Verwendung einer Spitzenwert-Synchrondemodulation; 2 a diagram illustrating an embodiment of a device according to the invention using a peak synchronous demodulation;

3 ein Ausführungsbeispiel einer Struktur eines Datensatzes zur Ermittlung eines einem Wertepaar zugeordneten Datensatzes charakterisierend die Winkelposition; und 3 an embodiment of a structure of a data set for determining a set of data associated with a data set characterizing the angular position; and

4 ein Flussdiagramm veranschaulichend Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a flowchart illustrating steps of an embodiment of a method according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen Pkw 10 als Fortbewegungsmittel, welcher ein elektromechanisch unterstütztes Lenksystem aufweist. Eine Lenksäule 7 überträgt eine Drehung eines Lenkrades 9 auf einen Rotor 1 eines (nicht dargestellten) elektromechanischen Motors zur Erzeugung eines Lenkunterstützungsmomentes, im Ansprechen worauf sich der Rotor um einen Winkel φ dreht. Lediglich der Anschaulichkeit halber ist in 1 der Winkel φ einer Drehung des Lenkrades 9 bzw. der Lenksäule 7 zugeordnet. Eine Umrechnung in einen Winkel des Rotors 1 kann anhand eines mechanisch vordefinierten Übersetzungsverhältnisses zwischen der Lenksäule 7 und dem Rotor 1 problemlos vorgenommen werden. Die Position des Rotors 1 wird über zwei Magnetfeldsensoren 2, 3 als erster Sensor und zweiter Sensor ermittelt, welche einen Abstand von 90° bezüglich der Drehrichtung des Rotors 1 zueinander aufweisen. Die analogen Signale der Magnetfeldsensoren 2, 3 werden über einen Digital-/Analog(D/A)-Wandler 4 digitalisiert und einem elektronischen Steuergerät 6 als Auswerteeinheit zugeführt. Aus einem informationstechnisch mit dem elektronischen Steuergerät 6 verbundenen Datenspeicher 5 liest das elektronische Steuergerät 6 einen Datensatz charakterisierend die Winkelposition φ aus, welche einem dem Wertepaar nächstliegenden Eintrag im Datenspeicher 5 zugeordnet ist. Diese Analyse kann rechentechnisch einfach ausgeführt werden, sodass die Position des Rotors 1 zur bedarfsgerechten Ansteuerung der Lenkunterstützung verwendet werden kann, um eine ripple freie Lenkunterstützung zu ermöglichen. Der Eintrag kann beispielsweise durch eine Minimalwertbetrachtung einer Summe der betragsmäßigen Abweichungen der digitalen Werte des Wertepaares von Einträgen in Datenspeicher ermittelt werden. 1 shows a car 10 as a means of locomotion, which has an electromechanically assisted steering system. A steering column 7 transmits a rotation of a steering wheel 9 on a rotor 1 an electromechanical motor (not shown) for generating a steering assist torque in response to which the rotor rotates through an angle φ. Only for the sake of clarity is in 1 the angle φ of rotation of the steering wheel 9 or the steering column 7 assigned. A conversion into an angle of the rotor 1 can be based on a mechanically predefined transmission ratio between the steering column 7 and the rotor 1 be made easily. The position of the rotor 1 is via two magnetic field sensors 2 . 3 as the first sensor and second sensor determines which a distance of 90 ° with respect to the direction of rotation of the rotor 1 to each other. The analog signals of the magnetic field sensors 2 . 3 are via a digital / analog (D / A) converter 4 digitized and an electronic control unit 6 supplied as evaluation. From an information technology with the electronic control unit 6 connected data storage 5 reads the electronic control unit 6 characterizing a data set characterizing the angular position φ, which an entry closest to the value pair in the data memory 5 assigned. This analysis can be performed computationally simple, so that the position of the rotor 1 can be used for demand-driven control of steering assistance to allow a ripple-free steering assistance. The entry can be determined, for example, by a minimum value consideration of a sum of the absolute value deviations of the digital values of the value pair of entries in data storage.

2 zeigt eine Prinzipskizze zur Veranschaulichung eines Ausführungsbeispiels einer Signalverarbeitung unter Verwendung einer Spitzenwert Synchrondemodulation. Hierzu gibt das elektronische Steuergerät 6 ein Trägersignal U (t) aus, welches als Eingabesignal (engl. Input I) auf die elektrischen Anschlüsse 8a, 8b eines Magnetfeldsensors 2 gegeben wird, welcher in Abhängigkeit einer Winkelposition φ eines Rotors 1 ein vom Rotor 1 erzeugtes zeitabhängiges Magnetfeld erfasst. Der Magnetfeldsensor 2 ist als Induktivität (Spule) ausgestaltet, sodass sich die in den Windungen der Induktivität vom Magnet M des Rotors 1 erzeugte Spannung als Amplitudenmodulation der Spannung U (t) wiederfindet. Die Amplitudenmodulation wird wie gezeigt als Übermodulation ausgeführt, wobei gilt M >> 1. Mit anderen Worten weichen die Spitzenwerte P1–P7 eines an den Sensoreingängen abgegriffenen Signals I (t) entsprechend der induzierten Spannung über der Zeit voneinander ab, können digitalisiert, gerundet und mit einem entsprechend dem Schaubild durch einen zweiten Magnetfeldsensor (nicht dargestellt) erfassten Sensorsignal zu Wertepaaren gewandelt werden, anhand welcher das elektronische Steuergerät 6 zugeordnete Datensätze charakterisierend die Winkelposition des Rotors 1 auslesen kann. 2 shows a schematic diagram illustrating an embodiment of a signal processing using a peak synchronous demodulation. For this purpose, there is the electronic control unit 6 a carrier signal U (t), which as an input signal (English Input I) to the electrical connections 8a . 8b a magnetic field sensor 2 is given, which in dependence of an angular position φ of a rotor 1 one from the rotor 1 generated time-dependent magnetic field detected. The magnetic field sensor 2 is designed as an inductance (coil), so that in the turns of the inductance of the magnet M of the rotor 1 generated voltage as amplitude modulation of the voltage U (t) finds again. The amplitude modulation is performed as shown above as overmodulation, where M >> 1. In other words, the peak values P1-P7 of a tapped at the sensor inputs signal I (t) according to the induced voltage over time from each other, can be digitized, rounded and be converted into pairs of values with a sensor signal detected according to the diagram by a second magnetic field sensor (not shown), on the basis of which the electronic control unit 6 associated records characterize the angular position of the rotor 1 can read.

3 zeigt eine Tabelle, in welcher digitale Wertepaare P11, P12; P21, P22; P31, P32 als Signale eines ersten Magnetfeldsensors und eines zweiten Magnetfeldsensors Datensätzen φ112; φ212; φ312 charakterisierend die Winkelposition φ des Rotors zugeordnet sind. Je nachdem, welche Werte für Sinus φ des ersten Magnetfeldsensors und Kosinus φ des zweiten Magnetfeldsensors aktuell vorliegen, wird (beispielsweise anhand eines minimalen arithmetisch und/oder geometrisch ermittelten Fehlers) ein zugeordneter Wert für φ aus der Tabelle ermittelt. Die dargestellte Tabelle kann beispielsweise in einem Datenspeicher abgelegt sein und von einem elektronischen Steuergerät 6 nach einem nächstliegenden Wertepaar P11, P12; P21, P22; P31, P32 durchsucht werden, ohne dass aufwändige trigonometrische Operationen von einem programmierbaren Prozessor ausgeführt werden müssen. 3 shows a table in which digital value pairs P11, P12; P21, P22; P31, P32 as signals of a first magnetic field sensor and a second magnetic field sensor records φ112; φ212; φ312 characterizing the angular position φ of the rotor are assigned. Depending on which values are currently present for sine φ of the first magnetic field sensor and cosine φ of the second magnetic field sensor, an assigned value for φ is determined from the table (for example based on a minimum arithmetically and / or geometrically determined error). The illustrated table may, for example, be stored in a data memory and by an electronic control unit 6 after a nearest value pair P11, P12; P21, P22; P31, P32 without the need for elaborate trigonometric operations by a programmable processor.

4 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Identifikation einer Winkelposition eines Rotors in einem elektrischen Motor zur Lenkunterstützung eines Anwenders bei der Verwendung eines Lenksystems für ein Fortbewegungsmittel. In Schritt 100 werden ein erster Sensor und ein zweiter Sensor mit einer Wechselspannung beaufschlagt. Während einer Drehung des Rotors wird ein vom Rotor erzeugtes Magnetfeld in Schritt 200 durch den ersten Sensor und den zweiten Sensor erfasst. Mit anderen Worten beeinflusst das Magnetfeld des Rotors die Wechselspannung, mit welcher der erste Sensor und der zweite Sensor beaufschlagt worden sind. Aus der Abweichung der Amplitude der Wechselspannung ermittelt ein elektronisches Steuergerät in Schritt 300 eine Beeinflussung eines Wechselstroms als analoges Signal, welches vom ersten Sensor und vom zweiten Sensor erhalten wird. In Schritt 400 werden die analogen Signale des ersten Sensors und des zweiten Sensors gerundet und in ein Wertepaar digitaler Signale gewandelt. Anschließend wird in Schritt 500 ein dem digitalen Wertepaar nächstliegendes Wertepaar in einem Datenspeicher ausfindig gemacht und ein dem nächstliegenden Wertepaar zugeordneter Datensatz charakterisierend die Winkelposition ausgelesen. Auf diese Weise erübrigt das erfindungsgemäße Verfahren eine trigonometrische Berechnung eines Arkustangenssignals durch Division des Signals des ersten Sensors durch das Signal des zweiten Sensors. Zwar benötigt die in 3 dargestellte Tabelle einen erheblich höheren Speicherplatz als eine Verarbeitungseinheit, welche die Division gemäß dem Stand der Technik ausführt. Die Kosten hierfür rechtfertigen jedoch die Vorteile, welche sich durch einen verringerten Rechenbedarf zur Auswertung der analogen Sensorsignale gemäß dem Stand der Technik ergeben. 4 shows steps of a method for identifying an angular position of a rotor in an electric motor for steering assistance of a user when using a steering system for a means of locomotion. In step 100 A first sensor and a second sensor are supplied with an alternating voltage. During a rotation of the rotor, a magnetic field generated by the rotor is in step 200 detected by the first sensor and the second sensor. In other words, the magnetic field of the rotor affects the AC voltage with which the first sensor and the second sensor have been applied. From the deviation of the amplitude of the AC voltage determines an electronic control unit in step 300 an influence of an alternating current as an analog signal, which is obtained from the first sensor and the second sensor. In step 400 The analog signals of the first sensor and the second sensor are rounded and converted into a value pair of digital signals. Subsequently, in step 500 a value pair closest to the digital value pair is found in a data memory and a data set assigned to the nearest value pair is used to characterize the angular position. In this way, the inventive method eliminates a trigonometric calculation of an arctan signal by dividing the signal of the first sensor by the signal of the second sensor. Although needed in 3 shown table a significantly higher storage space than a processing unit, which performs the division according to the prior art. However, the costs for this justify the advantages which result from a reduced computing requirement for the evaluation of the analog sensor signals according to the prior art.

Auch wenn die erfindungsgemäßen Aspekte und vorteilhaften Ausführungsformen anhand der in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsfiguren erläuterten Ausführungsbeispiele im Detail beschrieben worden sind, sind für den Fachmann Modifikationen und Kombinationen von Merkmalen der dargestellten Ausführungsbeispiele möglich, ohne den Bereich der vorliegenden Erfindung zu verlassen, deren Schutzbereich durch die beigefügten Ansprüche definiert wird.Although the aspects and advantageous embodiments of the invention have been described in detail with reference to the embodiments explained in connection with the accompanying drawings, modifications and combinations of features of the illustrated embodiments are possible for the skilled person, without departing from the scope of the present invention, the scope of protection the appended claims are defined.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Rotor rotor
22: Magnetfeldsensor magnetic field sensor
33: Magnetfeldsensor magnetic field sensor
44: Digital-/Analog-Wandler Digital / analog converter
55: Datenspeicher data storage
66: Elektronisches Steuergerät Electronic control unit
77: Lenksäule steering column
8a, 8b 8a, 8b: Elektrische AnschlüsseElectrical connections
99: Lenkrad steering wheel
1010: Pkw car
100–500100-500: Verfahrensschritte steps
II: Strom, Input Electricity, input
MM: Permanentmagnet permanent magnet
NN: Nordpol North Pole
OO: Output output
P11–P32P11-P32: Wertepaare value pairs
SS: Südpol South Pole
φ112–φ312φ112-φ312: Datensätze records
φφ: Winkel des Rotors Angle of the rotor

Claims

Method for identifying an angular position (φ) of a rotor ( 1 ) on a component, in particular a steering system for a means of transportation ( 10 ) comprising the steps of: - detecting ( 200 ) one fixed to the rotor ( 1 ) arranged magnetic field by a first sensor ( 2 ) and a second sensor ( 3 ), - Convert ( 400 ) analog signals of the first sensor ( 2 ) and the second sensor ( 3 ) into a value pair (P11, P12; P21, P22; P31, P32) of digital signals, and - readout ( 500 ) of the data set (φ112, φ212, φ312) associated with the value pair (P11, P12; P21, P22; P31, P32) characterizes the angular position (φ).

Method according to claim 1, further comprising - loading ( 100 ) of the first sensor ( 2 ) and the second sensor ( 3 ) with an alternating voltage (U), and - detecting ( 300 ) influencing the alternating voltage (U) and / or an alternating current (I) as an analog signal by the first sensor ( 2 ) or the second sensor ( 3 ) for determining the angular position (φ).

Method according to one of the preceding claims, wherein the value pair (P11, P12; P21, P22; P31, P32) is formed by determining local extreme values (P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7) of the analog signals.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first sensor ( 2 ) and / or the second sensor ( 3 ) - an inductance and / or - a Hall sensor and / or - an AMR sensor and / or - a GMR sensor.

Method according to one of the preceding claims, wherein the first sensor ( 2 ) and the second sensor ( 3 ) are offset relative to the rotor by 90 ° to each other in the circumferential direction.

Method according to one of the preceding claims, wherein - the analog signals of the first sensor ( 2 ) and the second sensor ( 3 ) correspond to a sine signal and a cosine signal and / or - the data set (φ112, φ212, φ312) corresponds to an arctangent value associated with the value pair (P11, P12; P21, P22; P31, P32).

Device for identifying an angular position of a rotor ( 1 ) of a component, in particular a steering system for a means of transportation ( 10 ) comprising - the rotor ( 1 ) - one on the rotor ( 1 ) arranged magnets - a first sensor ( 2 ) and a second sensor ( 3 ) for rotational angle-dependent detection of a magnetic field of the magnet, - a digital / analog converter ( 4 ), - a storage means ( 5 ), and - an evaluation unit ( 6 ), wherein - the digital / analog converter ( 4 ), analog signals of the first sensor ( 2 ) and the second sensor ( 3 ) into a pair of values (P11, P12; P21, P22; P31, P32) of digital signals, and - the evaluation unit ( 6 ) is set to a value pair (P11, P12, P21, P22, P31, P32) associated data set (φ112, φ212, φ312) characterizing the angular position (φ) from the storage means ( 5 ) read out.

Apparatus according to claim 7, wherein the rotor ( 1 ) is a rotor of an electric machine for the realization of a steering assistance.

A means of locomotion comprising - an electromechanically driven steering system and - a device according to any one of the preceding claims 7 or 8, wherein the rotor ( 1 ) of the device mechanically with a steering shaft ( 7 ) of the steering system is in operative connection.